疲勞對(duì)人體姿勢(shì)穩(wěn)定性影響的研究進(jìn)展*

尹 彥 羅冬梅 劉 卉 于 冰

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）體育教學(xué)部，北京 102249；2.北京體育大學(xué)，北京 100084；3.北卡羅來納大學(xué)教堂山分校，美國(guó) 北卡羅來納州 27599）

現(xiàn)代體育比賽的激烈程度隨著競(jìng)技體育事業(yè)的發(fā)展愈演愈烈，在劇烈的運(yùn)動(dòng)和比賽過程中，運(yùn)動(dòng)員不可避免地會(huì)進(jìn)入疲勞狀態(tài)。而疲勞會(huì)對(duì)人的活動(dòng)能力產(chǎn)生負(fù)面影響，增加發(fā)生運(yùn)動(dòng)性損傷的風(fēng)險(xiǎn)。姿勢(shì)控制是人體最基本的功能之一，是人體本體感覺和神經(jīng)肌肉控制能力的綜合表現(xiàn)形式，而姿勢(shì)穩(wěn)定性能夠綜合反映人體的姿勢(shì)控制能力。在訓(xùn)練和比賽過程中，人體姿勢(shì)控制能力在疲勞狀態(tài)下也會(huì)發(fā)生變化。本文主要綜述了疲勞對(duì)人體姿勢(shì)穩(wěn)定性影響的研究進(jìn)展。

1 疲勞的定義與類型

疲勞的定義為機(jī)體生理過程不能持續(xù)其機(jī)能在一特定水平上和/或不能維持預(yù)定的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度[1]。運(yùn)動(dòng)性疲勞是指在運(yùn)動(dòng)過程中，機(jī)體的機(jī)能能力或工作效率下降，不能維持在特定水平上的生理過程[1]。運(yùn)動(dòng)性的肌肉疲勞指肌肉在持續(xù)重復(fù)收縮過程中不能維持產(chǎn)生最大隨意收縮力量或輸出功率，通過休息能恢復(fù)原來狀態(tài)的生理現(xiàn)象[2,3]。

根據(jù)疲勞發(fā)生的機(jī)制與表現(xiàn)，可分為中樞性疲勞和外周性疲勞。中樞性疲勞發(fā)生在腦至脊髓部位，疲勞引發(fā)中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂，改變了運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的興奮性，使神經(jīng)沖動(dòng)的頻率減慢，導(dǎo)致肌肉工作能力下降[1,4-6]。外周疲勞發(fā)生在肌肉中從神經(jīng)-肌肉接點(diǎn)到及纖維內(nèi)部線粒體等組織內(nèi)，疲勞引起代謝產(chǎn)物堆積使肌梭活性降低，抑制了肌肉的興奮收縮耦聯(lián)和收縮過程，導(dǎo)致肌肉工作能力下降[1,4,5,7]。Kent-Braun等[4]研究發(fā)現(xiàn)在肌肉疲勞的發(fā)展過程中中樞性疲勞只占20%，而外周性疲勞則占80%，表明外周性疲勞可能是疲勞狀態(tài)下肌肉功能下降的主要原因。

2 疲勞誘發(fā)方法與疲勞狀態(tài)判斷標(biāo)準(zhǔn)

在體育運(yùn)動(dòng)和康復(fù)醫(yī)學(xué)中，肌肉運(yùn)動(dòng)可以分為兩種形式：一種運(yùn)動(dòng)調(diào)動(dòng)全身稱為整體運(yùn)動(dòng)，另一種運(yùn)動(dòng)只專注于某一肌群稱為局部運(yùn)動(dòng)。兩者之間主要有以下三點(diǎn)不同[8]：第一，整體運(yùn)動(dòng)包括多關(guān)節(jié)多肌群，局部運(yùn)動(dòng)只包括單關(guān)節(jié)和某一塊肌肉或某一肌群；第二，整體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生劇烈的能量代謝，局部運(yùn)動(dòng)對(duì)神經(jīng)肌肉系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈刺激；第三，整體運(yùn)動(dòng)引起整個(gè)身體空間位置的改變（如走、跑等），局部運(yùn)動(dòng)只在身體靜止條件下進(jìn)行某一環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)（如膝關(guān)節(jié)伸、肩關(guān)節(jié)屈等）。而這兩種運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的疲勞也不相同，分別為整體疲勞和局部疲勞。為了研究疲勞產(chǎn)生的影響，研究者們根據(jù)運(yùn)動(dòng)與疲勞的分類設(shè)計(jì)了多種不同的誘發(fā)疲勞的運(yùn)動(dòng)方案，這些方案總的來說可以分為兩種：局部等速運(yùn)動(dòng)疲勞方案和整體功能性運(yùn)動(dòng)疲勞方案。

