局部与全身疲劳对可预测外部扰动下姿势调整耦合的影响:中枢神经系统适应性策略的新发现

【字体: 时间:2025年04月06日 来源:European Journal of Applied Physiology 2.8

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  为探究局部和全身神经肌肉疲劳(NMF)对可预测外部扰动下姿势调整的影响,研究人员让 14 名参与者进行两种运动方案,对比疲劳前后姿势调整变化。结果显示,局部 NMF 降低肌肉激活和共激活,全身 NMF 引起短时间的相关增加。该研究有助于理解疲劳对动态环境中稳定性的影响。

  在日常生活中,我们时常会经历疲劳,比如长时间运动后的全身疲惫,或者长时间保持某个姿势后局部肌肉的酸胀。而疲劳对我们身体维持平衡的能力有着不可忽视的影响。直立站立姿势的维持需要中枢神经系统(CNS)精确地协调各种肌肉活动。当面临可预测的外部扰动时,CNS 会启动预期姿势调整(Anticipatory Postural Adjustments,APA)和补偿性姿势调整(Compensatory Postural Adjustments,CPA)。然而,目前对于局部和全身神经肌肉疲劳(Neuromuscular Fatigue,NMF)如何影响这些姿势调整的耦合,以及 CNS 在其中发挥的作用,还存在诸多疑问。为了深入了解这些问题,来自意大利维罗纳大学(University of Verona)的研究人员 Mauro Nardon、Francesco Piscitelli 等人开展了一项研究,该研究成果发表在《European Journal of Applied Physiology》上。
研究人员主要采用了运动学分析、表面肌电图(Electromyographic,EMG)和心肺代谢参数监测等技术方法。他们招募了 14 名健康男性参与者,让他们接受两种不同的运动方案:间歇性等长运动诱导局部 NMF(LocF),以及上肢长时间高强度运动诱导全身 NMF(GenF)。在运动前后,通过一系列测试评估参与者的姿势调整变化。
研究结果如下:
  1. 代谢反应:两种运动方案对代谢参数影响显著。GenF 方案诱导的代谢参数反应明显高于 LocF。在恢复阶段,GenF 运动后的代谢反应逐渐下降,而 LocF 的下降幅度较小,部分参数在恢复后期完全恢复。通过对代谢数据的分析得出此结论。
  2. CoP 位移:两种疲劳运动均导致直立稳态姿势下,摆动前 CoP 位移的均方根()和平均速度()显著增加,表明疲劳运动降低了姿势稳定性。通过计算摆动前 CoP 位移的相关指标得出。
  3. 关节运动学:局部 NMF 在疲劳运动后的早期恢复阶段(Post1),使肩部向后位移更大,同时改变了髋、膝、踝关节在不同时间点的角度,且这些变化在恢复阶段持续存在;全身 NMF 对肩部位移无明显影响,但也引起了髋、膝关节角度的变化,不过这种变化在恢复阶段相对短暂。通过运动捕捉系统记录关节角度变化得出。
  4. 姿势调整的 EMG 活动:局部 NMF 使多个肌肉在 APA 和 CPA 阶段的 EMG 活动和共激活降低;全身 NMF 则使部分肌肉在 APA 阶段的 EMG 活动和共激活增加,在 CPA 阶段部分肌肉的变化与局部 NMF 不同。通过对 EMG 信号的处理和分析得出。
  5. 共激活指数变化:局部 NMF 使部分肌肉对在 APA 和 CPA 阶段的共激活指数下降;全身 NMF 使部分肌肉对在 APA 阶段的共激活指数增加,在 CPA 阶段的变化则有所不同。通过计算肌肉对的共激活指数得出。
    研究结论和讨论部分指出,局部和全身 NMF 对姿势调整有着明显不同的影响。全身 NMF 导致下肢肌肉的 EMG 活动和共激活短时间增加,这是 CNS 为维持稳定性做出的策略性调整;而局部 NMF 使疲劳和非疲劳肌肉的激活和共激活均下降,可能是由于本体感觉反馈改变,且局部 NMF 引起的下肢关节运动学变化更持久。这些发现突出了 CNS 根据疲劳类型调整姿势控制策略的重要作用,即便生理恢复过程不同,CNS 也能通过调整运动指令和规划来应对疲劳状态,有助于我们更好地理解疲劳在动态环境中对身体稳定性的影响机制,为相关领域的研究和实践提供了重要参考 。
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