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体育与健康中国

脑力疲劳对男子业余足球运动员的30-15间歇跑测试的有氧耐力表现的影响

  • 杨威 , 1, 2 ,
  • 陈婷 3 ,
  • 廖开放 4 ,
  • 卢晓文 1 ,
  • 许文鑫 5 ,
  • 黎涌明 , 6
展开
  • 1 衢州学院体育工作部,浙江衢州 324000
  • 2 福建师范大学体育学博士后流动站,福建福州 350117
  • 3 衢州学院教师教育学院,浙江衢州 324000
  • 4 成都体育学院体能训练中心,四川成都 610041
  • 5 福建师范大学体育科学学院,福建福州 350117
  • 6 上海体育大学竞技运动学院,上海 200438
黎涌明(1985—),男,博士,教授,研究方向为人体运动的动作和能量代谢。E-mail:

杨威(1989—),男,博士,讲师,研究方向为竞技体育领域的脑力疲劳、营养与运动表现。E-mail:

收稿日期: 2025-03-27

  网络出版日期: 2025-07-03

基金资助

国家社会科学基金一般项目(24BTY097)

教育部人文社科研究一般项目(23YJC890023)

浙江省教育厅科研资助项目(Y202045478)

Impact of Mental Fatigue on Aerobic Endurance Performance in the 30-15 Intermittent Shuttle Run Test among Male Amateur Football Players

  • YANG Wei , 1, 2 ,
  • CHEN Ting 3 ,
  • LIAO Kaifang 4 ,
  • LU Xiaowen 1 ,
  • XU Wenxin 5 ,
  • LI Yongming , 6
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  • 1 Department of Physical Education, Quzhou University, Quzhou, Zhejiang 324000, China
  • 2 Post-doctoral Station of Sport Science, Fujian Normal University, Fuzhou, Fujian 350117, China
  • 3 College of Teacher Education, Quzhou University, Quzhou, Zhejiang 324000, China
  • 4 Center of Athletic Performance, Chengdu Sport University, Chengdu, Sichuan 610041, China
  • 5 School of Physical Education and Sport Science, Fujian Normal University, Fuzhou, Fujian 350117, China
  • 6 School of Athletic Performance, Shanghai University of Sport, Shanghai 200438, China

Received date: 2025-03-27

  Online published: 2025-07-03

摘要

目的:探究脑力疲劳(MF)对足球运动员的30-15间歇跑(30-15IFT)测试的有氧耐力表现的影响。方法:采用随机交叉对照实验,22名男子业余足球运动员以随机、平衡的顺序执行间隔≥48 h、时长为45 min的Stroop任务(MF诱导,实验组)和观看情绪中性视频任务(对照处理,对照组),受试者执行每次任务后参加30-15IFT测试进行有氧耐力表现评估。主要记录受试者在执行任务前后的脑力疲劳分数(VAS-MF)、动机(VAS-MO)、布鲁奈尔疲劳分数(BRUMS-F)、布鲁奈尔活力分数(BRUMS-V),执行任务过程中的平均心率(HRave),执行任务后的大脑努力分数(VAS-ME),以及30-15IFT测试过程中的主观疲劳度(RPE)、平均心率(HRave)和峰值心率(HRpeak),使用重复测量方差分析和配对样本t检验对数据进行统计学分析。结果:实验组在执行任务前的各项指标与对照组无显著差异(均为p>0.05),执行任务过程中的HRavep=0.031),执行任务后的VAS-MF(p<0.001)、VAS-ME(p<0.001)和BRUMS-F(p=0.006)均与对照组有显著差异;实验组的30-15IFT有氧耐力表现测试的力竭时间、力竭速度和最大摄氧量均显著低于对照组(力竭时间:p=0.034;力竭速度:p=0.03;最大摄氧量:p=0.029);实验组在30-15IFT测试前的动机水平与对照组无显著差异;脑力疲劳诱导时间影响心率、主观疲劳度的主效应显著;脑力疲劳干预方式影响主观疲劳度的主效应显著;实验组和对照组的主观疲劳度均随脑力疲劳诱导时间延长而增强(p<0.001)。结论:MF会使男子业余足球运动员的30-15IFT测试的有氧耐力表现水平降低。

本文引用格式

杨威 , 陈婷 , 廖开放 , 卢晓文 , 许文鑫 , 黎涌明 . 脑力疲劳对男子业余足球运动员的30-15间歇跑测试的有氧耐力表现的影响[J]. 首都体育学院学报, 2025 , 37(3) : 328 -338 . DOI: 10.14036/j.cnki.cn11-4513.2025.03.010