局部等速運(yùn)動(dòng)疲勞方案是應(yīng)用最多的疲勞誘發(fā)方案，其方法是使用等速肌力測(cè)試儀設(shè)置不同的運(yùn)動(dòng)速度、肌肉收縮形式、重復(fù)次數(shù)和組數(shù)等參數(shù)，在可控的條件下讓受試者進(jìn)行持續(xù)重復(fù)的肌肉收縮，從而誘發(fā)某一關(guān)節(jié)周圍單塊肌肉或單個(gè)肌群的局部疲勞。局部等速運(yùn)動(dòng)疲勞方案中對(duì)肌肉達(dá)到疲勞狀態(tài)的判斷標(biāo)準(zhǔn)主要有三種：第一種是肌肉或肌群在持續(xù)重復(fù)收縮過程中產(chǎn)生的力或力矩降低到預(yù)先確定值以下[7,9-12]（如最大隨意收縮產(chǎn)生峰值力矩的50%以下）；第二種是完成預(yù)先確定的重復(fù)次數(shù)和組數(shù)或持續(xù)等速運(yùn)動(dòng)達(dá)到預(yù)先確定的時(shí)間[11,13-17]；第三種是維持某一特定強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)形式（如持續(xù)重復(fù)等速收縮每次都達(dá)到最大隨意收縮產(chǎn)生峰值力矩的20%）直至不能達(dá)到要求為止[18-24]。

整體功能性運(yùn)動(dòng)疲勞方案指讓受試者持續(xù)重復(fù)完成各種不同的模擬體育運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的功能性運(yùn)動(dòng)任務(wù)如沖刺跑[25]、蹲起[26]、爬樓梯[9]、跑臺(tái)上跑步[27-29]和騎功率自行車[29-31]等，從而誘發(fā)整個(gè)身體或多個(gè)環(huán)節(jié)的整體疲勞。整體功能性運(yùn)動(dòng)疲勞方案對(duì)達(dá)到疲勞狀態(tài)的判斷標(biāo)準(zhǔn)主要有受試者達(dá)到力竭不能繼續(xù)運(yùn)動(dòng)[25]，主觀體力感覺量表分值≥17[28]，受試者完成單次功能性運(yùn)動(dòng)任務(wù)的時(shí)間降至第一次全力完成基準(zhǔn)時(shí)間的50%以下[10,32]等等。這些疲勞狀態(tài)的判斷標(biāo)準(zhǔn)可針對(duì)功能性運(yùn)動(dòng)任務(wù)的不同而結(jié)合使用。

3 疲勞與姿勢(shì)穩(wěn)定性

疲勞會(huì)引起肌肉功能改變，可能會(huì)導(dǎo)致肌肉保護(hù)關(guān)節(jié)的能力下降而使損傷風(fēng)險(xiǎn)增加[28,33]。Jackson等[34]研究發(fā)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)肌肉疲勞后對(duì)突然內(nèi)翻擾動(dòng)的牽張反射振幅顯著減少，說明疲勞會(huì)降低踝關(guān)節(jié)對(duì)未知內(nèi)翻的糾正能力。Gutierrez等[35]研究發(fā)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)跖屈背屈肌肉運(yùn)動(dòng)疲勞后腓骨肌中位頻率和放電率顯著降低，表明腓骨肌對(duì)踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻的抵抗能力降低，從而增加踝關(guān)節(jié)扭傷的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)運(yùn)動(dòng)性損傷的流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在多個(gè)體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中損傷更多地發(fā)生在比賽的下半場(chǎng)，而這一時(shí)期運(yùn)動(dòng)員開始或已經(jīng)進(jìn)入疲勞狀態(tài)。Hawkins等[36]研究發(fā)現(xiàn)，在英格蘭足+

