肖隨龍 李宏偉 張蕾

(1.江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院;2.贛南師范大學(xué)體育學(xué)院 江西贛州 341000)

攀巖運(yùn)動(dòng)需要調(diào)動(dòng)全身絕大部分肌肉，在受力點(diǎn)極小的情況下克服自身重力向上移動(dòng)，而運(yùn)動(dòng)疲勞是影響速度攀巖成績(jī)的重要因素［1］。生物反饋技術(shù)以其實(shí)時(shí)監(jiān)控、無(wú)創(chuàng)、遙測(cè)的優(yōu)勢(shì)，在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)的疲勞程度監(jiān)測(cè)工作中得到廣泛應(yīng)用［2］。因?qū)嶒?yàn)需要運(yùn)動(dòng)員在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中達(dá)到疲勞指標(biāo)，攀爬速度攀巖15m 標(biāo)準(zhǔn)賽道一次不一定能達(dá)到指標(biāo)要求，反復(fù)攀爬過(guò)程中落地到再次攀爬，運(yùn)動(dòng)員生理機(jī)能處于恢復(fù)休息狀態(tài)，因此，該研究采用高強(qiáng)度間歇（HIIT）運(yùn)動(dòng)方式，組間休息時(shí)間為每次攀爬到最高點(diǎn)至第二次攀爬起始點(diǎn)之間。使用生物反饋技術(shù)監(jiān)測(cè)競(jìng)技速度攀巖中運(yùn)動(dòng)員的心率變異性（HRV）、表面肌電（sEMG）兩項(xiàng)指標(biāo)，根據(jù)指標(biāo)變化特征確定運(yùn)動(dòng)員不同部位疲勞發(fā)生的時(shí)序性，進(jìn)而針對(duì)薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行專門訓(xùn)練，為攀巖科學(xué)化訓(xùn)練提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 對(duì)象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

實(shí)驗(yàn)隨機(jī)選取江西省攀巖隊(duì)運(yùn)動(dòng)員12 名，其中國(guó)家健將、國(guó)家一級(jí)運(yùn)動(dòng)員共6 名，作為實(shí)驗(yàn)組；無(wú)運(yùn)動(dòng)員等級(jí)且有2.5年以上攀巖運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷的運(yùn)動(dòng)員6名，作為對(duì)照組。受試者基本情況如表1所示。受試者無(wú)任何運(yùn)動(dòng)禁忌且無(wú)家族運(yùn)動(dòng)病史，在實(shí)驗(yàn)前48h 內(nèi)無(wú)熬夜、過(guò)度飲酒或者劇烈運(yùn)動(dòng)等情況，飲食生活正常。此外，均在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行了預(yù)實(shí)驗(yàn)，熟知實(shí)驗(yàn)流程。

表1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象基本情況

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

生物電收集，選擇奧地利的SCHUHFRTED 生物反饋儀；即刻最大心率的采集與監(jiān)測(cè)，選擇芬蘭的SUUNTO遠(yuǎn)程心率遙測(cè)團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

受試者穿戴心率帶以及其他信息采集裝置，采用高強(qiáng)度間歇攀巖的運(yùn)動(dòng)方式，反復(fù)攀爬15m 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)賽道，直至達(dá)到疲勞指標(biāo)。疲勞的判斷通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控最大心率的85%確定。實(shí)驗(yàn)需在受試者右側(cè)尺骨莖突及側(cè)腕曲肌群部位放置sEMG電極片，左側(cè)乳頭下方與喉結(jié)部位放置HRV電極片。

1.4 運(yùn)動(dòng)中疲勞狀態(tài)的確定

疲勞狀態(tài)的確定：在對(duì)運(yùn)動(dòng)員的反應(yīng)時(shí)、閃光融合頻率、即刻最大心率以及RPE 等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定且滿足既定數(shù)值后，確定該運(yùn)動(dòng)員進(jìn)入到疲勞狀態(tài)。疲勞確定的綜合指標(biāo)見(jiàn)表2所示。

表2 疲勞確定的綜合指標(biāo)

