NIRS技術(shù)在運動訓(xùn)練監(jiān)控中的應(yīng)用

唐承斌　苗梁

中圖分類號：G808? ?文獻標識：A? ? ?文章編號：1009-9328（2022）05-242-02

摘? 要? 本研究的目的在于對近年來NIRS技術(shù)在運動訓(xùn)練監(jiān)控中的應(yīng)用現(xiàn)狀進行歸納，總結(jié)出其在運動訓(xùn)練監(jiān)控中主要應(yīng)用途徑。本文以NIRS技術(shù)的主要應(yīng)用途徑作為研究對象，采用文獻資料法、邏輯分析法進行探討與分析。通過研究，認為NIRS技術(shù)主要應(yīng)用于評定有/無氧能力、判定疲勞狀態(tài)、判定負荷強度、關(guān)聯(lián)其他生理生化指標。結(jié)論：NIRS技術(shù)豐富了運動訓(xùn)練監(jiān)控時的實時監(jiān)測手段，為監(jiān)控提高更切實可靠的科學(xué)依據(jù)，對調(diào)整訓(xùn)練計劃，提高訓(xùn)練效果，對運動訓(xùn)練具有重要的指導(dǎo)意義，但仍存在應(yīng)用局限性較大，推廣力度較小等問題。

關(guān)鍵詞? 運動訓(xùn)練監(jiān)控? 肌氧? 近紅外光譜技術(shù)? 技術(shù)應(yīng)用

一、前言

如今，體育運動訓(xùn)練的發(fā)展日新月異，體育運動訓(xùn)練由過去的以教練員與運動員為訓(xùn)練主體發(fā)展為以教練員、科研人員團隊和運動員為主體的多主體化訓(xùn)練模式，訓(xùn)練理念也由過去的教練主導(dǎo)、運動員訓(xùn)練轉(zhuǎn)變?yōu)榻叹氈贫?、科研團隊設(shè)計、運動員參與的新理念。同時，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和理論研究的接續(xù)深入，多學(xué)科知識的融入以及相關(guān)物質(zhì)條件的完善對提高運動員成績的幫助十分顯著。隨著經(jīng)驗主導(dǎo)訓(xùn)練的時代漸漸落幕，運動訓(xùn)練科學(xué)理論指導(dǎo)拉開了運動訓(xùn)練新時代的大幕。教練員與科研人員一道，對指導(dǎo)項目進行科學(xué)理論的學(xué)習(xí)與參考，結(jié)合運動員的實際情況，以合理的相關(guān)生理指標評估運動員的狀態(tài)，制定針對性的訓(xùn)練計劃，才能使運動員產(chǎn)生符合既定目標的適應(yīng)性變化，從而發(fā)掘出運動員的最大潛能，使運動員獲得理想的運動成績。

隨著學(xué)科發(fā)展，在臨床和科研中已經(jīng)廣泛開展了對人體運動時的各種生理指標的監(jiān)測和對多項監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，越來越多的生理指標被研究人員認為可以用于進行運動訓(xùn)練監(jiān)控，監(jiān)控角度逐漸出現(xiàn)精細分類，開始從生理學(xué)、生物力學(xué)、解剖學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科角度出發(fā)，并著重于從心率、血乳酸、RPE、肌氧[2]等指標對運動員的訓(xùn)練過程進行檢測與監(jiān)控，這些指標在運動訓(xùn)練過程中的表現(xiàn)能夠清晰地體現(xiàn)運動員的狀態(tài)。所以，越來越多的研究者意識到在對運動員開展一般或?qū)ｍ椨?xùn)練時，要時時關(guān)注運動員的身體狀態(tài)，尤其要對運動員各項生理指標進行測試與分析，以了解各個訓(xùn)練階段的訓(xùn)練收益并及時作出相應(yīng)的建議及調(diào)整改變。在這一發(fā)展過程中，能否對所得生理指標進行科學(xué)合理的監(jiān)測、記錄、應(yīng)用、分析成為運動訓(xùn)練監(jiān)控學(xué)科的焦點，能否真正融入運動訓(xùn)練過程本身，也被認為是該學(xué)科有效性的印證。

氧作為人體完成正常新陳代謝和維持正常生命運動的重要基礎(chǔ)物質(zhì)，在體內(nèi)承載著搭乘血液運輸能源物質(zhì)等重要作用。在運動訓(xùn)練過程中，骨骼肌進行收縮時會產(chǎn)生大量的氧耗，從而滿足骨骼肌對于能源物質(zhì)的需求，以維持運動過程。如果無法維持氧供給，肌肉則會快速產(chǎn)生脫氧現(xiàn)象，從而造成無法維持既定運動強度的情況出現(xiàn)。因此，監(jiān)測氧供給的情況對進行運動訓(xùn)練監(jiān)控至關(guān)重要。