Abstract

Objective: This study aims to investigate the effect of mental fatigue (MF) on football players’aerobic endurance performance in 30-15 intermittent fitness test (30-15 IFT). Methods:A randomized crossover controlled trial was employed. Twenty-two male amateur football players participated in a 45 min Stroop task (MF induction, experimental group) and emotionally neutral video viewing (control treatment, control group) in randomly, counter-balanced order with washout period ≥48 h. After each task, participants performed 30-15 IFT test for aerobic endurance performance assessment. The primary recorded data includes visual analogue scale for mental fatigue (VAS-MF) and motivation (VAS-MO), Brunel Mood Scale Fatigue (BRUMS-F)and Brunel Mood Scale Vigor (BRUMS-V) before and after the task, average heart rate(HRave)during the task, visual analogue scale for mental exertion (VAS-ME) after the task, as well as rating of perceived exertion(RPE), HRave, and peak heart rate (HRpeak) during the 30-15IFT test. Statistical analysis was mainly conducted using paired-sample t-tests and repeated measures ANOVA. Results:No significant between-group differences were observed in any baseline measures prior to task execution(all p> 0.05). During the task, the EG showed significantly different HRave values(p=0.031). Post-task assessments revealed significant differences in VAS-MF(p< 0.001), VAS-ME (p< 0.001), and BRUMS-F (p=0.027).The EG demonstrated significantly lower exhaustion time, exhaustion speed, and maximal oxygen uptake in the 30-15IFT compared to CG (TTE:p=0.034;VIFT:p=0.03;Vmax(O2):p=0.029). There was no significant difference in motivation level between EG and CG before 30-15IFT. The main effect of mental fatigue induction time was significant on both heart rate and RPE. Additionally, the main effect of mental fatigue intervention type significantly influenced RPE. Both EG and CG exhibited an increase in RPE as mental fatigue induction time prolonged (p< 0.001). Conclusion:MF impairs aerobic endurance performance of 30-15IFT in male amateur football players.

有氧耐力表现在足球比赛中具有重要作用。有研究显示,足球运动员具有良好的有氧耐力可以使比赛中的跑动距离更长[1],重复冲刺速度更快[2],技术发挥更好[3],最后直接或间接决定比赛的胜负。鉴于有氧耐力表现的重要性,各国竞技体育领域都非常重视足球运动员该项能力的发展,相继发明了小场地训练、间歇训练、高强度间歇训练、有血流限制的足球专项训练等[4-5]大量针对性的训练方法。然而,上述训练方法产生良好训练效果的关键在于对足球运动员不同训练阶段有氧耐力表现的有效监控与评价,以及根据其结果作出的训练调控。
在足球领域,运动员有氧耐力表现的监控与评价可以通过20 m往返跑测试、Yo-Yo间歇跑测试、30-15间歇跑(30-15IFT)测试等多种方法实现[6],其中的Yo-Yo间歇跑测试和30-15 IFT测试凭着简单、实用、精准等优势在足球运动训练领域受到广泛关注和大量应用[7-8]。这2项测试在使用时需要避免机能增强性物质、口头激励、身体疲劳等因素的干扰[9-10],如足球运动员在身体疲劳的情况下参加上述测试可能会低估其相应阶段的有氧耐力训练效果,进而影响教练员的后续训练决策。除了上述因素之外,近年来,有证据显示[11-12],脑力疲劳(MF)可能也是上述2项测试方法使用时需要避免的重要影响因素。MF是由长时间较高强度认知活动导致的一种心理生物学状态,并可表现为主观上感到疲惫和缺乏能量[13]。MF在足球运动员身上非常普遍,较长时间地使用社交媒体和手机、玩电子游戏、驾驶车辆、学习文化、比赛训练等都有可能导致MF[14-15]。在此情形下,多项研究探究了MF对足球运动员Yo-Yo间歇跑测试结果的影响,发现MF会导致足球运动员Yo-Yo间歇跑的测试距离显著缩短[11-12,16],使足球运动员在Yo-Yo间歇跑测试中的有氧耐力表现相较正常测试情况下降14.6%[11],并且进一步的研究还发现,该结果的产生可能主要与MF通过大脑前扣带皮层等区域神经递质改变(细胞外腺苷浓度增高)使运动过程主观疲劳度(RPE)增强有关[17-18]。上述研究结果证实了MF是足球运动员应用Yo-Yo间歇跑测试时需要避免的重要影响因素,尽管如此,足球运动员有氧耐力表现监控和评价的另外一项经典测试——30-15 IFT是否需要避免MF的影响却仍未有确切答案。
基于以上,本研究旨在探究MF对足球运动员在30-15 IFT测试时的有氧耐力表现的影响,并提出研究假设:MF会降低足球运动员在30-15 IFT测试中的有氧耐力。本研究将为30-15 IFT测试在足球训练监控等重要环节中的有效应用提供依据。

