运动肌肉疲劳（from aasfp）

jacky

目的

阅读完文章后，你应该知道：

• 肌肉疲劳的定义
• 构成肌肉疲劳的生理基础
• 肌肉内糖原耗尽的概念
• 乳酸与肌肉疲劳
• 中央神经系统与肌肉疲劳
• 减少或延迟肌肉疲劳出现的基本策略
  

前言
运动产生的疲劳不但影响运动员的表现，同时也会打乱训练计划和策略。更重要的是在疲劳情况下锻练会增加运动员受伤机会，不论是急性或慢性损伤。因此，私人教练和运动教练应明了运动肌肉疲劳以及其背后的生理机制，然后可以应用一些简单策略来防止疲劳带来的不良影响，这是十分重要的。

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简介

肌肉疲劳的定义
从大概的定义来说，疲劳是带有倦怠感觉；它可以是病毒或细箘感染、外科手术后复元、抑郁及失眠等造成。但本文主要讨论体能训练或运动活动所产生的生理疲劳；希望通过本文，教练能更好给客人或运动员锻练，以帮助他们更快达到理想目的。
从以上目标出发，肌肉疲劳的定义是肌肉在持续运动时表现下降，同时带有倦怠感觉（参考一）；又或是指肌肉在自主发力时的力量和爆发力失去，使到运动表现下降（参考二）。最后，为了分别肌肉损伤和疲劳，本文以肌肉疲劳限于可通过休息完全复元而不需治疗或特别处理。

肌肉疲劳的生理成因   
        疲劳是一个极端复杂的现象，例如400米短跑和马拉松长跑造成的疲劳感是完全不同，所以对这两个项目产生疲劳的原因是不同的这一事实，我们完全都不会感到意外。
        要从生理角度去理解疲劳成因，我们先回顾一下肌肉收缩的整个过程链（图一），首先大脑产生的讯息从脊髓传送下达至肌纤维（路线1到2），肌肉收缩讯息会引发一连串肌肉内的代谢改变，最终产生爆发力和力量的输出，与此同时肌肉内的感觉神经元会感应到肌肉收缩，而这些神经讯息会引发反射作用和对肌肉发力的认知感和应激（路线3到5）。

  图一肌肉收缩过程链

        很明显地，沿着整个收缩命令过程链的任何障碍，从大脑到肌肉收缩蛋白，都会影响到肌力和爆发力的输出，因而产生疲劳结果（参考3,4）。以生理疲劳背后成因来划分，大致可以分为以下几个类别：

• 能量系统及能量传送
• 代谢产物的聚积
• 肌纤维收缩机制的失效
• 神经系统的改变.
  

首三个原因是发生在肌肉里，因而常被看作是周边疲劳，而神经系统改变可导致中央疲劳；这些原因可以同时协同造成疲劳。事实上，疲劳由单一成因造成是很稀有的，一般都是由多种成因协同而成的。

能量系统与疲劳
        由于肌肉收缩需要能量，顺理成章地，当能源枯竭时肌肉就会疲劳。从能量系统出发，有两种能源对运动活动是很重要的，同时又很容易耗尽，它们分别是PCr（肌酸磷酸）和糖原。

PCr 耗尽
        在最高强度运动时，PCr 会被利用在无氧情况下，重新产生三磷酸腺苷（ATP）:

而以上过程是可逆转的，当剧烈训练课节完结，进入恢复阶段时，PCr会用以上逆转过程来再合成。虽然三磷酸腺苷是肌肉收缩的直接来源，但当高大肌力活动时，它的消耗会比PCr来得慢一点，因为其它能量系统也在产生三磷酸腺苷。而PCr耗尽的结果是，能瞬速补充耗掉的三磷酸腺苷能力将会严重地受损，如果剧烈的肌肉活动持续，三磷酸腺苷的水平会下降，当三磷酸腺苷和PCr同时耗尽，最终会造成力竭，不幸的是，PCr在肌肉内的储存量十分有限，因此在最高强度运动时，它会很快被耗尽，在5至10秒内，因此也解析了一个现象为何所有最大肌肉收缩的持续时间必定是很短而且很快疲劳。

糖原耗尽与疲劳
与PCr的应用一样，肌糖原的消耗率是受运动的强度和持续时间控制，当高强度运动项目要持续达数秒钟以上，肌糖原就会被转为主要能量来源来合成三磷酸腺苷，在一个研究里（Costill, 1986），腓肠肌的糖原储存水平及受测试者的自觉运动强度被纪录下来，同时与运动时间作参照，在实验中，受测试者以稳定步速跑步，在刚开始的七十五分钟，腓肠肌的糖原代谢率为最高，之后糖原消耗率减少；测试初期当糖原储备还高时，受测试者只觉得有中等压力，虽然这时糖原的消耗率最快，而受测试者都不会感到极度疲劳直至到肌糖原水平差不多耗尽（图表2）。
作为研究结论，测试显示肌糖原的消耗率在运动初期是较快的，而后期则减摱，在长时间运动中疲劳的感觉是和肌糖原水平下降是同时发生的。因此，马拉松运动员在比赛后期出现的「撞墙」现象最少有一部分是和肌糖原耗尽有关。

