體育運動訓(xùn)練對運動員腦電圖的影響研究

李婷婷，蘇艷紅

（遼寧師范大學(xué)體育學(xué)院，遼寧 大連 116029）

1 腦電波發(fā)生機制及各波形生理學(xué)意義

腦電圖常規(guī)使用的頭皮電極是國際10-20 系統(tǒng)，含 19個記錄電極和 2個參考電極。（圖1）

圖1 腦電圖檢測時各導(dǎo)聯(lián)位置

1.1 腦電波的發(fā)生機制

當(dāng)機體在閉眼、安靜、精神放松時，丘腦非特異性投射核團具有自發(fā)性放電，頻率較低，通過丘腦－皮層之間通路，使皮層神經(jīng)元產(chǎn)生相互協(xié)調(diào)的電活動，為同步化現(xiàn)象。腦電波為較大幅度的α 波，頻率8 ～13Hz。當(dāng)特異性感覺上傳，或前腦部位的活動下傳，都能夠破壞丘腦-皮層之間的聯(lián)系，使同步化現(xiàn)象解除，出現(xiàn)高頻、低幅的β波。出現(xiàn)特殊生理狀態(tài)或病理改變時，會有θ 和δ 波，這2 類波型在正常生理情況下比較少見。

1.2 腦電圖波形的分類及生理學(xué)意義

依據(jù)腦電圖基本特征，按頻率分為以下4種腦波形。（1）α 波頻率為8 ～13 Hz，成人清醒及閉眼靜息狀態(tài)下，在腦部各個位置都能記錄，枕葉和頂葉出現(xiàn)多，是正常成人腦電波節(jié)律，若無外界刺激頻率穩(wěn)定，波幅在50 ～100 uv。在雙側(cè)大腦中α 波相對對稱，占優(yōu)勢的一側(cè)c 波幅略高，大多數(shù)正常成年人安靜閉目時腦電圖波形以α 波為主。（2）β 波頻率為14 ～30 Hz，多在額葉和中央?yún)^(qū)出現(xiàn)，波幅低于30 uv，β 波與緊張和情緒有關(guān)，由于驚嚇從睡眠狀態(tài)清醒則原有的θ 波可立即被β 波替代。（3）θ 波頻率為4 ～7 Hz，多在頂葉和顳葉，為青少年清醒時腦電圖的波形，成年人清醒時沒有此波形，但會存在于睡眠的時相中，情緒破壞或心情抑郁時會有θ 波。（4）δ 波頻率為1 ～3 Hz，顳葉和枕葉出現(xiàn)多，為嬰兒腦電主要波形。當(dāng)大腦供血不足、神經(jīng)細胞受壓或代謝障礙時，δ 波會增加，清醒的正常成人無δ波，深睡眠時會出現(xiàn)。

2 體育運動訓(xùn)練對腦電圖的影響

2.1 長期性體育運動訓(xùn)練后腦電圖的改變

姜麗等通過對射箭射擊運動員倒立訓(xùn)練腦電圖的改變進行研究發(fā)現(xiàn)，倒立訓(xùn)練與安靜坐姿時腦電圖波形變化有差別。在3 min 倒立訓(xùn)練中，大腦α 頻段的功率值下降，β 頻段的功率值則略微上升。在5 min 倒立訓(xùn)練中，腦電圖波形有顯著變化，O1、O2、P3、P4 部位α 頻段的功率值，安靜坐姿比恢復(fù)坐姿下降明顯。倒立訓(xùn)練時間變長，腦部血流速度減慢，體位改變會引起不適，腦電波頻率會增快，F(xiàn)3、F4、T3、T4 部位β 頻段的功率值升高明顯。體育運動訓(xùn)練后在坐姿恢復(fù)狀態(tài)，腦電圖波形會快速恢復(fù)，且超過進行倒立前安靜坐姿時的指標(biāo)。這說明倒立訓(xùn)練的良性影響。通過8 周倒立訓(xùn)練后檢測發(fā)現(xiàn)，運動員的睡眠質(zhì)量得到改善、焦慮減輕。倒立訓(xùn)練時間越長，對運動員大腦功能改善越明顯。

黃登惠的研究顯示，技巧運動員的腦電波頻率增快，波幅增高。技巧運動伴隨音樂節(jié)奏，長期體育運動訓(xùn)練使運動員神經(jīng)功能活動規(guī)律提高。瑜伽對腦電波活動有積極的影響，增加了大腦半球間的協(xié)調(diào)性和對稱性，能刺激腦電波，這些腦電波與認知、記憶、情緒和焦慮的改善有關(guān)。

