上肢肌肉疲劳对散打运动员动态平衡能力影响的探索性研究

徐 菁,曾锦树,陈 浩,王国宇,马国东,徐 飞

（1.杭州师范大学 体育与健康学院,浙江 杭州311121；2.吉林体育学院 运动人体科学学院,吉林 长春130022）

武术散打项目已正式加入世界锦标赛、亚运会和全运会。作为中华民族传统体育的代表项目之一,武术散打采用徒手相搏、相角的运动形式,突出"远踢、近打、贴身摔"的技法,具备实战技击性、防身健体等应用特征。在自由搏击规则的驱动下,站立格斗比赛已开始从单一项目向多项综合转变[1]。但从世界范围而言,散打项目的推广与认可度与自由搏击尚有差距,除项目竞赛内容、技法、战术不同外,散打项目的科学化训练与研究相对滞后,也是制约其推广与发展的重要原因。

散打的规则与属性决定了其无氧供能为主、有氧供能为辅的项目供能特征[2]。而无氧供能造成的乳酸堆积和肌肉疲劳是神经肌肉控制能力下降的重要机制[3]。目前,已发现下肢肌肉 疲 劳 会 导 致 跆 拳 道[4-5]、足 球[6]、篮 球[7]等 项 目 运 动 员 的 动 态平衡能力下降,导致损伤风险增加。但目前相关研究的重点集中于下肢疲劳对运动员平衡能力的影响,而散打、拳击等项目运动员的上肢肌肉疲劳（尤其是拳法应用）对动态平衡能力的影响尚不明确。从实战角度而言,散打的拳法既可以用于主动进攻,也可用于防守反击,还可用于调动和迷惑对方,转移对方注意力,为拳法、腿法和摔法的主动进攻创造有利条件[8]。基于此,本研究通过考察上肢肌肉疲劳对散打运动员动态平衡能力的影响,为同类项目运动员的科学化训练提供参考。

1 研究对象和方法

1.1 研究对象

8名男性散打运动员（国家一级运动员3人、国家二级运动员5人）参与本研究。基本情况：年龄21.3±1.8yr,身高164.5±6.38cm,体重65.1±7.6kg,训练年限8±2年。运动员无神经肌肉和心血管疾病,无肢体和躯干损伤,无上肢运动能力受限和平衡失调等功能障碍症状。每位运动员至少进行2次预测试,熟悉流程、测试内容及注意事项,休息5～7天后正式测试。正式测试前签署知情同意书。

1.2 研究设计

采用Wassinger等[9]和Flueck等[10]设计的运动员上肢疲劳测试方案（arm crank ergometry test）,通过运动结束即刻血乳酸（Blood Lactate,BLa）变化来评价上肢疲劳。具体方案：运动员首先通过上肢30s Wingate测试[10]测得最大输出功率,然后分别计算每位运动员50%、60%、70%、80%和90%最大输出功率作为递增测试的运动负荷[9]。运动员在手摇式功率车上热身5min、休息5min后开始测试。初始负荷为50%最大功率,每级负荷持续2min,各级递增负荷分别对应60%、70%、80%、90%最大功率。要求运动员进入最后一级负荷（90%最大功率）后全力摇车直至力竭,每名运动员的测试时间不低于9min（90%最大功率测试至少坚持1min）。根据血乳酸值结合YBT结果评价运动员动态平衡能力[9-10]。运动后即刻在30s内完成BLa指尖血取样,保存待测。随后进行YBT三个方向的测试,YBT测试在4min内完成。

1.3 测试指标

上肢疲劳测试：运动员递增负荷至力竭后,运动结束后即刻用YSI 1500 Sports Analyzer血乳酸分析仪（美国）测试血乳酸浓度评价上肢疲劳[11]。采用酶电极法原理,取5μL血乳酸样品,注入含有缓冲液的样品室,血乳酸样品与探头生物膜（酶膜）的乳酸氧化酶产生氧化反应,生成过氧化氢的电子流强度与乳酸浓度成正比[12]。血乳酸测试均由同一名实验员完成,仪器每测试5个样品,用标准品校准,严格按照说明书操作。

