運(yùn)動(dòng)疲勞對(duì)人體姿勢(shì)控制功能影響的研究綜述

李旭龍，陳洪鑫

LI Xu-long1，CHEN Hong-xin2

運(yùn)動(dòng)疲勞對(duì)人體姿勢(shì)控制功能影響的研究綜述

李旭龍1，陳洪鑫2

LI Xu-long1，CHEN Hong-xin2

通過文獻(xiàn)資料法，歸納和整理運(yùn)動(dòng)疲勞對(duì)人體姿勢(shì)控制功能影響的研究進(jìn)展。結(jié)果顯示，全身運(yùn)動(dòng)和局部運(yùn)動(dòng)疲勞影響人體姿勢(shì)控制能力的生理學(xué)機(jī)制是不同的。全身運(yùn)動(dòng)比局部運(yùn)動(dòng)造成更多的生理指標(biāo)變化，并更顯著的影響與姿勢(shì)控制有關(guān)的感受器和效應(yīng)器。局部運(yùn)動(dòng)對(duì)姿勢(shì)控制的影響根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)、測(cè)試形式、被試特征及完成測(cè)試時(shí)的生理狀況的不同而不同。伸肌和下肢肌肉的疲勞比屈肌和上肢肌肉的疲勞對(duì)姿勢(shì)控制的影響更大。

運(yùn)動(dòng)疲勞；姿勢(shì)控制；肌肉收縮

姿勢(shì)控制功能是人類的基本運(yùn)動(dòng)技能之一，人類通過姿勢(shì)控制維護(hù)重心與支持面之間的關(guān)系，使身體恢復(fù)或維持平衡，以預(yù)防跌倒并完成既定的任務(wù)［1］。有研究證明肌肉運(yùn)動(dòng)會(huì)加劇姿勢(shì)動(dòng)搖，因?yàn)槟芰啃枨蟮纳呒涌炝梭w液的流動(dòng)和心臟及呼吸肌的收縮［2］。除此之外，當(dāng)肌肉運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生疲勞時(shí)，姿勢(shì)控制的調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于感覺信息輸入和運(yùn)動(dòng)信息輸出的變化而受到影響。實(shí)際上，肌肉運(yùn)動(dòng)干擾了神經(jīng)肌肉系統(tǒng)，包括改變了肌肉力量和姿勢(shì)控制能力［3］。

而運(yùn)動(dòng)疲勞根據(jù)其運(yùn)動(dòng)形式的不同，可以分成兩種形式。一種是全身性的運(yùn)動(dòng)疲勞，另一種是局部性的運(yùn)動(dòng)疲勞。它們之間有三點(diǎn)不同。第一，全身性運(yùn)動(dòng)包括多個(gè)關(guān)節(jié)和多個(gè)肌肉群，而局部運(yùn)動(dòng)通常只包括一個(gè)關(guān)節(jié)和一個(gè)或幾個(gè)肌肉群。第二，全身性運(yùn)動(dòng)被認(rèn)為能夠提高新陳代謝水平，而局部運(yùn)動(dòng)被認(rèn)為能刺激神經(jīng)肌肉系統(tǒng)。第三，這兩種運(yùn)動(dòng)形式在運(yùn)動(dòng)覺上完全不同。大部分的全身運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生身體的空間位移（例如跑步和走），而大多數(shù)局部運(yùn)動(dòng)是在靜止的狀態(tài)下進(jìn)行的（例如膝關(guān)節(jié)屈伸）只產(chǎn)生身體環(huán)節(jié)的位移而整個(gè)人體不動(dòng)［4］。

對(duì)于運(yùn)動(dòng)疲勞對(duì)人體姿勢(shì)控制功能的影響機(jī)制國(guó)外已經(jīng)有了一定程度的研究，而國(guó)內(nèi)這方面的研究較少，因此對(duì)有代表性的研究的結(jié)果進(jìn)行總結(jié)、歸納、比較，對(duì)于揭示運(yùn)動(dòng)疲勞和姿勢(shì)控制能力之間的關(guān)系，研究不同運(yùn)動(dòng)疲勞類型對(duì)姿勢(shì)控制能力的影響，進(jìn)而為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和醫(yī)療康復(fù)服務(wù)是有積極意義的。

