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非侵入性评估高强度跳跃运动后主观与客观恢复特征

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DOI：

10.3791/55612

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2017年6月8日

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1Department of Business Economics, Health and Social Care, University of Applied Sciences and Arts of Southern Switzerland, 2University College Physiotherapy "Thim van der Laan", 3Department of Movement and Sport Sciences, Vrije Universiteit Brussel, 4Faculty of Medicine and Health Sciences, University of Antwerp

本文内容

摘要

本方案描述了在72小时恢复期内进行非侵入性恢复评估的步骤。该方案通过反向跳跃诱导股前肌群疲劳，并采用局部冷袖套或恒温袖套处理作为恢复干预手段。

摘要

剧烈运动后的快速恢复在体育运动中至关重要，常通过冷冻疗法的应用进行研究。冷冻疗法具有显著的血管收缩作用，这似乎是其发挥效果的主要因素。由此带来的恢复增强可通过客观和主观参数进行测量。两种常用的主观恢复特征指标是延迟性肌肉酸痛（DOMS）和自感用力程度评分（RPE）。两种重要的客观恢复特征指标是反向纵跳（CMJ）表现和峰值功率输出（PPO）。本文提供了一项详细方案，通过自主节奏、3组×30次反向纵跳协议（每组间休息30秒）诱导股前肌群疲劳。该随机对照试验方案阐述了如何在双侧大腿应用局部冷冻疗法袖带（+8 °C，20分钟）和温热中性袖带（+32 °C，20分钟）作为两种可能的运动后恢复方式。最后，我们提供了一种非侵入性方案，用于测量这两种恢复方式对主观指标（即， 双侧股前肌群的延迟性肌肉酸痛（DOMS）和主观恢复程度（RPE）及客观恢复指标即， CMJ 和 PPO）特征在施加干预后 24、48 和 72 小时的变化。该方法的优势在于为研究人员或教练提供了一种无需使用昂贵设备即可诱导肌肉疲劳、实施局部冷却策略，并在不采用侵入性方法的前提下同时评估主观与客观恢复情况的工具。本方案的局限性在于组间 30 秒的休息时间过短，且心血管负荷极高。未来的研究可能会发现，与 CMJ 相比，最大自主收缩力的评估可能是检测肌肉疲劳更为敏感的指标。

引言

冷冻疗法是一种常用于促进运动后恢复的治疗方式1,2。机体在暴露于寒冷环境后产生的血管收缩反应是减轻炎症过程的主要机制之一3,4。常用的冷冻疗法包括冷敷包5或冷敷袖带6、冷空气暴露7,8、冷水浸泡（CWI）9、全身冷冻疗法10,11、冷却背心12以及体内降温方法13,14。然而，体内降温方法的研究结果尚存在矛盾15,16。

关于恢复效果，外部局部降温应用后也报道了存在争议的结果。一项研究报道，与主动恢复程序相比，运动后冷疗并未提升垂直跳跃表现（VJP），但降低了主观疲劳感知评分（RPE）17。相比之下，另一项研究表明，冷疗对运动后主观RPE并无影响5。Hohenauer et al. 进行的一项荟萃分析指出，运动后冷疗可能对主观恢复特征具有积极影响，但对炎症标志物无显著作用1。

大多数研究冷冻疗法对恢复效果的研究均采用昂贵的设备来诱导肌肉疲劳7,18,19，并使用侵入性手段检测血浆标志物或细胞因子19,20,21。本实验方案的目标是，在不使用任何设备的情况下诱导类似的肌肉疲劳，并提供一种非侵入性方法，用于评估局部冷疗袖带应用对主观和客观恢复特征的影响。该方法的设计原理在于，为其他研究人员或教练提供一种无需昂贵设备即可诱导肌肉疲劳的工具；基于本方案实施局部降温策略；并在不采用侵入性方法的前提下，测量主观和客观的恢复指标。这有助于在贴近运动实际、非侵入性的条件下，评估 exhaustive jump protocol（力竭性跳跃方案）后的主观与客观恢复特征。

