膝關(guān)節(jié)伸肌最大等速向心和離心收縮運(yùn)動(dòng)前后神經(jīng)肌肉疲勞的研究

陳 萬(wàn)，李換平，王海寧，張 懿，王 穎，楊 峰

神經(jīng)肌肉疲勞問(wèn)題是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外運(yùn)動(dòng)科學(xué)和運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。歷經(jīng)100多年的研究探索，神經(jīng)-肌肉疲勞被定義為由運(yùn)動(dòng)引起的最大隨意收縮力量的下降，或是肌肉沒(méi)有能力維持在需要的水平[1-2]。根據(jù)疲勞產(chǎn)生的部位將神經(jīng)-肌肉疲勞分為中樞疲勞和外周疲勞[3-5]。中樞疲勞主要表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)引起的自主激活水平或神經(jīng)發(fā)放沖動(dòng)的能力下降[6]。外周疲勞主要發(fā)生在神經(jīng)肌肉節(jié)點(diǎn)或神經(jīng)肌肉節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)端，包括肌纖維膜的興奮性、肌纖維收縮特性、興奮收縮耦聯(lián)和肌肉損傷等程序[7-8]。目前，研究神經(jīng)肌肉疲勞的主要方法為電刺激與隨意收縮疊加法，該方法是一種無(wú)創(chuàng)測(cè)試方法，廣泛用于評(píng)價(jià)肌肉的隨意動(dòng)員能力和鑒別疲勞的特性[9-10]。最大隨意等長(zhǎng)收縮（maximal voluntary isometric contraction，MVC）可以反映肌肉力量的大小，用于評(píng)價(jià)肌肉綜合疲勞程度。疊加電刺激的方法被廣泛應(yīng)用于中樞疲勞的評(píng)定，主要方法為在肌肉放松狀態(tài)和受試者進(jìn)行MVC的過(guò)程中疊加電刺激，2次電刺激引發(fā)收縮力矩的比值來(lái)計(jì)算肌肉的中樞激活水平，在運(yùn)動(dòng)前后中樞激活水平若發(fā)生明顯的下降，提示肌肉疲勞中產(chǎn)生了中樞疲勞[1，6]。外周疲勞的評(píng)定可以通過(guò)在放松的肌肉上發(fā)放電刺激引起的搐顫收縮的力學(xué)特征進(jìn)行評(píng)定[11]。

不同肌肉收縮形式的運(yùn)動(dòng)中，神經(jīng)-肌肉疲勞的類(lèi)型及發(fā)展程度不同，向心收縮和離心收縮運(yùn)動(dòng)是肌肉工作的2種重要形式，其運(yùn)動(dòng)后神經(jīng)肌肉疲勞變化對(duì)研究不同收縮形式肌肉疲勞的產(chǎn)生機(jī)制具有重要作用[12-14]。本研究采用膝關(guān)節(jié)伸肌分別進(jìn)行5組，每組10次最大等速向心、離心收縮運(yùn)動(dòng)的方案，使用電刺激檢測(cè)技術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)前后的膝關(guān)節(jié)伸肌群進(jìn)行神經(jīng)肌肉功能檢測(cè)，探索不同收縮形式運(yùn)動(dòng)后神經(jīng)肌肉疲勞是否有差異。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 試驗(yàn)對(duì)象

本研究隨機(jī)選取15名山東體育學(xué)院在校健康大學(xué)生作為試驗(yàn)對(duì)象，年齡（23±1.5）歲，身高（173.4±3.4）cm，體重（66.3±1.1）kg，BMI指數(shù)（22.05±2.5）kg/m2。所有受試者經(jīng)PAQ問(wèn)卷及體格檢查均無(wú)心血管、神經(jīng)肌肉障礙、關(guān)節(jié)肌肉損傷等疾病，并自愿參加該測(cè)試；試驗(yàn)前主試人員向受試者詳細(xì)講解試驗(yàn)流程，告知電刺激可能帶來(lái)的不適感，并邀請(qǐng)受試者簽署知情同意書(shū)。試驗(yàn)要求：為避免運(yùn)動(dòng)和藥物對(duì)本研究的影響，規(guī)定試驗(yàn)前24 h內(nèi)受試者不得進(jìn)行大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)，不得飲酒、咖啡以及服用其他藥物。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)儀器 本研究在山東體育學(xué)院等速肌力與神經(jīng)控制實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。采用的試驗(yàn)儀器主要有：IsoMed 2 000等速肌力測(cè)試系統(tǒng)、恒流電刺激發(fā)放器（Digitimer DS7A，UK）、電刺激參數(shù)控制器（DG2A）、電刺激電極片（13 cm×7.5 cm，橢圓形）、75%酒精、棉球、細(xì)砂紙、剃須刀等。

