疲勞的新定義

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在學術界(甚至一般應用)中,「疲勞」的定義為身體(肌肉)再沒有能力去産生和維持原有力量輸出,亦有部分人認為「疲勞」是主觀情感:當我們「感到疲倦」時,我們相信身體已再沒有能力支持下去(Hagberg,1981)。他們所持的理由是,在進行或完成高強度運動時,經血液供應到肌肉的物質(如氧氣)會因肌肉內的酸鹼失衡及纖維結構改變而不足應付需要,繼而阻礙能量的產生,使肌肉力量遞減。亦即是說,運動員在達到「絕對疲勞點」時便不能繼續下去。可是,這「疲勞」的定義及現象在近年已被推翻:「疲勞」不單是身體機能的問題或變化,而大腦發出的信號也是重要因素。

在2000年,學者Noakes指出,迄今仍沒有任何研究能清晰證明骨胳肌在最大工作狀態下會出現無氧、低氧或局部缺血的情況。相反,有不少研究證明一些耐力運動,以及在炎熱或在高原條件下進行的運動中,因「疲勞」而停止的運動員的骨胳肌中並無呈現無氧、低氧或局部缺血狀態。第二,在從事較長時間的運動中,運動員的肌肉運動單元的募集動員程度只是在30-50%,說明傳統的外周疲勞理論所假設的「絕對疲勞點」是不存在的* (Noakes,St Clair Gibson和Lambert(2005))。

*根據傳統的外周疲勞理論,「募集動員」是指當某一組肌肉力量遞減甚至負荷不了時,它會募集更多肌肉運動單元以維持力量輸出。

外周疲勞理論亦解釋,「疲勞」感覺是中樞神經對外周器官(尤其是活性肌肉)的生理和新陳代謝變化的意識知覺:大腦感受到新陳代謝和其它生理變化逐漸損害肌肉的收縮功能的而覺得「疲勞」。但是,沒有一個研究能清楚地建立某一生理變量與主觀疲勞感覺的直接關係。 相反,一些研究(Barker, De Bruijn, Immelman,et al.,1995;Coetzer, Lockyer, Schorn, et al.,2000)卻證明「疲勞意識」與「運動强度」並無直接關係。以慢性疲勞綜合症的患者為例:他們在休息時也會感到疲倦及十分厭惡運動。但是他們本身的運動能力與症狀的嚴重程度並沒有必然關係。這說明了「疲勞」一定是與大腦神經衝動的變化有關。最後,「外周疲勞模型」亦不能解釋不同强度和進行時間的節奏控制(pacing)。

節奏策略(Pacing Strategy)

「節奏策略」是指大腦憑「記憶」運動時的環境,去調節身體能量輸出,使我們能發揮出最佳表現。

實驗一
運動:4公里單車間歇訓練
研究人員:Ansley et al. (2004)

2004年,研究人員在實驗室環境下,對受過高水平訓練的單車運動員進行三組4公里單車間歇訓練,測量他們的功率輸出(力量x速度)、血乳酸、心率及綜合積分肌電圖。採用間歇訓練,是因爲間歇訓練是最劇烈的身體運動形式之一:運動員反復以幾乎最大努力進行多組運動負荷,而在每組運動負荷之間只有很短的恢復期。研究人員發現,在每次測驗的最後階段,每位運動員的肌肉力量輸出(功率輸出)皆會上升而不是下降,說明大腦(中樞神經)自己是有一套「節奏策略」,控制身體機能活動。

St Clair Gibson, et al.(2006)具體解釋了運動過程中節奏策略的中樞管理模型:大腦控制中心在運動前根據終點確認先前類似距離或持續時間的運動經歷,整合內部(新陳代謝)和外部(環境)的狀況後的而建立一套算法模型(algorithm)。在運動過程中,新陳代謝接受器、疼痛接受器、熱感覺接受器、心血管壓力接受器和力量接受器會發出訊息到大腦的「距離預期節奏中心」。
如果大腦認為現在的節奏太快,將會對運動員生理系統造成不可逆的傷害時,便會傳出神經指令,調整「節奏策略」,減少功率輸出和新陳代謝速率。反之,如果節奏太慢,中樞系統將會加快功率輸出和新陳代謝速率。這種外周生理系統和大腦算法中心的信息處理的作用,在于維持機體的動態平衡狀態(homeostasis)。
比方說,一個運動員將進行400米短跑比賽。比賽前,大腦已憑記憶及經驗設定了「比賽節奏」,為身體在某段「時間」的力量輸出定下指標。但為何運動員往往會在接近二百米處感到「辛苦」或「疲勞」?因為在比賽時大腦不斷為當時身體狀態及外在環境進行評估,而在大約二百米處大腦的「計算」最為「混亂」,導致我們「覺得」比較疲勞而減低力量輸出。可是,當大腦掌握清楚剩餘距離和體力儲存情況、對力量輸出調節「完成」後,這「辛苦」的感覺便減低,及使運動員在最後階段能作最後衝刺。其實,這「先跌後升」的「節奏策略」在其他距離(1,000、5,000米至馬拉松)甚至其他運動亦一樣,因為大腦的算法是按照比例量尺而不是絕對時間量尺的內部時鐘機制。

