高精度經(jīng)顱直流電刺激對競技健美操運動員的即刻影響

中圖分類號：G831.3DOI：10.16655/j.cnki.2095-2813.2212-1579-8561基金項目：2021年度沈陽體育學院校級自然科學類課題（無）。作者簡介：趙崇然（1993—），男，碩士研究生，助教，，研究方向為沈陽體育學院學院 。

基金項目：2021年度沈陽體育學院校級自然科學類課題：高精度經(jīng)顱直流電刺激對競技健美操運動員足踝關節(jié)肌力的即刻影響研究（沒有編號）

作者簡介：趙崇然，（1993-）男，碩士，助教，研究方向：運動心理學、體育教學;劉旭，（2003-），男，本科在讀，研究方向：競技健美操、冰舞;王佳，（2002-），男，本科在讀，研究方向：競技健美操、冰舞

摘要：在競技健美操項目中，不可避免會出現(xiàn)一些意外情況，由此就會導致競技健美操運動員一些損傷。為了更加深入的掌握損傷情況，必須要對最容易發(fā)生損傷的動作有更加深入的了解，比如存在偏差的騰空跳起著力點。同時，考慮到運動員在很長的時間內(nèi)都需要進行爆發(fā)性的跳或者做出跳躍類型的動作，由此易產(chǎn)生足踝關節(jié)損傷，足踝關節(jié)損傷是健美操運動損傷較多的部位之一，并位居損傷之首提高運動員的落地緩沖能力可以有效的預防足踝關節(jié)損傷。本研究主要采用實驗法，通過對競技健美操運動員實施高精度經(jīng)顱直流電刺激干預手段，并及時對運動員和干預方案予以監(jiān)控，保證實驗順利進行的基礎上，探討高精度經(jīng)顱直流電刺激對運動員足踝關節(jié)穩(wěn)定性的影響。

關鍵詞：高精度經(jīng)顱直流電刺激 "競技健美操運動員 "足趾屈曲力量 "踝關節(jié)力量

Immediate Effect of High-precision Transcranial Direct Current Stimulation on Competitive Aerobics Athletes

ZHAO Chongran""LIU Xu "WANG jia

（Shenyang Institute of Physical Education，Shenyang， Liaoning"Province，"450010""China）

Abstract： In competitive aerobics， there will inevitably be some accidents， which will lead to some injuries of competitive aerobics athletes. In order to master the damage situation more deeply， we must have a more in-depth understanding of the actions that are most likely to be damaged， such as the deviated take-off point of effort. At the same time， considering that athletes need to perform explosive jumps or jump type movements for a long time， it is easy to cause foot and ankle injuries. Foot and ankle injuries are one of the parts with more injuries in aerobics， and ranking first in the injuries. Improving athletes' landing buffer capacity can effectively prevent foot and ankle injuries. This research mainly adopts the experimental method to discuss the influence of high-precision transcranial DC electrical stimulation on the stability of athletes' foot and ankle joints on the basis of the implementation of high-precision transcranial DC electrical stimulation intervention for competitive aerobics athletes， and the timely monitoring of athletes and intervention programs to ensure the smooth progress of the experiment.

Key Words： High-precision transcranial direct current stimulation; Competitive aerobics athletes; Toe flexion force; Ankle strength

1研究背景

競技健美操運動中足踝關節(jié)的重要性，競技健美操運動中足（包括足踝）力量起著至關重要的作用。人類的足部作為一個復雜的結構，具備腳趾較短和不分散的特征。對于足部而言，不重要的功能是腳的抓握能力，而重要的雙足的運動能力。一般情況下，在運動的時候，要求腳在做踩踏動作的時候，充當著減震器和推進器的作用。如果腳趾出現(xiàn)了畸形的情況，那么相應的就會影響推進和支撐的力量，這對于競技健美操運動員來說十分重要。以競技健美操運動員處于健康的狀態(tài)為例，其能夠支撐起自身的體重，并且對其進行緩沖，從而達到促使負載降低的目的，并且競技健美操的難度動作大多數(shù)都是從腳足踝發(fā)起的。作為一種非侵入性的技術，經(jīng)顱直流電刺激采取的是在頭皮釋放微弱電流的方式，對神經(jīng)細胞進行調(diào)節(jié)，一般利用的是恒定和低強度的直流電，由此對大腦神經(jīng)元活動的狀況進行調(diào)節(jié)，從而保證競技健美操運動員的神經(jīng)處于興奮的狀態(tài)^[1]。以身體功能健全和年輕人為例，相關學者利用tDCS技術對其開展了相應的研究，研究的重點在于掌握該技術對于手指辨別振動觸覺刺激能力的影響。有了這一研究作為重要的基礎，有關學者將關注點放在了tDCS結合傳統(tǒng)的康復訓練（肌力訓練）在足踝運動功能影響方面上，目的在于通過該技術提升競技健美競技健美操運動員的訓練效果，從而掌握提升競技健美操運動員足趾屈曲力量和踝關節(jié)力量是否受到高精度tDCS技術影響的有利依據(jù)。