1.2.2 試驗(yàn)步驟 本研究中采用的運(yùn)動(dòng)方案為膝關(guān)節(jié)伸肌分別進(jìn)行5組，每組10次的最大向心收縮和離心收縮，運(yùn)動(dòng)角速度為60（°）/s，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍為10°～90°（0°為膝關(guān)節(jié)全伸）。所有運(yùn)動(dòng)均在IsoMed 2 000等速肌力測(cè)試儀器上完成。向心收縮采用“M1向心，M2向心”模式：M1為屈膝動(dòng)作，該動(dòng)作受試者膝關(guān)節(jié)不主動(dòng)發(fā)力，由等速設(shè)備帶動(dòng)完成運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的屈膝動(dòng)作。M2伸膝動(dòng)作時(shí)，膝關(guān)節(jié)發(fā)最大力量完成運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的伸膝動(dòng)作；離心收縮采用“M1離心，M2向心”模式：動(dòng)作M1膝關(guān)節(jié)主動(dòng)發(fā)最大力量對(duì)抗等速設(shè)備完成屈膝動(dòng)作，M2伸膝動(dòng)作膝關(guān)節(jié)不主動(dòng)發(fā)力，由等速設(shè)備帶動(dòng)完成運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的伸膝動(dòng)作。

神經(jīng)肌肉功能測(cè)試在IsoMed 2 000等速肌力測(cè)試儀器上進(jìn)行，試驗(yàn)前受試者進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室熟悉試驗(yàn)儀器和試驗(yàn)流程并確定電流強(qiáng)度。本研究中采用的電流強(qiáng)度為個(gè)人超強(qiáng)電流[1，9，15-16]，電流強(qiáng)度確定步驟如下：（1）試驗(yàn)對(duì)象坐在試驗(yàn)椅上，調(diào)節(jié)等速測(cè)試儀器的位置，記錄機(jī)頭高度、力臂旋轉(zhuǎn)角度、座椅長(zhǎng)度等位置參數(shù)，使受試者在測(cè)試過(guò)程中保持髖關(guān)節(jié)90°，膝關(guān)節(jié)90°，小腿自然下垂?fàn)顟B(tài)，在試驗(yàn)中沿用個(gè)人等速位置不變。令受試者在IsoMed 2 000等速肌力進(jìn)行最大等長(zhǎng)自主收縮，其中膝關(guān)節(jié)角度為70°（0°為全伸），直到受試者可以通過(guò)視覺(jué)反饋掌握在MVC水平維持4 s平臺(tái)期。（2）確定電刺激強(qiáng)度：確定電刺激電流強(qiáng)度應(yīng)在肌肉無(wú)疲勞狀態(tài)下進(jìn)行[15]，調(diào)節(jié)電刺激器電壓為400 V，波寬100 us，電流強(qiáng)度從100 mA開(kāi)始逐漸增加，每次增加5 mA，直到電流強(qiáng)度增加至受試者主觀(guān)可忍受最大強(qiáng)度且引起的力矩值連續(xù)3次出現(xiàn)平臺(tái)不再增加，即為個(gè)人最大電流強(qiáng)度[15]，經(jīng)測(cè)試15名受試者個(gè)人最大電流強(qiáng)度在220～275 mA之間。為保證神經(jīng)肌肉功能測(cè)試過(guò)程中電刺激信號(hào)充分募集膝關(guān)節(jié)伸肌參與收縮，測(cè)試過(guò)程采用個(gè)人超強(qiáng)度電流，即在個(gè)人最大電流強(qiáng)度的基礎(chǔ)上增加15%電流強(qiáng)度[1，9，16]，經(jīng)計(jì)算超強(qiáng)電流強(qiáng)度為（300±25）mA。對(duì)受試者在等速肌力測(cè)試椅上的位置和電刺激片的位置進(jìn)行標(biāo)記，并在之后的測(cè)試過(guò)程中保持不變。（3）電極片黏貼：電極片黏貼前對(duì)膝關(guān)節(jié)伸肌皮膚表面進(jìn)行除毛，并用細(xì)砂紙打磨去角質(zhì)后用75%醫(yī)用酒精清理油脂。電極片陽(yáng)極置于膝關(guān)節(jié)近端，覆蓋股內(nèi)外側(cè)肌肌腹，陰極置于膝關(guān)節(jié)遠(yuǎn)端[1]，使用記號(hào)筆標(biāo)記電極片位置，并在所有的試驗(yàn)中一直沿用該位置。