已发表的研究表明，经过验证的非侵入性方法可用于评估主观恢复特征（即， 延迟性肌肉酸痛（DOMS）22 和视网膜色素上皮（RPE）23 已成功应用。反向运动跳（CMJ）表现17,24，具有较高的测试-重测信度25,26也可作为一种非侵入性方法来评估客观的恢复特征。

方案

伦理声明：本方案已获瑞士苏黎世州伦理委员会批准（KEK-ZH No. 2015-0113）

1. 受试者招募

  1. 通过社交媒体和传单招募参与者。
  2. 筛选并纳入年龄在18至30岁之间的大学生。确保其每周至少进行两次耐力运动（累计最少2小时），最多三次（累计最多3小时），无当前疼痛症状，且在过去12个月内未发生躯干或下肢损伤。
  3. 若参与者对寒冷过敏（包括雷诺病）、患有心血管疾病或其他任何疾病、需服用任何药物、处于妊娠状态或存在骨骼畸形，则予以排除。

2. 测试方案的熟悉（第1天）

  1. 实验前一周，指导参与者在跳跃垫（见材料表）上完成最多5次反向纵跳（CMJ），每次跳跃之间休息1分钟12,27。要求参与者从直立姿势开始，双手置于髋部以消除手臂摆动的影响。允许参与者在反向纵跳过程中自主决定下蹲的运动幅度和收缩时间。
  2. 指导参与者在熟悉化训练一周后返回实验室，进入实验室时应无疼痛症状，且在实验前48小时内未进行过剧烈运动。
    注意：无痛和无疲劳状态将作为基线测量指标。

3. 基线测量（第2天）

  1. 连续三次测量参与者的站立身高、体重和估算的下半身体脂百分比，并计算其平均值28.
  2. 让参与者在视觉模拟评分（VAS；0-10 cm）上评估其双侧股四头肌的延迟性肌肉酸痛（DOMS）程度5 在持续3秒的蹲姿过程中29 （膝关节呈90°）。询问参与者： "你的股四头肌有多酸痛？" 记录VAS的数值，单位为mm。
    注意：量表最左侧端点（0 cm）表示 "无疼痛感，" 量表最右侧的端点（10 cm）代表 "严重疼痛。"
  3. 让参与者在直立站立姿势下，使用6-20分的BORG量表对其个体感知的用力程度进行评分30询问参与者： "你的实际感知用力程度是多少？" 记录口头传达的数字。
    注意：受试者通过向研究人员口头报告6（无感知用力）到20（最大感知用力）之间的一个数字来进行评分。
  4. 让受试者完成最多3次反向纵跳（CMJ）12,27 （在适应性训练期间练习的动作），在跳跃垫上进行三次跳跃，每次跳跃之间间隔30秒。
    注意：CMJ 的跳跃高度由跳跃垫系统通过腾空时间间接记录。
  5. 使用最高一次跳跃，根据Sayers研究中使用的公式计算峰值功率输出（PPO） 等.31:
    PPO = (60.7 × 跳跃高度 [cm]) + (45.3 × 体重 [kg]) – 2,055
    注意：主观评分和客观评估将在恢复干预后立即（0 h）以及力竭性跳跃方案结束后24、48和72小时重复进行（见下文）。
  6. 通过抽签将参与者随机分配至低温组或热中性组。

4. 全面跳跃方案

  1. 随机分组后，立即指导参与者准备执行无热身运动的力竭式跳跃方案。
  2. 安排两名研究人员目视评估跳跃质量（最大跳跃表现及每次跳跃后手指触地情况），并在跳跃过程中对参与者进行口头纠正和鼓励。
  3. 让参与者以自身节奏完成最多 3 组 × 30 次的反向纵跳（CMJ），或持续至力竭，组间休息 30 秒。
    注意：允许参与者在休息期间坐下并饮水。