下肢动态平衡能力测试：运动员取站姿舒适位进行Y平衡测试（Y balance test,YBT）,踢球腿判定为优势腿,支撑腿为非优势腿[7,13]。先测试运动员优势腿的长度（仰卧位髂前上棘到同侧内踝中心的距离）,用于对YBT结果进行标准化处理[6-7]。由2名经验丰富的测试人员负责测试,1人负责评价运动员测试有效性,1人负责测量结果：若运动员测试中支撑脚移动、测试腿触地或不能回复到初始位并保持站姿平衡,双手离开髂前上棘均判定为测试无效,休息后重测取有效值[6]。YBT测试时双手叉腰、单腿支撑,依次测试优势腿前方（anterior,A）、后内侧方（postero-medial,PM）和后外侧方（postero-lateral,PL）所能达到的最大距离[7,14]。YBT三个方向各测试2次（共6次测试）,取最好成绩纳入统计分析,每位运动员的YBT测试均在4min内完成。根据测得数据计算YBT综合得分（YBT composite score,YBT-CS）以评价运动员动态平衡能力,YBT-CS计算公式：YBT-CS=（A+PM+PL）/3倍腿长（3×leg length）[7]。虽然YBT已被证明在评价不同人群动态平衡能力方面有可接受的信度[15-17],但尚未见其应用于散打运动员的有关研究,所以本研究通过计算2次独立测试结果的组内相关系数（Intraclass Correlation Coefficient,ICC）以评价重测信度（test-retest reliability）。

1.4 统计分析

结果以均值±标准差（mean±SD）表示。因变量为运动员YBT各方向（A、PM和PL）的距离、YBT综合得分（YBT-CS）和血乳酸指标。采用Kolmogorov-Smirnov test（K-S test）检验数据正态分布,因变量前测、后测均值的比较采用配对样本t检验（pair t-test）,统计显著性差异临界值设置为α=0.05（p＜0.05）。据因变量的前测、后测值计算标准化均值差的效应值（Effect size,ES）,ES=（前测均值-后测均值）/组内均值,ES大、中、小效应的临界值分别对应0.80、0.50、0.20[18]。

2 研究结果

2.1 散打运动员动态平衡能力的重测信度评价

两次YBT结果的组内相关系数（ICC）见表1。结果显示,YBT的前方（A）、后内侧方（PM）、后外侧方（PL）和综合评分（YBT-CS）重复测试结果的组内相关系数均高于0.90（ICC=0.91～0.93）,说明YBT测试结果具备很好的稳定性和可靠性。

表1 动态平衡能力的重测信度检验

2.2 运动员上肢递增负荷后血乳酸的变化

运动员安静时（前测）和上肢递增负荷测试后（后测）的血乳酸浓度分别为1.95±0.29mmol/L和7.98±0.98mmol/L,酸后测值显著高于前测值（t=12.66,p＜0.001）,见图1。

图1 运动员上肢递增负荷后血乳酸的变化

2.3 运动员上肢递增负荷后动态平衡能力的变化

运动员安静时YBT测试前方（A）、后内侧（PM）和后外侧方（PL）的距离和综合得分（YBT-CS）见表2。上肢递增负荷测试后,YBT三个方向的伸展距离与YBT-CS都出现降低,YBT-PM和YBT-PL伸展距离分别比前测值低0.02m,并无显著差异（p＞0.05,ES分为0.21和0.23）。但YBT-A伸展距离分别比前测值低0.05m,有显著差异且具有中高度效应水平（p<0.05,ES=0.63）。YBT-CS比前测值低,虽然无显著差异,但ES达到中等效应水平（p>0.05,ES=0.43）。

3 讨论

散打运动员作为典型的同场竞技格斗类项目,对体能和技术有很高要求,需要据对手情况灵活运用拳法、摔法和腿法等技术[19]。从技法角度来说,散打运动员的上肢相较于下肢与躯干的使用频率更高。因为散打拳法在实战中具有速度快和灵活多变的特点,能以最快速度和最短距离击中对手,但因为肌肉力量相对较小,所以更易于疲劳[8]。本研究通过上肢疲劳模型发现,散打运动员血乳酸浓度从安静时1.95±0.29mmol/L上升到运动后即刻的7.98±0.98mmol/L（p<0.001）,说明运动后即刻上肢肌肉的局部疲劳程度达到相对峰值。有研究证实,篮球运动员采用格斗绳测试上肢疲劳后的BLa达到13.6mmol/L[20],自由泳运动员200m比赛后即刻BLa为11.12mmol/L[21]。因为实战中的运动强度比实验室测试强度更高[22],推测散打运动员实战中上肢肌肉疲劳程度和血乳酸值很可能高于本测试结果。

