膝關(guān)節(jié)伸肌最大向心收縮運(yùn)動(dòng)前后神經(jīng)肌肉功能變化研究

李換平

(山東體育學(xué)院研究生教育學(xué)院 山東濟(jì)南 250000)

膝關(guān)節(jié)伸肌最大向心收縮運(yùn)動(dòng)前后神經(jīng)肌肉功能變化研究

李換平

(山東體育學(xué)院研究生教育學(xué)院 山東濟(jì)南 250000)

運(yùn)用疊加電刺激方法檢測(cè)青年男性在膝關(guān)節(jié)伸肌進(jìn)行向心運(yùn)動(dòng)后神經(jīng)-肌肉功能變化,探索向心收縮引起的神經(jīng)-肌肉疲勞發(fā)生部位,量化中樞疲勞和外周疲勞的程度。10名青年男性參與該實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)前受試者進(jìn)行MVC。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中完成膝關(guān)節(jié)伸肌在60°/s角速度下進(jìn)行向心收縮運(yùn)動(dòng)方案(5組,每組10次,組間間歇1 min,關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍10°～90°),對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的力矩和做功進(jìn)行收集,并對(duì)運(yùn)動(dòng)前后神經(jīng)肌肉功能進(jìn)行檢測(cè)。

向心收縮 神經(jīng)肌肉疲勞 中樞疲勞 外周疲勞

神經(jīng)-肌肉疲勞被定義為由運(yùn)動(dòng)引起的最大自主收縮力量的下降,或是肌肉沒(méi)有能力維持在需要的水平[1]。肌肉疲勞的機(jī)制可以分為中樞疲勞和外周疲勞[2]。中樞疲勞是指由運(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。 外周疲勞指的是發(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,其涉及肌纖維膜的興奮性、肌纖維收縮特性、興奮收縮耦聯(lián)和肌肉損傷等程序[1,2]。中樞疲勞可以使用疊加電刺激的方法進(jìn)行評(píng)定,即分別在受試者進(jìn)行MVC時(shí)和肌肉放松時(shí)疊加電刺激,電刺激引起兩者收縮力矩的比值可以計(jì)算中樞疲勞[3]。該研究采用膝關(guān)節(jié)伸肌進(jìn)行60°/s等速向心運(yùn)動(dòng)的方案,使用電刺激疊加技術(shù)[3,7]對(duì)運(yùn)動(dòng)前后進(jìn)行神經(jīng)肌肉功能檢測(cè),對(duì)膝關(guān)節(jié)伸肌急性向心運(yùn)動(dòng)后的神經(jīng)肌肉疲勞進(jìn)行分析,以區(qū)分疲勞產(chǎn)生的部位,以及中樞疲勞和外周疲勞程度的差異。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

該研究實(shí)驗(yàn)對(duì)象為山東體育學(xué)院在校健康大學(xué)生(基本信息見(jiàn)表1)。所有受試者均自愿參加此項(xiàng)目的測(cè)試,且無(wú)心血管疾病、無(wú)神經(jīng)肌肉障礙、無(wú)關(guān)節(jié)肌肉損傷。受試者在實(shí)驗(yàn)前詳細(xì)了解實(shí)驗(yàn)流程并得知電刺激可能帶來(lái)的不適感,同意參與該實(shí)驗(yàn)的受試者需進(jìn)一步簽署知情同意書(shū)。實(shí)驗(yàn)要求:受試者在實(shí)驗(yàn)前24 h內(nèi)不做劇烈運(yùn)動(dòng),不飲用白酒、咖啡或其他藥物,以避免藥物或運(yùn)動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響。

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

該研究在山東體育學(xué)院等速肌力測(cè)試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。采用的實(shí)驗(yàn)儀器主要有:IsoMed2000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、酒精、棉球、細(xì)砂紙、剃須刀等。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)方案

該研究中采用的運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案為膝關(guān)節(jié)伸肌進(jìn)行60°/s的向心收縮,在IsoMed2000儀器上進(jìn)行設(shè)置時(shí)采用“M1向心,M2向心”模式的運(yùn)動(dòng),在該模式下,要求受試者在進(jìn)行屈膝M1動(dòng)作時(shí),膝關(guān)節(jié)不發(fā)力,由等速測(cè)力系統(tǒng)帶動(dòng)膝關(guān)節(jié)進(jìn)行被動(dòng)屈膝動(dòng)作;受試者在進(jìn)行伸膝M2動(dòng)作時(shí),要求受試者膝關(guān)節(jié)主動(dòng)發(fā)最大力量完成全幅度的膝關(guān)節(jié)伸膝運(yùn)動(dòng);關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度范圍為10°～90°(0°為全伸)。