1 研究方法

1.1 受试者

本研究使用“G*Power3.1”软件预估样本量,操作时在软件t检验栏目选择“Means:Difference between two dependent means”选项,并将统计检验力(power)、显著性水平(a)和效应量(ES)3项参数依次设定为0.8、0.05和0.8。其中,ES取值参考了相关研究[12],该研究显示,MF对足球运动员在其他经典测试时的(Yo-Yo间歇跑测试)有氧耐力表现产生负面影响的效应量为0.82,估算结果显示,本研究所需最低样本量为15例。
为了解决实验过程可能出现的样本流失问题,本研究最终招募23名男子业余足球运动员参与实验。其中,23名受试者主要来自浙江某高校足球队和足球社团,包括前锋9名、中场5名、后卫8名和守门员1名。
受试者招募标准如下:1)身体健康状况良好;2)视力视觉正常(无色盲/色弱);3)近3个月睡眠质量较好(睡眠规律、无入睡障碍);4)平时无吸烟习惯;5)每周保持常规的足球专项训练。所有受试者知晓实验流程及相关风险,自愿参与且签署了《知情同意书》。
实验期间有1名受试者因伤退出,最终有22名受试者按照要求完成实验[年龄为(21±1)岁,身高为(174±4)cm,体重为(66.6±7.6)kg,BMI为(22.0±2.4)kg/m2,体脂率为(16.3±5.1)%,训练年限为(3±1 )a]。
本研究方案得到上海体育大学伦理委员会审核批准(批准编号:10277202112T087)。

1.2 实验设计与流程

本研究采用了随机交叉对照实验设计。受试者在整个实验过程需前往实验场地3次,首次为熟悉场地环节,后2次为对照组(对照处理情况)和实验组(MF诱导情况)的正式测试环节,2次正式测试间隔至少48 h。为了控制生物节律的影响,受试者需要于同一时间参加2次正式测试,并在4周内完成全部测试。
熟悉场地环节旨在减小学习效应等对后续正式测试的影响。具体内容为:1)讲解测试流程及视觉模拟评分量表(VAS)、布鲁奈尔心境量表(BRUMSC)、RPE量表的使用方法;2)指导受试者佩戴Polar心率带(Polar,H10,Finland)进行5 min MF任务练习,而后体验30-15IFT有氧耐力表现测试,期间需要熟悉各量表的操作方法;3)采集受试者基本信息(年龄、身高、体重等)。实验基本要求:1)测试前1 d保证≥8 h睡眠;2)测试前24 h禁酒禁烟,12 h禁咖啡因,并通过拍照形式记录测试前饮食情况,确保2次正式测试前24 h膳食一致;3)测试前1天饮水量为每千克体重>35 mL;4)测试前2 h摄入简餐(如面包、香蕉等);5)测试前24 h避免剧烈运动;6)测试当天(尤其测试前3 h)避免相关认知负荷活动(如使用社交媒体、学习文化等);7)2次正式测试保持相同着装。
2次正式测试执行标准化流程(整个过程约75 min):1)首先测试受试者的服从性,随后评估受试者的脑力疲劳分数(VAS-MF)、动机(VAS-MO)和心境状态(包括布鲁奈尔疲劳分数(BRUMS-F)、布鲁奈尔活力分数(BRUMS-V))等一系列指标的基线水平;2)受试者佩戴心率带以随机、平衡的顺序完成45 min的Stroop脑力疲劳任务和观看情绪中性视频对照任务[任务执行过程测试平均心率(HRave),在执行MF任务过程中通过软件进一步采集反应时(RT)和反应精确性(ACC)的数据,采用ABBA法平衡任务干预顺序产生的影响,如图1(a)所示],任务结束后再次测量受试者的脑力疲劳分数、大脑努力分数(VAS-ME)、动机、布鲁奈尔疲劳分数和布鲁奈尔活力分数;3)指标测量完毕之后,受试者移步至室内田径场进行2 min慢跑热身,而后参加30-15 IFT测试评估有氧耐力表现,测试过程每4级结束和力竭时即刻采集主观疲劳度测试数据,在测试过程的不同时间点(每4级末级:第4级、第8级、第12级等)采集平均心率(HRave),测试最后采集峰值心率(HRpeak);4)测试全程除了强调必要的测试要求,不对受试者进行言语激励;5)为了进一步弱化研究人员和受试者可能对研究产生的影响,本研究还采取了由经过严格培训的非研究人员负责任务干预环节、实验过程中对受试者屏蔽研究真实目的(实验结束告知)等措施;6)测试期间环境温度为23.9 ℃~27.1 ℃,湿度为51%~64%,2次正式测试实验流程详见图1(b)
图1 干预顺序平衡和实验流程示意

