新型呼吸面罩訓(xùn)練對(duì)心肺功能與體成分的影響

黃偲瀚，孫 強(qiáng)，宋雅偉

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新型呼吸面罩訓(xùn)練對(duì)心肺功能與體成分的影響

黃偲瀚1，孫 強(qiáng)2，宋雅偉3

南京體育學(xué)院，江蘇 南京，210014。

研究目的：本研究旨在通過(guò)Bruce次極量等運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)，分析運(yùn)動(dòng)低氧面罩進(jìn)行訓(xùn)練對(duì)心肺功能、呼吸肌和身體成分的影響。方法：選取12名未經(jīng)過(guò)體能訓(xùn)練的普通男大學(xué)生，分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，隔天進(jìn)行4km跑步，為期6周，并在實(shí)驗(yàn)前、中、后期進(jìn)行最大吸氣壓、肺功能（最大攝氧量、最大通氣量、呼吸商等指標(biāo)數(shù)據(jù)）的測(cè)定。最后總結(jié)分析面罩對(duì)心肺功能的影響以及在訓(xùn)練中的作用。結(jié)果：（1）兩組脂肪量和體脂率與實(shí)驗(yàn)前相比有顯著性下降（P<0．05），其中實(shí)驗(yàn)測(cè)試后正常訓(xùn)練組體重平均下降1.25kg，脂肪量減少1.71kg（降幅17.6%），體脂率下降2.4%；呼吸面罩組體重平均下降2.51kg，脂肪量減少1.05（降幅7.7%）kg，體脂率下降1.48%。（2）吸氣肌肌力指數(shù)和最大攝氧量與實(shí)驗(yàn)前相比均有顯著性提升，但是每組之間的差異不顯著，其中正常訓(xùn)練組的肌力指數(shù)增加24.78，增幅為25%，最大攝氧量增加8.24，增幅為21.4%；呼吸面罩組的肌力指數(shù)增加16.95，增幅為15.4%，最大攝氧量增加8.24，增幅為24.7%。結(jié)論：（1）呼吸面罩更適用于有一定體能訓(xùn)練基礎(chǔ)的人員；（2）增加了能量的消耗，起到較好的減肥作用。（3）有助于提高人體爆發(fā)力、速度和耐力素質(zhì)。

低氧面罩；心肺功能訓(xùn)練；最大攝氧量

心肺功能泛指由氧運(yùn)輸系統(tǒng)通過(guò)肺呼吸和心臟活動(dòng)推動(dòng)的血液循環(huán)向機(jī)體運(yùn)送氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而滿足各種人體生命活動(dòng)物質(zhì)與能力那個(gè)代謝需要的生理過(guò)程[1]。有關(guān)實(shí)驗(yàn)證明心肺耐力好的人活動(dòng)能力強(qiáng)，能高效率地利用攝入體內(nèi)的氧，延長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)能力的保持時(shí)間，提高日常工作效率。有實(shí)驗(yàn)指出在低氧環(huán)境先進(jìn)行運(yùn)動(dòng)有利于呼吸效能的提高，其刺激頸動(dòng)脈體和主動(dòng)脈體的化學(xué)感受器，從而反射性地引起呼吸加快加深，在低氧環(huán)境下訓(xùn)練過(guò)的運(yùn)動(dòng)員，其呼吸頻率降低，最大通氣量提高，最大攝氧量增加，肺活量顯著增大。這些改變通過(guò)對(duì)機(jī)體氧結(jié)合能力、氧運(yùn)輸能力、供氧能力、氧利用能力和免疫系統(tǒng)功能以及神經(jīng)肌肉功能的提高，使身體組織產(chǎn)生一系列的適應(yīng)性變化，從而促進(jìn)整體健康和體質(zhì)水平的提高。但由于低氧訓(xùn)練場(chǎng)地難找，經(jīng)費(fèi)開(kāi)支大，目前我國(guó)低氧訓(xùn)練基地的科研服務(wù)體系不完善、科研人員配備不足，低氧氧艙造價(jià)成本過(guò)高等原因，無(wú)法實(shí)現(xiàn)最理想的訓(xùn)練計(jì)劃，同時(shí)也無(wú)法向廣大市民推廣。因此，研發(fā)一款同時(shí)具有99﹪高效防護(hù)、濾芯計(jì)時(shí)、低氧訓(xùn)練功能的面罩，旨在凈化空氣，過(guò)濾空氣中的細(xì)小顆粒，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)呼吸道起到保護(hù)作用，同時(shí)通過(guò)應(yīng)用不同的插片，限制面罩的通氣量，增加呼吸難度，營(yíng)造低氧的訓(xùn)練環(huán)境，提高訓(xùn)練效果，鍛煉心肺功能。

