微壓氧對山西省優秀射擊射箭運動員疲勞消除影響的研究

張曉炳， 馮本余， 竇志勇， 胡茜文， 嚴海龍， 符海鴻， 劉珂， 王智偉， 方玉婷， 蒲畢文

（1.山西省體育科學研究所， 山西 太原 030012； 2.山西大學 體育學院， 山西 太原 030006； 3.山西省射擊射箭水上運動中心， 山西 太原 030025； 4.山西省冰雪運動中心， 山西 太原 030025； 5.廣東金融學院 體育教學部， 廣東 廣州 510521）

1 研究背景

隨著競技水平和運動員訓練強度的提高， 運動訓練后和比賽中的疲勞監控與快速消除作為科學化訓練的重要組成部分， 得到人們越來越高的關注， 這是因為運動疲勞不僅能導致運動表現的下降， 甚至還會增加發生運動損傷的可能性。 因此， 探索如何使運動員的疲勞快速消除， 不僅有助于訓練計劃高效、 高質量的完成， 還能避免機體疲勞堆積以及由此導致的運動損傷的發生。 微壓氧療近年來逐漸成為增強身體健康、 改善和消除疲勞、 促進機體損傷恢復的方式之一， 微壓氧療法 （Mild-pressure Hyperbaric Therapy，mHBT） 是指吸入壓力在1～2 絕對大氣壓 （AbsoluteAtmosphere， ATA） 之間、 氧濃度大于35%的環境氣體的過程。越來越多的優秀運動員使用微壓氧進行訓練恢復， 但是目前我國關于微壓氧對于專項運動員疲勞消除影響的應用研究較少。 因此本文借助輔助訓練設備——Omega Wave Sport Technology System （以下簡稱Omega Wave 機能評價系統）對運動員的機體生化指標變化情況進行監控， 這是一款由美國研發的具有國際水準的無創診斷運動疲勞的訓練監控設備， 其應用生物電技術原理監測人體多種生物系統功能，它具有操作簡單、 攜帶便捷、 反饋及時的特點， 相比其它現有的生化指標采集， Omega Wave 機能評價系統能夠采用無創的測量方式一次性獲取心臟功能、 中樞神經機能狀況、植物神經系統等生物學參數， 并對運動員的機能狀態做出實時的綜合性診斷和評估， 為教練員安排訓練計劃以及賽前準備提供參考。

2 研究目的與意義

通過對比觀察山西省優秀射擊射箭運動員在訓練疲勞狀態下機體的一些生理指標， 和使用微壓氧療法進行疲勞消除后機能狀態的變化情況， 驗證微壓氧療法恢復技術的使用對疲勞消除的影響和效果， 并對采用微壓氧療法進行疲勞消除時間選擇上與效果的關系進行應用研究， 以便為運動員和教練員今后使用微壓氧療法進行疲勞消除相關的恢復訓練和科學研究提供部分參考和數據依據， 促進今后訓練計劃的更好完成、 訓練效率和質量的提高。

3 研究對象與方法

3.1 研究對象

調查對象為山西省射擊射箭隊14 名備戰2021 年第十四屆全運會的優秀運動員， 其中女子10 人， 男子4 人。 研究對象為14 名運動員進行微壓氧療前后以及各階段， 反映身體機能疲勞狀態的心率變異性、 時域和頻域等評價指標的變化。

表1 運動員基本信息 （N=14）

3.2 研究方法

3.2.1 文獻資料法

通過中國知網、 維普數據庫等網絡平臺， 以 “微壓氧、射擊射箭、 疲勞消除、 HRV 和Omega Wave” 為關鍵詞， 查閱相關的學術期刊和碩博學位論文等文獻資料， 以期為本研究提供理論依據和參考。

3.2.2 實驗法

3.2.2.1 實驗時間

在2021 年3 月至2021 年6 月期間， 對備戰2021 年第十四屆全運會的14 名山西省優秀射擊射箭運動員進行疲勞消除的HRV 測試。

3.2.2.2 測試指標

心率變異性指標： 交感神經活躍度、 副交感神經活躍度、 張力水平、 非周期影響吸氣波。

時域指標： 反映HRV 總體變化的R-R 間期標準差（SDNN）、 反映副交感神經活動的相鄰R-R 間期差值均方根（RMSSD）、 反映副交感神經調節能力的相鄰間期的差值標準差 （SDSD）。

頻域指標： 總功率 （TP）、 反映副交感神經調節能力的高頻功率 （HF）、 主要反映交感神經活性的低頻功率 （LF）、反映交感與副交感均衡性的高頻功率和低頻功率比值 （LF/HF）。