2文獻綜述

國內(nèi)外諸多學者對于在競技健美操教學與訓練中頻繁選用一些難度比較大的動作，其中包括轉體（平衡類）、控腿和跳躍等組合，這些動作很可能還會引起局部出現(xiàn)負擔過大。同時，對于足踝來講，這種反復性的爆發(fā)性跳躍對其產(chǎn)生著很大的影響，還會增大腳接觸地面的力量?？滤济返拢?983）提到在這種情況下腳接觸地面索要承受的力量是自身體重的2倍以上，最高達到了四倍之多；當跳躍動作落地時，所產(chǎn)生的反作用力為自身體重的4倍以上（羅森伯格、卡林，1986），在完成健美操動作時，可見足踝關節(jié)所承受的負荷是很大的。如果有應對訓練或者競賽的需要，足踝關節(jié)會在很大程度上長期在十分緊張的情況下，這樣一來一旦腳不能夠承受難度動作的訓練的時候，足踝關節(jié)產(chǎn)生損傷是不可避免的。足踝關節(jié)力量訓練可以提高健美操運動員對落地緩沖時對身體的控制能力，可有效防止足踝關節(jié)的損傷^[2]。此外，還有相關的研究顯示只要對足部核心主動子系統(tǒng)中的肌肉力量進行強化，就能夠最大限度內(nèi)提升足部功能和足部相應結構穩(wěn)定性，對于運動損傷也能夠起到很好的預防作用。

通過對文獻梳理，以前人的研究為基石，本研究擬結合競技健美操項目的運動特點進行跨學科研究，為競技健美操運動員足踝肌力系統(tǒng)的功能，為足踝功能提升探索新的理論框架與訓練手段提供參考價值^[3]。

3研究方法

3.1 研究對象

本研究的首要是選取沈陽體育學院競技健美操院隊運動員為研究對象，都是自愿參與到研究當中取得，具體情況如表1所示。借助G*Power軟件事前估量樣本量，結果顯示要想保證統(tǒng)計結果的統(tǒng)計功效得到80%，且顯著水平平α為 0.05，那么就要將每組最少的樣本量8計算出來，并且將干預過程中的流失率考慮在其中，基于此可以招募的受試者應當為14人。為了確保受試者這一研究對象的公平和公正性，應當保證在近半年之內(nèi)沒有發(fā)生過下肢受傷的情況，并且始終處于良好的身體狀態(tài)下。同時，還要在事前確認是否存在經(jīng)顱直流電刺激禁忌癥。在實驗開始之前，還要保證受試者未參與劇烈的活動，并且還要測試其是否食用帶有興奮作用的飲料^[4]。

"3.2 實驗儀器

高精度經(jīng)顱直流電刺激儀—DC-Stimulator 儀器；等速肌力測試系統(tǒng)：選用的是意大利EasyTech，型號為Genu Plus型，主要專注于膝關節(jié)的測試和訓練，通過增加選配的座椅系統(tǒng)，也可進行下肢閉合鏈訓練。

