运动性疲劳诊断手段的丰富与完善，一直是运动生理学研究的热点。然而，随着现代运动竞技水平的不断提高，当前疲劳诊断的监控手段陈旧、局限，难以适应飞速发展的竞技形式，甚至严重桎梏了对运动性疲劳的监控与研究。皮电生物反馈技术与现行诊断手段相比，高效便捷、科学精密、时效性、无创伤的特色鲜明; 与其他生化指标、生物技术相比，资源耗费低、易于推广等特征显着。若将皮电技术应用于疲劳诊断，或可为缓解疲劳诊断领域内的突出困扰提供新的、有效的思路和方法。本研究应用实验研究法，探讨是否可将皮电技术指标 SCL 应用于疲劳监控，并揭示应用时可能存在的价值作用。
1 材料与方法
1． 1 实验模型的建立
实验随机选取 2012 级体育学院大学生运动员 16名，分为男子组( M 组) 和女子组( F 组) 进行自身前后对照，其基本情况见表 1。实验对象需进行一般医学检查，排除运动风险。运动方案则参照经典的 Bruce方案制定，即以 2． 7 km/h 的速度，10% 的最大坡度开始，每 3 min 递增一级，整个方案共 7 级，最终速度将达到 9． 6 km/h，坡度则达到 22%最大坡度。实验过程中以实验对象不能维持运动强度，且反应时、ＲPE 和即刻最大心率达到疲劳数值确定运动性疲劳的产生。
1． 2 实验仪器
联合应用德国产 h/p/cosmos pulsar 4． 0 运动跑台进行运动强度控制; 澳大利亚产 SCHUHFＲTED 生物反馈仪收集皮电数据; 芬兰产 SUUNTO 远程心率遥测团队系统采集即刻最大心率用于疲劳鉴定。
1． 3 统计学处理
实验数据采用 SPSS20． 0 进行处理，使用独立样本t 检验，单样本 t 检验，相关样本 t 检验，单因素方差分析等方法分析所得数据，所有数据均用平均数 ± 标准差( Means ± SD) 表示，且以 P ＜0． 05 表示差异显着，P＜ 0． 01 表示差异非常显着。
1． 4 运动性疲劳的确定
综合选取了反应时、ＲPE 和即刻最大心率等指标，作为疲劳判定的依据。结果显示，当 F、M 组运动员的即刻最大心率达到公式推导最大心率( HＲmax，以年龄 20 为准) 的 105% ～ 110%，且与 160 hb/s( 80% HＲmax) 相比差异非常显着时( P ＜0． 01) ，两组反应时均呈现不同程度的升高，但差异均不显着( P ＞0． 05) ，不过此时两组 ＲPE 却都高于 18 ( 很累) ，且差异显着( P ＜ 0． 05) 。已有研究证实，心率、反应时、ＲPE 达到既定数值，即可确定疲劳的发生。提示或可应用现有数据，论述 SCL 疲劳产生时的图形及数字特征。
2 结果
2． 1 SCL 曲线的状态变化特征
运动过程中安静、疲劳、恢复的 SCL 曲线规律性变化，见图 1 ～ 图 4。依据 El － Sheikh曾证实的 SCL基线分布差异，将安静 SCL 均值高于 8 μs，为高基线水平类( H 类) ; 低于 8 μs 为低基线水平类( L 类) 。
从图1 ～ 图4 可看出，L 类女子安静时曲线有明显的波峰波谷，提示安静时曲线具有周期性，周期大约为1 分 12 秒; 疲劳时，曲线出现较为显着的双波峰现象，显示周期或缩短为安静时的一半; 积极性休息并安静坐卧后，曲线逐步恢复为单波峰，揭示周期再次延长。
L 类男子安静、恢复曲线类似于女子，但疲劳产生时曲线出现了数值变化幅度剧增现象。女子疲劳时 SCL值变化幅度仅为5 μs，男子却可达10 μs。系统分析 H类曲线特征则又发现，一方面，图 3 呈现 H 类女子安静时值基本恒定，疲劳时曲线先于剧烈震荡中上升，而后急速上升，值一度高达50 μs，在急速下降后，值长时间维持在 0 μs 小幅变换，最后呈小幅震颤上升，提示其疲劳曲线或可大致分成震荡上升期、急速上升期、急速下降期、不应期等四个阶段。恢复时曲线走行似疲劳，但变化幅度明显降低。另一方面，图 4 则反映，H类男子虽安静曲线走势类似于女子，但值的大小和变化幅度更高。疲劳时虽同样拥有四期，但男子上升、下降期却出现了剧烈的直线型变化，提示该类运动员产生疲劳时，SCL 值在上升、下降期可能出现短时巨变。恢复曲线则是开始长期处于 0μs，而后出现幅度逐步下降的震荡上升。