1 全身性運(yùn)動(dòng)對(duì)姿勢(shì)控制的影響

全身性運(yùn)動(dòng)，例如跑步、走、騎自行車，會(huì)對(duì)骨骼肌肉系統(tǒng)帶來生理的變化和重要的機(jī)械影響，它們會(huì)降低姿勢(shì)控制的效力。

1.1 生理變化的影響

1.1.1 新陳代謝增強(qiáng)的影響

有證據(jù)顯示，全身運(yùn)動(dòng)會(huì)加重姿勢(shì)動(dòng)搖，因?yàn)槟芰康脑黾蛹涌炝梭w液的流動(dòng)和心肌和呼吸肌的收縮。在運(yùn)動(dòng)過程中新陳代謝的增加加快了心跳和呼吸的節(jié)奏。換氣過度和心跳過速加重了身體的搖晃。有氧和無氧運(yùn)動(dòng)都會(huì)降低姿勢(shì)控制能力［5］。在一次性力竭運(yùn)動(dòng)后，例如最大耗氧量測(cè)試后，會(huì)產(chǎn)生較大的氧虧，姿勢(shì)控制能力進(jìn)而受到影響［6］。然而在運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度低于60%最大心率或者相當(dāng)于70%最大通氣量時(shí)，并不會(huì)產(chǎn)生姿勢(shì)動(dòng)搖［7］。綜上所述，我們可以推測(cè)當(dāng)運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度低于乳酸閾時(shí)，姿勢(shì)控制不會(huì)受影響。而低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)必須要持續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到影響姿勢(shì)控制的乳酸積累量。

2 局部運(yùn)動(dòng)對(duì)姿勢(shì)控制的影響

在這里我們將對(duì)造成局部運(yùn)動(dòng)疲勞的多種方案以及它們對(duì)姿勢(shì)控制的不同影響進(jìn)行分析。同時(shí)也會(huì)描述由中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的不同適應(yīng)，這些適應(yīng)限制或抵消了對(duì)姿勢(shì)控制的影響。

2.1 產(chǎn)生局部疲勞的多種方案

2.1.1 用特定的方法產(chǎn)生局部疲勞

這些方法是讓簡(jiǎn)單的關(guān)節(jié)重復(fù)運(yùn)動(dòng)，例如踝、膝、髖、腰椎和頸等關(guān)節(jié)，以求影響姿勢(shì)控制。主要有三種方法或形式來產(chǎn)生局部疲勞。第一種是讓肌肉群產(chǎn)生肌力下降。例如，Granacher等［15］在研究中，將局部疲勞定義為踝關(guān)節(jié)力矩連續(xù)三次低于踝關(guān)節(jié)最大力矩的50%。

第二種是在一段時(shí)間內(nèi)，讓身體環(huán)節(jié)進(jìn)行一些列重復(fù)運(yùn)動(dòng)或者保持肌肉等長(zhǎng)（或等速）運(yùn)動(dòng)。例如，Mark Walsh等［16］在研究中，通過讓受試者進(jìn)行負(fù)重蹲起（膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍控制在90-180°，負(fù)荷量控制在下蹲時(shí)等長(zhǎng)收縮產(chǎn)生的最大力量的30%）直至力竭產(chǎn)生疲勞。

第三種是降低持續(xù)進(jìn)行特定等長(zhǎng)或等速收縮的能力。例如，Laura A.Wojcik等［17］在研究中用如下方法讓被試產(chǎn)生局部疲勞：首先運(yùn)用測(cè)力器（Boidex3）測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)側(cè)關(guān)節(jié)的力矩峰值，移動(dòng)度超過45°，以力矩峰值作為最大自主收縮值（MVC）。然后以60%MVC進(jìn)行等張收縮，每分鐘12次。2分鐘后在等速模式下再次測(cè)量MVC。如果測(cè)到的力矩峰值比原來的值大（由于熱身作用），則以新測(cè)值的60%進(jìn)行等張運(yùn)動(dòng)。相同的過程重復(fù)10min。直到測(cè)試者不能連續(xù)三次在移動(dòng)度內(nèi)完成動(dòng)作時(shí)停止。