5. 恢复应用

  1. 在完成 exhaustive jump 协议后，由一位不知分组情况的研究人员为受试者的 thighs 应用冷袖套或热中性袖套（参见材料表）。
    1. 让受试者取仰卧位，并将两个袖套直接贴附于每个 thigh 的皮肤上，以确保完全接触，但应使用最小压力，避免产生压迫效应。
      注意：可选步骤，将连续可编程冷却与加热装置的储液罐重新加注至最大容量，使用预先配制的无毒润滑混合液（由丙二醇和去离子水组成）。
  2. 启动设备，对受试者施加冷刺激（+8 °C）或热中性刺激（+32 °C），持续 20 分钟。
    注意：指示受试者不要报告其温度感觉相关信息。
  3. 刺激结束后取下 thigh 袖套，并关闭设备。

6. 0小时后无创恢复评估

注意：进行所有恢复评估的研究人员应不知晓参与者接受的是冷敷还是热中性对照袖带处理。

  1. 让参与者根据步骤 3.2 和 3.3 中所述，对其个体的延迟性肌肉酸痛（DOMS）和主观疲劳程度（RPE）进行评分。
  2. 让参与者完成最多 3 次反向纵跳（CMJ），并根据步骤 3.4 和 3.5 中所述计算峰值功率输出（PPO）。
  3. 指导参与者保持日常生活习惯，但在 72 小时恢复期间避免饮酒、体育活动及娱乐性训练。要求参与者在完成 exhaustive jump protocol 后的 24、48 和 72 小时整点返回实验室。

7. 24 小时（第 3 天）、48 小时（第 4 天）和 72 小时（第 5 天）后的无创恢复评估

  1. 让参与者根据步骤 3.2 和 3.3 中所述的方法评估各自的延迟性肌肉酸痛（DOMS）和主观疲劳程度（RPE）。
  2. 让参与者完成最多 3 次反向纵跳（CMJ），并根据步骤 3.4 和 3.5 中所述方法计算峰值输出功率（PPO）。
    注意：该实验方案在 72 小时随访期（第 5 天）结束后终止。

结果

测试方案的示意图见图1。本部分表明，该方案能够在72小时随访期间成功诱导肌肉耗竭，并监测主观和客观的恢复特征，且无需使用侵入性技术（图2和图3）。

古道尔 等研究了延迟性肌肉酸痛（DOMS）在一种 90° 肌肉损伤处理后的蹲姿29同样，本研究也评估了该体位下的延迟性肌肉酸痛（DOMS）。如先前已发表的文章所述，两组受试者在恢复干预后即刻（0 h）以及48 h时，DOMS均有所升高。图 2A)29,32然而，在两组中，这些数值在经过72小时恢复期后均未恢复至基线水平32.

该方案还可用于观察整体主观用力程度的变化（图2B）。在本研究中，采用了与Rowsell研究中相同的6-20级BORG量表 等24. 根据 Minett 的研究 等恢复应用后，两组的RPE均立即升高12然而，热中性组的RPE值在24小时后恢复至基线水平，并持续维持该水平达72小时。在冷暴露组，RPE值在48小时后再次升高，并持续维持该水平达72小时。

图3A 和 图3B 显示，在恢复干预后即刻（0 h），两种条件下均出现了跳跃高度（CMJ）和峰值功率输出（PPO）的显著下降12,33。在冷环境组和热中性组中，跳跃高度（CMJ）和PPO在24 h时均有所回升，但在48 h和72 h时再次下降。这些结果与先前发表的研究结果一致24,33,34。

运动恢复过程示意图：跳跃测试方案、冷敷应用及延迟性肌肉酸痛（DOMS）评估时间线。
图 1：测试方案的示意图。 向下的箭头表示恢复特征的测量时间点。DOMS = 延迟性肌肉酸痛，RPE = 主观疲劳感觉评分，CMJ = 反向纵跳，PPO = 峰值功率输出。该图经 Hohenauer et al.35 修改。 请点击此处查看此图的放大版本。