1.3 干预处理

1.3.1 实验组

实验组以45 min Stroop任务[13]进行MF诱导,具体操作如下:与“红”“绿”“蓝”“黄” 4个汉字匹配的红、绿、蓝、黄4种颜色随机逐个呈现在以黑色为底色的笔记本电脑屏幕上(字义与字体颜色不相符出现的概率设置为50%),并要求受试者根据特定规则进行按键反应。当汉字呈现的颜色为绿色、蓝色、黄色时,受试者需忽略字义而根据字的颜色按下对应按键;如果汉字呈现的颜色为红色,则需忽略颜色而根据字义按下与“红”“绿”“蓝”“黄”分别对应 的“D”“F”“J”“K”4个按键。本研究设计的Stroop任务通过“E-prime 3.0”软件运行,单个汉字呈现1次需要耗费2 000 ms(1 000 ms汉字刺激呈现+1 000 ms空屏间隔),受试者完成整个任务需要对呈现1 350次的汉字进行快而准确的按键反应,当出现错误按键或超时未按键时,系统会通过提示音予以反馈。MF诱导任务在独立、隔音的室内进行,并由1名工作人员在旁监督以确保受试者保持专注。

1.3.2 对照组

对照组的受试者则是观看45 min情绪中性或低脑力疲劳的纪录片[13],本研究选用的纪录片为《湖之传说(Tale of Lake)》(CCTV6,2016),受试者观看情绪中性纪录片时是在与实验组同样的实验条件和1名相同的工作人员的监督下完成。

1.4 30-15IFT测试

30-15IFT测试是由Buchheit等研究者[8,19]研发的方法,是除了Yo-Yo间歇跑测试以外评估足球运动员有氧耐力表现的另一经典测试,并且有相关证据显示,该测试方法在训练中可能比Yo-Yo间歇跑测试更具优势[19]。30-15IFT测试采用逐级递增负荷模式,每级包含30 s的40 m折返跑和15 s的步行休息间歇。其中,受试者在折返跑阶段需要跟随音频节奏以规定的速度进行折返跑动,并于随后的间歇休息阶段向前步行至最近标志线(A/B/C)等待下一级测试开始。测试规定,受试者从A标志线出发,初始速度为8 km/h,速度每级递增幅度为0.5 km/h,测试需持续进行至受试者达到力竭状态,力竭状态判定标准为(满足其中1个即可):1)受试者自己认为达到力竭状态并自主终止测试;2)受试者连续3次未能跟随音频信号到达指定区域(中间或两端3 m区)。测试结束后,由工作人员记录受试者的力竭时间(TTE)和力竭速度(vIFT,即最后成功完成那一级对应速度),并使用公式计算受试者的最大摄氧量[Vmax(O2)][8],公式如下。
$\begin{array}{l}V_{\max }\left(\mathrm{O}_{2}\right)=28.3-2.15 G-0.741 A-0.0357 m+0.0586 A v_{\mathrm{IFT}}+ \\1.03 v_{\mathrm{IFT}}\end{array}$
式中:G表示性别(男=1,女=2);A表示年龄;m表示体重。30-15间歇跑测试的跑动路线及场地布置如图2所示。
图2 30-15IFT测试跑动路线和场地布置示意

1.5 指标数据的采集与测量

1.5.1 主观指标

VAS-MO和VAS-MF采集于任务完成前后,VAS-ME采集于任务完成后,均使用VAS视觉模拟评分量表[13,18,20]采集。该量表主体为长100 mm的直线,直线两端分别标注“一点没有”(左端)和“最大/极度”(右端),受试者使用时需要根据工作人员指导在纸质量表上标注出反映他当前动机、脑力疲劳、大脑努力程度的最佳位置(画垂线),量表左端至标注线的距离为受试者此时相应指标的水平。
心境状态采集于任务完成前后,使用相关研究者[21]汉化的BRUMS量表。该量表由愤怒、疲劳、活力等6个维度构成,其中的活力维度含3个条目,另外5个维度各含4个条目,所有条目均使用李克特5级评分(0~4分别表示一点都没有、有一点、中等、比较多、非常多),基于研究需要,主要从疲劳(BRUMS-F,总分0~16)和活力(BRUMS-V,总分0~12)2个维度进行分析。
RPE采集于30-15IFT测试过程每4级结束时和力竭即刻,使用相关研究者[22]研发的RPE量表。该量表有15个等级,分别对应不同的主观疲劳程度,如6级表示“毫不费力”,13级表示“有点吃力”,20级表示“极限”,受试者使用时正对量表,用手指出或口头报告当前的主观疲劳程度等级。

