中国优秀女子橄榄球运动员大脑神经生物学特征分析

徐辉 周未艾 高晓嶙 郑红军 陈海涛 郭松 冯葆欣 李硕 裴新朕

1上海体育学院（上海 200483） 2国家体育总局体育科学研究所 3国家橄榄球队

我国橄榄球运动起步晚，基础差，科研与服务缺乏。橄榄球运动员大脑的神经生物学特征不清楚，对准确把握运动员机能状态不利。已有报道对运动员大脑机能状态的分析大多集中在个人项目上，如乒乓球、射击、射箭、跳水、花样滑冰等，对集体项目运动员基于脑电图技术的运动员大脑机能检测与分析的研究鲜见报道。集体项目运动员大脑的神经生物学特征与个人项目运动员是否一致？是否还存在集体项目相关的特点？鉴于此，我们对备战2010年广州亚运会的中国女子橄榄球队运动员进行了脑电图监测与分析，探寻其神经机能特征，为运动员赛前备战的机能评定工作提供参考。

1 对象与方法

1.1 研究对象

国家女子橄榄球队15名队员，平均年龄（23.13±2.00）岁，身高（169.33±4.58）cm；体重（67.27±5.65）kg。队员均为在校大学生，国家二级运动员。

1.2 测试时间与地点

2010年7月和11月，广东省清远市名将俱乐部训练基地共测试2次，共26人次。2次测试均在赛前2～3周集训期间进行，于运动员日常训练结束后的晚上进行测试。第1次测试后运动员即参加1周后在广州举行的亚洲杯橄榄球赛，第2次测试为广州亚运会赛前2周。

1.3 测试仪器和方法

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。记录采用国际标准 10-20 导联［1，2］。运动员闭目静坐，记录18分钟脑电图。SET高级脑电分析系统所获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［3］。

1.4 分析指标

大脑唤醒水平、大脑能量比值；大脑神经递质，包括5-羟色胺 （5-HT）、 多巴胺 （DA）、 乙酰胆碱（ACh）、去甲肾上腺素（NE）、抑制性递质（INH）、兴奋性递质（EXC）；大脑协同参数。大脑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。

1.5 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，t检验和ANOVA分析组间差异，以P<0.05为差异显著。

2 结果

2.1 大脑唤醒水平与大脑能量比值

反映运动员大脑兴奋性的大脑唤醒水平值，2次检测全队平均水平均达到健将级参考值 （27%）。反映运动员大脑承受的运动负荷水平的大脑能量比值数据适中。这2个指标的第2次检测值均显著高于第1次值（表1）。

2.2 大脑中枢神经递质全脑平均水平

表2显示，6种神经递质中，前后2次检测值相比，DA和5-HT、INH和EXC同步下降，NE和ACh升高。其中，DA第2次检测值与第1次检测值相比有显著性差异。

表1 女子橄榄球运动员大脑唤醒水平值与大脑能量比值

表2 女子橄榄球运动员大脑中枢神经递质全脑平均水平

2.3 大脑中枢神经递质在不同脑区的分布

表3显示，在两次检测值之间，只有5-HT在左中央区、DA和EXC在右中央区、NE在右枕区有统计学差异。同一脑区左右两半球之间的神经递质差异无统计学意义。

表3 女子橄榄球运动员大脑中枢神经递质在不同脑区的分布

2.4 大脑协同参数

表4显示，运动员大脑协同参数第2次检测值较第1次检测显著升高。

表4 女子橄榄球运动员大脑协同参数

3 讨论

3.1 运动员大脑唤醒水平与能量比值分析

中国女子橄榄球是一支年轻的半专业性队伍，所有队员均为在校大学生，多数队员只在参加高考时进行运动员等级评定的测试，大多队员获得国家二级运动员称号，个别为国家一级运动员。本研究中，运动员大脑唤醒水平实测值均达到国家一级运动员参考值（>23%），多数队员超过国家健将参考值（>27%），个别运动员达到国际健将参考值（>33%）［4］，但离亚洲水平运动员（>37%）尚有一定距离，离世界冠军水平及奥运冠军水平相差更远。我国女子橄榄球运动水平在亚洲属顶尖水平，国际上也属一流，但世界女子英式橄榄球是一项新兴运动项目，发展仍需时间。反映在运动员的大脑唤醒水平值上，我国女子橄榄球运动员平均水平低于我国优秀乒乓球［4］、短道速滑［5］、跳水［6］等优势项目运动员。 这也从一个角度提示我国女子橄榄球运动要真正达到国际顶尖水平尚需一段时间的艰苦努力。2010年的2次检测前后相距4个月，且每次检测后2～3周即参加一次比较大型的国际赛事。广州亚运会压力远高于亚洲杯，运动员对不同压力所表现出来的竞技状态也明显不一。因此，大脑唤醒水平第2次检测值普遍高于第1次，多数队员接近或超过国际健将参考值，一方面反映运动员专项素质通过4个月的集训有了一定程度的提高，同时也客观表明，运动员首次参加大型综合性运动会时承受了较大的比赛压力。

大脑能量比值通常反映运动员中枢神经系统在当前所承受的训练负荷。本实验数据表明，运动员大脑承受的训练负荷适中并略低，第2次比第1次有所升高，但负荷量仍处于适中范围，未达到最佳负荷［4，6］，提示运动负荷还有上升空间。

3.2 运动员大脑中枢神经递质水平变化及分布的分析

不同神经递质在大脑中起不同生理作用。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［7，8］。运动性疲劳状态时出现的记忆力下降、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［9］。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［10，11］。 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。脑部5-HT合成速率增加，可加强脑部对其它疲劳信号的敏感性，使机体运动能力下降，易出现疲劳感觉［12-14］。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，在疲劳状态下，多巴胺的合成与代谢均下降［15］。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［16］。SET技术中EXC指标是以Glu为代表的兴奋性氨基酸类神经递质。INH主要是指GABA，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［17-19］。

本实验中，前后2次检测神经递质全脑平均水平发现，DA和5-HT、INH和EXC同步下降，NE和ACh升高。这种成对的兴奋性递质与抑制性递质同步变化在以往其他项目如射击［20］等的研究中未观察到，这是否是集体项目的普遍现象，还是仅为研究中的偶发现象？尚需进一步的实验研究证实，其代表的生理学意义也需通过深入研究来阐述。

分析各脑区不同中枢神经递质前后2次检测值的变化，只观察到左中央区的5-HT显著上升，右中央区的DA显著下降，而EXC上升，在左枕区NE显著升高，右枕区NE显著下降。同一脑区左右两半球之间的神经递质无统计学差异。5-HT上升与DA下降，提示运动员在第2次检测时，由于即将面临亚运会比赛导致大脑兴奋性升高，大脑易发生紧张、焦虑、动作控制能力下降等问题。运动员需要大脑的整体技能水平与其专项运动素质同步升高，在比赛中才能较好发挥其运动水平。

4 小结

中国优秀女子橄榄球运动员大脑兴奋水平和大脑承受的运动负荷水平适中，但未达到最佳。各神经递质的全脑平均水平前后2次检测DA和5-HT、INH和EXC呈同步下降趋势，NE和ACh呈同步升高趋势。测试数据提示第2次检测时全队运动员大脑机能状态整体有所提高，但未达到最佳状态。

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