我国大龄射箭运动员脑电特征的研究

何　洋　王　霆　石　岩

摘要：对25名健将级射箭运动员脑电α波各指标的特征进行研究，结果表明：大龄射箭运动员脑电α波的各指标在安静状态下与适龄运动员之间差异不显著，而在过度换气后的恢复阶段的差异显著。研究结果为射箭项目个性化训练提供参考。

关键词：射箭运动员；运动寿命；脑电图；α波

中图分类号：G804.2文献标识码：A文章编号：1007-3612(2008)04-0493-03

射箭运动对脑机能的要求甚高，脑机能的水平决定运动员个体在射箭项目上的成就发展。目前，从神经电生理学视角探讨大龄射箭运动员脑机能的研究还处于空白阶段。而国内的相关研究大多集中于运动员退役以后的就业安置、角色转换、年龄特征以及如何延长运动寿命等方面。本文通过对25名优秀射箭运动员脑电α波的特征进行研究，了解两组不同年龄段运动员中枢机能水平的具体差异，以期为射箭项目训练提供一定的参考依据。

1研究对象与方法

1.1研究对象

选取25名2006年在役健将级射箭运动员作为被试。将年龄大于25岁（含25岁）的健将级射箭运动员作为大龄组；将年龄介于18～24岁在役健将级射箭运动员作为对照组（表1）。所有运动员无精神病史，身体健康，两组运动员性别、学历差异无显著性意义（P>0.05），年龄差异显著（P<0.05）。

1.2研究方法

1.2.1测试仪器采样仪器为北京太阳电子科技有限公司生产NDC-2000脑电地形图仪及其前置放大器，放大器的频带宽度为0.02～50 Hz，计算机采集频率为128 Hz。

电极安装采用国际脑电图学会标准安装法（国际10/20系统电极放置法），16导联（单导）分别安置在左右额区、中央区、顶区、枕区，以及前、中、后颞区。电极使用BECKMAN纯银鞍状电极，接地电极安放在FPz，参考电极安放在双侧耳垂。

1.2.2测试程序首先，记录EEG的休息基线。被试进入测试室后，告诉他们测试的目的是考察他们安静状态下生理学参数以及大脑活动状况。

戴好电极帽（16导）后，告诉被试：将采集3 min闭目安静状态、3 min闭目过度换气状态(呼吸频率为26～28次/min)、以及3 min闭目安静恢复状态下EEG数据。

测试中被试要轻闭双目，两手自然放在双腿上，努力减小眨眼和运动，不给被试关于脑电基线的具体指导语，仅告诉他们努力尽可能地放松、休息。若被试在测试中有手麻或头晕，举手提示测试人员，同时记录该时间。

1.2.3测试阶段2003年12月至2007年9月国家射箭队集训阶段。

1.2.4观察指标过度换气前的安静状态与过度换气后的30秒恢复状态下，大脑枕区的α指数、α频率、α波幅、α串长。

1.2.5数据处理观测指标采用平均数加减标准差(X±SD)表示，对两组运动员被试数据作两样本的t检验。

2结果与分析

2.1过度换气前后两组射箭运动员α指数(%)对比α波是确定脑电图快慢的基准波，具有10 Hz左右即8～13 Hz的频率，在正常人的顶枕部最明显。α波的出现率或量，即在一定时间的脑电图记录里含有的α波到何种程度，有相当大的个体差异。为了量化地表示上述的α波出现率的差异，Davis等(1936)提倡使用α指数或α波的百分比，就是用某一时间的脑电图记录中的α波出现时间，占全部记录时间的百分比表示［1］（表2）。

究其原因，由于射箭运动员从事静力性练习，在练习时，肌群处于持续紧张状态，本体感受器的冲动不断传达到大脑皮质的相应部位，使神经细胞处于持续紧张状态而易于疲劳，当增加负荷后（过度换气）大龄运动员的恢复能力较适龄运动员差，因此，α指数不能恢复到负荷前的安静状态。

2.2过度换气前后两组射箭运动员α频率(Hz)对比α频率一般说明大脑皮质新陈代谢的速度，即高级神经的活跃程度。一般认为频率在11Hz以上的快α成分与脑电活动水平的上升应对。脑部机能随年龄的增长而不断完善，波率由慢渐快至正常水平［1］。测试中，两组运动员在安静状态下的α频率分别为(10.44±2.07)Hz、(11.61±1.22)Hz，对照组较高但差异并不显著；在过度换气后，两组运动员α频率差异也不显著（表3）。这说明大龄射箭运动员大脑皮质神经细胞的活跃程度与适龄射箭运动员相似。