1.5 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel軟件收集整理，使用SPSS 23.0對(duì)所收集數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)、單樣本t檢驗(yàn)、單因素方差分析等統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。P<0.05，表示數(shù)據(jù)具有顯著性差異；P<0.01，表示數(shù)據(jù)差異非常顯著。

2 結(jié)果

2.1 受試者安靜、疲勞階段HRV指標(biāo)變化特征

對(duì)高水平攀巖運(yùn)動(dòng)員與普通運(yùn)動(dòng)員在安靜、疲勞兩個(gè)階段的心率變異性指標(biāo)，R-R 間期標(biāo)準(zhǔn)差（stan‐dard deviation，SDNN）、相鄰NN 間期之差的均方根值（root mean square of successive differences，RMSSD）、NN間期的平均值標(biāo)準(zhǔn)差（standard deviation of deference between adjacent NN intervals，SDSD）、竇性心律不齊（absolute sinus arrhythmia、SAa）、相鄰NN 之差大于50毫秒的個(gè)數(shù)占整個(gè)竇性心搏個(gè)數(shù)的百分比（percent of nn50 in the total number of rr intervals，PNN50）、LF、HF、LF/HF、HRV指數(shù)展開(kāi)分析，所得結(jié)果信息如表3所示。經(jīng)分析明確，高水平攀巖運(yùn)動(dòng)員與普通運(yùn)動(dòng)員二者在安靜、疲勞兩個(gè)階段HRV 指標(biāo)無(wú)顯著性差異，但疲勞狀態(tài)與安靜狀態(tài)相比，高水平攀巖運(yùn)動(dòng)員LF/HF 指標(biāo)出現(xiàn)明顯上升，且差異具有顯著性（P<0.05），其他指標(biāo)呈下降趨勢(shì)（P<0.05）。疲勞狀態(tài)時(shí)高水平攀巖運(yùn)動(dòng)員與普通運(yùn)動(dòng)員相比LF/HF 指標(biāo)明顯下降（P<0.05），其他指標(biāo)有下降趨勢(shì)，但差異不具顯著性。

表3 攀巖安靜、疲勞的HRV數(shù)值分析

2.2 受試者安靜、疲勞階段sEMG指標(biāo)變化特征

對(duì)受試者安靜、疲勞2 個(gè)階段的表面肌電指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表4、表5、表6。

表4 攀巖高水平組安靜、疲勞的sEMG數(shù)據(jù)值（μV）

表5 攀巖普通組安靜、疲勞的sEMG數(shù)據(jù)值（μV）

表6 攀巖高水平組與普通組疲勞時(shí)的sEMG數(shù)據(jù)值（μV）

高水平攀巖運(yùn)動(dòng)員與普通運(yùn)動(dòng)員安靜時(shí)，sEMG各項(xiàng)指標(biāo)IEMG、RMS、MPF、MF 沒(méi)有差異；但由安靜進(jìn)入疲勞狀態(tài)，兩組均呈顯著性差異（P<0.05）；在疲勞時(shí)，高水平攀巖運(yùn)動(dòng)員與普通運(yùn)動(dòng)員各項(xiàng)指標(biāo)均有差異（P<0.05）。

2.3 受試者安靜、疲勞階段生物反饋復(fù)合指標(biāo)時(shí)序特征

受試者由安靜進(jìn)入疲勞時(shí)，不同指標(biāo)出現(xiàn)變化的時(shí)序特征如圖1 所示。由圖1 可知，HRV 首先發(fā)生變化，其次是肌電，最后是皮電發(fā)生變化。由此可推測(cè)，受試者在攀巖運(yùn)動(dòng)中發(fā)生疲勞的順序是由心臟到外周肌肉。

