1、運動疲勞和運動下肢影響     人體動作系統是由若干個單一的動作按照一定的規律和順序組成的，而每個動作又具有一定的結構，即動作結構。動作結構是構成運動技術的各動作間的相互聯系、相互作用的方式，其表現主要體現在運動學和動力學兩個方面。其中，反映動作外貌特征的運動學參數與動作的力、能量等動力學參數之間有著密切的聯系。運動引起的疲勞以人體機能能力的暫時下降為主要標志，在動作結構上主要表現為運動學、動力學參數的變化，。等的研究發現，跑至疲勞后，平均步頻明顯下降，膝關節蹬伸程度減小，等對跑至疲勞前后運動學數據進行比較，發現擺動期膝關節最大膝屈角增加，最大髖屈角增加

2、。通過對踝關節局部肌肉疲勞前后跑的生物力學分析，發現踝關節屈曲程度明顯改變。這些研究客觀反映了疲勞對跑動作結構的影響，但并未從下肢肌肉功能的角度分析跑至疲勞過程中的變化規律，亦未考慮左右肢的差異。本研究以中等強度跑至疲勞過程中的跑的運動學參數和下肢主要肌肉的表面肌電變化為研究內容，以了解其在運動疲勞的發生發展過程中的變化規律，通過運動學參數結合局部肌肉的功能變化來探究疲勞對跑動作結構的影響。為運動訓練中對疲勞的產生及發展進行實時的監測和反饋，以及更好地認識疲勞與損傷、疲勞與動作結構改變等現象提供參考。研究對象與方法實驗對象實驗選取普通健康男性受試者名，在實驗前內未參加過劇烈運動，以排除過度運動

3、所致疲勞的影響，其基本情況如下：年齡±、身高±、體重±，且下肢優勢側均為右側。實驗步驟與方法受試者至實驗室靜坐后，測量以下指標：安靜心率、簡單反應時、主觀運動疲勞程度（）的評定。在專業運動跑臺上完成跑至疲勞運動，起始速度（無附加坡度），適應，之后每分鐘增加，后增至的時候，并以此速度跑至疲勞。由疲勞的定義為身體機能的生理過程不能持續在特定水平和或整體不能維持預定的運動強度。據此，本研究中疲勞的判定方法為必須同時滿足下列條件：受試者自我感覺疲勞，呼吸較困難；主觀體力感覺等級（）大于等于；實測心率大于；且經一再鼓勵仍無法維持預定運動強度。在受試者的關節中心部位貼上明顯的

4、反光標，用輻射式框架對臺攝像機（，）定標后，對整個跑至疲勞過程進行全程拍攝，攝像機距拍攝中心，兩攝像機主光軸夾角°，兩臺相機采用閃光同步。對受試者雙側下肢股直肌（）、股二頭肌（）、脛骨前肌（）、腓腸肌外側頭（）的肌腹處（沿著肌肉走向）進行剃毛，去除角質，酒精擦拭后，貼上電極，兩電極片之間距離，采集前測試電極間電阻（）及均方根噪聲（）。用生物電記錄系統采集表面肌電信號（），將閃光燈的觸發信號輸入采集器的增設通道進行攝像機與肌電的同步；并令受試者觀察主觀體力感覺等級表，根據其自主感覺指出疲勞等級，結合遙測心率表，實時監控受試者心率。數據處理與分析為了便于對整個疲勞的發生和發展過程進行比較

5、，每位受試者按照其疲勞運動的時間的比例將整個運動過程劃分為個階段，在每個階段又按等距剪輯個完整的步態周期，以代表跑至疲勞的個階段。用錄像解析系統對運動圖像進行數字處理，使用漢納范人體模型，所得數據進行濾波平滑，截斷頻率。步長為左右足跟（或趾尖）間的前后距離，以先著地部位為準，由于跑臺速度恒定（），步長根據一側腳離地與另一側腳著地時間差乘以跑臺速度計算單步步長；步頻則是指每秒的平均單步數，步頻是步數與對應時間倒數的乘積。用進行肌電數據處理，濾波帶寬，時域指標計算積分肌電（）；考慮傅里葉變換對信號平穩性要求的缺陷，頻域指標計算采用小波變換，計算平均功率頻率（），由于個體差異較大，對肌電指標進行標準

