运动疲劳对人体姿势控制功能影响的研究综述

李旭龙，陈洪鑫

LI Xu-long1，CHEN Hong-xin2

运动疲劳对人体姿势控制功能影响的研究综述

李旭龙1，陈洪鑫2

LI Xu-long1，CHEN Hong-xin2

通过文献资料法，归纳和整理运动疲劳对人体姿势控制功能影响的研究进展。结果显示，全身运动和局部运动疲劳影响人体姿势控制能力的生理学机制是不同的。全身运动比局部运动造成更多的生理指标变化，并更显著的影响与姿势控制有关的感受器和效应器。局部运动对姿势控制的影响根据运动参数、测试形式、被试特征及完成测试时的生理状况的不同而不同。伸肌和下肢肌肉的疲劳比屈肌和上肢肌肉的疲劳对姿势控制的影响更大。

运动疲劳；姿势控制；肌肉收缩

姿势控制功能是人类的基本运动技能之一，人类通过姿势控制维护重心与支持面之间的关系，使身体恢复或维持平衡，以预防跌倒并完成既定的任务［1］。有研究证明肌肉运动会加剧姿势动摇，因为能量需求的升高加快了体液的流动和心脏及呼吸肌的收缩［2］。除此之外，当肌肉运动并产生疲劳时，姿势控制的调节系统由于感觉信息输入和运动信息输出的变化而受到影响。实际上，肌肉运动干扰了神经肌肉系统，包括改变了肌肉力量和姿势控制能力［3］。

而运动疲劳根据其运动形式的不同，可以分成两种形式。一种是全身性的运动疲劳，另一种是局部性的运动疲劳。它们之间有三点不同。第一，全身性运动包括多个关节和多个肌肉群，而局部运动通常只包括一个关节和一个或几个肌肉群。第二，全身性运动被认为能够提高新陈代谢水平，而局部运动被认为能刺激神经肌肉系统。第三，这两种运动形式在运动觉上完全不同。大部分的全身运动会产生身体的空间位移（例如跑步和走），而大多数局部运动是在静止的状态下进行的（例如膝关节屈伸）只产生身体环节的位移而整个人体不动［4］。

对于运动疲劳对人体姿势控制功能的影响机制国外已经有了一定程度的研究，而国内这方面的研究较少，因此对有代表性的研究的结果进行总结、归纳、比较，对于揭示运动疲劳和姿势控制能力之间的关系，研究不同运动疲劳类型对姿势控制能力的影响，进而为运动训练和医疗康复服务是有积极意义的。

1 全身性运动对姿势控制的影响

全身性运动，例如跑步、走、骑自行车，会对骨骼肌肉系统带来生理的变化和重要的机械影响，它们会降低姿势控制的效力。

1.1 生理变化的影响

1.1.1 新陈代谢增强的影响

有证据显示，全身运动会加重姿势动摇，因为能量的增加加快了体液的流动和心肌和呼吸肌的收缩。在运动过程中新陈代谢的增加加快了心跳和呼吸的节奏。换气过度和心跳过速加重了身体的摇晃。有氧和无氧运动都会降低姿势控制能力［5］。在一次性力竭运动后，例如最大耗氧量测试后，会产生较大的氧亏，姿势控制能力进而受到影响［6］。然而在运动强度低于60%最大心率或者相当于70%最大通气量时，并不会产生姿势动摇［7］。综上所述，我们可以推测当运动的强度低于乳酸阈时，姿势控制不会受影响。而低强度运动必须要持续较长的时间才能达到影响姿势控制的乳酸积累量。

2 局部运动对姿势控制的影响

在这里我们将对造成局部运动疲劳的多种方案以及它们对姿势控制的不同影响进行分析。同时也会描述由中枢神经系统产生的不同适应，这些适应限制或抵消了对姿势控制的影响。

2.1 产生局部疲劳的多种方案

2.1.1 用特定的方法产生局部疲劳

这些方法是让简单的关节重复运动，例如踝、膝、髋、腰椎和颈等关节，以求影响姿势控制。主要有三种方法或形式来产生局部疲劳。第一种是让肌肉群产生肌力下降。例如，Granacher等［15］在研究中，将局部疲劳定义为踝关节力矩连续三次低于踝关节最大力矩的50%。

第二种是在一段时间内，让身体环节进行一些列重复运动或者保持肌肉等长（或等速）运动。例如，Mark Walsh等［16］在研究中，通过让受试者进行负重蹲起（膝关节运动范围控制在90-180°，负荷量控制在下蹲时等长收缩产生的最大力量的30%）直至力竭产生疲劳。

