恒功率運動性疲勞的生理生化指標(biāo)

蔣炳憲　周健生

摘要:比較恒功率不同阻力下運動性疲勞的生理、生化特點,探尋恒功率不同阻力下運動性疲勞的發(fā)生和恢復(fù)規(guī)律。選取15名健康男生,用功率自行車進行5次300 W恒功率運動測試,每次測試采用不同運動阻力,運動后即刻記錄運動時間,測試心率、血壓、血紅蛋白(Hb)、血尿素(BU)以及血液肌酸激酶(CK),次日晨再次測試Hb、BU、CK。結(jié)果表明:在預(yù)定功率的恒功率運動中,阻力過低或過大都不利于延長運動時間,適宜的阻力才可以維持較長的運動時間;工作肌收縮頻率增加易導(dǎo)致心率增加和血紅蛋白損傷,工作肌收縮阻力增加易導(dǎo)致血壓升高和BU、CK恢復(fù)減慢。

關(guān)鍵詞:運動生理學(xué);運動生物化學(xué);恒功率;運動性疲勞

中圖分類號:G804.7文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1006-7116(2009)08-0105-04

Characteristic study on physiological and biochemical indexes of

isopower cycling-induced fatigue

JIANG Bing-xian,ZHOU Jian-sheng

(Department of Physical Education,Hengyang Normal University,Hengyang 421008,China)

Abstract: To analyze physiological and biochemical character after isopower cycling, and to look for the law of emergency and recovery of isopower cycling-induced fatigue. Methods: 15 male students were subjected to 5 cycling tests with isopower 300W and different resistance. Duration, heart rate and blood pressure were documented immediately after every test, hemoglobin (Hb), bloody urine (BU) and creatine kinase (CK) were detected immediately after exercise and the next morning. Results and conclusion: In emergency and recovery of isopower cycling-induced fatigue, the contractive frequency of working muscle is in contrast to the contractive force. The increase of contractive frequency of working muscle is prone to induce increase in heart rate and injury of hemoglobin, the increase of contractive force of working muscle is prone to induce increase in blood pressure and delay of BU and CK recovery.

Key words: exercise physiology;exercise biochemistry;isopower;exercise-induced fatigue

研究表明,衰老骨骼肌輸出功率的下降比力量下降快,通過運動維持老年人骨骼肌的輸出功率比維持肌力更重要[1]。Metter等[2]也有類似的發(fā)現(xiàn),衰老過程中肌肉輸出功率比肌力下降快,肌肉輸出功率隨著衰老下降的部分特征在肌肉萎縮時也發(fā)生。原因在于:II型肌纖維比I型肌纖維有較高的功率輸出能力,而且II型肌纖維隨衰老萎縮較快[2]。骨骼肌的輸出功率是其收縮速度與收縮力(或運動時骨骼肌所受阻力)的乘積(P=F?v,希爾方程)。因此,功率是綜合評價肌肉收縮速度和肌力的重要指標(biāo)[3]。理想狀態(tài)是最大肌力時發(fā)揮最大收縮速度,輸出最大功率;但由希爾方程可知,骨骼肌的收縮速度與其收縮力是成反比的,骨骼肌只在特定的收縮速度和收縮力下才可能發(fā)揮最大功率。適宜的運動強度是身體鍛煉、體育教學(xué)與科學(xué)訓(xùn)練的最基本原則。因此,執(zhí)行運動方案時必須在收縮速度和收縮力之間做出一種適宜的選擇。

在社區(qū)、學(xué)校的健身房,MONARK功率自行車已廣泛用于身體鍛煉、體育教學(xué)或訓(xùn)練。我們經(jīng)常碰到的問題是:在預(yù)設(shè)功率和時間后,運動方式在速度(飛輪轉(zhuǎn)速)和阻力(阻力砝碼)之間該如何進行選擇呢?不同的選擇可能有著不同的疲勞特點和運動效果,從醫(yī)務(wù)監(jiān)督角度講也需要不同的監(jiān)控策略。本研究將利用MONARK功率自行車進行恒功率測試,比較恒功率不同阻力條件下運動性疲勞的生理、生化特點,探尋恒功率不同阻力下運動性疲勞的發(fā)生和恢復(fù)規(guī)律,旨在為身體鍛煉、體育教學(xué)或訓(xùn)練過程中運動方式的選擇以及醫(yī)務(wù)監(jiān)督提供科學(xué)依據(jù)。

1研究對象和方法

1.1測試對象

體育系15名男生,年齡20~24歲,身高(174.0±2.8) cm,體重(69.0±5.7) kg,身體健康、無病史、下肢肌肉未受過傷,每次測試前24 h內(nèi)未從事劇烈運動,無疲勞感。