受試者在正式實(shí)驗(yàn)前一周進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室熟悉實(shí)驗(yàn)流程:(1)實(shí)驗(yàn)對(duì)象坐在實(shí)驗(yàn)椅上,將等速測(cè)試椅背調(diào)節(jié)為90°,膝關(guān)節(jié)呈90°,小腿自然下垂。受試者在膝關(guān)節(jié)70°(0°為全伸)進(jìn)行最大等長(zhǎng)自主收縮,直到受試者可以掌握在MVC水平維持4 s平臺(tái)期。(2)確定受試者電刺激強(qiáng)度:電刺激電壓400 V,波寬100 us,將電刺激電流從100mA開(kāi)始,每50mA逐漸增加電流強(qiáng)度,直到電流引起的力矩收縮第三次出現(xiàn)平臺(tái)不再增加,即為個(gè)人最大電流強(qiáng)度。為了在神經(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,使用個(gè)人超強(qiáng)度電流,即增加15%最大電流。(3)電極片黏貼位置:對(duì)受試者右腿膝關(guān)節(jié)伸肌表面皮膚進(jìn)行除毛,使用細(xì)砂紙打磨去角質(zhì),并用75%醫(yī)用酒精清理油脂。電刺激電極片為13×7.5 cm的橢圓形,陽(yáng)極電極片置于膝關(guān)節(jié)上部,覆蓋股內(nèi)外測(cè)肌肌腹,陰極置于膝關(guān)節(jié)伸肌近端前面[4]。

正式開(kāi)始實(shí)驗(yàn)后,受試者進(jìn)行最大向心運(yùn)動(dòng),5組,每組10次,組間間歇時(shí)間1min。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)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 膝關(guān)節(jié)伸肌等速向心運(yùn)動(dòng)中平均力矩和平均做功變化

在膝關(guān)節(jié)伸肌進(jìn)行5組,每組10次的向心收縮中,平均力矩值隨著運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行,整體出現(xiàn)下降趨勢(shì),第三組平均力矩值顯著低于第一組(P<0.05),第四組和第五組時(shí)平均力矩值進(jìn)一步降低,并與第一組出現(xiàn)非常顯著性差異(P<0.01);平均做功變化與平均力矩變化相似,在第三、四、五組時(shí)的平均做功均非常顯著低于第一組(P<0.01)。

表1 受試者基本信息(n=8)

2.2 膝關(guān)節(jié)伸肌等速向心運(yùn)動(dòng)前后神經(jīng)-肌肉功能變化

膝關(guān)節(jié)伸肌MVC由運(yùn)動(dòng)前(277.05±32.88)N·m運(yùn)動(dòng)后到下降至(241.42±35.91)N·m(P<0.05),且運(yùn)動(dòng)后下降率為12.98±4.7%, MVC的下降提示膝關(guān)節(jié)伸肌向心運(yùn)動(dòng)后產(chǎn)生了非常顯著的神經(jīng)肌肉疲勞。

膝關(guān)節(jié)伸肌急性向心運(yùn)動(dòng)后Pt值由(58.23±8.47)N·m下降至(39.02±9.51)N·m,具有非常顯著差異性(P<0.01),下降約為(33.2±6.6)%左右。表明運(yùn)動(dòng)后發(fā)生明顯的外周疲勞。RFD由(938.46±24.76)Nm/s下降至(649.81±46.89)Nm/s(P<0.01),HRD由(408.61±42.45)Nm/s下降至(305.56±53.46)Nm/s(P<0.05),表明肌纖維的興奮收縮耦聯(lián)或肌纖維收縮特性發(fā)生顯著性的降低,進(jìn)一步證實(shí)肌肉產(chǎn)生了外周疲勞。

膝關(guān)節(jié)伸肌Va由運(yùn)動(dòng)前89.39±1.41%下降至84.75±2.08%,具有顯著性差異(P<0.05),以此可以看出膝關(guān)節(jié)伸肌急性向心運(yùn)動(dòng)后產(chǎn)生一定程度的中樞疲勞,且中樞疲勞下降程度為(5.19±2.02)%。