3.3 高精度經(jīng)顱直流電刺激干預方案

本實驗使用的是高精度經(jīng)顱直流電刺激儀器，借助刺激適配器對儀器進行連接的方式，干預模式為4×1HD-tDCS，并且設置五個氯化銀燒結圓形電極，其中提供電刺激的電極只有一個。發(fā)揮電纜的作用將電機和相應的適配器連接起來，刺激電極放置于 Cz；接受電極分別放置于 C3、C4、Fz、Pz（根據(jù) 10-20 EEG 系統(tǒng)）（圖1A、B），該區(qū)域可以刺激到控制下肢的 M1、S1 區(qū)（圖1C）。在實際開展刺激實驗的時候，要為相應的受試者提供相應的電極固定帽，在電極表面和腦部刺激的位置都涂上相應的導電凝膠，這樣做能夠達到有效的對刺激位置的阻抗進行降低。一般選定20分鐘作為刺激的時長。當真刺激條件開始的時候，將電流逐漸“淡入”，保證在30秒的時間內(nèi)逐步增加電流，從0 mA最高到 2 mA。在刺激結束時，則要執(zhí)行相反的操作，推動電流下降到 0 mA。從總體上來看，為了保證實驗的效果和整體的質(zhì)量，對于每一次刺激結束之后應當為受試者提供相應的簡短版調(diào)查問卷，這樣的目的是能夠更加深入的了解實驗潛在的一些不良反應，由此也能夠獲取到在刺激中接受了真刺激或者假刺激的相關信息，以此來進行很好的效果評價^[5]。

3.4 測試流程

對于每名受測者，電刺激干預頻率為兩次間隔一周，這兩次包含真刺激和假刺激，其目的就是為了更好的進行對照。一般情況下選擇同一天和二十分鐘的干預時間，對干預的類型進行隨機選擇，并且還要向其闡述實驗前要進行5分鐘的熱身。之后指導受試者進行足趾屈曲力量測試、足踝關節(jié)肌力測試。測試主要分為兩輪進行，在刺激前要先進行第一輪的測試，之后在刺激完成的情況下做第二輪測試^[6]。

在進行足踝關節(jié)肌力測試的時候，借助的是等速肌力測試系統(tǒng)，在其作用下讓受試者坐在能夠調(diào)節(jié)的座椅上，保持髖、膝和足踝關節(jié)的彎曲程度為 90°，在受試者腳底還要用氣壓墊進行包裹，這樣做的目的是為了將一半下肢重力去除。受試者應當保持身體處于放松的狀態(tài)，還要按照相應的要求將遮光眼罩和降噪耳機的作用切實發(fā)揮出來。為了保證實驗的最終效果，通常要求實驗人員重復做三次相應的操作。此外，還要測試受試者的足部跖屈、背屈、內(nèi)翻和外翻等的反應。在受試者對足部運動和運動的方向進行確定之后，實驗就可以停止，并且將這一內(nèi)容向實驗人員進行闡述。為了保證實驗的有效性和準確性，每個方向的運動隨機測試三次，并且設置1分鐘的間歇時間^[7]。

3.5 實驗指標

足部力量相關指標主要有四個，即跖趾關節(jié)屈肌力量、背屈、內(nèi)翻和外翻（N/kg），選取最大值并用體重進行標準化處理。

3.6 統(tǒng)計方法

全部的參數(shù)值都用平均值±標準差來表示，實施重復測量雙因素方差分析各變量對足部肌肉力量各方面指標的影響，將干預變量、時間和相互之間的干預效應當做是模型的自變量。為了便于分析各個指標在刺激前和刺激后的差異，用Cohen’s d 表示效應量（其中弱效應小于 0.19 、低效應在0.20～0.49 之間、中效應為0.50～0.79、高效應大于0.8）。

4 結果

4.1 刺激類型正確率

針對14名受試者分別完成了兩次干預，在進行電刺激的整個過程中，受試者都處于正常狀態(tài)，每次干預之后并未表現(xiàn)出不適。最終結果顯示：經(jīng)過對受試者的實驗，刺激類型的總體正確率為36.5%，都有較為理想的致盲效果。

4.2 足踝關節(jié)肌力

基于方差分析，在確定足踝關節(jié)肌力刺激類型和刺激前后的時候，其和交互效應及時間和刺激類型主效應無關。根據(jù)組內(nèi)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)分析可知，相比較刺激前，真刺激干預后第一足趾關節(jié)屈曲力量顯著增高 12.0%（其中Cohen’s d = 0.58），而在假刺激組的第一足趾關節(jié)屈曲力量則下降2%左右。在所有受試者中有11名在真刺激干預即刻后，明顯感受到第一足趾關節(jié)屈曲力量變大。其他的實驗指標則并未出現(xiàn)較大的變化。