正式開(kāi)始試驗(yàn)前準(zhǔn)備：受試者準(zhǔn)備活動(dòng)包括5 min自行車(chē)運(yùn)動(dòng)，負(fù)荷為50 W，保持轉(zhuǎn)速60 r/min。休息1 min后，以50%MVC水平進(jìn)行2組，每組10次的膝關(guān)節(jié)伸肌動(dòng)態(tài)熱身運(yùn)動(dòng)，組間間歇1 min，熱身運(yùn)動(dòng)的收縮方式與運(yùn)動(dòng)方案相同，即向心收縮運(yùn)動(dòng)前的熱身活動(dòng)為向心收縮模式，離心運(yùn)動(dòng)前的熱身活動(dòng)為離心收縮模式。準(zhǔn)備活動(dòng)完成后，調(diào)節(jié)受試者座椅位置并給受試者黏貼電極片。

神經(jīng)肌肉功能測(cè)試介紹：神經(jīng)肌肉功能測(cè)試在運(yùn)動(dòng)前（熱身并休息5 min后）和運(yùn)動(dòng)后即刻進(jìn)行。神經(jīng)肌肉功能測(cè)試在膝關(guān)節(jié)70°等長(zhǎng)收縮模式進(jìn)行。開(kāi)始測(cè)試：主試下達(dá)“開(kāi)始”指令后，受試者在膝關(guān)節(jié)70°（等長(zhǎng)收縮）快速做最大隨意收縮，并保持MVC平臺(tái)持續(xù)4 s，在MVC第3 s時(shí)疊加一次100 Hz的雙脈沖刺激[17]（雙脈沖刺激為2次間隔時(shí)間為10 ms的單電刺激[18]），4 s MVC后受試者肌肉放松，肌肉放松1.5 s后，施加1 Hz的單刺激[11]，肌肉放松狀態(tài)下再間隔1.5 s后施加100 Hz雙脈沖刺激[11，19]，最后間隔1.5 s后施加10 Hz雙脈沖刺激[20]（見(jiàn)圖1）[1，20]。測(cè)試過(guò)程中，為避免受試者在發(fā)力過(guò)程中其他關(guān)節(jié)代償發(fā)力，使用儀器自帶設(shè)備對(duì)受試者腰部、肩部進(jìn)行固定，發(fā)力時(shí)雙手交叉放于胸前（見(jiàn)圖2）。

圖1 疊加電刺激技術(shù)示例圖[1，20]Figure1 Superimposed Electrical Stimulation Test[1，20]

圖2 受試者正在進(jìn)行試驗(yàn)Figure2 Subject in the Experiment

運(yùn)動(dòng)前完成神經(jīng)肌肉功能測(cè)試（前測(cè)）后，令受試者在等速肌力測(cè)試系統(tǒng)上完成疲勞性運(yùn)動(dòng)方案，即受試者隨機(jī)進(jìn)行5組（10次/組）最大向心或離心運(yùn)動(dòng)，組間間歇時(shí)間1 min[14，21-23]。運(yùn)動(dòng)完成后即刻再次進(jìn)行神經(jīng)肌肉功能測(cè)試（后測(cè)），向心收縮和離心收縮運(yùn)動(dòng)時(shí)間間隔1周。在疲勞性運(yùn)動(dòng)之后重復(fù)神經(jīng)肌肉功能測(cè)試。1.2.3 測(cè)試指標(biāo) 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，實(shí)時(shí)記錄每次向心收縮和離心收縮的最大等動(dòng)力矩和做功，取每組10次受試者的最大力矩和做功的平均值用于后續(xù)對(duì)比。取電刺激前MVC平臺(tái)1 s內(nèi)的平均值為個(gè)人MVC[1，20]；計(jì)算最大等長(zhǎng)隨意收縮力量上升斜率（rate of force development of MVC，RFD-MVC）：IsoMed 2 000等速肌力測(cè)試系統(tǒng)采樣頻率為200 Hz，計(jì)算力量上升過(guò)程中每20 ms的斜率，并取其最大值作為個(gè)人最大RFD-MVC。MVC、RFD-MVC主要用于評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)前后神經(jīng)肌肉疲勞的綜合疲勞程度，其值的下降涉及中樞疲勞和外周疲勞[1]。肌肉放松狀態(tài)下電刺激引發(fā)肌肉收縮力矩的力學(xué)特性變化包括：最大顫搐張力（Peak twitch tension，Pt）、最大張力上升速率（rate of force development of Pt，RFD-Pt）、張力半舒張下降速率（rate of half force relaxation of Pt，RHR-Pt）等指標(biāo)，記錄1 Hz電刺激引發(fā)力矩上升的力矩值Pt，直線(xiàn)斜率RFD-Pt和RHR-Pt。Pt可以反映出肌肉收縮能力的變化：1 Hz電刺激下Pt的下降綜合反應(yīng)了肌肉外周疲勞程度，與肌纖維類(lèi)型無(wú)關(guān)[11]；RFD-Pt下降反應(yīng)肌肉收縮的速度下降，RHR-Pt出現(xiàn)明顯下降則表明肌肉舒張的速度減慢，肌肉收縮和舒張速度減慢意味著肌纖維神經(jīng)肌肉節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)端、興奮收縮耦聯(lián)、以及肌纖維收縮特性等發(fā)生了疲勞或損傷，是肌肉外周疲勞評(píng)價(jià)的應(yīng)用指標(biāo)[10，19，23]。