3 討論與分析

在傳統(tǒng)的肌肉評(píng)定中,簡(jiǎn)單的最大隨意收縮力量的下降被當(dāng)作為疲勞的重要標(biāo)志,這種評(píng)定方法簡(jiǎn)單易操作,然而對(duì)于疲勞的產(chǎn)生部位無(wú)法確定。該研究使用疊加電刺激技術(shù)探討了膝關(guān)節(jié)向心運(yùn)動(dòng)后神經(jīng)-肌肉疲勞程度,發(fā)現(xiàn)MVC下降了(12.98± 4.7)%(P<0.01),表明肌肉發(fā)生了顯著的神經(jīng)肌肉疲勞。與前人的研究相一致,Hill等人研究發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)在240°/s等速伸膝運(yùn)動(dòng)后,MVC在運(yùn)動(dòng)后即刻下降33%,顯著高于本研究,可能是由于肌肉收縮速度高于該運(yùn)動(dòng)方案。

Babault等人研究發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)以60°/s角速度運(yùn)動(dòng)30次后,MVC下降35.9%,Pt下降了32.8%,中樞激活水平下降11.2%表明急性向心運(yùn)動(dòng)后發(fā)生了明顯的神經(jīng)肌肉疲勞,且外周疲勞程度更大。其研究中中樞疲勞和外周疲勞均高于該研究,其原因可能是該研究中50次向心運(yùn)動(dòng)在5組內(nèi)完成,組間休息1 min使膝關(guān)節(jié)伸肌有時(shí)間得到恢復(fù)。Rossman等人研究了在單腿運(yùn)動(dòng)和雙腿屈伸運(yùn)動(dòng)后股四頭肌神經(jīng)肌肉功能的變化,發(fā)現(xiàn)單腿運(yùn)動(dòng)后MVC、Pt、RFD、HRD等指標(biāo)下降更顯著,肌肉發(fā)生更嚴(yán)重的外周疲勞;而中樞激活水平在雙腿運(yùn)動(dòng)中下降的幅度略高,但兩者沒(méi)有顯著性差異。揭示了在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)III/IV傳入肌纖維的反饋?zhàn)饔?在單腿運(yùn)動(dòng)和雙腿運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生相同中樞疲勞程度時(shí),單腿運(yùn)動(dòng)可以起到更好鍛煉肌肉的效果。

Hill等人首先報(bào)道了膝關(guān)節(jié)在240°/s角速度向心運(yùn)動(dòng)后,RFD并沒(méi)有顯著下降,RFD與肌纖維收縮中橫橋的活動(dòng)與功能相關(guān),RFD沒(méi)有變化與研究中肌肉溫度升高相關(guān),研究表明肌肉溫度適當(dāng)?shù)纳呖梢允箼M橋的功能發(fā)生良好的改變,可以提高肌纖維收縮的速度。相反肌肉在較冷的環(huán)境或肌肉內(nèi)代謝產(chǎn)物大量積累的疲勞狀態(tài)下肌肉收縮速度會(huì)下降。肌肉舒張速度減慢也被認(rèn)為是肌肉疲勞的特征之一

4 結(jié)語(yǔ)

由實(shí)驗(yàn)可知,膝關(guān)節(jié)伸肌進(jìn)行急性向心運(yùn)動(dòng)后出現(xiàn)了會(huì)導(dǎo)致明顯的運(yùn)動(dòng)性疲勞,疲勞下降程度約為(12.98±4.7)%,其中外周疲勞下降程度為(33.2±6.6)%,中樞激活水平下降(5.19±2.02)%,顯示外周疲勞程度比中樞疲勞程度更高。因此可得出結(jié)論膝關(guān)節(jié)伸肌急性向心運(yùn)動(dòng)后產(chǎn)生明顯的中樞疲勞和外周疲勞,且外周疲勞程度較高。

[1]Kent-Braun J A.Central and peripheral contributions to muscle fatigue in humans during sustained maximal effort[J].Eur J Appl Physiol Occup Physiol,1999,80(1):57-63.

[2]胡敏,程蜀琳,鄒亮疇,等.電刺激神經(jīng)技術(shù)在運(yùn)動(dòng)性疲勞研究中的應(yīng)用[J].廣州體育學(xué)院學(xué)報(bào),2005(6):43-46.

[3]Mckenzie D K,Bigland-Ritchie B,Gorman R B, et al.Central and peripheral fatigue of human diaphragm and limb muscles assessed by twitch interpolation[J].J Physiol,1992,454:643-656.

[4]Nordlund M M.Central and peripheral contributions to fatigue in relation to level of activation during repeated maximal voluntary isometric plantar flexions[J].Journal of Applied Physiology,2003,96(1):218-225.

G804

A

2095-2813(2017)06(c)-0006-02

10.16655/j.cnki.2095-2813.2017.18.006