1.5.2 认知指标

实验组执行Stroop任务过程中,采用“E-prime3.0软件”实时记录RT和ACC,数据采集完成后导入“Excel”计算受试者执行任务过程的0~9min、10~18 min、19~27 min、28~36 min、37~45 min 5个时段的RT和ACC均值,其中RT均值计算时剔除无反应和反应时短于200 ms的数据,ACC均值计算时使用原始数据[18]

1.5.3 生理指标

受试者在执行MF任务和进行30-15IFT测试整个过程中全程佩戴Polar心率带,研究人员以1 Hz的采样频率持续采集心率,数据采集完毕之后,将Polar心率带匹配软件和网站,计算任务执行全过程的HRave、30-15IFT测试(第4级、第8级、第12级等)的HRave以及该测试最后达到的HRpeak。其中,30-15IFT测试过程的HRave使用每4级当中末级跑动过程后10 s心率的平均值,HRpeak使用测试结束前30 s心率的最大值[18]

1.6 统计学分析

使用“SPSS 20.0”软件进行数据分析。数据以均值±标准差形式呈现,并通过夏皮罗-威尔克(Shapiro-Wilk)检验结合直方图评估其分布情况。基于数据分布评估结果,VAS-MF(任务完成前、任务完成后、任务完成前后差值)、VAS-ME(任务完成后)、VAS-MO(任务执行前、任务完成后、任务完成前后差值)、HRave(任务执行过程)、30-15IFT测试成绩等指标的组间比较采用配对样本t检验,BRUMS-F(任务完成前、任务完成后、任务完成前后差值)和BRUMS-V(任务执行前、任务完成后、任务完成前后差值)指标的组间比较使用威尔科克森符号秩检验。RT、ACC、HR(运动过程的HRave和HRpeak)、RPE指标组间和(或)组内的比较采用重复测量方差分析,当数据不满足莫奇来球形度检验时,采用格林豪斯-盖塞尔方法校正统计结果。如果方差分析显著,使用邦费罗尼校正方法进行事后比较。上述统计分析显著性水平均设定为α=0.05。此外,配对样本t检验、威尔科克森符号秩检验、重复测量方差分析的数据包括Cohen’s dd)、r(r)和偏η2效应量(η2p)(事后比较报告dr),并在此基础上呈现rd的95%置信区间(95%CI)。上述3个效应量大小判定标准如下。d效应量[23]:微量(<0.2);小(≥0.2~0.6);中(>0.6~1.2);大(>1.2~2.0);非常大(>2.0)。r效应量[24]:小(0.1);中(0.3);大(0.5)。η2p效应量[25-26]:无影响(<0.04);小(≥0.04~0.24);中(>0.24~0.64);大(>0.64)。3个效应量的计算参考Fritz等[24]研究者的研究。

2 结果

2.1 脑力疲劳诱导情况

表1得出如下结果。1)实验组执行任务前的脑力疲劳分数与对照组无显著差异,但执行任务后的脑力疲劳分数和执行任务前后的脑力疲劳分数差值均显著大于对照组;实验组执行任务后的大脑努力程度显著大于对照组。2)实验组执行任务前的布鲁奈尔疲劳分数与对照组无显著差异,但是执行任务后的布鲁奈尔疲劳分数和执行任务前后的布鲁奈尔疲劳分数差值均显著大于对照组;实验组执行任务前和执行任务后的布鲁奈尔活力分数以及执行任务前后的布鲁奈尔活力分数差值均与对照组无显著差异。3)实验组执行任务过程中的平均心率大于对照组。
表1 实验组和对照组脑力疲劳相关指标比较
实验组的反应时和反应精确性分析结果显示(如图3所示),实验组在执行Stroop任务过程中的反应时的主效应显著(F(2.34,49.24)=3.407,p=0.034,η2p=0.140),主要表现为随着时间延长总体反应时显著变长,而反应精确性的主效应不显著(F(2.02,42.51)=2.009,p=0.146,η2p =0.087),主要表现为随着时间延长总体反应精确性无大幅波动。
图3 受试者执行Stroop 任务过程中的反应时和反应精确性指标变化

2.2 30-15IFT测试结果

图4所示,实验组的30-15IFT有氧耐力表现测试的力竭时间、力竭速度和最大摄氧量3项指标均显著低于对照组(力竭时间p=0.034,d=-0.485。力竭速度p=0.03,d=-0.495。最大摄氧量p=0.029,d=-0.500)。
图4 实验组和对照组的30-15IFT 测试的3 项指标比较

