董德朋，汪 毅

（1.曲阜師范大學(xué) 體育科學(xué)學(xué)院，山東 曲阜 273165；2.中國(guó)人民大學(xué) 體育部，北京 100872）

由于微重力或無(wú)重力環(huán)境的作用（如月球、火星表面重力為1/6 g和1/3 g），在短期和長(zhǎng)期太空飛行中，航天員的心肺功能和骨骼肌系統(tǒng)都會(huì)受到一系列不利影響（Andrew et al.，2019；Sibongel et al.，2015；Widrick et al.，1999）。有研究指出，短期的航天飛行后（＜3周），人體會(huì)失去10%～20%的肌肉，如果不采取積極有效的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)防護(hù)，在長(zhǎng)期無(wú)重力或微重力飛行（≥90天）后肌肉量的下降可能會(huì)達(dá)到50%（Gallagher et al.，2005），而在無(wú)運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)防護(hù)狀態(tài)下7～15天的短期微重力環(huán)境就會(huì)使肌肉萎縮達(dá)到中等的顯著降低效應(yīng)（Andrew et al.，2019）。微重力環(huán)境運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)（microgravity eexercise ccountermeasures）主要是指通過(guò)身體運(yùn)動(dòng)的方式來(lái)對(duì)抗微重力或無(wú)重力環(huán)境給人體帶來(lái)的各項(xiàng)生理影響（Cavanagh et al.，2005；James et al.，2019），如應(yīng)對(duì)航天員在微重力、失重或低重力條件下骨骼肌萎縮及心肺功能下降等問(wèn)題。早在20世紀(jì)70年代初期，有關(guān)微重力環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)方案就已經(jīng)在空間站任務(wù)中開展，蘇聯(lián)禮炮-1號(hào)空間站任務(wù)就針對(duì)心肺功能設(shè)計(jì)了測(cè)試評(píng)估方案，通過(guò)測(cè)試腿部深蹲來(lái)評(píng)價(jià)航天員心肺功能的一些參數(shù)變化（Degtyarev et al.，1975），并通過(guò)使用不同設(shè)備形成了不同形式的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)方案，運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)微重力環(huán)境下的機(jī)體損耗逐漸成為各航天強(qiáng)國(guó)的一項(xiàng)重要保障性工作。當(dāng)前，以運(yùn)動(dòng)抗阻和心肺耐力為主的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)理論與實(shí)踐正在不斷發(fā)生創(chuàng)新性變化，設(shè)備已從早期的拉力器發(fā)展為飛輪抗阻、彈力帶、功率車等（English et al.，2015；Lem，1975），并進(jìn)一步向著自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化、精準(zhǔn)性及便捷性等方面發(fā)展，內(nèi)容上正在走向力量、耐力、平衡、穩(wěn)定和爆發(fā)力的協(xié)同化，方案上突出運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)的精準(zhǔn)性和時(shí)間效應(yīng)，方法上注重有條件性的組合優(yōu)化。

2019年12月27日20時(shí)45分，中國(guó)空間站指定運(yùn)載工具——長(zhǎng)征五號(hào)遙三運(yùn)載火箭發(fā)射成功，揭開了我國(guó)從航天大國(guó)向航天強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的新步伐，中國(guó)航天正式進(jìn)入新時(shí)代。2022年7月25日10時(shí)03分，中國(guó)航天員乘組順利進(jìn)入問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙，這是中國(guó)航天員首次在軌進(jìn)入科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙，這就對(duì)如何應(yīng)對(duì)我國(guó)航天員在微重力或失重環(huán)境所引起的肌肉萎縮、心肺功能下降以及骨鈣流失等生理影響提出了新要求。為此，圍繞此命題對(duì)微重力環(huán)境運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)對(duì)人體影響的方法、手段、內(nèi)容、效應(yīng)、標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行梳理，從而擎畫中國(guó)特色微重力環(huán)境運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)和理論體系，是體育領(lǐng)域助力中國(guó)航天強(qiáng)國(guó)夢(mèng)的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

1 微重力環(huán)境運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)的基本內(nèi)涵

從國(guó)際實(shí)踐探索來(lái)看，針對(duì)航天員在微重力環(huán)境下的“運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)”這一概念的英文表述有microgravity exercise countermeasures、microgravity physical training和microgravity preventive countermeasures等，但較為統(tǒng)一的是使用microgravity exercise countermeasures，國(guó)內(nèi)學(xué)者通常翻譯為微重力的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)、運(yùn)動(dòng)防護(hù)或體育鍛煉等，本義是指航天員通過(guò)身體運(yùn)動(dòng)的方式來(lái)應(yīng)對(duì)微重力環(huán)境中身體機(jī)能的下降。蘇聯(lián)在早期的微重力環(huán)境運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)理論方面做出了突出貢獻(xiàn)，Kakurin等（1978）較早提出了針對(duì)航天員的下體負(fù)壓訓(xùn)練（lower body negative pressure，LBNP），并一直延用至今。相對(duì)系統(tǒng)的研究起始于20世紀(jì)80年代，Davis等（1988）首次提出了“空間適應(yīng)綜合征”（space adaptation syndrome，SAS）這一概念，指出在失重環(huán)境中駐留可以引起機(jī)體多個(gè)系統(tǒng)發(fā)生適應(yīng)性改變以及引發(fā)如肌萎縮、肌耐力下降和脊柱疼痛等病理生理性變化。伴隨著這一理論的發(fā)展，運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)方案不斷突破早期單一的訓(xùn)練方式，進(jìn)入了多設(shè)備、多手段以及多模式的訓(xùn)練時(shí)代，隔振健身踏車、隔振健身跑臺(tái)、間歇性阻力運(yùn)動(dòng)設(shè)備、先進(jìn)抗阻訓(xùn)練設(shè)備及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等逐漸在國(guó)際空間站（International Space Station，ISS）得到應(yīng)用（圖1）。

圖1 太空飛行任務(wù)中運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)裝備變化Figure 1.Equipment Changes of Exercise Countermeasures in Space Missions

運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)的方法手段主要分為抗阻訓(xùn)練和有氧訓(xùn)練，抗阻訓(xùn)練主要使用拉力帶、飛輪抗阻、企鵝服、彈性振動(dòng)抗阻、負(fù)壓筒等設(shè)備，通過(guò)向心和離心等不同收縮形式或組合形式提升應(yīng)對(duì)效果；有氧訓(xùn)練主要借助下體負(fù)壓跑臺(tái)、功率車等設(shè)備進(jìn)行心肺耐力訓(xùn)練。具體采用的方法有間歇訓(xùn)練法（包括高強(qiáng)度間歇）、持續(xù)訓(xùn)練法、重復(fù)訓(xùn)練法等（Alkner et al.，2004；Julia et al.，2017；Roberto et al.，2019）。此外，一些其他運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)方法的研究也逐漸展開，如Chris等（2018）對(duì)航天員平衡能力及身體功能等進(jìn)行了研究，Hakkine等（2003）對(duì)航天員的神經(jīng)控制能力進(jìn)行了研究。

表1梳理了俄羅斯航天員和ISS航天員在微重力環(huán)境下的一些運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)內(nèi)容，可以看出，俄羅斯在骨組織、肌肉系統(tǒng)、心肺功能及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)方面形成了自己的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)特征，而ISS的訓(xùn)練范疇更為廣泛且精細(xì)，除了骨組織、神經(jīng)控制、有氧能力及肌組織以外，功能性評(píng)估、等速及心率控制等也成為運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容或監(jiān)控領(lǐng)域。我國(guó)在探索微重力環(huán)境下運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)的過(guò)程中，形成了包括微重力表現(xiàn)、運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)設(shè)備、運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)程序以及運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)評(píng)估等內(nèi)容的理論體系（表2）。由此可見，微重力環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)是以緩解或抵消微重力環(huán)境對(duì)機(jī)體的不利影響為目的，針對(duì)骨、骨骼肌、心肺功能、身體功能、運(yùn)動(dòng)感覺(jué)系統(tǒng)及免疫系統(tǒng)進(jìn)行的，以運(yùn)動(dòng)抗阻和心肺耐力訓(xùn)練為主要內(nèi)容的運(yùn)動(dòng)方案。

