中国优秀射击运动员超慢脑电涨落图分析

周未艾 陈海涛 何文革 孟兵林 郭松 陈长庚 王义夫

1国家体育总局体育科学研究所（北京100061） 2河北体育科学研究所3国家射击队

神经递质在中枢神经活动中扮演着极其重要的角色。在运动中，中枢神经系统5-羟色胺、多巴胺、乙酰胆碱、氨基酸类递质等神经递质水平的变化可能是导致运动性疲劳的十分重要的神经生物学因素[1，2]。运动性疲劳与中枢神经递质之间的关系已有一些研究，但在监控运动员中枢神经状态方面的实际运用的报道并不多见。具体而言，在大强度训练条件下，运动员大脑机能状态在神经递质水平上是如何表现的，大脑神经递质在运动应激能力方面起何种作用，运动员竞技水平与大脑神经递质水平的关系等问题，因为技术与设备的限制，无法做深入的研究。尽管血液生化技术可检测血液中这些活性分子的浓度，但尚不能十分精确地反映这些活性物质作为中枢神经递质在运动员大脑中的变化。20世纪80年代，中国航天医学研究所梅磊教授根据EEG中超慢电位成分的变化实际反映的是中枢神经递质活动的机理发明 ET（encephalofluctuograph technology）技 术[3，4]，并 逐渐完善形成SET（super EEG）技术，为无创检测分析大脑中枢神经递质的活动提供了可能。作为EEG分析诊断技术的扩展与补充，在临床医学及基础研究上，已开展了多方面SET技术应用性研究，并取得了较为丰富的临床与科研数据[5-11]。但由于EEG技术对设备、分析人员等方面的软硬件要求极高，限制了EEG在竞技体育中的应用，这又使运动员SET分析的相关原始数据的积累变得极为困难，更制约了运动员SET诊断标准的制定，反过来进一步限制SET在竞技体育中的应用。我们曾在乒乓球、短道速滑等运动项目中开展过探索性利用SET技术分析运动员大脑机能状态的工作[12，13]，却未对大脑不同机能状态做系统地SET分析报道。为探索SET在分析运动员大脑机能状态检测中的应用，并为制定SET检测标准积累数据，本研究对国家射击队部分现役队员进行动态的SET追踪探测，以探索射击运动员在不同训练时期大脑中枢神经递质与大脑机能状态及大脑运动应激能力之间的规律，以期丰富运动员机能评定的内容与方法，为在运动实践活动推广脑电SET监测提供参考。

1 对象与方法

1.1 测试对象

受试对象为国家射击队手枪班和步枪班73名运动员，其中男运动员36名，年龄 27.00±4.29，女运动员 37名，年龄 25.40±5.58。

1.2 测试时间与地点

2006年7月至2008年7月期间，分别在国家射击中心、北京市射击中心、上海市射击中心、南京市方山训练基地、广东省体育训练中心共测试9次，共计192人次。

1.3 测试仪器

定量数字脑电图仪QDBS1018（北京太阳科技），分析软件为“Solar System SOLAR2000”和“SET高级脑电分析系统”。

1.4 测试方法

记录采用国际标准10-20导联[14]。运动员安静闭目静坐，记录18分钟脑电图。

1.5 数据分组

通常对运动员大脑及中枢神经机能状态的评价从两个角度进行分析:大脑机能状态和大脑运动应激能力[12，13，15-17]。本研究基于常规诊断思路也从这两方面进行分组。前期对受试射击运动员脑电图及脑地形图的诊断分析[17]，已将受试运动员按照大脑机能状态评价为最佳、良好、一般、警戒、先兆疲劳5组。由于所有运动员中未观察到疲劳出现，故本研究中未包括疲劳组。同样，按照大脑运动应激能力将受试运动员分为最佳、良好、一般、差4组。另根据运动员的等级分为国际健将、国家健将、一级运动员3组。各组例数如表1。