肌氧技術(shù)作為監(jiān)測氧供給的現(xiàn)代技術(shù)，在國外約有五十年的應(yīng)用歷史，在國內(nèi)也有近三十年的發(fā)展歷史，得益于在訓(xùn)練監(jiān)控中所表現(xiàn)出的便利性與即時性，以及技術(shù)本身的連續(xù)性、可重復(fù)性和對具體指標的敏感性，突破了傳統(tǒng)的有創(chuàng)監(jiān)測的局限，其獲得了研究人員和教練員、運動員的廣泛支持。

二、運動訓(xùn)練監(jiān)控與肌氧技術(shù)

（一）運動訓(xùn)練監(jiān)控（Monitoring of sport training）

運動訓(xùn)練監(jiān)控是指運動訓(xùn)練過程中，通過記錄、測量、測試等手段獲取運動訓(xùn)練的反饋信息，以此評價運動訓(xùn)練安排與運動員現(xiàn)實狀態(tài)的關(guān)系，進而對訓(xùn)練計劃進行調(diào)整、修改，從而控制訓(xùn)練過程的活動。

（二）肌氧（SmO2）

肌氧即肌氧飽和度是指局部骨骼肌動脈、靜脈和毛細血管中氧供、氧耗的動態(tài)平衡和肌紅蛋白氧含量的總體效應(yīng)。

1.肌氧測試工具及方式。肌氧測試在國內(nèi)外的運動實踐中的運用極為普遍，肌氧已經(jīng)成為了運動訓(xùn)練監(jiān)控中生理指標的重要組成部分。目前的肌氧測試工具基本上都是在近紅外光譜（Near infrared spectroscopy，NIRS）技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。在運動訓(xùn)監(jiān)控領(lǐng)域，常使用NIRS-sEMG組合應(yīng)用，來提高監(jiān)測的準確性。如今也有學(xué)者提NIRS-DCS的組合應(yīng)用。已用于測量肌肉氧合的近紅外肌氧儀有三大類：連續(xù)波（Continuous Wave NIRS）、時間分辨（Time Resolved Spectroscopy）或時域（Time Domain NIRS）或飛行時間質(zhì)譜，以及頻域（Frequency Domain NIRS）強度調(diào)制。

測試方式則主要是使用便攜可穿戴式無線肌氧測試（NIRS）儀器，連接控制電腦使用，并通過相關(guān)公式得出實際數(shù)據(jù)。

2.NIRS技術(shù)緣起。在NIRS技術(shù)廣泛應(yīng)用于運動訓(xùn)練監(jiān)控之前，受物質(zhì)及理論等方面條件的制約，研究學(xué)者、教練員和運動員進行收集血乳酸等生理指標通常會使用有創(chuàng)采集方式進行，這不僅會挫傷受試者參與測試的積極性，同時有創(chuàng)采集的方式有著一定的侵入性、間斷性、滯后性的局限存在，實驗者與受試者均期待一種新技術(shù)的到來。二十世紀70年代，NIRS技術(shù)主要應(yīng)用于醫(yī)療試驗領(lǐng)域，著重于實驗和如腦氧合觀測。1977年，國外學(xué)者Jobsis首次提出使用NIRS技術(shù)檢測生物組織的血氧參數(shù)，其觀點得到國際上的廣泛認可，并開展了一系列探索。1992年，第一次用于專業(yè)（賽艇項目）運動員的監(jiān)測由Briton Chance開展，圍繞耐力訓(xùn)練展開，國內(nèi)各研究機構(gòu)也開始使用自制的測試工具進行檢測。早期學(xué)者曹建民就曾使用肌氧無損監(jiān)測法對無氧運動和遞增負荷運動測定十名受試者的肌肉氧含量的變化，佐證了研究學(xué)者對肌氧技術(shù)可靠性的認可。由此起，國內(nèi)興起了用NIRS技術(shù)進行肌氧生理指標的應(yīng)用。

三、NIRS技術(shù)應(yīng)用

（一）評定有/無氧能力

在實際的運動訓(xùn)練監(jiān)控實驗中，NIRS技術(shù)主要是與聯(lián)合動態(tài)性逐級遞增運動測試相結(jié)合，常用于動態(tài)訓(xùn)練過程的監(jiān)控中，主要應(yīng)用為耐力/力量的訓(xùn)練，尤多見于逐級遞增功率自行車的負荷測試，根據(jù)受試者在測試過程中對應(yīng)的主動肌群肌氧含量的變化、檢測其脫氧與復(fù)氧狀態(tài)來評定實驗對象有/無氧能力的工作能力。

根據(jù)所梳理的相關(guān)文獻資料，發(fā)現(xiàn)使用NIRS技術(shù)進行肌氧檢測的實驗主要是通過測定骨骼肌內(nèi)肌氧飽和度的變化狀態(tài)：運動實驗過程中，骨骼肌內(nèi)的肌氧飽和度呈現(xiàn)先升高后回落的趨勢。結(jié)合“無氧閾”概念，肌氧拐點與前者的閾值拐點一致，進而可評定受試者的有/無氧能力，這與早期學(xué)者的預(yù)測一致，但由于其是多為實驗室測試方法所得的數(shù)據(jù)，雖然與運動場測試方法有著一定的等同性，但更大程度上所得數(shù)據(jù)多表現(xiàn)的是局部能力，而不是整體能力，且易受NIRS測試儀器綁帶顏色、信號干擾、個體差異（訓(xùn)練基礎(chǔ)）等因素的不利影響。