6、化處理，對于每個受試者，把勻速跑開始前個步態周期肌電指標平均值（）作為，個階段的指標（）用此為基準，以百分比表示，即（×）。實驗數據采用進行統計學分析，實驗數據均用“均數±標準差（±）”表示，對跑至疲勞過程的個階段數據比較采用單因素方差分析，為顯著性差異。研究結果跑至疲勞過程中步長、步頻的變化由于跑臺速度恒定，步長、步頻只受步態周期單步時間的影響，單步時間為同側支撐時間和騰空時間之和。單因素方差分析結果（表）表明，在跑至疲勞過程中，單步步長、步頻的變化具有統計學意義（），隨著疲勞的產生與發展，從右腳著地到左腳著地的單步步長逐漸減小，步頻則逐漸加快，而另一側的單步步

7、長則逐漸增大，步頻逐漸減慢。跑至疲勞過程中下肢各關節角度變化對著地、離地瞬間下肢髖關節角度（表）、膝關節角度（表）、踝關節角度（表）分析表明，隨著疲勞的發生和發展，除左腿著地瞬間髖關節角度出現減小外，其余時刻髖關節角度均呈上升趨勢（）。膝關節角度，疲勞發生、發展的個階段之間呈現顯著性變化（），但下肢兩側變化趨勢并不一致，各時刻，踝關節角度變化均無統計學意義（）。跑至疲勞過程中軀干前傾及扭轉角度變化軀干前傾角度，即軀干中線和水平面的夾角。數據分析顯示，隨著疲勞的發生和發展，軀干在開始階段的前傾被打破，出現前傾程度減少的趨勢，且疲勞發展的個階段呈現顯著性差異（，表）。軀干扭轉角，為身體扭轉過程中左

8、、右髖與左、右肩之間的投影夾角，即肩相對髖的扭轉角度，比較可見，隨著疲勞的發生和發展，軀干扭轉程度出現顯著性增大的趨勢（，表）。跑至疲勞過程中下肢肌電指標變化隨著疲勞的發生及發展，積分肌電總體呈上升趨勢（圖），但并不一致，與第階段相比，左側股直肌積分肌電在后兩個階段變化不明顯（），而右側在第階段具有顯著性差異（）；右側股二頭肌在第階段出現顯著性差異（），而左側在第階段出現；兩側脛骨前肌第、第階段均存在顯著性差異（）；腓腸肌積分肌電出現先增大后減小的趨勢。隨著疲勞的發生及發展，股二頭肌與脛骨前肌的平均功率頻率逐漸降低（）；兩側股直肌與腓腸肌并無一致性變化（圖）。的優勢側肢體動作結構變化明顯，非優

9、勢側肢體逐步發揮積極作用，表現為左腳著地到右腳著地的單步步長增加，步頻減慢。提示運動性疲勞的出現會引起雙側肢體動作的不均衡性，或者說放大了雙側肢體的差異。而人體運動是一個整體性運動，不均衡的分配結果必然導致動作結構的改變和運動效率的降低，也是運動損傷產生的重要原因。討論研究發現，隨著疲勞的產生與發展，受試者跑的支撐與騰空在左右兩側出現一定的轉變，表現為從右腳著地到左跟著地的單步步長逐漸變小，步頻逐漸增快。可能的原因是，本研究中，受試者的優勢側均為右側，在運動初始階段疲勞并未產生，優勢側能夠充分利用其優勢，占據主導作用，然而隨著疲勞程度的加深，原先積極主動參與運動從下肢肌肉積分肌電變化中可以看出