3.2.2.3 測試儀器

測試儀器使用的是由美國Omegawave Technologies LLC開發的Omega Wave Sport Technology System 機能評價系統。通過該儀器測試和分析試驗前后的HRV 相關指標， 以及時域和頻域指標的數值。

3.2.2.4 測試流程

運動員在正式測試前按照提示和要求填寫測試登記表，實驗者給受試者講解測試流程及要求。 正式測試時運動員處于安靜環境下自然仰臥舒適平躺， 雙手自然放置于身體兩側， 實驗者用脫脂棉棒蘸取濃度為75%的酒精輕拭受試者的額頭中部、 慣用手手掌大拇指根部作為貼電極的位置，以增加皮膚的導電性， 然后按系統要求通過藍牙正確連接測試電極和平板電腦， 待連接穩定后開始收集與評價能夠反映測試者疲勞程度以及其他生理指標數據。 收集完實驗前的相關數據后， 運動員進入微壓氧艙后安靜舒適平躺，分別在進入微壓氧艙的20min、 30min、 45min、 60min 時，記錄運動員生理指標數據。

3.2.3 數理統計法

3.2.4 對比分析法

對山西省14 名優秀射擊射箭運動員通過Omega Wave機能評價系統進行疲勞程度測試， 將每次測試的結果作為獨立的數據組， 以運動員進入微壓氧艙進行恢復前的疲勞程度作為對照組， 以進入微壓氧艙進行恢復的20min、30min、 45min、 60min 分別作為不同時間段的實驗組， 對比各時間段與對照組的疲勞程度反映指標變化情況， 分析試驗前后各指標的差異性變化。

4 研究結果與討論

借助Omega Wave 系統， 對采用微壓氧療法緩解、 消除疲勞試驗各階段運動員的多個疲勞反映指標進行監控， 以便了解試驗各階段運動員身體機能的變化特征。 由表2 和表3 可以看出， 運動員的生理指標均數隨著微壓氧療試驗的進行出現了兩種總體升降不同的變化趨勢。 其中， 系統總評分、 靜息心率、 中樞神經系統準備狀態、 腦電直流電波、 交感神經活躍度、 張力水平等生理指標呈現下降趨勢；而心肺調節系統功能狀態、 副交感神經活躍度、 非周期影響等生理指標表現為上升的態勢； 吸氣波雖然在試驗中出現小幅度的上升或下降的波動， 但總體變化和最后結果與試驗前差別不大。

表2 運動員疲勞指標測試結果

表3 運動員疲勞指標測試結果

收集到的數據經分析軟件分析處理后可知： 中樞神經系統準備狀態、 交感神經活躍度、 副交感神經活躍度、 張力水平的試驗結果與微壓氧療試驗前存在顯著性差異 （P＜0.05）。 系統總評分、 靜息心率、 心肺調節系統功能狀態、腦直流電波、 非周期影響、 吸氣波等生理指標與微壓氧療試驗前在數值上未表現出顯著性的差異。

4.1 心率變異性各相關指標變化情況與分析

心率變異性 （heart rate variability， HRV） 是一種自主神經系統 （autonomic nervoussystem， ANS） 評價手段， 作為交感神經系統與副交感神經系統張力及其平衡的重要評價指標， 具有客觀、 無創、 可量化、 且易操作的特點。 心率變異性指標包括交感神經活躍度、 副交感神經活躍度、 張力水平、 非周期影響、 吸氣波。

4.1.1 交感神經與副交感神經指標變化情況與分析

交感神經和副交感神經同屬于植物神經系統， 也稱為自主神經系統， 交感神經活躍度正常范圍在15%～55%之間； 副交感神經活躍度正常范圍為0.16～0.41 s。 它們的主要功能雖然都是調節內臟， 但他們發揮的具體作用還是有一定的差異性， 且這種功能作用的發揮并非是受人類意識支配的。 交感神經對心臟活動有興奮作用， 可以加速心搏頻率和心搏力量， 即具有加快心跳的功能。 除此之外， 還有使瞳孔散大、 血壓上升、 皮膚內臟血管收縮、 支氣管舒張以及減少唾液分泌等功能； 副交感神經發揮的功能與交感神經恰恰相反， 它對心臟活動有一定的抑制作用， 不僅可以使心率減慢、 血壓降低、 促進胃腸活動和消化腺分泌，還可以促進肝糖原的合成， 儲存能量。 在活動范圍上， 這兩個神經系統也存在不同， 交感神經系統的活動比較廣泛，主要作用在于使機體能夠適應環境的急劇變化。 副交感神經系統的活動不如交感神經系統的活動廣泛， 較為局限，活動主要在于保護機體修整恢復、 促進消化、 積蓄能量。交感神經與副交感神經系統通常是相互拮抗的關系， 既相互制約， 又相互平衡。 心臟由他們雙重支配， 當他們同時對心臟發揮作用時， 其總效應并非是它們各自效應的代數之和。

