優(yōu)秀射箭運動員不同負荷狀態(tài)下中樞神經(jīng)遞質(zhì)及腦電復(fù)雜度變化的研究

李欣鑫，李建英

引言

射箭運動發(fā)展至今，隨著規(guī)則的多次變化，專項訓(xùn)練的側(cè)重點也歷經(jīng)多次改革，由早期的重視排名賽，到排名賽、淘汰賽并重，再發(fā)展到如今的局勝制下的以排名賽能力為基礎(chǔ)，更強調(diào)淘汰能力的理念趨勢。2012年倫敦奧運會前，國際射箭聯(lián)合會決定實施局勝制規(guī)則，世界各國對射箭運動的研究隨著規(guī)則的大幅變化而明顯加強。由于淘汰賽采用局勝制，使得箭支數(shù)變少，單局的競爭愈加激烈，而比賽愈加殘酷。作為一項強調(diào)技術(shù)和心理的運動項目，在高水平運動隊中對神經(jīng)中樞機能的監(jiān)測與研究一直是訓(xùn)練監(jiān)控的重要工作，國家射箭隊自2003年起一直將運動員腦電測試作為備戰(zhàn)工作中對訓(xùn)練負荷進行調(diào)整的參考措施。

當今高水平射箭運動員的訓(xùn)練負荷調(diào)控更加科學(xué)化、合理化，負荷的量度也趨于定量化。目前，學(xué)術(shù)界對射箭訓(xùn)練負荷的定義比較一致，是指射箭運動員在承受一定的外部刺激時，機體在生理和心理方面所表現(xiàn)出來的應(yīng)答反應(yīng)［2］。以往的研究中顯示，我國優(yōu)秀射箭運動員在日常訓(xùn)練中的專項負荷量已呈大幅增長趨勢［3］。目前，國內(nèi)各?。▍^(qū)、市）專業(yè)射箭隊衡量專項訓(xùn)練負荷量的指標主要以運動員單位時間內(nèi)開弓總次數(shù)以及實際發(fā)射箭支的次數(shù)兩個參數(shù)為主，而衡量專項訓(xùn)練負荷強度則以訓(xùn)練類型、本人最高環(huán)數(shù)差、箭間密度、組間密度、動作感覺成功率、周隊內(nèi)測驗次數(shù)等幾項指標為主［4］。本研究中，對國家射箭隊優(yōu)秀運動員專項訓(xùn)練負荷量的劃分是以實際發(fā)射箭支的次數(shù)為參照值，專項訓(xùn)練負荷強度則是以訓(xùn)練類型為劃分依據(jù)。

本研究利用腦電超慢漲落技術(shù)及腦電非線性分析方法，對2012年備戰(zhàn)倫敦奧運會的國家射箭集訓(xùn)隊運動員在不同負荷量與負荷強度的訓(xùn)練狀態(tài)下，大腦中樞神經(jīng)遞質(zhì)與腦電復(fù)雜度參數(shù)變化的情況進行研究，掌握在專項負荷刺激后反映大腦機能的各項監(jiān)測指標的變化幅度以及改變特點，探討其變化的基本規(guī)律，為高水平射箭運動員專項負荷訓(xùn)練提供理論依據(jù)及監(jiān)測數(shù)據(jù)支持。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