Pt10、Pt100為放松狀態(tài)下的肌肉分別在10、100 Hz電刺激時(shí)引發(fā)的力矩值，研究表明不同肌纖維類(lèi)型對(duì)電刺激的反應(yīng)不同，在高頻率電刺激100 Hz下，肌肉中的快肌纖維更多的被動(dòng)員；在低頻電刺激10 Hz下，肌肉中的慢肌纖維更多的被動(dòng)員，因此疲勞運(yùn)動(dòng)后不同頻率電刺激下肌肉被動(dòng)收縮力矩下降幅度用來(lái)評(píng)價(jià)肌肉的疲勞類(lèi)型，研究中通常用Pt10/Pt100（%）指標(biāo)的變化來(lái)評(píng)價(jià)肌肉是否發(fā)生低頻疲勞[24]，低頻疲勞的顯著特征為肌肉在低頻電刺激下力量下降更明顯，有研究表明低頻疲勞在持續(xù)的等長(zhǎng)收縮或離心收縮運(yùn)動(dòng)后更明顯[20，25]。

城市水系統(tǒng)水—能關(guān)系研究是近年才興起的一個(gè)研究方向。2000—2008年陸續(xù)出現(xiàn)了一系列關(guān)于城市水系統(tǒng)水—能關(guān)系的研究專(zhuān)著和報(bào)告，其后兩年更多組織開(kāi)始關(guān)注和研究這一熱點(diǎn)問(wèn)題。

運(yùn)動(dòng)前后中樞激活水平（Voluntary activation，Va）計(jì)算公式Va/%=[1-（superimposed double twitch/double twitch at rest）]×100[1，9，18，23，26]。公式中 superimposed double twitch 是指在做 MVC時(shí)給予100 Hz雙脈沖電刺激所誘發(fā)的額外的力矩值，double twitch at rest指完成MVC后，肌肉放松時(shí)給予100 Hz雙脈沖電刺激所誘發(fā)的力矩幅值。中樞疲勞評(píng)價(jià)基本原理是：當(dāng)肌肉疲勞是由中樞激活水平下降（中樞疲勞）引起時(shí)，此時(shí)給予一個(gè)替代中樞神經(jīng)沖動(dòng)的電信號(hào)，肌肉力量會(huì)出現(xiàn)較大幅度的增長(zhǎng)；若肌肉疲勞是由于肌肉本身引起的（即外周疲勞），在理想狀態(tài)下此時(shí)疊加電刺激也不會(huì)引起肌肉產(chǎn)生額外的收縮，由于肌肉本身的收縮特性在電刺激下一定會(huì)引起額外的收縮力矩，但在肌肉發(fā)生明顯的外周疲勞時(shí)，相同電刺激引發(fā)的額外力矩增長(zhǎng)幅度會(huì)有較大的降低[27]。疊加電刺激技術(shù)評(píng)價(jià)肌肉疲勞的中樞疲勞程度目前在國(guó)外被廣泛應(yīng)用在體育科學(xué)研究中。各指標(biāo)下降率（%）的計(jì)算公式：（前測(cè)－后測(cè)）/前測(cè)×100%。所有測(cè)試指標(biāo)取受試者的平均值用于后續(xù)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。