本研究旨在通過(guò)大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)（Bruce次極量運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)等），收集心率、最大攝氧量、最大通氣量、呼吸商等數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比研究，分析面罩對(duì)呼吸肌以及心肺功能的影響，判斷面罩功能。

1 研究對(duì)象和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

南京體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)系12名未經(jīng)過(guò)體能訓(xùn)練的普通男大學(xué)生，平均年齡（19.9±1.1）歲，所有受試志愿者身體健康，無(wú)代謝或內(nèi)分泌紊亂、心肺功能的疾病史，沒(méi)有哮喘和其他呼吸類疾病。所有志愿者在實(shí)驗(yàn)前已經(jīng)熟悉了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的測(cè)試以及訓(xùn)練過(guò)程，并且在進(jìn)行訓(xùn)練當(dāng)天沒(méi)進(jìn)行其他大強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)。

隨機(jī)將12名志愿者分兩組，A組為正常耐力訓(xùn)練組，B組為低氧艙訓(xùn)練組，每組各6人?；厩闆r如表1。

表1 研究對(duì)象的基本情況

注：*實(shí)驗(yàn)后各組與實(shí)驗(yàn)前相比有顯著性差異P＜0.05

1.2 研究方法

1.2.1 測(cè)試的方法（1）兩組均進(jìn)行為期6周的跑步訓(xùn)練，每周3次，隔天進(jìn)行，每次跑4km，并在20min內(nèi)跑完，并且心率保持在最大心率的70%，志愿者身著寬松舒適的衣褲進(jìn)行測(cè)試。

A組要求在標(biāo)準(zhǔn)的塑膠跑道上進(jìn)行訓(xùn)練；

B組要求在同樣的場(chǎng)地進(jìn)行訓(xùn)練，但每次耐力訓(xùn)練必須佩戴嵐極雙效面罩進(jìn)行試驗(yàn)。

通過(guò)佩戴心率帶，測(cè)量受試者跑步過(guò)程中的心率，進(jìn)而控制其跑步速度，并記錄整個(gè)訓(xùn)練過(guò)程中最高心率。

訓(xùn)練結(jié)束后詢問(wèn)受試者主觀疲勞感受，通過(guò)RPE（Rating of Perceived Exertion）此量表進(jìn)行自我評(píng)估。

（2）實(shí)驗(yàn)前、中、后期通過(guò)k5呼吸肌訓(xùn)練器對(duì)受試者進(jìn)行最大吸氣壓測(cè)試評(píng)定；佩戴cosmed K4B2便攜式心肺功能儀在運(yùn)動(dòng)平板上進(jìn)行Bruce逐級(jí)遞增運(yùn)動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)，測(cè)量肺活量，最大攝氧量、最大通氣量、呼吸商等指標(biāo)數(shù)據(jù)；使用MC-180體成分測(cè)試儀器進(jìn)行體成分檢測(cè)，包括體重，脂肪量，體脂率等。

1.2.2 面罩的研制 面罩設(shè)計(jì)符合人體工學(xué)密封設(shè)計(jì)，適合亞洲人的臉型，佩戴方便，緊密貼合臉部。面罩多功能、多層次的進(jìn)氣口科學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)空氣的凈化有著優(yōu)良的效果，同時(shí)使用不同形狀與大小的插片，通過(guò)對(duì)面罩進(jìn)氣孔封閉程度的控制，限制面罩的通氣量，起到低氧訓(xùn)練的效果。實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一受試者所使用的插片規(guī)格，相同的通氣量。實(shí)驗(yàn)期間要求受試者將口鼻完全包裹在面罩內(nèi)，調(diào)整到舒適的位置，使面罩緊密貼合在面部，氣體的交換只能通過(guò)面罩的進(jìn)出氣孔進(jìn)行，用可調(diào)整面罩松緊度的調(diào)整帶固定在面部。

