經(jīng)顱直流電刺激聯(lián)合神經(jīng)肌肉電刺激對(duì)賽艇運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的即時(shí)性影響

李佳莉，鄭曉鴻*，郭峰，畢學(xué)翠

(1.首都體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練研究所，北京 100191；2.沈陽(yáng)體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)學(xué)院，沈陽(yáng) 110102)

賽艇是奧運(yùn)會(huì)最古老的項(xiàng)目之一，通常比賽距離為2 000 m，完成時(shí)間為6～8 min。賽艇的生理機(jī)制十分復(fù)雜，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾乎要?jiǎng)佑蒙眢w的全部肌肉，不光要求運(yùn)動(dòng)員有很好的心肺功能，也要有很好的神經(jīng)肌肉控制能力[1]。賽艇作為典型的周期性耐力項(xiàng)目，訓(xùn)練過(guò)程以有氧耐力為主，力量訓(xùn)練其次，約占總體訓(xùn)練時(shí)間的13%[2]。熱身活動(dòng)是運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行訓(xùn)練或比賽前的必要環(huán)節(jié)，主要目的是激活運(yùn)動(dòng)員的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)、提高肌肉溫度和血流速度、加快代謝反應(yīng)，從而提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)[3]。隨著國(guó)際大賽日趨激烈，運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)不斷突破，依靠傳統(tǒng)訓(xùn)練很難在大賽中獲得更好成績(jī)。如今，體育需要借助于先進(jìn)的科技手段，助力運(yùn)動(dòng)員不斷挑戰(zhàn)極限。目前，用于提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)常用的輔助手段包括手法按摩[4-5]、振動(dòng)訓(xùn)練[6]、高壓氧倉(cāng)[7-9]和加壓訓(xùn)練[10]等。利用電刺激手段提高神經(jīng)肌肉控制能力的效果也受到越來(lái)越多的關(guān)注。

經(jīng)顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation，tDCS)是一種非侵入性刺激手段，通過(guò)置于大腦表面的電極，將微弱電流作用于大腦皮質(zhì)，可有效提升皮質(zhì)脊髓興奮性和調(diào)控小腦與大腦皮層間的功能連接[11]。tDCS具有價(jià)格便宜、使用方便、安全且?guī)缀鯖]有副作用的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于提高人體運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和幫助更快速地學(xué)習(xí)技能。

神經(jīng)肌肉電刺激(neuromuscular electrical stimulation，NMES)，也稱為肌肉電刺激。通過(guò)貼在皮膚表面的電極施加高頻(40～50 Hz)電流模仿中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)放的動(dòng)作電位，激活骨骼肌內(nèi)的神經(jīng)，進(jìn)而促進(jìn)肌肉的收縮活動(dòng)。盡管NMES并不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的力量訓(xùn)練，由于NMES募集肌肉方式不同于自主收縮，可以考慮將其作為有效的輔助訓(xùn)練手段。

根據(jù)中外相關(guān)研究，目前尚無(wú)將tDCS和NMES兩種電刺激手段聯(lián)合用于提高健康人群和專業(yè)運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的相關(guān)內(nèi)容。但在中風(fēng)患者運(yùn)動(dòng)康復(fù)的研究中發(fā)現(xiàn)，tDCS+NMES干預(yù)效果要好于單獨(dú)使用。Satow等[12]在對(duì)中風(fēng)患者的個(gè)案研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)三周的聯(lián)合刺激，患者無(wú)不適感，步行能力有所提高，并且效果持續(xù)1個(gè)月以上，認(rèn)為tDCS+NMES可作為一種新的康復(fù)手段用于促進(jìn)患者運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。Celnik等[13]研究認(rèn)為，tDCS+NMES是幫助中風(fēng)患者恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能更好的方式，效果要好于單獨(dú)的刺激手段，并且在停止干預(yù)后效果仍能持續(xù)6 d以上。Salazar等[14]研究發(fā)現(xiàn)，tDCS+NMES有助于提高中風(fēng)患者上肢和手部抓握能力。