1.2.4 數(shù)理統(tǒng)計(jì) 試驗(yàn)結(jié)果采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示；使用SPSS20.0對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，對(duì)第1～5組運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，同一組別向心收縮和離心收縮運(yùn)動(dòng)中的平均力矩和做功采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)；對(duì)向心收縮和離心收縮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，第1～5組的平均等動(dòng)力矩和做功進(jìn)行單樣本T檢驗(yàn)，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為第1組平均值；神經(jīng)肌肉功能前后測(cè)試指標(biāo)采用配對(duì)T檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析；所有檢驗(yàn)顯著性差異水平設(shè)置為0.05，若P＜0.05則組間有顯著性差異，P＞0.05組間不具有顯著性差異。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 向心和離心收縮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中平均等動(dòng)力矩和做功的動(dòng)態(tài)變化

在離心收縮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各組平均等動(dòng)力矩和平均做功非常顯著高于向心收縮運(yùn)動(dòng)（P＜0.01）；在向心收縮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，膝關(guān)節(jié)平均等動(dòng)力矩和平均做功隨著運(yùn)動(dòng)的持續(xù)呈下降趨勢(shì)，但各組與第1組的差異不明顯（P＞0.05）；在離心收縮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中膝關(guān)節(jié)伸肌平均等動(dòng)力矩隨著運(yùn)動(dòng)的持續(xù)略有增加，但各組與第1組沒(méi)有顯著差異性（P＞0.05）；離心收縮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中做功的變化與力矩的變化相似。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出離心收縮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中肌肉有較大的做功輸出，且較于向心收縮更耐疲勞（見(jiàn)表1）。

表1 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中力矩和功的動(dòng)態(tài)變化結(jié)果（n=15）Table1 The Results of Dynamic Changes of Torque and Work During Exercise（n=15）

2.2 向心收縮和離心收縮運(yùn)動(dòng)前后神經(jīng)-肌肉疲勞變化

向心收縮運(yùn)動(dòng)后，MVC由運(yùn)動(dòng)前（277.05±54.21）Nm下降到（231.14±48.49）Nm（P＜0.01）；離心收縮運(yùn)動(dòng)后，MVC由運(yùn)動(dòng)前（276.14±43.21）Nm下降到（252.85±31.45）Nm（P＜0.05）；向心收縮和離心收縮相比較，MVC下降率分別為（14.57±4.56）%和（8.07±3.23）%（P＜0.05）。向心收縮運(yùn)動(dòng)后，RFD-MVC由運(yùn)動(dòng)前（1 415.00±201.12）Nm/s下降至（1 265.00±130.23）Nm/s（P＞0.05）；離心收縮運(yùn)動(dòng)后，RFD-MVC由運(yùn)動(dòng)前（1 393.00±223.11）Nm/s下降至（1 151.67±129.98）Nm/s（P＜0.01）；向心收縮和離心收縮相比較，RFD-MVC下降率分別為（8.42±10.98）% 和（19.54±8.91）%（P＜0.05）（見(jiàn)表2）。

表2 向心收縮和離心收縮運(yùn)動(dòng)后神經(jīng)肌肉疲勞變化（n=15）Table2 Changes of Neuromuscular Fatigue after Concentric and Eccentric Contraction Exercises（n=15）

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出：向心收縮運(yùn)動(dòng)后肌力下降幅度高于離心收縮運(yùn)動(dòng)后肌力的下降；然而RFD-MVC在向心收縮運(yùn)動(dòng)后沒(méi)有顯著性變化，在離心收縮運(yùn)動(dòng)后顯著下降，推測(cè)可能是由于離心運(yùn)動(dòng)后發(fā)生了較多的中樞疲勞，以至于在最大自主收縮時(shí)中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)放沖動(dòng)頻率降低。

2.3 向心收縮和離心收縮運(yùn)動(dòng)后電刺激引發(fā)力矩力學(xué)特征變化

在向心收縮運(yùn)動(dòng)后Pt由運(yùn)動(dòng)前（58.23±9.25）Nm下降到（46.07±9.32）Nm（P＜0.01），離心收縮運(yùn)動(dòng)后Pt由運(yùn)動(dòng)前（58.52±10.01）Nm略上升為（59.07±4.57）Nm，二者沒(méi)有顯著差異性（P＞0.05），向心收縮Pt下降率為（23.16±5.52）%，非常顯著高于離心收縮運(yùn)動(dòng)中Pt下降率（-1.93±2.82）%（P＜0.01）（見(jiàn)表3）。

表3 向心收縮和離心收縮運(yùn)動(dòng)后電刺激引發(fā)力學(xué)參數(shù)變化（n=15）Table3 Changes of Mechanics Parameters Produced by Electrical Stimulation after Concentric and Eccentric Contraction Exercises（n=15）

