24小時睡眠剝奪對靜態平衡和肌力影響的研究

□ 魏源　趙亞楠（南京師范大學體育科學學院　江蘇　南京 210023）

睡眠是人類生命活動中必不可少的生理過程，充足的睡眠時間和良好的睡眠質量對于消除疲勞、恢復體力、增強免疫力、促進生長發育、延長壽命等諸多方面具有十分重要的作用。睡眠剝奪（sl eep deprivat ion，SD）是指由于自身生理、病理或環境等因素的影響導致正常生理所需睡眠量不能得到滿足的狀態，一般指在24小時中睡眠時間小于4小時，并引起情緒、學習記憶、免疫功能等一系列改變的狀況，伴隨疲勞的增加可以引起生理、心理甚至行為的變化。隨著生活節奏的加快和不健康生活方式的出現，越來越多的人處于一種潛在的睡眠剝奪狀態。有研究表明，睡眠紊亂、睡眠缺乏等作為誘導因素，可導致神經內分泌功能紊亂，進一步加重焦慮、抑郁等精神病理情況。運動員在賽前緊張的訓練階段，睡眠質量下降，更容易形成睡眠剝奪狀況，進而影響訓練質量。人體日常活動大多以平衡和肌力作為支撐，所有運動項目都是在人體平衡和強大肌力的基礎上進行的。本研究著重探討24小時睡眠剝奪對靜態平衡和肌力的影響，為今后的同類研究提供有參考價值的數據。

1、對象與方法

1.1、研究對象

本研究對象為某大學體育相關學科學生16名，男女各8人，日常作息時間正常，無睡眠障礙，身體健康，無吸煙、酗酒等不良嗜好，無飲濃茶、咖啡等生活習慣，實驗近期未服用任何藥物，無反常情緒影響，無神經系統、骨科受傷等影響靜態平衡功能和肌力的疾病因素存在。

1.2、研究方法

（1）實驗測試法。

①測試指標：實驗所采用的測試指標有中心移動軌跡總長度（TTW）、 包絡壓力中心移動軌跡橢圓面積（EA）、最大肌力（MVC）和爆發力（FV）；

②實驗測試方案的設計：實驗前受試者均簽署知情同意書。受試者分別在實驗前后進行靜態平衡能力和肌肉力量相關指標的測試。實驗在一間恒溫26℃、安靜、亮度適宜的監測室內進行。受試者從實驗當天8:00到次日8:00禁止睡眠，可進行輕松的體力勞動或腦力勞動，保持坐位或站立位，不得跑步或從事劇烈運動。實驗過程中禁用促中樞神經興奮或抑制性食物，全程由3名監測員監督和陪同以保證所有受試者嚴格執行實驗相關規定；

③靜態平衡能力測試：使用 Foot scan Bal ance平板式足底壓力測試系統測試受試者閉眼狀態下單足靜止站立時反映平衡能力的指標，包絡壓力中心移動軌跡總長度（TTW）和包絡壓力中心移動軌跡的橢圓面積（EA）兩項指標。閉眼單足站立測試方法參照國民體質監測方法。于睡眠剝奪前后進行測試，分別進行兩次測試，取兩次測試的最好成績作為最終結果；

④肌肉力量測試：使用HUR肌力康復及測試系統對受試者的股四頭肌進行最大等張收縮肌力測試，股四頭肌是人體最大、最有力的肌肉，對維持人體直立姿勢起重要作用，因此本研究對股四頭肌進行最大等張收縮極力測試。肌力測試指標選用最大肌肉力量（MVC）和爆發力（FV）兩項指標。于睡眠剝奪前后進行測試，分別進行兩次測試，取兩次測試的最好成績作為最終結果。

（2）數理統計法。

本實驗運用SPSS24.0統計軟件進行數據處理，靜態平衡和肌力相關數據采用配對樣本t檢驗分析同組實驗前后的差異，所有數據以平均數±標準差進行描述，顯著性標準為＜.01。

2、結果與分析

2.1、24小時睡眠剝奪前后靜態平衡能力相關指標結果分析

由表1可見，24小時睡眠剝奪后閉目單足站立狀態下EA和TTW較剝奪前均呈現上升趨勢，其中EA具有顯著性差異（p＜.01），剝奪后的TTW較剝奪前略有上升，差異較小，不具有統計學意義。

表1　24小時睡眠剝奪前后靜態平衡能力相關指標比較（N=16）

2.2、24小時睡眠剝奪前后肌肉力量相關指標結果分析

由表2可見，24小時睡眠剝奪后的MVC和FV均顯著低于睡眠剝奪前的數據，兩者均具有顯著性差異（p＜.01）。

表2　24小時睡眠剝奪前后肌肉力量相關指標比較（N=16）

2.3、24小時睡眠剝奪前后男女靜態平衡及肌力相關指標對比結果分析

由表3可見，24小時睡眠剝奪后，男女受試者的TTW均無顯著性差異（P＞.05），但實驗后的TTW略微上升，且女性上升幅度略高于男性。男女受試者的EA均存在顯著性差異（P＜.01）。男女受試者實驗前后的MVC和FV指標也存在顯著性差異（P＜.01），男女受試者的MVC和FV大幅下降，其中男性的最大肌力下降較女性尤為明顯。