表1 运动员分组（例）

1.6 分析指标

大脑神经递质，包括抑制递质（INH）、5-羟色胺（5-HT）、乙酰胆碱（ACh）、多巴胺（DA）、去甲肾上腺素（NE）和兴奋递质（EXC）。本研究将重点分析这些指标在各组运动员中的变化规律。

1.7 统计学分析

利用SPSS 16.0软件对相关数据进行统计分析，统计数据表示为平均数±标准差，ANOVA分析组间差异，以P<0.05为差异显著。

2 结果

2.1 全脑神经递质水平

“SET高级脑电分析系统”软件所获得的关于神经递质方面的最终数据是实测数值与该系统中预存的数据模型库中相对应数据的相关系数并扩大100倍之值，其值取决于一定时间内量子化阵列中的频率。

2.1.1 不同大脑机能状态下运动员全脑神经递质水平（表2）

经统计学分析，同一神经递质在各机能状态组别之间并无显著性差异，但在不考虑运动员的性别、运动级别等因素情况下，仍然可以观察到运动员不同大脑机能状态下各神经递质的一些变化趋势:

依照大脑机能状态由最佳、良好、一般、警戒到先兆疲劳的顺序，射击运动员大脑INH、NE两种神经递质平均值略呈正向升高的趋势，大脑机能状态较差时，INH、NE水平较高，大脑机能状态好时，两种神经递质水平较低。5-HT变化规律不明显，但也表现出先兆疲劳时平均值较高的趋势。

表2 射击运动员不同大脑机能状态时全脑神经递质水平

随大脑机能状态由最佳、良好、一般、警戒到先兆疲劳变化时，EXC、DA两种递质平均值略呈下降或负向增加的趋势。ACh稍显不同，最高点在警戒状态，后最佳、一般、良好状态依次递减，最低点在先兆疲劳。总体上，运动员大脑机能状态好时，EXC、DA、Ach三种神经递质水平高，状态差时水平低。

5-HT/DA变化特点不明显。

2.1.2 不同大脑运动应激能力运动员全脑神经递质水平（表3）

虽然不同大脑运动应激能力运动员全脑神经递质水平无统计学意义，但在不考虑运动员的性别、运动级别等因素情况下，数据仍然显示出一些变化趋势:

表3 射击运动员不同大脑运动应激能力时全脑神经递质水平

5-HT、NE随运动应激能力下降而升高，运动应激能力高时，大脑5-HT、NE水平低，相反，运动应激能力低时5-HT、NE水平高。

DA、ACh略呈随运动应激能力下降而降低，即运动应激能力越高，DA、ACh均值也越高。

INH、EXC及5-HT/DA变化规律性不强。

2.1.3 不同运动等级运动员的全脑神经递质水平（表4）

不同运动级别之间无统计学差异。从一级运动员到国际健将，INH和5-HT略呈升高或正向递增趋势，ACh和DA略呈下降趋势，NE、EXC和5-HT/DA变化规律不明显。

表4 不同运动级别射击运动员全脑神经递质水平

续表4

2.2 全脑神经协同水平

在警戒状态下，全脑神经协同水平最高，先兆疲劳状态下最低，两者之间有显著差异（P<0.01）。一般、良好、最佳三种状态时全脑神经协同水平居中，3组之间及与警戒状态之间差异无统计学意义，与先兆疲劳状态之间有显著差异（P<0.05）（表5）。

左右脑协同参数在警戒状态下最高，与先兆疲劳状态下之值存在非常显著性差异（P<0.01），与最佳、良好及一般状态下均值存在显著性差异（P<0.05），先兆疲劳状态下左右协同参数值最低，与其它各状态之值差异均有统计学意义（P<0.01）（表5）。

左脑前后脑协同水平和右脑表现出一致性，即在这5种状态下无统计学差异，只在一定范围内波动，但先兆疲劳状态下的数值最低（表5）。

表5 射击运动员不同大脑机能状态时脑协同参数

全脑平均协同参数、左右脑协同参数及前后脑协同参数在不同的运动应激能力下只在小范围内波动，各应激能力状态之间无明显差异，但略呈随应激能力由差到最佳变化而升高的趋势（表6）。

