許定國(guó)，劉健明，趙艷霞，肖守中，唐 毅，胡香貴，田茂梅，江 坤

1.Chongqing University，Chongqing 400044，China；2.Dali University，Dali 671003，China；3.Chongqing Bo-Jing Medical Informatics Institute，Chongqing 400044，China；4.Chongqing Technology and Business University，Chongqing 400067，China.

1 前言

運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力的重要決定因素包括爆發(fā)力和耐力。需要爆發(fā)力的典型實(shí)例是100m賽跑；需要耐力的典型實(shí)例是馬拉松；而籃球、足球等運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，既需要爆發(fā)力又需要耐力。

關(guān)于運(yùn)動(dòng)員的爆發(fā)力，有的研究專注于肢體生物力學(xué)的分析，Taylor等［20］專門研究了3位飛人 Usain Bolt，Tyson Gay和Asafa Powel的短跑運(yùn)動(dòng)能力，主要應(yīng)用彈性體模型（spring mass model）得出一些生物力學(xué)數(shù)據(jù)來分析他們的速度間的差異。另一些研究者除了肢體體能指標(biāo)外，也關(guān)注心臟功能指標(biāo)與爆發(fā)力的關(guān)系。Ben Abdelkrim等［6］分析了18名男性籃球運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技能力，主要應(yīng)用時(shí)間-動(dòng)作分析方法（time-motion analysis），并測(cè)試了心率等指標(biāo)。Sporis等［18］用半蹲跳和下蹲跳指標(biāo)分析了270名足球運(yùn)動(dòng)員的爆發(fā)力，還測(cè)試了耗氧量和最高心率等指標(biāo)。

關(guān)于運(yùn)動(dòng)員的耐力，Pavlik等［16］特別強(qiáng)調(diào)耐力（endurance performance）主要受限于運(yùn)動(dòng)員心臟的特征。Amann［5］綜述了肺功能對(duì)整體耐力的影響。Tanaka等［19］綜述了峰值耐力隨增齡的變化，概括了耐力的3個(gè)主要生理性決定因素：最大耗氧量，乳酸閾值和運(yùn)動(dòng)經(jīng)濟(jì)性。Hoff［11］特別強(qiáng)調(diào)耗氧量對(duì)于運(yùn)動(dòng)員有氧耐力的重要性，給出了一些國(guó)際足球隊(duì)的平均耗氧量數(shù)據(jù)，其代謝當(dāng)量值接近20METs。值得特別注意的是，一些研究者已經(jīng)從分子生物學(xué)的角度研究了運(yùn)動(dòng)員的耐力與基因的關(guān)系［8，13，17］，并于本世紀(jì)初就觀察到了ACE基因I／D多態(tài)性與人類耐力的關(guān)系［21］。

運(yùn)動(dòng)員的爆發(fā)力和耐力的研究具有高度的復(fù)雜性［12，15］，為得出較全面而適用于運(yùn)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)論，需要進(jìn)行綜合性的評(píng)估，包括對(duì)運(yùn)動(dòng)員的心臟儲(chǔ)備的評(píng)估。但據(jù)本研究團(tuán)隊(duì)所知，在過去的這些研究中，無論是否關(guān)注了心臟功能與爆發(fā)力和耐力的關(guān)系，難于見到直接提及心臟儲(chǔ)備功能對(duì)耐力的重要意義的探討。

鑒于上述，特別是耗氧量和時(shí)間-動(dòng)作分析方法的復(fù)雜性，乳酸閾值測(cè)試的有創(chuàng)性，彈性體模型得出的數(shù)據(jù)的推導(dǎo)性，不適于現(xiàn)場(chǎng)體能評(píng)估，本研究提出用一種安全、簡(jiǎn)易的、基于心臟儲(chǔ)備變化趨勢(shì)的方法來評(píng)估各種運(yùn)動(dòng)員的體能。

