張　琴　肖國強　許小輝

摘要：通過測試10名體育專業(yè)學生在正常與模擬1000、1500m低氧環(huán)境下進行遞增負荷運動中氣體代謝、血乳酸等指標變化，觀察低氧對機體乳酸閾和通氣閾的影響。結(jié)果顯示：1)三種環(huán)境下，通氣閾分別是：(720.0±71.8)s、(631.1±60.1)s、(616.0±40.0)s；乳酸閾時間是(826.67±72.11)s、(816.00±94.66)s、(744.00±94.66)s。2)隨著氧分壓的降低，通氣閾均早于乳酸閾出現(xiàn)，通氣閾和乳酸閾時各指標的絕對值下降，但其百分比值變化不大。3)正常環(huán)境下，乳酸閾和通氣閾的相關性系數(shù)r>0.65(P<0.05)，但模擬1000m與模擬1500m相關性系數(shù)r<0.60(P>0.05)。結(jié)論：11通氣閾和乳酸閾的指標及其百分比值可以用來衡量或評價運動訓練效果、指導運動訓練；2)進入較高海拔后，應適當調(diào)整運動強度，以適應環(huán)境的變化。

關鍵詞：運動生理學；低氧；氣體代謝；通氣閾；乳酸閾

中圖分類號：G804.2

文獻標識碼：A

文章編號：1006-7116(2009)07-0105-05

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對健康的認識提高，意識到運動休閑對健康的促進作用很大，所以選擇假期出外旅游，蹬山也就成了時尚的選擇。蹬山不僅鍛煉身體，舒展心情，解脫工作壓力，而且可以享受大自然的美景，享受挑戰(zhàn)自我、戰(zhàn)勝自然的自豪。蹬山過程中，隨著海拔的升高，氣壓減小、氧分壓降低、機體運動能力下降，若以相同的速度繼續(xù)蹬山，則越來越困難，因為機體的缺氧一方面是因為運動需氧量保持或者增加，另一方面是由于外界氧分壓降低，機體攝氧減少或更加困難。

本實驗從模擬低氧的角度對蹬山運動進行研究，其意義主要是為大眾健身、平民體育、生活體育服務。同時也希望能夠為蹬山運動訓練提供參考。

1研究對象與方法

1.1研究對象

本實驗的對象為10名本校體育科學學院本科學生，身體健康，經(jīng)詢問無代謝和心肺系統(tǒng)疾病史。年齡(20.8±1.03)歲、身高(177.2±7.37)cm、體重(68.27±7.40)kg、脂肪百分比(14.31±3.63)％、BMI(21.71±1.43)kg／cm²。所有受試者均為自愿參加。

1.2研究方法

實驗地點在體育科學學院呼吸代謝實驗室，分別為正常環(huán)境、模擬1000m、模擬1500m環(huán)境。模擬1000m、模擬1500m環(huán)境在低氧帳篷里進行，開動低氧發(fā)生器使氧氣體積分數(shù)降低，氧氣體積分數(shù)分別控制在18.5％、17.4％，氣壓與外界正常大氣壓一致。

根據(jù)參考文獻，我們采用遞增負荷方法進行測定；首先在功率自行車上0w蹬踏4min，然后以每min遞增20W功率繼續(xù)進行運動，直至力竭，轉(zhuǎn)數(shù)控制在60r／min。測試指標為：VE、V(CO₂)、血乳酸。

1.3數(shù)據(jù)處理

實驗結(jié)果采用Excel2003和SPSS14.0進行統(tǒng)計學處理，數(shù)據(jù)結(jié)果采用x±s表示，顯著性采用SPSS14.0進行T-test來檢驗，顯著性差異水平α取0.05。

