胡國(guó)鵬，馮 魏，馮 剛，王 振，劉無(wú)逸，孟 妍

?

不同運(yùn)動(dòng)模式下耗氧量動(dòng)力特征參數(shù)關(guān)系研究

胡國(guó)鵬1，馮 魏1，馮 剛2，王 振1，劉無(wú)逸3，孟 妍2

耗氧量動(dòng)力學(xué)；最大耗氧量；△效率；耗氧效率坡度

1 前言

2 研究對(duì)象與方法

2.1 研究對(duì)象

經(jīng)篩選，符合研究要求的無(wú)心腦血管疾病史及癥狀、體力活動(dòng)良好的34名男性受試者被招募，在受試者了解測(cè)試內(nèi)容并明確其中風(fēng)險(xiǎn)與義務(wù)的情況下簽訂知情同意書(shū)(表1)。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

34名受試者在2周內(nèi)進(jìn)行多次兩種負(fù)荷方式的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和2次場(chǎng)地測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容分別為：斜坡式遞增負(fù)荷力竭測(cè)試、中等強(qiáng)度動(dòng)力學(xué)重復(fù)測(cè)試、400 m跑測(cè)試及3 000 m跑測(cè)試(場(chǎng)地測(cè)試作為另外一部分研究)，每次測(cè)試之間間隔48 h。測(cè)試前及測(cè)試之間禁止大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)，測(cè)試前1天禁止飲酒及熬夜。正式測(cè)試前1周，34名受試者分別在不連續(xù)的3天到實(shí)驗(yàn)室體驗(yàn)兩種測(cè)試方案并確定功率自行車(chē)的高度等參數(shù)。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，用心肺測(cè)試系統(tǒng)監(jiān)測(cè)呼吸代謝氣體變化， 研究過(guò)程中，受試者始終在同一臺(tái)功率車(chē)上并保持功率車(chē)高度等參數(shù)始終相同，功率自行車(chē)踏頻維持在60 rpm。正式測(cè)試前，受試者進(jìn)行5 min常規(guī)準(zhǔn)備活動(dòng)和拉伸。

表1 本研究受試對(duì)象人口學(xué)特征一覽表

Table 1 The Subject’s Demographic Characteristics

年齡(歲)身高(cm)體重(kg)體脂率(%)21.6±1.4178.6±5.871.4±7.515.5±3.9

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

每次實(shí)驗(yàn)室測(cè)試前1 h，心肺測(cè)試系統(tǒng)(Cosmed K4B2)按照儀器使用說(shuō)明進(jìn)行預(yù)熱及室內(nèi)氣體、標(biāo)準(zhǔn)氣體、呼吸延遲時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)氣體容量等調(diào)試，提前在功率自行車(chē)上設(shè)定好每位受試者測(cè)試方案并保存。受試者在測(cè)試前24 h不得進(jìn)行大強(qiáng)度劇烈運(yùn)動(dòng)，保證睡眠、休息充足并按預(yù)定時(shí)間準(zhǔn)時(shí)到達(dá)實(shí)驗(yàn)室。

2.3.1 斜坡式遞增負(fù)荷力竭測(cè)試(Ramp)

力竭判斷標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)鼓勵(lì)無(wú)法繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，踏頻連續(xù)30 s內(nèi)達(dá)不到50 rpm；同時(shí),3個(gè)評(píng)定員根據(jù)受試者出汗量、呼吸頻率、呼吸商、RPE等進(jìn)行互盲評(píng)定，3個(gè)測(cè)評(píng)員同時(shí)判定受試者力竭則視為完成測(cè)試，否則判定測(cè)試失敗。

第1類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)：受試者力竭并經(jīng)鼓勵(lì)無(wú)法繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，呼吸頻率及節(jié)奏發(fā)生明顯變化，且3位評(píng)定員互盲評(píng)定均為力竭。

第2類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)：1)HR達(dá)到180次以上，不隨強(qiáng)度的增加而增加；2)RER大于1.1；3)血乳酸大于8 mmmol/L；4)RPE大于17。