表1 國(guó)際航天員微重力環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)內(nèi)容Table 1 Contents of Exercise Countermeasures for International Microgravity Environment

表2 中國(guó)航天員微重力環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)內(nèi)容Table 2 List of Exercise Countermeasures under Microgravity Environment in China

2 運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)的方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用效應(yīng)

本文通過(guò)在 CNKI、PubMed、SCI以及EBSCO等數(shù)據(jù)庫(kù)中以“microgravity”and“exercise countermeasures”or“sport”or“training”、“astronaut”and“exercise”or“sport”or“training”、“space flight”and“exercise”or“sport”or“training”等不同組合為檢索式對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索，并結(jié)合研究主題輻射內(nèi)容，進(jìn)一步以“blood flow”or“bed rest”and“intensity interval”or“resistance”or“aerobic”or“strength”and“training”進(jìn)行文獻(xiàn)補(bǔ)充。從既有研究來(lái)看（表3），微重力環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)主要包括抗阻訓(xùn)練（傳統(tǒng)抗阻和振動(dòng)抗阻）、有氧防護(hù)訓(xùn)練（低強(qiáng)度持續(xù)有氧和高強(qiáng)度間歇）、有氧＋抗阻訓(xùn)練及快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練4個(gè)方面。為了便于對(duì)不同方案或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行展示和描述，本研究采用以下格式：運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)措施或手段（負(fù)荷量或強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)）×次數(shù)或時(shí)間×組數(shù)［間歇時(shí)間］×每天次數(shù)×每周天數(shù)（交替方案）×實(shí)驗(yàn)天數(shù)。其中，涉及多種手段或多個(gè)分組的采用（手段1＋手段2＋……＋手段n）方式列出，缺失部分表明研究未提及此指標(biāo)。

表3 不同研究中的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)方案設(shè)計(jì)及效果Table 3 Scheme Design and Effect of Different Research Exercise Countermeasures

2.1 抗阻運(yùn)動(dòng)方案

既有研究文獻(xiàn)采取的抗阻運(yùn)動(dòng)方案主要是（1.2～1.8BW/70%～100%MIF/70%～100%1RM：仰臥深蹲＋提踵＋腳蹬等）×（3～30 s）×（7～14次）×（4～5組）［1～2 min］×（3～6天/周）×（14～90天），采用的訓(xùn)練設(shè)備通常為飛輪（圖2）。雖然研究在實(shí)驗(yàn)周期、負(fù)荷強(qiáng)度以及運(yùn)動(dòng)手段上存在差異，但均展示了在微重力環(huán)境中抗阻運(yùn)動(dòng)對(duì)肌肉防護(hù)的有效性。Andrew等（2019）采用太空飛行和臨床醫(yī)學(xué)公認(rèn)的-6°頭低位臥床實(shí)驗(yàn)?zāi)M微重力環(huán)境，發(fā)現(xiàn)航天員在這一實(shí)驗(yàn)環(huán)境下無(wú)運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)時(shí)，下肢肌肉總量14天就會(huì)產(chǎn)生中等效應(yīng)的下降。而Akima等（2000）將-6°頭低位臥床休息的9名男性分為抗阻運(yùn)動(dòng)組和對(duì)照組，并通過(guò)離心機(jī)及間歇性耐力訓(xùn)練對(duì)抗阻運(yùn)動(dòng)組受試者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)干預(yù)，20天后抗阻運(yùn)動(dòng)組腿部肌肉總量得到保持，對(duì)照組卻明顯下降；Bjorn等（2004）則在90天的-6°頭低位臥床實(shí)驗(yàn)中，采用仰蹲和腳蹬訓(xùn)練使受試者的腿部肌肉總量得到有效保持。

圖2 微重力環(huán)境飛輪抗阻運(yùn)動(dòng)方式Figure 2.Flywheel Resistance Training Mode in Microgravity Environment

但既有研究仍然存在一定的局限，表現(xiàn)為抗阻運(yùn)動(dòng)方案的訓(xùn)練效應(yīng)主要是基于對(duì)下肢肌肉總量的診斷和測(cè)評(píng)所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)而來(lái)，缺乏對(duì)上肢等全身性的關(guān)注。Arbeille等（2008）針對(duì)24名女性設(shè)置了-6°頭低位臥床實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并對(duì)訓(xùn)練組進(jìn)行仰臥下蹲（全力）7次×4［2 min］＋腳蹬（全力）14次×4［2 min］×3次/周×55天的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，結(jié)果證實(shí)，訓(xùn)練組的股四頭肌肌肉總量沒(méi)有產(chǎn)生顯著變化，但對(duì)照組卻顯著下降，說(shuō)明抗阻運(yùn)動(dòng)在微重力環(huán)境中對(duì)下肢肌肉具有積極的防護(hù)效應(yīng)。Bamman等（1997）則同樣在-6°頭低位臥床休息的環(huán)境下對(duì)16名男性進(jìn)行了分組研究，實(shí)驗(yàn)組采用仰臥抗阻（恒定負(fù)荷）6～10次×5［2 min］×30 min×14天的應(yīng)對(duì)方案，結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)組受試者跖屈肌群的1RM及做功能力有所提高。Gallagher等（2007）也采用-6°頭低位臥床實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對(duì)17名健康男性進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)組采用飛輪抗阻（最大向心＋離心收縮）7次×4［2 min］＋提踵14次×4組）×1次/3天×84天的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)方案，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組腿部股外側(cè)肌和比目魚肌的肌球蛋白重鏈（myosin heavy chain，MHC）增加了10%，腿部肌肉獲得了較好的訓(xùn)練效應(yīng)。可以看出，當(dāng)前針對(duì)下肢的抗阻運(yùn)動(dòng)方案相對(duì)全面，而全身性的抗阻運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練理論與實(shí)踐研究有待進(jìn)一步探索。

（續(xù)表3）

2.2 振動(dòng)抗阻方案

振動(dòng)訓(xùn)練也稱為周期性機(jī)械振蕩訓(xùn)練。20世紀(jì)初，隨著人們對(duì)振動(dòng)技術(shù)研究的深入，振動(dòng)訓(xùn)練得以流行，主要用于肌肉力量訓(xùn)練與運(yùn)動(dòng)康復(fù)領(lǐng)域。Johnston等（1970）發(fā)現(xiàn)，對(duì)肌肉和肌腱進(jìn)行局部振動(dòng)刺激能夠引起肌肉收縮力量的增長(zhǎng)。Hagbarth等（1968）通過(guò)對(duì)75名患有中樞運(yùn)動(dòng)障礙患者的肱二頭肌、股四頭肌進(jìn)行10～200 Hz的振動(dòng)刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，10～200 Hz的振動(dòng)刺激會(huì)使肌腹、肌腱產(chǎn)生收縮性反應(yīng)，并提出振動(dòng)訓(xùn)練可以廣泛應(yīng)用于力量訓(xùn)練與運(yùn)動(dòng)康復(fù)中。隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，振動(dòng)抗阻訓(xùn)練也作為一種微重力環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)手段逐漸得到應(yīng)用。