不同肌纤维的糖原消耗
        要留意的是募集的肌纤维能源储备消耗会有所不同，主要视乎在运动中哪一类肌纤维的募集频率最高。在一个研究里，从一个三十公里跑者的肌纤维显微照片中可以看到II型肌纤维仍有糖原，但I型肌纤维则已没有糖原，这结果显示长跑运动由于只要求中等力量输出，因此I型肌纤维会被应用最多。此外，糖原消耗的模式还要视乎运动强度，当运动强度提升，将会有更多II型肌纤维加入被募集行列中来产生力量。

图2–于三个小时跑步机上跑步腓肠肌糖原水平下降，跑步强度定于最大摄氧量的70%及受测试者的自觉运动强度变化(D.L. Costill, 1986, Inside running: Basics of sports physiology, Indianapolis: Benchmark Press)

不同肌群的糖原消耗
        不同训练方法会给主要发力肌肉群带来特别大的负荷需求，例如，以上斜坡设定、下斜坡设定和水平设定在跑步机上跑步两小时，同样以最大摄氧的70% 作为强度，然后比较下肢的股外侧肌、腓肠肌和比目鱼肌的糖原消耗情况，结果发现，不论哪一个设定，腓肠肌的糖原消耗比股外侧肌和比目鱼肌的消耗明显较多，因此研究显示，踝关节伸展（跖屈）肌肉在长跑运动中会特别容易耗尽糖原（图3）。

图3 – 小腿肌肉的糖原是长跑运动中最有可能消耗较多

糖原耗尽与血糖水平
        于运动刚开始阶段时，血糖用于能量产生相对较少，但于耐力运动往后阶段，血糖于能量输出的贡献会越来越大，这时肝脏必须分解更多糖原来保持血糖水平，尤其是当运动持续时间增加，但相对于肌肉，肝脏糖原储存是较有极的，因此，我们不会感到意外的是通过增加肌肉糖原储存能够明显提升耐力运动表现。

代谢副产物与疲劳
乳酸和疲劳
        乳酸是最广为人知造成疲劳的代谢副产物，它只在高度强及短时间的运动下积累在肌纤维，因此持续短时间而需爆发的运动如四百米短跑、单车及游泳都会使到乳酸积累，而马拉松跑手的乳酸水平由始至终都相差不大，就算这些跑手都感到疲劳。乳酸的积累会产生过多氢离子，从而使到肌肉酸化，这个情况又名酸中毒；酸中毒会扰乱肌肉收缩代谢过程，如糖酵解的效率、三磷酸腺苷的产生等，结果是肌肉的爆发力和力量输出会下降以及出现急性肌肉酸痛，大部分研究人员都同意酸中毒是运动表现的主要限制，同时也是在持续20至30秒的最大强度和全力以赴运动中，造成疲劳的主要原因。

热度与疲劳
        于高温下运动会加速碳水化合物的耗用率和促进糖原耗尽提早发生，这可能是由于高温会增加肾上腺素的分泌，同时过度高温也会扰乱骨骼肌的功能和肌肉代谢。
        在一项研究中，比较在四个不同气温下：4℃, 11℃, 21℃和31℃，男单车运动员踏单车至力竭的时间(Galloway and Maughan, 1997)，结果显示，在11℃温度下，运动至力竭的时间是最长，而在31℃时，运动至力竭的时间是最短，此外运动前的肌肉预先降温可以延长运动至力竭的时间，而相反运动前肌肉预热会提早疲劳出现的时间。

图４－高温下做运动会加速碳水化合物的耗用和损害肌肉功能


神经肌肉疲劳
        参考图１，可以看到能量来源耗尽和代谢副产物积累都是肌肉内在造成疲劳的原因，但疲劳也可以是神经系统募集肌肉的能力下降，又称为肌肉外在因素。大脑产生的神经信息必须经脊髓、运动神经元然后至神经肌肉交界（运动神经终板）最后下达到运动单位里的肌纤维，任何在这个神经传送路线上的生理干扰或抑制，都有可能产生神经肌肉疲劳。

神经传送和疲劳
        神经肌肉交界有可能产生疲劳而阻碍神经讯息传送至肌纤维膜，而阻碍神经肌肉交界神经讯息传送的原因可能有多个因素：

• 神经传送体（化学物）的合成和释放减少，因而神经传送体通过突触而使神经脉冲由运动神经元传至肌膜的讯息也会下降
• 当神经传送体完成神经脉冲交接后，负责把神经传送体分解的酵素过度活跃，结果是神经传送体的浓度下降，因而不足以引发动作电位来募集肌纤维
• 负责把神经传送体分解的酵素可能开始变得活动不足，而容许神经传送体积累，结果是肌肉不能完全放松而加快能量来源的耗尽
• 运动神经对肌纤维膜的刺激阈值可能会增加，使到肌纤维的募集更困难
• 某些物质可能和神经传送体竞争，进占了肌纤膜的受体而不会使肌肉活动起来
• 由于钾可能会移离肌肉细胞间的空间，因此使到肌纤膜产生肌肉收缩的电位下降
• 肌纤维内在可被利用的钙质受到干扰。由于钙质对肌肉收缩过程起着非常重要的功能，当可被利用钙质下降时，肌肉的力量和爆发力输出必定会受到抑制
  