2.3过度换气前后两组射箭运动员α波幅(μV)对比α波幅反映大脑皮质神经细胞代谢的强度，即高级神经活动的张力情况。运动员随着年龄增长，脑电图不断成熟，波幅逐渐降低为成人波幅高度。α波的波幅根据导联法的不同而不同，且有相当大的个体差异，枕部的波幅最高，向头的前方逐渐变低。α波通常优势地出现于顶枕部，特别是枕部波幅最高，出现频率也高［2］。本研究中，安静状态下大龄组α波幅为(34．24±10.14)μV，对照组为(31.3±10.28)μV。而恢复状态下大龄组α波幅为(39.72±9.02)μV，对照组为(29.53±9.35)μV（表4）。对照组波幅显著低于大龄组，更趋于正常水平，而大龄运动员在过度换气后期会出现“慢波建立”，且波幅较高，在恢复状态波幅又不能很快恢复到正常水平，说明大龄运动员更易疲劳，而疲劳消除亦较慢。

2.4过度换气前后两组射箭运动员α串长(s)对比正常人α脑波波幅以梭状形式出现，即在α节律中有规律地由低渐高，又由高渐低直至消失，其长度以3 cm/s计算，称为串长［2］。安静状态下大龄组串长为(2.07±0.33)s，对照组为(2．28±0.33)s（表5），两者之间无显著差异，而恢复状态下两组运动员α串长之间也无显著差异，提示大龄组运动员大脑神经细胞兴奋的持续时间与对照组相似。

2.5个案分析

个案1：HY，女，30岁，1996年夏季奥运会女子射箭个人亚军，2004年夏季奥运会女子射箭团体亚军。分别于2004年5月雅典奥运会备战阶段，2007年好运北京国际射箭邀请赛赛前1 d，2007年亚洲射箭锦标赛赛前1 d，对其进行脑电测试。

其脑电图显示：

1) 安静状态下HY三次测试大脑神经元代谢的方式以强度变化为主，波幅的高度(电压)从65 μV大幅下降到50 μV，而脑电波的频率始终在10周波/s左右。神经细胞膜电位的变化，可反映大脑皮层的兴奋抑制调节过程。第一次与第二次测试间，大脑唤醒水平大幅下降，显示其网状上行激活系统调节功能开始下降，提示其速度、爆发力素质均已开始下降。但在最后一次的脑电测试中，各指标较第二次测试有改善迹象（表6）。

2) HY的脑电波在三次测试中对过度换气刺激的反应呈下降趋势。给予3 min26次/s的过度换气刺激，会产生慢波阵发反应；在30 s的恢复时段内，HY第一次测试各频段指数能够恢复到安静状态下的水平，第二次与第三次测试各频段指数均无法在规定时段内恢复至正常水平（表7）。这提示大脑神经元对负荷的耐受能力并没有下降，但其恢复能力开始下降。

3) 表象状态下α波指数（%）的变化可说明集中注意能力的程度。表8提示，HY于2004年5月的测试结果是三次测试中α波指数（%）抑制程度最高的一次。

个案2：YFJ，男，29岁，2006年亚洲射箭大奖赛个人亚军、团体冠军，2006年射箭世界杯上海站季军。分别于2006年5月国家射箭队北京集训阶段，2007年8月好运北京国际射箭邀请赛赛前1 d，2007年9月亚洲射箭锦标赛赛前1 d，对其进行脑电测试。

其脑电图显示：

1) 安静状态下YFJ三次测试大脑神经元代谢的方式以速度变化为主，波幅的高度(电压)基本保持82～85 μV，而脑电波的频率则在10.1周波/s与10.9周波/s的范围内波动变化。第一次与第二次测试间，大脑唤醒水平有所下降，显示其网状上行激活系统调节功能开始下降，提示其速度、爆发力素质均已开始下降。但在最后一次的脑电测试中，大脑神经元的放电频率较前两次测试有大幅提高（表9），提示其兴奋性增强。

2) YFJ的脑电波在三次测试中对过度换气刺激的反应呈先降后升趋势。给予3 min26次/s的过度换气刺激，会产生慢波阵发反应；在30 s的恢复时段内，YFJ第一次测试各频段指数能够恢复到安静状态下的水平，第二次测试各频段指数均无法在规定时段内恢复至正常水平，第三次测试则各频段指数均在规定时段内恢复并超过正常水平（表10），提示三次测试大脑神经元对负荷的耐受能力下降，但其恢复能力并没有随着年龄的增长下降，反而由于训练的系统性增强，恢复能力也随之有增强的趋势。

3) 表11提示，YFJ于2007年9月的测试结果是三次测试中α波指数（%）抑制程度最高的一次。

3讨论

3.1射箭运动员中枢神经疲劳特点射箭是追求准确性的技能类项目，“快速、准确、稳定”的项目制胜规律就是要求射箭运动员能够协调一致地完成技术动作［3］。这要求运动员中枢神经系统处于适宜的兴奋状态，本体感觉敏锐清晰，注意力高度集中，对时间、空间知觉准确。