向心收縮運(yùn)動(dòng)后RFD-Pt由（938.46±21.44）Nm/s下降到（722.89±123.02）Nm/s（P＜0.01），離心收縮運(yùn)動(dòng)后RFD-Pt略有下降，但無(wú)顯著性差異（P＞0.05），RFD-Pt下降率為（22.97±5.41）%非常顯著高于離心收縮運(yùn)動(dòng)RFD-Pt的下降率；向心收縮運(yùn)動(dòng)后RHR-Pt由（408.61±69.81）Nm/s下降為（305.56±78.55）Nm/s（P＜0.01），離心收縮運(yùn)動(dòng)后RHR-Pt由（412.00±61.33）Nm/s上升為（439.46±65.23）Nm/s（P＜0.01），向心收縮RHR-Pt下降率顯著高于離心收縮RHR-Pt的變化率；向心收縮運(yùn)動(dòng)后Pt10/Pt100無(wú)顯著性變化，離心運(yùn)動(dòng)后Pt10/Pt100由運(yùn)動(dòng)前106.10±8.47下降為91.81±3.8（P＜0.01），Pt10/Pt100下降率為（13.47±2.76）%，顯著高于向心運(yùn)動(dòng)Pt10/Pt100下降率（P＜0.01）。

2.4 向心收縮和離心收縮運(yùn)動(dòng)后中樞激活水平變化

向心收縮運(yùn)動(dòng)后Va由運(yùn)動(dòng)前（80.92±5.31）%下降至（78.78±1.41）%（P＜0.05），離心收縮運(yùn)動(dòng)后Va由運(yùn)動(dòng)前（81.10±3.54）%下降至（75.62±1.01）%（P＜0.01），離心收縮Va下降率為（6.90±0.98）%，顯著高于向心收縮運(yùn)動(dòng)后Va下降率（2.66±0.63）%（P＜0.05）。由試驗(yàn)結(jié)果可知在50次向心收縮和離心收縮運(yùn)動(dòng)后肌肉均發(fā)生了一定的中樞疲勞，而離心收縮運(yùn)動(dòng)后中樞疲勞程度高于向心收縮運(yùn)動(dòng)后中樞疲勞程度（見(jiàn)表4）。

表4 向心收縮和離心收縮運(yùn)動(dòng)后中樞激活水平變化/%（n=15）Table4 Changes of Voluntary Activation（Va）after Concentric and Eccentric Contraction Exercises/%（n=15）

3 討論與分析

由本研究可知，在離心收縮運(yùn)動(dòng)和向心收縮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，離心收縮肌肉做功高于向心收縮，且離心收縮力矩高于向心收縮力矩，表明離心收縮運(yùn)動(dòng)后即刻疲勞程度更低，這可能是由于離心收縮運(yùn)動(dòng)中肌肉收縮的特殊機(jī)制導(dǎo)致的。D.KAY等[13]研究發(fā)現(xiàn)在維持100 s的膝關(guān)節(jié)向心運(yùn)動(dòng)和離心運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，向心收縮力矩呈下降趨勢(shì)，而離心收縮力矩在運(yùn)動(dòng)后期高于運(yùn)動(dòng)初期。該研究認(rèn)為在離心運(yùn)動(dòng)中肌肉和結(jié)蹄組織等彈性結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)力量的產(chǎn)生具有特殊的貢獻(xiàn)，而這種貢獻(xiàn)削弱了重復(fù)性離心運(yùn)動(dòng)中的離心力矩的下降，導(dǎo)致肌肉疲勞程度較低。認(rèn)為離心收縮時(shí)肌肉可能會(huì)被進(jìn)一步激活，而這種激活程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)在向心收縮過(guò)程中意識(shí)控制下對(duì)肌肉的激活程度。F.MOLINARI等[14]研究發(fā)現(xiàn)在膝關(guān)節(jié)進(jìn)行30次最大向心和離心運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，盡管股外側(cè)肌、股直肌和股內(nèi)側(cè)肌等肌肉在離心運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了更多的機(jī)械做功，然而膝關(guān)節(jié)伸肌在向心收縮運(yùn)動(dòng)時(shí)肌肉疲勞特征更顯著。研究認(rèn)為離心收縮運(yùn)動(dòng)中運(yùn)動(dòng)單位的激活處于較低的水平，且離心運(yùn)動(dòng)中氧消耗和物質(zhì)代謝也處于較低的水平，M.E.HOROBETI等[12]研究發(fā)現(xiàn)向心運(yùn)動(dòng)和離心運(yùn)動(dòng)在相同的心率下，離心運(yùn)動(dòng)時(shí)的攝氧量更低。