表6 射击运动员不同大脑运动应激能力时脑协同参数

续表6

不同运动等级运动员的左右脑协同参数、前后脑协同参数及全脑平均协同参数同样只在小范围内波动，各运动等级之间无明显差异（表7）。

表7 不同运动级别射击运动员脑协同参数

3 讨论

3.1 运动员全脑神经递质水平

一般来说，中枢神经递质从生理机能角度可以大致分为兴奋性神经递质和抑制性神经递质，其中，ACh、DA、GABA等属于兴奋性中枢神经递质，而5-HT、NE、Gly、Glu 等属于抑制性中枢神经递质[18]。

ACh是节前交感纤维和神经元的一种重要神经递质，对大脑皮层主要起兴奋作用，在维持行为、脑电激活、促进学习和记忆等方面起着重要的作用。在不同生理状态下所测的大脑内ACh含量差异较大，反映出大脑不同程度的兴奋与抑制状态。运动性疲劳状态下出现的记忆力下降、意识模糊、感觉迟钝及内脏器官的功能紊乱可能与大脑 ACh水平变化有关[19－21]。本研究结果显示，运动员在不同大脑机能状态下，ACh变化规律不明显，但警戒状态下ACh均值最高，最佳状态时次之，先兆疲劳最低，提示要维持良好的大脑运动状态，需要较高的ACh水平。而在不同的大脑运动应激能力情况下，ACh表现出较强的规律性:大脑运动应激能力最佳和良好时，ACh值高，运动应激能力差时最低，提示ACh与大脑运动应激能力关系更密切。

DA是与肌肉运动功能、一般行为、精神活动与情绪、神经内分泌等直接相关的神经递质。运动期间，包括中脑、海马、下丘脑等在内的区域多巴胺代谢活跃，疲劳状态下多巴胺的合成与代谢均下降[3，22]。本研究结果显示，大脑运动机能状态处于最佳时DA值最高，先兆疲劳时DA值最低，提示DA与大脑运动状态有一定关系。而在不同大脑运动应激能力情况下，DA随运动应激能力升高而上升，提示DA与射击运动员大脑运动应激能力关系密切。不同运动等级运动员随着运动等级递增，DA值也在一定程度上升高，提示DA与射击运动员的运动功能直接相关。

Glu几乎对所有起作用的神经元都有强兴奋性作用，是典型的、在大脑内含量最多、分布最广的兴奋性氨基酸类神经递质[23]。SET技术中EXC指标即检测的是以Glu为代表的兴奋性氨基酸类神经递质。EXC表现出其平均值略呈随大脑机能状态由最佳、良好、一般、警戒到先兆疲劳变化时下降的趋势，提示在警戒和先兆疲劳状态下，EXC水平较低；在运动状态良好的情况下，EXC水平较高。在不同的大脑运动应激能力情况下，EXC只在小范围内波动。EXC在不同等级运动员之间亦无规律性。

5-HT对大多数神经元的作用是抑制性的，主要参与睡眠、运动和情绪机能的控制，也有助于维持精神的稳定，亦是构成中枢疲劳的重要介质。5-HT脑部合成速率增加，可使脑部对其它疲劳信号的敏感性加强，使机体运动能力下降，易出现疲劳感觉[24－26]。本研究结果显示，5-HT在不同大脑机能状态下的变化规律不明显。不同大脑运动应激能力情况下，5-HT略呈随运动应激能力下降而增加的趋势。不同等级运动员之间亦呈随运动等级升高而下降的趋势。