26%的損傷發(fā)生在下半場(chǎng)比賽的最后 15分鐘內(nèi)，57%的損傷發(fā)生在足球比賽的下半場(chǎng)。Ostenberg等[37]研究發(fā)現(xiàn)瑞典足球聯(lián)賽的運(yùn)動(dòng)員所受到的損傷中有60%發(fā)生在訓(xùn)練或比賽 60分鐘以后。Gabbett等[38]發(fā)現(xiàn)在英國(guó)七人制橄欖球聯(lián)賽的進(jìn)程中，第4場(chǎng)比賽中運(yùn)動(dòng)損傷的發(fā)生率已經(jīng)達(dá)到第1場(chǎng)比賽的7倍。可見疲勞會(huì)對(duì)人的活動(dòng)能力產(chǎn)生負(fù)面影響，增加發(fā)生運(yùn)動(dòng)性損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 疲勞與靜態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性

疲勞可能會(huì)引起肌肉中肌梭活性降低而導(dǎo)致姿勢(shì)控制能力下降[7]。Johnston等[9]研究發(fā)現(xiàn)疲勞狀態(tài)下受試者單腿支撐和雙腿支撐條件下維持靜態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性的能力與疲勞前相比顯著下降。Lundin等[39]研究發(fā)現(xiàn)受試者踝關(guān)節(jié)跖屈背屈肌肉會(huì)引起單腿支撐時(shí)姿勢(shì)晃動(dòng)顯著增加。Boyas等[40]研究發(fā)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)跖屈背屈肌局部等速疲勞后人體在單腿靜止站立時(shí)的靜態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性下降并且下肢關(guān)節(jié)角度也發(fā)生變化。Yaggie等[41]研究發(fā)現(xiàn)24名男性受試者踝關(guān)節(jié)跖屈背屈肌局部等速運(yùn)動(dòng)疲勞后身體額狀面靜態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性顯著下降，然后在 20分鐘內(nèi)逐漸恢復(fù)到原來的水平。但是Gimmon等[42]研究則發(fā)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)跖屈背屈肌局部等速疲勞后對(duì)姿勢(shì)控制能力的影響主要表現(xiàn)在矢狀面內(nèi)。Qu等[43]研究發(fā)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)跖屈肌局部等速疲勞后受試者單腳靜止站立時(shí)只有壓力中心軌跡平均速度比疲勞前顯著增加，壓力中心其他指標(biāo)沒有顯著差異，表明踝關(guān)節(jié)局部疲勞對(duì)靜態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性有影響但并不顯著。Bellew等[44]研究認(rèn)為肌肉產(chǎn)生力量能力下降是導(dǎo)致肌肉疲勞后靜態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性下降的原因。