2.1.2 疲勞影響的持續(xù)時(shí)間

局部運(yùn)動(dòng)疲勞后姿勢(shì)控制受到干擾的時(shí)間根據(jù)方案性質(zhì)的不同有很大差異。有研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于相同的MVC下降，運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，姿勢(shì)控制收到干擾的時(shí)間越長(zhǎng)。運(yùn)動(dòng)疲勞后，當(dāng)MVC下降50%會(huì)引起壓力中心 （COP）發(fā)生位移的時(shí)間延長(zhǎng)20min［18］。 Harkins 等［3］的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng) MVC 下降 70%時(shí)，姿勢(shì)控制受干擾的時(shí)間是75s，當(dāng)MVC下降50%時(shí)，姿勢(shì)控制受干擾的時(shí)間是35s。產(chǎn)生這些差異可能是因?yàn)樵诓煌难芯恐校\(yùn)用的實(shí)驗(yàn)方案不同，例如肌肉的募集、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)時(shí)間和肌肉活動(dòng)的性質(zhì)等。另外，姿勢(shì)控制能力恢復(fù)的時(shí)間要比肌肉力量恢復(fù)的時(shí)間短。神經(jīng)肌肉控制的恢復(fù)先于肌肉收縮性的恢復(fù)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)可能更偏向與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)能力有關(guān)的功能［19］。

2.2 疲勞位置和肌肉活動(dòng)性質(zhì)的影響

2.2.1 肌肉疲勞位置的影響

肌肉疲勞的位置對(duì)姿勢(shì)控制的干擾產(chǎn)生影響?？刂谱藙?shì)的肌肉的疲勞（主要是頸、軀干、大腿、小腿和足的伸?。┙档妥藙?shì)控制能力的作用比非姿勢(shì)控制肌肉要強(qiáng) （如上肢肌肉）。例如，雙側(cè)腰椎或單側(cè)踝關(guān)節(jié)肌肉組織影響足部的姿勢(shì)控制而單側(cè)肩關(guān)節(jié)肌肉組織的疲勞卻不能［20］。另外，對(duì)于相同的肌力損失，不同控制姿勢(shì)肌肉的疲勞干擾姿勢(shì)控制的效果不同。有研究顯示，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)肌肉的疲勞比踝關(guān)節(jié)肌肉的疲勞更能影響姿勢(shì)控制能力［21］。同時(shí)，下肢伸肌的疲勞會(huì)增加身體的晃動(dòng)幅度進(jìn)而降低姿勢(shì)控制能力。為了緩解這些晃動(dòng)，被試者采取了稍微向前傾斜的策略，這一策略增加了跖屈肌的活性從而使踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定度增加［22］。同時(shí)，頸部肌肉的疲勞也會(huì)影響姿勢(shì)控制能力，因?yàn)樗鼤?huì)影響屈體感覺和本體感覺信息［23］。

2.2.2 肌肉活動(dòng)性質(zhì)的影響

肌群的疲勞（如小腿三頭肌、股四頭肌等）可以由自主收縮引起也可以由神經(jīng)肌肉的電刺激引起。而這兩種形式對(duì)姿勢(shì)控制造成的影響是不同的。

有研究發(fā)現(xiàn)，由電刺激引起的股四頭肌疲勞對(duì)姿勢(shì)控制的影響要比由自主收縮引起的疲勞小，盡管電刺激引起收縮后肌力損失 MVC的41%，而自主收縮只有6%MVC［24］。Huffenus等［25］發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行投擲練習(xí)時(shí)，肘關(guān)節(jié)伸肌自主收縮比電刺激引起的收縮對(duì)肌肉活性的改變更大。

就肌肉收縮的性質(zhì)而言，電刺激引起的收縮是一種人為引起的肌肉運(yùn)動(dòng)，它不是由中樞驅(qū)動(dòng)。而自主收縮是一種由中樞驅(qū)動(dòng)的自主運(yùn)動(dòng)。在長(zhǎng)時(shí)間自主收縮后，由于突觸功能改變，皮質(zhì)脊髓的輸出效力下降［26］。