散打项目对运动员的力量、爆发力、速度耐力素质都有高要求,高强度对抗造成的疲劳是导致运动员肌肉收缩能力下降的重要因素[3]。本研究发现,上肢疲劳对运动员动态平衡能力有消极影响（表2）,分析认为,散打运动员专项竞技能力需要上下肢协调、躯干核心力量传递、肌肉力量去支撑不同关节角度下的发力和稳定,上述能力主要涉及肌肉力量、神经肌肉控制、平衡和协调等多方面[19]。目前已证实,下肢肌肉疲劳会导致跆拳道[4-5]、足球[6]、篮球[7]等 项目运动员的动态平衡能力下降,而且下肢肌肉的静力性和动力性疲劳对动态平衡能力也有不同程度的负向影响[23-24]。但上肢肌肉的动力性疲劳对散打、拳击等格斗类项目运动员下肢动态平衡的影响尚不明确。本研究首次考察了上肢肌肉疲劳测试对运动员下肢动态平衡能力的影响,发现散打运动员上肢肌肉疲劳后,YBT前方伸展距离（YBT-A）和综合评分（YBT-CS）下降,且达到中等效应（ES分别为0.63和0.43）。这是一个很有意思的发现,因为以往研究多采用下肢运动为主的运动员作为研究对象（如篮、足球运动员）,考察下肢疲劳的运动方案对下肢动态平衡能力和损伤风险的影响[6-7,13]。

已有研究发现,局部疲劳和全身疲劳导致肌肉收缩能力和任务执行准确性下降[24],并对静力性站姿平衡有消极影响[25-26]。经典理论认为,BLa显著升高是肌肉疲劳的重要表现之一,疲劳导致经肌肉接头的兴奋性衰减,中枢和外周神经肌肉功能出现不同程度的下降[3],表现为肌肉收缩速度和输出功率下降,这也是某些体能主导类项目运动员竞技表现下降的重要生理机制[21-22,24]。本研究中,散打运动员上肢递增负荷测试后即刻BLa显著升高,确认了上肢肌肉疲劳（局部疲劳）。已证实,肌肉局部疲劳导致驱动肢体节段移动的原动肌肌力的下降,以及与关节稳定相关的肌肉、肌腱的稳定性下降（刚度下降）,可能是影响平衡能力的主要原因[27]。但平衡能力并非单一能力,是身体通过动态姿势调整（包括基础的稳定支撑）来控制惯性对身体的影响[24],平衡能力整合了视觉、肌肉本体感觉和空间位置觉（前庭觉）的影响对身体姿势进行综合调控的表现,涉及到生理学前馈、反馈等机制[22,24,28]。虽然普遍用BLa升高来解释下肢肌肉疲劳导致动态平衡能力下降的生理机制,但目前尚不明确上肢肌肉疲劳影响动态平衡的生理机制。因为影响运动表现的生理机制中,肌肉疲劳导致肌肉输出功率和神经肌肉兴奋性下降被视为外周效应,肌肉激活（muscle activation）的下降被视为中枢效应[3,14,24]。而平衡能力又主要通过中枢神经系统进行调控。所以就本研究目前的证据而言,尚无法明确上肢肌肉疲劳（局部肌肉疲劳）究竟是通过循环血BLa浓度显著增加或（和）中枢效应的调节途径而影响运动员的动态平衡能力,这需要将来设计更有针对性的研究加以证实。

表2 散打运动员上肢肌肉疲劳后动态平衡能力的变化

从生物运动链和专项技术角度而言,动态平衡能力对很多运动项目的重要性不言而喻[22]。因为大多数运动技术动作不是由单一肌肉或单关节完成,运动实践中的身体对抗和非平衡条件下的肌肉单边功率输出都很常见[22],所以核心肌群向四肢传输能量形成动力链,并募集更多躯干深层肌肉（群）参与运动[24]。Y平衡测试是动态平衡测试中最为常用的场地测试方法之一,主要通过单脚稳定支撑,另一只脚执行功能性动作以测评动态平衡能力[14]。因其具备良好的信效度与便捷性,已广泛应用于评价不同人群的动态平衡能力、踝关节不稳,以及损伤风险预测[6-7,14]。本研究的YBT测试与Butler等[29]测试足球运动员下肢动态平衡能力类似,他们重复测试了运动员优势腿的伸展距离,足球运动员射门时,需要优势腿（踢球腿）快速预摆、制动、和小腿折叠、加速鞭打发力,同时需要非优势腿（支撑腿）的稳定支撑。本研究也选取散打运动员YBT的优势腿进行测试,测试方案越接近专项运动的技术特征,研究结果具有更好的生态效度。以散打腿法为例,支撑腿做稳定支撑,优势腿折叠、加速鞭打（或侧踹）,完成进攻动作的同时还要保留攻防转换的余地。此时,运动员动态平衡能力不仅涉及到转体稳定性,还涉及肌肉带动髋关节屈伸运动的灵活性,从而起到传递双侧下肢或上下肢力量,控制身体在空间稳定姿势的作用[19]。因此,测试散打运动员优势腿的YBT,符合项目的重要技术特征,能够反映运动员的动态平衡能力。