第三种是降低持续进行特定等长或等速收缩的能力。例如，Laura A.Wojcik等［17］在研究中用如下方法让被试产生局部疲劳：首先运用测力器（Boidex3）测量优势侧关节的力矩峰值，移动度超过45°，以力矩峰值作为最大自主收缩值（MVC）。然后以60%MVC进行等张收缩，每分钟12次。2分钟后在等速模式下再次测量MVC。如果测到的力矩峰值比原来的值大（由于热身作用），则以新测值的60%进行等张运动。相同的过程重复10min。直到测试者不能连续三次在移动度内完成动作时停止。

2.1.2 疲劳影响的持续时间

局部运动疲劳后姿势控制受到干扰的时间根据方案性质的不同有很大差异。有研究发现，对于相同的MVC下降，运动时间越长，姿势控制收到干扰的时间越长。运动疲劳后，当MVC下降50%会引起压力中心 （COP）发生位移的时间延长20min［18］。 Harkins 等［3］的研究发现，当 MVC 下降 70%时，姿势控制受干扰的时间是75s，当MVC下降50%时，姿势控制受干扰的时间是35s。产生这些差异可能是因为在不同的研究中，运用的实验方案不同，例如肌肉的募集、运动强度、运动时间和肌肉活动的性质等。另外，姿势控制能力恢复的时间要比肌肉力量恢复的时间短。神经肌肉控制的恢复先于肌肉收缩性的恢复。中枢神经系统可能更偏向与运动表现能力有关的功能［19］。

2.2 疲劳位置和肌肉活动性质的影响

2.2.1 肌肉疲劳位置的影响

肌肉疲劳的位置对姿势控制的干扰产生影响。控制姿势的肌肉的疲劳（主要是颈、躯干、大腿、小腿和足的伸肌）降低姿势控制能力的作用比非姿势控制肌肉要强 （如上肢肌肉）。例如，双侧腰椎或单侧踝关节肌肉组织影响足部的姿势控制而单侧肩关节肌肉组织的疲劳却不能［20］。另外，对于相同的肌力损失，不同控制姿势肌肉的疲劳干扰姿势控制的效果不同。有研究显示，髋关节和膝关节肌肉的疲劳比踝关节肌肉的疲劳更能影响姿势控制能力［21］。同时，下肢伸肌的疲劳会增加身体的晃动幅度进而降低姿势控制能力。为了缓解这些晃动，被试者采取了稍微向前倾斜的策略，这一策略增加了跖屈肌的活性从而使踝关节稳定度增加［22］。同时，颈部肌肉的疲劳也会影响姿势控制能力，因为它会影响屈体感觉和本体感觉信息［23］。

2.2.2 肌肉活动性质的影响

肌群的疲劳（如小腿三头肌、股四头肌等）可以由自主收缩引起也可以由神经肌肉的电刺激引起。而这两种形式对姿势控制造成的影响是不同的。

有研究发现，由电刺激引起的股四头肌疲劳对姿势控制的影响要比由自主收缩引起的疲劳小，尽管电刺激引起收缩后肌力损失 MVC的41%，而自主收缩只有6%MVC［24］。Huffenus等［25］发现，在进行投掷练习时，肘关节伸肌自主收缩比电刺激引起的收缩对肌肉活性的改变更大。

就肌肉收缩的性质而言，电刺激引起的收缩是一种人为引起的肌肉运动，它不是由中枢驱动。而自主收缩是一种由中枢驱动的自主运动。在长时间自主收缩后，由于突触功能改变，皮质脊髓的输出效力下降［26］。

就肌肉位置和肌纤维募集模式而言，两种运动疲劳有许多不同。在最大程度的肌肉自主收缩过程中，被试的运动单位按照从小到大，从深层到表层的顺序被募集。相反的，神经肌肉电刺激直接激活刺激下的运动单位［27］。因为大的运动单位主要位于股四头肌表面，它们按照从大到小的顺序，逐渐从肌肉表面向深处进行募集。姿势控制主要由位于肌肉深处的纤维控制，在自主收缩后这些纤维比在电刺激引起的收缩后更容易力竭。

3 总结

全身运动和局部运动疲劳影响人体姿势控制能力的生理学机制是不同的。全身运动比局部运动造成更多的生理指标变化，并更显著的影响与姿势控制有关的感受器和效应器。例如，走路，跑步等就比骑脚踏车更加影响姿势控制能力，尤其是运动强度大时间长时。局部运动对姿势控制的影响根据运动参数、测试形式、被试特征及完成测试时的生理状况的不同而不同。总的来说，伸肌和下肢肌肉的疲劳比屈肌和上肢肌肉的疲劳对姿势控制的影响更大。