鑒于上述研究和實(shí)踐中tDCS和NMES在運(yùn)動(dòng)功能促進(jìn)方面的可行性和有效性，將tDCS與NMES兩種方法聯(lián)合使用，研究其在提高賽艇運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)方面的效果。兩種刺激手段的共同之處在于都借助了生物電的原理干預(yù)運(yùn)動(dòng)功能；不同之處在于分別作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周神經(jīng)系統(tǒng)，在方法和理論上具有相關(guān)性和互補(bǔ)性。不同于以往的輔助熱身手段，tDCS和NMES從神經(jīng)肌肉控制方面入手，具有操作方法簡(jiǎn)單，設(shè)備可穿戴且不影響正常活動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。將tDCS+NMES引入賽艇運(yùn)動(dòng)員熱身活動(dòng)，通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)員測(cè)功儀測(cè)試成績(jī)和主要發(fā)力肌表面肌電信號(hào)的變化進(jìn)行分析，研究tDCS+NMES手段對(duì)賽艇運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的即時(shí)性影響，并為電刺激手段提升人體運(yùn)動(dòng)功能方面的研究提供參考。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選取16名男子公開級(jí)賽艇運(yùn)動(dòng)員作為測(cè)試對(duì)象(表1)，均經(jīng)過(guò)3年以上系統(tǒng)賽艇訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員身體健康，無(wú)嚴(yán)重傷病，能夠正常參加日常訓(xùn)練和測(cè)試。實(shí)驗(yàn)前告知受試者測(cè)試流程及注意事項(xiàng)，取得知情同意。

表1 受試者身體基本情況

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

將16名受試者被隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組(N=8)和對(duì)照組(N=8)，兩組受試者在年齡、身高和體重方面無(wú)顯著差異(P>0.05)。為不影響受試者在實(shí)驗(yàn)期間的日常訓(xùn)練，同時(shí)避免測(cè)試負(fù)荷和訓(xùn)練強(qiáng)度對(duì)結(jié)果的影響，將前后兩次測(cè)試分兩周進(jìn)行，并安排在周訓(xùn)練計(jì)劃的調(diào)整期。要求測(cè)試前運(yùn)動(dòng)員沒有攝入酒精或咖啡因，2 h以內(nèi)沒有攝入大量食物。

實(shí)驗(yàn)方案如圖1所示。第一周前測(cè)階段，兩組受試者在進(jìn)行常規(guī)熱身活動(dòng)后，完成100 m和500 m兩個(gè)距離的陸上賽艇測(cè)功儀全力測(cè)試，結(jié)果被記錄為前測(cè)數(shù)據(jù)。第二周后測(cè)階段，實(shí)驗(yàn)組受試者在測(cè)試前，執(zhí)行tDCS+NMES輔助熱身方案，對(duì)照組受試者執(zhí)行常規(guī)熱身方案，隨后兩組受試者進(jìn)行完成100 m和500 m陸上賽艇測(cè)功儀全力測(cè)試，測(cè)試結(jié)果被記錄為后測(cè)數(shù)據(jù)。熱身方案為20 min，包括5 min拉伸，10 min中等強(qiáng)度測(cè)功儀(約為60%最大功率)，5 min調(diào)整。實(shí)驗(yàn)組在后測(cè)前的熱身階段佩戴tDCS和NMES刺激15 min。熱身結(jié)束后給受試者安裝表面肌電測(cè)試儀，在相應(yīng)肌腹處對(duì)皮膚進(jìn)行擦拭去除可能干擾肌電信號(hào)的皮脂，將電極沿肌絲方向固定，檢測(cè)肌電信號(hào)并進(jìn)行最大隨意收縮百分比(maximum voluntary constriction, MVC)測(cè)試。先進(jìn)行測(cè)功儀100 m全力測(cè)試，休息15 min后進(jìn)行500 m全力測(cè)試，根據(jù)日常訓(xùn)練要求，測(cè)試時(shí)將測(cè)功儀阻力系數(shù)設(shè)置為130，過(guò)程中通過(guò)語(yǔ)言鼓勵(lì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行全力測(cè)試。測(cè)試結(jié)束分別記錄100 m和500 m全力測(cè)功儀測(cè)試的完成時(shí)間、分段成績(jī)、平均功率和表面肌電結(jié)果。

圖1 實(shí)驗(yàn)方案

1.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

(1)NMES刺激儀。NMES刺激手段采用了CompexSP8.0便攜式可編程刺激器單元，最大電流輸出120 mA，在實(shí)驗(yàn)組受試者雙側(cè)股四頭肌上施加NMES刺激。刺激持續(xù)時(shí)間400 ms，頻率75 Hz的矩形波脈沖電流。使用前用醫(yī)用酒精對(duì)皮膚進(jìn)行清潔，將2片正極無(wú)線電極，分別貼在股四頭肌遠(yuǎn)端內(nèi)外兩側(cè)如圖2所示，每個(gè)電極大小為5 cm×5 cm；將1片長(zhǎng)方形負(fù)極，貼在股四頭肌近端，電極大小為5 cm×10 cm。在刺激開始后，根據(jù)受試者的疼痛感受對(duì)NMES的刺激強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整，始終使刺激強(qiáng)度達(dá)到受試者最大耐受程度的70%。