2.2 一次性體育運動訓(xùn)練后運動員腦電圖的改變

登山運動的特點是海拔越高人體耗氧量越多，缺氧程度越大。翁慶章等研究登山運動員缺氧程度的腦電圖變化發(fā)現(xiàn)，開始出現(xiàn)缺氧時，腦電圖 a 波頻率降低，開始有慢波；到達6000 m 高度時，缺氧程度變大，慢波變多，甚至出現(xiàn)θ 波和（或）尖波。登山缺氧引起腦電圖的改變主要為節(jié)律失調(diào)，隨著高度的增加，α 波波幅下降，并可出現(xiàn)尖波和陣發(fā)性電位升高。

長期有規(guī)律地進行體育運動訓(xùn)練比久坐人群具有更好的大腦供血能力，可增加大腦的供養(yǎng)能力，有利于提高腦細胞的營養(yǎng)狀態(tài)。由于運動項目不同，腦電圖發(fā)生的變化也不同，針對不同運動項目運動員的腦電圖我們可以進行運動員選材，并根據(jù)不同的腦電圖變化選擇合適的訓(xùn)練方式。但在訓(xùn)練過程中，要注意運動員身體的變化，以確保訓(xùn)練效果及運動員的健康。運用腦電圖知識可以預(yù)測訓(xùn)練效果。

2.3 不同運動負荷后運動員腦電圖的改變

何敘對男運動員在安靜及不同負荷強度后即刻檢測腦電圖的研究發(fā)現(xiàn)，在3種無氧閾強度運動后1min，與安靜時相比，α 功率值增加，表明所對應(yīng)的腦部區(qū)域新陳代謝增大。當(dāng)運動強度小于通氣閾強度時，大腦皮層神經(jīng)細胞代謝略升高，作用不明顯。當(dāng)運動強度為通氣閾強度時，大腦皮層神經(jīng)細胞代謝強度升高，可顯著提高其工作能力。運動強度大于通氣閾強度時，腦電圖檢測的功率值增加明顯，此時大腦皮層神經(jīng)細胞出現(xiàn)疲勞。史祝梅研究運動員杠鈴深蹲運動發(fā)現(xiàn)，以最大負荷的50%測試，頻率為2 Hz，做至不能維持該頻率，休息1 min，進行8 組測試。運動后即刻與安靜時比較，δ、θ 頻段功率升高，α 頻段功率降低，此負荷抑制大腦皮層神經(jīng)細胞。張振民等研究顯示，對中國女排運動員做定量負荷測試，結(jié)果與安靜狀態(tài)比較，運動負荷時α 波波幅升高，運動狀態(tài)下大腦興奮性升高。Porter 等在運動后認知改變的研究中發(fā)現(xiàn)，額葉區(qū)域的腦活動和連接方面存在許多顯著的變化，運動后額葉區(qū)域的θ頻段功率更高。有研究報道，在高強度循環(huán)訓(xùn)練中前額區(qū)域腦電圖功率增加。

由以上研究可見，在體育運動訓(xùn)練中適宜的負荷強度可加快運動員掌握運動技能、提高訓(xùn)練效果，應(yīng)幫助運動員選取合適的訓(xùn)練負荷量，

2.4 腦電圖在運動性疲勞及運動損傷中的意義

2.4.1 在運動性疲勞中的診斷判斷運動性疲勞的程度可通過機體主觀感覺和客觀檢測。馬拉松跑是持續(xù)時間最長的季賽項目之一，運動員跑完全程后，幾乎處于筋疲力盡的狀態(tài)。翁慶章的研究顯示，馬拉松運動員賽后出現(xiàn)了疲勞狀態(tài)下的改變，根據(jù)疲勞后大腦皮質(zhì)的機能狀態(tài)指出，隨著疲勞的發(fā)展，出現(xiàn)非常慢的α 波，表現(xiàn)為疲勞狀態(tài)下的變化規(guī)律。α 波減少，慢波增加，以大腦右側(cè)運動中樞改變明顯，休息后，可部分恢復(fù)。

2.4.2 在運動性腦損傷中的診斷腦電圖可較為直接、客觀地檢查出腦部損傷程度及功能狀態(tài)，對初期診斷、診治、預(yù)后有重要的價值。輕度腦外傷時，腦電指標(biāo)快波增加，恢復(fù)時為慢波和節(jié)律失調(diào)，a 波顯著減少和慢波明顯增多。Fickling 等對47 名三級甲等男子冰球運動員進行了為期2個賽季的腦電圖監(jiān)測，監(jiān)測到12 次腦震蕩，并利用腦電圖對運動員受傷后和重返賽場進行了評估。腦電圖對研究拳擊運動員、自行車運動員等腦部易受損傷的運動有著很好的效果，可以幫助判斷運動員腦部是否受損，從而幫助運動員暫停或改變訓(xùn)練方式。定期對運動員進行腦電圖檢查，可以判斷運動員腦部功能狀態(tài)，但需經(jīng)過分析腦電圖波形并了解運動員自我感覺、體征、癥狀等，才能做出正確判斷。