NE对中枢神经元的作用以抑制为主，与觉醒、注意力和情绪功能有关，与行为、摄食、疼痛以及某些反射活动也有一定关系。它代表交感神经的活动，与机体的应激状态有关[27，28]。本研究观察到NE平均值随大脑机能状态由最佳、良好、一般、警戒到先兆疲劳的顺序略呈正向升高趋势，提示大脑机能状态较差时NE水平较高；同时，大脑运动应激能力高时NE水平低，而应激能力低时NE水平高。NE水平在不同等级运动员之间无明显的规律性。

SET技术中，将抑制性氨基酸类神经递质归结到INH指标中。在已知的氨基酸类神经递质中，Gly是脊髓和脑干中的抑制性递质，对大脑皮层的抑制作用很弱。GABA在大脑中含量较高，分布广泛，生理功能有很多，如抗焦虑作用等。故SET技术中INH指标主要是GABA[27，29，30]。本研究观察到 INH 均值随大脑机能状态由最佳、良好、一般、警戒到先兆疲劳的顺序略呈升高的趋势，提示大脑机能状态较差时，INH水平较高；而在大脑运动应激能力不同时，INH变化趋势规律不明显。此外，从一级运动员到国际健将级运动员，INH略呈增加趋势。

因此，从本研究结果看，与射击运动员大脑机能状态较密切的神经递质 可能 有 EXC、INH、NE、5-HT、DA、ACh等，与射击运动员大脑运动应激能力较密切的可能有DA、ACh、NE、5-HT等，与射击运动员运动等级相关的可能有DA、INH等。

由于运动员个体差异较大，导致各神经递质数据组间无统计学差异，难以准确判定何种递质与运动能力最直接相关。故如果制定与运动员大脑机能状态和运动应激能力相关的中枢神经递质判定标准，尚需要进一步收集大量实验数据支持。

3.2 运动员全脑协同参数

神经协同参数反映大脑各区域在高级神经活动中的协调能力。协同参数越高，提示大脑各区域共同参与同一项活动的一致性越高。在不同机能状态下，警戒状态时的全脑神经协同水平最高，先兆疲劳状态时的最低，一般、良好、最佳3种状态时的全脑神经协同水平居中，提示在警戒状态下，大脑各区域处于高兴奋水平的一致性很高；而在先兆疲劳状态下，这种大脑各区的一致性就相对差了许多。数据也从另一个角度提示了警戒状态既是可能发挥出最佳竞技水平获得好成绩的状态，也是极有可能发展成为先兆疲劳而影响竞技水平正常发挥的状态。

左右脑协同参数、前后脑协同参数及全脑平均协同参数在不同的运动应激能力下及不同运动等级运动员之间只在小范围内波动，提示协同参数与大脑运动应激能力不同及运动员运动等级的关系不密切。

4 总结

本项研究结果提示:（1）与射击运动员大脑机能状态较密切的神经递质可能有DA、EXC、ACh、NE、INH、5-HT等，与大脑运动应激能力较密切的可能有ACh、DA、NE、5-HT等，而与运动员运动等级相关的可能有DA、INH等。（2）大脑协同参数与射击运动员的大脑机能状态更为密切，与大脑运动应激能力及运动员运动等级的关系相对不密切。

[1]Davis JM.Central and peripheral factors in fatigue.J Sports Sci，1995，13:S49-53.

[2]Tanaka M，Nakamura F，Mizokawa，et al.Establishment and assessmentofa ratmodle offatigue.Neurosic Lett，2003，352（3）:160.

[3]梅磊.ET-脑功能检测新技术.北京:国防工业出版社，1995:136-182.

[4]曾远明，李长清，胡长林.脑电超慢涨落图的正常参考值.现代医药卫生，2004，20（15）:152.

[5]张理义，徐志熊.脑电超慢涨落图技术在心理疾病中的应用. 中国行为医学科学，2006，15（6）:569-570.

[6]李绍旦，杨明会，刘毅.亚健康失眠人群脑内神经递质活动的脑电超慢涨落图表现.实用医学杂志，2008，24（1）:39-41.

[7]唐卫东，王瑛，马德林，等.脑电超慢涨落技术在海洛因依赖者中的应用. 中国行为医学科学，2007，16（11）:1005.