在本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，向心收縮運(yùn)動(dòng)后MVC下降率為（14.57±4.56）%，顯著高于離心收縮運(yùn)動(dòng)后MVC下降率（8.07±3.23）%，而RFD-MVC在向心收縮運(yùn)動(dòng)后僅僅下降了（8.42±10.98）%，顯著低于離心運(yùn)動(dòng)后RFD-MVC的下降率（19.54±8.91）%。MVC的下降與RFD-MVC的下降不一致并不驚奇，G.BOCCIA等[1]研究認(rèn)為RFD-MVC總體上與MVC的相關(guān)性較弱，RFD-MVC的下降是由于大量中樞疲勞而導(dǎo)致，也有可能是因?yàn)槲镔|(zhì)代謝的影響而導(dǎo)致，RFD-MVC的下降并不影響MVC。本研究中離心運(yùn)動(dòng)后RFD-MVC顯著下降與前人研究結(jié)果相一致。J.FARUP等[28]研究發(fā)現(xiàn)在150次離心收縮運(yùn)動(dòng)后最大隨意等長(zhǎng)收縮的力量上升斜率RFD-MVC顯著下降。M.J.HUBAL等[21]研究發(fā)現(xiàn)在5組，每組10次最大離心收縮運(yùn)動(dòng)后最大隨意收縮時(shí)最大上升斜率顯著下降，其疲勞機(jī)制反映了中樞疲勞和外周疲勞。

由研究結(jié)果可知，向心收縮運(yùn)動(dòng)后Pt非常顯著下降，而Va下降程度較低，表明50次向心收縮運(yùn)動(dòng)后肌肉出現(xiàn)顯著的外周疲勞，而中樞疲勞程度較低。N.BABAULT等[18]研究了向心收縮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的神經(jīng)肌肉功能變化，發(fā)現(xiàn)在3組，每組30次60（°）/s向心收縮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，第1組運(yùn)動(dòng)后Pt顯著下降，第2組、第3組Pt下降水平與第1組沒(méi)有顯著性差異，而Va在第1組下降水平較低，在第3組有非常顯著性下降，因此得出結(jié)論在向心收縮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中肌肉疲勞先發(fā)生外周疲勞，繼而發(fā)生中樞疲勞。在本研究中采用5組，每組10次的等速向心收縮，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平與第1組水平相當(dāng)，此時(shí)肌肉疲勞的主要根源是外周疲勞，而中樞疲勞程度較低。胡敏等[16]研究了膝關(guān)節(jié)伸肌在50次向心收縮運(yùn)動(dòng)后神經(jīng)肌肉功能變化，同樣發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)后外周疲勞程度高于中樞疲勞程度。C.FORYD等[20]研究中采用訓(xùn)練有素的受試者以60（°）/s角速度進(jìn)行60次膝關(guān)節(jié)向心收縮運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)后MVC顯著下降，Pt等外周疲勞指標(biāo)也顯著下降，而中樞激活水平Va并未發(fā)生顯著性變化。雖然由于運(yùn)動(dòng)方案、受試者運(yùn)動(dòng)水平等因素導(dǎo)致研究結(jié)果并不一致，但均能反映出向心收縮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中肌肉先出現(xiàn)大量外周疲勞這一特征，與本研究結(jié)果相一致。

在本試驗(yàn)中，離心收縮運(yùn)動(dòng)后Pt、RFD-Pt、RHR-Pt并沒(méi)有發(fā)生顯著的變化，而Pt10/Pt100的顯著下降表明肌肉發(fā)生了低頻疲勞，低頻疲勞是離心收縮后的顯著特征。低頻疲勞預(yù)示著興奮收縮耦聯(lián)機(jī)制受到損傷，離心運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的肌肉損傷的原因有以下幾個(gè)方面：肌漿網(wǎng)鈣離子釋放下降導(dǎo)致自由的鈣離子濃度下降；鈣離子敏感性下降；收縮能力下降。鈣離子濃度或敏感性下降會(huì)導(dǎo)致肌肉在低頻電刺激下肌肉產(chǎn)生力量下降，而肌肉收縮能力下降會(huì)導(dǎo)致在所有頻率的電刺激下收縮力矩下降。A.SKURVYDAS等[19]研究發(fā)現(xiàn)在120次離心收縮運(yùn)動(dòng)后出現(xiàn)Pt下降、收縮和舒張速度上升、顯著低頻疲勞等現(xiàn)象，證實(shí)肌肉收縮、舒張速度的升高與肌肉溫度有關(guān)。G.Y.MILLET等[29]研究發(fā)現(xiàn)在半程馬拉松運(yùn)動(dòng)后Pt增加19%，認(rèn)為馬拉松運(yùn)動(dòng)后肌球蛋白磷酸化導(dǎo)致了力量產(chǎn)生速率和鈣離子敏感性的增加。本研究中50次離心運(yùn)動(dòng)后電刺激引發(fā)的肌肉收縮力矩特征的相關(guān)機(jī)制有待進(jìn)一步進(jìn)行研究。

