不同運(yùn)動模式下耗氧量動力特征參數(shù)關(guān)系研究

胡國鵬，馮 魏，馮 剛，王 振，劉無逸，孟 妍

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不同運(yùn)動模式下耗氧量動力特征參數(shù)關(guān)系研究

胡國鵬1，馮 魏1，馮 剛2，王 振1，劉無逸3，孟 妍2

耗氧量動力學(xué)；最大耗氧量；△效率；耗氧效率坡度

1 前言

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

經(jīng)篩選，符合研究要求的無心腦血管疾病史及癥狀、體力活動良好的34名男性受試者被招募，在受試者了解測試內(nèi)容并明確其中風(fēng)險(xiǎn)與義務(wù)的情況下簽訂知情同意書(表1)。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

34名受試者在2周內(nèi)進(jìn)行多次兩種負(fù)荷方式的實(shí)驗(yàn)室測試和2次場地測試，測試內(nèi)容分別為：斜坡式遞增負(fù)荷力竭測試、中等強(qiáng)度動力學(xué)重復(fù)測試、400 m跑測試及3 000 m跑測試(場地測試作為另外一部分研究)，每次測試之間間隔48 h。測試前及測試之間禁止大強(qiáng)度運(yùn)動，測試前1天禁止飲酒及熬夜。正式測試前1周，34名受試者分別在不連續(xù)的3天到實(shí)驗(yàn)室體驗(yàn)兩種測試方案并確定功率自行車的高度等參數(shù)。實(shí)驗(yàn)室測試中，用心肺測試系統(tǒng)監(jiān)測呼吸代謝氣體變化， 研究過程中，受試者始終在同一臺功率車上并保持功率車高度等參數(shù)始終相同，功率自行車踏頻維持在60 rpm。正式測試前，受試者進(jìn)行5 min常規(guī)準(zhǔn)備活動和拉伸。

表1 本研究受試對象人口學(xué)特征一覽表

Table 1 The Subject’s Demographic Characteristics

年齡(歲)身高(cm)體重(kg)體脂率(%)21.6±1.4178.6±5.871.4±7.515.5±3.9

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

每次實(shí)驗(yàn)室測試前1 h，心肺測試系統(tǒng)(Cosmed K4B2)按照儀器使用說明進(jìn)行預(yù)熱及室內(nèi)氣體、標(biāo)準(zhǔn)氣體、呼吸延遲時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)氣體容量等調(diào)試，提前在功率自行車上設(shè)定好每位受試者測試方案并保存。受試者在測試前24 h不得進(jìn)行大強(qiáng)度劇烈運(yùn)動，保證睡眠、休息充足并按預(yù)定時(shí)間準(zhǔn)時(shí)到達(dá)實(shí)驗(yàn)室。

2.3.1 斜坡式遞增負(fù)荷力竭測試(Ramp)

力竭判斷標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)鼓勵(lì)無法繼續(xù)運(yùn)動，踏頻連續(xù)30 s內(nèi)達(dá)不到50 rpm；同時(shí),3個(gè)評定員根據(jù)受試者出汗量、呼吸頻率、呼吸商、RPE等進(jìn)行互盲評定，3個(gè)測評員同時(shí)判定受試者力竭則視為完成測試，否則判定測試失敗。

第1類標(biāo)準(zhǔn)：受試者力竭并經(jīng)鼓勵(lì)無法繼續(xù)運(yùn)動，呼吸頻率及節(jié)奏發(fā)生明顯變化，且3位評定員互盲評定均為力竭。

第2類標(biāo)準(zhǔn)：1)HR達(dá)到180次以上，不隨強(qiáng)度的增加而增加；2)RER大于1.1；3)血乳酸大于8 mmmol/L；4)RPE大于17。

2.3.2 中等強(qiáng)度動力學(xué)測試及場地測試

場地測試分別在標(biāo)準(zhǔn)的400 m田徑場進(jìn)行，400 m測試和3 000 m測試之間間隔48 h，測試前禁止大強(qiáng)度運(yùn)動。

2.4 主要實(shí)驗(yàn)器材

呼吸氣體代謝分析系統(tǒng)(Italy,Cosmed K4B2)，身體成分測試分析系統(tǒng)(韓國，Slimmanager- N40)，功率自行車(Switzer,Monark 894)，運(yùn)動跑臺(German、H/p/cosmos),血乳酸測試儀( German,H/p/cosmos),Polar心率表等。

2.5 主要測試及觀察指標(biāo)

2.6 耗氧量動力學(xué)的擬合及數(shù)理統(tǒng)計(jì)

(1)

OUES采用公式(2)擬合：

(2)

中等強(qiáng)度持續(xù)運(yùn)動動力學(xué)參數(shù)擬合：

(3)