圖1 生物反饋復(fù)合指標(biāo)時(shí)序特征圖

3 討論

3.1 HRV在運(yùn)動(dòng)疲勞中的特征性變化

高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練（high intensity interval training）是指運(yùn)動(dòng)時(shí)最小運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度不低于80%VO2Max［3］，進(jìn)行多次持續(xù)時(shí)間為幾秒至幾分鐘的運(yùn)動(dòng)方式，讓機(jī)體在不完全恢復(fù)的機(jī)能狀態(tài)下反復(fù)訓(xùn)練，因其運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度較大的特點(diǎn)，最早由競(jìng)技體育使用和推廣。HRV（heart rat variability），心率變異性是指逐次心跳周期差異的變化情況。當(dāng)前，HRV存在著眾多的分析方法，主要包括頻域分析法、時(shí)域分析法與非線性（混沌）分析法3 種類型［4］。在實(shí)際運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練環(huán)節(jié)，HRV 憑借著自身無(wú)創(chuàng)傷性傷害影響、科學(xué)高效、操作便捷等優(yōu)勢(shì)，得以大范圍推廣與應(yīng)用，為生物反饋監(jiān)測(cè)工作的順利展開(kāi)帶來(lái)全新的研究視角，迎來(lái)發(fā)展的新時(shí)期［5］。

高水平攀巖運(yùn)動(dòng)員HRV 會(huì)隨著攀巖運(yùn)動(dòng)疲勞狀態(tài)的變化而呈現(xiàn)線特征性變化。高水平攀巖運(yùn)動(dòng)員HRV 分析指標(biāo)內(nèi)，SDNN 體現(xiàn)出自主神經(jīng)系統(tǒng)達(dá)到的張力水平，RMSSD 體現(xiàn)出迷走神經(jīng)達(dá)到的張力水平，TP體現(xiàn)出自主神經(jīng)能力，HF與VLF對(duì)應(yīng)反映出迷走神經(jīng)與交感神經(jīng)具有的控制能力，LF則表現(xiàn)出交感神經(jīng)改變的具體趨勢(shì)［6-10］。而LF/HF 則表現(xiàn)出高水平攀巖運(yùn)動(dòng)員的交感神經(jīng)以及副交感神經(jīng)的相互作用情況。

該研究表明，高水平攀巖運(yùn)動(dòng)員的HRV 指標(biāo)、SDNN、TP、VLF 都表現(xiàn)出持續(xù)下降的變化趨勢(shì)，伴隨HRV 指標(biāo)pNN50 的不斷降低，則高水平運(yùn)動(dòng)員達(dá)到的競(jìng)技水平出現(xiàn)顯著的上升變化趨勢(shì)（P<0.05），HRV 相關(guān)指標(biāo)能夠?qū)⒏咚竭\(yùn)動(dòng)員當(dāng)前的體能狀況完整地展現(xiàn)出來(lái)，便于教練、運(yùn)動(dòng)員及時(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的調(diào)整。

該實(shí)驗(yàn)表明，高水平攀巖運(yùn)動(dòng)員在攀巖遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中，隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的遞增，SD1 呈下降趨勢(shì)，利用HRV指標(biāo)對(duì)高水平運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度適應(yīng)情況進(jìn)行評(píng)定，選擇心律變異性對(duì)高水平運(yùn)動(dòng)員的自主神經(jīng)進(jìn)行評(píng)定具有合理性。該研究HRV首先發(fā)生變化，其次是肌電，最后是皮電發(fā)生變化。由此可推測(cè)，在攀巖運(yùn)動(dòng)中發(fā)生疲勞的順序是由心臟到外周肌肉。