就肌肉位置和肌纖維募集模式而言，兩種運(yùn)動(dòng)疲勞有許多不同。在最大程度的肌肉自主收縮過程中，被試的運(yùn)動(dòng)單位按照從小到大，從深層到表層的順序被募集。相反的，神經(jīng)肌肉電刺激直接激活刺激下的運(yùn)動(dòng)單位［27］。因?yàn)榇蟮倪\(yùn)動(dòng)單位主要位于股四頭肌表面，它們按照從大到小的順序，逐漸從肌肉表面向深處進(jìn)行募集。姿勢(shì)控制主要由位于肌肉深處的纖維控制，在自主收縮后這些纖維比在電刺激引起的收縮后更容易力竭。

3 總結(jié)

全身運(yùn)動(dòng)和局部運(yùn)動(dòng)疲勞影響人體姿勢(shì)控制能力的生理學(xué)機(jī)制是不同的。全身運(yùn)動(dòng)比局部運(yùn)動(dòng)造成更多的生理指標(biāo)變化，并更顯著的影響與姿勢(shì)控制有關(guān)的感受器和效應(yīng)器。例如，走路，跑步等就比騎腳踏車更加影響姿勢(shì)控制能力，尤其是運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度大時(shí)間長(zhǎng)時(shí)。局部運(yùn)動(dòng)對(duì)姿勢(shì)控制的影響根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)、測(cè)試形式、被試特征及完成測(cè)試時(shí)的生理狀況的不同而不同?？偟膩碚f，伸肌和下肢肌肉的疲勞比屈肌和上肢肌肉的疲勞對(duì)姿勢(shì)控制的影響更大。

然而，不同研究者在研究中采用的產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)疲勞的的強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、肌肉活動(dòng)性質(zhì)和測(cè)試完成條件各異，這使得研究結(jié)果間存在較大差異。因此，在未來的研究中有必要建立一種標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法，從而更深入、系統(tǒng)的研究運(yùn)動(dòng)疲勞對(duì)姿勢(shì)控制的影響，進(jìn)而降低由疲勞引起的摔倒和運(yùn)動(dòng)損傷的風(fēng)險(xiǎn)，為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和醫(yī)療康復(fù)服務(wù)。

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Influences of Exercise Fatigue on Postural Control:A review of Literature

The research progress on the influence of exercise fatigue on human postural control function was summarized and analyzed by the literature method.The result indicated that physiological mechanisms of the effects of exercise fatigue on postural control were different.General exercises created more variations on physiological indexes than local exercise and significantly affected the sensory receptors and effectors associated with postural control.The effects of local fatigue on posture control varies according to the motion parameters， test forms， test features， and the physiological conditions of the test.The fatigue of the extensor and lower limb muscles was more affected than the fatigue of the flexor and upper limb muscles on the posture control.

Exercise fatigue； Postural control； Muscular contraction

G804

A

1003-983X（2017）11-0971-04

2017-09-08

山東省社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目（15CSZJ30）

李旭龍（1988～），男，山東青島人，在讀博士，助教，研究方向:運(yùn)動(dòng)人體科學(xué).

青島理工大學(xué)體育教學(xué)部，山東 青島，266033 Department of Pphysical Education，Qingdao University of Technology， Qingdao 100875， China

