心臟呼吸系統(tǒng)與運(yùn)動員機(jī)體功能狀態(tài)的關(guān)系研究

Ю·С·瓦紐申　Р·Р·海魯林

[專家點評]

作者來自于俄羅斯著名城市喀山——2013年第27屆世界夏季大學(xué)生運(yùn)動會舉辦城市。文章是一篇研究報告。作者對73名不同年齡和運(yùn)動項目的男性運(yùn)動員的心臟呼吸系統(tǒng)特點進(jìn)行了研究。受試運(yùn)動員按照年齡和運(yùn)動項目分成4組，主要采用的是常規(guī)性指標(biāo)，研究結(jié)果未超越已有的認(rèn)識，起到了進(jìn)一步證實已有觀點的作用。

為幫助讀者理解，需要補(bǔ)充說明的是文章中出現(xiàn)的兩個不常見的術(shù)語：變頻型（俄語：Хронотропный，英語：Chronotropic）適應(yīng)和變力型（俄語：Инотропный，英語：Inotropic）適應(yīng)。這里“變頻型適應(yīng)”是指影響心臟收縮頻率的適應(yīng)，而變力型適應(yīng)是指影響心肌收縮力的適應(yīng)。此外，要是作者能更明確地指明周期性和非周期性運(yùn)動項目是指哪些具體項目的話，也許將更有助于讀者的理解和引用。

——姚頌平

摘要。本研究的目的是按照心臟呼吸系統(tǒng)相互聯(lián)系的生理學(xué)反應(yīng)綜合指標(biāo)確定在提高負(fù)荷強(qiáng)度的情況下不同運(yùn)動項目和年齡運(yùn)動員機(jī)體的功能狀態(tài)。在研究中我們在自行車測功儀上無間歇地使用了從50 W到200 W逐漸提高強(qiáng)度的負(fù)荷。每一個負(fù)荷等級使用的時間為4 min。在這種情況下記錄了以下心臟呼吸系統(tǒng)指標(biāo)：心率（ЧСС）、每搏血量（УОК）、每分鐘血液循環(huán)量（МОК）、每分鐘呼吸量（МОД）、血液循環(huán)指數(shù)（ИК）、心臟指數(shù)（СИ）、氧利用系數(shù)（КИО2）。為了判斷運(yùn)動員機(jī)體的補(bǔ)償性反應(yīng)和適應(yīng)性反應(yīng)使用了心臟呼吸系統(tǒng)綜合評價系數(shù)。參加研究的有73名男性，年齡為17至35歲，根據(jù)不同年齡和從事的運(yùn)動項目將他們分為若干組。對于周期性運(yùn)動項目的運(yùn)動員，開始時帶有強(qiáng)度為150 W的負(fù)荷，不同年齡的運(yùn)動員表現(xiàn)出不同的優(yōu)勢性機(jī)制（變頻型或變力型）。非周期性項目的運(yùn)動員在提高負(fù)荷強(qiáng)度時年齡對心臟未活動產(chǎn)生影響。在負(fù)荷下對運(yùn)動員適宜的血液動力反應(yīng)閾值產(chǎn)生影響的是運(yùn)動項目，而不是年齡。使用心臟呼吸系統(tǒng)綜合評價系數(shù)證明周期性項目的運(yùn)動員具有較大的功能潛力。

