研究背景与目的:身体锻炼是一种有目的、有计划、有规律的身体活动,在一定的强度下,可以达到保持或提高一项或多项身体素质的目的。而良好的锻炼效果离不开科学的训练方法和训练器械的选择。传统哑铃是日常生活中一种非常常见的简单训练器械。相比,传统的训练方法无法满足神经肌肉系统的多样性适应要求。由上海体育学院自主研发的"具有可调式惯性阻力负荷特征的哑铃"(简称,惯性哑铃),在举动过程中内部有摆轮旋转会产生惯性力。相比较传统哑铃力量训练的功能,还具有特殊的运动训练效果。与普通哑铃不同的是转动惯性哑铃需要神经肌肉的良好协同,从而训练人体的神经肌肉协调控制能力。以往对人体运动控制的研究,多单一从生物力学的角度进行分析。对于运动过程中,大脑皮层如何参与运动控制的研究较少。精细分析惯性哑铃和传统哑铃练习时人体大脑皮层特定脑区的大脑活动以及运动过程中定量数据进行收集,可以提高我们对神经动作控制的理解。本文基于惯性哑铃和传统哑铃两种运动方式,使用表面肌电(sEMG)和功能性近红外光谱成像技术(f NIRS)分别对两种哑铃练习过程中上肢和腰腹部肌肉激活特点以及大脑皮层激活程度进行实时监测,以探索两种哑铃练习过程中肌肉和脑激活模式的差异。研究假设青年人在进行惯性哑铃中运动中给予不断变化的力量负荷,刺激神经系统不断地动员更多的运动单位参与工作,从而提高运动系统的肌肉动员能力;相比较传统哑铃,惯性哑铃练习会动员更多大脑皮层的参与。研究方法:11名健康男性本科生或硕士研究生参与本项实验(24.2±2.05岁,1.74±0.06米,72.5±9.57千克,每周锻炼次数3.67±0.89次)。此项研究所有受试者在参与研究前均被告知本研究的目的,了解实验内容和流程等注意事项,每位受试者均签署知情同意书。在正式开始实验前,此项研究实验方案已经获得上海体育学院伦理委员会的正式批准。所有受试者分别完成惯性哑铃和传统哑铃两种运动。确保惯性哑铃和传统哑铃具有相同的重量,均为2.1kg。每种哑铃运动维持10秒,共完成10组,组间间隔60秒。惯性哑铃和传统哑铃两种运动中间需要间隔5分钟。运动过程中,同时使用Delsys无线表面肌电和NIRScout近红外脑功能成像仪器对上肢、腰腹部肌肉和大脑皮层的激活程度进行实时的数据采集,采样频率分别是2000Hz和3.91Hz。对两种哑铃运动条件中,上肢和腰腹部肌肉激活程度采用配对样本T检验,大脑皮层兴趣区额叶(ROI-1)和顶叶(ROI-2)以及左右侧大脑氧合血红蛋白(Hb O)浓度是否具有差异,采用重复测量方差分析,显著性水平设置为P<0.05。研究结果:1表面肌电:单位时间10s内,传统哑铃运动中肱二头肌激活程度大于惯性哑铃,但不具有显著性差异,肱三头肌激活程度相似(P>0.05);惯性哑铃运动中斜方肌、三角肌前束、三角肌后束、桡侧腕屈肌、桡侧腕长伸肌激活程度均显著大于传统哑铃(P<0.05);惯性哑铃运动中腹直肌和竖脊肌激活程度均大于传统哑铃。其中,腹直肌和竖脊肌左侧激活程度,惯性哑铃运动显著大于传统哑铃(P<0.05),右侧激活程度不具有显著性差异(P>0.05)。2脑激活:(1)惯性哑铃练习Hb O浓度分别在ROI-1和ROI-2中显著大于传统哑铃练习和静息状态(P<0.05),但是无论是ROI-1还是ROI-2,传统哑铃组Hb O浓度大于静息状态,但是不具有显著性差异(P>0.05)。(2)惯性哑铃和传统哑铃两种练习方式大脑左侧额顶叶皮层Hb O浓度均显著地大于右侧额顶叶皮层(P<0.05)。研究结论:相比较传统哑铃练习,惯性哑铃可以更好的锻炼上肢和腰腹部肌肉;此外,惯性哑铃练习可以更好地动员大脑额叶和顶叶皮层的参与,且激活具有偏侧化的特点。综上,惯性哑铃练习可以作为一种锻炼上肢和腰腹部肌肉以及提高脑激活的新型锻炼方式。由于本研究只是初步探索哑铃练习对肌肉和脑激活模式的影响,未来还需要大样本和更进一步优化的实验方案对惯性哑铃的锻炼效果进行探究。