實驗組運動員為國家射箭隊集訓(xùn)隊運動員，對照組普通人為山西大學(xué)在校大學(xué)生，兩組被試均身體健康，未見大腦器質(zhì)性疾?。ū?）。

表1 本研究對象基本情況一覽表Table 1 General Condition of Study Objects

1.2 研究方法

1.2.1 測試儀器與測試方法

測試儀器采用北京太陽公司生產(chǎn)的SOLAR1848腦電圖儀，使用梅磊教授研發(fā)的中樞神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)對所采集的腦電數(shù)據(jù)進行超慢漲落（SET）分析，BECKMAN純銀鞍狀電極在被試運動員頭頂?shù)姆胖米裱瓏H腦電圖學(xué)會標準安裝法（國際10／20系統(tǒng)電極放置法），分別在運動員額區(qū)、中央?yún)^(qū)、頂區(qū)、枕區(qū)、顳區(qū)放置16個采樣電極，接地電極放置在FPz位置，雙側(cè)耳垂分別放置夾式參考電極。測試選擇在運動員訓(xùn)練課結(jié)束1h后進行，整個測試過程需閉目、安靜、清醒、兩手自然放在雙腿上保持坐姿，整個測試過程為18min。若受試者在測試中有手麻或頭暈，動手指提示測試人員，記錄該時間［5，12，13］。

1.2.2 階段劃分

腦電監(jiān)測階段選擇在3種訓(xùn)練負荷組合階段:即LLLLI階段（低負荷量＋低負荷強度訓(xùn)練），這一階段的訓(xùn)練計劃安排主要以普通技術(shù)及身體訓(xùn)練為主，實射箭支每天不超過200次，且不進行記分實射，主要以體會技術(shù)動作與恢復(fù)專項力量為主；HL-LLI階段（高負荷量＋低負荷強度訓(xùn)練），這一階段的訓(xùn)練計劃安排主要以技術(shù)訓(xùn)練為主，每天實射箭支在500～800次，技術(shù)訓(xùn)練有一定成績要求，進行記分實射，主要以大量的實射來對運動員整體技術(shù)進行精細化訓(xùn)練；LL-HLI階段（低負荷量＋高負荷強度階段），這一階段，訓(xùn)練計劃安排主要以具有競賽性質(zhì)的連續(xù)的隊內(nèi)選拔賽為主，每天實射箭支雖在200次左右，但運動員處于高壓力狀態(tài)，且實射成績直接關(guān)系到其能否進入國家隊，因此，其負荷強度也隨之達到一個峰值。

1.2.3 數(shù)理統(tǒng)計

使用SPSS 14.0統(tǒng)計軟件包對各階段運動員腦電圖各項指標進行了單因素方差分析多重比較，并對主要階段專項訓(xùn)練課前、后腦電圖各指標均值進行了t檢驗。

2 測試結(jié)果

2.1 國家射箭隊運動員冬訓(xùn)期間腦電指標測試結(jié)果

表3 本研究不同負荷狀態(tài)下運動員腦電β頻段功率值的比較一覽表（μv2）Table 2 Comparison of Athletes EEGβFrenquency Band Power Value on Different Load Conditions

2.2 不同負荷狀態(tài)下優(yōu)秀射箭運動員全腦中樞神經(jīng)遞質(zhì)指標對比

圖1顯示，運動員與普通人6種全腦中樞神經(jīng)遞質(zhì)分布水平均符合“飛燕型”特點，且兩組被試之間差異并不顯著。

圖1 本研究LL-LLI訓(xùn)練階段運動員與普通人全腦中樞神經(jīng)遞質(zhì)分布比較圖Figure 1.Central Neurotransimtter Distribution Comparison of Atheltes and Ordinary Person in LL-LLI Training Phase

表4 本研究LL-LLI與LL-HLI負荷狀態(tài)之間運動員全腦神經(jīng)遞質(zhì)的比較一覽表Table 4 Comparison of Athletes Whole Brain Neurotransimtter on LL-LLI and LL-HLI Load Conditions

表5 本研究LL-LLI與HL-LLI負荷狀態(tài)之間運動員全腦神經(jīng)遞質(zhì)的比較一覽表Table 5 Comparison of Athletes Whole Brain Neurotransimtter on LL-LLI and HL-LLI Load Conditions

2.3 不同負荷狀態(tài)下優(yōu)秀射箭運動員腦電復(fù)雜度指標對比

表6 本研究LL-LLI與LL-HLI負荷狀態(tài)之間運動員腦電復(fù)雜度的比較一覽表Table 6 Comparision of Athletes EEG Complexity of LL-LLI and LL-HLI Load Conditions

