竞技速度攀岩运动疲劳时序性研究

肖随龙 李宏伟 张蕾

(1.江西应用技术职业学院;2.赣南师范大学体育学院 江西赣州 341000)

攀岩运动需要调动全身绝大部分肌肉，在受力点极小的情况下克服自身重力向上移动，而运动疲劳是影响速度攀岩成绩的重要因素［1］。生物反馈技术以其实时监控、无创、遥测的优势，在运动医学的疲劳程度监测工作中得到广泛应用［2］。因实验需要运动员在实验过程中达到疲劳指标，攀爬速度攀岩15m 标准赛道一次不一定能达到指标要求，反复攀爬过程中落地到再次攀爬，运动员生理机能处于恢复休息状态，因此，该研究采用高强度间歇（HIIT）运动方式，组间休息时间为每次攀爬到最高点至第二次攀爬起始点之间。使用生物反馈技术监测竞技速度攀岩中运动员的心率变异性（HRV）、表面肌电（sEMG）两项指标，根据指标变化特征确定运动员不同部位疲劳发生的时序性，进而针对薄弱环节进行专门训练，为攀岩科学化训练提供一定的理论基础。

1 对象与方法

1.1 实验对象

实验随机选取江西省攀岩队运动员12 名，其中国家健将、国家一级运动员共6 名，作为实验组；无运动员等级且有2.5年以上攀岩运动经历的运动员6名，作为对照组。受试者基本情况如表1所示。受试者无任何运动禁忌且无家族运动病史，在实验前48h 内无熬夜、过度饮酒或者剧烈运动等情况，饮食生活正常。此外，均在实验前进行了预实验，熟知实验流程。

表1 实验对象基本情况

1.2 实验仪器

生物电收集，选择奥地利的SCHUHFRTED 生物反馈仪；即刻最大心率的采集与监测，选择芬兰的SUUNTO远程心率遥测团队系统。

1.3 实验方法

受试者穿戴心率带以及其他信息采集装置，采用高强度间歇攀岩的运动方式，反复攀爬15m 国际标准赛道，直至达到疲劳指标。疲劳的判断通过实时监控最大心率的85%确定。实验需在受试者右侧尺骨茎突及侧腕曲肌群部位放置sEMG电极片，左侧乳头下方与喉结部位放置HRV电极片。

1.4 运动中疲劳状态的确定

疲劳状态的确定：在对运动员的反应时、闪光融合频率、即刻最大心率以及RPE 等指标进行测定且满足既定数值后，确定该运动员进入到疲劳状态。疲劳确定的综合指标见表2所示。

表2 疲劳确定的综合指标

1.5 数据处理

实验数据使用Excel软件收集整理，使用SPSS 23.0对所收集数据进行独立样本t检验、单样本t检验、单因素方差分析等统计学分析。P<0.05，表示数据具有显著性差异；P<0.01，表示数据差异非常显著。

2 结果

2.1 受试者安静、疲劳阶段HRV指标变化特征

对高水平攀岩运动员与普通运动员在安静、疲劳两个阶段的心率变异性指标，R-R 间期标准差（stan‐dard deviation，SDNN）、相邻NN 间期之差的均方根值（root mean square of successive differences，RMSSD）、NN间期的平均值标准差（standard deviation of deference between adjacent NN intervals，SDSD）、窦性心律不齐（absolute sinus arrhythmia、SAa）、相邻NN 之差大于50毫秒的个数占整个窦性心搏个数的百分比（percent of nn50 in the total number of rr intervals，PNN50）、LF、HF、LF/HF、HRV指数展开分析，所得结果信息如表3所示。经分析明确，高水平攀岩运动员与普通运动员二者在安静、疲劳两个阶段HRV 指标无显著性差异，但疲劳状态与安静状态相比，高水平攀岩运动员LF/HF 指标出现明显上升，且差异具有显著性（P<0.05），其他指标呈下降趋势（P<0.05）。疲劳状态时高水平攀岩运动员与普通运动员相比LF/HF 指标明显下降（P<0.05），其他指标有下降趋势，但差异不具显著性。

表3 攀岩安静、疲劳的HRV数值分析

2.2 受试者安静、疲劳阶段sEMG指标变化特征

对受试者安静、疲劳2 个阶段的表面肌电指标进行分析，结果见表4、表5、表6。

表4 攀岩高水平组安静、疲劳的sEMG数据值（μV）

表5 攀岩普通组安静、疲劳的sEMG数据值（μV）

表6 攀岩高水平组与普通组疲劳时的sEMG数据值（μV）

高水平攀岩运动员与普通运动员安静时，sEMG各项指标IEMG、RMS、MPF、MF 没有差异；但由安静进入疲劳状态，两组均呈显著性差异（P<0.05）；在疲劳时，高水平攀岩运动员与普通运动员各项指标均有差异（P<0.05）。

2.3 受试者安静、疲劳阶段生物反馈复合指标时序特征

受试者由安静进入疲劳时，不同指标出现变化的时序特征如图1 所示。由图1 可知，HRV 首先发生变化，其次是肌电，最后是皮电发生变化。由此可推测，受试者在攀岩运动中发生疲劳的顺序是由心脏到外周肌肉。