1.1.2 新陳代謝產(chǎn)物的影響

在肌肉運(yùn)動(dòng)過程中，疲勞的肌肉纖維釋放的代謝產(chǎn)物有可能會(huì)影響姿勢(shì)控制。肌肉疲勞剛開始是經(jīng)由Ia、Ib類軀體反射傳入神經(jīng)纖維的末梢感受器，使肌梭和腱器官產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)。局部肌肉疲勞致肌力下降的同時(shí)，因?yàn)榇x物質(zhì)的堆積會(huì)逐漸影響到III、IV類軀體感覺傳入神經(jīng)纖維的傳導(dǎo)，而III、IV類傳入神經(jīng)纖維（直徑較?。┑纳窠?jīng)末梢屬于化學(xué)性感受器，對(duì)肌肉組織內(nèi)部局部化學(xué)物質(zhì)或代謝物質(zhì)（乳酸、H+和K+等）的成分與濃度變化十分敏感，可以直接刺激并激活其感受器，使III、IV類感覺傳入神經(jīng)纖維的沖動(dòng)增加。而增加的III、IV類感覺傳入沖動(dòng)，可以通過脊髓內(nèi)部或脊髓上位中樞內(nèi)的Ia抑制性中間神經(jīng)元對(duì)脊髓α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元產(chǎn)生抑制效果；同時(shí)，為防止肌肉超負(fù)荷牽拉，屬自主性抑制反應(yīng)，腱器官來的傳入信息使Ib中間神經(jīng)元產(chǎn)生興奮，可引起支配其起源肌的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元發(fā)生雙突觸抑制［8］。

1.2 感覺變化的影響

1.2.1 視覺信息的干擾

視覺信息輸入對(duì)本體感覺變化的代償作用有助于保持姿勢(shì)。然而，這種代償作用在運(yùn)動(dòng)中會(huì)隨著視覺適應(yīng)而減弱。與固定的循環(huán)運(yùn)動(dòng)相比，在跑步運(yùn)動(dòng)中，周圍景物的不斷變化對(duì)視覺信息的輸入不斷進(jìn)行刺激。一個(gè)運(yùn)移動(dòng)的視覺畫面會(huì)喚起一個(gè)和運(yùn)動(dòng)知覺反向的運(yùn)動(dòng)。因此，在跑步過程中，軀體感覺信息和視覺信息就運(yùn)動(dòng)方向而言是相反的。軀體感覺的傳入暗示盡管視覺環(huán)境不動(dòng)，身體仍能向前運(yùn)動(dòng)。視覺運(yùn)動(dòng)本身可以產(chǎn)生身體搖晃的知覺，從而導(dǎo)致姿勢(shì)控制的代償，即使軀體感覺和前庭信息沒有搖晃［9］。在運(yùn)動(dòng)后的恢復(fù)階段，運(yùn)動(dòng)輸出的再校準(zhǔn)以對(duì)新視覺信息輸入做出反應(yīng)的形式出現(xiàn)。這是視覺——運(yùn)動(dòng)適應(yīng)的結(jié)果，這種適應(yīng)是由于在運(yùn)動(dòng)后即刻睜眼觀察到的不平衡姿勢(shì)。這一新的適應(yīng)存在于一段時(shí)間內(nèi)，在這段時(shí)間中，視覺輸入和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)還沒有恢復(fù)［10］。

1.2.2 本體感覺信息的干擾

對(duì)于給定強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)，在跑步機(jī)上走要比騎自行車更能降低姿勢(shì)控制能力。走路和騎車在肌肉激活和肌肉活動(dòng)完成的本質(zhì)上存在差異。在走路過程中，小腿EMG活動(dòng)比大腿高。而在騎車過程中，大腿EMG活動(dòng)比小腿高［11］。根據(jù)Paschalis等［12］的研究，走路的重要組成部分是小腿肌肉的離心運(yùn)動(dòng)，而騎車主要使相同的肌肉產(chǎn)生向心運(yùn)動(dòng)。離心運(yùn)動(dòng)造成的肌肉損傷和疼痛比向心運(yùn)動(dòng)大得多。肌肉的損傷降低了本體感覺，特別是干擾了對(duì)力和肢體位置的感覺。因此可以認(rèn)為離心運(yùn)動(dòng)對(duì)本體感覺的干擾更大。

而適量的運(yùn)動(dòng)是可以提高人體本體感覺水平的，國(guó)內(nèi)外對(duì)此都有過報(bào)道。王國(guó)譜等在研究中發(fā)現(xiàn)，通過練習(xí)太極拳能加強(qiáng)對(duì)身體姿勢(shì)的自我控制，從而促進(jìn)和易化中樞神經(jīng)與外周感覺機(jī)能［13］。Fernando Ribeiro 等［14］在研究中發(fā)現(xiàn)，年齡的增長(zhǎng)會(huì)降低膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)位置感，而有規(guī)律的鍛煉可以延緩這種趨勢(shì)。