關(guān)鍵詞：心臟呼吸系統(tǒng)、變頻型和變力型適應(yīng)、運(yùn)動員、提高強(qiáng)度的負(fù)荷

Abstract：The purpose of this study is to determine the bodys functional status in improving the load intensity of different sports and athletes age according to the physiological reaction comprehensive indicator of cardiorespiratory system. In the study， we used the ergometer with a gradual increase in intensity from 50 W to 200 W. The time for each load level is 4 min. In this case， the following cardiac respiratory system parameters were recorded： heart rate， stroke volume， blood circulation per minute， respiratory rate per minute， blood circulation index， cardiac index， and oxygen utilization coefficient. In order to determine the compensatory responses and adaptive response of athletes， the cardiac respiratory system comprehensive evaluation coefficient was used. Subjects participating in the study were 17 males， aged 73 to 35 years， and were divided into several groups according to different age and exercise program. For athletes with periodic sports events， the load at the beginning of the 150 W， athletes of different ages show different advantages （chronotropic and inotropic）. Athletes of non-periodic sports events have an effect on the age of the heart when the load intensity is increased. Under the load， the optimal blood dynamic response threshold of athletes is affected by the sports events， but not the age. It proves that the athletes of the periodic sports events have great potential by using the comprehensive evaluation coefficient of cardiac respiratory system.

Key words： cardiac respiratory system； chronotropic and inotropic； athlete； load of improving intensity

現(xiàn)代信息技術(shù)使得研究者能綜合性地分析機(jī)體的功能狀態(tài)，即存在著在系統(tǒng)水平上多參數(shù)分析研究功能的可能性。這樣的思想是在功能系統(tǒng)理論中建立的[1-4]。在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，從加拿大生物學(xué)家Л.Ф.貝爾塔蘭費(fèi)（1973）的著作開始廣泛采用系統(tǒng)化態(tài)度，把系統(tǒng)確定為是其眾多組成成分的統(tǒng)一體。所以，必須綜合性地研究整個機(jī)體，這就要求同一時刻比較眾多功能指標(biāo)[5]。由此對于建立植物性保障肌肉活動模式，同時記錄功能系統(tǒng)的各個組成成分顯然是適宜的[6]。

心臟呼吸系統(tǒng)是最重要的功能系統(tǒng)之一，其活動在很大程度上決定了保障對機(jī)體的供氧，以及運(yùn)動員的運(yùn)動成績和健康。依據(jù)心臟呼吸系統(tǒng)的活動可以判斷運(yùn)動員機(jī)體的功能狀態(tài)，因為它完成的是功能可能性和潛在可能性指示器的作用。對于從事耐力性運(yùn)動項目的運(yùn)動員心臟呼吸系統(tǒng)具有特別大的意義[2-3]。

1 研究目的

按照心臟呼吸系統(tǒng)相互聯(lián)系的生理學(xué)反應(yīng)綜合指標(biāo)確定在提高負(fù)荷強(qiáng)度的情況下不同運(yùn)動項目和年齡運(yùn)動員機(jī)體的功能狀態(tài)。

2 研究方法和組織

在醫(yī)學(xué)-生物學(xué)研究中具有高度診斷價值的身體負(fù)荷得到廣泛的普及，借此可以模擬人的各種不同的活動類型。公認(rèn)的和受到偏愛的是自行車測功儀，它比較容易獲得運(yùn)動活動時的生理學(xué)信息和能夠精確地按照強(qiáng)度，或按照完成工作的時間區(qū)分身體負(fù)荷[2-6]。在我們的研究中，在自行車測功儀上無間歇地使用了從50 W到200 W逐漸提高強(qiáng)度的負(fù)荷。每一個負(fù)荷等級使用的時間為4 min。在這種情況下記錄了以下心臟呼吸系統(tǒng)指標(biāo)：心率（ЧСС）、每搏血量（УОК）、每分鐘血液循環(huán)量（МОК）——按照B.古比契克及其合作者的方法確定[7]；每分鐘呼吸量（МОД）——借助于肺測速儀；血液循環(huán)指數(shù)（ИК）、心臟指數(shù)（СИ）、氧利用系數(shù)（КИО2）——通過計算方法獲得。為了判斷運(yùn)動員機(jī)體的補(bǔ)償性反應(yīng)和適應(yīng)性反應(yīng)使用了心臟呼吸系統(tǒng)綜合評價系數(shù)[2-3]。