Plisky等人[13]建立了肌肉功能下降与YBT伸展距离之间的量化关系,他们发现篮球运动员优势腿YBT在任一方向伸展距离差值超过4cm或前方伸展距离下降超过4.4cm时,表示下肢肌肉功能下降并预示损伤风险增加。本研究发现,上肢肌肉疲劳后,YBT结果呈现出特定的方向性差异（表2）：仅前方伸展距离（YBT-A）下降了5cm（p<0.05,ES=0.63）,这印证了Plisky等人[13]的研究结果。此外,另两项基于下肢疲劳测试对动态平衡能力影响的研究[23,29]也发现相似结果：Gribble等人[23]研究了髋、膝、踝关节疲劳对动态平衡能力的影响,Butler等人[29]对高中足球运动员的研究,都发现疲劳后YBT三个测试方向中,仅有前方伸展距离（YBT-A）,而不是后内侧方（YBT-PM）、后外侧方（YBT-PL）伸展距离显著下降。我们分析认为,这可能与测试方向有关,当运动员的腿尽力往前方伸展时,上肢和躯干的后倾会导致重心后移,该姿势在运动和功能性测试中较为少见,所以更容易因失去平衡导致摔倒。而腿往后方伸展时（后内侧方、后外侧方）,重心前移的情况很常见。散打出拳时也符合上述情况,出拳力量主要来源于后脚蹬地（重心前移）,转髋带动转肩送臂出拳,击中对方的瞬间制动；出拳时肩关节一般不超过前腿踝关节的垂直线,以免失去重心而被对手反击[8]。虽然YBT后内侧方（YBT-PM）、后外侧方（YBT-PL）的伸展距离降低了2cm,无统计学意义（p>0.05,ES=0.21～0.23）。动态平衡能力的综合得分（YBT-CS）降低,无统计学意义但有现实意义（p=02.41,ES=0.43）,说明散打运动员上肢肌肉动力性疲劳后,下肢整体的动态平衡能力降低,这对同类项目训练的实践与理论有一定的参考价值。

本研究测试方向的顺序为前方、后内侧方和后外侧方,虽然每个方向的测试时间不完全相同,但YBT整套测试均在4min内完成、测试方向的顺序相同且均测2次取最佳成绩,所以测试顺序和测试时间对YBT结果影响不大。因本研究只纳入了男运动员,故无法确认结果一定适用于散打或同类项目的女性运动员,需在将来的研究中进一步研究确认。虽然Gribble等人[23]发现,臀部肌肉疲劳对伸展距离的影响无显著性别差异,但YBT-PL和YBT-PM方向伸展距离的下降幅度存在显著性别差异（男性下降幅度显著高于女性）。此外,本研究为确认运动员上肢肌肉疲劳,选取常用的运动后即刻作为BLa采血时间点[20-21],虽然BLa结果证实了肌肉疲劳,但可能并非BLa的峰值水平。而且,作为一项探索性研究,本研究未能确认运动后不同恢复时间BLa下降的程度,所以无法精确评价不同上肢肌肉疲劳程度与动态平衡能力变化的关系。

综上,散打因其项目特殊性和技击动作的复杂性,运动员在保持身体平衡的同时完成进攻、防守和攻防转换。散打运动员的肌肉疲劳程度与动态平衡能力对肌肉工作效率和技术稳定性有重要影响。本研究结果提示,上肢肌肉要求较高项目（如散打、拳击、皮划艇等）的运动员进行训练时,应注意上肢疲劳对动态平衡能力的负面影响。如果下肢受伤的运动员进行上肢肌肉力竭性训练,也有可能导致动态平衡能力下降和损伤风险增加。通过对运动员上肢、肩带和脊柱稳定性进行针对性抗疲劳训练,对保持或提高运动员下肢和整体的动态平衡能力很可能有积极作用,也可能有利于降低下肢损伤风险。此外,如果用YBT评价运动员动态平衡能力,应考虑到上肢肌肉疲劳或损伤的影响。

4 结论

散打运动员上肢肌肉疲劳后,YBT前方伸展距离和总体的平衡能力显著降低。YBT在男子散打运动员中有较高的重测信度。说明针对散打运动员上肢进行性抗疲劳训练,对保持或提高下肢和整体的动态平衡能力有积极作用。