2.3.2 中等強(qiáng)度動(dòng)力學(xué)測(cè)試及場(chǎng)地測(cè)試

場(chǎng)地測(cè)試分別在標(biāo)準(zhǔn)的400 m田徑場(chǎng)進(jìn)行，400 m測(cè)試和3 000 m測(cè)試之間間隔48 h，測(cè)試前禁止大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)。

2.4 主要實(shí)驗(yàn)器材

呼吸氣體代謝分析系統(tǒng)(Italy,Cosmed K4B2)，身體成分測(cè)試分析系統(tǒng)(韓國(guó)，Slimmanager- N40)，功率自行車(chē)(Switzer,Monark 894)，運(yùn)動(dòng)跑臺(tái)(German、H/p/cosmos),血乳酸測(cè)試儀( German,H/p/cosmos),Polar心率表等。

2.5 主要測(cè)試及觀察指標(biāo)

2.6 耗氧量動(dòng)力學(xué)的擬合及數(shù)理統(tǒng)計(jì)

(1)

OUES采用公式(2)擬合：

(2)

中等強(qiáng)度持續(xù)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)擬合：

(3)

3 研究結(jié)果

3.1 斜坡式遞增測(cè)試時(shí)耗氧量動(dòng)力學(xué)變化特征

表2 本研究斜坡式遞增測(cè)試時(shí)耗氧量動(dòng)力學(xué)參數(shù)一覽表

Table 2 The Parameter of Oxygen Uptake Kinetics in Ramp Incremental Exercise Test

X±SDRangR2VO2max(ml/min)3163±5132173～4276-VO2max/kg(ml/kg/min)44.0±6.333.6～57.4-VT-VO2(ml/min)2056±3791348～2967-VT-VO2/kg(ml/kg/min)29.0±5.419.8～38.3—A-slop(ml/min/W)10.4±1.37.6～14.00.932±0.151A-pre(ml/min/W)11.6±2.7*4.1～19.90.867±0.181A-aft(ml/min/W)9.2±2.42.7～12.80.907±0.081AOUES1474±234871～1951R2:0.977±0.012boues3198±20875384～3198(0.94-0.99),P<0.01

注：*表示A-pre與A-aft相比，差異顯著(P<0.05)。

圖1 本研究某一受試者遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中耗氧動(dòng)力學(xué)參數(shù)擬合過(guò)程曲線(xiàn)圖

3.2 中等強(qiáng)度耗氧動(dòng)力學(xué)變化特征

表3 本研究中等強(qiáng)度下耗氧量動(dòng)力學(xué)指數(shù)函數(shù)特征一覽表

Table 3 The Exponential Character of Oxygen Uptake Kinetics in Moderate -Intensity Exercise Test

(ml/min)Aslop(ml/min)δ(s)τ(s)X±SD576±771094±1795.6±2.256.3±9.8Rang402～757828～14150.2～9.639～80R2:0.96±0.02(0.84～0.98),P<0.01

圖2 本研究中等強(qiáng)度持續(xù)負(fù)荷運(yùn)動(dòng)耗氧動(dòng)力學(xué)擬合曲線(xiàn)圖

3.3 兩測(cè)試中耗氧動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)關(guān)系研究

表4 本研究?jī)蓽y(cè)試中動(dòng)力學(xué)參數(shù)的相關(guān)分析一覽表

Table 4 The Correlation Analysis of kinetic Parameters in the Two Exercise Tests

τ(s)VO2max(ml/min)VO2max/kg(ml/kg/min)VT-VO2VT-VO2/kgrPrPrPrPrPAOUES-0.2340.2310.7560.001**0.6000.001**0.7570.001**0.6570.001**Aslop0.0560.7710.6310.000**0.6500.000**0.3580.044*0.3160.079A-pre-0.3280.0770.2940.1020.3490.0520.3530.0480.3170.077A-aft0.2580.1690.5770.001**0.5810.000**0.1970.2810.1100.550