圖2 NMES電極貼放位置(股四頭肌)示意圖

(2)tDCS刺激儀。tDCS刺激手段采用了Halo Sport 經(jīng)顱直流電刺激儀。電極為3個(gè)6.4 cm×4.4 cm的矩形電極，在使用之前，先將電極用生理鹽水潤(rùn)濕。電極置于頭頂上方，沿著Cz(Cz為大腦頂部的中央中線區(qū)域)中線中心位置，主要刺激部位是運(yùn)動(dòng)皮層的兩側(cè)(圖3)。在刺激開始后，電流在30 s內(nèi)逐漸增加，直到2 mA，然后在此水平下保持15 min。類似的刺激方案和刺激部位已經(jīng)在多個(gè)臨床實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了研究，證實(shí)了其方法的安全性。

圖3 tDCS電刺激區(qū)域示意圖

(3)測(cè)功儀。Concept Ⅱ測(cè)功儀是世界通用賽艇項(xiàng)目測(cè)功儀，測(cè)試過(guò)程中能夠記錄運(yùn)動(dòng)員平均速度和功率，搭配遙測(cè)心率帶記錄運(yùn)動(dòng)員的實(shí)時(shí)心率。賽艇測(cè)功儀是運(yùn)動(dòng)員常用的專項(xiàng)訓(xùn)練手段，盡管不能完全模擬水上訓(xùn)練，但是在運(yùn)動(dòng)方式上更加貼近專項(xiàng)，且不受環(huán)境影響并可記錄運(yùn)動(dòng)員的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。由于測(cè)功儀具有穩(wěn)定的輸出功率，使得其在評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)時(shí)具有高度的可靠性[15]。

(4)表面肌電測(cè)試儀。使用美國(guó)Delsys公司生產(chǎn)的無(wú)線表面肌電測(cè)試儀。EMG信號(hào)數(shù)模轉(zhuǎn)換比率為16 bit，采樣頻率為4 000 Hz。表面肌電技術(shù)(surface electromyography，sEMG)可以通過(guò)附在皮膚上的表面電極獲得大量關(guān)于肌電活動(dòng)的信息，被廣泛應(yīng)用于臨床、人體工程學(xué)等領(lǐng)域研究[16]。通過(guò)sEMG可記錄肌肉電信號(hào)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中隨著時(shí)間，電位幅值和頻率發(fā)生的變化。對(duì)肌電信號(hào)的分析包括時(shí)域分析、頻域分析、時(shí)頻分析等多種方式[17]。在運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中，可利用sEMG評(píng)價(jià)肌肉收縮特性、判斷肌肉疲勞情況、預(yù)測(cè)肌纖維類型、判斷肌肉發(fā)力順序從而對(duì)運(yùn)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行分析和評(píng)定運(yùn)動(dòng)員肌肉訓(xùn)練程度。該方法具有非侵入性、可實(shí)時(shí)監(jiān)控、能夠適用于不同場(chǎng)景、對(duì)特定肌肉進(jìn)行分析的優(yōu)點(diǎn)[18]。

1.3 肌電數(shù)據(jù)處理與分析

使用EMG works Analysis分析軟件對(duì)肌電數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。根據(jù)以往相關(guān)研究[19]，記錄運(yùn)動(dòng)員右側(cè)股二頭肌內(nèi)側(cè)頭、豎脊肌和背闊肌在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的肌電信號(hào)。對(duì)于原始肌電的處理通常要經(jīng)過(guò)濾波去除產(chǎn)生干擾的肌電信號(hào)，根據(jù)國(guó)際電生理運(yùn)動(dòng)學(xué)會(huì)(International Society of Electrophysiology and Kinesiology,ISEK)的建議，對(duì)原始的基線信號(hào)進(jìn)行濾波處理，為了去除動(dòng)作偽跡對(duì)肌電數(shù)據(jù)的影響，低通截止頻率為5 Hz，為了除高頻成分對(duì)肌電信號(hào)的影響，高通截止頻率選擇500 Hz。然后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全波整流，采用均方根振幅法。

肌電時(shí)域指標(biāo)選取均方根振幅(root mean square，RMS)、最大隨意收縮標(biāo)準(zhǔn)化值(max voluntary contraction，MVC)、積分肌電(integrate electromygraphy，iEMG)；頻域指標(biāo)選取平均功率頻率(mean frequency，MNF)和中值頻率(median frequency，MDF)指標(biāo)。

賽艇動(dòng)作分為拉槳階段和回槳階段，研究在拉槳階段肌肉收縮發(fā)力期間肌電的幅值和頻率變化。對(duì)原始肌電經(jīng)過(guò)濾波和整流的基礎(chǔ)上，通過(guò)幅度的閾值檢測(cè)法，確定肌肉活動(dòng)段的起止點(diǎn)，設(shè)置閾值Th=5。對(duì)分割后的活動(dòng)段進(jìn)行幅值和頻率的分析，每一個(gè)活動(dòng)段代表一個(gè)動(dòng)作周期內(nèi)肌肉用力。分析結(jié)果表示100 m和500 m全力測(cè)功儀測(cè)試中多個(gè)動(dòng)作周期的平均值。