表7 本研究LL-LLI與HL-LLI負荷狀態(tài)之間運動員腦電復(fù)雜度的比較一覽表Table 7 Comparision of Athletes EEG Complexity of LL-LLI and HL-LLI Load Conditions

表8 本研究HL-LLI與LL-HLI負荷狀態(tài)之間運動員腦電復(fù)雜度的比較一覽表Table 8 Comparision of Atheltes EEGComplexity of HL-LLI and LL-HLI Load Conditions

圖2 本研究不同負荷狀態(tài)下國家隊運動員疲勞與非疲勞人數(shù)比較圖Figure 2.Comparison of Fatigue and Non-fatigue Atheltes Number in Different Load Conditions

3 討論

3.1 不同訓(xùn)練負荷狀態(tài)下優(yōu)秀射箭運動員常規(guī)腦電指標的變化規(guī)律

隨著計算機技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展，運動訓(xùn)練監(jiān)控手段日新月異，尤其是對運動員中樞神經(jīng)機能方面的監(jiān)測手段已從早期的問卷量表測試發(fā)展到如今的電生理與核磁共振測試［14］，其中，由于核磁共振測試的費用高昂，設(shè)備龐大，所以不易在運動隊推廣使用。因此，在對高水平運動員中樞機能水平的測試與研究中，多年來一直使用常規(guī)腦電圖檢查。常規(guī)腦電圖檢查的結(jié)果相較問卷量表的客觀性有很大的提升，因而，在日常的訓(xùn)練監(jiān)測和科學(xué)研究中都得到了廣泛應(yīng)用［6，10，15］。以往研究中的腦電圖測試指標主要以α頻段、β頻段的相關(guān)參數(shù)為主。本研究中也對這兩項常規(guī)腦電指標進行了比較（表2、表3）。結(jié)果顯示:1）3種負荷狀態(tài)下，運動員額區(qū)至枕區(qū)α頻段功率值呈現(xiàn)出由低到高的趨勢，而β頻段功率值并未出現(xiàn)異常增高的現(xiàn)象，這些都符合常規(guī)腦電圖檢查中正常腦電圖的診斷標準。由此可判斷，本研究中的被試對象不存在病理性腦電圖。2）HL-LLI階段頂枕區(qū)α頻段功率值呈顯著下降趨勢，α頻段功率值降低往往意味著神經(jīng)細胞放電的強度降低，興奮性下降，這在何洋（2006）的研究中［7］也曾有過類似的記錄。也就是說，在射箭訓(xùn)練中，代表訓(xùn)練負荷量的實射箭支次數(shù)增加并不能夠提高運動員中樞神經(jīng)的興奮性，相反是降低了其訓(xùn)練的興奮程度。這提示，射箭訓(xùn)練并不是負荷量越大產(chǎn)生的效益越大，而是應(yīng)在合理的區(qū)間內(nèi)進行波動式的設(shè)置。3）LL-HLI階段運動員頂枕區(qū)α頻段功率值與LL-LLI訓(xùn)練階段沒有顯著差異，而額區(qū)β頻段功率值卻有顯著差異。在腦電圖研究中，β頻段功率值的變化主要是反映神經(jīng)細胞快頻率放電的強度，快速放電的強度增加會導(dǎo)致能量消耗加大，中樞神經(jīng)雖然興奮性提高，卻更容易出現(xiàn)疲勞［19］。因此，這在一定程度上可以解釋為何射箭運動員會在這一階段出現(xiàn)中樞神經(jīng)疲勞現(xiàn)象。