微重力環(huán)境下運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)方案的振動(dòng)頻率一般設(shè)定為16～26 Hz，負(fù)荷設(shè)計(jì)通常采用振動(dòng)抗阻（70%～90%1RM或恒定負(fù)荷或16～26 Hz）×?xí)r間×組數(shù)［間歇］×每周天數(shù)×總天數(shù)，時(shí)間為4～30 min不等，主要采用仰臥下蹲、提踵（單雙腿）、足背屈和深蹲等動(dòng)作（Mulder et al.，2010；Belavy et al.，2013）。Rittweger等（2010）將-6°頭低位臥床的健康男性分為控制組和實(shí)驗(yàn)組，實(shí)驗(yàn)組采用伽利略空間訓(xùn)練設(shè)備（平臺(tái)振動(dòng)主要來(lái)自身體質(zhì)量的離心旋轉(zhuǎn)，并使用彈簧裝置以替代重力；圖3），以75%～85%1RM的負(fù)荷強(qiáng)度，進(jìn)行30 min×2［4-6 min］/天×28天的全身振動(dòng)抗阻訓(xùn)練，結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)組受試者的小腿三頭肌等肌力無(wú)明顯下降，僅腘繩肌有一定程度的下降，肌肉力量得到較好保持。Buehing等（2011）將參與-6°頭低位臥床實(shí)驗(yàn)的20名男性平均分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行（下蹲40 s＋提踵40 s＋足背屈40 s＋踢腿10次）×30 min［2 min］×2次/天×5天/周×3周的振動(dòng)抗阻實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)組的足底屈曲力的肌電均方根值（root mean square，RMS）無(wú)明顯變化，對(duì)照組卻出現(xiàn)明顯下降，從而提出振動(dòng)抗阻在維持足底屈曲力上具有有效性。以上研究說(shuō)明在微重力環(huán)境下通過(guò)振動(dòng)抗阻訓(xùn)練來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)具有重要價(jià)值，但多數(shù)研究的實(shí)驗(yàn)效應(yīng)集中于肌肉力量方面，對(duì)肌腱、韌帶等進(jìn)行深層次的運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)評(píng)價(jià)較少。未來(lái)，微重力環(huán)境下運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)的抗阻訓(xùn)練方案應(yīng)該超越僅是保護(hù)肌肉這一單一維度，實(shí)現(xiàn)對(duì)骨骼肌、肌腱、韌帶以及關(guān)節(jié)等綜合效應(yīng)的研判。

圖3 微重力環(huán)境振動(dòng)抗阻訓(xùn)練設(shè)備Figure 3.Vibration Resistance Training Equipment in Microgravity Environment

2.3 有氧運(yùn)動(dòng)方案

有氧運(yùn)動(dòng)主要有持續(xù)性有氧運(yùn)動(dòng)和間歇性有氧運(yùn)動(dòng)，持續(xù)性有氧運(yùn)動(dòng)一般訓(xùn)練負(fù)荷強(qiáng)度較低（小于無(wú)氧閾），間歇性有氧運(yùn)動(dòng)由于訓(xùn)練負(fù)荷強(qiáng)度偏高，所以往往被稱之為高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練（high intensity interval training，HIIT）。根據(jù)組織形式的不同，間歇訓(xùn)練可以提高運(yùn)動(dòng)員、普通人群的有氧和無(wú)氧代謝能力（黎涌明，2015）。由此，持續(xù)性有氧與HIIT便成為微重力環(huán)境下運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)的多重選擇方案。在持續(xù)性有氧訓(xùn)練方面，既有研究通常采用跑臺(tái)或功率車進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（圖4）。Donald等（2000）將男性受試者分為實(shí)驗(yàn)組和控制組，實(shí)驗(yàn)組采用仰臥跑臺(tái)×40 min（1.0-1.2BW）/天×15天的訓(xùn)練方案，結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)前后的實(shí)驗(yàn)組男性在達(dá)到耗竭的時(shí)間（time to exhaustion，Te）和最大攝氧量（O2max）等指標(biāo)上無(wú)顯著差異，控制組則明顯下降。上述實(shí)驗(yàn)證明持續(xù)性有氧訓(xùn)練具有良好的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)效應(yīng)，但由于航天員的時(shí)間珍貴，HIIT逐漸成為微重力環(huán)境下的更優(yōu)選擇。Thomas等（2019）認(rèn)為，HIIT可以為人體帶來(lái)一些益處：1）身體機(jī)能在短期內(nèi)獲得高強(qiáng)度的生理刺激，使其出現(xiàn)過(guò)量氧耗，從而提升O2max以及血紅蛋白含量；2）身體素質(zhì)在耐力、協(xié)調(diào)等方面受到多元效應(yīng)影響，提高動(dòng)作的經(jīng)濟(jì)性；3）避免有氧運(yùn)動(dòng)方案使用單一的運(yùn)動(dòng)模式，提高訓(xùn)練的持續(xù)性；4）可以對(duì)上下肢肌群進(jìn)行神經(jīng)肌肉激活，提高反應(yīng)能力。

圖4 下體負(fù)壓訓(xùn)練跑臺(tái)（Watenpaugh et al.，2000）Figure 4.Lower Body Negative Pressure Treadmill（Watenpaugh et al.，2000）

微重力環(huán)境中HIIT更多地被界定為次最大或接近最大心率的訓(xùn)練（＞80%HRmax）或短間歇訓(xùn)練（SprintInternal Training，SIT，負(fù) 荷 強(qiáng) 度 ＞100%O2max）（Weston et al.，2014；MacInnis et al.，2017）。大量研究證實(shí)了 HIIT 是一種提高O2max的有效策略（Astorino et al.，2017；Helgerud et al.，2007），但由于當(dāng)前多數(shù)研究的受試者年齡相對(duì)較低，而從事航天員的年齡相對(duì)較大（普遍40歲以上），為此，對(duì)適用于航天員參與的HIIT方案中的負(fù)荷量與強(qiáng)度上還需做出進(jìn)一步的理論研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

同時(shí)，傳統(tǒng)的HIIT往往是使用跑臺(tái)或功率車進(jìn)行，以跑動(dòng)為主要運(yùn)動(dòng)形式，但這種方式通常不會(huì)增加肌肉力量。對(duì)處于微重力環(huán)境下的航天員來(lái)說(shuō)，不僅需要提高其心肺耐力，更需要保持其綜合運(yùn)動(dòng)能力，尤其是防止肌肉力量的下降（Christopher et al.，2019）。為此，越來(lái)越多的研究開始以抗阻性的HIIT來(lái)同步提升心肺功能與肌肉力量，學(xué)界稱之為高強(qiáng)度間歇抗阻訓(xùn)練，也稱為高強(qiáng)度功能訓(xùn)練（high-intensity interval resistance training，HIRT）（Antonio et al.，2012；Feito et al.，2018；Marin et al.，2020），并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)HIRT能夠使受試者在有限的時(shí)間內(nèi)提高O2max、下肢肌肉功率、上下肢1RM和肌耐力（Buckley et al.，2015；Sperlich et al.，2017）。目前，針對(duì) HIIT 的研究已相對(duì)普遍，如ISS當(dāng)前采用的就是（70%～80%）HRmax×（30～40）min或間歇性有氧功率車（全力）20 s×8［10 s］的有氧運(yùn)動(dòng)方案，但針對(duì)微重力環(huán)境下HIRT的理論與實(shí)踐研究還較為有限。