3 研究結(jié)果

3.1 斜坡式遞增測試時(shí)耗氧量動力學(xué)變化特征

表2 本研究斜坡式遞增測試時(shí)耗氧量動力學(xué)參數(shù)一覽表

Table 2 The Parameter of Oxygen Uptake Kinetics in Ramp Incremental Exercise Test

X±SDRangR2VO2max(ml/min)3163±5132173～4276-VO2max/kg(ml/kg/min)44.0±6.333.6～57.4-VT-VO2(ml/min)2056±3791348～2967-VT-VO2/kg(ml/kg/min)29.0±5.419.8～38.3—A-slop(ml/min/W)10.4±1.37.6～14.00.932±0.151A-pre(ml/min/W)11.6±2.7*4.1～19.90.867±0.181A-aft(ml/min/W)9.2±2.42.7～12.80.907±0.081AOUES1474±234871～1951R2:0.977±0.012boues3198±20875384～3198(0.94-0.99),P<0.01

注：*表示A-pre與A-aft相比，差異顯著(P<0.05)。

圖1 本研究某一受試者遞增負(fù)荷運(yùn)動中耗氧動力學(xué)參數(shù)擬合過程曲線圖

3.2 中等強(qiáng)度耗氧動力學(xué)變化特征

表3 本研究中等強(qiáng)度下耗氧量動力學(xué)指數(shù)函數(shù)特征一覽表

Table 3 The Exponential Character of Oxygen Uptake Kinetics in Moderate -Intensity Exercise Test

(ml/min)Aslop(ml/min)δ(s)τ(s)X±SD576±771094±1795.6±2.256.3±9.8Rang402～757828～14150.2～9.639～80R2:0.96±0.02(0.84～0.98),P<0.01

圖2 本研究中等強(qiáng)度持續(xù)負(fù)荷運(yùn)動耗氧動力學(xué)擬合曲線圖

3.3 兩測試中耗氧動力學(xué)特征參數(shù)關(guān)系研究

表4 本研究兩測試中動力學(xué)參數(shù)的相關(guān)分析一覽表

Table 4 The Correlation Analysis of kinetic Parameters in the Two Exercise Tests

τ(s)VO2max(ml/min)VO2max/kg(ml/kg/min)VT-VO2VT-VO2/kgrPrPrPrPrPAOUES-0.2340.2310.7560.001**0.6000.001**0.7570.001**0.6570.001**Aslop0.0560.7710.6310.000**0.6500.000**0.3580.044*0.3160.079A-pre-0.3280.0770.2940.1020.3490.0520.3530.0480.3170.077A-aft0.2580.1690.5770.001**0.5810.000**0.1970.2810.1100.550

注：*表示P<0.05,相關(guān)具有顯著性，**表示P<0.01,相關(guān)具有高度顯著性。

4 討論

本研究中的斜坡式遞增負(fù)荷運(yùn)動，其氧氣和功率呈現(xiàn)典型的一次線性特征。研究也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以通氣無氧閾為切點(diǎn)時(shí)，通氣閾前的△效率值和通氣閾后△效率值存在顯著差別，通氣無氧閾值前后，其氧耗遞增速度發(fā)生明顯變化，通氣無氧閾后期遞增速度明顯減少，其表現(xiàn)為△效率值在通氣閾前大于通氣閾后，其意義在于通氣閾值后單位功率下耗氧值的下降，這也就意味著骨骼肌代謝方式發(fā)生了變化，這和通氣閾值后肌肉募集比例的變化有關(guān)[19]。同樣，這種動力學(xué)的變化與無氧閾以上持續(xù)運(yùn)動中耗氧動力學(xué)的慢成分(slow component)具有極其相似的生理機(jī)制[3，22，26]，我們在另外的研究中也發(fā)現(xiàn)這樣的規(guī)律。

本研究推測認(rèn)為，通氣閾切點(diǎn)前后△效率值差值可能與機(jī)體有氧工作能力有關(guān)，但還需要進(jìn)一步證明。而作為遞增負(fù)荷中的另外一重要擬合參數(shù)OUES,雖然已經(jīng)有研究指出是評價(jià)心肺耐力的有效指標(biāo)[2，14]，但是，從目前的研究來看，多集中在心腦血管疾病病人的心肺機(jī)能評定[11，15，21，25]方面，而在正常人群中進(jìn)行的研究并不多見。從本研究來看，OUES擬合過程呈現(xiàn)典型的對數(shù)函數(shù)特征，擬合優(yōu)度高達(dá)0.99，其均值也在正常參考值范圍區(qū)間[8]。從上述分析來看，在斜坡式遞增負(fù)荷測試中，不同的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)不同的擬合特征，提示其內(nèi)在生理機(jī)制的差異，OUES體現(xiàn)的是呼吸效率問題(氧氣汲取能力)，而△值呈現(xiàn)的是肌肉工作能力問題(單位功率的氧耗)。