2結(jié)果及分析

2.1通氣量(VE)的變化

由圖1所示，模擬1000m環(huán)境各個時段的VE均高于正常環(huán)境，并且在第6、8、9、11、12、14min點處的差異具有顯著性。模擬1500m環(huán)境，VE在運動前6min通氣量與正常環(huán)境下接近，且穩(wěn)定在20L／min附近。第6min以后，模擬1500m環(huán)境下的VE逐漸增加，增加幅度大于正常環(huán)境，第9min時差異具有非常顯著性(P<0.01)，其他時段的差異均無顯著性。模擬1000m與模擬1500m相比，模擬1000m在各個時段的VE均要高于模擬1500m環(huán)境，并且在第2、3、5、6、8min處差異具有顯著性(P<0.05)。最大通氣量分另0為(102.8±12.6)、(102.6±18.2)、(93.2±11.1)L，模擬1500m與前兩者相比，差異具有顯著性(P<0.01)。

2.2血乳酸濃度的變化

安靜血乳酸(Bla)約為1.50mmol／L上下。運動中前12minBLa增加緩慢，通過曲線圖(圖2)可以看出呈線性變化，但12min后，BLa迅速增加，偏離了原來的線性曲線。12min時，正常環(huán)境與模擬1000、1500m環(huán)境下BLa值分別為(3.18±0.48)、(3.05±0.75)、(3.90±1.20)mmol／L，模擬1500m與模擬1000m之間差異具有顯著性(P<0.05)。14min時分別為(4.39±0.761、(4.54±0.97)、(5.22±1.48)mmol／L，模擬1500m與模擬1000m相比較，差異具有顯著性(P<0.05)。

運動后即刻BLa值分別為(9.58±1.40)、(7.22±1.38)、(6.57±1.50)mmol／L；運動后3min的值分別為(11.31±2.09)、(8.03±1.53)、(7.53±1.70)mmol／L，達到峰值。與正常環(huán)境下相比，BLa值呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，且具有非常顯著性差異(P<0.01)。

2.3通氣閾與乳酸閾時各指標的變化及相關性

如表1所示，通氣閾出現(xiàn)時間呈現(xiàn)下降趨勢，與正常環(huán)境相比，模擬1000m的差異具有顯著性(P<0.05)，模擬1500m的差異具有非常顯著性(P<0.01)。但其百分比值是先降后升。通氣閾時的通氣量呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，其中模擬1500m與正常環(huán)境和模擬1000m相比，差異具有顯著性(P<0.05)。其百分比也呈現(xiàn)下降趨勢，但變化不明顯。通氣閾時功率逐漸下降，與正常環(huán)境相比，模擬1000m時的差異具有顯著性(P<0.05)，模擬1500m時的差異具有非常顯著性(P<0.01)。

與正常環(huán)境相比，模擬1500m乳酸閾出現(xiàn)時間和功率的差異都具有顯著性(P<0.05)，而與模擬1000m相比，差異具有非常顯著性(P<0.01)。乳酸閾時通氣量、V(CO₂)呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，但差異沒有顯著性。

表2是3種環(huán)境下通氣閾和乳酸閾的相關性系數(shù)r的數(shù)值，在正常環(huán)境下相關系數(shù)，都在0.65以上，P<0.05，統(tǒng)計學上差異具有顯著性，但是在模擬l000m、1500m條件下時兩者的相關性系數(shù)r值降低，r值均在0.60以下，P>0.05，統(tǒng)計學上差異均無顯著性。

3討論

3.1正常與模擬1000、1500m遞增負荷運動時通氣量(VE)變化

VE是非常重要的心肺功能指標之一，反映有氧運動能力的大小。肺活量與運動中最大通氣量呈高度正相關，通常采用測定肺活量來間接衡量心肺功能。研究表明在不同低氧環(huán)境下運動時，VE會隨著氧分壓的降低而升高，且差異具有顯著性，劉弢通過實驗證

實，在低氧條件下運動時，通氣量明顯增加，均與本研究結(jié)果一致。相同時間段內(nèi)，模擬1500m時的VE略低于模擬1000m時的VE，這可能與氧分壓降低有關，有文獻報道當缺氧刺激嚴重時，可引起中樞抑制作用，使呼吸頻率和深度減弱。