2.3 其他指标

1)动机(VAS-MO)。如图5所示,实验组和对照组执行任务前的动机、完成任务后的动机以及完成任务前后的动机差值组间均未见显著差异(执行任务前p=0.345;完成任务后p=0.762;完成任务前后差值p=0.308)。
图5 实验组和对照组的动机(VAS-MO)指标比较
2)心率(HR)。如图6(a)所示,心率指标(HRave和HRpeak)分析结果显示,脑力疲劳诱导时间与干预方式影响心率的交互作用不显著(p=0.655),脑力疲劳诱导时间影响心率的主效应显著(p<0.001),主要表现为心率随着脑力疲劳诱导时间延长而显著加快,脑力疲劳干预方式影响心率的主效应不显著(p=0.545)。
图6 30-15IFT 测试过程的心率(HR)和主观疲劳度(RPE)指标变化

注:图(a)和图(b)分别对应HR(HRave和HRpeak数据整合分析)和RPE,由于HRave和RPE第16级分别只有17个和18个样本的数据,所以重复测量方差分析没纳入此时间点,此时间点数据的组间比较单独使用配对样本t检验。2组数据中间的p值对应各个时间点组间比较的结果,是干预方式单独效应分析的结果。

3)主观疲劳度(RPE)。如图6(b)所示,主观疲劳度分析结果显示,脑力疲劳诱导时间与脑力疲劳干预方式影响主观疲劳度的交互作用显著(p=0.016),脑力疲劳诱导时间影响主观疲劳度的主效应显著(p<0.001),脑力疲劳干预方式影响主观疲劳度的主效应显著(p=0.018)。从图6(b)还可知,单独效应分析结果显示:实验组和对照组除了力竭即刻的主观疲劳度无显著差异以外(p=0.177),第4级、第8级、第12级和第16级结束即刻的主观疲劳度均存在显著差异(第4级p<0.001,第8级p=0.026,第12级p=0.05,第16级p=0.044);实验组和对照组的主观疲劳度均随脑力疲劳诱导时间延长而增强(实验组p<0.001;对照组p<0.001)。

3 讨论

本研究旨在探究脑力疲劳对男子业余足球运动员在30-15IFT测试时有氧耐力表现的影响,研究结果显示,脑力疲劳会使男子业余足球运动员在30-15IFT测试中的有氧耐力表现变差,研究结论与研究假设一致。

3.1 脑力疲劳诱导结果分析

在竞技体育脑力疲劳相关研究中,成功诱导脑力疲劳是研究顺利开展的关键。本研究通过45 min Stroop任务成功诱导了男子业余足球运动员的脑力疲劳,主要表现在实验组和对照组在执行任务前的VAS-MF、BRUMS-F、BRUMS-V等指标的测试结果差异不大,而实验组完成任务后的VAS-MF、VAS-ME、BRUMS-F的测试结果和完成任务前后的VAS-MF、BRUMS-F的测试结果的差值均显著大于对照组。除此之外,本研究还发现,受试者执行Stroop任务时的HRave显著快于对照任务(观看情绪中性视频),执行Stroop任务时的反应时随着时间的延长显著变慢。上述结果与以往众多关于运动员的相关研究一致,即当脑力疲劳成功诱导时,运动员主观方面表现为主观疲劳(如VAS-MF、BRUMS-F)、大脑努力程度(VAS-ME)等指标水平相较任务执行前显著上升[11,27-28],活力、情绪唤醒等指标水平相较执行任务前水平显著下降[29-30];生理方面表现为HRave等指标水平相较任务执行前显著上升[27,29-31];认知方面表现为反应时、注意力消逝等指标水平相较任务执行前显著上升[28,32],反应精确性等指标水平相较任务执行前显著下降[32]。然而,受试者在脑力疲劳成功诱导时多数表现为主观方面指标水平的显著变化[33-35],相比之下,另外两方面指标由于感知机体脑力疲劳变化的敏感性相对有限,可能需要更大强度的脑力疲劳诱导才能使其产生显著变化[25]。本研究的受试者在执行45 min Stroop任务过程中的主观、生理和认知3个方面的指标均出现了显著变化,其指标测试结果也与相关研究[31,36]中使用“90 min AX-CPT”测试诱导脑力疲劳的结果相似,这些证据均说明45 min Stroop任务是一种较为有效的脑力疲劳诱导方案。