3.2 不同訓(xùn)練負荷狀態(tài)下優(yōu)秀射箭運動員中樞神經(jīng)遞質(zhì)的變化規(guī)律

項群理論將射箭運動歸類于技心能類項目［1］，并且，射箭訓(xùn)練中強調(diào)“快速、穩(wěn)定、準確、一致、流暢”的要素在實際的訓(xùn)練與競賽過程中也更多傾向于心理因素。以往很多對射箭過程心理狀態(tài)的研究中更多采用的方法是主觀評定為主的量表、問卷測量［9，17］。腦電圖技術(shù)的介入，使得評定運動員心理狀態(tài)能夠更加客觀直接。在腦電圖技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的腦電超慢漲落技術(shù)，是對振頻在1～255mHz的超慢波漲落進行分析，根據(jù)特定的漲落頻率對應(yīng)著某種化學(xué)神經(jīng)遞質(zhì)的原理，檢測出腦內(nèi)神經(jīng)活動狀態(tài)的6種中樞神經(jīng)遞質(zhì)。這6種中樞神經(jīng)遞質(zhì)分別為:抑制介質(zhì)（INH）、5羥色氨（5-HT）、乙酰膽堿（Ach）、多巴胺（DA）、去甲腎上腺素（NE）、興奮介質(zhì)（EXC），以往的研究發(fā)現(xiàn)，腦電超慢漲落參數(shù)及中樞神經(jīng)遞質(zhì)會隨著運動員腦機能狀態(tài)的變化而變化［11，16，18］。本研究中，針對3種不 同水平的訓(xùn)練負荷進行了腦電超慢漲落（SET）分析。結(jié)果顯示，在LL-LLI訓(xùn)練階段，運動員6種神經(jīng)遞質(zhì)水平呈“飛燕型”分布（圖1），與正常人腦電超慢漲落圖分布并無差異。表5顯示，在HL-LLI階段，一方面，作為人體的內(nèi)源性活性物質(zhì)的運動員腦內(nèi)5羥色氨（5-HT）水平呈顯著上升趨勢，這與以往的研究相吻合。曾有國外學(xué)者發(fā)現(xiàn)，超長距離低強度游泳或跑臺運動后大腦5-HT水平有顯著上升［23］。在這之后，Bailey（1993）進一步發(fā)現(xiàn)，大腦5-HT濃度的升高可以使機體出現(xiàn)倦怠、無力、睡眠質(zhì)量下降等現(xiàn)象，大腦皮層出現(xiàn)抑制。據(jù)此，Bailey認為，過量的腦內(nèi)5-HT 有可能會引起人體中樞系統(tǒng)的疲勞［21，22，24，26］。 因而，這可以從另一個角度解釋，為何運動員在HL-LLI階段容易出現(xiàn)中樞疲勞的狀態(tài)；另一方面，在這一階段腦內(nèi)多巴胺（DA）水平則較LL-LLI階段有所下降。在本研究中，一些射箭運動員曾報告，HL-LLI階段的訓(xùn)練通常會使其產(chǎn)生倦怠和情緒低落等消極現(xiàn)象，腦內(nèi)多巴胺（DA）作為一種神經(jīng)遞質(zhì)，它能夠影響腦部的精神、情緒等方面的因素［20］。目前一種觀點認為，中腦-大腦皮質(zhì)、中腦-邊緣葉的多巴胺能夠積極參與精神和情緒活動。因此，腦內(nèi)多巴胺（DA）水平的降低可能是這一消極現(xiàn)象的原因之一。表4結(jié)果顯示，當運動員處于LL-HLI階段，其腦內(nèi)多巴胺（DA）、5羥色氨（5-HT）水平均比LL-LLI階段有顯著提高。這表明，一方面，運動員由于負荷強度增加，使得腦內(nèi)5羥色氨（5-HT）水平升高，出現(xiàn)了中樞疲勞的征兆；另一方面，LL-HLI階段，各種高負荷強度的測驗記分訓(xùn)練和選拔賽交替進行，負荷刺激呈現(xiàn)出高低反復(fù)的趨勢，運動員期望取得優(yōu)異成績的積極情緒在進一步增強，其腦內(nèi)多巴胺（DA）水平相應(yīng)出現(xiàn)升高的現(xiàn)象，運動員訓(xùn)練意愿和比賽欲望要遠遠高于LL-LLI、HL-LLI兩個階段。