10、，隨著運動時間的增加，積分肌電值總體呈上升趨勢，積分肌電的增加從一定程度上反應參加工作的運動單位的多少和每個運動單位的放電大小，。隨著運動的進行，部分運動單位出現疲勞，為了保持預定的肌力，機體必須動員新的肌纖維參加收縮，因此，參與活動的運動單位不斷增多，放電量增大，表現為積分肌電的逐漸增加。在次最大或中等強度下，保持恒定的外力輸出，積分肌電的增加意味著運動單位募集數量的增加或者已激活運動單位放電頻率加快，均為神經策略應對疲勞的補償性改變，。本研究為恒定跑速跑至疲勞過程，維持動作所需的力量幾乎不變，積分肌電的增加可以用此來解釋。與本研究有所不同的是，在持續的最大強度收縮中，可觀察到積分肌電的降低

11、。兩者產生差異的原因在于最大強度收縮時，所募集的運動單位幾近飽和，隨著運動持續其逐漸疲勞，募集程度降低，而次最大強度收縮，無論運動是持續性的靜力收縮還是動力性收縮，都有可募集的新的運動單位參與工作。肌肉收縮模式也可能導致肌電變化規律的不同，有研究表明，次最大強度下坡跑至疲勞，積分肌電顯著增加，可能歸結于肌肉離心收縮選擇性地募集快肌纖維所致。值得注意的是，雖然大部分肌肉的積分肌電變化具有相近的趨勢，但變化的幅度和速度并不是一致的，這可能是因為特定運動形式對不同肌肉的參與需求不同以及肌肉本身抵抗疲勞的能力不同造成的。首先，不同肌肉參與的程度不同，所完成動作對協同肌與拮抗肌的要求不同；其次，不同肌肉

12、快慢肌纖維含量不同造成肌肉疲勞速度不同，如慢肌含量較高的肌肉疲勞的速度可能相對較慢。如優勢側的股二頭肌，與第階段相比，在第階段積分肌電即有明顯增加，而非優勢側雖有增加的趨勢，并無統計學意義，第階段才具有顯著性差異。提示優勢側股二頭肌對新運動單位的動員速度可能比非優勢側要快，即在運動的起始階段，優勢側可能更積極參與，發揮著優勢作用，但這也可能導致其疲勞發展的速度加快，從而產生動作結構的變化。雙側不對稱性在日常生活和訓練中都會產生并可能得到加強，如上下樓梯，投擲，踢球等動作都可能導致雙側在力量和動作精準度控制上的不對稱，從而在單側分別動作時表現出左右的不對稱或不平衡，。對應的頻域指標平均功率頻率變

13、化可以看出，右側股直肌與股二頭肌對運動的反應可能更為迅速，大部分研究表明，隨著疲勞的產生與發展，肌肉放電頻譜左移，表現為平均功率頻率的降低，。平均功率頻率下降的中樞機制包括運動神經元放電頻率下降，放電活動呈同步化改變等，。從神經策略看，隨著運動的進行，由于快運動單位較易疲勞，為了維持恒定的跑速，機體必需募集更多的未疲勞的慢運動單位參與工作，結果慢運動單位被募集的比例越來越大，因為慢運動單位的放電頻率比快運動單位小得多，從而最終導致了肌電頻率的下降；同時，疲勞也會進一步提高運動單位興奮的同步化程度；在外周機制方面，肌肉纖維的傳導速度與局部肌肉疲勞直接相關，肌肉疲勞，肌肉代謝產物的積聚，使肌肉組織

14、內值逐步減小，引起肌肉纖維的傳導速度減小，直接導致頻率譜左移。結合積分肌電的變化情況，隨著運動的進行，不同肌肉間的募集模式有較大的差別，脛骨前肌的積分肌電值與平均功率頻率出現相反的變化模式，表明對負荷的響應速度較快，相對于其他大肌群來說，脛骨前肌可能更容易出現運動單位募集方式的變化；對于股二頭肌來說，雖然也有前述的相反變化模式，但其兩側的變化速度存在明顯的差異，與積分肌電的變化速度相一致，同樣說明優勢側與非優勢側在運動單位動員和疲勞發生與發展速度上可能存在差異。與此前單側肢體運動學研究數據相比，隨著運動的進行腳著地瞬間髖關節角度存在左右的差異，著地瞬間髖關節角度有減小的趨勢，膝關節角度左右側變