1.2測試儀器

功率自行車:M 894E型、腕式脈搏血壓計、歐姆龍(OMRON)、BT-224型半自動生化分析儀。

1.3測試程序

1)預(yù)定功率及實驗方案。

正式實驗前讓所有受試者預(yù)適應(yīng)功率自行車的騎行姿勢,調(diào)節(jié)座椅和扶手高度。根據(jù)受試對象的機能狀況、最大蹬車速度、最大蹬車力確定適宜的預(yù)定功率以及阻力砝碼的加重范圍。制定方案如表1。

2)檢測指標(biāo)。

正式實驗前1周的星期一晨(7:00~7:30),所有受試者在安靜狀態(tài)下測試心率、血壓、血紅蛋白(Hb)、血尿素(BU)以及血液肌酸激酶(CK)。Hb采用高鐵氰化鉀法測定,CK和BU的測定采用酶學(xué)方法,試劑盒由南京建成生物工程有限公司提供。

正式實驗的第1周至第5周,每周日晚(19:00~21:30)按表1方案進行1次急性運動測試。要求受試者戴好腕式脈搏血壓計,根據(jù)功率自行車液晶屏上的轉(zhuǎn)速變化,自動調(diào)整腿部動作,使轉(zhuǎn)速迅速達到并控制在指定范圍內(nèi),盡最大努力延長運動時間,直至受試者不能維持預(yù)定轉(zhuǎn)速持續(xù)超過10 s,即認(rèn)定運動性疲勞。即刻記錄運動時間,測試心率、血壓,采指尖血測試Hb、BU及CK。次日晨(7:00~7:30),再次采指尖血測試Hb、BU及CK。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計

借助Excel軟件對結(jié)果進行統(tǒng)計學(xué)處理,各次實驗結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差( ±s)表示,運動后即刻與運動后次晨比較采用配對T檢驗;不同阻力下指標(biāo)的比較用單因素方差分析,以P<0.05為差異顯著性標(biāo)準(zhǔn)。

2結(jié)果及分析

2.1不同阻力恒功率運動性疲勞時的運動時間、心率和血壓

運動時間、心率和血壓隨運動阻力的變化趨勢如圖1所示:在300 W恒功率運動負荷下,運動所能持續(xù)的時間在阻力為5.0 kg時最長,阻力過低(1.5 kg)或過大(10.0 kg)時運動時間都顯著縮短(與阻力5.0 kg 比較,P<0.01)。不同阻力運動疲勞時的心率均顯著高于安靜值(與安靜值比較,P<0.01),在阻力1.5~6.0 kg范圍內(nèi),運動疲勞時的心率差異無顯著性,但它們均高于阻力10.0 kg運動疲勞時的心率(與阻力10.0 kg 比較,P<0.01)。運動疲勞時的收縮壓隨阻力增加而增加,但舒張壓在阻力1.5~3.0 kg無顯著變化,在阻力5.0~10.0 kg才顯著增加(與阻力1.5、3.0 kg比較,P<0.01),在阻力10.0 kg時,收縮壓和舒張壓均達到最大。

2.2不同阻力恒功率運動性疲勞后的Hb、BU及CK

血紅蛋白隨運動阻力的變化趨勢如圖2所示:在300 W恒功率運動負荷下,運動后及次日晨的Hb均在生理正常值范圍內(nèi)波動,盡管阻力1.5 kg運動后即刻的Hb值顯著降低(與安靜值比較,P<0.05)。從該指標(biāo)來看,在阻力3.0~10.0 kg范圍內(nèi),Hb對不同阻力恒功率運動的即刻反應(yīng)沒有表現(xiàn)出差異性,但運動后的恢復(fù)在阻力1.5 kg時表現(xiàn)較明顯(與阻力1.5 kg運動后即刻比較,P<0.05)。

血尿素隨運動阻力的變化趨勢如圖3所示:在300 W恒功率運動負荷下,運動后即刻的BU水平均高于安靜值(與安靜值比較,P<0.01),運動后即刻的BU水平基本上隨阻力增加而增加,阻力10.0 kg時達到最大;在阻力1.5~3.0 kg,次日晨BU有較明顯的恢復(fù)跡象(與同阻力條件下運動后即刻比較,P<0.05);但在阻力5.0~10.0 kg,次日晨BU沒有明顯的恢復(fù)跡象。