2． 2 SCL 值的状态变化规律
运动结束后，进行了 M、F 组安静、疲劳、恢复的SCL 数值比较，结果见表 3。从表 3 可以看出，一方面，疲劳时 M 组 SCL 均值低于安静状态，高于恢复状态，且差异具有非常显着性( P ＜0． 01) ，提示男子由安静到疲劳再到恢复的过程中，SCL 均值为依次下降的斜线型变化，疲劳时 SCL 值的大小介于安静与恢复之间; 另一方面，F 组疲劳时 SCL 值高于安静、恢复时，且差异同样具有非常显着性( P ＜ 0． 01) ，表明女子为先上升再下降的倒 U 型变化，疲劳时 SCL 均值最大。
3 讨论
3． 1 运动性疲劳发生过程中皮肤导电水平的特征性变化分析
SCL 在运动员产生疲劳时，曲线、数值拥有怎样的特征，存有哪些规律以及这些规律产生的根源，似乎值得探讨。心理学、临床医学中业已存在 SCL 特征、价值、机制的阐释。如 Ｒoth等研究恐慌症时表明，与正常人相比，患者的 SCL 呈下降趋势。Storm研究早产儿时揭示，SCL 从 29 周胎龄开始出现上升。Er-ath研究父母教育方式与儿童外在行为关系时阐明，L 类儿童的关联度强于 H 类儿童。临床医学、心理学中既有特征的阐明，又有相关关系的研讨，最近则似乎更多注重技术优势、信号处理的探究。Günther 等研究证实，皮肤电导每秒波动次数在重症监护病房患者情绪评估中的作用，可能比一般主诉更为有效。蔡菁研究皮电信号处理方式时发现，将改进的禁忌搜索算法引入情感识别是有效的。分析已有研究或可发现，多以数值探讨为主，曲线论证似较少涉及，且 SCL变化趋势多为统一的上升或下降。临床医学与心理学领域内，SCL 的论证似已臻成熟，但目前运动医学领域的研究却非常有限，应用于运动性疲劳监控的，则更为匮乏。Lu 等利用生物反馈技术研究疲劳，发现血量脉搏、皮电、呼吸、皮温和肌电图曲线，均表现出鲜明特征。但文章似乎并未阐明所指疲劳是否为运动性疲劳，也未将 SCL 单独分析。基于以上研究，本研究拟尝试联合应用多种国外先进精密仪器，以经典的Bruce 方案控制强度，以应用成熟的反应时、即刻最大心率、Borg ＲPE 表为疲劳判定依据，随机选取的实验对象主、客观指标出现疲劳变化时，拟探讨 SCL 在运动性疲劳时可能存在的变化特征。
本研究表明，一方面，SCL 监控运动性疲劳表现为独有的曲线、数值变化特征。疲劳曲线的变化显着不同于安静与恢复，可依性别、基线类别不同，而分别出现双波峰、振幅剧增、四期变化、直线型巨变等不同表现形式。数值则是由安静到疲劳再到恢复时，男子依次下降，女子先上升再下降，变化趋势不统一。这在SCL 数值变化的既往研究中，尚未提及。疲劳时曲线、数值均具有显着不同的新变化，即 SCL 监控运动性疲劳时，拥有独特的曲线、数值变化特征，这或是 SCL 应用的新突破。另一方面，对运动至疲劳时 SCL 新特征变化的原因探讨，似可丰富运动性疲劳产生机制的解释途径。临床医学中 SCL 特征性变化的原因论证，20世纪 80 年代就已开始。Banga研究发现，皮肤角质层或是离子电渗运输的主要障碍。而 Kasting则认为，毛囊、汗腺导管等皮肤附属物作为低电阻分流途径的重要性，仍有争议。目前探讨似多以分析影响因素的某一方面为主，较少进行系统论证。但发生运动性疲劳时，若仅析某一方面，似难以解释 SCL 较为复杂的变化。运动性疲劳产生时，SCL 的变化或可能存多种机制。疲劳时过大的负荷可能导致过度的汗液渗出，引起皮肤周围离子转运发生大幅度改变，甚至是紊乱，这可能是疲劳时值的下降、上升，曲线双波峰、四期变化、增幅剧增、直线型巨变的原因; 同样疲劳时也可能产生大量的自由基，这些自由基可能使交感神经传导通路受到较大程度破坏，皮肤周围膜受体、离子泵、离子信道、离子转运蛋白等也可能同时受到较为严重损害，或引起交感神经过度兴奋，汗腺活动极度异常，离子代谢紊乱，从而导致值的不同变化和曲线的不同表现特征。当然运动至疲劳时，似乎也可产生儿茶酚胺、5 － 羟色胺等抑制性神经递质，其可能不仅作用于中枢及 α、γ 等运动神经元及其调控的肌组织，或同样还可作用于交感神经及汗腺，引起皮肤电阻增加甚至紊乱，可能导致曲线出现直线型巨变、增幅剧增;而疲劳时伴随皮肤周围，尿素、肌酐肌酸和盐类物质的大量分泌，可能此时产生了某些目前尚未被证实的代谢产物，而且男、女形成的产物性质迥异。