唐承斌　苗梁

中圖分類號：G808? ?文獻(xiàn)標(biāo)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(yùn)動訓(xùn)練監(jiān)控中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行歸納，總結(jié)出其在運(yùn)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(xiàn)資料法、邏輯分析法進(jìn)行探討與分析。通過研究，認(rèn)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(fù)荷強(qiáng)度、關(guān)聯(lián)其他生理生化指標(biāo)。結(jié)論：NIRS技術(shù)豐富了運(yùn)動訓(xùn)練監(jiān)控時的實(shí)時監(jiān)測手段，為監(jiān)控提高更切實(shí)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動訓(xùn)練的發(fā)展日新月異，體育運(yùn)動訓(xùn)練由過去的以教練員與運(yùn)動員為訓(xùn)練主體發(fā)展為以教練員、科研人員團(tuán)隊(duì)和運(yùn)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(yùn)動員訓(xùn)練轉(zhuǎn)變?yōu)榻叹氈贫ā⒖蒲袌F(tuán)隊(duì)設(shè)計、運(yùn)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(yùn)動員成績的幫助十分顯著。隨著經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)訓(xùn)練的時代漸漸落幕，運(yùn)動訓(xùn)練科學(xué)理論指導(dǎo)拉開了運(yùn)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(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)理論的學(xué)習(xí)與參考，結(jié)合運(yùn)動員的實(shí)際情況，以合理的相關(guān)生理指標(biāo)評估運(yùn)動員的狀態(tài)，制定針對性的訓(xùn)練計劃，才能使運(yùn)動員產(chǎn)生符合既定目標(biāo)的適應(yīng)性變化，從而發(fā)掘出運(yùn)動員的最大潛能，使運(yùn)動員獲得理想的運(yùn)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(yùn)動時的各種生理指標(biāo)的監(jiān)測和對多項(xiàng)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，越來越多的生理指標(biāo)被研究人員認(rèn)為可以用于進(jìn)行運(yùn)動訓(xùn)練監(jiān)控，監(jiān)控角度逐漸出現(xiàn)精細(xì)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(biāo)對運(yùn)動員的訓(xùn)練過程進(jìn)行檢測與監(jiān)控，這些指標(biāo)在運(yùn)動訓(xùn)練過程中的表現(xiàn)能夠清晰地體現(xiàn)運(yùn)動員的狀態(tài)。所以，越來越多的研究者意識到在對運(yùn)動員開展一般或?qū)ｍ?xiàng)訓(xùn)練時，要時時關(guān)注運(yùn)動員的身體狀態(tài)，尤其要對運(yùn)動員各項(xiàng)生理指標(biāo)進(jìn)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(biāo)進(jìn)行科學(xué)合理的監(jiān)測、記錄、應(yīng)用、分析成為運(yùn)動訓(xùn)練監(jiān)控學(xué)科的焦點(diǎn)，能否真正融入運(yùn)動訓(xùn)練過程本身，也被認(rèn)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(yùn)動的重要基礎(chǔ)物質(zhì)，在體內(nèi)承載著搭乘血液運(yùn)輸能源物質(zhì)等重要作用。在運(yùn)動訓(xùn)練過程中，骨骼肌進(jìn)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(yùn)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(yùn)動強(qiáng)度的情況出現(xiàn)。因此，監(jiān)測氧供給的情況對進(jìn)行運(yùn)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(biāo)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(yùn)動員的廣泛支持。

二、運(yùn)動訓(xùn)練監(jiān)控與肌氧技術(shù)

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

運(yùn)動訓(xùn)練監(jiān)控是指運(yùn)動訓(xùn)練過程中，通過記錄、測量、測試等手段獲取運(yùn)動訓(xùn)練的反饋信息，以此評價運(yùn)動訓(xùn)練安排與運(yùn)動員現(xiàn)實(shí)狀態(tài)的關(guān)系，進(jìn)而對訓(xùn)練計劃進(jìn)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(xì)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(yùn)動實(shí)踐中的運(yùn)用極為普遍，肌氧已經(jīng)成為了運(yùn)動訓(xùn)練監(jiān)控中生理指標(biāo)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(yùn)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(zhǔn)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(qiáng)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(shí)際數(shù)據(jù)。

