膝關(guān)節(jié)伸肌最大向心收縮運動前后神經(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 山東濟南 250000)

膝關(guān)節(jié)伸肌最大向心收縮運動前后神經(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 山東濟南 250000)

運用疊加電刺激方法檢測青年男性在膝關(guān)節(jié)伸肌進行向心運動后神經(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驗,實驗前受試者進行MVC。運動過程中完成膝關(guān)節(jié)伸肌在60°/s角速度下進行向心收縮運動方案(5組,每組10次,組間間歇1 min,關(guān)節(jié)運動范圍10°～90°),對運動過程中的力矩和做功進行收集,并對運動前后神經(jīng)肌肉功能進行檢測。

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動引起的最大自主收縮力量的下降,或是肌肉沒有能力維持在需要的水平[1]。肌肉疲勞的機制可以分為中樞疲勞和外周疲勞[2]。中樞疲勞是指由運動引起的自主激活水平或神經(jīng)發(fā)放沖動的能力下降。 外周疲勞指的是發(fā)生在神經(jīng)肌肉節(jié)點或神經(jīng)肌肉節(jié)點的遠端,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行評定,即分別在受試者進行MVC時和肌肉放松時疊加電刺激,電刺激引起兩者收縮力矩的比值可以計算中樞疲勞[3]。該研究采用膝關(guān)節(jié)伸肌進行60°/s等速向心運動的方案,使用電刺激疊加技術(shù)[3,7]對運動前后進行神經(jīng)肌肉功能檢測,對膝關(guān)節(jié)伸肌急性向心運動后的神經(jīng)肌肉疲勞進行分析,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 研究對象與方法

1.1 實驗對象

該研究實驗對象為山東體育學(xué)院在校健康大學(xué)生(基本信息見表1)。所有受試者均自愿參加此項目的測試,且無心血管疾病、無神經(jīng)肌肉障礙、無關(guān)節(jié)肌肉損傷。受試者在實驗前詳細(xì)了解實驗流程并得知電刺激可能帶來的不適感,同意參與該實驗的受試者需進一步簽署知情同意書。實驗要求:受試者在實驗前24 h內(nèi)不做劇烈運動,不飲用白酒、咖啡或其他藥物,以避免藥物或運動對實驗產(chǎn)生影響。

1.2 研究方法

1.2.1 實驗儀器

該研究在山東體育學(xué)院等速肌力測試實驗室進行。采用的實驗儀器主要有:IsoMed2000等速肌力測試系統(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 實驗方案

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

受試者在正式實驗前一周進入實驗室熟悉實驗流程:(1)實驗對象坐在實驗椅上,將等速測試椅背調(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)進行最大等長自主收縮,直到受試者可以掌握在MVC水平維持4 s平臺期。(2)確定受試者電刺激強度:電刺激電壓400 V,波寬100 us,將電刺激電流從100mA開始,每50mA逐漸增加電流強度,直到電流引起的力矩收縮第三次出現(xiàn)平臺不再增加,即為個人最大電流強度。為了在神經(jīng)肌肉功能測試過程中電刺激信號充分募集膝關(guān)節(jié)伸肌參與收縮,使用個人超強度電流,即增加15%最大電流。(3)電極片黏貼位置:對受試者右腿膝關(guān)節(jié)伸肌表面皮膚進行除毛,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,陽極電極片置于膝關(guān)節(jié)上部,覆蓋股內(nèi)外測肌肌腹,陰極置于膝關(guān)節(jié)伸肌近端前面[4]。

正式開始實驗后,受試者進行最大向心運動,5組,每組10次,組間間歇時間1min。運動完成后即刻再次進行神經(jīng)肌肉功能測試后測。

2 實驗結(jié)果

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

在膝關(guān)節(jié)伸肌進行5組,每組10次的向心收縮中,平均力矩值隨著運動的進行,整體出現(xiàn)下降趨勢,第三組平均力矩值顯著低于第一組(P<0.05),第四組和第五組時平均力矩值進一步降低,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)伸肌等速向心運動前后神經(jīng)-肌肉功能變化

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

膝關(guān)節(jié)伸肌急性向心運動后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。表明運動后發(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,進一步證實肌肉產(chǎn)生了外周疲勞。

膝關(guān)節(jié)伸肌Va由運動前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)伸肌急性向心運動后產(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)的肌肉評定中,簡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,這種評定方法簡單易操作,然而對于疲勞的產(chǎn)生部位無法確定。該研究使用疊加電刺激技術(shù)探討了膝關(guān)節(jié)向心運動后神經(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等速伸膝運動后,MVC在運動后即刻下降33%,顯著高于本研究,可能是由于肌肉收縮速度高于該運動方案。

Babault等人研究發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)以60°/s角速度運動30次后,MVC下降35.9%,Pt下降了32.8%,中樞激活水平下降11.2%表明急性向心運動后發(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次向心運動在5組內(nèi)完成,組間休息1 min使膝關(guān)節(jié)伸肌有時間得到恢復(fù)。Rossman等人研究了在單腿運動和雙腿屈伸運動后股四頭肌神經(jīng)肌肉功能的變化,發(fā)現(xiàn)單腿運動后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動中下降的幅度略高,但兩者沒有顯著性差異。揭示了在運動過程中通過III/IV傳入肌纖維的反饋作用,在單腿運動和雙腿運動時發(fā)生相同中樞疲勞程度時,單腿運動可以起到更好鍛煉肌肉的效果。

Hill等人首先報道了膝關(guān)節(jié)在240°/s角速度向心運動后,RFD并沒有顯著下降,RFD與肌纖維收縮中橫橋的活動與功能相關(guān),RFD沒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

由實驗可知,膝關(guān)節(jié)伸肌進行急性向心運動后出現(xiàn)了會導(dǎo)致明顯的運動性疲勞,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)伸肌急性向心運動后產(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)在運動性疲勞研究中的應(yīng)用[J].廣州體育學(xué)院學(xué)報,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