此类代谢产物的堆积，或可使男子皮肤周围电阻上升，女子下降，导致疲劳时男子 SCL 值下降，女子上升。长时间剧烈的运动，同样或可使交感神经系统、皮肤活动有关激素、免疫抑素等发生剧烈变化。此时可能促使神经 － 内分泌 － 免疫网络产生了另外的某种物质，此类物质可作用于皮肤，引起皮肤周边的电子活动紊乱; 另外运动至疲劳时血液 pH 值下降，血浆渗透压、电解质浓度可能发生改变。此时已然发生巨变的血液大量运输至皮肤，极有可能引起皮肤周围环境稳定性严重失调，导致疲劳时的特征性变化。疲劳可能是一些物质分泌增多引起，也可能是一些物质的含量下降引起的。运动至疲劳时，ATP、CP 含量急剧下降，血糖浓度持续降低，而此时消耗的能量无法及时有效地获得补充，可能引起皮肤周围离子转运所需能量严重不足，或导致了离子转运停滞，引起 0 μs 现象，即不应期的出现; 疲劳时 SCL 的变化也有可能是多种因素系统紊乱引起的，比如交感神经、汗腺活动、离子代谢，皮肤周围肌肉组织等。
3． 2 皮肤导电水平监控运动性疲劳的实践应用价值
疲劳时呈现特征性变化、个性机制的 SCL，对于运动实践有何价值作用，似乎同样值得深入探讨。研究发现，SCL 价值作用突出，简单实用，易于推广，且疲劳时独有特征性变化或可应用于运动实践。SCL 值既对状态变化敏感，又对性别差异敏锐，表明其科学性较强。SCL 曲线在不同基线水平男、女疲劳时，呈迥异变化，其中一些变化甚是剧烈，提示 SCL 曲线或可精密有效地实时监控运动性疲劳，时效性特点凸显。若此技术优势能有效应用，或可缓解现行某些疲劳监控手段的突出困扰。科学性、时效性突出的 SCL，其技术基础皮电生物反馈技术在应用中还可显现其他价值。皮电技术不同于血乳酸、CK 等生化指标需耳垂取血，其应用不会对运动员造成创伤或交叉感染。同时异于心电图、表面肌电图、脑电图和其他生反技术，需电极片收集信号。皮电无需电极片，仅需对手指简单消毒，中指缠绕精密芯片即可，操作简单，易于掌握。且无需电极片，或意味着可节省大量资源耗费，这突出了经济性强的特点。故实验首次证实，SCL 监控运动性疲劳时，或可凸显科学性、时效性、经济性、易于掌握与推广的实践价值。
拥有突出价值的 SCL，其应用于运动训练实践，或意味着无论运动过程中( 曲线比较) 还是结束后( 数值比较) ，SCL 均可提供精密、准确、有效、可靠的状态信息。这或可帮助教练员、运动员及时掌控状态变化，随时调整运动强度，及时有效避免运动负荷不足或过度疲劳，切实提高运动训练效果，大幅降低疲劳性损伤的发生频率。SCL 值或可作为不同性别训练队训练或比赛结束后疲劳鉴定、负荷制定及调整的精确依据。曲线则或可成为教练实时调控有重大比赛任务运动员负荷强度，制定个性化竞技运动处方的有效手段。一方面，训练结束后，教练员可根据运动员 SCL 数值的变化规律，及时掌控整个训练队男、女运动员的训练效果，及时调整训练队训练内容与强度。如女子运动员训练结束后整体上 SCL 均值为不增长甚至是下降，那么或许意味着现有负荷可能过低，大部分女子运动员未达到一定的疲劳; 若是非常明显的增长，那么可能现有负荷超过了大部分女子运动员的承受范围，负荷强度或需进行适度地调整。另一方面，SCL 曲线则可用于教练或运动员训练过程的实时监控，尤其是可以帮助教练员实时监控有重要比赛任务的运动员。当此类运动员 SCL 曲线未出现双波峰、波幅剧增、四期变化或直线型巨变时，或可实时增加负荷; 出现相关表现并持续加剧时，或可实时减轻强度。SCL 的实时监控可能意义更为重大，教练员从此或可不必等到训练结束后再调整负荷，在训练过程中就可实时调控，这似乎可有效推进运动训练的科学化进程。
4 小结
SCL 监控运动性疲劳时，显示了其有独特的曲线变化规律和数值变化特征，其曲线变化在疲劳时，显着不同于安静、恢复状态，并显现出性别特征。L 类女子出现双波峰，男子振幅剧增; H 类女子出现四期变换，男子上升、下降期出现直线型巨变。其值在产生疲劳的过程中，同样特征明显。男子值下降，女子值上升，变化趋势为倒 U 型和斜线型。其变化机制则可能与离子代谢紊乱，自由基大量产生，能量耗竭以及某些代谢产物的产生与堆积有关。SCL 特征和规律或可用于训练队疲劳的整体评判，运动员负荷的实时调控，可为运动训练的科学化进程提供新航标。