低氧環(huán)境下通氣量增加機制是：在低氧環(huán)境時，外界氧分壓(p(O₂)))降低導致血管內(nèi)p(O₂)降低，同時伴隨p(CO₂)的升高，pH降低和[H⁺]升高等現(xiàn)象，這些變化均引起外周中樞神經(jīng)興奮，發(fā)放神經(jīng)沖動，使呼吸中樞興奮，反射性引起呼吸加深加快，VE增加。

p(O₂)降低對呼吸中樞的作用是雙重的：一是p(O₂)降低可以刺激外周感受器，引起呼吸加深加快，二是p(O₂)降低可直接作用于呼吸中樞，抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)，即低p(00使中樞神經(jīng)元得不到充足的氧，從而降低呼吸中樞的機能反應，引起呼吸減弱。即輕微的缺氧可以使呼吸加深、頻率加快，此時外周調(diào)節(jié)占主導，而缺氧嚴重時，超低p(O₂)對中樞的抑制加強，引起呼吸減弱。

實驗中，模擬1000m、模擬1500m，由于低p(O₂)的刺激引起呼吸加深加快，相同時間段內(nèi)，與正常環(huán)境下相比，VE都出現(xiàn)增加，部分點差異具有顯著性。模擬1500m時，p(O₂)進一步降低，這時低P(O₂)對中樞的抑制作用加強，故VE要低于模擬1000m。

VE_max在模擬1500m環(huán)境下顯著下降，主要是因為低p(O₂)使受試者呼吸困難，攝入氧氣不足，有氧供能系統(tǒng)還未全部動用時就已經(jīng)大量采用糖酵解無氧供能系統(tǒng)進行供能，產(chǎn)生大量乳酸，不利于維持高強度運動，力竭時間提前出現(xiàn)，因此表現(xiàn)出VE_max下降。

3.2正常與模擬1000、1500m遞增負荷運動時血乳酸濃度的變化

在不同的環(huán)境下運動，相同負荷時血乳酸濃度(BLa)會發(fā)生變化。在高原低氧環(huán)境下，多數(shù)研究表明高原訓練時同級負荷運動時或者相同強度運動時，BLa增加，乳酸閾LT時間提前，血乳酸速度曲線左移，與本研究結(jié)果一致。正常、模擬1000、1500m時在相同時段的值逐漸升高，且在某些點的差異具有顯著性。引起B(yǎng)La升高的主要原因是由于低氧P(O₂)，機體需氧與供氧矛盾提前，無氧糖酵解供能提前，故相同時間段的BLa值升高，且隨著p(O₂)降低而升高。

本實驗測得運動后即刻和運動后3minBLa，正常、模擬1000、1500m呈現(xiàn)下降趨勢，即刻分別為(9.58±140)、(7.22±1.38)、(6.57±1.50)mmol／L；運動后3min分別是(11.31±2.09)、(8.03±1.53)、(7.53±1.70)mmol／L，差異具有非常顯著性(P<0.01)。運動后3min的BLa值反映了運動中最高水平，因為運動中乳酸由肌肉釋放到血液中，需要一段時間。其值出現(xiàn)下降，可能是因為低，P(O₂)使運動能力下降，有學者認為這是機體進行自我保護，防止機體因過度疲勞而損傷。而且力竭時間的縮短，總的運動量也減少，乳酸積累減少，故BLa值降低。

3.3正常與模擬1000、1500m遞增負荷運動中通

氣閾與乳酸閾時各指標的變化及其相關性

1)通氣閾。

通氣閾(VT)隨，P(O₂)降低而提前已得到證實，表現(xiàn)為通氣閾時間提前，通氣量、功率降低等。目前關于低氧環(huán)境下VT時VE減小、功率降低的研究，國內(nèi)尚未報道。本實驗通過比較3種環(huán)境下的通氣閾時各指標發(fā)現(xiàn)：通氣閾出現(xiàn)時間、VE、功率和V(CO₂)均下降，且差異具有顯著性。而對應的通氣閾出現(xiàn)時間、VE、功率和V(CO₂)的百分比則是正常環(huán)境最高，模擬1500m次之，模擬1000m最低。