注：*表示P<0.05,相關(guān)具有顯著性，**表示P<0.01,相關(guān)具有高度顯著性。

4 討論

本研究中的斜坡式遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)，其氧氣和功率呈現(xiàn)典型的一次線(xiàn)性特征。研究也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以通氣無(wú)氧閾為切點(diǎn)時(shí)，通氣閾前的△效率值和通氣閾后△效率值存在顯著差別，通氣無(wú)氧閾值前后，其氧耗遞增速度發(fā)生明顯變化，通氣無(wú)氧閾后期遞增速度明顯減少，其表現(xiàn)為△效率值在通氣閾前大于通氣閾后，其意義在于通氣閾值后單位功率下耗氧值的下降，這也就意味著骨骼肌代謝方式發(fā)生了變化，這和通氣閾值后肌肉募集比例的變化有關(guān)[19]。同樣，這種動(dòng)力學(xué)的變化與無(wú)氧閾以上持續(xù)運(yùn)動(dòng)中耗氧動(dòng)力學(xué)的慢成分(slow component)具有極其相似的生理機(jī)制[3，22，26]，我們?cè)诹硗獾难芯恐幸舶l(fā)現(xiàn)這樣的規(guī)律。

本研究推測(cè)認(rèn)為，通氣閾切點(diǎn)前后△效率值差值可能與機(jī)體有氧工作能力有關(guān)，但還需要進(jìn)一步證明。而作為遞增負(fù)荷中的另外一重要擬合參數(shù)OUES,雖然已經(jīng)有研究指出是評(píng)價(jià)心肺耐力的有效指標(biāo)[2，14]，但是，從目前的研究來(lái)看，多集中在心腦血管疾病病人的心肺機(jī)能評(píng)定[11，15，21，25]方面，而在正常人群中進(jìn)行的研究并不多見(jiàn)。從本研究來(lái)看，OUES擬合過(guò)程呈現(xiàn)典型的對(duì)數(shù)函數(shù)特征，擬合優(yōu)度高達(dá)0.99，其均值也在正常參考值范圍區(qū)間[8]。從上述分析來(lái)看，在斜坡式遞增負(fù)荷測(cè)試中，不同的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)不同的擬合特征，提示其內(nèi)在生理機(jī)制的差異，OUES體現(xiàn)的是呼吸效率問(wèn)題(氧氣汲取能力)，而△值呈現(xiàn)的是肌肉工作能力問(wèn)題(單位功率的氧耗)。

如果把上述指標(biāo)構(gòu)建成運(yùn)動(dòng)能力的評(píng)價(jià)體系，其代表的生理意義各不相同，從對(duì)上述參數(shù)的分析。研究認(rèn)為，中等強(qiáng)度下的氧氣遞增速率τ值更多反映的是機(jī)體從初始狀態(tài)到某一有氧代謝穩(wěn)態(tài)下的應(yīng)答速度問(wèn)題，反映機(jī)體從運(yùn)動(dòng)開(kāi)始到快速調(diào)動(dòng)機(jī)體機(jī)能并調(diào)適到某一穩(wěn)態(tài)的能力；而在斜坡遞增運(yùn)動(dòng)中，機(jī)體所面臨的負(fù)荷刺激以某種固定模式增加(快速小負(fù)荷連續(xù)遞增功率)，體現(xiàn)的是在該遞增模式下機(jī)體的連續(xù)調(diào)適氧氣應(yīng)答效率的問(wèn)題。在機(jī)體長(zhǎng)時(shí)間耐力運(yùn)動(dòng)中，需要不斷調(diào)整能量狀態(tài)，這種能量狀態(tài)的轉(zhuǎn)換既遵循兩種模式下的規(guī)律，同時(shí)也涉及到更為深層的問(wèn)題，如氧債問(wèn)題、機(jī)體生成乳酸的清除及再利用能力等。因此，僅從兩種理想化的模式去分析其運(yùn)動(dòng)能力問(wèn)題尚存在一定局限性，這只能為研究者提供一個(gè)理解該問(wèn)題的視角，其最終決定耐力的因素還涉及更多、更深層面的問(wèn)題，但從目前研究及本研究來(lái)看，長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練對(duì)上述指標(biāo)有明顯的改善作用[9，6]。

5 結(jié)論

[1]胡國(guó)鵬，王人衛(wèi).運(yùn)動(dòng)中攝氧量動(dòng)力學(xué)的多相理論與生理機(jī)理[J].首都體育學(xué)院學(xué)報(bào),2009,21(6):724-728.

