Assessing corticospinal excitability to the biceps brachii during maximal repeated arm cycling sprints
本研究表明，尽管由于运动神经元池可能已达到饱和，导致在最大强度重复手臂骑行冲刺期间肱二头肌的皮层脊髓及脊髓兴奋性保持不变，但在运动结束后，尽管表现大幅下降，脊髓兴奋性和外周肌肉反应性仍会出现显著增强。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
当我们挑战身体极限时，无论是冲刺赛道还是骑行上陡坡，我们的肌肉最终都会无法产生像开始时那样的动力。这种下降被称为疲劳。几十年来，科学家们已经了解到这种疲劳有两个主要来源。第一个是外周性的，意味着肌肉纤维本身变得精疲力竭，可能是由于代谢废物的堆积或指挥肌肉收缩的化学信号失效所致。第二个是中枢性的，起源于大脑和脊髓。这是神经系统保护身体的一种方式，通过潜在地降低发送给肌肉的电信号来防止损伤。虽然肌肉失效的机制已被很好地绘制，但大脑和脊髓在进行高强度、重复性爆发式努力时如何改变其行为的故事仍不那么清晰。研究人员长期以来一直想知道，是大脑仅仅是不再那么努力尝试了，还是脊髓变得更加敏感，亦或是即使身体在挣扎，信号仍然保持稳定。
为了回答这个问题，纽芬兰纪念大学和卡尔加里大学的一个研究小组决定在神经系统全力工作时对其进行“倾听”。他们专注于肱二头肌（上臂的大肌肉），通过一项艰苦的手臂循环测试来进行观察。十二名健康的成年人（主要是男性）被要求尽可能快地进行五次单独的冲刺，每次持续 17 到 22 秒，中间有短暂的休息。阻力设定在一个具有挑战性的水平，相当于其体重的百分之五。在他们踩踏的过程中，研究人员使用了一种结合磁脉冲和电脉冲的方法来探测神经系统。作用于头皮的磁脉冲刺激大脑，而作用于耳后的电脉冲则刺激脊髓。这些脉冲经过精确计时，在手臂开始向前拉动的瞬间击中肌肉，那是发力最剧烈的时刻。通过测量肌肉对这些脉冲的反应，团队可以观察到大脑和脊髓在那个精确时刻的“兴奋性”如何。他们还通过直接刺激肩膀处的神经，测量了肌肉自身的放电能力。
五次冲刺的结果是惊人的。随着参与者推进实验方案，他们的表现显著下降。到第五次冲刺时，他们平均能产生的功率下降了近 37%，总做功量也下降了相同比例。他们的感知劳累程度（通过标准量表测量）随着每一轮稳步上升，证实了这项运动确实令人精疲力竭。研究人员原本预期会看到神经系统的行为发生明显转变，以匹配这种身体机能的下降。他们曾假设，在大脑减少信号输出或脊髓在疲劳发生时改变其敏感度方面，可能会出现变化。然而，当他们观察冲刺过程中的收集到的数据时，神经系统显得异常稳定。肌肉对大脑脉冲和脊髓脉冲的反应大小从第一次冲刺到最后一次并没有发生变化。甚至在参与者的机械输出崩溃时，从大脑到肌肉的路径的电兴奋性仍然保持恒定。
这种稳定性表明，在全力以赴的巅峰时期，神经系统已经处于一个难以检测到进一步变化的运行水平。研究人员提出，控制肌肉的脊髓神经细胞池很可能已经完全被征召并以高频率放电。在这种最大自主驱动的状态下，来自磁脉冲或电脉冲的额外推动对于总输出量的贡献微乎其微，从而有效地掩盖了可能正在发生的细微兴奋性变化。这就像是系统已经在其天花板高度运行，导致测量工具无法记录下任何下降或上升。这一发现挑战了大脑在重复冲刺期间仅仅是“调低音量”的观点；相反，它表明即使在肌肉疲劳时，大脑仍保持着高强度的驱动。
然而，一旦冲刺结束，故事就发生了变化。当参与者休息并由研究人员再次测试他们在缓慢、轻松地踩踏时，神经系统表现出了明显的适应迹象。唤醒脊髓所需的电脉冲比运动前稍弱，这表明脊髓变得更加敏感或更具兴奋性。与此同时，肌肉对神经刺激的直接反应变大了，这表明肌肉纤维本身变得更具响应性，这种现象通常与一种被称为“运动后增强”的暂时性能提升有关。这些变化只发生在剧烈运动之后，而不是运动过程中。研究得出结论，虽然在重复手臂冲刺后神经系统经历了显著变化，但这些变化在运动过程中被极高的强度所掩盖。大脑和脊髓在挣扎过程中似乎守住了阵地，仅在工作完成后才显现出它们改变后的状态。这凸显了在巅峰表现期间测量神经活动之难度，并表明身体的疲劳反应是维持驱动与延迟适应之间复杂的相互作用。
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