李喜珍 胡柏平

(陜西師范大學(xué)體育學(xué)院,陜西西安 710062)

模擬低氧環(huán)境力竭運動中人體部分機能指標(biāo)變化的研究

李喜珍 胡柏平

(陜西師范大學(xué)體育學(xué)院,陜西西安 710062)

采用實驗法、文獻(xiàn)綜述、數(shù)理統(tǒng)計等研究方法,探討常氧及模擬低氧環(huán)境(海拔高度為2000m,氧濃度為16%)遞增負(fù)荷力竭運動對運動員身體疲勞指標(biāo)、血氧飽和度、運動持續(xù)時間以及平均心率變化的影響,目的是分析低氧環(huán)境對運動員機體產(chǎn)生特殊生理生化效應(yīng),從而提高機體的抗缺氧能力及適應(yīng)能力,調(diào)動運動員體內(nèi)的機能潛力,進(jìn)而達(dá)到提高運動能力的目的。

低氧環(huán)境;力竭運動;疲勞指標(biāo);運動能力

1 前言

高原訓(xùn)練作為一種訓(xùn)練方法,始于20世紀(jì)50年代中期,前蘇聯(lián)在外高加索建立高原(海拔1800m)訓(xùn)練基地,對中長跑運動員進(jìn)行了探索性訓(xùn)練,經(jīng)過近六十年的發(fā)展,目前高原訓(xùn)練和低氧環(huán)境下的訓(xùn)練已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到運動訓(xùn)練,尤其是耐力性項目的訓(xùn)練中,并已發(fā)展到幾乎涵蓋所有奧運項目的訓(xùn)練[1]。

高原訓(xùn)練的依據(jù)是,人體在高原低壓缺氧環(huán)境下訓(xùn)練,利用高原缺氧和運動雙重刺激,使運動員產(chǎn)生強烈的應(yīng)激反應(yīng),以調(diào)動體內(nèi)的機能潛力,從而產(chǎn)生一系列有利于提高運動能力的抗缺氧生理反應(yīng)。除了傳統(tǒng)的高原訓(xùn)練外,研究者們也提出了多種低氧訓(xùn)練方法,如:高住高練、高住低練、低住高練、間歇性低氧訓(xùn)練等等,同時也引進(jìn)了低氧設(shè)施(低氧艙、低氧屋、低氧帳篷、低氧儀)進(jìn)行了模擬高原環(huán)境的訓(xùn)練。本文主要通過模擬低氧環(huán)境來觀察運動員在遞增負(fù)荷的力竭運動中身體部分機能指標(biāo)的變化,了解低氧環(huán)境對人體生理的影響機制,為學(xué)生體質(zhì)測試和運動員及教練員的訓(xùn)練安排提供相關(guān)的依據(jù)。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

本文的實驗對象為陜西師范大學(xué)體育學(xué)院2006-2009級8名的男生,8名學(xué)生中有從事田徑、武術(shù)、摔跤等不同專項訓(xùn)練的,訓(xùn)練年限為3—5年。本實驗在陜西師范大學(xué)體育學(xué)院生理實驗室進(jìn)行。在實驗開始前,均對實驗對象進(jìn)行了體檢,未發(fā)現(xiàn)任何身體異常情況。在實驗前24h,實驗者未進(jìn)行劇烈運動(具體情況見表1)。

表1 受試者基本情況

2.2 研究方法

2.2.1 文獻(xiàn)法

本文在確定了選題之后,對選題所涉及的研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)和資料進(jìn)行了廣泛的閱讀和理解,對前人的研究現(xiàn)狀以及進(jìn)展情況、該領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)、新觀點等多項內(nèi)容進(jìn)行了全面而系統(tǒng)的分析與評價,并對相關(guān)的資料進(jìn)行整理,提出了自己的見解和研究思路。

2.2.2 實驗法

在正式實驗開始之前,讓受試者做準(zhǔn)備活動,使機體達(dá)到一定的興奮狀態(tài),接下來對受試者的肺活量、閃光融合頻率(CFF)、握力進(jìn)行測量。