[2]BABA R,NAGASHIMA M,GOTO M,etal.Oxygen uptake efficiency slope:A new index of cardiorespiratory functional reserve derived from the relation between oxygen uptake and minute ventilation during incremental exercise[J].J Am Coll Cardiol,1996,28(6):1567-1572.

[3]BARSTOW T J,JONES A M,NGUYEN P H,etal.Influence of muscle fiber type and pedal frequency on oxygen uptake kinetics of heavy exercise[J].J Appl Physiol,1996,81(4):1642-1650.

[4]BISI M C,STAGNI R,GNUDI G.Automatic detection of maximal oxygen uptake and ventilatory threshold[J].Comput Biol Med,2011,41(1):18-23.

[5]BOONE M J,BOURGOIS J.The oxygen uptake response to incremental ramp exercise[J].Sports Med,2012,42(6):511-526.

[6]BURGOMASTER K A,HUGHES S C,HEIGENHAUSER G J,etal.Six sessions of sprint interval training increases muscle oxidative potential and cycle endurance capacity in humans[J].J Appl Physiol,2005,98(6):1985-1990.

[7]BURNLEY M,JONES A M.Oxygen uptake kinetics as a determinant of sports performance[J].Eur J Sport Sci,2007,7(2):63-79.

[8]BUYS R,COECKELBERGHS E,VANHEES L,etal.The oxygen uptake efficiency slope in 1411 Caucasian healthy men and women aged 20-60 years:Reference values[J].Eur J Prev Cardiol,2015，22(3):356-363.

[9]CARTER H,JONES A M,Barstow T J,etal.Effect of endurance training on oxygen uptake kinetics during treadmill running[J].J Appl Physiol,2000,89(5):1744-1752.

[11]GADEMAN M G,SWENNE C A,Verwey H F,etal.Exercise training increases oxygen uptake efficiency slope in chronic heart failure[J].Eur J Cardiov Prev R,2008,15(2):140-144.

[12]HAKE T.History of developments in sport and exercise physiology:A.V.Hill,maximal oxygen uptake,and oxygen debt[J].J Sports Sci,2008,26(4):365-400.

[13]HEYEARD V H.Advanced Fitness Assessment and Exercise Prescription[M].Urbana:Human Kinetics,2014:55-88.

[14]HOLLENBERG M,TAGER I B.Oxygen uptake efficiency slope:an index of exercise performance and cardiopulmonary reserve requiring only submaximal exercise[J].J Am Coll Cardiol,2000,36(1):194-201.

[15]HOW O,AASUM E,SEVERSON D L,etal.Increased myocardial oxygen consumption reduces cardiac efficiency in diabetic mice[J].Diabetes, 2006,55(2):466-473.

[16]HUGHSON R L,INMAN M D.Oxygen uptake kinetics from ramp work tests:Variability of single test values[J].J Appl Physiol,1986,61(1):373-376.

[17]HUGHSON R L.Oxygen uptake kinetics:Historical perspective and future directions[J].Appl Physiol,Nut Metab,2009,34(5):840-850.

[18]JONES A M,BURNLEY M.Oxygen uptake kinetics:An underappreciated determinant of exercise performance[J].Int J Sports Physiol Perform, 2009,4(4):524-532.

[20]JONES A M,POOL D C.Oxygen Uptake Kinetics in Sports,Exericse and Medicine[M].Abingdon:Routledge,2005:1-3.

[21]LEWIS G D,LACHMNN J,CAMUSO J,etal.Sildenafil improves exercise hemodynamics and oxygen uptake in patients with systolic heart failure[J].Circulation, 2007,115(1):59-66.

[22]PRINGLE J S M,DOUST J H,Carter H,etal.Oxygen uptake kinetics during moderate,heavy and severe intensity 'submaximal' exercise in humans:The influence of muscle fibre type and capillarisation[J].Eur J Appl Physiol,2003,89(3):289-300.

[24]TSCHAKOVSKY M E.Is it or isn't it oxygen delivery? The debate over what limits oxygen uptake kinetics continues[J].Exe Sport Sci Rev, 2014,42(1):2-3.