DOMS 和 RPE 图表；低温与热中性环境对比；时间分析；科学数据；疼痛与用力感知研究。
图 2：DOMS 和 RPE 随时间的变化。 （A）延迟性肌肉酸痛（DOMS；中位数 ± 四分位距）。重复测量方差分析显示存在时间效应（P = 0.003）和组间效应（P = 0.03），但无组别 × 时间交互作用（P = 0.89）。事后检验显示各时间点组间差异均无统计学意义（P >0.05）。（B）主观用力感知评分（RPE；中位数 ± 四分位距）。重复测量方差分析显示存在显著时间效应（P <0.001）和组间效应（P = 0.09），但无组别 × 时间交互作用（P = 0.29）。事后检验显示各时间点组间差异均无统计学意义（P >0.05）。* 表示时间效应显著（p <0.05）；# 表示组内与基线值相比差异显著（p <0.05）。本图经 Hohenauer et al.35 修改。 请点击此处查看此图的放大版本。

寒冷与热中性条件下CMJ高度和PPO随时间变化的图表，含统计学显著性。
图3：CMJ与PPO随时间的变化。 （A）反向纵跳（CMJ）过程中的跳跃高度（均值 ± 标准差）。重复测量方差分析显示存在时间效应（P <0.001），但无组间效应（P = 0.35）以及时间×组别交互效应（P = 0.35）。事后检验显示各时间点组间差异均无统计学意义（P >0.05）。（B）峰值功率输出（PPO；均值 ± 标准差）。重复测量方差分析显示存在时间效应（P <0.001），但无组间效应（P = 0.96）以及时间×组别交互效应（P = 0.35）。事后检验显示各时间点组间差异均无统计学意义（P >0.05）。* 表示时间效应具有显著性（P <0.05）。本图经 Hohenauer et al.35 修改。 请点击此处查看此图的放大版本。

讨论

本方案描述了一种标准化的 exhaustive jump（ exhaustive 跳跃）方案的实施过程、一种冷疗恢复方式以及对恢复特征的非侵入性评估方法。与运动后恢复研究领域中传统采用的方法相比，本随机对照试验的方案具有多项优势。既往研究表明，包含100次跳跃的跳跃方案是诱导局部肌肉损伤的有效方法36,37。Ferreira-Junior et al. 采用了一种由5组、每组20次从0.6 m高平台下落跳组成的跳跃方案，组间休息2分钟，以诱导股前肌群的肌肉损伤36。而其他传统的力竭方案通常需要昂贵或机械化的设备38，本方案则无需使用任何机械设备即可诱导肌肉力竭。研究人员无需购买或租赁昂贵设备即可实现股前肌群的肌肉力竭或损伤。

恢复干预措施采用一种可连续编程的冷热循环设备实施，该设备可向身体特定部位输送冷或热。受试者取仰卧位，在双侧大腿上安装两个大腿袖套，持续20分钟。尽管冷水浸浴（CWI）是促进恢复最具前景的方法之一39，但其实施过程中存在运输不便以及所需水量较大的挑战。此外，为确保理想的水温，还需额外安排专人负责监测并添加冰块。

本方案的一个优势是使用了一种自动化且便携式的冷却与加热装置，可在袖带应用过程中确保恒定的温度。所述方案的另一个优势在于，无需采集受试者的血液样本，即可评估其主观和客观的恢复特征。在力竭性运动方案后使用的主观评分，如延迟性肌肉酸痛（DOMS，视觉模拟评分法 VAS；0–10 cm）和感知用力程度（RPE，BORG 量表；6–20），已在大量已发表的文章中有所描述24,40,41,42。如本方案所述，对反向纵跳（CMJ）的评估具有较高的重测信度（组内相关系数 ICC 为 0.48 至 0.88）和效度25,26。

在该实验方案中，存在一些可能产生误差的关键步骤。在进行力竭性深蹲跳（3 × 30）时，必须由两名研究人员对受试者进行观察，并口头鼓励和纠正其动作。可通过加速度计或线性位移传感器对最大深蹲跳表现进行客观监测，以确保准确性。另一个关键步骤是双侧大腿袖带的应用。为避免任何压迫效应43,44，袖带应以最低压力水平缠绕于每侧大腿。以最低压力正确应用袖带可能需要数次练习才能掌握。