正式實驗開始時,先讓受試者在模擬的低氧環(huán)境下(模擬海拔高度為2000m,氧濃度為16%,溫度為16℃,空氣濕度為20%)靜坐在功率自行車上,待其心率降至低于80次/min時開始運動。起始負(fù)荷為50W,以60r/min的頻率蹬車,每3min遞增50W負(fù)荷,直至力竭。在受試者進(jìn)行運動的過程中,分別對其心率、血壓、血氧飽和度(SpO2)、運動持續(xù)時間進(jìn)行測試。

第二次實驗時,讓受試者在正常環(huán)境下(溫度為20℃,空氣濕度為15%)靜坐在功率自行車上,待其心率降至低于75次/min時開始運動。起始負(fù)荷為50W,以60r/min的頻率蹬車,每3min遞增50W負(fù)荷,直至力竭。在受試者進(jìn)行運動的過程中,分別對其心率、血壓、血氧飽和度(SpO2)、運動持續(xù)時間進(jìn)行測試。

2.2.3 數(shù)理統(tǒng)計法

采用SPSS13.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析,實驗結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,運用T檢驗進(jìn)行分析,顯著性差異選擇P＜0.05,P＜0.01水平。

2.2.4 實驗指標(biāo)

(1)疲勞指標(biāo):肺活量、左右手的握力、CFF;(2)機能指標(biāo):心率、SpO2、動脈血壓(收縮壓、舒張壓)。

2.2.5 主要儀器及其測量

1)肺活量測定:采用中國上海制造的型號為FSC-10000的高精度數(shù)顯電子肺活量測試儀;

2)CFF檢測:采用北京青鳥天橋儀器設(shè)備有限責(zé)任公司生產(chǎn)的BD-II-118型閃光融合頻率儀;

3)握力測定:采用國家體委科研所科技開發(fā)服務(wù)中心的CWL-I型握力計;

4)SpO2的測定:采用深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司型號為PM-50的SpO2檢測儀;

5)心率的測定:采用芬蘭的POLAR ELECTROOY;

6)低氧發(fā)生器:采用澳大利亞的型號為HYPOXICO的發(fā)生器;

7)功率自行車:德國的ERGOLINE功率自行車。

3 結(jié)果

3.1 模擬低氧環(huán)境運動中機體疲勞指標(biāo)的變化(表2)

表2 不同環(huán)境下受試者機體疲勞指標(biāo)變化

3.2 模擬低氧環(huán)境運動中機體血氧飽和度的變化(表3)

表3 不同環(huán)境下受試者機體血氧飽和度指標(biāo)變化

3.3 模擬低氧環(huán)境運動中機體運動持續(xù)時間和平均心率的變化(表4)

表4 不同環(huán)境下受試者運動持續(xù)時間和平均心率的變化

圖1 10m in內(nèi)低氧環(huán)境和常氧環(huán)境運動過程中收縮壓的變化

圖2 10m in內(nèi)低氧環(huán)境和常氧環(huán)境運動過程中舒張壓的變化

4 分析

4.1 模擬低氧環(huán)境對機體疲勞指標(biāo)的影響

疲勞是指機體在承受一定時間的運動負(fù)荷刺激之后,機體機能和工作效率會逐漸降低,即出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象。目前評定疲勞的指標(biāo)有很多,本文主要采用肺活量、閃光融合頻率、握力作為測量人體疲勞的指標(biāo)。

肺活量(vital capacity VC):最大吸氣后,盡力所能呼出的最大氣量為肺活量。肺活量是最常用的測定肺通氣機能指標(biāo)之一[2]。從表2中可以看出受試者無論是在低氧還是常氧力竭運動后肺活量與安靜時相比都具有極顯著性差異(P＜0.01),但是低氧運動和常氧運動后的肺活量之間沒有顯著性差異。運動過程中,呼吸肌的收縮是機體呼吸的原動力。呼吸肌為骨骼肌,其功能類似于運動肌肉。目前的研究表明,無論是大強度還是長時間的運動,呼吸肌疲勞都是較為常見的現(xiàn)象。疲勞的產(chǎn)生會使運動不能繼續(xù)進(jìn)行,成為運動者運動能力的限制因素之一,當(dāng)然也是受試者肺活量下降的原因。