[25]VAB LAETHEM C,BARTUNEK J,GOETHALS M,etal.Oxygen uptake efficiency slope,a new submaximal parameter in evaluating exercise capacity in chronic heart failure patients[J].Am Heart J,2005,149(1):175-180.

[27]WALSH M L,BANISTER E W.The influence of inspired oxygen on the oxygen uptake response to ramp exercise[J].Eur J Appl Physiol Occupat Physiol,1995,72(1-2):71-75.

[28]WHIPP B J,DAVIS J A,TORRES F,etal.A test to determine parameters of aerobic function during exercise[J].J Appl Physiol,1981,50(1):217-221.

[29]WHIPP B J,WASSERMAN K.Oxygen uptake kinetics for various intensities of constant-load work[J].J Appl Physiol,1972,33(3):351-356.

[30]XU F,RHODES E.Oxygen uptake kinetics during exercise[J].Sports Med,1999,27(5):313-317.

[31]YANO T,YUNOKI T,HORIUCHI M.Kinetics of oxygen uptake during decremental ramp exercise[J].J Sports Med Phys Fitn,2000,40(1):11-16.

Study on Characteristic Parameters of Oxygen Uptake Kinetics in Different Exercise Test Models

HU Guo-peng1,FENG Wei1,FENG Gang2,WANG Zhen1,LIU Wu-yi3,MENG Yan2

Objective:The characters and relationship of two typical exercise test models were researched in the study.Method:34 subject were recruited to finish two exercise test:one was incremental ramp exhaustive test,other was moderate- intensity constant test.The data about oxygen uptake was fitted by linear and nonlinear function models.Results:The goodnessR2of fitting oxygen consumption (O2) and power (Waat) was 0.932±0.151(P<0.01) by a linear function in the ramp test.The goodnessR2of fitting ventilation (VE) withO2was 0.977±0.012(P<0.01) by nonlinear logarithmic function in the ramp test.In the moderate repetitived test,goodnessR2of fit is 0.96±0.02(P<0.01),whereO2changed with time as exponential function.There were significant correlation(P<0.01) between Delta Efficiency,maximal oxygen uptake and VT,whose correlation coefficient was from 0.600 to 0.757;There was no significant correlation between OUES,Delta Efficiency and τ.Conclusion:In ramp test,O2was changed with Waat by typical linear features,while there was typical logarithmic function features between VE andO2, there are significant differences before and after VT in the △ efficiency;and in moderate-intensity constant test,O2showed a single exponential increase with time in response to the steady-state mode,there were different levels correlation between △ efficiency,OUES and VT,O2max.

oxygenuptakekinetics;maximaloxygenuptake;Deltaefficiency;oxygenuptakeefficiencyslop

2015-01-09；

2015-09-20

國(guó)家體育總局重點(diǎn)研究領(lǐng)域攻關(guān)課題(2012B067)；華僑大學(xué)科研基金資助項(xiàng)目(13BS106)。

胡國(guó)鵬(1978-)，男，河南南陽(yáng)人，副教授，博士，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、運(yùn)動(dòng)與健康促進(jìn),Tel:(0595)22690897,E-mail:hugp@hqu.edu.cn；馮魏(1981-)，女，河南濮陽(yáng)人，講師，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)訓(xùn)練監(jiān)控，Tel:(0595)22693589,E-mail:68323412@qq.com；馮剛(1963-)，男，遼寧本溪人，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，Tel:(0335)8580818,E-mail :771209467@qq.com。

1.華僑大學(xué) 體育學(xué)院，福建 泉州，362021；2.國(guó)家體育總局 秦皇島訓(xùn)練基地，河北 秦皇島 066004；3.上海體育學(xué)院 運(yùn)動(dòng)科學(xué)學(xué)院，上海 200438 1.Huaqiao University,Quanzhou 362021,China;2.General Administration of Sport of China,Qinhuangdao 066004,China;3.Shanghai University of Sport,Shanghai 200438,China.

1000-677X(2015)11-0045-07

10.16469/j.css.201511007

G804.2

A