通氣閾機制是：在遞增負荷運動中，氣體代謝指標均隨著負荷強度的增加而發(fā)生變化，當負荷強度達到一定的水平時，VE、V(O₂)和V(CO₂)等指標突然出現(xiàn)非線性增長。VT出現(xiàn)是因為肌肉無氧代謝增強，導致大量乳酸和H-擴散入血液，誘發(fā)血液CO₂增加和代謝性酸中毒刺激頸動脈所致。但VT并不依賴于血乳酸增加，研究表明VT與骨胳肌神經(jīng)原性刺激有關，已知肌纖維中有大量Ⅲ、Ⅳ類感覺傳人纖維，其發(fā)放的神經(jīng)沖動可影響心血管和呼吸系統(tǒng)的活動，這些神經(jīng)纖維可被大量的體液性因素如H+、乳酸、兒茶酚胺及p(O₂)下降所激活。

VT在不同環(huán)境下會發(fā)生變化，低p(O₂)刺激機體提前動用糖酵解進行供能，導致乳酸增加，血液pH值下降，H-增加，p(O₂)下降和兒茶酚胺升高引起神經(jīng)變化引起肌肉神經(jīng)元興奮，產(chǎn)生神經(jīng)沖動或者神經(jīng)沖動的頻率和幅度增加，從而引起VE等通氣代謝指標提前發(fā)生非線性變化，表現(xiàn)在VE、V(O₂)、V(CO₂)的急劇增加提前，而在通氣閾出現(xiàn)時的值出現(xiàn)降低。

實驗中發(fā)現(xiàn)，VT的時間、VE、功率、V(CO₂)的百分比出現(xiàn)先降后略有升高，其可能是模擬1500m的峰值較前兩種環(huán)境顯著降低，所以VT的出現(xiàn)時間、VE、功率、V(CO₂)的絕對值降低。

2)乳酸閾。

乳酸閾(LT)在低氧環(huán)境下出現(xiàn)提前現(xiàn)象，出現(xiàn)LT的時間分別是(826.67±72.11)、(816.00±94.66)、(744.00±94.66)s，其中模擬1500m時差異具有顯著性?？赡苁堑蚿(O₂)促使機體提前動用糖酵解供能有關，而時間百分比卻變化不明顯，主要是低氧抑制運動能力，力竭時間縮短引起的。

LT功率呈現(xiàn)下降的趨勢，且模擬1500m與前面相比，差異具有顯著性。對應的功率百分比也有下降的趨勢，但是變化不大，結(jié)果差異沒有顯著性，可能與最大功率下降有關。

引起LT功率變化的原因主要是因為LT時間提前，故LT功率也減小。VE在乳酸閾時先略有升高，后又下降。模擬1000mVE升高主要是因為低氧刺激引起的VE增加，而LT出現(xiàn)時間接近。模擬1500mVE下降是因為p(O₂)降低引起VE增加，但同時也對呼吸中樞產(chǎn)生抑制，同時LT出現(xiàn)時間明顯提前，故LT時VE下降。LT的時間、功率、VE百分比變化不明顯，可能提示：LT時指標的相對值變化不大，所以在不同

環(huán)境下運動時，需要考慮環(huán)境的影響，采用相對指標來評價運動員的能力和訓練成效。

LT時V(CO₂)先是略有增加，然后下降。模擬1500m時V(CO₂)下降明顯，可能與LT時間提前有很大關系，那時運動強度與正常、模擬1000m相比，功率小，有氧代謝的水平低于前兩者，代謝產(chǎn)生的CO₂減少，具體機制尚不清楚。