光刺激斷續(xù)作用于人眼時,會引起閃爍的感覺。隨著繼續(xù)頻率的不斷增加,閃爍感覺就會逐漸消失,最后變成一個穩(wěn)定的光,稱為光的融合。介于閃爍與穩(wěn)定之間的能引起連續(xù)融合感覺的最小斷續(xù)頻率稱為“閃光融合頻率”。CFF是用來測定精神疲勞的常用指標(biāo)之一,其特點是測試方便,效果明顯[3]。測定人的CFF是測量人體疲勞的一種常用方法。CFF越高,表示大腦意識水準(zhǔn)也越高。實驗表明低氧力竭運動后CFF與常氧力竭運動后出現(xiàn)顯著性差異(P＜0.01)。分析認(rèn)為疲勞時機體的觸覺機能下降,而觸覺機能下降是機體中樞疲勞的一個重要表現(xiàn),模擬低氧環(huán)境對受試者造成的疲勞更多的集中在中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

握力是個體在抓握物體時產(chǎn)生的力量[4]。受試者左右手的握力也能反映受試者的身體的疲勞狀況,實驗表明,受試者力竭運動(常氧和低氧)后的左手握力與安靜時相比具有顯著性差異(P＜0.05),右手的握力在低氧運動后和常氧運動后沒有顯著性差異。運動引起的肌肉疲勞最明顯的特征就是肌肉力量下降,一般常以絕對肌肉力量為依據(jù),本實驗的結(jié)果與此相同。分析認(rèn)為,力竭運動(常氧和低氧)后受試者握力沒有出現(xiàn)顯著性差異的原因可能與運動方式的選擇有關(guān),本實驗采用的負(fù)荷工具為功率自行車,自行車運動主要是下肢肌肉群動員,不像跑臺運動屬于全身性的活動,機體的握力水平的雖然與安靜時相比變化明顯,但是兩者之間的差異很小。

4.2 模擬低氧環(huán)境對機體血氧飽和度和運動持續(xù)時間的影響

血氧飽和度是指血液中血紅蛋白與氧氣結(jié)合的程度,即血紅蛋白氧含量與氧容量的百分比[5]。SpO2是反映機體供氧程度的重要指標(biāo)[6]。血氧飽和度是由氧分壓所決定的,在高氧條件下(Po2達(dá)150mm汞柱時),所有Hb都與氧結(jié)合,這時血氧飽和度為100%在平原地帶生活的人,安靜時動脈血中的氧分壓為100mm汞柱,血氧飽和度約為96%-98%[5]。受試者在低氧運動過程中,血氧飽和度明顯低于常氧運動狀態(tài)。兩種環(huán)境下的差異性比較顯著。在低氧運動過程中,可以觀察到,隨著運動負(fù)荷不斷的增加,血氧飽和度呈下降的趨勢,受試者的呼吸困難,運動能力逐漸減弱,所以運動的持續(xù)時間與常氧環(huán)境相比明顯降低(P＜0.05)。

4.3 不同運動環(huán)境對受試者平均心率和血壓的影響

心率是訓(xùn)練監(jiān)控中常用的生理指標(biāo)之一。心率是指每分鐘心臟跳動的次數(shù)[7],范圍為60-100次/min,平均為75次/min,是判定人體心血管功能的重要指標(biāo)。本實驗結(jié)果顯示:常氧力竭運動中與模擬低氧力竭運動過程中的平均心率之間沒有出現(xiàn)顯著性差異。