線圖能用來表示某種現(xiàn)象在時(shí)間序列上的動(dòng)態(tài)變化，或者某種現(xiàn)象隨另一種現(xiàn)象而變化的趨勢(shì)，或者某種現(xiàn)象在不同對(duì)象的不同情況。線的數(shù)目可根據(jù)所研究?jī)?nèi)容的數(shù)目而定，如Taylor［20］等比較博爾特等3位世界級(jí)短跑運(yùn)動(dòng)員的速度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)時(shí)，用了三曲線圖。本研究采用折線圖來表示運(yùn)動(dòng)員肢體和心臟功能儲(chǔ)備隨運(yùn)動(dòng)量遞增情況下的動(dòng)用趨勢(shì)，從而評(píng)估其體能狀態(tài)；由于所關(guān)注的5個(gè)指標(biāo)對(duì)于評(píng)估體能狀態(tài)有重要意義，故構(gòu)建五線圖來表示這5項(xiàng)指標(biāo)隨運(yùn)動(dòng)量遞增情況下的動(dòng)態(tài)變化。

2 研究對(duì)象和方法

2.1 研究對(duì)象

15名足球運(yùn)動(dòng)員（A組，男，19～21歲）和18名非運(yùn)動(dòng)員（B組，男，18～20歲）自愿參加該項(xiàng)研究。A組為大學(xué)體育教育專業(yè)足球?qū)ｍ?xiàng)學(xué)生，訓(xùn)練年限1～3年；B組為普通院系學(xué)生，平時(shí)較少參加體育鍛煉，以靜態(tài)生活方式為主。獲知本研究實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和過程后，所有受試者自愿參加本研究并簽署知情同意書。

2.2 研究方法

A組和B組分別進(jìn)行登梯試驗(yàn)，根據(jù)總運(yùn)動(dòng)量7 000J，平臺(tái)高度（0.23m）和體重（kg）確定登梯次數(shù)；試驗(yàn)按運(yùn)動(dòng)量1 750J，3 500J，5 250J和7 000J分為4個(gè)階段。運(yùn)動(dòng)前和每一運(yùn)動(dòng)階段結(jié)束即刻記錄心音圖?？傔\(yùn)動(dòng)量7 000J的確定：人群中的峰值運(yùn)動(dòng)量各個(gè)不同，若用體能最高者能承受的峰值運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行人群體能評(píng)估，方案不能普及；故選擇一個(gè)亞極量運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行體能評(píng)估。本研究選用的總運(yùn)動(dòng)量7 000J，屬亞極量，在《ACSM運(yùn)動(dòng)測(cè)試與運(yùn)動(dòng)處方指南》［3］的推薦范圍內(nèi)，能為普通人群所承受。不同研究者在登梯試驗(yàn)中所選用的臺(tái)階高度各有不同［3］，為比較和交流方便，采用醫(yī)學(xué)界二級(jí)梯的梯高試驗(yàn)的梯高（0.23m）。登梯次數(shù)的計(jì)算符合國(guó)際慣例［3］，由總運(yùn)動(dòng)量，臺(tái)階高度和體重決定。

按運(yùn)動(dòng)量1 750J，3 500J，5 250J和7 000J分為4個(gè)階段的方案由本團(tuán)隊(duì)提出，并常規(guī)應(yīng)用于多項(xiàng)研究中［2，22-24］。