多項(xiàng)研究[11,45-47]對(duì)下肢髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)屈伸肌和踝關(guān)節(jié)跖屈背屈肌局部等速運(yùn)動(dòng)疲勞后對(duì)靜態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)髖、膝、踝三關(guān)節(jié)肌肉疲勞后在疲勞平面（矢狀面）內(nèi)的姿勢(shì)晃動(dòng)速度均顯著增加，但是只有近端關(guān)節(jié)（髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)）肌肉疲勞后會(huì)使非疲勞平面（額狀面）內(nèi)的姿勢(shì)晃動(dòng)速度顯著增加，遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)（踝關(guān)節(jié)）肌肉疲勞前后額狀面內(nèi)靜態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性無顯著差異。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是疲勞后維持姿勢(shì)穩(wěn)定性的代償機(jī)制。在姿勢(shì)控制中的踝關(guān)節(jié)策略主要用于維持靜止站立時(shí)的姿勢(shì)穩(wěn)定性，膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)策略的使用則隨著任務(wù)難度的增加而增加。因此，當(dāng)踝關(guān)節(jié)周圍肌肉疲勞時(shí)，踝關(guān)節(jié)控制能力下降[39,41]，更多的近端關(guān)節(jié)肌肉被動(dòng)員（膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)處的糾正動(dòng)作增加）用于維持直立姿勢(shì)[48]。當(dāng)髖關(guān)節(jié)和/或膝關(guān)節(jié)周圍肌肉疲勞時(shí)，姿勢(shì)控制只能依靠遠(yuǎn)端的踝關(guān)節(jié)策略，表現(xiàn)為姿勢(shì)晃動(dòng)速度增加。Wright等[29]和 Nardone等[30]研究跑臺(tái)上跑步和騎功率自行車兩種整體功能性運(yùn)動(dòng)疲勞方案對(duì)靜態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)跑臺(tái)上跑步疲勞方案對(duì)靜態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性有顯著影響，而騎功率自行車疲勞前后靜態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性沒有顯著差異。

3.2 疲勞與動(dòng)態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性

目前關(guān)于疲勞對(duì)動(dòng)態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性影響的研究還很少。Wikstrom等[10]比較了局部等速運(yùn)動(dòng)疲勞方案和整體功能性運(yùn)動(dòng)疲勞方案對(duì)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)間的影響，發(fā)現(xiàn)受試者在兩種疲勞方案后地面反作用力垂直分量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)間顯著增長(zhǎng)，但是兩種疲勞方案對(duì)動(dòng)態(tài)姿勢(shì)性的影響并無差異。Shaw等[32]在研究不同類型踝關(guān)節(jié)護(hù)具改善疲勞狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)員動(dòng)態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性下降的效果時(shí)，發(fā)現(xiàn)在不使用踝關(guān)節(jié)護(hù)具的情況下，受試者經(jīng)過整體功能性運(yùn)動(dòng)疲勞方案干預(yù)后地面反作用力前后分量的達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)間顯著增加，但是疲勞前后內(nèi)外分量的達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)間沒有顯著差異，說明疲勞會(huì)引起矢狀面內(nèi)動(dòng)態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性下降。Gribble等[49]使用星形移動(dòng)平衡測(cè)試研究性別和疲勞對(duì)動(dòng)態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，下肢髖、膝、踝三關(guān)節(jié)局部等速運(yùn)動(dòng)疲勞后受試者在星形移動(dòng)平衡測(cè)試中的觸及距離顯著縮短，表明疲勞引起動(dòng)態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性下降。

以上研究表明疲勞對(duì)動(dòng)態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性有負(fù)面影響，但是也有研究有不同的結(jié)論。Kennedy等[50]研究踝關(guān)節(jié)疲勞對(duì)人體在可預(yù)知的持續(xù)姿勢(shì)擾動(dòng)中動(dòng)態(tài)姿勢(shì)控能力的影響時(shí)，應(yīng)用踝關(guān)節(jié)局部等速運(yùn)動(dòng)疲勞方案，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雖然疲勞后即刻壓力中心位移增加，但是所有受試者都通過改變姿勢(shì)控制策略保持了姿勢(shì)穩(wěn)定性。Mademli等[51]研究下肢肌肉疲勞對(duì)青年人和老人在前倒任務(wù)中動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性控制能力的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)疲勞前后青年人和老人的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系數(shù)均無明顯差異，表明疲勞對(duì)正常人動(dòng)態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性沒有影響，其原因可能是疲勞后通過適當(dāng)改變姿勢(shì)控制策略補(bǔ)償了由于疲勞引起的肌肉力量不足所導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性的降低。Zech等[27]在研究局部疲勞和整體疲勞對(duì)男子手球運(yùn)動(dòng)員動(dòng)態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，疲勞前后運(yùn)動(dòng)員在星形移動(dòng)平衡測(cè)試中的觸及距離沒有明顯差異，說明疲勞后健康運(yùn)動(dòng)員負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性的感覺運(yùn)動(dòng)機(jī)制保持良好。