血液肌酸激酶隨運動阻力的變化趨勢如圖4所示:在300 W恒功率運動負荷下,運動后即刻的CK水平均高于安靜值(與安靜值比較,P<0.05),在阻力1.5~6.0 kg范圍內(nèi),運動后血液CK水平隨阻力增加而增加,但在阻力10.0 kg時運動后血液CK水平驟減(與阻力6.0 kg比較,P<0.01);在阻力1.5~6.0 kg,次日晨血液CK水平都有明顯的恢復(fù)跡象(與同阻力條件下運動后即刻比較,P<0.05),但阻力10.0 kg時次日晨血液CK水平?jīng)]有明顯的恢復(fù)跡象。

3討論

MONARK 894E型功率自行車的液晶顯示屏能實時顯示運動時間、轉(zhuǎn)速、功率和總熱能消耗,且蹬車阻力可由砝碼調(diào)節(jié),本實驗依據(jù)MONARK 894E型功率自行車實時顯示特點設(shè)計了一個近似的恒功率測試試驗(實驗中的功率只能控制在300 W上下的指定范圍內(nèi),但不可能保持功率絕對恒定)。結(jié)果顯示,在300 W恒功率運動負荷下,運動所能持續(xù)的時間在阻力為5.0 kg時最長,阻力過低(1.5 kg)或過大(10.0 kg)時運動時間都顯著縮短。這一結(jié)果與希爾方程的基本原理是一致的。因為阻力過低時要求工作肌維持較高的收縮速度和收縮頻率,阻力過高時要求工作肌維持較大的收縮力,這對工作肌而言都難以持久。本研究選取300 W恒功率測試,受試者運動時間最長沒有超過3 min。所以,300 W恒功率運動屬于一種短時間、大強度的運動方式,其疲勞主要體現(xiàn)為外周疲勞,導(dǎo)致神經(jīng)肌肉不能維持預(yù)定轉(zhuǎn)速[4]。由于運動功率是近似恒定的,所以運動時間越長,總熱能消耗越多。在以消耗熱量為目的的運動中,在設(shè)定運動功率后,應(yīng)選擇一個適宜的阻力負荷執(zhí)行運動方案。心率的觀測結(jié)果表明,在恒功率前提下,蹬車阻力過大時,心率增幅反而下降;說明工作肌收縮頻率增加更容易導(dǎo)致心率的增加。血壓的的觀測結(jié)果表明,在恒功率前提下,蹬車阻力過大時,收縮壓和舒張壓的增幅非常顯著,說明工作肌收縮力增加更容易導(dǎo)致血壓的增加。

Hb是評定機能狀態(tài)的經(jīng)典生化指標(biāo)之一。血紅蛋白的生理功能是運輸氧和二氧化碳,對酸性物質(zhì)有緩沖作用,參與體內(nèi)的酸堿平衡調(diào)節(jié)。研究表明血紅蛋白為1.6×10-3 g/mL、紅細胞壓積為45%左右,是運動員表現(xiàn)出良好有氧能力的最佳值[5-6]。本實驗結(jié)果顯示,運動后的Hb恢復(fù)在阻力1.5 kg時表現(xiàn)較明顯,表明工作肌收縮頻率過大對血紅蛋白可能有損傷,次日晨血紅蛋白的修復(fù)性回升可能是超量恢復(fù)的一種表現(xiàn)。

血尿素可以綜合反映機體蛋白質(zhì)代謝水平及其承受負荷的能力[7]。我國正常人晨空腹安靜時血尿素范圍在4.65~6.64 mmol/L。大負荷的運動訓(xùn)練才會動用蛋白質(zhì)作燃料,使血尿素生成明顯增多,因而依此可作為推測承受運動負荷的大小及疲勞監(jiān)測的指標(biāo)。大運動量訓(xùn)練后血尿素明顯增加,被認(rèn)為是蛋白質(zhì)或氨基酸代謝劇烈的結(jié)果,這種現(xiàn)象不僅發(fā)生于運動員不適應(yīng)訓(xùn)練負荷時,而且還會延續(xù)到運動后的恢復(fù)期[8]。當(dāng)運動員運動后次日晨血尿素大于基礎(chǔ)值兩個單位時或次日晨及第三日血尿素值持續(xù)維持在高水平,說明運動員身體機能下降,對運動負荷不適應(yīng)[9]。本實驗觀察到,在阻力1.5~3.0 kg范圍內(nèi)次日晨BU有較明顯的恢復(fù)跡象,但在阻力5.0~10.0 kg范圍內(nèi)次日晨BU沒有明顯的恢復(fù)跡象;表明工作肌收縮阻力較大時,血尿素的恢復(fù)較慢,次日晨的蛋白質(zhì)代謝水平可能還處于氮負平衡狀態(tài)。