2.4 抗阻＋有氧運(yùn)動(dòng)方案

抗阻＋有氧是指單純抗阻和單純有氧分別進(jìn)行的方式（Helgerud et al.，2007；McHugh et al.，2002；Sousa et al.，2019），如ISS使用的抗阻＋有氧間隔安排的訓(xùn)練方式（表4）。目前，這種方案是微重力環(huán)境運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)選擇的主要依據(jù)，應(yīng)對(duì)效果與HIRT相似，但在訓(xùn)練時(shí)間、訓(xùn)練量、訓(xùn)練方式和訓(xùn)練順序等方面有所不同。

表4 國(guó)際空間站抗阻＋有氧訓(xùn)練時(shí)間安排/minTable 4 Example of ISS Resistance＋Aerobic Combination Mode

在訓(xùn)練時(shí)間上，因HIRT不需要分2個(gè)時(shí)間段完成（Gibala et al.，2006），因此抗阻＋有氧方案需要的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。在訓(xùn)練量上，抗阻＋有氧運(yùn)動(dòng)方案中的抗阻訓(xùn)練和有氧訓(xùn)練比例一般為 1：1或 3：1（Jones et al.，2013；Thomas et al.，2019），考慮到有氧比例的增加會(huì)有損力量素質(zhì)的保持，絕大多數(shù)研究支持抗阻訓(xùn)練占較大比例（Jones et al.，2016；Wilson et al.，2012），HIRT則是在抗阻訓(xùn)練中通過(guò)安排機(jī)體不完全恢復(fù)的間歇時(shí)間而形成的訓(xùn)練方法。所以不存在抗阻和有氧比例匹配的問(wèn)題。在訓(xùn)練方式上，抗阻＋有氧采用抗阻類的飛輪、彈力帶、氣阻與有氧類的跑臺(tái)、功率車、劃船等器械（Gibala et al.，2006；Maroto et al.，2017；Wilson et al.，2012）結(jié)合使用進(jìn)行訓(xùn)練，而HIRT僅采用抗阻器械來(lái)進(jìn)行間歇性訓(xùn)練。

此外，訓(xùn)練順序是抗阻＋有氧運(yùn)動(dòng)方案關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，而HIRT對(duì)此關(guān)注較少。目前，抗阻和有氧運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練安排通常有“有氧前抗阻后”（endurance-strength，ES）和“抗阻前有氧后”（strength-endurance，SE）兩種。Docherty等（2000）的研究支持ES的順序安排，認(rèn)為力量訓(xùn)練在前可能會(huì)影響快速力量和力量耐力的發(fā)展和適應(yīng)，而更多的研究則支持SE的順序安排，認(rèn)為這種安排更有助于提高動(dòng)力性力量（Eddens et al.，2018）。由于抗阻和有氧訓(xùn)練的間隔時(shí)間可能會(huì)對(duì)急性和慢性力量表現(xiàn)產(chǎn)生一些影響（Sporer et al.，2003），因此，SE這種安排順序之間的間隔可能需要6 h左右才能避免在有氧訓(xùn)練之后力量的損失（Robineau et al.，2016），且如果時(shí)間不夠充裕，應(yīng)保持最低4 h的間歇時(shí)間（James et al.，2019；Murach et al.，2018）。

由于航天員在微重力環(huán)境中既需要保持一定的肌肉力量，也需要一定的有氧能力，為此，抗阻＋有氧運(yùn)動(dòng)方案在微重力環(huán)境運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)中得到廣泛的探索與應(yīng)用，且證明具有較為理想的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)效果。Murach等（2018）讓-6°頭低位臥床休息的8名男性進(jìn)行飛輪抗阻＋有氧訓(xùn)練（持續(xù)或間歇）實(shí)驗(yàn)，70天后發(fā)現(xiàn)受試者的比目魚肌有所增強(qiáng)，毛細(xì)血管、代謝酶有所提高。由此來(lái)看，抗阻＋有氧運(yùn)動(dòng)在微重力環(huán)境下是一種較為理想的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)選擇方式，能夠?qū)教靻T起到肌肉含量增長(zhǎng)和心肺功能提升的作用效果，且在訓(xùn)練時(shí)間、訓(xùn)練量、訓(xùn)練方式以及訓(xùn)練安排上逐步形成了較為明確的方案體系。

2.5 快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練方案

快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練起源于20世紀(jì)60年代末，是蘇聯(lián)的Yuri V教授在田徑訓(xùn)練時(shí)采用的一種方法，當(dāng)時(shí)稱之為shock method，國(guó)際上通常稱之為Plyometrics訓(xùn)練，80年代之后該方式得到了廣泛應(yīng)用。1984年出版的我國(guó)《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》中引用了“plyometric exercise”一詞，并翻譯為“超等長(zhǎng)訓(xùn)練”。從國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)來(lái)看，關(guān)于這一訓(xùn)練方式的稱謂表現(xiàn)不一，有 plyometric hops、plyometrics、jump training、deep jump以及plyometric bouncing等，但其核心都是通過(guò)肌肉的快速拉長(zhǎng)-縮短來(lái)提高快速力量和爆發(fā)力（Chmielewsk et al.，2006），主要通過(guò)離心階段、離心-向心耦聯(lián)（時(shí)間極短）及向心階段3個(gè)階段來(lái)完成。

既有研究顯示，在微重力模擬環(huán)境中快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練對(duì)人體快速力量、爆發(fā)力量的保持具有積極效應(yīng)。Kramer等（2010）設(shè)計(jì)了新型雪橇跳躍系統(tǒng)（sledge jump system，SJS）模擬失重環(huán)境，以21名健康人士［（24±4）歲］為測(cè)試對(duì)象進(jìn)行跳躍實(shí)驗(yàn)（圖5），證明了快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練對(duì)爆發(fā)力的積極意義。Andreas等（2017）將-6°頭低位臥床休息的男性受試者分為訓(xùn)練組和對(duì)照組，訓(xùn)練組采用（雙腳跳10次×4＋單腳跳10次×2）×5～6天/周×60天的實(shí)驗(yàn)方案，結(jié)果表明，訓(xùn)練組的跳躍峰值功率、峰值力、高度等保持不變，而實(shí)驗(yàn)組卻顯著下降。Tobias（2019）選取了8名健康男性志愿者［（29.4±5.2）歲］進(jìn)行垂直跑臺(tái)跳躍［（0.7 g，0.38 g，0.27 g，0.16 g）×30 s×3］實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證實(shí)，雙側(cè)峰值反作用力伴隨著跳躍高度的增加而增加，但該研究在跳躍高度上進(jìn)行了限定（20 cm），這一結(jié)果是否適用于更高的跳躍高度尚缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

圖5 雪橇車快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練設(shè)備Figure 5.Sleigh Fast Telescopic Composite Training Equipment

然而，有研究指出，快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練在短期內(nèi)可能會(huì)造成肌肉或韌帶損傷（Kyrolainen et al.，2005），且由于受荷爾蒙及生理結(jié)構(gòu)的影響（Erik et al.，2015），女性韌帶受傷概率會(huì)大大增加，這可能會(huì)對(duì)女性航天員在微重力環(huán)境下產(chǎn)生更為不利的影響。為此，快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練與力量訓(xùn)練相結(jié)合的組合式訓(xùn)練可能更為可?。ó?dāng)前通常稱之為復(fù)合式訓(xùn)練），其中，快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練與抗阻練習(xí)的結(jié)合最為常見（張可盈等，2017）。盡管Peterson等（2004）的研究證實(shí)了這種訓(xùn)練可以預(yù)防人體膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)損傷，但針對(duì)女性受試者的有關(guān)探討卻并不多見。從以上證據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練可以對(duì)肌肉的快速力量、爆發(fā)力量具有積極影響，但需要注意它所引起的負(fù)面效應(yīng)。