圖1 改進(jìn)的面罩進(jìn)氣口結(jié)構(gòu)分解圖

1.2.3 最大吸氣壓 所有的受試者在實(shí)驗(yàn)的前、中、后期都進(jìn)行呼吸肌測(cè)試，使用呼吸訓(xùn)練器（Power Breathe K5）進(jìn)行測(cè)試。采用快吸慢呼（快速且深入的吸氣，緩慢呼氣）的方式呼吸30次，每次間隔10s，其中所能達(dá)到的最大肌力指數(shù)即為最大吸氣壓。

1.2.4 肺功能測(cè)試 使用K4b2心肺功能測(cè)試儀跟跑臺(tái)進(jìn)行 Bruce實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)終止時(shí)受試者的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中心率，RPE，最大攝氧量、最大通氣量、呼吸商等數(shù)據(jù)。

1.2.5 體成分測(cè)試 直接測(cè)定，使用MC-180體成分測(cè)試儀，打開(kāi)電源，受試者赤足站立，測(cè)量記錄體重，脂肪量，肌肉量，體脂率等。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析 采用SPSSl7.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)所測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，所得數(shù)據(jù)用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)比較組內(nèi)訓(xùn)練前后是否有顯著性差異，以獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)來(lái)比較缺血訓(xùn)練組和正常訓(xùn)練組訓(xùn)練效果是否顯著，P＜0.05表示差異顯著，P＜0.01表示差異非常顯著。

2 結(jié) 果

2.1 訓(xùn)練前后身體成分變化情況

表2 實(shí)驗(yàn)前后身體成分的情況

注：*實(shí)驗(yàn)后各組與實(shí)驗(yàn)前相比有顯著性差異P＜0.05

從表2實(shí)驗(yàn)前后數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)看，實(shí)驗(yàn)后兩組脂肪量和體脂率與實(shí)驗(yàn)前相比有顯著性下降（P<0．05），其中實(shí)驗(yàn)測(cè)試后正常訓(xùn)練組體重平均下降1.25kg，脂肪量減少1.71kg（降幅17.6%），體脂率下降2.4%；呼吸面罩組體重平均下降2.51kg，脂肪量減少1.05（降幅7.7%）kg，體脂率下降1.48%。

2.2 訓(xùn)練前后呼吸肌功能及最大攝氧量變化情況

表3 實(shí)驗(yàn)前后呼吸肌肌力指數(shù)和最大攝氧量的變化情況

注：*實(shí)驗(yàn)后各組吸氣肌肌力指數(shù)與實(shí)驗(yàn)前相比有顯著性差異P＜0.05

從表3結(jié)果得出，實(shí)驗(yàn)測(cè)試后，2組吸氣肌肌力指數(shù)和最大攝氧量與實(shí)驗(yàn)前相比均有顯著性提升，但是每組之間的差異不顯著，其中正常訓(xùn)練組的肌力指數(shù)增加24.78，增幅為25%，最大攝氧量增加8.24，增幅為21.4%；呼吸面罩組的肌力指數(shù)增加16.95，增幅為15.4%，最大攝氧量增加8.24，增幅為24.7%。

3 討 論

3.1 對(duì)身體成分變化的影響

一個(gè)人身體健康狀況可以通過(guò)其體重的變化進(jìn)行反映與衡量，正確的運(yùn)動(dòng)可以控制我們的體重，維持身體健康。實(shí)驗(yàn)采取了有氧的運(yùn)動(dòng)方案，其不僅能增加人體對(duì)糖和蛋白質(zhì)的利用，還能使組織中蛋白質(zhì)的新陳代謝加強(qiáng)，防止多余的糖和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為脂肪[2]。研究結(jié)果表明兩組測(cè)試人員體重、脂肪量、體脂肪率在進(jìn)行一段時(shí)間的訓(xùn)練后都有顯著下降，兩組之間的區(qū)別在于，受試者在佩戴了面罩進(jìn)行訓(xùn)練后，由于面罩限制通氣量，增加了呼吸難度，改變了原有的呼吸節(jié)奏，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷強(qiáng)度增高，從而加強(qiáng)了運(yùn)動(dòng)對(duì)人體代謝循環(huán)系統(tǒng)的刺激，提高了代謝能力，主管疲勞感更為明顯。