我們最近亦就「節奏策略」進行了一項研究,為18位高水平的賽艇運動員進行兩組6分鐘最大强度的測試。在賽艇測功儀上,我們記錄了他們主要與賽艇相關的大肌肉群的肌電活動、主觀疲勞感覺及血乳酸測試的。結果發現,他們在兩組測試間的整體節奏策略實質上是相同的:在兩組測試末期他們都會竭盡全力地衝刺,輸出最大的能量,證明在過程中他們會有意識或無意識地選擇一種節奏策略,而這節奏根本和傳統肌肉疲勞慨念並沒關連。

我們發現兩組測試的平均功率(力量輸出)呈顯著差異,及在第二組測試末期(360秒)的平均功率的峰值明顯高于第二組初期峰值,也高于第一組末期的峰值。這顯示了大腦在第一組測試時獲得「經驗」,及基於此「經驗」去優化第二組測試時的能量輸出,達到最佳運動效果。而就RPE(主觀疲勞感覺,最大值爲20)的分數而言,第一組測試的最大RPE爲18.1,第二組爲17.8,顯示運動員並沒有達到絕對的疲勞狀態。

值得留意的是,運動員在第一組測試時第0-20秒的平均功率是最高的,可能是基於不自覺的「緊張」或「不安」。而這情況在第二組測試時並沒有出現,證明他們的中樞系統在第二組測試的開始時已修正節奏策略。

節奏策略對于運動員訓練和比賽的意義

節奏策略即運動員在訓練和比賽過程中的一種疲勞管理策略。既然節奏策略是由中樞控制的,我們首先要在訓練理念上改變傳統,不但不單一衝擊某一生理變量的極點爲訓練的目標和監控手段,更應訓練運動員在整個運動過程中對于自己輸出能量的調解分配以及衝擊大腦的最大極限預警疲勞水平綫,從而提高訓練水平和運動成績。

同時我們也要認識到運動員在挑戰極限的過程中,大强度以及極限强度訓練是必不可少的,而大强度訓練最爲艱苦的地方就是運動員身上出現的疼痛與疲勞感。疼痛與疲勞的忍受,很大程度上是一種心理承受能力,而這種能力的好壞,關鍵在於高强度體能訓練是否能成功最主要的心理特徵之一。在體能運動項目中,如划船(皮、劃、賽艇)、單車、游泳、田徑、三項鐵人等,教練員都十分關注運動員在最大工作狀態中的心理承受力,尤其是在比賽的最後階段,那種激發情緒,衝擊極限的心理承受力(姒剛彥,2005)。那麽我們也可以根據節奏策略的中樞控制機制,設計專門的心理訓練程序,如在大腦算法中加入對疲勞的有意識控制,以及採用相應的心理技能去減輕機體疲勞感,藉此改善運動員對極限負荷的心理承受力,從而提高運動績效。

參考文獻
參考文獻
Ansley, L., Schabort, E., St. Clair Gibson, A.C, et al. (2004). Regulation of pacing strategies during successive 4-km time trials. Medicine and Science of Sports and Exercise, 36,1819-1825.
Coetzer, P., Lockyer, I., Schorn, D., et al. (2000). Quantitative disability evaluation of syndromes presenting with chronic fatigue. South African Medical Journal, 90, 1034-1052.
Hagberg, M. (1981). Muscular endurance and surface electromyogram in isomeric and dynamic exercise. Journal of Applied Physiology, 51, 1-7.
Noakes, T.D. (2000). Physiological models to understand exercise fatigue and the adaptations that predict or enhance athletic performance. Scandinavian Journal of Medicine and Science of Sports, 2000, 10, 123-145.
Noakes, T.D., St. Clair Gibson, A, Lambert, E.V. (2005). From catastrophe to complexity: a novel model of integrative central neural regulation of effort and fatigue during exercise in humans: summary and conclusions. British Journal of Sport Medicine, 39, 120-124.
St. Clair Gibson, A., Lambert,E.V., Rauch,L.H.G., et al. (2006). The role of information processing between the brain and peripheral physiological systems in pacing and perception of effort. Sports Medicine, 36, 705-722
姒剛彥(2005).大强度體能訓練中的心理學探討.中國2005全國體能訓練研討會, 廣州.
文:蘇志雄 姒剛彥

Last updated 4063 days ago by 史波

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