用肢體和心臟功能儲(chǔ)備的5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行體能的綜合分析：1）登梯運(yùn)動(dòng)中的人體功率輸出（Power）；2）登梯運(yùn)動(dòng)的代謝當(dāng)量的評(píng)估值，公式（美國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)，ACSM）：˙VO2（ml·kg-1·min-1）＝0.2（steps·min-1）＋ （step height，m ×steps·min-1×2.4）＋3.5，代謝當(dāng)量（MET）＝ ˙VO2／3.5，該公式的準(zhǔn)確性已經(jīng)被驗(yàn)證［14］；3）第1心音幅值／第2心音幅值比值（S1／S2）：關(guān)于心音和心肌收縮能力關(guān)系，國(guó)際上已經(jīng)進(jìn)行了一些重要的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以及有創(chuàng)性和無創(chuàng)性臨床對(duì)照研究，奠定了第一心音幅值的大小與心肌收縮能力強(qiáng)弱密切相關(guān)這一結(jié)論的堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，并提供了可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。特別是Hansen等［9］選擇dP／dt等指標(biāo)利用6只狗研究了麻醉劑和強(qiáng)心劑對(duì)第一心音強(qiáng)度和心肌收縮力的影響，結(jié)果表明，“第一心音幅值的變化和左心室壓力上升最大速率的變化呈正相關(guān)（r＝0.9551，P＜0.001）”；而第二心音（S2）能反映外周循環(huán)壓力的變化［7］，基于上述，S1／S2比值可以作為一個(gè)心臟-外周循環(huán)功能的綜合性評(píng)估指標(biāo)。近年來，加利弗尼亞大學(xué)心臟科 Hsieh［10］的小組也開始了這方面的研究，鑒于第一心音是左心室收縮狀態(tài)的直接表現(xiàn)，可用S1對(duì)S2的相對(duì)幅值即S1／S2比值來研究左心室收縮功能。4）心臟舒張期時(shí)限與收縮期時(shí)限的比值（D／S）：Abe［4］簡(jiǎn)要地說明了心肌血液灌注的這個(gè)重要機(jī)制，即冠脈血流主要出現(xiàn)在每個(gè)心動(dòng)周期的舒張時(shí)相，基于此，我們提出D／S比值指標(biāo)來評(píng)估心臟供血時(shí)間是否充足［22，23］，它也是一個(gè)心臟儲(chǔ)備指標(biāo)，因?yàn)樗P(guān)系到舒張期能為心臟收縮儲(chǔ)備養(yǎng)料和氧氣的多少，關(guān)系到心室的充盈和心輸出量的大小；5）心率（HR）。

以運(yùn)動(dòng)量作為橫坐標(biāo)，上述5個(gè)指標(biāo)作為縱坐標(biāo)，繪制5個(gè)測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)的五線圖。測(cè)量對(duì)應(yīng)于1 750J的線段與橫坐標(biāo)軸（X軸）的夾角；比較5線的走向和點(diǎn)數(shù)據(jù)的大小，進(jìn)行受試者運(yùn)動(dòng)能力的分析。計(jì)算出每個(gè)受試者各運(yùn)動(dòng)階段登梯運(yùn)動(dòng)的速度，用登梯次數(shù)／min來表示；比較兩組在運(yùn)動(dòng)速度方面的差異。在肢體和心臟功能儲(chǔ)備動(dòng)用趨勢(shì)的線圖表示中，可以用這些線條與橫軸的夾角的大小來表征功能儲(chǔ)備動(dòng)用的快慢，肢體和心臟功能儲(chǔ)備動(dòng)用越快，對(duì)應(yīng)的夾角越大，即對(duì)應(yīng)的線條的陡峭度越高；由于這種陡峭度的高低反映功能儲(chǔ)備動(dòng)用的快慢，本研究［25］提出用它來作為評(píng)估運(yùn)動(dòng)員爆發(fā)力的一個(gè)指標(biāo)。這種角度測(cè)量的精度在一度以內(nèi)即可，用量角器即能完成。

3 結(jié)果

受試者運(yùn)動(dòng)量遞增（1 750J，3 500J，5 250J，7 000J）的登梯試驗(yàn)的 Power，MET，S1／S2，D／S和 HR數(shù)據(jù)和描述性統(tǒng)計(jì)分析示于表1。

生成了受試者運(yùn)動(dòng)量遞增的登梯試驗(yàn)的Power，MET，S1／S2，D／S和 HR 五線圖（圖1）。

受試者（A組和 B組）完成1 750J運(yùn)動(dòng)量時(shí)Power，MET，S1／S2，D／S和 HR五線與 X軸的夾角分別是76°，72°；75°，71°；38°，35°；-8°，-6°；55°，54°。A 組 的 Power，MET，S1／S2，和 HR四線與X軸的夾角都大于B組，而A組 的D／S線與X軸的夾角小于B組（圖1）。