5 今后的研究
尽管 SCL 监控运动性疲劳有一定优势，但 SCL 也存在仅可反映某一方面疲劳的不足。虽早在 1966 年就已证实皮电或与中枢存某种联系，但皮电与中枢之间具体存在怎样的联系，以及这种联系在运动至疲劳时会有怎样的表现，近年来却鲜有报道。另外，SCL虽可一定程度上反应疲劳，但其能否精密反应肌肉、心肌等组织的疲劳程度，还有待进一步论证。
今后似乎有必要进行更深度地探索。将生物反馈各项技术指标进行联合应用，一方面或可探讨疲劳时SCL 与 EEG 的 α、β 等脑波之间可能存在的相关系数，另一方面似乎也可阐明心肌疲劳、中枢疲劳、肌肉疲劳与交感神经汗腺之间可能的某些联系。
参考文献:
［1］李清正，徐新保，李增民． 不同训练周期中运动员疲劳诊断的研究［J］． 体育科学，2013，38( 7) : 29 －33．
［2］谭如坤． 运动性疲劳产生机理、监测及恢复方法研究［J］． 湖北师范学院学报( 自然科学版) ，2013，33( 2) : 60 －63．
［3］Mona El － Sheikh． Children＇s skin conductance level and reac-tivity: Are these measures stable over time and across tasks? ［J］．Developmental Psychobiology，2007，49( 2) : 180 － 186．
［4］W T Ｒoth，A Ehlers，C B Taylor，et al． Skin conductance ha-bituation in panic disorder patients ［J］． Biological Psychiatry，1990，27( 11) : 1231 － 1243．
［5］Berry Ｒ N． Skin conductance levels and verbal recall［J］． Jour-nal of Experimental Psychology，1962，63( 3) : 275 － 277．
［6］Ｒapson Gomez，Suzanne McLaren． The effects of reward andpunishment on response disinhibition，moods，heart rate and skinconductance level during instrumental learning［J］． Personality andIndividual Differences，1997，23( 2) : 305 － 316．
［7］Hanne Storm． Development of emotional sweating in pretermsmeasured by skin conductance changes［J］． Early Human Develop-ment，2001，62( 2) : 149 – 158．
［8］Stephen A Erath，Mona El － Sheikh，E Mark Cummings．Harsh Parenting and Child Externalizing Behavior: Skin Conduct-ance Level Ｒeactivity as a moderator［J］． Child Development，2009，80( 2) : 578 – 592．
［9］Anders C Günther，Matteo Bottai，Anna Ｒ Schandl，et al． Pal-mar skin conductance variability and the relation to stimulation，pain and the motor activity assessment scale in intensive care unitpatients ［J］． Critical Care，2013，51( 17) : 2 － 7．