但是，以上都只是一些疲劳可能机制，至于神经肌肉疲劳的详细原因和机制，则有待更多将来有关研究及调查。

图5 –神经肌肉交界(NMJ) 的神经传送能力减弱，是周边神经系统疲劳的原因


中央神经系统与疲劳
        大部分运动活动都是通过自主意识来控制肌肉募集，因此，中央神经系统疲劳对不同种类的疲劳都起着一个重要角色，虽然详细的机制还未完全清楚，部分研究显示，运动训练会引发中央神经系统神经传送体水平变更，如羟色胺、乙酰胆碱(ACh)等，反过来会影响运动员的精神或感知状态，从而损害运动能力(Davis JM, Bailey SP., 1997; Newsholme EA, et al., 1992)。在某些情况下，当肌肉好像就快要力竭时，口头上的鼓励或甚至是直接电激，都可增加肌肉收缩力量。中央神经系统疲劳的精确机制还未完全被了解，事实上，研究人员普遍地同意，认知疲劳不适感先出现于肌肉生理极限的发生，除非运动员的动机极高，大部分个别人士会在肌肉生理力竭出现前，终止运动。

减少或延后肌肉疲劳发生的简单策略
        了解疲劳的不同原因，我们可针对地应用简单的原则来减少或延后肌肉疲劳发生，针对能量系统疲劳，我们可以增加运动应用能量系统的能源储备，例如，肌酸补充品可以使到肌酸磷酸储存最大化，从而提升力量和爆发力表现；而针对马拉松跑手，糖原负荷或糖原超补法可明显增加糖原储存从而帮助延迟肌肉疲劳。最后，最高强度重量训练，组间休息时间应有3至5分钟，使身体有足够时间来复元肌酸磷酸能源。
        当要在高温环境下运动，运动员应尽量促进热量散发，如穿者背心和短裤；此外，运动中每10至15分钟饮用清水或运动饮料来帮助降低体温。肌肉预冷可延长运动时间，适当安排训练计划也可帮助运动员适应炎热环境，这頪训练又名热锻练。
口头鼓励，叫喊，音乐或直接电刺激肌肉都可帮助减少或延迟中央神经系统疲劳。

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结论


肌肉疲劳是一个复杂现象，同时极少是由单一独立原因造成，一般来说，疲劳的因素可以分为三个主要类别：能量系统疲劳、代谢副产物疲劳和神经肌肉疲劳。能量系统疲劳包括最大力量和爆发力运动中的PCr耗尽、耐力项目的糖原耗尽；糖原耗尽是局部性而限于不同肌肉群组和肌纤维；代谢副产物包括热和乳酸；神经肌肉疲劳包括神经传送疲劳和中央神经系统疲劳。
而根据不同的疲劳原因，我们可以订下一些基本的训练策略原则来延迟和减轻肌肉疲劳。
  

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参考数据

• Wilmore JH, Costill DL, Kenney WL, 2008. Physiology of Sport and Exercise, 4th Ed, Champaign:IL, Human Kinetics.
• Beachle TR, Earle RW, 2008. Essentials of Strength Training and Conditioning, 3rd Ed, Champaign: IL, Human Kinetics.
• McArdle WD, Katch FI, Katch VL, 2006. Exercise Physiology – Energy, Nutrition, & Human Performance, 6th Ed, Baltimore, Lippincott Williams & Wilkins.
• ACSM, 2006. ACSM’s Resource Manual for Guidelines for Exercise Testing and Prescription, 3rd Ed, Baltimore, Lippincott Williams & Wilkins.
• Davis JM, Bailey SP. Possible mechanisms of central nervous system fatigue during exercise. Med Sci Sports Exerc 1997;29:45.
• Newsholme EA, et al. Physical and mental fatigue: metabolic mechanisms and importance of plasma amino acids. Br Med Bull 1992;48:477.
• Westerblad, H., Allen, D.G., & Lannergren, J., Muscle fatigue: Lactic acid or inorganic phosphate the major cause? News in the Physiological Science, 2002, 17, 17-21
  

作者: Maurice Tang 邓国伟(AASFP Master Trainer)

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perfect！

米朵

运动产生的疲劳不但影响运动员的表现，同时也会打乱训练计划和策略。更重要的是在疲劳情况下锻练会增加运动员受伤机会，不论是急性或慢性损伤。因此，私人教练和运动教练应明了运动肌肉疲劳以及其背后的生理机制，然后可以应用一些简单策略来防止疲劳带来的不良影响，这是十分重要的。

jacky

米朵 发表于 2012-2-17 07:52
运动产生的疲劳不但影响运动员的表现，同时也会打乱训练计划和策略。更重要的是在疲劳情况下锻练会增加运动 ...

厉害！~~