图1 生物反馈复合指标时序特征图

3 讨论

3.1 HRV在运动疲劳中的特征性变化

高强度间歇训练（high intensity interval training）是指运动时最小运动强度不低于80%VO2Max［3］，进行多次持续时间为几秒至几分钟的运动方式，让机体在不完全恢复的机能状态下反复训练，因其运动强度较大的特点，最早由竞技体育使用和推广。HRV（heart rat variability），心率变异性是指逐次心跳周期差异的变化情况。当前，HRV存在着众多的分析方法，主要包括频域分析法、时域分析法与非线性（混沌）分析法3 种类型［4］。在实际运动训练环节，HRV 凭借着自身无创伤性伤害影响、科学高效、操作便捷等优势，得以大范围推广与应用，为生物反馈监测工作的顺利展开带来全新的研究视角，迎来发展的新时期［5］。

高水平攀岩运动员HRV 会随着攀岩运动疲劳状态的变化而呈现线特征性变化。高水平攀岩运动员HRV 分析指标内，SDNN 体现出自主神经系统达到的张力水平，RMSSD 体现出迷走神经达到的张力水平，TP体现出自主神经能力，HF与VLF对应反映出迷走神经与交感神经具有的控制能力，LF则表现出交感神经改变的具体趋势［6-10］。而LF/HF 则表现出高水平攀岩运动员的交感神经以及副交感神经的相互作用情况。

该研究表明，高水平攀岩运动员的HRV 指标、SDNN、TP、VLF 都表现出持续下降的变化趋势，伴随HRV 指标pNN50 的不断降低，则高水平运动员达到的竞技水平出现显著的上升变化趋势（P<0.05），HRV 相关指标能够将高水平运动员当前的体能状况完整地展现出来，便于教练、运动员及时进行运动状态的调整。

该实验表明，高水平攀岩运动员在攀岩递增负荷运动中，随着运动负荷的递增，SD1 呈下降趋势，利用HRV指标对高水平运动员的运动强度适应情况进行评定，选择心律变异性对高水平运动员的自主神经进行评定具有合理性。该研究HRV首先发生变化，其次是肌电，最后是皮电发生变化。由此可推测，在攀岩运动中发生疲劳的顺序是由心脏到外周肌肉。

3.2 sEMG在运动疲劳中的特征性变化

经研究工作显示，当平均肌电值（AEMG）与确定性线段百分比（%DET）呈现出显著升高状态，并且Lempel-Ziv 复杂度C（n）与平均功率谱（MPF）呈现出显著降低状态时，表明运动员现阶段处在疲劳状态［11］。伴随运动员疲劳程度的持续增加，AEMG与%DET没有明显改变，而MPF 与C（n）却表现出显著递减的变化趋势［12］。有研究针对低氧环境以及不同运动状态等情况下的运动性疲劳肌电图具有的特征情况展开分析，阐释了疲劳状态下运动员肌电图变化特征及肌电信号特征改变的作用机制。

经实验分析，明确在递增强度的运动过程中，运动员出现运动性疲劳时，C（n）、MPF与%DET变化率对于运动强度表现出显著的依赖性特点；在肌肉疲劳的过程中，sEMG 信号有关的MPF 与C（n）表现出单调递减的整体变化趋势，而%DET 则表现出单调递增的整体变化趋势。针对运动性疲劳进行的评定工作中，%DET 变化率是相对理想的分析指标，具有一定的推广与应用价值［13］。有研究针对太极拳运动期间肌电信号的具体变化情况进行分析，明确维持仆步、野马分鬃以及搂膝拗步动作时，运动员支撑脚股外侧肌的MF、MFC、ZCR 以及AEMG 都低于股内侧肌。研究指出，MPF 与MF 是在对攀岩运动员的腕曲肌与腕伸肌功能水平进行评定期间具有显著的有效性［14］。

当前，国内有关sEMG 方面的研究趋向成熟状态，涵盖不同肌肉收缩状态下具有的肌电特征最大随意收缩产生的肌肉疲劳等众多方面的研究内容，并且研究期间用到的评定指标极为多样化。梳理国内现有研究工作明确，在运动员疲劳状态的监控工作中，用到相对较多并且操作实现更加便捷的指标就是中位频率（MF）、平均肌电值（AEMG）以及平均功率频率（MPF）［15-18］。

该研究表明，当攀岩运动员疲劳程度持续增加的情况下，其速度与步频将会下降，躯干扭曲的幅度增加，存在多余动作现象，且后仰持续增多，具有疲劳动作表现；伴随疲劳程度持续增加，运动员的腿部肌肉平均功率频率将会有所降低，且积分肌电持续增长。

该研究显示，伴随运动强度的持续增大，高水平攀岩运动员的MPF、MF、AEMG等指标显著下降的时间大幅度提前，能够通过对这些指标显著下降时间进行监测的方式，对运动员疲劳状态进行评定。

4 结语

攀岩运动员在攀岩运动直至疲劳的过程中，HRV、sEMG均出现特征性变化；该实验各指标发生变化的顺序为心功能指标HRV、sEMG。由此推测，攀岩运动员在攀岩运动中不同部位进入疲劳的顺序为先心脏，后外周肌肉；在竞技攀岩运动中，运动员从安静状态进入疲劳状态的顺序为心脏到外周肌肉。在攀岩运动员日常训练中，可针对性训练心肺功能、有氧运动能力，以提高运动成绩。