1.4 數(shù)理統(tǒng)計(jì)

使用SPSS 19.0軟件對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，組內(nèi)比較采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)以分析各指標(biāo)在刺激前后的差異，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)以分析實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的差異，顯著性P設(shè)為 0.05。最終結(jié)果采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(M±SD)表示。

2 結(jié)果

2.1 測(cè)功儀全力測(cè)試結(jié)果

在100 m測(cè)功儀測(cè)試中(表2)，實(shí)驗(yàn)組在tDCS+NMES熱身干預(yù)后，完成時(shí)間、分段成績(jī)和平均功率都要好于前測(cè)，但不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。而對(duì)照組在以上運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)方面略有下降。后測(cè)階段，實(shí)驗(yàn)組測(cè)功儀運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)要好于對(duì)照組，但不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表2 100 m全力測(cè)功儀運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)

在500 m全力測(cè)功儀測(cè)試中(表3)，兩組受試者的測(cè)功儀運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)均有所提高，且在后測(cè)階段實(shí)驗(yàn)組的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)要好于對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行tDCS+NMES輔助熱身后 500 m全力測(cè)功儀的平均功率顯著高于實(shí)驗(yàn)之前(P=0.040，t=2.514)。

表3 500 m全力測(cè)功儀運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)

2.2 sEMG測(cè)試結(jié)果

2.2.1 股四頭肌sEMG變化

100 m全力測(cè)功儀測(cè)試中股四頭肌sEMG結(jié)果顯示(圖4)，在時(shí)域分析方面，兩組受試者RMS和iEMG在后測(cè)中均有所下降，后測(cè)中實(shí)驗(yàn)組股四頭肌RMS為183.68±116.69顯著高于對(duì)照組的113.71±42.45(P=0.011，t=1.594)。在頻域分析方面，對(duì)照組MNF和MDF呈下降趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)組呈上升趨勢(shì)，但不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

*表示實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組比較，P<0.05

500 m測(cè)試股四頭肌sEMG結(jié)果顯示(圖5)，在時(shí)域分析方面，所有受試者在后測(cè)中RMS和MVC降低；后測(cè)中實(shí)驗(yàn)組iEMG為161.30±40.15，對(duì)照組為111.34±36.88，實(shí)驗(yàn)組顯著高于對(duì)照組(P=0.021，t=2.592)；相對(duì)于前測(cè)，后測(cè)中實(shí)驗(yàn)組iEMG提高而對(duì)照組下降，但不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。頻域分析方面，對(duì)照組MNF和MDF均呈下降趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)組有所提高；后測(cè)中實(shí)驗(yàn)組MNF為95.34±12.66顯著高于對(duì)照組81.18±11.67(P=0.036，t=2.352)，且實(shí)驗(yàn)組MDF為83.19±11.64也顯著高于對(duì)照組67.49±11.58(P=0.017，t=2.703)。

*表示實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組比較，P<0.05

2.2.2 豎脊肌sEMG變化

100 m全力測(cè)功儀測(cè)試豎脊肌sEMG結(jié)果顯示(圖6)，在時(shí)域分析方面，對(duì)照組RMS、iEMG和MVC有所下降，實(shí)驗(yàn)組RMS、iEMG提高M(jìn)VC下降，但不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在頻域分析方面，兩組受試者M(jìn)NF和MDF均有所提高，在后測(cè)中實(shí)驗(yàn)組頻域指標(biāo)高于對(duì)照組，但不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖6 100 m全力測(cè)試豎脊肌sEMG變化

500 m全力測(cè)功儀測(cè)試豎脊肌sEMG結(jié)果顯示(圖7)，在時(shí)域分析方面，兩組受試者RMS、iEMG和MVC均有所下降，在后測(cè)中實(shí)驗(yàn)組MVC為42.96±21.72顯著低于前測(cè)的56.87±34.02(P=0.045,t=2.443)。在頻域分析方面，兩組受試者M(jìn)NF和MDF均有所提高，在后測(cè)中實(shí)驗(yàn)組頻域指標(biāo)高于對(duì)照組，但不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

*表示實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組比較，P<0.05

2.2.3 背闊肌sEMG變化

100 m全力測(cè)功儀測(cè)試背闊肌sEMG結(jié)果顯示(圖8)，在時(shí)域分析方面，兩組受試者RMS、MVC和iEMG水平均有所提高，在后測(cè)中實(shí)驗(yàn)組RMS和iEMG水平高于對(duì)照組，但不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在頻域分析方面，對(duì)照組后測(cè)MNF67.95±15.89較前測(cè)MNF76.97±21.65顯著降低(P=0.021,t=2.949)，實(shí)驗(yàn)組頻域指標(biāo)有所提高；后測(cè)中實(shí)驗(yàn)組MNF87.14±16.07顯著高于對(duì)照組67.95±15.89(P=0.031,t=2.402)；后測(cè)中實(shí)驗(yàn)組MDF75.45±16.28顯著高于對(duì)照組55.48±17.40(P=0.033,t=2.371)。