因此，无论从刺激的角度还是从消耗的角度分析，射箭活动过程主要是作用于神经系统。这使得在射箭运动训练和比赛中，运动员中枢神经系统的负荷很大，过大或不适宜的运动负荷极易给运动员造成中枢疲劳（central fatigue）。运动员中枢神经疲劳是训练负荷、比赛和非训练应激因素与恢复过程长期不平衡的结果。

3.2大龄射箭运动员大脑机能特点在射箭运动训练中，运动员受训练强度、心理负荷的影响，可能呈现出高氧化应激状态，此刻，氧自由基水平提高，mtDNA和蛋白质损伤及脂过氧化，ATP供给大脑神经元代谢的能量不足产生疲劳，导致神经元代谢的速度下降，突触生物电信息的传递速度变慢［4］。

在本研究中，安静状态下反映大脑神经机能的α各指标虽然都有所变化，但大龄射箭运动员与对照组的适龄射箭运动员之间差异并不显著。这一方面表明测试所处的训练阶段专项负荷对两组射箭运动员的刺激差异并不显著，另一方面也提示专项训练负荷产生的机能下降通过一般的日常调节手段（如睡眠）可以得到恢复，不会使大龄组运动员产生病理现象。

脑组织对缺氧相当敏感，当缺氧时，从丘脑上行非特异投射系统传向大脑皮层的兴奋降低，导致大脑皮层神经细胞电活动的同步化增强，使脑电向慢频段发展,出现α、δ、θ波增多。由于慢波和α波增多，导致去同步化相对减少，使β波的分配指数随缺氧程度的增加逐渐降低。表明大脑兴奋性降低，抑制性加深。在这种情况下出现的α波增高，只能是大脑兴奋水平低下的一种抑制表现［5］。同时，大脑对脑内CO2含量下降有一定的耐受力，异常情况下，脑电将出现慢波，脑电地形图慢频段能量增加，脑电产生相应的变化［2］。为了模拟在高强度的训练与比赛中运动员所承受的负荷对大脑的刺激，目前，运动医学界常使用过度换气负荷实验。由于被试在实验中要进行每分钟28～30次深吸气和深呼气，2～3 min后脑内血浆CO2含量会下降至3.7 mL。

在本研究中，过度换气负荷实验后，大龄运动员的大脑机能有明显的下降，如反映大脑皮质神经细胞代谢强度的α波幅以及反映α波所占比例的α指数，同时在恢复阶段的30 s内，大龄运动员各指标都无法很快恢复到安静状态下的正常水平。这表明随着年龄的增长，射箭运动员神经系统的兴奋性也随之逐渐降低，同时血液循环神经调节机制的呆滞性则有所发展，它使得心血管系统对速度性负荷的适应能力首先降低。这使得大龄射箭运动员在高强度的训练与比赛中，疲劳感与不适感会较年轻运动员明显，这也可以解释在比赛中为何会出现大龄射箭运动员排名赛成绩往往好于淘汰赛中的成绩。

4小结

脑电α波能够客观地反映个体大脑的生理成熟过程，可以将其作为衡量大脑发育和成熟程度的主要指标。大龄射箭运动员脑电α波的各指标在安静状态下与适龄运动员之间差异不显著，与年龄增长无相关［6］。他们之间的差异主要在过度换气后的恢复阶段。大龄运动员在负荷刺激下，无法像适龄运动员那样在短时间内恢复到正常安静状态水平。因此，在制定训练计划时应充分考虑大龄射箭运动员的这一特点，合理安排训练的强度以及训练中的间歇时间，同时还应加强积极性恢复手段的运用。

参考文献：

［1］ 大熊辉雄.临床脑电图学［M］.北京:清华大学出版社,2005:69-76.

［2］ 张振民,周未艾,张云,商立新.采用脑生物电诱发试验诊断优秀运动员中枢疲劳［J］.中国运动医学杂志,2004,23(4):422-425.

［3］ 张振民,丹华,黄晓丁,等.高水平射击运动员想象射击期间大脑唤醒水平和心率的研究［J］.体育科学,1993,13(3):86-88.

［4］ 黄登惠.少年运动员脑电图特点［J］.成都体育学院学报,1987,13(3):96-100.

［5］ 于庆祥,刘秀文,张宝兰.急性缺氧条件下轻运动负荷脑电的变化及分布特征［J］.高原医学杂志,1993,3(1):7-10.

［6］ 黄登惠.117例运动员α脑波分析［J］.成都体育学院学报,1990,16(2):89-93.