BMI由世界衛(wèi)生組織于1990年公布，用于反映成人體重與身高的關(guān)系，是判斷人體胖瘦程度的一項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)[3]。根據(jù)世界衛(wèi)生組織規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，亞洲人BMI正常值為18.5—23.9受試者的BMI指數(shù)在理想的正常值范圍內(nèi)[4]。相比之下，面罩組在與普通組進(jìn)行相同的訓(xùn)練后，將受試者BMI控制在正常值的同時(shí)起到了快速減肥的效果，適用于肥胖人群。

3.2 呼吸肌功能及最大攝氧量變化的影響

有關(guān)研究表明，有氧運(yùn)動(dòng)——健身跑能增強(qiáng)呼吸肌的力量，擴(kuò)大胸廓活動(dòng)范圍，使充滿肺泡的數(shù)量增多，肺臟彈性增強(qiáng)，肺活量增加，吸氣能力提高[5]。

最大攝氧量是人體在進(jìn)行有大量肌肉群參加的長(zhǎng)時(shí)間劇烈運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)心肺功能和肌肉利用氧的能力達(dá)到本人極限水平時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)所能攝取的氧量，它與人體心肺功能的運(yùn)轉(zhuǎn)能力（主要受心輸出量、血紅蛋白水平和毛細(xì)血管的密度影響）和肌肉細(xì)胞對(duì)氧的吸收、利用能力（主要受細(xì)胞線粒體的多少、有氧代謝酶系活性影響）密切相關(guān)，是評(píng)定人體有氧工作能力的重要指標(biāo)[6]。當(dāng)個(gè)人的有氧工作能力提高，其生活質(zhì)量、工作能力和活動(dòng)能力都會(huì)相應(yīng)的提升，這可以增加社會(huì)參與度，豐富生活內(nèi)容，使其幸福感提升[7]。從結(jié)果中可以看到，為期6周的慢跑訓(xùn)練有效的提升了受試者的最大攝氧量，王小燕等人的研究也認(rèn)為：有氧健身運(yùn)動(dòng)提高了呼吸系統(tǒng)的機(jī)能，使氣體交換的頻率提高，全身組織的代謝率改善[8]。

人體呼吸肌包括吸氣肌和呼吸肌，吸氣肌包括膈肌和肋間外肌，呼氣肌主要是肋間內(nèi)肌和腹肌。呼吸肌為骨骼肌，其功能類似于運(yùn)動(dòng)肌肉，因此，與身體的其他肌肉一樣，呼吸肌可以通過(guò)鍛煉提高其能力。呼吸肌的訓(xùn)練主要是吸氣?。跫。┮约拜o助吸氣肌的力量，通過(guò)增加呼吸肌群的肌力以及耐力，可推遲和降低運(yùn)動(dòng)時(shí)膈肌疲勞發(fā)生的時(shí)間和程度，降低反射性誘發(fā)的交感神經(jīng)介導(dǎo)的縮血管活動(dòng)，保持活動(dòng)肢體肌的血流量[9]。同時(shí)，呼吸肌耐力訓(xùn)練后除了呼吸肌改變外，呼吸感覺(jué)也改變，如呼吸費(fèi)力和呼吸急促的感覺(jué)降低，這也可能是促使了耐力時(shí)間的增加[10]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示普通組的呼吸肌比面罩組的提升更為明顯，由于實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練采取了有氧運(yùn)動(dòng)的方式，其運(yùn)動(dòng)過(guò)程呼吸較平穩(wěn)，并非進(jìn)行爆發(fā)式地吸氣，對(duì)呼吸肌肉形成的主要是耐力方面的訓(xùn)練，因此對(duì)于受試者的影響主要在于持續(xù)供氧的能力的提高。

4 結(jié) 論

（1）呼吸面罩更適用于有一定體能訓(xùn)練基礎(chǔ)的人員，在運(yùn)動(dòng)能力、心肺功能等方面適應(yīng)了相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，面罩限制的通氣量不會(huì)太大程度上讓受試者感到不適，能夠顯著地提高最大攝氧量以及對(duì)呼吸肌起到鍛煉的效果。（2）呼吸面罩限制了通氣量，提高了運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，增加了能量的消耗，起到較好的減肥作用。（3）對(duì)于爆發(fā)性訓(xùn)練能加強(qiáng)運(yùn)動(dòng)效率，有助于提高人體爆發(fā)力、速度和耐力素質(zhì)。

[1] 陳 榮.三種心肺功能運(yùn)動(dòng)負(fù)荷測(cè)試的評(píng)價(jià)效度研究[J].2005，25（06）：52~54.