3.2 sEMG在運(yùn)動(dòng)疲勞中的特征性變化

經(jīng)研究工作顯示，當(dāng)平均肌電值（AEMG）與確定性線段百分比（%DET）呈現(xiàn)出顯著升高狀態(tài)，并且Lempel-Ziv 復(fù)雜度C（n）與平均功率譜（MPF）呈現(xiàn)出顯著降低狀態(tài)時(shí)，表明運(yùn)動(dòng)員現(xiàn)階段處在疲勞狀態(tài)［11］。伴隨運(yùn)動(dòng)員疲勞程度的持續(xù)增加，AEMG與%DET沒(méi)有明顯改變，而MPF 與C（n）卻表現(xiàn)出顯著遞減的變化趨勢(shì)［12］。有研究針對(duì)低氧環(huán)境以及不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等情況下的運(yùn)動(dòng)性疲勞肌電圖具有的特征情況展開(kāi)分析，闡釋了疲勞狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)員肌電圖變化特征及肌電信號(hào)特征改變的作用機(jī)制。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析，明確在遞增強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)性疲勞時(shí)，C（n）、MPF與%DET變化率對(duì)于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度表現(xiàn)出顯著的依賴性特點(diǎn)；在肌肉疲勞的過(guò)程中，sEMG 信號(hào)有關(guān)的MPF 與C（n）表現(xiàn)出單調(diào)遞減的整體變化趨勢(shì)，而%DET 則表現(xiàn)出單調(diào)遞增的整體變化趨勢(shì)。針對(duì)運(yùn)動(dòng)性疲勞進(jìn)行的評(píng)定工作中，%DET 變化率是相對(duì)理想的分析指標(biāo)，具有一定的推廣與應(yīng)用價(jià)值［13］。有研究針對(duì)太極拳運(yùn)動(dòng)期間肌電信號(hào)的具體變化情況進(jìn)行分析，明確維持仆步、野馬分鬃以及摟膝拗步動(dòng)作時(shí)，運(yùn)動(dòng)員支撐腳股外側(cè)肌的MF、MFC、ZCR 以及AEMG 都低于股內(nèi)側(cè)肌。研究指出，MPF 與MF 是在對(duì)攀巖運(yùn)動(dòng)員的腕曲肌與腕伸肌功能水平進(jìn)行評(píng)定期間具有顯著的有效性［14］。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)有關(guān)sEMG 方面的研究趨向成熟狀態(tài)，涵蓋不同肌肉收縮狀態(tài)下具有的肌電特征最大隨意收縮產(chǎn)生的肌肉疲勞等眾多方面的研究?jī)?nèi)容，并且研究期間用到的評(píng)定指標(biāo)極為多樣化。梳理國(guó)內(nèi)現(xiàn)有研究工作明確，在運(yùn)動(dòng)員疲勞狀態(tài)的監(jiān)控工作中，用到相對(duì)較多并且操作實(shí)現(xiàn)更加便捷的指標(biāo)就是中位頻率（MF）、平均肌電值（AEMG）以及平均功率頻率（MPF）［15-18］。

該研究表明，當(dāng)攀巖運(yùn)動(dòng)員疲勞程度持續(xù)增加的情況下，其速度與步頻將會(huì)下降，軀干扭曲的幅度增加，存在多余動(dòng)作現(xiàn)象，且后仰持續(xù)增多，具有疲勞動(dòng)作表現(xiàn)；伴隨疲勞程度持續(xù)增加，運(yùn)動(dòng)員的腿部肌肉平均功率頻率將會(huì)有所降低，且積分肌電持續(xù)增長(zhǎng)。

該研究顯示，伴隨運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的持續(xù)增大，高水平攀巖運(yùn)動(dòng)員的MPF、MF、AEMG等指標(biāo)顯著下降的時(shí)間大幅度提前，能夠通過(guò)對(duì)這些指標(biāo)顯著下降時(shí)間進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方式，對(duì)運(yùn)動(dòng)員疲勞狀態(tài)進(jìn)行評(píng)定。

4 結(jié)語(yǔ)

攀巖運(yùn)動(dòng)員在攀巖運(yùn)動(dòng)直至疲勞的過(guò)程中，HRV、sEMG均出現(xiàn)特征性變化；該實(shí)驗(yàn)各指標(biāo)發(fā)生變化的順序?yàn)樾墓δ苤笜?biāo)HRV、sEMG。由此推測(cè)，攀巖運(yùn)動(dòng)員在攀巖運(yùn)動(dòng)中不同部位進(jìn)入疲勞的順序?yàn)橄刃呐K，后外周肌肉；在競(jìng)技攀巖運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)員從安靜狀態(tài)進(jìn)入疲勞狀態(tài)的順序?yàn)樾呐K到外周肌肉。在攀巖運(yùn)動(dòng)員日常訓(xùn)練中，可針對(duì)性訓(xùn)練心肺功能、有氧運(yùn)動(dòng)能力，以提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)。