【摘要】：研究目的： 當機體肌肉發(fā)生疲勞時，工作能力會顯著下降，同時會增加機體受傷的機率，因此了解疲勞發(fā)生的機制尤為重要。但運動性肌肉疲勞的發(fā)生機制極其復雜，從大腦皮質(zhì)相關(guān)區(qū)域神經(jīng)元發(fā)放神經(jīng)沖動到引起肌肉收縮過程中，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常都會引起運動性肌肉疲勞的發(fā)生。發(fā)生在中樞神經(jīng)系統(tǒng)水平的稱為中樞機制，發(fā)生在外周肌肉水平的稱為外周機制。目前，中樞機制是運動性肌肉疲勞研究的熱點，但是受技術(shù)手段的限制，對運動疲勞的中樞機制認識還不全面。以往對機體肌肉疲勞中樞機制的研究主要通過收集受試者的外周血樣來分析運動疲勞發(fā)生發(fā)展過程中的生物化學、神經(jīng)生物學變化特征，很少有學者從神經(jīng)電生理學方面深入探討運動性肌肉疲勞發(fā)生的中樞機制。表面肌電（sEMG）和頭皮腦電(EEG)作為一種無創(chuàng)傷的檢測手段，可以實時地反映中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能變化。因此，本研究將結(jié)合這兩種手段探索運動性肌肉疲勞過程中中樞神經(jīng)電生理學機制，為探索人類大腦在機體疲勞狀態(tài)下的工作特征提供依據(jù)。 研究方法： 本研究以28名青年健康志愿者為研究對象，其中疲勞組受試者15人，非疲勞組受試者13人。疲勞組受試者右手執(zhí)行200次間斷性的30%MVC等長握力收縮，每次收縮時間大約持續(xù)6s，間歇時間大約4s，受試者通過實時顯示在電腦顯示器上的目標力水平線來控制30%MVC力量水平。將200次收縮劃分為4個模塊（Block），每個Block包含50次收縮，在每個模塊之間有不到1min的休息時間，在休息間歇內(nèi)進行主觀用力等級感覺（rating of perception of effort,RPE）以及最大隨意收縮力（maximal voluntary contraction, MVC）測試。對于非疲勞組受試者來說，要求每次收縮時間也大約持續(xù)6s，但間歇休息時間大約為8s。在受試者運動過程中連續(xù)記錄受試者的EEG信號、指屈肌的sEMG信號、肌力以及主觀體力感覺等分。選取運動皮質(zhì)區(qū)內(nèi)的運動相關(guān)皮層電位（movement-related cortical potentials, MRCPs）的運動前準備電位和運動執(zhí)行電位、前額區(qū)皮質(zhì)的電位、肌電信號RMS、最大力量百分比（%MVC）以及RPE為觀察指標。 實驗第一部分主要探討肌肉疲勞過程中MRCPs電位、sEMG、肌力、主觀用力知覺的變化，以及疲勞時主觀用力知覺產(chǎn)生的機制。 實驗第二部分在實驗第一部分基礎(chǔ)之上，選取運動執(zhí)行階段的MRCPs電位，觀察在肌肉疲勞過程中大腦負責動作執(zhí)行的運動命令的神經(jīng)元激活源發(fā)生的變化。本部分實驗研究選取疲勞組10名受試者的運動執(zhí)行階段的MRCPs電位進行標準化低分辨率腦電磁斷層掃描成像（sLORETA）分析，選取標準化電流密度值以及激活的像素數(shù)目指標同時使用統(tǒng)計學非參數(shù)圖譜分析法，探索肌肉疲勞過程中動作執(zhí)行時大腦神經(jīng)元激活源的變化。 研究結(jié)果： 第一部分: 1.無論是疲勞組還是非疲勞組受試者，在整個運動過程中其輸出力量水平都能維持在30%MVC的目標力水平，但是在運動后期疲勞組受試者在力輸出平臺期肌力標準差要顯著高于非疲勞組受試者；疲勞組受試者最大肌力以及對應(yīng)的肌電RMS值在運動結(jié)束時顯著下降（P 0.001）；疲勞組受試者每個Block內(nèi)的指屈肌肌電RMS平均值隨著疲勞的發(fā)生顯著增加；疲勞組受試者在運動結(jié)束時RPE得分顯著增加（P 0.001）；對于非疲勞組受試者來說，除了RPE得分在運動結(jié)束時有所增加外，其余指標沒有顯著性變化。 2.