不同運動模式下耗氧量動力特征參數關系研究

胡國鵬，馮 魏，馮 剛，王 振，劉無逸，孟 妍

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不同運動模式下耗氧量動力特征參數關系研究

胡國鵬1，馮 魏1，馮 剛2，王 振1，劉無逸3，孟 妍2

耗氧量動力學；最大耗氧量；△效率；耗氧效率坡度

1 前言

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

經篩選，符合研究要求的無心腦血管疾病史及癥狀、體力活動良好的34名男性受試者被招募，在受試者了解測試內容并明確其中風險與義務的情況下簽訂知情同意書(表1)。

2.2 實驗步驟

34名受試者在2周內進行多次兩種負荷方式的實驗室測試和2次場地測試，測試內容分別為：斜坡式遞增負荷力竭測試、中等強度動力學重復測試、400 m跑測試及3 000 m跑測試(場地測試作為另外一部分研究)，每次測試之間間隔48 h。測試前及測試之間禁止大強度運動，測試前1天禁止飲酒及熬夜。正式測試前1周，34名受試者分別在不連續的3天到實驗室體驗兩種測試方案并確定功率自行車的高度等參數。實驗室測試中，用心肺測試系統監測呼吸代謝氣體變化， 研究過程中，受試者始終在同一臺功率車上并保持功率車高度等參數始終相同，功率自行車踏頻維持在60 rpm。正式測試前，受試者進行5 min常規準備活動和拉伸。

表1 本研究受試對象人口學特征一覽表

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 實驗方法

每次實驗室測試前1 h，心肺測試系統(Cosmed K4B2)按照儀器使用說明進行預熱及室內氣體、標準氣體、呼吸延遲時間、標準氣體容量等調試，提前在功率自行車上設定好每位受試者測試方案并保存。受試者在測試前24 h不得進行大強度劇烈運動，保證睡眠、休息充足并按預定時間準時到達實驗室。

2.3.1 斜坡式遞增負荷力竭測試(Ramp)

力竭判斷標準：經鼓勵無法繼續運動，踏頻連續30 s內達不到50 rpm；同時,3個評定員根據受試者出汗量、呼吸頻率、呼吸商、RPE等進行互盲評定，3個測評員同時判定受試者力竭則視為完成測試，否則判定測試失敗。

第1類標準：受試者力竭并經鼓勵無法繼續運動，呼吸頻率及節奏發生明顯變化，且3位評定員互盲評定均為力竭。

第2類標準：1)HR達到180次以上，不隨強度的增加而增加；2)RER大于1.1；3)血乳酸大于8 mmmol/L；4)RPE大于17。

2.3.2 中等強度動力學測試及場地測試

場地測試分別在標準的400 m田徑場進行，400 m測試和3 000 m測試之間間隔48 h，測試前禁止大強度運動。

2.4 主要實驗器材

呼吸氣體代謝分析系統(Italy,Cosmed K4B2)，身體成分測試分析系統(韓國，Slimmanager- N40)，功率自行車(Switzer,Monark 894)，運動跑臺(German、H/p/cosmos),血乳酸測試儀( German,H/p/cosmos),Polar心率表等。

2.5 主要測試及觀察指標

2.6 耗氧量動力學的擬合及數理統計

(1)

OUES采用公式(2)擬合：

(2)

中等強度持續運動動力學參數擬合：

(3)

3 研究結果

3.1 斜坡式遞增測試時耗氧量動力學變化特征

表2 本研究斜坡式遞增測試時耗氧量動力學參數一覽表

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荷運動中耗氧動力學參數擬合過程曲線圖

3.2 中等強度耗氧動力學變化特征

表3 本研究中等強度下耗氧量動力學指數函數特征一覽表

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 本研究中等強度持續負荷運動耗氧動力學擬合曲線圖

3.3 兩測試中耗氧動力學特征參數關系研究

表4 本研究兩測試中動力學參數的相關分析一覽表

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,相關具有顯著性，**表示P<0.01,相關具有高度顯著性。

4 討論

本研究中的斜坡式遞增負荷運動，其氧氣和功率呈現典型的一次線性特征。研究也發現，當以通氣無氧閾為切點時，通氣閾前的△效率值和通氣閾后△效率值存在顯著差別，通氣無氧閾值前后，其氧耗遞增速度發生明顯變化，通氣無氧閾后期遞增速度明顯減少，其表現為△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生了變化，這和通氣閾值后肌肉募集比例的變化有關[19]。同樣，這種動力學的變化與無氧閾以上持續運動中耗氧動力學的慢成分(slow component)具有極其相似的生理機制[3，22，26]，我們在另外的研究中也發現這樣的規律。

本研究推測認為，通氣閾切點前后△效率值差值可能與機體有氧工作能力有關，但還需要進一步證明。而作為遞增負荷中的另外一重要擬合參數OUES,雖然已經有研究指出是評價心肺耐力的有效指標[2，14]，但是，從目前的研究來看，多集中在心腦血管疾病病人的心肺機能評定[11，15，21，25]方面，而在正常人群中進行的研究并不多見。從本研究來看，OUES擬合過程呈現典型的對數函數特征，擬合優度高達0.99，其均值也在正常參考值范圍區間[8]。從上述分析來看，在斜坡式遞增負荷測試中，不同的數據呈現不同的擬合特征，提示其內在生理機制的差異，OUES體現的是呼吸效率問題(氧氣汲取能力)，而△值呈現的是肌肉工作能力問題(單位功率的氧耗)。

如果把上述指標構建成運動能力的評價體系，其代表的生理意義各不相同，從對上述參數的分析。研究認為，中等強度下的氧氣遞增速率τ值更多反映的是機體從初始狀態到某一有氧代謝穩態下的應答速度問題，反映機體從運動開始到快速調動機體機能并調適到某一穩態的能力；而在斜坡遞增運動中，機體所面臨的負荷刺激以某種固定模式增加(快速小負荷連續遞增功率)，體現的是在該遞增模式下機體的連續調適氧氣應答效率的問題。在機體長時間耐力運動中，需要不斷調整能量狀態，這種能量狀態的轉換既遵循兩種模式下的規律，同時也涉及到更為深層的問題，如氧債問題、機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動能力問題尚存在一定局限性，這只能為研究者提供一個理解該問題的視角，其最終決定耐力的因素還涉及更多、更深層面的問題，但從目前研究及本研究來看，長時間的訓練對上述指標有明顯的改善作用[9，6]。

5 結論

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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

國家體育總局重點研究領域攻關課題(2012B067)；華僑大學科研基金資助項目(13BS106)。

胡國鵬(1978-)，男，河南南陽人，副教授，博士，主要研究方向為運動醫學、運動與健康促進,Tel:(0595)22690897,E-mail:hugp@hqu.edu.cn；馮魏(1981-)，女，河南濮陽人，講師，主要研究方向為運動訓練監控，Tel:(0595)22693589,E-mail:68323412@qq.com；馮剛(1963-)，男，遼寧本溪人，主要研究方向為運動訓練，Tel:(0335)8580818,E-mail :771209467@qq.com。

1.華僑大學 體育學院，福建 泉州，362021；2.國家體育總局 秦皇島訓練基地，河北 秦皇島 066004；3.上海體育學院 運動科學學院，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