3 微重力環(huán)境運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)方案的未來(lái)探索

3.1 HIIT如何保障力量效應(yīng)

航天員微重力環(huán)境中的HIIT主要呈現(xiàn)出低量高強(qiáng)度（low-volume HIIT，HIITLV）、高量高強(qiáng)度（High-Volume HI-IT，HIITHV）和沖刺間歇訓(xùn)練（sprint interval training，SIT）3種應(yīng)用模式，并隨著研究的不斷進(jìn)展逐漸形成了高強(qiáng)度間歇抗阻訓(xùn)練（high intensity interval resistance training，HIRT）和高強(qiáng)度循環(huán)訓(xùn)練（high intensity circuit training，HICT）等方式（表5）。在微重力運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)的理論與實(shí)踐探索中，傳統(tǒng)上的高強(qiáng)度訓(xùn)練以Greenleaf等（1994）確立的間歇訓(xùn)練方案為典型代表（（40%～80%O2max）跑臺(tái)［2 min］＋等速抗阻（膝關(guān)節(jié)屈伸）10 min×5［2 min］×30天），但該方案的應(yīng)用結(jié)果顯示肌肉總量會(huì)有所下降。Kirk等（2020）采用 ISS 的 HIIT 方案中的 SPRINT（experiment group that performed a high intensity/lower volume exercise prescription）設(shè)計(jì)，對(duì)26名ISS航天員進(jìn)行了（跑臺(tái)（2.4～19.3 km/h）100%O2max30 s×8 ［15 s］ ＋70%～90%O2max2 min×6［2 min］＋85%O2max4 min×4［3 min］）×3天/周的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果顯示，航天員的膝伸肌峰值扭矩有所降低，而O2max得到保持。

表5 高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練方式的不同類型Table 5 Different Types of High Intensity Interval Training

HICT是在HIRT的基礎(chǔ)上，由美國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)會(huì)（American College of Sports Medicine，ACSM）改進(jìn)的一種訓(xùn)練方式（主要包括開合跳、坐太空椅、伏地挺身、捲腹、登階、深蹲、三角肌撐體、平板支撐、原地高抬腿、弓步、T型伏地挺身、側(cè)平板支撐12個(gè)經(jīng)典動(dòng)作）。Schmidt等（2016）招募了53名女性和43名男性大學(xué)生為測(cè)試對(duì)象，分為CT-7（7 min高強(qiáng)度循環(huán)）組、CT-14（14 min高強(qiáng)度循環(huán)）組及對(duì)照組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了HICT在肌耐力方面和有氧能力方面的積極意義。此后，研究者也進(jìn)一步驗(yàn)證了HICT對(duì)人體肌耐力和有氧能力的保持和提升具有重要作用（Marquez et al.，2017；Nunez et al.，2020）。

微重力環(huán)境下肌肉力量的保持至關(guān)重要，同時(shí)，積極的心肺耐力訓(xùn)練可以保證航天員在微重力環(huán)境中持續(xù)工作的能力。因此，微重力環(huán)境中的HIIT可能更需要通過(guò)HIRT和HICT兩種方式實(shí)現(xiàn)有氧與肌力的雙重訓(xùn)練效應(yīng)（Marin et al.，2020；Nunez et al.，2018）。但該種訓(xùn)練模式針對(duì)微重力環(huán)境的模擬研究或在軌實(shí)驗(yàn)研究還不多見，對(duì)微重力環(huán)境中的航天員群體表現(xiàn)效應(yīng)如何？長(zhǎng)期的訓(xùn)練效應(yīng)又會(huì)產(chǎn)生怎樣的變化？這些問(wèn)題也有待于深入探究。

3.2 力量和有氧訓(xùn)練如何實(shí)現(xiàn)最佳化

有氧能力與力量訓(xùn)練存在一定的兼容性或是交互效應(yīng)，因此，微重力環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)需要采用保持力量和有氧能力的融合策略或優(yōu)化策略。早在20世紀(jì)80年代，Hickson等（1980）就對(duì)力量訓(xùn)練與有氧訓(xùn)練的關(guān)系進(jìn)行了研究，指出與單純的力量訓(xùn)練或有氧訓(xùn)練相比，兩者結(jié)合的訓(xùn)練方式（抗阻＋有氧訓(xùn)練）對(duì)力量和耐力素質(zhì)的提高確實(shí)存在一定的限制作用，但并非沒(méi)有提高，證實(shí)了抗阻訓(xùn)練與有氧訓(xùn)練的組合模式對(duì)力量和耐力素質(zhì)有一定的積極影響。從既有研究來(lái)看，諸多研究認(rèn)為，抗阻＋有氧運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)模式可能是目前更為適合的方式（Thomas et al.，2019），因?yàn)樗哂型瑫r(shí)保持肌肉力量和有氧耐力的雙重作用，改善或抵消微重力環(huán)境對(duì)航天員身體功能的損害。Dillon等（2019）通過(guò)-6°頭低位臥床實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬太空飛行中的微重力環(huán)境，將健康男性分為運(yùn)動(dòng)組與對(duì)照組，運(yùn)動(dòng)組采用高強(qiáng)度間歇有氧（1次/2天）＋力量抗阻＋持續(xù)性有氧（與HIIT交替進(jìn)行）（表3），結(jié)果證實(shí)，運(yùn)動(dòng)組健康男性的肌肉總量得到有效保護(hù)。但也有學(xué)者提出不同意見，Thomas等（2019）指出，融合訓(xùn)練會(huì)降低保持肌肉力量的效果，同時(shí)，由于在太空中航天員的時(shí)間非常寶貴，這就決定了運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)訓(xùn)練的時(shí)間應(yīng)更加集中，因此，應(yīng)有條件的選擇抗阻＋有氧的訓(xùn)練模式。

抗阻＋有氧的訓(xùn)練模式可以作為航天員在軌期間應(yīng)對(duì)肌肉力量萎縮和心肺耐力下降的措施之一，但需要從訓(xùn)練時(shí)間、訓(xùn)練量、訓(xùn)練方式、訓(xùn)練安排等條件來(lái)綜合考慮。在訓(xùn)練時(shí)間上要考慮航天員每天可用于運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間的多少，在訓(xùn)練量上需要強(qiáng)調(diào)抗阻訓(xùn)練與有氧訓(xùn)練的比例分配，在訓(xùn)練方式上需要回答訓(xùn)練使用何種設(shè)備、采用何種抗阻訓(xùn)練及使用何種訓(xùn)練方法等問(wèn)題，在訓(xùn)練安排上需要注重抗阻訓(xùn)練和有氧訓(xùn)練的間隔時(shí)間問(wèn)題?；趯?duì)運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用效應(yīng)文獻(xiàn)的梳理，提出以下幾點(diǎn)應(yīng)用建議：1）從ISS的抗阻＋有氧訓(xùn)練交替安排來(lái)看，航天員每天鍛煉的總時(shí)間超過(guò)1.5 h時(shí)，可以采用該方法；2）從長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)效應(yīng)來(lái)看，抗阻訓(xùn)練和有氧訓(xùn)練必須均占有一定的訓(xùn)練量，且應(yīng)以抗阻訓(xùn)練為主；3）為了達(dá)到抗阻和有氧的雙重效果，自行車功率計(jì)或者是劃船訓(xùn)練可能要優(yōu)于跑臺(tái)訓(xùn)練；4）如果力量訓(xùn)練和有氧訓(xùn)練需要同期進(jìn)行，抗阻訓(xùn)練應(yīng)先于有氧訓(xùn)練進(jìn)行，且間歇時(shí)間最好為4 h以上。

3.3 快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練是否存在最佳時(shí)間效應(yīng)