*表示實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組比較，P<0.05；#表示前測(cè)與后測(cè)比較，P<0.05

500 m全力測(cè)功儀測(cè)試背闊肌sEMG結(jié)果顯示(圖9)，在時(shí)域分析方面，后測(cè)中實(shí)驗(yàn)組RMS、MVC和IEMG均高于對(duì)照組，但不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在頻域分析方面，實(shí)驗(yàn)組頻域指標(biāo)有所提高，且在后測(cè)中實(shí)驗(yàn)組MNF86.82±18.10顯著高于對(duì)照組64.14±17.03(P=0.022,t=2.581)，實(shí)驗(yàn)組MDF75.32±18.21顯著高于對(duì)照組51.38±19.02(P=0.022，t=2.572)。

*表示實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組比較，P<0.05

3 討論

3.1 tDCS+NMES對(duì)賽艇測(cè)功儀運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的影響

通過(guò)不同距離賽艇測(cè)功儀測(cè)試，分析賽艇運(yùn)動(dòng)員的專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，是目前常用的訓(xùn)練監(jiān)控手段。和2 000 m比賽距離測(cè)試相比，100 m和500 m全力測(cè)功儀測(cè)試不會(huì)引起運(yùn)動(dòng)疲勞的積累，從而對(duì)日常訓(xùn)練影響較小，且相關(guān)研究表明，其測(cè)試結(jié)果與2 000 m測(cè)試成績(jī)高度相關(guān)[20-21]。首次采用在熱身階段同時(shí)加入tDCS和NMES兩種刺激手段，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在提高運(yùn)動(dòng)員500 m全力測(cè)功儀測(cè)試的平均功率方面，要顯著優(yōu)于常規(guī)熱身方案(P=0.040，t=2.514)。經(jīng)過(guò)tDCS+NMES干預(yù)，實(shí)驗(yàn)組在100 m和500 m全力測(cè)功儀測(cè)試的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)呈現(xiàn)出好于對(duì)照組的趨勢(shì)，可能受樣本量影響，未來(lái)值得做進(jìn)一步研究。因此，tDCS+NMES在提高賽艇運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和作為賽前輔助熱身手段，具有一定的理論研究和實(shí)踐意義。

100 m全力測(cè)功儀測(cè)試可以反映運(yùn)動(dòng)員的爆發(fā)力和神經(jīng)肌肉動(dòng)員能力，這是賽艇運(yùn)動(dòng)員提升槳頻，增加每槳輸出功率的基礎(chǔ)。在100 m全力測(cè)功儀測(cè)試中，人體主要以無(wú)氧供能為主，并且能夠反映賽艇運(yùn)動(dòng)員的專項(xiàng)最大力量和峰值功率。Nurjaya等[22]研究發(fā)現(xiàn)，賽艇運(yùn)動(dòng)員的無(wú)氧能力在啟航后的250 m內(nèi)和最后的沖刺階段發(fā)揮重要作用，劃船時(shí)的峰值功率能夠有效預(yù)測(cè)賽艇運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。研究表明，tDCS提高專業(yè)賽艇運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，可能與大腦雙側(cè)半球的同步性提高有關(guān)[23]。Nitsche等[24]研究發(fā)現(xiàn)，tDCS可以改變大腦的興奮性，并且在進(jìn)行9～13 min的刺激后，影響效果可持續(xù)最長(zhǎng)達(dá)90 min。研究表明，NMES疊加抗阻訓(xùn)練可提高賽艇運(yùn)動(dòng)員測(cè)功儀功率，并改善運(yùn)動(dòng)員整體的肌纖維募集同步性和下肢的屈伸協(xié)調(diào)能力，增強(qiáng)賽艇運(yùn)動(dòng)員的專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)[25]。Kots[26]將NMES用于提高專業(yè)運(yùn)動(dòng)員肌肉力量，發(fā)現(xiàn)效果優(yōu)于主動(dòng)收縮。