（二）判定疲勞狀態(tài)

傳統(tǒng)的肌肉疲勞判定方法具有間斷性、滯后性的局限，但判定運動中的肌肉疲勞狀態(tài)對防止運動員出現(xiàn)傷病風險增加、出現(xiàn)過度訓(xùn)練等情況，從而進行有效訓(xùn)練，達到理想的訓(xùn)練效果至關(guān)重要。NIRS技術(shù)在應(yīng)用的初期，李秀榮等就預(yù)測該技術(shù)在應(yīng)用于監(jiān)測運動員負荷與疲勞關(guān)系方面具有一定的前景，值得后來研究者的探索。隨著研究的深入，NIRS儀器步入商業(yè)化，單/多通道儀器不斷出現(xiàn)，為研究者們科研活動的展開提供了物質(zhì)與理論條件。后來的學(xué)者們通過研究證實，通過該技術(shù)對肌氧狀態(tài)進行監(jiān)測，能夠明顯地觀測到運動時氧供給與消耗產(chǎn)生失衡（運動中肌肉產(chǎn)生“缺血”會影響氧氣的供給），從而導(dǎo)致肌肉疲勞造成肌肉工作能力下降，從而造成不再能維持既定訓(xùn)練目標的現(xiàn)象。同時，在Halson的研究中指出，適宜的訓(xùn)練監(jiān)控是必要的，且運動員的疲勞狀態(tài)是多因素導(dǎo)致的，通過運動中肌氧含量的非常態(tài)變化判定疲勞狀態(tài)，可以最大限度地減少運動員的疲勞、損傷，從而更有效地達到訓(xùn)練目的。

（三）判定負荷強度

沒有負荷就沒有訓(xùn)練，運動負荷是訓(xùn)練活動的重要組成部分。近些年來，有學(xué)者提出心率在監(jiān)測負荷強度時有著一定的局限性，不利于精準確定負荷強度。通過穿戴肌氧監(jiān)測儀進行的實驗結(jié)果顯示，在肌肉收縮和放松期間，肌氧含量有顯著性差異，主動肌群的肌氧含量變化對負荷強度的敏感性較高，高強度的負荷會造成肌氧含量變化的速度加快，幅度增大，通過NIRS檢測儀器能清晰地表現(xiàn)出來。Vasquez Bonilla Aldo A在其研究中提出，在運動訓(xùn)練監(jiān)控過程中，負荷強度可以通過肌氧含量的變化情況而連續(xù)、動態(tài)地表現(xiàn)出來。在運動實驗過程中，隨著負荷的遞增，全身血液循環(huán)加速，這是由于參與運動的骨骼肌需要大量血液維持運動過程，心輸出量增加。隨著負荷強度不斷升高，骨骼肌需要更多的供氧，肌氧飽和度則不斷增高，但由于攝氧量和供氧量具有一定的上限，當氧供不足時，就會產(chǎn)生缺氧現(xiàn)象，肌氧含量開始極速下降，出現(xiàn)對應(yīng)肌群脫氧現(xiàn)象，到一定負荷時，肌氧下降速率趨緩，休息時肌氧又不斷回升，產(chǎn)生復(fù)氧現(xiàn)象。這一結(jié)果表明在不同的負荷強度下，肌氧含量的變化具有規(guī)律性，與負荷強度高度相關(guān)。

四、結(jié)語

肌氧技術(shù)的出現(xiàn)豐富了運動訓(xùn)練監(jiān)控時的實時監(jiān)測手段，克服了以往傳統(tǒng)監(jiān)測方式的種種弊端，尤其是其無創(chuàng)的便利使得肌氧技術(shù)具有光明的應(yīng)用前景，同時也使得運動訓(xùn)練監(jiān)控的“監(jiān)”更具時效性和可靠性，為“控”提供切實可靠的科學(xué)依據(jù)，從而在進行“控”時候有著更高的可行性（尤其是肌電與肌氧的結(jié)合運用）。

遺憾的是，國內(nèi)對肌氧技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域較國外狹窄，尤其是多見于賽艇和中長跑項目中，且多從實驗室數(shù)據(jù)監(jiān)測的角度出發(fā)，并與功率自行車結(jié)合較多，用以測試某一訓(xùn)練方式/方法的有效程度，表現(xiàn)出明顯的局限性。

同時，國內(nèi)肌氧技術(shù)的監(jiān)測目標人群多具有專業(yè)運動背景，而針對社會大眾的監(jiān)測較少，雖然在一些日常設(shè)備（如健身手環(huán)、健身APP）上有所應(yīng)用，但大眾對此技術(shù)的了解較為匱乏，監(jiān)測作用微乎其微，其推廣程度還有待提高。

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