4 結(jié)論

疲勞是指機(jī)體生理過程不能持續(xù)其機(jī)能在一特定水平上和/或不能維持預(yù)定的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。根據(jù)疲勞發(fā)生的機(jī)制與表現(xiàn)，可分為中樞性疲勞和外周性疲勞；根據(jù)疲勞發(fā)生的部位，又可以分為整體疲勞和局部疲勞。研究者們根據(jù)運(yùn)動(dòng)與疲勞的分類設(shè)計(jì)了多種不同的誘發(fā)疲勞的運(yùn)動(dòng)方案。已有研究表明，疲勞會(huì)引起肌肉功能改變，可能會(huì)導(dǎo)致肌肉保護(hù)關(guān)節(jié)的能力下降而使損傷風(fēng)險(xiǎn)增加。在已有研究中大部分都是關(guān)于疲勞對(duì)人體靜態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性影響的研究，其結(jié)論也較為一致，即疲勞會(huì)引起人體靜態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性的下降。只有少數(shù)文獻(xiàn)研究了不同人群疲勞前后動(dòng)態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性的變化，但是由于研究對(duì)象、疲勞方案和測(cè)試方式的不同，其研究結(jié)論也存在矛盾。

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通過對(duì)慢性病或異常指標(biāo)相關(guān)危險(xiǎn)因素調(diào)查，不難看出，同時(shí)具備4個(gè)（包括4個(gè)）以上的健康危險(xiǎn)因素的高風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別的男性教職工比例高于女性，男性教職工具有的慢性病及相關(guān)危險(xiǎn)因素個(gè)數(shù)多于女性，年齡上41歲以上者慢性病及健康危險(xiǎn)因素多于41歲以下者。這與男性脂肪肝、高血壓、高血脂和高血糖的檢出率均高于女性結(jié)果一致，與馬紅芝[9]等人的研究結(jié)果相似。導(dǎo)致以上慢性病的原因，第一位是飲食不合理，新疆以高脂肪、高熱量、高鹽、高糖飲食多，維生素、纖維素的食用少[10]，飲食結(jié)構(gòu)不合理；第二是缺乏體育鍛煉，攝入營(yíng)養(yǎng)過剩，體育活動(dòng)少導(dǎo)致超重/肥胖，造成脂肪沉積在血管，肝內(nèi)脂肪含量也大量增加[11]，從而形成血脂高、脂肪肝等。尤其是男性吸煙、飲酒者多；男性超重/肥胖嚴(yán)重；睡眠不好；緊張/壓力/抑郁情緒多發(fā)，導(dǎo)致男性血壓、血糖、血脂異常者比例更高。因此，高校教職工應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和規(guī)避慢性病危險(xiǎn)因素，調(diào)整生活方式，規(guī)律作息，合理飲食，積極鍛煉。

通過12周有規(guī)律的中等強(qiáng)度的有氧運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，作為體檢后續(xù)健康干預(yù)手段，效果明顯。研究顯示，較長(zhǎng)時(shí)間、持續(xù)的中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)[12]，以脂肪功能為主，可以有效減少體內(nèi)脂肪的蓄積。需要注意的是運(yùn)動(dòng)干預(yù)前要對(duì)干預(yù)對(duì)象進(jìn)行運(yùn)動(dòng)篩查，并根據(jù)具體身體情況進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干預(yù)，避免對(duì)健康造成傷害。這種以運(yùn)動(dòng)為主，加上合理的飲食和必要的藥物治療，可以較好的降低患慢性病或異常指標(biāo)危險(xiǎn)因素風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，高校教職工的慢性病檢出率較高，后續(xù)保健與干預(yù)重視程度及有效措施不足。應(yīng)加強(qiáng)慢性病防治相關(guān)知識(shí)的健康宣教，讓教職工了解影響健康的危險(xiǎn)因素，進(jìn)行針對(duì)性的健康干預(yù)。改變其不良的生活及飲食習(xí)慣，選擇適宜的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，經(jīng)常參加有規(guī)律的有氧體育鍛煉，促進(jìn)教職工健康。

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