3.2 脑力疲劳对30-15IFT测试的有氧耐力表现的影响

作为监控和评价足球运动员有氧耐力表现训练效果的重要工具,30-15IFT测试在应用时是否应该避免脑力疲劳的影响亟需确切答案。本研究在成功诱导脑力疲劳的基础上探究了脑力疲劳对足球运动员30-15IFT测试的有氧耐力表现的影响,研究结果显示,受试者在执行45 min Stroop后的30-15IFT测试中的力竭时间、力竭速度以及由其推算得出的最大摄氧量3项指标的数值依次为769.64 s、16.16 km/h和44.66 mL/min·kg-1,显著低于对照任务后(观看情绪中性视频)的测试结果〔817.36 s、16.70 km/h和45.91 mL/(min·kg-1)〕,且呈现了接近中等的效应量(以上3项指标两组之间的效应量分别为-0.485、-0.495和-0.500),表明脑力疲劳会显著降低足球运动员30-15IFT测试中的有氧耐力表现,说明足球运动员在应用30-15IFT测试时需要避免脑力疲劳的影响。本研究的结果与以往多项研究一致,即脑力疲劳会降低有氧耐力相关测试中的运动表现水平。如Smith等研究者对12名男子业余足球运动员有无脑力疲劳情况进行的Yo-Yo 间歇跑测试的结果显示,受试者执行30 min电脑版Stroop任务后(MF情况)的Yo-Yo间歇跑测试成绩为1203 m,显著低于30 min中性杂志阅读后(无MF情况)的Yo-Yo间歇跑测试结果(1410 m)[11]。Weerakkody等研究者对25名男子业余橄榄球运动员进行相关研究后也发现,受试者执行30 min电脑版Stroop脑力疲劳任务后的Yo-Yo间歇跑测试完成距离相较执行对照任务(30 min中性视频观看)后的测试结果下降12%(从1182.4 m减少至1040 m)[37]
尽管如此,也有个别研究者认为,脑力疲劳可能不会影响运动员在有氧耐力相关测试中的运动表现。如在2019年的一项研究中,研究者将28名男子自行车选手分为20 min的2-back(MF组)和1-back(对照组),受试者执行任务后进行了20 min的自我配速功率自行车全力骑行测试,结果显示,脑力疲劳状态运动员在运动测试过程中的平均功率输出为217 W,与对照状态下的平均功率输出并无显著差异(222 W,p>0.05)[38]。该研究结果可能与脑力疲劳任务所使用的诱导时间长度较短有关。有研究显示,受试者执行脑力疲劳诱导任务时的警觉水平通常需要经过20~30 min才会出现下降,脑力疲劳主观分数通常需要经过30 min才会显著升高[17]。基于此,众多从事脑力疲劳研究的科研人员经常将30 min作为确保脑力疲劳成功诱导的最低时长[17]。由此,上述男子自行车选手执行20 min的2-back任务可能由于时长不足难以产生理想的脑力疲劳诱导效果,从而无法对自我配速功率自行车全力骑行的有氧耐力表现测试结果产生影响。