表3　24小時睡眠剝奪前后男女靜態平衡及肌力相關指標比較（N=16）

3、討論

3.1、24小時睡眠剝奪對靜態平衡機能的影響

本研究采用Foot scan Bal ance平板式足底壓力測試系統對學生站立時的靜態平衡功能進行測試，結果表明24小時睡眠剝奪后的靜態平衡能力下降。但有關平衡的實驗指標TTW和EA顯示的結果有差異，睡眠剝奪前后TTW的差異較小，而EA的差異具有統計學意義。張建國等人對不同年齡階段青少年的平衡能力研究結果中也出現該情況，研究對12-13歲、15-16歲在睜眼雙足、閉眼雙足站立時測定的TTW與19-20歲組之間也無顯著差異。人體在測試過程中為了控制身體的平衡會通過肌肉、膝關節、踝關節等不斷調整身體姿勢，TTW是身體壓力中心點在測試過程中的移動軌跡，移動軌跡總值越大，則表明身體移動距離越大，平衡能力則越差，反之，則平衡能力越好。但造成移動軌跡總數值變大有兩種可能性，一是測試過程中X、Y軸上出現較大幅度的移動軌跡，二是身體快速調節姿勢而出現高頻率小幅度的移動，從而使移動軌跡的總值升高。EA是包絡95%移動軌跡所形成的橢圓面積，主要與身體壓力中心在X、Y軸上的最大值有關，因此EA反映了身體壓力中心較大幅度擺動的狀況。當身體為了快速調節姿勢而出現高頻率小幅度的擺動時，TTW會隨之升高，但EA值卻不增大。當身體姿勢發生變化時，身體會通過小腿、膝、髖關節以及軀干運動的協調參與，調整身體的重心垂直地維持在身體支撐面上，達到身體的平衡與穩定。從維持身體平衡的角度看，身體失衡主要由大幅度擺動造成的，因此，EA值能較準確地反映人體平衡機能。當TTW和EA的結果有差異時，研究則更傾向使用EA解釋測試結果。

3.2、24小時睡眠剝奪與運動機能的研究

肌肉力量是指肌肉自主收縮的能力，是人體活動的基本能力，人體的各項活動均以肌肉收縮為動力，牽拉骨杠桿，圍繞關節樞紐運行。事實上日常活動與運動訓練經常需要短時間大強度的肌肉作用力量，肌肉爆發力和最大肌力在肌肉活動中扮演重要的角色，因此本筆者將焦點放在探究睡眠剝奪對最大肌力和爆發力的影響。本研究采用HUR肌力康復及測試系統進行最大等張收縮肌力測試，比較實驗前后以最短時間最快速度的伸膝動作所產生的MVP和FV的變化，結果顯示24小時睡眠剝奪后的MVP和FV較剝奪前均呈現下降趨勢，肌肉力量下降。24h睡眠剝奪是被廣泛認可的腦疲勞模型。有研究指出，疲勞引起的肌肉力量下降可能源于神經肌肉控制軸的不同位置，例如，肌細胞膜、神經肌肉接頭、脊髓或者大腦皮質，其中腦疲勞在肌肉力量下降中起到了關鍵作用。

3.3、平衡能力與肌力的相關性研究

平衡功能是人體的一項重要功能，日常生活中的各種活動都依賴有效的平衡作為保障。前庭系統、視覺、本體感覺、大腦平衡調節功能、小腦共濟協調系統以及肢體肌力、肌張力等在人體平衡功能的維持方面都具有十分重要的作用。其中，膝關節和下肢肌力與人體的姿勢穩定有著密切關系，下肢肌力的下降可直接影響膝關節的穩定性，進而影響平衡能力。李紅川運用柔性彈力帶對中老年女性全身的大肌群進行柔性抗組訓練，發現能夠顯著改善和提高中老年女性肌力，被試的閉眼單腿站立和閉目原地踏步指標和跌倒風險指標有顯著性差異，平衡能力明顯提高。綜述以上研究結果發現肌肉力量是影響姿勢控制等平衡機能和發生運動損傷的重要因素。當前，已有較多學者對青少年和老年人這兩個人群的肌力和平衡的關系進行研究，但結果卻大不相同，在老年人中發現平衡機能和肌肉力量之間存在著正相關關系，而在青少年中卻發現兩者之間不存在相關性。在每一個年齡階段的人群中，肌肉力量與平衡機能是否存在一定的相關性還有待進一步研究。

4、結論

本研究結果顯示，24小時睡眠剝奪對靜態平衡和肌力均有顯著的影響，其表現為靜態平衡能力的下降和肌肉力量的降低，最大肌力和爆發力的降低尤為明顯。提示了對肌力及平衡能力有較高要求的體育運動項目來說，運動員要想達到良好的訓練效果，取得理想的比賽成績，減少睡眠剝奪的出現很有必要。

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