500 m全力測(cè)功儀測(cè)試是評(píng)價(jià)賽艇運(yùn)動(dòng)員力量耐力和無(wú)氧供能能力的手段，并且結(jié)果與2 000 m測(cè)試成績(jī)具有高度相關(guān)(r=0.96，P<0.001)[21]。有研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行全力運(yùn)動(dòng)1～2 min，攝氧量、心率和乳酸水平即可達(dá)到峰值[27]。因此在進(jìn)行500 m全力測(cè)試中，運(yùn)動(dòng)員不光要發(fā)揮出最大的肌肉力量，最大程度動(dòng)員供能系統(tǒng)，還要提高機(jī)體抗疲勞能力。目前,關(guān)于tDCS的相關(guān)研究表明，在訓(xùn)練前采取 tDCS手段可提高極限負(fù)荷下的功率自行車運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，并降低主觀疲勞感[28]。提高運(yùn)動(dòng)中的抑制控制能力，緩解運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的不適感[29]。以往的研究發(fā)現(xiàn)，與自主收縮不同的是，NMES能夠同時(shí)募集慢肌纖維和快肌纖維[30]，并且在NMES刺激下肌肉的代謝方式與自主收縮相同，只是NMES的作用具有空間特異性，導(dǎo)致局部肌肉糖異生增強(qiáng)，而自主收縮下參與做功的所有肌肉能量代謝都相應(yīng)增加[31]。因此，采用tDCS+NMES方式熱身的受試者，500 m全力測(cè)功儀表現(xiàn)提高的原因，可能與高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)下主觀疲勞降低，熱身過(guò)程在保證不過(guò)度消耗機(jī)體能源物質(zhì)的基礎(chǔ)上，股四頭肌的肌纖維被充分動(dòng)員有關(guān)。

3.2 tDCS+NMES對(duì)賽艇運(yùn)動(dòng)sEMG的影響

對(duì)賽艇測(cè)功儀測(cè)試中拉槳階段，運(yùn)動(dòng)員股四頭肌、豎脊肌和背闊肌這3個(gè)部位的肌電變化進(jìn)行研究。拉槳階段是為賽艇前進(jìn)提供動(dòng)力的重要階段，對(duì)賽艇拉槳技術(shù)的表面肌電特征的分析發(fā)現(xiàn)，背闊肌、股四頭肌內(nèi)側(cè)頭和肱二頭肌在拉槳階段起著重要作用[32]。拉槳瞬間蹬腿，下肢肌肉首先被激活，隨后軀干打開背闊肌被激活，最后手臂積極拉槳。在拉槳過(guò)程中豎脊肌既要保持核心穩(wěn)定又要銜接下肢和上肢使力量有序傳遞，形成高度協(xié)調(diào)的連貫動(dòng)作。

由于肌肉運(yùn)動(dòng)起始于動(dòng)作電位引起的肌纖維收縮，肌肉收縮時(shí)產(chǎn)生的電勢(shì)變化，可通過(guò)表面肌電技術(shù)sEMG進(jìn)行記錄和分析。在sEMG時(shí)域分析中選取3個(gè)主要指標(biāo)：RMS反映了sEMG信號(hào)在時(shí)間維度上的振幅變化；IEMG反映肌肉收縮期內(nèi)參與活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位放電總量；MVC反映了在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中的肌肉放電量占該肌肉進(jìn)行最大隨意收縮放電量的百分比。在sEMG頻域分析中選取兩個(gè)主要指標(biāo)：MNF和MDF。Phinyomark等[33-34]研究發(fā)現(xiàn)，肌肉疲勞時(shí)肌電功率譜中心頻率(CF)由高頻向低頻轉(zhuǎn)移。之后的研究也指出MNF和MDF是利用sEMG技術(shù)評(píng)價(jià)肌肉疲勞的金標(biāo)準(zhǔn)。單次的肌纖維收縮不足以引起有效的運(yùn)動(dòng)，所以在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中肌纖維要經(jīng)過(guò)一連串持續(xù)快速地收縮。通過(guò)調(diào)整肌纖維收縮頻率改變肌肉力量的現(xiàn)象稱為肌肉分級(jí)反應(yīng)。當(dāng)產(chǎn)生疲勞時(shí)會(huì)降低中樞神經(jīng)發(fā)放信號(hào)的強(qiáng)度，減弱皮層和肌肉間的耦合強(qiáng)度，導(dǎo)致肌肉力量的波動(dòng)性增強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)單位募集程度、肌電信號(hào)幅值和肌肉放電頻率減弱[35-36]。

通過(guò)對(duì)不同距離下股四頭肌sEMG測(cè)試結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)，100 m測(cè)試中股四頭肌RMS和500 m測(cè)試中股四頭肌IEMG顯著高于對(duì)照組；500 m測(cè)試中股四頭肌MNF和MDF顯著高于對(duì)照組。由此說(shuō)明，股四頭肌在tDCS+NMES輔助手段干預(yù)下，肌肉的放電量和放電頻率顯著提高。由于股四頭肌是拉槳階段的主要?jiǎng)恿?lái)源，實(shí)驗(yàn)組在tDCS+NMES聯(lián)合干預(yù)下運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的提高與該部位肌肉募集程度提高，肌肉力量增強(qiáng)有關(guān)。當(dāng)肌電振幅和頻率同步升高，可以反映肌肉力量的增加[18]。與對(duì)照組相比在進(jìn)行tDCS+NMES干預(yù)后，實(shí)驗(yàn)組在肌電水平和運(yùn)動(dòng)成績(jī)方面都要好于對(duì)照組。由此可以推測(cè)，tDCS+NMES熱身過(guò)程促進(jìn)股四頭肌動(dòng)員了更多的運(yùn)動(dòng)單位，使得肌肉能夠發(fā)揮出更大力量，為運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的提高創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。