快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練在國(guó)內(nèi)外的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中已得到廣泛采用，但應(yīng)用于微重力環(huán)境中的訓(xùn)練實(shí)踐還并不常見。2016年，德國(guó)航天中心（Deutsches zentrumfurluft，DLR）聯(lián)合康斯坦茨大學(xué)開展了60天的臥床實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)證明受試者每天進(jìn)行短時(shí)間跳躍訓(xùn)練能基本維持跳躍時(shí)的峰值力矩、跳躍高度及爆發(fā)力，且能夠應(yīng)對(duì)失重帶來(lái)的體質(zhì)下降和心血管功能失調(diào)問(wèn)題（Kramer et al.，2017）。2016年，我國(guó)航天醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)與應(yīng)用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與清華大學(xué)體育與健康科學(xué)研究中心聯(lián)合開展了快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練，自主研制了模擬失重跳躍系統(tǒng)，并開展了探索性研究，為航天員在軌運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)提供了新的思路（張可盈等，2017）。Andreas等（2017）就根據(jù)這一思路設(shè)計(jì)了60天-6°頭低位高強(qiáng)度跳躍訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)（表6），證實(shí)了該種訓(xùn)練對(duì)跳躍高度、最大功率及峰值力量的積極意義。

表6 高強(qiáng)度跳躍運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)方案Table 6 Exercise Countermeasures Plan for High Intensity Jumping

但是，快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練可能存在最佳的時(shí)間效應(yīng)問(wèn)題（Asadi，2017；Koschate et al.，2018），本課題組通過(guò)元分析對(duì)負(fù)重和無(wú)負(fù)重條件下快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練帶來(lái)的跳躍高度效應(yīng)進(jìn)行了分析（共搜集了82篇文獻(xiàn)，限于篇幅，元分析部分不在本文贅述，結(jié)果見圖6），研究表明，負(fù)重和無(wú)負(fù)重條件下快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練對(duì)跳躍能力（跳躍高度H）存在明顯的時(shí)間效應(yīng)和線性峰值效應(yīng)，即快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練會(huì)帶來(lái)跳躍能力的顯著提升，但隨著時(shí)間的推移，會(huì)出現(xiàn)跳躍高度上的峰值現(xiàn)象（10～12周達(dá)到效應(yīng)量最大），這意味從時(shí)間效應(yīng)來(lái)看快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練可能并不是最佳選擇。如何實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)時(shí)間上的一種效應(yīng)保障，還需要進(jìn)一步的理論研究與實(shí)踐探索。

圖6 有（a）或無(wú)（b）負(fù)重快速伸縮復(fù)合對(duì)跳躍能力（高度）影響的時(shí)間效應(yīng)Figue 6.Time Effect of Combined Training with（a）or without（b）Load-bearing Rapid Expansion and Contraction on Jumping Ability（Height）

3.4 加壓訓(xùn)練如何融入微重力運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)中

加壓訓(xùn)練又被稱為血流限制訓(xùn)練（blood flow restriction training，BFRT），是指在運(yùn)動(dòng)或組間休息時(shí)通過(guò)袖帶或彈性繃帶對(duì)肢體近端進(jìn)行外部加壓，達(dá)到靜脈血流閉塞和部分動(dòng)脈血流阻塞的目的（Willis et al.，2019）。與其他高強(qiáng)度或低強(qiáng)度訓(xùn)練相比，BFRT可以通過(guò)限制四肢血液流動(dòng)以加強(qiáng)訓(xùn)練負(fù)荷，使用20%～40%1RM的低強(qiáng)度抗阻訓(xùn)練就可以達(dá)到傳統(tǒng)使用65%～85%1RM高強(qiáng)度訓(xùn)練才能達(dá)到的肌肉力量增加的效果（Pope et al.，2013），而且可以在短時(shí)間獲得恢復(fù)（Loenneke et al.，2012；Seo et al.，2016；Yasuda et al.，2014）。

評(píng)價(jià)BFRT效果的指標(biāo)主要包括肌肉的橫截面積（crosssectional area，CSA）、肌肉厚度（muscle thickness，MTH）、MVC、韌帶及O2max。在對(duì)肌肉橫截面積增大效果的研究方面，越來(lái)越多的研究證實(shí)，BFRT與傳統(tǒng)抗阻訓(xùn)練結(jié)合能發(fā)揮肌力提升的效果（Takarada et al.，2000；Yasuda et al.，2016），結(jié)合有氧訓(xùn)練同樣能夠達(dá)到增肌的效果（Bell et al.，2000；Sakamaki et al.，2011），Abe等（2010）對(duì) 19名普通男性進(jìn)行了8周40%O2max的自行車訓(xùn)練，BFRT組（每次15 min）的大腿肌肉CSA和伸膝MVC顯著增大，有效避免了有氧和力量訓(xùn)練存在的相互削弱問(wèn)題。

此外，BFRT對(duì)肌腱韌帶的影響作用尤為需要關(guān)注。一些證據(jù)顯示，缺氧條件提高了人類肌腱干細(xì)胞的增殖（Lee et al.，2012），且缺氧在實(shí)現(xiàn)骨腱功能愈合過(guò)程中執(zhí)行了關(guān)鍵作用（Zhao et al.，2011）。但這種作用有急性和慢性兩種反應(yīng)：Mohmara等（2014）通過(guò)加壓30%1RM提踵的方式對(duì)受試者跟腱厚度進(jìn)行了即刻和實(shí)驗(yàn)后24 h的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果顯示，BFRT組和對(duì)照組之間無(wú)顯著性差異，但從慢性反應(yīng)來(lái)看，BFRT似乎產(chǎn)生了更顯著的積極影響；Kubo等（2006）設(shè)置了高強(qiáng)度抗阻（80%1RM）加BFRT和低強(qiáng)度抗阻（20%1RM）加BFRT的訓(xùn)練方案，經(jīng)過(guò)12周的訓(xùn)練（3次/周），結(jié)果顯示，高強(qiáng)度抗阻加BFRT組受試者的肌腱筋膜厚度顯著增加，但在低強(qiáng)度組未見顯著性差異。這種作用對(duì)微重力環(huán)境中航天員的身體健康顯然是極其重要的。處于微重力環(huán)境中的航天員存在肌肉和肌腱韌帶等多重萎縮的問(wèn)題，單純地注重肌肉保障顯然是不夠的，這也是為什么許多航天員存在腰背痛及立位耐力不足的一個(gè)主要致因（Ballard，1997；Wing，1991）。因此，針對(duì)BFRT的一些優(yōu)點(diǎn)，研究者也開始關(guān)注微重力環(huán)境中這一訓(xùn)練方法的應(yīng)用。Willis等（2019）指出，高強(qiáng)度抗阻（70%1RM）與加壓或缺氧模式配合訓(xùn)練能夠發(fā)揮運(yùn)動(dòng)防護(hù)的作用，可以作為太空飛行任務(wù)中有效的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)手段，這樣的研究也得到了一定的理論支持（Peyrard et al.，2019），但這些研究還未能在真實(shí)的太空中展開實(shí)驗(yàn)，還處于一種理論探索階段，究竟是低強(qiáng)度加壓還是高強(qiáng)度加壓更有效還不清楚。