在運動初始模塊疲勞組與非疲勞組受試者運動前準備電位（Readinesspotential, RP）沒有顯著性差異，即使在運動后期只有在Fp1和FC1電極位置出現(xiàn)了差異；對于運動執(zhí)行電位（Motor potential, MP）來說，無論在運動初期模塊還是在運動后期模塊，本研究中被調(diào)查的大部分電極位置均表現(xiàn)出疲勞組顯著高于非疲勞組。前額區(qū)頭皮電位在非疲勞狀態(tài)下運動時表現(xiàn)為正性電位波形，而在肌肉疲勞狀態(tài)下表現(xiàn)為負性電位波形。 3.從頭皮EEG數(shù)據(jù)來看，隨著疲勞加重，MRCPs的執(zhí)行電位有向運動同側(cè)大腦半球和大腦前部移動的趨勢。 4.受試者內(nèi)相關(guān)系數(shù)表明疲勞組受試者C1電極位置的MP電位幅值與RPE的相關(guān)系數(shù)，r=-0.609, P 0.001，ηp2=0.37，C1電極位置的MP電位幅值與肌電RMS的相關(guān)系數(shù)，r=-0.439, P=0.02, ηp2=0.11，RPE與肌電RMS的受試者內(nèi)相關(guān)系數(shù)為，r=0.541, P 0.001，ηp2=0.29。 第二部分： 1. sLORETA腦源數(shù)據(jù)表明受試者手指屈肌執(zhí)行次最大隨意等長收縮動作時，激活的大腦區(qū)域主要涉及大腦額區(qū)的額上回、額內(nèi)側(cè)回、額中間回、額下回，大腦頂葉皮質(zhì)以及扣帶回皮質(zhì)。 2.隨著肌肉疲勞程度加深加重，位于以上這些皮質(zhì)區(qū)域內(nèi)的立體像素對應(yīng)的標準化電流密度強度顯著增加。同時，位于這些皮質(zhì)區(qū)域內(nèi)被激活的立體像素數(shù)目也顯著增加。 3. sLORETA數(shù)據(jù)表明隨著肌肉疲勞程度加深，大腦皮質(zhì)MRCPs的激活源有向運動同側(cè)大腦半球（右側(cè)）、大腦前部以及大腦深部移動的特征。 研究結(jié)論： 1.疲勞組受試者指屈肌以30%MVC次最大隨意收縮強度間歇運動200次的運動方案顯著誘發(fā)受試者肌肉疲勞，而非疲勞組受試者未發(fā)生肌肉疲勞。本研究運動方案能夠顯著誘發(fā)受試者肌肉疲勞，肌肉疲勞模型建立成功。 2.從本研究的實驗結(jié)果來看，肌肉疲勞似乎對運動執(zhí)行時的MRCPs電位有顯著的影響，而MRCPs的運動前準備電位似乎反映的是長時間重復性疲勞運動過程中的認知需求。 3.無論是頭皮的MRCPs數(shù)據(jù)還是腦源分析的sLORETA數(shù)據(jù)都表明隨著肌肉疲勞發(fā)生發(fā)展，與運動相關(guān)的皮質(zhì)區(qū)激活水平變高，激活范圍變大，而且大腦皮質(zhì)激活區(qū)域有向運動同側(cè)大腦半球（右側(cè)）、大腦前部以及大腦深部移動的特征，前額區(qū)皮質(zhì)活動發(fā)生明顯變化，，這可能是機體在肌肉疲勞過程中為了補償肌肉力量下降動員更多的運動單位而啟動的中樞策略。 4.我們的實驗數(shù)據(jù)證明主觀用力知覺可能主要與運動執(zhí)行時的中樞運動命令相關(guān)而并不是運動前準備階段的中樞命令。另外，我們提供了額外的數(shù)據(jù)證明運動執(zhí)行時中樞發(fā)出的命令與運動單位募集之間存在著直接關(guān)系。同時，RPE不僅能夠表達機體的主觀疲勞感，而且還能夠反映局部肌肉的疲勞感。
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【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：R87

【參考文獻】

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1 郭峰;張日輝;唐光大;;優(yōu)秀女子拳擊運動員后手直拳鞭打動作技術(shù)分析[J];北京體育大學學報;2011年01期

2 羅小兵,馬建;肌電圖在運動性肌肉疲勞研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀[J];成都體育學院學報;1999年04期

3 張海紅;王健;;單側(cè)肢體運動對對側(cè)肌肉肌電頻率的影響[J];體育科學;2008年10期

4 郭峰;;基于表面肌電信號高通濾波處理后對指屈肌肌力估算的研究[J];體育科學;2012年12期

本文編號：2439348