本研究中離心收縮運(yùn)動(dòng)后中樞激活水平顯著下降6.9%，且顯著高于向心收縮運(yùn)動(dòng)后中樞激活水平下降率，表明50次膝關(guān)節(jié)離心收縮運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致肌肉疲勞的起源有較高程度的中樞疲勞。這與之前研究的結(jié)果相一致，大量相關(guān)研究表明于離心運(yùn)動(dòng)后發(fā)生不同程度的中樞疲勞。如，C.J.MCNEIL等[22]研究發(fā)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)100次60（°）/s離心運(yùn)動(dòng)后脛骨前肌中樞激活水平下降約為12%，顯著高于本研究中離心收縮運(yùn)動(dòng)后中樞激活水平的下降程度，這可能是由于收縮次數(shù)比本研究中多1倍，同時(shí)股四頭肌比脛骨前肌耐疲勞程度高等因素有關(guān)。A.SKURVYDAS等[30]研究發(fā)現(xiàn)未經(jīng)訓(xùn)練的受試者在進(jìn)行膝關(guān)節(jié)100次60（°）/s離心收縮運(yùn)動(dòng)后，MVC下降約32%，中樞激活水平下降約12%。A.MICHAUT等[23]研究發(fā)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)在50次離心運(yùn)動(dòng)后MVC下降約20%，中樞激活水平下降約13%左右，E.GAUCHE等[26]研究發(fā)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)在高強(qiáng)度離心運(yùn)動(dòng)后MVC下降20%，中樞激活水平下降22%。然而，關(guān)于離心收縮運(yùn)動(dòng)后中樞疲勞的機(jī)制卻并不明朗，MICHAUT等認(rèn)為是離心收縮運(yùn)動(dòng)引起的疼痛和虛弱導(dǎo)致大腦皮質(zhì)驅(qū)動(dòng)肌肉收縮的能力發(fā)生改變，V.MARTIN等[31]認(rèn)為離心運(yùn)動(dòng)后的中樞疲勞機(jī)制可能來(lái)源于脊髓上水平的疲勞或肌肉III、IV類(lèi)傳入纖維因受到積累的代謝物質(zhì)的影響從而反饋調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)肌肉的控制，也有可能是由于肌肉受到損傷降低了Ia神經(jīng)元傳入運(yùn)動(dòng)單位的沖動(dòng)。

4 結(jié)論

綜上所述，膝關(guān)節(jié)伸肌50次最大等速向心、離心收縮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，離心收縮肌肉做功高于向心收縮，且離心收縮力矩高于向心收縮力矩，表明離心收縮可能比向心收縮更耐疲勞；向心、離心運(yùn)動(dòng)后肌肉產(chǎn)生明顯的神經(jīng)肌肉疲勞，且向心收縮運(yùn)動(dòng)后疲勞程度高于離心收縮運(yùn)動(dòng)；向心收縮運(yùn)動(dòng)肌肉后外周疲勞高于離心運(yùn)動(dòng)，而離心收縮運(yùn)動(dòng)后肌肉出現(xiàn)了明顯的低頻疲勞，可能與肌漿網(wǎng)鈣離子釋放下降以及自由的鈣離子濃度下降有關(guān)；鈣離子敏感性下降。離心收縮運(yùn)動(dòng)后中樞疲勞程度更大。本研究?jī)H探討了膝關(guān)節(jié)伸肌50次最大等速向心、離心收縮運(yùn)動(dòng)前后神經(jīng)肌肉功能的變化，而對(duì)于收縮過(guò)程中和運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)期的神經(jīng)肌肉功能變化未給予探究，為更好的探究不同收縮模式對(duì)肌肉疲勞程度及疲勞產(chǎn)生部位的影響，可從這2個(gè)角度對(duì)不同收縮形式對(duì)神經(jīng)肌肉功能的影響進(jìn)行更加深入的研究。

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