本方案存在一些局限性。在力竭性跳跃训练的各组之间，30秒的休息时间非常短暂，且对心血管系统的负荷极高。另一局限性在于恢复干预中所使用的即用型润滑混合物。需要注意的是，该润滑混合物的热容量（即， 丙二醇和去离子水的密度略低于普通水。当研究人群的体力活动水平不如本方案所述那样活跃时，5次跳跃的适应性训练可能次数过少。

最后，对CMJ的评估提供了客观评估恢复特征的机会。Bishop 等 展示了一种基于手机应用程序的廉价且可行的跳跃高度评估方法 "我的跳跃，" 已被证明是测量该变量的可靠方法45,46。然而，Rowsell 等表明在为期5天的随访期间，经过 exhaustive 足球锦标赛比赛后，CMJ 高度未出现明显下降24. Rupp 等在一次 exhaustive endurance test 后观察到了类似结果34这些结果与本研究的结果一致，表明对CMJ高度的评估可能不足以敏感地测量肌肉疲劳程度。

在本实验方案中，冷刺激的应用温度设定为 8 °C，而热中性刺激的应用温度设定为 32 °C。已有研究表明，冷水温度通常 ≤20 °C，而热中性水温范围为 24 °C 至 <36 °C47。需要注意的是，脂肪组织的厚度会显著影响组织的冷却速率，较厚的皮褶需要更长的应用时间48。研究人员应根据其研究人群的特点调整冷却温度和应用时长。

未来的研究应考虑到，与纵跳深蹲跳（CMJ）相比，膝伸肌最大自主收缩的评估可能是评估客观恢复特征更为敏感的指标49。为确保本方案的有效性，参与者必须进行CMJ的适应性训练。未来使用与本研究不同人群的研究应增加跳跃次数，以确保产生适应性效应。此外，未来的研究可延长竭尽全力的CMJ之间的休息时间，以保证达到最大跳跃表现，从而避免受到高强度心血管负荷的影响。

总之，目前这种详尽的跳跃方案是一种无需使用任何机械设备即可诱导股前肌群疲劳的简便且实用的方法。通过结合主观（即， DOMS 和 RPE）以及客观（即， CMJ 和 PPO 参数，可在 72 小时恢复期内不采集任何血样来考察恢复情况。局部运动后冷疗可在几乎任何地点实施，并能保证恒定的冷却温度。

披露

所有作者均无竞争性或冲突性利益。

致谢

感谢瑞士兰德夸特的“Thim van der Laan”基金会提供的资金支持。我们还要感谢瑞士南部应用科学与艺术大学兰德夸特校区的 Thomas Konzett、瑞士兰德夸特物理治疗学院的 Ursula M. Küng 在实验过程中提供的协助，以及 Alexander Masselink 在英文方面的帮助。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
人体测量仪 100GPM 人体测量仪器（网址：http://www.seritex.com/）不适用站立身高可通过其他精确系统进行测量
TANITA TBF 611TANITA 公司（网址：http://www.tanita.com/en/）500314M
Just Jump 系统Probotics公司（网址：http://www.probotics.org/JustJump/JustJump.htm） 23056311该系统包括跳跃垫和跳跃高度记录仪。也可使用其他测量垂直跳跃高度的精确系统。
Zamar 治疗 ZT 诊所Zamar Medical D.O.O（网址：http://www.zamar.care/）MG675AA00F这是一种可编程的连续冷却与加热装置
扎玛尔大号大腿热敷包Zamar Care（网址：http://www.zamar.care/sport.html）不适用需要 2 个大腿热敷包
Zamar Equi 保温型 4.7 米 "V"t 管 &和安全连接器http://www.zamar.care/clinic.htmlZAM-1ACS410
Non Tox Freeze 4Pakelo Motor Oil S.r.l.（网址：http://www.pakelo.com/）0131.34.47
疼痛量表（VAS 0–10 cm）Mundipharma 医疗公司（网址：http://www.mundipharma.ch/index.php?id=73）不适用
BORG 量表（6 - 20）网址：http://www.mesics.de/fileadmin/user/literature/Allgemein/Borg-Skala_Loellgen.pdf不适用

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