但隨著相關(guān)研究的深入，越來(lái)越多的研究證據(jù)顯示，低強(qiáng)度加壓抗阻＋高強(qiáng)度抗阻訓(xùn)練（combined BFRT and HIRT，CB-RT）的方式對(duì)肌肉力量有著更為積極的作用（Sousa et al.，2017；Yasuda et al.，2014），效果甚至要優(yōu)于單獨(dú)使用高強(qiáng)度抗阻訓(xùn)練。Kriley等（2014）和Luebbers等（2014）的研究均證明了組合模式對(duì)力量增長(zhǎng)效果顯著大于單獨(dú)的高強(qiáng)度力量訓(xùn)練和BFRT。魏佳等（2019a，2019b）通過(guò)文獻(xiàn)分析給出了BFRT的建議方案：血流限制壓力為40%～80%AOP（靜息動(dòng)脈血流閉塞壓），訓(xùn)練強(qiáng)度為20%～40%1RM/MVC，訓(xùn)練量為45～80次（分多組完成），間歇時(shí)間為30～60 s，訓(xùn)練頻率為每周2～3次。鑒于此，本研究提出了微重力環(huán)境下航天員運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)的理論方案（圖7），未來(lái)可采用組間休息加壓和訓(xùn)練同步加壓兩種方式，高強(qiáng)度（70%1RM）或低強(qiáng)度（30%1RM）的加壓負(fù)荷（50～240 mmgh）開展實(shí)驗(yàn)探索。

圖7 加壓＋運(yùn)動(dòng)抗阻的組合設(shè)計(jì)方案Figure 7.Schematic Diagram of Combined Design Scheme of Pressure＋Motion Resistance

3.5 中國(guó)特色微重力環(huán)境運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)的建構(gòu)

如何盡快建立和完善中國(guó)特色的微重力或無(wú)重力環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)理論是我國(guó)航天事業(yè)中的一項(xiàng)重要任務(wù)，這不僅需要在之前所述的方案架構(gòu)和手段適配度上做出努力，還需要進(jìn)一步考慮效應(yīng)評(píng)估指標(biāo)選擇的有效性、身體部位的全面性及在軌與地面實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的匹配性構(gòu)建。從目前眾多的研究和ISS運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)方案來(lái)看（表1），評(píng)估指標(biāo)包括肌肉的CSA、肌肉總量、MVC、力矩、做功及功率等。但當(dāng)前微重力環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)研究，更多的是關(guān)注肌肉總量和肌腱韌帶力量的保持（既有研究側(cè)重于肌肉，忽視肌腱、韌帶），以及對(duì)肌耐力和MVC的測(cè)評(píng)（Kyle et al.，2015），功率及做功等指標(biāo)的研究相對(duì)較少（Trappe，2007）?？梢钥闯觯绾未_立更為有針對(duì)性的測(cè)評(píng)指標(biāo)體系是未來(lái)理論構(gòu)建的一個(gè)重要方面。

鍛煉的身體部位是微重力環(huán)境運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)監(jiān)控體系建構(gòu)的另一個(gè)方面。在ISS建立早期，俄羅斯的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)方案就從跑臺(tái)測(cè)試、功率車測(cè)試、手臂功能測(cè)試、肌力（等速、等長(zhǎng)及肌肉活檢）及動(dòng)作控制（韌帶本體反射、平衡力量、頭眼協(xié)調(diào)及步態(tài)控制等）等方面給出了身體部位和不同肌力類型的測(cè)評(píng)。Hackney等（2015）研究指出，在6個(gè)月的微重力環(huán)境飛行任務(wù)中，航天員上肢肌力下降達(dá)20%。Christopher等（2019）也進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)上下肢身體素質(zhì)對(duì)微重力環(huán)境中航天員的重要意義。但從目前整理的-6°頭低位模擬實(shí)驗(yàn)顯示（表7），更多的是針對(duì)下肢或腰腹部位指標(biāo)的評(píng)估。因此，如何確立和完善微重力環(huán)境下航天員身體部位的有針對(duì)性的訓(xùn)練方案和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，也是未來(lái)理論構(gòu)建的一個(gè)重要方面。

表7 臥床-6°實(shí)驗(yàn)運(yùn)動(dòng)抗阻情況一覽Table 7 Resistance of Bed Rest-6°Experiment

目前，地面模擬微重力環(huán)境較為成熟（通常采用-6°頭低位臥床實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?，但由于在太空微重力的特殊環(huán)境下，航天員的生理機(jī)能將面臨著一系列的急性和慢性變化，身體不同部位的血流和血管壓力也發(fā)生著一系列改變（圖8），如失重飛行初期的腦血流增加（Cerebral Blood Flow，CBF）等（Ogoh，2021），這些都對(duì)在軌和地面實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的匹配性構(gòu)建提出了實(shí)施要求。

圖8 航天失重與頭低位臥床條件下體液分布及動(dòng)脈壓變化Figure 8.Changes of Body Fluid Distribution and Arterial Pressure in Space Weightlessness and Head Down Bed Rest

3.6 微重力環(huán)境運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)如何實(shí)現(xiàn)軍民融合

2015年，習(xí)近平總書記提出把軍民融合發(fā)展上升為國(guó)家戰(zhàn)略，預(yù)示著我國(guó)開始正式走向了國(guó)防和軍隊(duì)現(xiàn)代化與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展結(jié)合并進(jìn)的時(shí)代。微重力環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)理論和實(shí)踐探索也為重力條件下的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和運(yùn)動(dòng)康復(fù)等領(lǐng)域提供了諸多的可能和空間。早在20世紀(jì)90年代，Berg等（1994）就對(duì)太空中具有悠悠球運(yùn)動(dòng)原理的飛輪抗阻設(shè)備在重力條件下的使用進(jìn)行了初步探索。Alejandro等（2021）使用飛輪抗阻訓(xùn)練設(shè)計(jì)（優(yōu)勢(shì)腿屈伸×30次×3組［5 min］）對(duì)23名健康男性［（21.40±0.99）歲］和8名健康女性［（21.50±1.38）歲］展開研究（圖9A），重點(diǎn)從腿部伸展的角速度、角加速度和功率等指標(biāo)識(shí)別肌肉做功的效率和疲勞情況，結(jié)果證實(shí)腿部伸展的角加速度是監(jiān)控疲勞的最敏感的指標(biāo)，并提出最大角加速度可以被用于監(jiān)控訓(xùn)練負(fù)荷和訓(xùn)練量。在運(yùn)動(dòng)康復(fù)和老年醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，Gladys等（2008）探究了飛輪抗阻（group trained using a flywheel inertial loading machine，G-FEW）與傳統(tǒng)重力抗阻（group trained using a weight-resistance loading machine，GWeight）訓(xùn)練對(duì)老年人神經(jīng)肌肉和平衡能力的影響（圖9B，C），結(jié)果證明，飛輪抗阻不僅有利于老年人力量和平衡能力的增加，肌腱硬度也有所提高。

圖9 飛輪抗阻設(shè)備使用設(shè)計(jì)及不同體位動(dòng)作Figure 9.Use Design of Flywheel Resistance Equipment and Actions of Different Body Positions

微重力環(huán)境中的立位耐力研究可能是航體科技走向民用的又一個(gè)重要方面。立位耐力是反映航天員站立時(shí)間長(zhǎng)短的重要指標(biāo)。由于航天員長(zhǎng)期暴露在微重力環(huán)境中，骨骼和肌肉質(zhì)量都出現(xiàn)了不同程度的萎縮，同時(shí)，也面臨著回到地球后重力的再適應(yīng)等問(wèn)題，使航天員在返回地面的一段時(shí)間內(nèi)不能站立行走或不能站立較長(zhǎng)時(shí)間，于是針對(duì)航天員立位耐力的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)設(shè)備成為一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。目前使用較多的是企鵝服（圖10），它由于彈性的作用可以很好地達(dá)到對(duì)抗肌肉萎縮的效果。隨著這一技術(shù)的發(fā)展，也開始有研究將企鵝服應(yīng)用于特殊人群（Julia et al.，2017；Ronald et al.，1999），Semenova（1997）就提出了將企鵝服應(yīng)用于腦癱患者的設(shè)想。但既有資料顯示，目前企鵝服應(yīng)用于特殊人群的實(shí)驗(yàn)研究還不多見，而應(yīng)用于健康人群的實(shí)驗(yàn)研究有所開展。Carvil等（2017）對(duì)8名年輕健康志愿者（5名男性和3名女性）進(jìn)行了企鵝服的應(yīng)用研究，表明了企鵝服對(duì)靜態(tài)軸向載荷和彈性力量方面的積極作用，并認(rèn)為可以作為未來(lái)康復(fù)手段的一個(gè)選擇。