4.3 足趾屈曲力量

基于方差分析，結果顯示在掌握足趾屈曲力量刺激類型與刺激前后不同之處的時候，并沒有發(fā)現(xiàn)兩者之間存在較為明顯的交互作用，也并未形成相應的交互效應。根據(jù)組內(nèi)之間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，刺激前為1.45±0.61 N/kg，刺激后1.61±0.69 N/kg。對比真刺激刺激前，刺激后第一足趾屈曲力量顯著增高了10%以上。同時，結果顯示經(jīng)過真刺激干預即刻后，第一足趾關節(jié)屈曲力量變大。而和刺激之間的狀況相比，真刺激干預和假刺激干預在刺激后跖趾關節(jié)屈肌力量、其余4趾屈曲力量以及全部足趾屈曲力量都沒有呈現(xiàn)顯著的差異。

4.4 踝關節(jié)力量

從方差分析的結果上來看，在刺激類型與刺激前后之間區(qū)別的時候，踝關節(jié)力量應當明確兩者之間并不存在交互效應。根據(jù)組內(nèi)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，并且對其進行分析可知，如果將其和刺激前作比較，得出的結論為刺激干預后在踝關節(jié)內(nèi)翻被動運動覺閾值方面呈現(xiàn)顯著降低的狀況。這意味著競技健美操運動員真刺激干預即刻影響為在內(nèi)翻被動運動方面的敏感程度更高。也就是說，上述的電刺激方案，并且不能夠證明干預前和干預后踝關節(jié)力量方面存在顯著的差異^[8]。

5 討論

5.1 足趾屈曲力量

在肌肉力量大小和運動能力表現(xiàn)及損傷預防等方面，足趾屈曲力量和競技健美操運動員的關系是直接的?；谀壳耙呀?jīng)掌握的初步數(shù)據(jù)可知，高精度經(jīng)顱直流電刺激技術能夠提升第一足趾屈曲力量。對比傳統(tǒng)的tDCS技術，本實驗在干預后即刻會顯示更高的運動誘發(fā)電位，由此就意味著神經(jīng)興奮性高。同時，考慮到腦區(qū)興奮程度基本保持在基線水平以上，和其他腦部區(qū)域影響相比要小一些。由此4×1HD-tDCS干預模式的應用有助于激活更多的活躍運動單位。

5.2 踝關節(jié)力量

根據(jù)相關的統(tǒng)計調(diào)查可知，在各種類型的運動創(chuàng)傷中，踝關節(jié)的損傷程度位于首位，其不僅對運動訓練的正常影響有著重要的影響，在嚴重的時候還會導致競技健美操運動員運動壽命結束。比如，在800m跑被教科書列為以速度耐力為特點的短跑比賽的時候，競技健美操運動員常常會穿跑鞋，此時主要依靠的是前腳掌蹬地、發(fā)力。經(jīng)過種種實例的驗證可知，踝關節(jié)力量有著重要的地位。同時，踝關節(jié)力量的提高對發(fā)展速度、彈跳、力量、靈敏等基礎運動素質(zhì)都有著不可替代的作用?；谶@一觀點，踝關節(jié)力量得到了人士的贊同和重視，由此其在競技健美操運動員踝關節(jié)力量方面有著重要的表現(xiàn)。

6 結論

目前，經(jīng)顱直流電刺激技術已被引入體育領域應用于提升人體能力。HD-tDCS 相較于傳統(tǒng)的 tDCS 刺激部位更精準、更深層，然而目前鮮有學者探究 HD-tDCS 對競技健美操運動員足踝肌力的影響。同時，Nurse等人在進行進一步研究的時候，還表明采取相應的措施，如訓練或者干預等，都能夠使足核心各個子系統(tǒng)增加。通過探究精顱直流電刺激提高競技健美操運動員足踝關節(jié)肌力，找出避免足踝關節(jié)損傷的有力訓練方式，達到提高競技健美操運動員運動比賽成績的目的。

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