［10］Julian Wiemer，Antje B M ，Paul Pauli． The effects of an unex-pected spider stimulus on skin conductance responses and eyemovements: an inantinational blindness study［J］． PsychologicalＲesearch，2013，77( 2) : 155 － 166．
［11］蔡菁． 皮肤电反应信号在情感状态识别中的研究［D］． 重庆: 西南大学，2010．
［12］Ziyu Lu，Ling Chen，Changjun Fan，et al． Physiological SignalsBased Fatigue Prediction Model for Motion Sensing Games［J］． Ad-vances in Computer Entertainment Lecture Notes in Computer Sci-ence，2012，7624: 533 － 536．
［13］Ajay K Banga，Yie W Chien． Iontophoretic delivery of drugs:Fundamentals，developments and biomedical applications． ［J］．Journal of Controlled Ｒelease，1988，7( 1) : 1 － 24．
［14］Gerald B Kasting，J C Keister． Application of the electrodiffu-sion theory for a homogeneous membrane to iontophoretic transportthrough skin ［J］． Journal of Controlled Ｒelease，1989，8( 3) :195 － 210．
［15］P M Birchall，G S Claridge． Augmenting － Ｒeducing of theVisual Evoked Potential as a Function of Changes in Skin Conduct-ance Level ［J］． Psychophysiology，1979，16( 5) : 482 – 490．
［16］Sarah J Banks，Jenny Bellerose，Danielle Douglas，et al． Bi-lateral Skin Conductance Ｒesponses to Emotional Faces ［J］． Ap-plied Psychophysiology and Biofeedback，2012，37 ( 3 ) : 145 －152．
［17］李盼盼． 抑郁个体对情绪声音的反应偏向［D］． 重庆: 西南大学，2012．
［18］李鹏，程介士，孙忠汉． 电刺激脑干对皮肤电活动的影响［J］． 生理学报，1966，29( 1) : 26 －33．
［19］Judith J，Casper F M ． Clinical Applications of BiofeedbackSystems in Hemodialysis ［J］． Studies in Computational Intelli-gence，2013，405: 1109 － 1144．
［20］Elisabetta Patron，Simone Messerotti，Giuseppe Favretto，et al．Biofeedback Assisted Control of Ｒespiratory Sinus Arrhythmia as aBiobehavioral Intervention for Depressive Symptoms in Patients afterCardiac Surgery: A Preliminary Study［J］． Applied Psychophysiolo-gy and Biofeedback，2013，38( 1) : 1 － 9．