參加研究的有73名男性運(yùn)動員，年齡為17～35歲，根據(jù)年齡期和從事不同的運(yùn)動項目將他們分為若干組。第一組（22人），17～21歲的青年，從事周期性運(yùn)動項目；第二組（17人），17～21歲的青年，從事非周期性運(yùn)動項目；第三組（20人）——成年運(yùn)動員（22～35歲），從事周期性運(yùn)動項目；第四組（14人）——22～35歲的非周期性運(yùn)動項目的運(yùn)動員。

3研究結(jié)果和討論

運(yùn)動員組中隨著完成負(fù)荷的強(qiáng)度升高，心臟活動指標(biāo)也提高，見表1。

可是，在這種情況下表現(xiàn)出的特點既與運(yùn)動員的年齡有關(guān)，也與運(yùn)動項目有關(guān)。不同年齡和從事不同運(yùn)動項目的運(yùn)動員組對身體負(fù)荷有不同的反應(yīng)，他們的生理功能的適應(yīng)區(qū)間也不同。例如從事非周期性運(yùn)動項目的運(yùn)動員組在提高強(qiáng)度的負(fù)荷下年齡沒有對心臟活動指標(biāo)（ЧСС、УОК、МОК）產(chǎn)生影響。所有這些參數(shù)隨著負(fù)荷強(qiáng)度的提高，出現(xiàn)同一方向的變化，并在青年組和成年組之間沒有顯著的差異。這可能是因為這些組的受試者來自于同一個運(yùn)動項目，在負(fù)荷下的緊急適應(yīng)機(jī)制不取決于年齡特征。

在周期性運(yùn)動項目的運(yùn)動員組中年齡對心臟活動指標(biāo)具有影響。從強(qiáng)度為150 W的負(fù)荷開始，心率較高的是青年運(yùn)動員組，而每搏血量較大的是成年運(yùn)動員組。可能在從事周期性運(yùn)動項目的運(yùn)動員組中年齡對參與支持心臟輸出的優(yōu)勢性機(jī)制（變力的或變頻的）具有影響。

有些作者[2-3]把停止增大每搏血量的現(xiàn)象稱為適宜的血液動力反應(yīng)的閾值。從我們的研究結(jié)果應(yīng)當(dāng)看到，競技活動項目對其產(chǎn)生了影響。在運(yùn)動活動中增大心臟輸出量是依靠增加心率或每搏血量來實現(xiàn)的，而在某些情況下——依靠心臟活動這兩個參數(shù)同時實現(xiàn)的，可是，它們對每分血量的貢獻(xiàn)是不同的。例如，每搏輸出量對于初始水平增加不超過1倍，與此同時在最大負(fù)荷下心率則可以增加2倍以上。在這種情況下，安靜心率越是低，心臟變頻的可能性就越是大?？梢哉J(rèn)為，從生物學(xué)視角心臟的變頻反應(yīng)的最大意義取決于竇結(jié)節(jié)的功能可能性。所以對于運(yùn)動員的，尤其是耐力項目的運(yùn)動員，增加每搏輸出量是每分鐘血量的主要優(yōu)化因素，每搏輸出量的值取決于基礎(chǔ)性的潛在血量。可是訓(xùn)練程度不高的人們每分鐘血量的增加是依靠心臟的變頻反應(yīng)，這在從事非周期性運(yùn)動項目的青年運(yùn)動員和成年運(yùn)動員組中可以觀察到。在這種情況下，適宜的血液動力反應(yīng)的閾值等于50 W。

在從事周期性運(yùn)動項目的青年和成年運(yùn)動員中，閾值處于100 W的負(fù)荷強(qiáng)度水平上。在這一組中在提高負(fù)荷強(qiáng)度下每搏血量較大增加的機(jī)制可能是因為他們左心室的舒張和收縮容量可能大于其他組[2-3]。在身體負(fù)荷下可能這些容量減少的量比較多，從而決定了每搏血量的較大增加。

在自行車測功儀上強(qiáng)度為150 W和200 W的負(fù)荷導(dǎo)致了所有組運(yùn)動員心率的持續(xù)增加。每分鐘血量的增加主要是依靠變頻效應(yīng)，在這種情況下正是心臟活動的增加頻率證明了所施加負(fù)荷的可承受性。