表1 本研究?jī)山M受試者運(yùn)動(dòng)量遞增的登梯試驗(yàn)的Power，MET，S1／S2，D／S和HR數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)分析一覽表Table 1 Data of Power，MET，S1／S2，D／S and HR at Rest and Different Exercise Workload Levels of Two Groups

圖1 本研究受試者體能評(píng)估五線圖Figure 1. Five-Line Graph for Evaluating Fitness of Two Groups

表2 本研究A組和B組在4個(gè)運(yùn)動(dòng)階段的速度一覽表（登梯次數(shù)／min）Table 2 Data of Velocity at Different Exercise Workload Levels of Two Groups（times／min）

此外，A組 和B組中靜息狀態(tài)下D／S比值≥2的人數(shù)為10∶1。

4 討論

表1和圖1表明，不同受試者在相同運(yùn)動(dòng)量下Power，MET，S1／S2，D／S和 HR數(shù)據(jù)呈現(xiàn)有一定趨勢(shì)的差異。從表1可知，A組在各個(gè)運(yùn)動(dòng)階段Power，MET，S1／S2和D／S數(shù)值都高于B組，其中兩組Power，MET，D／S值的差異具有顯著性；而B組的HR值高于A組。圖1形象地表示出受試者的體能狀態(tài)，即肢體和心臟功能儲(chǔ)備的動(dòng)用趨勢(shì)。

在整個(gè)運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)過程中，兩組受試者的Power和MET均在1 750J運(yùn)動(dòng)量下達(dá)最高值，之后則隨運(yùn)動(dòng)量增加而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。圖1顯示，受試者完成1 750J運(yùn)動(dòng)量時(shí)A組、B組的Power線與X軸的夾角分別是76°，72°，表明A組骨骼肌爆發(fā)力較強(qiáng)，由于骨骼肌耗氧量大，代謝當(dāng)量亦維持相應(yīng)較高水平。其后三個(gè)運(yùn)動(dòng)階段，隨運(yùn)動(dòng)量遞增，功率輸出Power持續(xù)下降，表明隨運(yùn)動(dòng)持續(xù)，受試者骨骼肌，尤其是下肢骨骼肌，出現(xiàn)疲勞。但每一運(yùn)動(dòng)階段，A組的Power和 MET均顯著高于B組（P＜0.01），且A組在7000J運(yùn)動(dòng)量時(shí)的 Power和 MET （151.84±16.80，15.03±1.04）仍與B組受試者1 750J運(yùn)動(dòng)量時(shí)的 Power和 MET相近（153.59±20.19，15.42±1.81），提示 A組的骨骼肌速度耐力（speed-endurance）優(yōu)于B組。

表1還顯示，兩組受試者D／S均隨運(yùn)動(dòng)量的增加而降低，表明隨運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度增加舒張期心臟自身供血時(shí)間縮短，這是心臟負(fù)擔(dān)加重的表現(xiàn)。但靜息狀態(tài)及各運(yùn)動(dòng)量下，A組D／S均明顯高于B組（P＜0.01）；且A組在運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度增至5 250J運(yùn)動(dòng)量時(shí)D／S開始低于1，而B組在運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度增至3 500J運(yùn)動(dòng)量時(shí)即開始低于1，表明隨運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度遞增，運(yùn)動(dòng)水平低的人心臟較早出現(xiàn)供血時(shí)間明顯縮短。

1 750J、3 500J運(yùn)動(dòng)量下，A 組 S1／S2比值雖略高于B組，但無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。5 250J運(yùn)動(dòng)量下，B組的S1／S2低于A組（P＜0.05），可能與此階段該組受試者D／S已低于1，心臟供血不足引起心肌收縮能力明顯下降有關(guān)。圖1顯示，1 750J運(yùn)動(dòng)量時(shí)A組、B組的S1／S2線與X軸的夾角分別是38°和35°，表明A組輸出功率較高，心力儲(chǔ)備上調(diào)速度也較快。