3)通氣閾乳酸閾的相關性。

在3種環(huán)境下，VT時指標的值要明顯低于LT時的值，提示VT出現(xiàn)要早于LT，這已經(jīng)得到學者的認同。常環(huán)境下、模擬1000m、模擬1500m運動時的VT時間分別提前106.67、184.89、128.00s，VE分別要低19.14、24.97、19.70L。可能是運動時有氧代謝增強，CO₂增加，同時由于無氧代謝產(chǎn)生的乳酸增加，置換出碳酸鹽中的CO₂，使血液中[H+]增加，pH值下降，故p(O₂)降低，p(CO₂)、[H+]升高，而這些變化均可以引起VE升高加速，出現(xiàn)通氣閾。VT時的乳酸雖然有所增加，但是未達到出現(xiàn)閾的水平。

隨著環(huán)境的改變，VT與LT仍然保持較高正相關，肖國強等通過在常溫、高溫、熱脫水和非脫水等環(huán)境中對血乳酸、氣體代謝等指標的研究，發(fā)現(xiàn)環(huán)境的改變，兩者之間仍然存在較高的相關性，但相關系數(shù)發(fā)生了改變。雖然實驗環(huán)境不同，與我們研究的結(jié)果是一致的。

在正常環(huán)境下VT與LT的相關性較高，相關系數(shù)r均在0.65以上，差異具有顯著性(P<0.05)，與前人的研究結(jié)果一致。但是在模擬1000m、1500m下差異沒有顯著性，其相關性系數(shù)，均在0.60以下。與前人研究結(jié)果相比，r值偏低，Caesser等研究表明，LT與VT在訓練前后相關性系數(shù)都很高，訓練前r=0.96，訓練后r=0.86，P值均小于0.01，差異具有非常顯著性。Caiozzo等研究以不同的VT指標來判斷的VT與LT時，以VE／V(O₂)為判別標準的VT與LT相關性系數(shù)最高，r為0.93，其P值小于0.001，而且重復性很高，r為0.93，P<0.001。

本次實驗得出VT和LT相關系數(shù)值偏低，可能是受試者為在校體育系本科學生，也可能與采血時間(每次采血間隔2min)和部位(指尖末梢血)不同有關，另外VT判斷也存在一定的誤差，還可能與其他的因素有關。此外環(huán)境也是影響因素之一，本實驗模擬1000m、1500m時VT與LT的相關性系數(shù)出現(xiàn)降低趨勢，提示兩閾受不同的因素影響，P(O₂)高低對兩種閾的影響系數(shù)不一樣，從而引起兩閾之間相關性系數(shù)降低。究竟低氧對VT和LT的影響系數(shù)如何，本實驗研究尚不能夠證明，需要進一步驗證。

本實驗通過模擬不同P(O₂)環(huán)境(正常、模擬1000m、1500m)下進行遞增負荷運動，VE_max下降，VT、LT時間提前，相同負荷下BLa上升，最大BLa下降。提示有氧運動能力隨著，P(O₂)的降低而下降。建議進入海拔高于1000m區(qū)域以后，需要考慮環(huán)境變化對運動能力的影響，適當調(diào)整運動強度以適應環(huán)境的變化。

在低氧環(huán)境下運動，運動能力下降是整體性的，VT和LT時間、VE、功率、V(CO₂)等指標的百分比值變化不大，提示可用百分比來評價運動能力和成績。

VT出現(xiàn)早于LF，并隨著P(O₂)的改變也保持這種關系，變化幅度穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，時間分別提前106.67、184.89、128.00s，VE分別低19.14、24.97、19.70L。兩者在正常環(huán)境下較高相關(P<0.05)，差異具有顯著性，但模擬1000m、1500m的低氧環(huán)境下r下降，差異不具顯著性，提示低氧可能對VT、LT的影響系數(shù)不一樣，故r降低。

[編輯：鄭植友]