肌酸激酶(CK)也是反映骨骼肌能量代謝、肌肉承受負荷和運動員恢復(fù)狀況的較好指標(biāo)。血液CK增加由肌膜通透性增加,肌纖維CK釋放入血所致[10]。運動員機能下降時,安靜時血清CK活性上升,定量負荷后,如果血清CK活性上升幅度減小或者恢復(fù)加快,說明對負荷適應(yīng),并且高水平運動員的肌肉損傷較一般運動員恢復(fù)得更快。血清CK“訓(xùn)練值”主要反映機體對運動負荷大小的應(yīng)激程度,“恢復(fù)值”更能反映機體對訓(xùn)練負荷的適應(yīng)和訓(xùn)練后的恢復(fù)狀況[11]。本實驗結(jié)果顯示,在阻力1.5~6.0 kg范圍內(nèi)次日晨血液CK水平都有明顯的恢復(fù)跡象,但阻力10.0 kg時次日晨血液CK水平?jīng)]有明顯的恢復(fù)跡象,表明阻力較低時血液CK水平容易恢復(fù)。值得我們注意的是,CK的“訓(xùn)練值”并不一直隨阻力增加而增加,阻力10.0 kg恒功率運動后即刻的血液CK并不是最高,表明機體對運動負荷的應(yīng)激程度不僅與工作肌收縮阻力有關(guān),還與運動時間有關(guān)。阻力10.0 kg時CK“訓(xùn)練值”低于阻力6.0 kg,與阻力10.0 kg時運動時間過短有關(guān),但阻力10.0 kg時CK恢復(fù)的遲滯性表明工作肌在對抗高阻力時肌膜可能存在較大的損傷,導(dǎo)致血液CK在次日晨沒有恢復(fù)跡象。

總之,在300 W恒功率運動疲勞及恢復(fù)期,運動阻力對運動時間、心率、血壓、Hb、BU、CK等常見指標(biāo)有著不盡相同的影響,表明收縮阻力和收縮頻率對工作肌及機體而言是兩種完全不同的生理刺激,機體在不同的運動阻力下各具疲勞特點和恢復(fù)特點。在指導(dǎo)身體鍛煉、體育教學(xué)或訓(xùn)練時,應(yīng)關(guān)注不同阻力運動時的疲勞特點和恢復(fù)特點,在收縮阻力和收縮頻率之間作出適宜的選擇,并給予相應(yīng)的醫(yī)務(wù)監(jiān)督。

參考文獻:

[1] Young A,Skelton D A. Applied physiology of strength and power in old age [J]. Int J Sports Med,1994,15(3):149-151.

[2] Metter E J,Laura A. Arm-cranking muscle power and arm isometric muscle strength are independent predictors of all-cause mortality in men [J]. J Appl Physiol,2004,96(2):814-821.

[3] Hruda K V,Hicks A L,McCartney N. Training for muscle power in older adults: effects on functional abilities [J]. Can J Appl Physiol,2003,28(2):178-189.

[4] 馮連世,馮煒權(quán),馮美云. 優(yōu)秀運動員身體機能的評定方法[M]. 北京:人民體育出版社,2004.

[5] 李秋萍,楊海平,張宏緩,等. 優(yōu)秀足球運動員賽前訓(xùn)練的機能指標(biāo)監(jiān)測與分析[J]. 沈陽體育學(xué)院學(xué)報,1997(2):32-35.

[6] 李宗濤. 優(yōu)秀皮劃艇運動員機能評定的研究現(xiàn)狀和思考[J]. 山東體育科技,2007,29(2):88-91.

[7] 鄭小萍,陳靈芝. 大負荷訓(xùn)練對青少年男子籃球運動員生理生化指標(biāo)的影響[J]. 體育學(xué)刊,2000,7(2):435.

[8] 陳漢華. 優(yōu)秀足球運動員的身體機能評定[J]. 北京體育大學(xué)學(xué)報,2004,27(6):790-792.

[9] 孫文新. 中國國家足球隊備戰(zhàn)16屆世界杯科學(xué)訓(xùn)練探索[J]. 廣州體育學(xué)院學(xué)報,2000,20(6):65-69.

[10] 丁麗萍,徐烈. 血清肌酸激酶、血尿素氮對武術(shù)套路運動員賽前訓(xùn)練監(jiān)控的應(yīng)用研究[J]. 中國體育科技,2003,39(l0):37-39.

[11] 袁青. 血清肌酸激酶的運動訓(xùn)練負荷監(jiān)控作用研究述評[J]. 體育學(xué)刊,2007,14(6):40-44.

[編輯:鄭植友]