圖10 企鵝服的發(fā)展演化（Julia et al.，2017）Figure 10.Development and Evolution of Penguin Clothing（Julia et al.，2017）

4 需關(guān)注的幾個(gè)變量

微重力環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)對(duì)航天員身體機(jī)能的保護(hù)是極其重要和必不可少的。但太空失重環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)探索畢竟不同于地面模擬實(shí)驗(yàn)，長(zhǎng)期與短期飛行任務(wù)也必然有著不同的運(yùn)動(dòng)要求。為此，運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)領(lǐng)域還存在眾多有待解決的問(wèn)題，需要未來(lái)更多的實(shí)踐應(yīng)用和科學(xué)研究。

1）時(shí)間效應(yīng)。從中短期來(lái)看，運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)的實(shí)驗(yàn)研究主要集中在90天以內(nèi)，且表現(xiàn)出對(duì)肌肉總量、肌肉橫截面積、功率及心肺功能等方面的積極作用，但對(duì)更長(zhǎng)時(shí)間的追蹤研究不夠。研究顯示，快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練對(duì)人體快速做功能力存在一定的最佳周期（10～12周），即并不會(huì)長(zhǎng)期處于顯著的作用狀態(tài)。同樣，對(duì)于HIRT或BFRT也少有長(zhǎng)期的縱向研究或報(bào)道（長(zhǎng)時(shí)間對(duì)同一群體的實(shí)驗(yàn)性研究），如何將其與傳統(tǒng)抗阻或有氧訓(xùn)練相結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的科學(xué)有效保障，還有待于更多的實(shí)驗(yàn)探索。

2）目標(biāo)設(shè)計(jì)。骨骼肌、心肺功能及立位耐力的干預(yù)是微重力或無(wú)重力環(huán)境下運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)研究的重點(diǎn)。航天員在軌期間需要在有限的時(shí)間和空間內(nèi)達(dá)到更優(yōu)的運(yùn)動(dòng)效果，但由于力量和有氧訓(xùn)練的相互限制性，因此引發(fā)了微重力環(huán)境中是保障力量為主還是有氧為主的紛爭(zhēng)，這就需要根據(jù)太空飛行任務(wù)的長(zhǎng)短及日常時(shí)間來(lái)確定目標(biāo)，并繼而確定運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)方案。

3）年齡效應(yīng)。從文獻(xiàn)研究來(lái)看，多數(shù)研究的實(shí)驗(yàn)對(duì)象年齡相對(duì)較小，但進(jìn)入微重力或無(wú)重力環(huán)境中的航天員年齡相對(duì)較大（普遍在40歲以上），同時(shí)，許多的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)方法也來(lái)源于運(yùn)動(dòng)員群體，以提升競(jìng)技表現(xiàn)為目的（如HIIT、HIRT以及BFRT等），沿用的標(biāo)準(zhǔn)更多地是依據(jù)運(yùn)動(dòng)員或青少年群體而設(shè)計(jì)，那么，對(duì)于年齡相對(duì)較大的在軌航天員來(lái)說(shuō)是否完全參照或?qū)嵤?，還需要給出新的年齡上的探索和關(guān)注。

4）肌腱韌帶。目前研究更多的關(guān)注于微重力環(huán)境下運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)對(duì)人體肌肉的影響，而肌腱韌帶是鏈接人體運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵樞紐，單純肌肉力量的防護(hù)并不一定帶來(lái)身體整體機(jī)能的保持，如長(zhǎng)期以來(lái)的立位耐力問(wèn)題，還需要肌腱韌帶的力量來(lái)保持身體整個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)能力。從目前的實(shí)驗(yàn)證據(jù)來(lái)看，BFRT可以對(duì)肌腱韌帶發(fā)揮較好的保障作用，因此，如何將其更好地融入傳統(tǒng)抗阻或其他形式的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)方案當(dāng)中，還需要更多的實(shí)踐探索。

5 總結(jié)與展望

微重力環(huán)境運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)的基本范疇在傳統(tǒng)抗阻和心肺耐力的基礎(chǔ)上，逐漸形成了包括骨、骨骼肌、心肺功能、身體功能性訓(xùn)練、運(yùn)動(dòng)感覺(jué)系統(tǒng)及免疫系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)鍛煉體系，不同運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)方案的防護(hù)效應(yīng)基本呈現(xiàn)積極表現(xiàn)，但缺乏相應(yīng)的長(zhǎng)期追蹤研究，更缺乏廣泛的真實(shí)微重力環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)探索?，F(xiàn)有研究顯示，快速伸縮復(fù)合、HIRT、BFRT等可成為微重力環(huán)境下重要的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)手段，快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練對(duì)峰值力矩、爆發(fā)力表現(xiàn)出積極意義，HIRT可以實(shí)現(xiàn)對(duì)肌肉力量的有效防護(hù)，并能夠保持有氧耐力的水平，在有限的時(shí)間內(nèi)達(dá)到更優(yōu)的訓(xùn)練效應(yīng)；BFRT可以發(fā)揮更優(yōu)的輔助作用，不僅能夠提升肌力的訓(xùn)練效果，還能夠?qū)τ醒跄芰Πl(fā)揮一定的保障作用，同時(shí)，對(duì)肌腱和骨的強(qiáng)化也具有積極影響，可以有效防止長(zhǎng)期無(wú)負(fù)荷狀態(tài)導(dǎo)致的廢用性肌萎縮和肌無(wú)力，但BFRT在高低強(qiáng)度（～50%1RM或70%1RM～）的選擇、與其他運(yùn)動(dòng)組合模式及加壓幅度（現(xiàn)有研究為50～240 mmgh）的設(shè)定方面還缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。為此，盡快研制并建立微重力下的航天員運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)是一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。

當(dāng)前，我國(guó)已然正式進(jìn)入了航天新時(shí)代，運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)理論與實(shí)踐對(duì)促進(jìn)2024年我國(guó)空間站戰(zhàn)略任務(wù)的順利實(shí)施，縮小與世界航天強(qiáng)國(guó)之間的差距，提升中國(guó)航天的硬實(shí)力有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。未來(lái)，需進(jìn)一步從“有氧訓(xùn)練的高量還是高強(qiáng)度更有利于微重力環(huán)境中的力量保持或發(fā)展，抗阻＋有氧訓(xùn)練模式的頻次、安排順序或訓(xùn)練方式（跑臺(tái)或是功率車）對(duì)力量和有氧有何作用差異，飛行任務(wù)長(zhǎng)短期的運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)方案區(qū)別有哪些，離心力量訓(xùn)練是否與有氧訓(xùn)練共存，以及因性別、年齡等原因?qū)е碌挠?xùn)練效果異質(zhì)性如何”等問(wèn)題出發(fā)，對(duì)微重力環(huán)境運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)理論與實(shí)踐進(jìn)行全面性回答，從而助力中國(guó)航天強(qiáng)國(guó)夢(mèng)的實(shí)現(xiàn)。