通過(guò)對(duì)不同距離測(cè)試中豎脊肌sEMG測(cè)試結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)，盡管在后測(cè)中實(shí)驗(yàn)組在時(shí)域分析和頻域分析方面都好于對(duì)照組，但兩組受試者前后兩次測(cè)試變化趨勢(shì)基本相同，不具有顯著差異。僅在100 m測(cè)試中發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組后測(cè)階段MVC顯著下降，可能與測(cè)試前受試者肌肉最大隨意收縮能力提高有關(guān)。由于MVC測(cè)試安排在每次熱身后進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)組在后測(cè)中豎脊肌經(jīng)過(guò)熱身干預(yù)后最大力量高于前測(cè)，這可能是導(dǎo)致比值下降的主要原因。由于NMES主要針對(duì)股四頭肌，因此對(duì)豎脊肌的肌肉募集程度影響有限。此外，在賽艇運(yùn)動(dòng)中，豎脊肌主要起到核心的穩(wěn)定支撐作用，在發(fā)力階段的占比要小于股四頭肌和背闊肌。因此推測(cè)：tDCS+NMES的效果與刺激部位、肌肉體積和在專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)中肌肉做功程度有關(guān)。通過(guò)對(duì)不同距離下背闊肌sEMG測(cè)試結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)，干預(yù)效果主要體現(xiàn)在肌肉放電頻域上。在sEMG頻域分析方面，在100 m和500 m測(cè)試中，實(shí)驗(yàn)組后測(cè)MNF和MDF均顯著高于對(duì)照組。在時(shí)域分析方面兩組受試者變化趨勢(shì)基本相同，未有顯著差異。說(shuō)明在熱身階段使用tDCS+NMES，可提高運(yùn)動(dòng)神經(jīng)興奮性，增加背闊肌放電頻率。由于NMES主要作用于股四頭肌，對(duì)未作用部位的背闊肌肌肉放電幅值影響有限。且背闊肌與大腦皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)中樞更近，可能對(duì)tDCS的刺激更敏感。

選取賽艇運(yùn)動(dòng)中拉槳階段3個(gè)部位的主要發(fā)力肌進(jìn)行表面肌電的分析，結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)組的3個(gè)部位的肌電振幅和頻率都較對(duì)照組有所提高，且變化趨勢(shì)一致。研究表明，肌肉間同步性和相關(guān)性增加，運(yùn)動(dòng)單位以更加協(xié)調(diào)的方式用力，有助于克服疲勞所引起的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元興奮性降低，這是人體完成復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)[37]。對(duì)于賽艇運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)，身體協(xié)調(diào)能力十分重要，在劃船過(guò)程中有利于功率的輸出和提高動(dòng)作效率。Zainuddin等[38]研究認(rèn)為，在訓(xùn)練過(guò)程中強(qiáng)化專項(xiàng)技術(shù)動(dòng)作，提高身體協(xié)調(diào)能力，可提高賽艇運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。由此推測(cè)，在熱身階段采用tDCS+NMES刺激方案，對(duì)不同部位肌肉間協(xié)調(diào)能力的改善，也是影響最終運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的因素。

人體的運(yùn)動(dòng)控制由神經(jīng)肌肉復(fù)雜系統(tǒng)完成，涉及中樞神經(jīng)系統(tǒng)、外周神經(jīng)、感受器、肌肉、骨骼系統(tǒng)等多方面，具有高度的隨機(jī)性和復(fù)雜性[39]。力量的產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)單位的募集方式有關(guān)。Clamann[40]研究認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)單位的力量主要取決于肌纖維特定張力、肌纖維數(shù)量、運(yùn)動(dòng)單位內(nèi)部神經(jīng)比例。神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)單位的募集機(jī)制是提高骨骼肌工作效率的基礎(chǔ)。力量大小與肌肉激活程度密切相關(guān)：中樞神經(jīng)系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)單位的募集數(shù)量及其放電速率來(lái)控制肌肉力量的產(chǎn)生；隨著力量提高，越來(lái)越多的運(yùn)動(dòng)單位被募集，放電頻率也會(huì)增加。