然而，不同研究者在研究中采用的产生运动疲劳的的强度、持续时间、肌肉活动性质和测试完成条件各异，这使得研究结果间存在较大差异。因此，在未来的研究中有必要建立一种标准的测试方法，从而更深入、系统的研究运动疲劳对姿势控制的影响，进而降低由疲劳引起的摔倒和运动损伤的风险，为运动训练和医疗康复服务。

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Influences of Exercise Fatigue on Postural Control:A review of Literature

The research progress on the influence of exercise fatigue on human postural control function was summarized and analyzed by the literature method.The result indicated that physiological mechanisms of the effects of exercise fatigue on postural control were different.General exercises created more variations on physiological indexes than local exercise and significantly affected the sensory receptors and effectors associated with postural control.The effects of local fatigue on posture control varies according to the motion parameters， test forms， test features， and the physiological conditions of the test.The fatigue of the extensor and lower limb muscles was more affected than the fatigue of the flexor and upper limb muscles on the posture control.

Exercise fatigue； Postural control； Muscular contraction

G804

A

1003-983X（2017）11-0971-04

2017-09-08

山东省社会科学基金项目（15CSZJ30）

李旭龙（1988～），男，山东青岛人，在读博士，助教，研究方向:运动人体科学.

青岛理工大学体育教学部，山东 青岛，266033 Department of Pphysical Education，Qingdao University of Technology， Qingdao 100875， China

1.1.2 新陈代谢产物的影响

在肌肉运动过程中，疲劳的肌肉纤维释放的代谢产物有可能会影响姿势控制。肌肉疲劳刚开始是经由Ia、Ib类躯体反射传入神经纤维的末梢感受器，使肌梭和腱器官产生神经冲动。局部肌肉疲劳致肌力下降的同时，因为代谢物质的堆积会逐渐影响到III、IV类躯体感觉传入神经纤维的传导，而III、IV类传入神经纤维（直径较小）的神经末梢属于化学性感受器，对肌肉组织内部局部化学物质或代谢物质（乳酸、H+和K+等）的成分与浓度变化十分敏感，可以直接刺激并激活其感受器，使III、IV类感觉传入神经纤维的冲动增加。而增加的III、IV类感觉传入冲动，可以通过脊髓内部或脊髓上位中枢内的Ia抑制性中间神经元对脊髓α运动神经元产生抑制效果；同时，为防止肌肉超负荷牵拉，属自主性抑制反应，腱器官来的传入信息使Ib中间神经元产生兴奋，可引起支配其起源肌的运动神经元发生双突触抑制［8］。

1.2 感觉变化的影响

1.2.1 视觉信息的干扰

视觉信息输入对本体感觉变化的代偿作用有助于保持姿势。然而，这种代偿作用在运动中会随着视觉适应而减弱。与固定的循环运动相比，在跑步运动中，周围景物的不断变化对视觉信息的输入不断进行刺激。一个运移动的视觉画面会唤起一个和运动知觉反向的运动。因此，在跑步过程中，躯体感觉信息和视觉信息就运动方向而言是相反的。躯体感觉的传入暗示尽管视觉环境不动，身体仍能向前运动。视觉运动本身可以产生身体摇晃的知觉，从而导致姿势控制的代偿，即使躯体感觉和前庭信息没有摇晃［9］。在运动后的恢复阶段，运动输出的再校准以对新视觉信息输入做出反应的形式出现。这是视觉——运动适应的结果，这种适应是由于在运动后即刻睁眼观察到的不平衡姿势。这一新的适应存在于一段时间内，在这段时间中，视觉输入和运动驱动还没有恢复［10］。

1.2.2 本体感觉信息的干扰

对于给定强度的运动，在跑步机上走要比骑自行车更能降低姿势控制能力。走路和骑车在肌肉激活和肌肉活动完成的本质上存在差异。在走路过程中，小腿EMG活动比大腿高。而在骑车过程中，大腿EMG活动比小腿高［11］。根据Paschalis等［12］的研究，走路的重要组成部分是小腿肌肉的离心运动，而骑车主要使相同的肌肉产生向心运动。离心运动造成的肌肉损伤和疼痛比向心运动大得多。肌肉的损伤降低了本体感觉，特别是干扰了对力和肢体位置的感觉。因此可以认为离心运动对本体感觉的干扰更大。

而适量的运动是可以提高人体本体感觉水平的，国内外对此都有过报道。王国谱等在研究中发现，通过练习太极拳能加强对身体姿势的自我控制，从而促进和易化中枢神经与外周感觉机能［13］。Fernando Ribeiro 等［14］在研究中发现，年龄的增长会降低膝关节的运动位置感，而有规律的锻炼可以延缓这种趋势。