3.3 不同訓(xùn)練負荷狀態(tài)下優(yōu)秀射箭運動員腦電復(fù)雜度的變化規(guī)律

以往的研究中，人體中樞疲勞狀態(tài)的診斷主要依據(jù)對其腦電信號頻域指標的分析［8］。當A Lempel和J Ziv在1976年首次提出Lempel-Ziv復(fù)雜度算法后，很快被運用于對人體腦電信號的處理中［25］。腦電復(fù)雜度主要反映決定這段腦電信號序列的信息量多少。王霆等的研究顯示（2010），Lempel-Ziv復(fù)雜度可敏感地反映出射箭運動員是否處于中樞疲勞狀態(tài)［12］。據(jù)此，本研究采用腦電復(fù)雜度來判識不同負荷階段中運動員是否處于中樞疲勞狀態(tài)。從全隊的測試數(shù)據(jù)來看（表6～表8），不論是HL-LLI訓(xùn)練階段，還是LL-HLI階段，運動員腦電復(fù)雜度均出現(xiàn)下降趨勢，雖然兩階段之間的差異并不顯著，但均顯著低于LLLLI階段。這表明，不同的訓(xùn)練負荷狀態(tài)對腦電復(fù)雜度均有影響，再次證明了對于高負荷的射箭訓(xùn)練來說，Lempel-Ziv復(fù)雜度是一個可以對訓(xùn)練效果進行評估的敏感性指標。同時，從本研究小組利用王霆等人［12］對射箭運動員中樞疲勞的評估方法所進行的實驗結(jié)果看（圖2），不論是HL-LLI訓(xùn)練階段，還是LL-HLI階段，均有運動員處于中樞疲勞狀態(tài)，并且，兩個階段出現(xiàn)中樞疲勞現(xiàn)象的運動員人數(shù)呈上升趨勢。這表明，雖然兩個階段訓(xùn)練負荷組合并不相同，但在兩種負荷訓(xùn)練階段都會造成運動員出現(xiàn)中樞疲勞現(xiàn)象，一方面，可能是由于疲勞消除手段的不完善和運動員個人作息習(xí)慣等特點的原因，導(dǎo)致這些運動員中樞機能處于低水平狀態(tài)；另一方面，高強度的訓(xùn)練負荷及多箭支的負荷量均可能是導(dǎo)致運動員腦電Lempel-Ziv復(fù)雜度顯著降低的原因。這提示，應(yīng)該在強調(diào)運動訓(xùn)練科學(xué)性的同時，也需要對訓(xùn)練后的恢復(fù)更加重視，科學(xué)訓(xùn)練與科學(xué)恢復(fù)是一個有機的整體不可割裂開看待。

4 小結(jié)

1.在射箭訓(xùn)練中，負荷量的增加并不能夠提高運動員中樞神經(jīng)的興奮性和訓(xùn)練效益，因此，負荷量安排應(yīng)在合理的區(qū)間內(nèi)進行波動式的設(shè)置。同時，射箭運動員LLHLI階段與LL-LLI階段額區(qū)β頻段功率值有顯著差異，快速放電的強度增加會導(dǎo)致能量消耗加大，其中樞神經(jīng)雖然興奮性得到提高，卻更容易出現(xiàn)疲勞。

2.在HL-LLI階段，一方面，作為人體的內(nèi)源性活性物質(zhì)的運動員腦內(nèi)5羥色氨（5-HT）水平呈顯著上升趨勢；另一方面，在這一階段腦內(nèi)多巴胺（DA）水平則較LLLLI階段有所下降。

3.不論是HL-LLI階段，還是LL-HLI階段，運動員腦電復(fù)雜度均出現(xiàn)下降趨勢，雖然兩階段之間的差異并不顯著，但均顯著低于LL-LLI階段。

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