2.NIRS技術(shù)緣起。在NIRS技術(shù)廣泛應(yīng)用于運(yùn)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(yùn)動員進(jìn)行收集血乳酸等生理指標(biāo)通常會使用有創(chuàng)采集方式進(jìn)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(shí)驗(yàn)者與受試者均期待一種新技術(shù)的到來。二十世紀(jì)70年代，NIRS技術(shù)主要應(yīng)用于醫(yī)療試驗(yàn)領(lǐng)域，著重于實(shí)驗(yàn)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(diǎn)得到國際上的廣泛認(rèn)可，并開展了一系列探索。1992年，第一次用于專業(yè)（賽艇項(xiàng)目）運(yùn)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(jī)構(gòu)也開始使用自制的測試工具進(jìn)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(yùn)動和遞增負(fù)荷運(yùn)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(rèn)可。由此起，國內(nèi)興起了用NIRS技術(shù)進(jìn)行肌氧生理指標(biāo)的應(yīng)用。

三、NIRS技術(shù)應(yīng)用

（一）評定有/無氧能力

在實(shí)際的運(yùn)動訓(xùn)練監(jiān)控實(shí)驗(yàn)中，NIRS技術(shù)主要是與聯(lián)合動態(tài)性逐級遞增運(yùn)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(fù)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(shí)驗(yàn)對象有/無氧能力的工作能力。

根據(jù)所梳理的相關(guān)文獻(xiàn)資料，發(fā)現(xiàn)使用NIRS技術(shù)進(jìn)行肌氧檢測的實(shí)驗(yàn)主要是通過測定骨骼肌內(nèi)肌氧飽和度的變化狀態(tài)：運(yùn)動實(shí)驗(yàn)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(diǎn)與前者的閾值拐點(diǎn)一致，進(jìn)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(shí)驗(yàn)室測試方法所得的數(shù)據(jù)，雖然與運(yùn)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(yùn)動中的肌肉疲勞狀態(tài)對防止運(yùn)動員出現(xiàn)傷病風(fēng)險增加、出現(xiàn)過度訓(xùn)練等情況，從而進(jìn)行有效訓(xùn)練，達(dá)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(yùn)動員負(fù)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(shí)，通過該技術(shù)對肌氧狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，能夠明顯地觀測到運(yùn)動時氧供給與消耗產(chǎn)生失衡（運(yùn)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(biāo)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(yùn)動員的疲勞狀態(tài)是多因素導(dǎo)致的，通過運(yùn)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(yùn)動員的疲勞、損傷，從而更有效地達(dá)到訓(xùn)練目的。

（三）判定負(fù)荷強(qiáng)度

沒有負(fù)荷就沒有訓(xùn)練，運(yùn)動負(fù)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(fù)荷強(qiáng)度時有著一定的局限性，不利于精準(zhǔn)確定負(fù)荷強(qiáng)度。通過穿戴肌氧監(jiān)測儀進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)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(fù)荷強(qiáng)度的敏感性較高，高強(qiáng)度的負(fù)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(yùn)動訓(xùn)練監(jiān)控過程中，負(fù)荷強(qiáng)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(yùn)動實(shí)驗(yàn)過程中，隨著負(fù)荷的遞增，全身血液循環(huán)加速，這是由于參與運(yùn)動的骨骼肌需要大量血液維持運(yùn)動過程，心輸出量增加。隨著負(fù)荷強(qiáng)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(dāng)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(fù)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(fù)荷強(qiáng)度下，肌氧含量的變化具有規(guī)律性，與負(fù)荷強(qiáng)度高度相關(guān)。

四、結(jié)語

肌氧技術(shù)的出現(xiàn)豐富了運(yùn)動訓(xùn)練監(jiān)控時的實(shí)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(yùn)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(shí)可靠的科學(xué)依據(jù)，從而在進(jìn)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(yùn)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(xiàng)目中，且多從實(shí)驗(yàn)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(biāo)人群多具有專業(yè)運(yùn)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。

參考文獻(xiàn)：

[1]王清.我國優(yōu)秀運(yùn)動員競技能力狀態(tài)診斷和監(jiān)測系統(tǒng)的研究與建立[M].北京：人民體育出版社，2003.

[2]Shona L. Halson.Monitoring Training Load to Understand Fatigue in Athletes[J].Sports Med （2014）44 （Suppl 2）：S139-S147.

[3]鄭曉鴻.運(yùn)動訓(xùn)練監(jiān)控釋義及其目的意義與內(nèi)容的理論探析[J].吉林體育學(xué)院學(xué)報，2008，24（05）：39-41.

[4]Scano A，Pirovano I，Manunza ME，Spinelli L，Contini D，Torricelli A，Re R. Sustained fatigue assessment during isometric exercises with time-domain near infrared spectroscopy and surface electromyography signals[J]. Biomed Opt Express. 2020 Dec 1;11（12）：7357-7375.