[2] 陳立軍，王 興，王 茹.在多巴高原與平原分別實(shí)施有氧運(yùn)動(dòng)處方對(duì)肥胖青少年體質(zhì)健康促進(jìn)的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)體育科技，2013，49（06）：89~93.

[3] 國(guó)家體育總局群體司.1997年全國(guó)成年人體質(zhì)檢測(cè)論文匯編[C].北京：人民體育出版社，2000.

[4] 扆 錚.高海拔呼吸面罩訓(xùn)練對(duì)大學(xué)生體質(zhì)健康水平影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，40（04）：017.

[5] 張永茂.跳繩運(yùn)動(dòng)對(duì)青少年心肺功能影響的實(shí)驗(yàn)研究[D].成都體育學(xué)院：成都體育學(xué)院學(xué)位論文，2014.

[6] 洪邦輝，姚 鑫.呼吸肌力量訓(xùn)練對(duì)健康大學(xué)生耐力專項(xiàng)能力影響研究[J].2013，9（03）.

[7] 朱同樂(lè).呼吸肌訓(xùn)練對(duì)健康大學(xué)生心肺功能及耐力運(yùn)動(dòng)能力影響的實(shí)驗(yàn)研究[D].山東師范大學(xué)：山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文.2010.06.

[8] 王小燕.有氧健身運(yùn)動(dòng)對(duì)城市老年人體質(zhì)的影響[J].2002，38（6）.

[9] 董 旭，申廣浩，謝康寧，景 達(dá)，劉 娟.高原低壓低氧環(huán)境對(duì)心肺結(jié)構(gòu)與功能的影響研究進(jìn)展[J].環(huán)境與健康雜志，2017，34（06）.

[10] 李尚師，鄭必海，宋 娟，等.快速進(jìn)入高原者肺功能的影響及與AMS的關(guān)系[J].軍事醫(yī)學(xué)，2004，14（03）：19~20.

Study on the Effects of Training on Cardiopulmonary Function And Body Composition with a New Type of Respirator

HUANG Sihan1, SUN qiang2, SONG Yawei3

Nanjing Sport Institute, Nanjing Jiangsu, 210014, China.

Objective: The purpose of this study was to analyze the effects of exercise hypoxia mask on cardiopulmonary function, respiratory muscle and body composition through the exercise test of Bruce submaximum. Methods: 12 ordinary male college students who were not trained in physical training were selected to be divided into the experimental group and the control group. The four kilometers of running in the next day lasted for 6 weeks, and the maximum inspiratory pressure, cardiopulmonary function（the maximum oxygen uptake, the maximum gas volume, the respiratory rate, etc.）were measured before, during and after the experiment. At last, the effect of mask on cardiopulmonary function and its function in training were summarized and analyzed. Results: the two groups of fat mass and body fat were significantly less than before the experiment（P<0.05）. The average weight of the normal training group was dropped by 1.25 kg, and the body fat decreased by 1.71 kg, and the body fat dropped by 2.4%; The respiratory mask group had an average weight loss of 2.51kg, and the amount of fat decreased by 1.05（by 7.7%）and the body fat rate decreased by 1.48%. Inspiratory muscle strength index and VO2max compared with before the experiment was significantly increased, but no significant difference between each group. The strength index of normal training group increased 24.78, an increase of 25%, VO2max increased 8.24, an increase of 21.4%. The strength index of respiratory mask group increased 16.95, an increase of 15.4%, VO2max increased 8.24, an increase of 24.7%. Conclusion:（1）breathing mask is more suitable for personnel with certain physical training foundation.（2）increase energy consumption and play a better role in weight loss.（3）it helps to improve the quality of explosive force, speed and endurance.

Hypoxia mask; Cardiopulmonary function training; Maximum oxygen uptake

1007―6891（2018）03―0028―04

10.13932/j.cnki.sctykx.2018.03.08

G804.7

A

2018-03-03

2018-03-15

江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練重點(diǎn)項(xiàng)目（201710330008Z）。