3 腦電圖監(jiān)測青少年體育運動訓(xùn)練后腦部發(fā)育的變化

3.1 長期體育運動訓(xùn)練促進青少年的腦部發(fā)育

黃登惠、孫曉菁的研究顯示，青少年運動員的腦電圖是正常α 波波幅，與成人基本一致，比同齡普通人波幅低。汪軍等研究顯示，兒童青少年腦電圖波形不同年齡有明顯特征差異，其中6 ～11 歲和13 ～15 歲是青少年腦部快速發(fā)育期，兒童青少年腦電發(fā)育是α 波替代θ 波的過程。α 波在運動科學(xué)研究中多用于提示精神高度集中或準(zhǔn)備狀態(tài)。運動訓(xùn)練可以通過神經(jīng)生物反饋改變α 波，使運動員精神集中，清除外界干擾，提高運動員競技狀態(tài)。β 波是高頻低幅的不同步快波，一般在學(xué)習(xí)中或進行腦力活動時α 波會轉(zhuǎn)化為β 波。當(dāng)出現(xiàn)運動性疲勞時，θ 波指數(shù)和幅度均增加。θ 波是中低幅慢波，與記憶過程有關(guān)。青少年發(fā)育遲緩主要與大腦發(fā)育有關(guān)，發(fā)育遲緩會出現(xiàn)背景活動頻率偏緩、全導(dǎo)δ 和θ 波活動陣發(fā)、尖慢綜合波發(fā)放等異常腦電圖波形，但目前無法確定腦電圖能否判斷智力的發(fā)育。以上說明，青少年運動員腦電圖有成年人的主要特征，雖發(fā)育程度不如普通成年人，但優(yōu)于一般青少年，較同齡人腦部發(fā)育更好?？梢?，體育運動訓(xùn)練不僅促進了青少年運動員的智力發(fā)育，還提升了青少年運動員腦力活動的效果。

3.2 檢測體育運動訓(xùn)練后青少年的認知能力

α 波頻率被證明與認知能力有關(guān)，α 波活動可以提高單詞識別能力，從記憶中檢索信息的速度，促進工作記憶。β 波在等張性收縮和慢速運動時，存在于大腦運動皮層，β 波激活與學(xué)習(xí)成績的提高有關(guān)，激活量的增加與較高的算術(shù)計算能力有關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)可能表明β波與認知技能的提高之間存在關(guān)聯(lián)，且β 波在情緒衰竭和焦慮時顯著降低。Vialette 等研究顯示，經(jīng)過7 周的β 波刺激后，人類疲勞感有所減輕。θ 波可以發(fā)生在皮層和海馬區(qū)，當(dāng)受到刺激時，與α 波相似的θ 波被證明可以減少焦慮。Henz 等研究表明，體育運動對大腦功能和認知能力有有益的影響，與靜態(tài)受試者相比，運動后受試者的前部和中部區(qū)域的β 波活性更高，表明體育運動對大腦和認知功能有積極的影響。也有研究表明，體育鍛煉對大腦和認知功能有益，如增加神經(jīng)營養(yǎng)因子，改善認知功能，如記憶能力，注意力和執(zhí)行控制力，預(yù)防認知能力下降，降低患癡呆癥的風(fēng)險。體育鍛煉最常引起腦電圖α 和β 波段的變化。此外，大腦活動的變化取決于體育鍛煉的類型和強度。

4 展 望

腦電圖在體育領(lǐng)域中的應(yīng)用特點是較客觀、能定量、重復(fù)性較好，運用腦電圖知識不僅可以預(yù)測訓(xùn)練效果，在運動員選材方面也發(fā)揮著一定的作用，并且可以根據(jù)腦電圖的變化調(diào)整訓(xùn)練方式、強度等。腦電圖在體育領(lǐng)域中的應(yīng)用也間接啟示我們，體育運動訓(xùn)練對青少年大腦發(fā)育的影響，經(jīng)常參加體育運動訓(xùn)練，青少年大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性就會增高，即使長時間學(xué)習(xí)和工作，頭腦也會保持清醒，思維依舊靈活敏捷。所以，通過體育運動對青少年腦電圖的改變，可以看出體育運動加強了青少年腦部的發(fā)育，在青少年運動員訓(xùn)練、選材、疲勞、損傷等多方面具有參考價值和意義，并可提供幫助。