如果把上述指標(biāo)構(gòu)建成運(yùn)動能力的評價(jià)體系，其代表的生理意義各不相同，從對上述參數(shù)的分析。研究認(rèn)為，中等強(qiáng)度下的氧氣遞增速率τ值更多反映的是機(jī)體從初始狀態(tài)到某一有氧代謝穩(wěn)態(tài)下的應(yīng)答速度問題，反映機(jī)體從運(yùn)動開始到快速調(diào)動機(jī)體機(jī)能并調(diào)適到某一穩(wěn)態(tài)的能力；而在斜坡遞增運(yùn)動中，機(jī)體所面臨的負(fù)荷刺激以某種固定模式增加(快速小負(fù)荷連續(xù)遞增功率)，體現(xiàn)的是在該遞增模式下機(jī)體的連續(xù)調(diào)適氧氣應(yīng)答效率的問題。在機(jī)體長時(shí)間耐力運(yùn)動中，需要不斷調(diào)整能量狀態(tài)，這種能量狀態(tài)的轉(zhuǎn)換既遵循兩種模式下的規(guī)律，同時(shí)也涉及到更為深層的問題，如氧債問題、機(jī)體生成乳酸的清除及再利用能力等。因此，僅從兩種理想化的模式去分析其運(yùn)動能力問題尚存在一定局限性，這只能為研究者提供一個(gè)理解該問題的視角，其最終決定耐力的因素還涉及更多、更深層面的問題，但從目前研究及本研究來看，長時(shí)間的訓(xùn)練對上述指標(biāo)有明顯的改善作用[9，6]。

5 結(jié)論

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Study on Characteristic Parameters of Oxygen Uptake Kinetics in Different Exercise Test Models

HU Guo-peng1,FENG Wei1,FENG Gang2,WANG Zhen1,LIU Wu-yi3,MENG Yan2

Objective:The characters and relationship of two typical exercise test models were researched in the study.Method:34 subject were recruited to finish two exercise test:one was incremental ramp exhaustive test,other was moderate- intensity constant test.The data about oxygen uptake was fitted by linear and nonlinear function models.Results:The goodnessR2of fitting oxygen consumption (O2) and power (Waat) was 0.932±0.151(P<0.01) by a linear function in the ramp test.The goodnessR2of fitting ventilation (VE) withO2was 0.977±0.012(P<0.01) by nonlinear logarithmic function in the ramp test.In the moderate repetitived test,goodnessR2of fit is 0.96±0.02(P<0.01),whereO2changed with time as exponential function.There were significant correlation(P<0.01) between Delta Efficiency,maximal oxygen uptake and VT,whose correlation coefficient was from 0.600 to 0.757;There was no significant correlation between OUES,Delta Efficiency and τ.Conclusion:In ramp test,O2was changed with Waat by typical linear features,while there was typical logarithmic function features between VE andO2, there are significant differences before and after VT in the △ efficiency;and in moderate-intensity constant test,O2showed a single exponential increase with time in response to the steady-state mode,there were different levels correlation between △ efficiency,OUES and VT,O2max.

oxygenuptakekinetics;maximaloxygenuptake;Deltaefficiency;oxygenuptakeefficiencyslop

2015-01-09；

2015-09-20

國家體育總局重點(diǎn)研究領(lǐng)域攻關(guān)課題(2012B067)；華僑大學(xué)科研基金資助項(xiàng)目(13BS106)。

胡國鵬(1978-)，男，河南南陽人，副教授，博士，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動醫(yī)學(xué)、運(yùn)動與健康促進(jìn),Tel:(0595)22690897,E-mail:hugp@hqu.edu.cn；馮魏(1981-)，女，河南濮陽人，講師，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動訓(xùn)練監(jiān)控，Tel:(0595)22693589,E-mail:68323412@qq.com；馮剛(1963-)，男，遼寧本溪人，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動訓(xùn)練，Tel:(0335)8580818,E-mail :771209467@qq.com。

1.華僑大學(xué) 體育學(xué)院，福建 泉州，362021；2.國家體育總局 秦皇島訓(xùn)練基地，河北 秦皇島 066004；3.上海體育學(xué)院 運(yùn)動科學(xué)學(xué)院，上海 200438 1.Huaqiao University,Quanzhou 362021,China;2.General Administration of Sport of China,Qinhuangdao 066004,China;3.Shanghai University of Sport,Shanghai 200438,China.

1000-677X(2015)11-0045-07

10.16469/j.css.201511007

G804.2

A