经颅磁刺激结合生物反馈训练效果探讨——以青少年网球运动员为例

王思玉, 陈旭衡

(南京体育学院,江苏 南京 210014)

5G时代来临,掀起了新一轮移动网络及人工智能技术的发展,也为体育强国建设带来新的发展机遇。科技发展涌现出许多新的康复产品,如经颅磁刺激仪、心率监测仪、生物反馈仪、超声理疗仪等。这些设备起初应用于医疗领域,在体医结合的社会背景下,一些医疗设备渐渐用于运动训练与康复领域。以经颅磁刺激仪为例,其在医疗行业用于精神疾患与运动障碍恢复治疗,国内外临床已明确其治疗的安全性。本文选取经颅磁刺激仪刺激大脑运动皮质区(M1区),结合外周生物反馈刺激仪器,运用“中枢—外周”模式对青少年网球运动员进行训练,探讨其训练效果。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

青少年男子网球运动员20名,平均年龄13.91±1.42岁,平均身高174.80±2.36 cm,平均体重58.11±5.74 kg。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

键入“经颅磁刺激、生物反馈、青少年网球、运动训练”等关键词,通过中国知网等查阅相关文献,为论文撰写提供理论支撑。

1.2.2 实验法

1.2.2.1 实验分组

将20名受试者随机分成2组,每组10人,A组采用经颅磁刺激结合生物反馈仪器进行训练和动作调整;B组采用假经颅磁刺激和生物反馈训练法进行训练。训练为期1个月,训练结束后采集受试者12 min跑、闭眼单足站、平面支撑、引体向上、立定跳远和T-测试成绩,以及受伤和伤病恢复情况。

入组标准:选取的实验对象无高血压、心脏病等高危心血管疾病史,近期无运动伤病史,无心理疾患,并与受试者签订知情同意书。

1.2.2.2 实验内容

经颅磁刺激组:磁刺激部位为大脑运动皮质区,刺激前需进行运动阈值的测量。磁刺激仪刺激M1区,MEP模块放置在拇短展肌刺激动作电位,刺激10次,有5次在50 μV以上,此时的刺激强度即为运动阈值。干预方案基于运动阈值制订。刺激选取依瑞德公司生产的YRD CCY-Ⅱ型经颅磁刺激仪。使用“8”字形线圈,刺激频率10 Hz,刺激时间1.5 s,刺激间歇时间10 s,治疗时间20 min,刺激强度为80%。磁刺激结束后使用生物反馈仪进行肌肉力量、力量耐力、力量准确性训练。力量训练时每次训练总时长15 min,根据仪器进行收缩与放松训练,每次收缩需达到最大强度的80%。力量耐力训练时间15 min,运动员持续收缩10 s,间歇5 s。力量准确性训练为游戏训练,通过肌肉力量控制电脑上人物的活动轨迹,完成游戏任务。3种训练方式都有电脑视频反馈,实时调整训练情况(借助肌电采集装置实现)。放松训练前进行肌肉放松状态下的肌电值前测,训练后给予肌肉电刺激,使肌肉肌电值在初始值以下。促进血液循环训练在5 Hz电刺激下进行。

假刺激组:假刺激组使用假刺激器进行M1区的模拟同步刺激,不产生刺激信号,进行同上的生物反馈训练。

经颅磁刺激仪刺激的部位为图1中的C3和C4位置,一般刺激左侧大脑运动皮质区,即图1中的C3位点。

1.2.2.3 实验器材(图1～图3)

1.2.3 数理统计法

整理实验数据,运用Spss24.0对实验数据进行分析。

图1 国际10～20系统安置电极法

图2 经颅磁刺激仪

图3 生物反馈仪

2 结果与分析

为保证干预的安全性,本次磁刺激使用的频率为10 Hz,运动强度为80%,避免诱发癫痫。同时，对外周肌肉进行力量和控制训练[1]。

2.1 身体素质指标分析

实验后对运动员的心肺、力量、灵敏性等进行测试,对比训练效果。

2.1.1 心肺机能

有氧能力是评价运动员心肺机能的重要指标,一般用12 min跑评价有氧运动能力。

由表1可知,磁刺激使中枢运动皮质区灵活性提升,生物反馈训练法使运动员力量训练和放松训练内容优化。训练中由于没有心肺能力指标的针对性方案,因此,监测运动员12 min跑的前后成绩差异性不显著。

表1 12 min跑运动评价

注:P<0.05表示指标变化具有差异性;P<0.01表示指标变化具有显著性差异;表2～表6同此

2.1.2 核心力量

平衡能力和腰腹力量是网球运动员不可缺少的能力,在完成高难度救球动作时,强大的核心力量及平衡能力能确保运动员动作完成的质量[2]。平衡能力和核心力量的简易测试指标常用闭眼单足站立来表示。

由表2可见,训练前后2组运动员的闭眼单足站立成绩差异不显著。实验中刺激受试者运动皮层M1区,此区域对运动员力量控制的影响较大,而闭眼单足站主要涉及运动员的平衡能力和协调能力,故刺激区域对运动员平衡能力的影响效果不明显。

表2 运动员训练前后闭眼单足站情况

2.1.3 肩带及上肢力量

磁刺激仪器作为新兴的医疗设备,已被证实对运动员运动控制能力的提升效果较为明显,可结合肌肉的功能性训练提升运动员的肌肉力量。肌肉力量分为上下肢及躯干力量,上肢力量的简易测试方法为引体向上。