[8]许维春，李亚娟，王新瑞，等.抑郁症患者的脑电超慢涨落图 47 例分析. 临床神经电生理学杂志，2007，16（3）:153-155.

[9]曾远明，李长清，胡长林.慢性失眠病人脑内神经递质活动的超慢涨落图表现.临床神经电生理学杂志，2005，14（2）:85-89.

[10]李会杰，刘涵慧，沃建中.图形推理的脑波超慢涨落研究. 北京师范大学学报 （自然科学版），2006，42（3）:305-309.

[11]郭春荣，许维春，唐卫东，等.抑郁症患者脑电超慢涨落检测分析. 临床精神医学杂志，2006，16（4）:226-227.

[12]张振民，周未艾，蔡振华，等.中国乒乓球世界冠军运动员脑功能特征研究.中国运动医学杂志，2002，21（5）:452-457.

[13]张振民，周未艾，张云，等.脑生物电诱发试验诊断中枢疲劳的研究. 中国运动医学杂志，2004，23（4）:422-425.

[14]谭郁玲，侯沂.临床脑电图学与脑电地形图学.人民卫生出版社，1999.19-24.

[15]周未艾，何文革，王义夫，等.中国优秀射击运动员大脑神经生物学特征的初步研究.中国运动医学杂志，2007，26（6）:747-749.

[16]周未艾，何文革，张振民，等.国家跳水队主力运动员大脑 机 能 的 研 究. 中 国 运 动 医 学 杂 志 ，2004，23（6）:649-653.

[17]周未艾，何文革，王义夫，等.我国优秀射击运动员大脑机能状态的研究.中国运动医学杂志，2009，28（6）:678-690.

[18]张人骥，潘其丽.神经生物学.北京:北京大学出版社，1991.213-267.

[19]Perry E，Walker M，Grace J，et al.Acetylcholine in mind:a neurotransmitter correlate of consciousness? Trends Neurosci，1999，22（6）:273.

[20]王春梅，韩连堂，李秀艳.老年痴呆患者的脑功能与脑涨落图分析. 中国康复医学杂志，2002，17（4）:249-250.

[21]Conlay LA.Exercise and neuromodulators:choline and acetylcholine in marathon runner.IntJ SportsMed，1992，（13）:141-142.

[22]王斌，张蕴，李靖，等.力竭运动对大鼠纹状体、中脑及下丘脑单胺类神经递质含量的影响.中国运动医学杂志，2002，21（3）:248-252.

[23]Guezennec CY，Abdelmalki A，Serrurier B，et al.Effects ofprolonged exercise on brain ammonia and amino acids.Int J Sports Med，1998，19（5）:323-327.

[24]Chaouloff F.Effects of acute physical exercise on central serotonergic systems.Med Sci Sports Exerc，1997，29（1）:58-62.

[25]Davis JM，Alderson NL，Welsh R S.Serotonin and central nervous system fatigue:nutrional consideralions.Am J Clin Nutr，2000，72（Suppl 2）:s573-578.

[26]Weicker H，Struder HK.Influence of exercise on serotonergic neuro-modulation in the brain.Amino Acids，2001，20（1）:35-47.

[27]Cleare A.The neuroendocrinology of chronic fatigue syndrome.Endocr Rev，2003，24（2）:236-252.

[28]Morriss K，Robson M，Aneela N，et al.Neuropsychological performance and noradrenaline function in chronic fatigue syndrome under conditions of high arousal.Psychopharmacology （Berl），2002，163（2）:166-173.

[29]Richard W，Olsen W，Avoli M.GABA and epileptogenesis.Epilepsia，1997，38（4）:399-407.

[30]Sirvanci S，Meshul CK，Onat F，et al.Glutamate and GABA immune-cytochemical electron microscopy in the hippocampaldentategyrusofnormaland genetic absence epilepsy rats.Brain Res，2005，1053（112）:108-115.