無論是A組還是B組受試者，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)過程中心率均隨運(yùn)動(dòng)量的增加呈現(xiàn)增高趨勢(shì)，比較兩組的HR線，走向趨勢(shì)類似。靜息狀態(tài)、3 500J、5 250J和7 000J運(yùn)動(dòng)量下，A組心率均明顯低于B組（P＜0.01）；在1 750 J運(yùn)動(dòng)量下A組心率亦低于B組，但差異不具顯著性（P＝0.173，表1）。圖1HR線顯示，1 750J運(yùn)動(dòng)量時(shí) A 組、B組的HR線與X軸的夾角分別是55°和54°，差別較?。坏\(yùn)動(dòng)后期B組心率隨運(yùn)動(dòng)量遞增上升較快（5 250J運(yùn)動(dòng)量下就已超過180次／min），提示運(yùn)動(dòng)能力越低，運(yùn)動(dòng)過程中越較多的依賴于動(dòng)用其心率儲(chǔ)備，這與胡玉璽等的報(bào)道［1］和本團(tuán)隊(duì)過去的研究結(jié)果［2］基本一致。

A組和 B組完成1 750J運(yùn)動(dòng)量時(shí)Power，MET，S1／S2，D／S和 HR 五線與 X 軸 的夾角分別 是76°，72°；75°，71°；38°，35°；-8°，-6°；55°，54°；A 組 的 Power，MET，S1／S2和HR四線與X軸的夾角都大于B組。這在一定程度上反映A組的爆發(fā)力強(qiáng)于B組。

A組 和B組中D／S比值≥2的人數(shù)為10∶1，表明經(jīng)常參加體力活動(dòng)能升高D／S比值，使心臟自身供血時(shí)間更充足，這有利于心臟健康。

從表2可知，各運(yùn)動(dòng)階段A組和B組每分鐘登梯次數(shù)分別為83，68；79，64；71，56；66，48；即 A 組在每一運(yùn)動(dòng)階段的速度都高于B組（P＜0.001），且A組在完成最大運(yùn)動(dòng)量（7 000J）時(shí)的速度（66次／min）與B組在完成最小運(yùn)動(dòng)量（1 750J）時(shí)的速度十分接近。這也表明，A組的速度耐力明顯優(yōu)于B組。

5 結(jié)論

本研究認(rèn)為，完成1750J運(yùn)動(dòng)量時(shí)Power，MET，S1／S2，D／S和 HR五線與橫坐標(biāo)的夾角可能有益于評(píng)估受試者的爆發(fā)力；該5線的走向和點(diǎn)數(shù)據(jù)的大小可能有益于評(píng)估受試者的耐力；該研究的方法安全、簡(jiǎn)易，能在運(yùn)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試運(yùn)動(dòng)員體能，有益于運(yùn)動(dòng)員的選拔、訓(xùn)練指導(dǎo)和競(jìng)賽安排。本次研究的局限性在于樣本量相對(duì)較小，因此在后續(xù)研究中應(yīng)按照循證醫(yī)學(xué)大樣本、多中心的原則擴(kuò)大調(diào)研人群。

［1］胡玉璽，田文林.直立位運(yùn)動(dòng)時(shí)優(yōu)秀摔跤運(yùn)動(dòng)員心臟形態(tài)與功能研究［J］.天津體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，22（6）：526-528.

［2］吳健，朗勇，王方路，等.運(yùn)動(dòng)員心率和心臟收縮力同步檢測(cè)方法的研究［J］.體育科學(xué)，2003，23（1）：107-110.

［3］ACSM運(yùn)動(dòng)測(cè)試與運(yùn)動(dòng)處方指南［M］.王正珍譯.北京：人民衛(wèi)生出版社，2010.

［4］ABE M，TOMIYAMA H，YOSHIDA H，et al.Diastolic fractional flow reserve to assess the functional severity of moderate coronary artery stenoses：comparison with fractional flow reserve and coronary flow velocity reserve［J］.Circulation，2000，102（19）：2365-2370.