3.3 脑力疲劳影响30-15IFT测试的有氧耐力表现的可能机制

在明确脑力疲劳负面影响的同时,厘清其中的可能机制可以为竞技体育领域后续更好地干预脑力疲劳提供依据。对此,以往类似研究中的许多研究者同步分析了运动员有氧耐力表现相关测试过程中的生理和心理方面指标的变化,结果显示[11,16-27,32,34,39-41],脑力疲劳不会影响运动员执行运动任务的动机以及有氧耐力表现测试过程中的平均心率、最大心率、心率变异性、摄氧量、血乳酸、肺通气量等生理指标的水平,而对有氧耐力表现的负面影响主要与测试过程中更高的主观疲劳度有关。这与本研究的结果一致。如本研究发现,受试者参加30-15IFT测试的动机水平与30-15IFT测试过程中的平均心率和峰值心率无差异,而主观疲劳度水平却呈现了一定的差异,具体体现为受试者在30-15IFT测试过程中的主观疲劳度值在脑力疲劳评估时更高。以往研究和此研究结果均证实了脑力疲劳对有氧耐力表现相关测试指标的影响可能主要通过运动过程的感知觉指标产生作用。基于该结果,本研究主要围绕以下2个问题阐述了脑力疲劳使有氧耐力测试相关运动表现变差的可能机制。这2个问题是:脑力疲劳如何增强主观疲劳感?主观疲劳感增强如何使有氧耐力测试中的相关运动表现变差?针对前者,有证据显示,其可能与大脑前扣带皮层等区域腺苷的堆积有关,即长时间认知活动会不断产生腺苷,在大脑发生努力感知的重要区域前扣带皮层堆积并产生作用(如增强该区域对疲劳的敏感性),进而加重了受试者在之后运动中的主观疲劳度[17,42-43]。针对后者,相关研究人员提出的耐力表现心理生物学模型可以较好地解释其中的作用机制[42,44]。根据该模型,受试者耐力或有氧耐力测试成绩主要由努力感知和潜在动机(受试者大脑在执行某项任务时投入的最大努力)决定,当潜在动机占据优势时(潜在动机>努力感知),受试者会更加努力地投入测试(如提高运动强度或持续运动更长时间),而当努力感知占据优势时(如努力感知极度强烈使受试者觉得继续运动很困难),受试者会有意识地停止运动或减少投入测试的努力程度(如降低速度)[42,44]。基于该模型,任何影响努力感知和潜在动机的因素都有可能对受试者有氧耐力测试中的相关运动表现产生调节作用。本研究中的脑力疲劳诱导虽然没有改变受试者参加30-15IFT测试的动机水平,但是加重了受试者在30-15IFT测试过程中的主观疲劳度,较高的主观疲劳度水平可能会导致30-15IFT测试过程努力感知超过潜在动机或努力感知极度强烈的时间点来临得更早,从而会使受试者更早地结束测试任务。
撇开主观疲劳度等指标,脑力疲劳对足球运动员在30-15IFT测试时的有氧耐力表现的负面影响还可以用自我控制资源理论进行解释[45]。从该理论的角度分析,人体的自我控制资源总量是有限的,并被有氧耐力、运动技术、技战术决策等诸多运动表现所需要,足球运动员在执行运动任务前完成高度集中注意力和高认知负荷的任务(如MF任务)会很大程度消耗此资源,导致其在后续的相关运动任务中自我控制资源储备不足,从而使运动表现变差[45-46]。本研究中的45 min Stroop任务可能较大程度消耗了受试者的自我控制资源,导致受试者在之后的30-15IFT测试中的自我控制资源不足(随着测试时间延长和自我控制资源消耗,受试者控制自己继续参加运动的能力下降),从而提前结束测试。有研究者提出的双调节系统模型也可以在一定程度解释本研究的结果,依据该模型,脑力疲劳和身体疲劳(PF)在大脑中均有各自关联的促进和抑制系统,其中与脑力疲劳关联的促进和抑制系统激活分别可以使认知表现水平升高和下降,与身体疲劳关联的促进和抑制系统激活分别可以使运动表现水平升高和下降,并且与脑力疲劳关联的抑制系统同与身体疲劳关联的抑制系统存在部分重合[47]。此外,进一步的研究还显示[47],脑力疲劳的产生与其抑制系统的显著激活密切相关。由此,本研究以45 min Stroop任务诱导受试者产生脑力疲劳和激活其对应的抑制系统的同时,可能也在一定程度激活了与身体疲劳关联的抑制系统,从而使受试者在30-15IFT测试中的有氧耐力表现水平显著下降。上述2项理论尽管在一定程度解释了脑力疲劳对30-15IFT测试的负面影响,然而鉴于其尚缺乏相关指标佐证,所以在应用时仍需谨慎考量。
综上所述,脑力疲劳会降低男子业余足球运动员在30-15IFT测试中的有氧耐力表现水平,并且根据现有证据可以认为,这种负面影响可能主要与在30-15IFT测试过程中出现更高水平的主观疲劳度有关。

3.4 局限性

本研究存在一些不足。1)本研究主要探究了脑力疲劳对男子业余足球运动员在30-15IFT测试时的有氧耐力表现的影响,相关结果是否可以推广到更高水平的男子足球运动员、女子足球远动员等其他群体足球运动员还有待商榷(如高水平足球运动员可能有着更好的脑力疲劳抵抗能力),但本研究可以为后续对其他群体足球运动员的相关研究奠定基础。2)本研究主要以45 min Stroop任务诱导脑力疲劳,所得结果是否可以类推到其他实践场景(诸如因使用社交媒体、玩电子游戏、比赛训练产生脑力疲劳)仍有待进一步明晰,但鉴于45 min Stroop任务是目前竞技体育诱导脑力疲劳最常用的方案,本研究仍具有代表性。3)本研究仅明确了脑力疲劳对男子业余足球运动员的30-15IFT测试的有氧耐力表现的影响,在此基础上,未来还应探究脑力疲劳对足球运动员的其他有氧耐力测试的运动表现的影响(如UMTT 测试、20 m往返跑测试等)。

4 结论

脑力疲劳会使男子业余足球运动员的30-15IFT测试的有氧耐力表现水平下降。基于此,男子业余足球运动员在通过30-15IFT测试监控训练和评估有氧耐力的训练效果时,应尽可能避免玩电子游戏和使用社交媒体。
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