上肢力量及上肢控制能力对网球运动员至关重要。青少年时期是网球技术与力量发展的“黄金期”,通过磁刺激中枢结合外周生物反馈训练进行上肢力量、力量耐力、运动控制等训练,促进运动员上肢肌肉的高质量增长。由表3可见,磁刺激组运动员训练前后引体向上具有显著性差异,假刺激组运动员训练前后引体向上具有差异性。磁刺激组平均值高于假刺激组,2种方法训练后差异不显著。大脑皮层M1区为运动皮质区,对身体活动控制起重要作用,通过刺激该区域,皮层阈值降低,兴奋性增高,肢体运动能力和肌肉力量相应增强。

表3 运动员训练前后引体向上情况

2.1.4 下肢爆发力

步法是网球运动员的基础技术,步法基于充沛的下肢肌肉力量实现,网球运动员下肢肌肉力量变化多是由于下肢运动疲劳、力量减弱所致[3]。通过磁刺激干预结合外周肌肉训练,可加强下肢肌力和力量耐力,放松肌肉,促进血液循环,提升下肢的运动控制能力,提高运动的经济性,避免运动损伤的产生。

由表4可见,通过磁刺激结合外周肌肉训练,运动员的下肢力量明显提升,训练前后立定跳远成绩有显著性差异。假刺激组训练前后有差异。运动皮质区是对下肢活动起调节作用的区域,刺激该区域,运动员的下肢活动能力会相应增强。

表4 运动员训练前后立定跳远情况

2.1.5 灵敏协调能力

网球运动对协调性和灵敏性要求极高,科学合理的训练有助于提升肌肉力量和运动表现。假刺激组缺乏肌肉训练的相关内容,各块肌肉力量强并不代表总体力量和运动成绩好。这要求我们在训练时不仅要注重各部位的肌肉力量训练,还要注重不同肌肉间的协调配合。磁刺激组除外周力量训练外,还使中枢运动皮质区的活性、运动控制能力和协调控制能力得到提升。

灵敏性和协调性对网球运动员的重要性不言而喻,T-测试常用来进行评价运动员的灵敏和协调能力。如表5所示,磁刺激组训练前后运动员的T-测试成绩差异显著,假刺激组运动员训练前后有一定差异,说明磁刺激组训练效果明显优于假刺激组。灵敏性基于良好的反应速度和肌肉控制能力,经颅磁刺激后运动员的运动阈值下降,神经兴奋性提升,肌肉力量和运动控制能力增强,运动员灵敏和协调能力得到相应提升。

表5 运动员训练前后T-测试成绩

2.2 生化指标分析

运动生化指标反映运动员身体机能状况的内在反应,运用生化指标监控运动员机能状态已较为成熟。可通过运动生化指标监测运动员的机能状态,评估运动强度,实时调整运动负荷,避免过度训练和运动损伤的发生。本研究采用训练后即刻与次日肌酸激酶(CK)值作为评价运动强度的指标。

如表6所示,假刺激组训练后即刻CK值上升较高,与训练前差异明显;训练后次日CK值下降较慢,提示假刺激组训练后对运动员的身体组织破坏大,运动员次日CK值未得到充分恢复,提示运动强度较大。而磁刺激组CK值上升幅度不高,次日又能得到有效恢复,训练后运动指标明显进步,提示磁刺激训练法较为科学。假刺激组运动员容易产生疲劳累积,进而导致伤病。

表6 运动员训练前后CK测试情况

2.3 伤病情况

伤病是运动员职业生涯的天敌,训练方法的更新与变革是以提升运动员的运动能力,减少运动伤病的发生率,延长职业生涯为出发点,但运动伤病难以避免。训练前对20名运动员运动损伤情况展开调查(表7),发现其存在不同程度的运动损伤。

表7 损伤部位情况 %

网球运动是隔网对抗类项目,虽没有激烈的身体接触,但其对运动员体能要求极高。许多运动员训练中过分追逐技术能力的提升而忽视体能训练,未充分认识到体能是技术发挥的基础,导致比赛中因体能不充分致使技术不到位,因而产生运动损伤。网球运动依靠步法移动和手持球拍击球进行对抗得分。步法移动对下肢肌肉力量、髋关节、膝关节和踝关节的要求极高,持拍和挥

拍技术对上肢力量、肩关节、肘关节和腕关节的力量要求较高。换言之,这些部位是运动损伤的多发部位。

网球运动员运动损伤类型多样,关节、肌肉和软组织等损伤屡见不鲜。根据损伤发生时间可分为急性损伤与慢性损伤。青少年运动员恢复能力强,因此,发生慢性损伤的可能性较小,急性损伤的发生率明显高于慢性损伤。

运动损伤的发生一般是在特定的情景中。训练、比赛和生活中出现的小意外可能诱发运动伤病。对20名青少年运动员运动损伤发生情景进行调查,发现比赛中发生运动损伤的概率远大于其他情景。

运动训练前后对2组运动员的运动损伤情况进行统计可知,磁刺激组运动损伤发生明显少于假刺激组(表8)。运动损伤发生的原因多种多样,很大一部分原因是青少年运动员忽视了训练后的放松和血液循环刺激[4]。运动后的放松训练能保证运动员的肌肉得到足够休息,确保乳酸清除和疲劳消减[5]。

表8 运动损伤情况

3 小结

科技进步为运动项目的发展提供了技术条件,网球运动应依托科技进步谋求发展。在体医结合的社会背景下,积极引入在临床上已被证实的有积极疗效的医疗设备进行运动训练和运动康复很有必要。磁刺激仪器近年广泛应用于运动领域,本文将其用于指导网球运动员的运动机能状态和心理状态调整具有很强的实践意义。