在同時比較心臟呼吸系統(tǒng)的許多功能指標(biāo)時可以獲得關(guān)于機(jī)體對負(fù)荷適應(yīng)的最充分的認(rèn)識[2，6]。在較大程度上決定肌肉活動時對機(jī)體保障供氧的最重要的指標(biāo)之一是每分鐘血量。可是我們所獲得的結(jié)果證明了在從一種負(fù)荷強(qiáng)度過渡到另一種負(fù)荷強(qiáng)度中每分鐘血量的增量出現(xiàn)降低，見表2。所以可以假設(shè)，存在著針對于滿足肌肉活動時需氧量的其他機(jī)制。其中之一是外呼吸，按照許多作者[2-3]的意見，這可能是限制達(dá)到高度運(yùn)動成績的因素。

從事非周期性運(yùn)動項目的運(yùn)動員組中，肺通氣量（МОД）最大值出現(xiàn)在200 W的負(fù)荷強(qiáng)度下，與年齡無關(guān)，見表2。在這種情況下，在周期性運(yùn)動項目的運(yùn)動員組中外呼吸被視為在提高功率自行車負(fù)荷強(qiáng)度條件下，在心臟輸出值相對較小的情況下是滿足運(yùn)動員機(jī)體需氧量的補(bǔ)充機(jī)制之一。必須指出，我們所獲得的肺通氣量結(jié)果不是足夠高水平訓(xùn)練程度的標(biāo)準(zhǔn)，因為在這種情況下呼吸的氧價和能量價都提高了。在這樣的條件下對肌肉活動的適應(yīng)最好是借助于激活和提高氧傳輸系統(tǒng)的效果。從事周期性運(yùn)動項目的17～21歲青年運(yùn)動員組的血液循環(huán)指數(shù)和心臟指數(shù)的較大值可信地證實了這一點。

在機(jī)體對肌肉活動適應(yīng)的過程中，甚至在同一個功能系統(tǒng)中，出現(xiàn)了復(fù)雜的相互關(guān)系。這可以在提高強(qiáng)度的負(fù)荷下保障對運(yùn)動員機(jī)體供氧的心血管系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)的相互作用中看到。為了判斷不同運(yùn)動項目和年齡的運(yùn)動員機(jī)體在完成提高強(qiáng)度的負(fù)荷下的補(bǔ)償性反應(yīng)和適應(yīng)性反應(yīng)，我們采用了心臟呼吸系統(tǒng)的綜合評價系數(shù)[3]，它指出了年齡為17～21歲和22～35歲從事周期性運(yùn)動項目的運(yùn)動員組在150 W強(qiáng)度的負(fù)荷下具有較大的功能潛力，而從事非周期性運(yùn)動項目的運(yùn)動員的機(jī)體中則替代了功能。從事非周期性運(yùn)動項目的運(yùn)動員組在150～200 W強(qiáng)度的負(fù)荷下對機(jī)體供氧的綜合評價系數(shù)出現(xiàn)較大的下降反映了對工作肌群輸送氧的保障具有較高的“生理學(xué)價值”。

4 結(jié)論

周期性運(yùn)動項目運(yùn)動員從150 W強(qiáng)度的負(fù)荷開始表現(xiàn)出優(yōu)勢性的適應(yīng)機(jī)制（變力型或變頻型），取決于運(yùn)動員的年齡。非周期性運(yùn)動項目運(yùn)動員在提高強(qiáng)度的負(fù)荷下年齡未對心臟活動指標(biāo)產(chǎn)生影響。在負(fù)荷下對運(yùn)動員適宜的血液動力反應(yīng)閾值給予影響的是運(yùn)動項目，而不是年齡。使用心臟呼吸系統(tǒng)綜合評價系數(shù)證明了周期性運(yùn)動項目的運(yùn)動員具有較大的功能潛力。

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