15、化趨勢相反，說明屈髖程度并無降低，即左側屈髖肌群受疲勞的影響并不明顯。右支撐結束離地時刻膝關節角度明顯變小，原因可能在于，當疲勞發生時，優勢側下肢擬增大屈曲來獲得更大的蹬伸力量，需要通過減小膝關節角度來增加蹬伸力的工作距離。從股直肌的肌電的變化來看，除第階段的平均功率頻率有降低外，無論是積分肌電還是平均功率頻率基本無明顯變化；右側的變化比左側要大，但無一致規律。這種左右差異可能是直接導致單步步長、步頻不平衡的原因。腳離地時髖關節角度逐漸增加，這與支撐期占步態周期的比例隨著疲勞程度加深而增大相一致，即隨著疲勞的產生，人體對下肢的控制能力減弱，下肢緩沖和蹬伸的效率降低，肢體通過延長蹬伸作用時間或范

16、圍來彌補這一不利影響，加大力和功的輸出，從而保持恒定的速度。假設運動者在疲勞的情況下仍然保持原有的姿勢進行運動，則只會加重相關作用肌群的負荷，從而加劇這一不利因素，加深疲勞的程度。與腳離地瞬間髖關節角度隨時間延長逐漸增加似乎相矛盾的是，起伸髖作用的股二頭肌的肌電變化情況表明，無論是時域還是頻域指標都顯示一致的疲勞特征，表現為積分肌電的增加和頻率的降低，其原因可能是在股二頭肌疲勞時，其他伸髖肌群主動完成更大幅度的伸髖動作，如臀大肌、半腱肌、半膜肌等。有研究表明，臀大肌在跑中具有很高的激活性，但受疲勞的影響并不明顯，即在某塊肌肉疲勞時，在與其完成相同動作肌群之間，可能存在任務的轉移或重新分配。與的

17、研究不一致的是，本研究并未檢測出踝關節運動學參數的變化，這可能是其采用踝關節局部肌肉疲勞策略所致，與本研究的跑臺跑至疲勞過程有所區別。通過對軀干的動作結構觀察可以發現，隨著運動時間的延長，軀干在起始階段的前傾被打破，出現前傾程度減少的趨勢，與此同時，軀干的扭轉程度增大。軀干前傾程度的減少說明運動員趨于“坐樣”跑，從跑動力來源的角度來說，軀干的相對后傾不利于跑速的保持，原因是減弱了地面反作用力提供身體向前的加速度。而研究表明，隨著跑速的增加，軀干前傾加大，同時，增大重心的縱向擺幅，加重小腿蹬伸負擔，從而降低運動的效率。本研究為恒速跑過程，不需要再產生額外的向前加速度的同時去降低運動效率，所以，隨

18、著運動的進行，身體相對后傾、扭轉程度增加可能是因為上肢及軀干的相關肌群出現疲勞從而無法繼續維持軀干的前傾。也是為了保護其他不直接作用于腰部的疲勞肌群，保持跑速而做出一種保護性策略，這一點可以用腓腸肌的肌電變化情況來說明，由腓腸肌外側頭的積分肌電隨時間出現先增大后減小的趨勢，從運動單位的的募集角度看，腓腸肌可能在相對較短的時間內，已動用了大部分的運動單位，所以出現積分肌電不再增加的情況，相當于動員受阻，這也可能是為什么長跑運動員肌肉抽搐容易發生在小腿三頭肌上的原因。而此時如果加大軀干的前傾，如上所述，將加大小腿三頭肌（包括腓腸肌外側）的蹬伸力度，這無疑將加速小腿三頭肌的疲勞程度，甚至導致因為局部力竭而無法繼續維持運動。綜上所述，軀干的相對后傾在保