tDCS的影響在于改變大腦皮質(zhì)的神經(jīng)興奮性，通過(guò)作用電極的極性不同產(chǎn)生神經(jīng)細(xì)胞的興奮或抑制效應(yīng)。當(dāng)大腦皮質(zhì)處于興奮狀態(tài)可有利于動(dòng)作技能的獲得，對(duì)力量和速度有一定改善；當(dāng)大腦處于抑制狀態(tài)可有利于疲勞感的消除和緩解賽前緊張情緒。研究發(fā)現(xiàn)，tDCS作用于皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)中樞，能夠提高神經(jīng)元放電率，從而提高皮質(zhì)脊髓興奮性，并在神經(jīng)可塑性基礎(chǔ)上對(duì)運(yùn)動(dòng)控制能力產(chǎn)生廣泛和持續(xù)的影響[41-42]。早期研究表明，tDCS對(duì)神經(jīng)元活動(dòng)的影響，可能是由于細(xì)胞膜電位差的變化，引起膜極化水平的閾值發(fā)生改變[43]。通過(guò)研究腦電圖分析tDCS對(duì)大腦皮質(zhì)功能的影響發(fā)現(xiàn)tDCS不僅能夠影響靜止?fàn)顟B(tài)下的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而且對(duì)與運(yùn)動(dòng)任務(wù)相關(guān)的大腦皮質(zhì)興奮性具有促進(jìn)作用[44]。張娜[39]研究了在tDCS對(duì)賽艇運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)影響，發(fā)現(xiàn)對(duì)受試者進(jìn)行每周5次，每次20 min的tDCS刺激可提高專業(yè)賽艇運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，增加大腦半球間的協(xié)調(diào)性。研究表明，與自主收縮形式相比，NMES募集的運(yùn)動(dòng)單位數(shù)量更多[45]，NMES更容易激活Ⅱ型肌纖維，提高肌肉中快肌纖維比例[46-47]。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)NMES作用后，肌肉會(huì)在自主收縮時(shí)首先激活大的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，使更多的運(yùn)動(dòng)單位參與活動(dòng)，從而提高肌肉的收縮力量[48]。研究表明，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的電刺激訓(xùn)練，肌纖維橫截面積顯著增加[49]。

NMES除了作用于外周神經(jīng)，使運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元去極化直接引起肌肉收縮外，還可增強(qiáng)脊髓前角運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元活動(dòng)[50]。改變大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的傳播方式[51]。研究發(fā)現(xiàn)，下肢施加NMES刺激與該部位的大腦運(yùn)動(dòng)區(qū)活躍程度存在劑量效應(yīng)關(guān)系[52]。通過(guò)成像技術(shù)已經(jīng)確定，在外周神經(jīng)施加電刺激會(huì)激活大腦皮質(zhì)感受區(qū)。這可能是由于NMES產(chǎn)生的傳入信號(hào)與中樞發(fā)放的神經(jīng)活動(dòng)相關(guān)聯(lián)，使中樞神經(jīng)產(chǎn)生適應(yīng)，相應(yīng)調(diào)整突觸活動(dòng)，形成神經(jīng)可塑性改變，促進(jìn)運(yùn)動(dòng)功能的提高[53]。此外，基于神經(jīng)的可塑性，當(dāng)外周感覺神經(jīng)和中樞運(yùn)動(dòng)神經(jīng)同時(shí)激活的情況下，皮質(zhì)—脊髓興奮性持續(xù)提高[54],運(yùn)動(dòng)皮層突觸電位長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)增強(qiáng)[55]。

綜上可知，tDCS和NMES兩種常用的電刺激手段，基于神經(jīng)可塑性機(jī)制，分別在中樞系統(tǒng)和外周系統(tǒng)兩個(gè)方面提高神經(jīng)肌肉激活程度，均可起到提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的作用。研究結(jié)果表明，在賽艇運(yùn)動(dòng)熱身階段同時(shí)使用tDCS和NMES，對(duì)即刻的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)具有促進(jìn)作用，未來(lái)在使用方案和作用機(jī)制上還有待進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

(1)在熱身階段使用tDCS+NMES的效果優(yōu)于常規(guī)熱身運(yùn)動(dòng)，可作為提高賽艇運(yùn)動(dòng)員即刻測(cè)功儀運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的輔助刺激手段。

(2)tDCS+NMES聯(lián)合電刺激方案能提高運(yùn)動(dòng)員神經(jīng)肌肉動(dòng)員能力，在爆發(fā)力、無(wú)氧耐力和全身肌肉間協(xié)方面具有一定效果。

(3)tDCS+NMES作用效果可能與刺激部位、專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)中肌肉做功大小有關(guān)，未來(lái)仍有待在作用機(jī)制、方案設(shè)計(jì)和實(shí)踐應(yīng)用方面做進(jìn)一步研究。