血壓是指血管內(nèi)的血液對于單位面積血管壁的側(cè)壓力,也即壓強。收縮壓是心室收縮時,主動脈壓急劇升高,在收縮中期動脈血壓達(dá)到最大。舒張壓是指心室舒張時,主動脈壓下降,在心舒末期主動脈內(nèi)壓力最低[8]。在前4min內(nèi),受試者低氧運動時的收縮壓基本高于常氧運動時的收縮壓,在第5min時,兩者幾乎相等。從第5min過后,由于大氣壓下降,運動負(fù)荷在不斷的增大,肺泡氧分壓也降低,氧彌散入肺毛細(xì)血管減少,心臟的收縮不斷加快,動脈血管外周的阻力逐漸增大,致使大量的血液使動脈膨脹,所以低氧運動時的收縮壓一直高于常氧運動。在前3min內(nèi),受試者在常氧運動環(huán)境中的舒張壓略高于低氧環(huán)境中的舒張壓,在第3min時兩種環(huán)境中的舒張壓幾乎相等,但在3min后負(fù)荷增加后,低氧環(huán)境中的舒張壓則一直高于常氧運動環(huán)境中的舒張壓,原因是負(fù)荷的增加導(dǎo)致受試者的心率加快,心舒期明顯縮短,使流向外周的血液減少,心舒末期存留在大動脈內(nèi)的血液增加,因而使舒張壓升高。

5 小結(jié)

從上述分析可以看出,受試者在低氧環(huán)境力竭運動后,人體部分指標(biāo)的變化是比較明顯的。低氧環(huán)境運動后受試者的疲勞程度也比較深,需要恢復(fù)的時間較常氧運動來說長。低氧訓(xùn)練是模擬低氧環(huán)境,單純利用低氧刺激使運動員機體產(chǎn)生特殊生理生化效應(yīng),提高機體的抗缺氧能力,配合運動訓(xùn)練來增加運動機體的缺氧程度,產(chǎn)生一系列有利于提高機體抗缺氧的生理反應(yīng)及適應(yīng)能力,調(diào)動體內(nèi)的機能潛力,使運動員的有氧代謝能力得到提高,進(jìn)而達(dá)到提高運動員的運動能力。對低氧訓(xùn)練的大量研究表明,在此特殊環(huán)境下的運動訓(xùn)練可明顯提高機體的氧運輸和氧利用能力,使運動員的有氧運動能力產(chǎn)生良好的生物學(xué)適應(yīng),能很好的提高運動成績[9]。

[1]馮連世.高原訓(xùn)練及其研究現(xiàn)狀綜述(上)[J].體育科學(xué),1999,19(5):64-66.

[2]鄧樹勛,王健,喬德才.運動生理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2005:157.

[3]秦學(xué)林.視覺閃光融合頻率在擊劍運動員機能評定中的應(yīng)用研究[J].體育與科學(xué),2006,27(5):78.

[4]段亞景,王寧華.握力測量的研究進(jìn)展[J].中國康復(fù)理論與實踐,2009,15(10):948.

[5]鄧樹勛,王健,喬德才.運動生理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2005:149.

[6]黃文超,周曉波.高原血氧飽和度初步調(diào)查及運動前后比較[J].西南軍醫(yī),2009,11(5):815.

[7]鄧樹勛,王健,喬德才.運動生理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2005:201.

[8]鄧樹勛,王健,喬德才.運動生理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2005:112.

[9]馮連世.高原訓(xùn)練及其研究現(xiàn)狀綜述(下)[J].體育科學(xué),1999,19(6):66-71.

A Research on the Change of Bodies’Partical Function Index in Fatigued Athletics with Simulated Low-oxygen Condition

LIXizhen,Hu Baiping
(School of P.E.,Shaanxi Normal University,Xi’an,710062,Shaanxi,China)

Thisarticlemainly adopt the experimentalmethod,literature review,statisticsand other researchmethodsand simulationof hypoxia normoxia(altitude of 2000m,theoxygen concentration of 16%)incremental exhaustive exerciseon the body fatigue index,oxygen saturation,exercise duration and average heart rate change,the purpose is to analyze the hypoxic environmenton the athletes have a special physiological and biochemical effectsof the body,by enhancing the abilityof the body’s resistance to hypoxia and adaptation ability tomobilize the potentialof athletesinvivo function,and thus to reach the purpose of improve exercise ability.

low-oxygen;fatigued athletics;fatigue index;exercise capacity

G804.49

A

1672-1365(2011)04-0088-03

2011-01-06;

2011-03-10

李喜珍(1986-),女,湖北武漢人,碩士研究生,研究方向:體育教育訓(xùn)練學(xué)。