［5］AMANN M.Pulmonary system limitations to endurance exercise performance in humans［J］.Exp Physiol，2012，97（3）：311-318.

［6］BEN ABDELKRIM N，CASTAGNA C，JABRI I，et al.Activity profile and physiological requirements of junior elite basketball players in relation to aerobic-anaerobic fitness［J］.J Strength Cond Res，2010，24（9）：2330-2342.

［7］BOMBARDINI T，GEMIGNANI V，BIANCHINI E，et al.Arterial pressure changes monitoring with a new precordial noninvasive sensor［J］.Cardiovasc Ultrasound，2008，21（6）：41.

［8］BOSQUET L，LEGER L，LEGROS P.Methods to determine aerobic endurance［J］.Sports Med，2002；32（11）：675-700.

［9］HANSEN P B，LUISADA A A，MILETICH D J，et al.Phonocardiography as a monitor of cardiac performance during anesthesia［J］.Anesth Analg，1989，68（3）：385-387.

［10］HESIEH B P，UNVER K，MCNULTY E，et al.The amplitude ratio of the first to second heart sound is reduced in left ventricular systolic dysfunction［J］.Int J Cardiol，2010，145（1）：133-135.

［11］HOFF J.Training and testing physical capacities for elite soccer players［J］.J Sports Sci，2005，23（6）：573-582.

［12］ HOUMARD J A.Endurance athletes：what is the optimal training strategy？［J］Int J Sports Med，2009，30（5）：313-314.

［13］JONES A，WOODS D R.Skeletal muscle RAS and exercise performance［J］.Int J Biochem Cell Biol，2003，35（6）：855-866.

［14］LATIN R W，BERG K，KISSINGER K，et al.The accuracy of the ACSM stair-stepping equation［J］.Med Sci Sports Exe，2001，33（10）：1785-1788.

［15］PALMA A，COSTA FILHO P N.The complexity of research on endurance training［J］.Int J Sports Med，2009，30（8）：628.

［16］PAVLIK G，MAJOR Z，VARGA-PINTER B，et al.The ath-lete＇s heart Part I［J］.Acta Physiol Hung，2010，97（4）：337-53.

［17］PUTHUCHERYZ，SKIPWORTH J R，RAWAL J，et al.The ACE gene and human performance：12years on.［J］.Sports Med，2011，41（6）：433-448.

［18］SPORIS G，JUKIC I，OSTOJIC S M，et al.Fitness profiling in soccer：physical and physiologic characteristics of elite players［J］.J Strength Cond Res，2009，23（7）：1947-1953.

［19］TANAKA H，SEALS D R.Endurance exercise performance in Masters athletes：age-associated changes and underlying physiological mechanisms［J］.J Physiol，2008，586（1）：55-63.

［20］TAYLOR M J，BENEKE R.Spring mass characteristics of the fastest men on Earth［J］.Int J Sports Med，2012，33（8）：667-670.

［21］WOODS D R，HUMPHRIES S E，MONTGOMERY H E.The ACE I／D polymorphism and human physical performance［J］.Trends Endocrinol Metab，2000，11（10）：416-420.

［22］XIAO SHOUZHONG，GUO XINGMING，SUN XIAOBO，et al.A relative value method for measuring and evaluating cardiac reserve［J］.Biomed Engineering Online，2002，（1）：6.

［23］XIAO SHOUZHONG，GUO XINGMING，WANG FANGLU.et al.Evaluating two new indicators of cardiac reserve［J］.IEEE Engineering Med Biol，2003，22（4）：147-152.

［24］XIE MEILAN，XIAO SHOUZHONG，LIU TIANHU，et al.Multi-center，Multi-topic Heart Sound Databases and Their Applications［J］.J Med Systems，2010，36（1）：33-40.

［25］YAN XIAOBO，LIU LEICHU，XIAO SHOUZHONG，et al.An analysis of cardiac function up-regulation steepness during exercise［A］.Proceedings of the 6th international conference on bioinformatics and biomedical engineering（ICBBE） ［C］.Shanghai：IEEE Express Conference Publishing，2012.