有研究發現， 處于安靜狀態下， 機體各器官系統的運作與供能較為平穩， 變化幅度也較小， 運動員的HRV 表現為交感神經興奮性較弱， 副交感神經興奮性較強的特點， 長期的運動訓練可能會使自主神經對此產生相應的適應性。

當長時間進行大強度的訓練或者劇烈活動時， 為了應對或者說是為了適應急劇的環境變化， 維持內環境的相對穩定， 交感神經的興奮會得到加強， 以便調動更多機體器官的能量， 提高機體適應能力。 人體所承受負荷量和負荷強度逐漸堆積， 使得器官系統的疲勞程度不斷加深到達一定閾值時， 隨之會引起交感神經系統調節機制失調， 即體內交感神經系統與副交感神經原本形成的動態平衡逐漸被打破， 交感神經興奮性或活躍度升高， 副交感神經活躍度降低， 發揮的調節作用下降， 緊張指數升高， 心血管系統和心跳節律也開始出現紊亂。

因此， 判斷試驗是否達到促進機體恢復及疲勞消除的目的， 可以借助評價機體疲勞程度形成時采用的指標， 觀察和分析機體各指標是否發生了與疲勞加深時相反的變化方向以及變化的幅度來驗證試驗。

從表3 運動員的疲勞指標測試結果中可以看出， 60min的微壓氧艙恢復結果相比之前發生了不同程度的變化。 交感神經活躍度隨著試驗的進行呈現先下降， 隨后上升， 最后下降的趨勢， 在入艙60min 時降到最低， 雖然期間有上升狀況， 但總體上是漸漸下降的趨勢； 與其功能相反的副交感神經活躍度則呈現先上升， 隨后下降， 最后上升的趨勢， 入艙20min 達到最高， 隨后又經歷降低和再次上升，在入艙60min 達到次高的活躍度。 微壓氧療法試驗結束時交感神經活躍度相比較入艙前明顯降低， 副交感神經活躍度升高， 說明微壓氧艙療法使得因負荷程度增加逐漸被破壞的交感神經機制在向原本的動態平衡靠近， 中樞神經的疲勞得到了相應的緩解。 交感神經活躍度的標準差與入艙前相比明顯降低， 反映了隊員間恢復的差別逐漸減小。 通過數據處理分析得知： 入艙60min 與入艙前的交感神經活躍度間存在顯著性差異（P＜0.05）， 入艙20min 的副交感神經活躍度與入艙前存在顯著性差異 （P＜0.05）。

綜上所述， 處于疲勞狀態的運動員進入微壓氧艙開始療養試驗后， 隨著試驗的進行， 運動員的植物神經系統中交感神經活躍度呈現下降的形態， 副交感神經活躍度呈現上升的趨勢， 此變化情況與機體從平穩的安靜狀態， 轉入有訓練負荷活動時的疲勞狀態過程中， 植物神經系統變化狀態恰好相反， 這說明機體開始由疲勞狀態向安靜狀態轉變， 即運動員機體的疲勞開始逐漸消除， 從這個生理指標變化情況上看微壓氧療法能夠促進運動疲勞的消除。

4.1.2 張力水平指標變化情況與分析

張力水平是指： 心臟系統對身體和精神負荷的張力水平， 它反映了心臟節律調節的集中程度 （集中化涉及中央調節水平的增加和心律自主調節水平的降低）。 張力水平的正常范圍為15～180 （r.u.）。 張力水平的變化與植物神經系統即交感神經與副交感神經的變化有一定的關系， 當交感神經活躍度處于上升時段， 張力指數上升； 當副交感交感神經活躍度上升時， 其張力指數降低。

由表3 可知， 運動員的張力水平數值整體上呈現先下降， 隨后上升最后又下降的變化路線。 在入艙20min 出現第一個下降拐點， 此階段副交感神經活躍度上升至峰值，交感神經下降明顯， 張力水平下降幅度較大， 隨后張力水平急劇上升， 入艙30min 出現張力水平指數峰值， 此后張力指數持續下降， 直至入艙60min 即試驗結束達到張力水平指數的最小值， 此時交感神經活躍度降至本次試驗各階段的最低值， 而副交感神經活躍度占優勢地位。 對比其他數據發現各階段數值的變化符合張力水平變化情況與交感神經和副交感神經系統興奮性的關系。 同時可以得知入艙60min 的張力水平與入艙前之間存在顯著性差異 （P＜0.05），具有統計學意義。

綜上所述， 張力水平指數的變化情況說明微壓氧艙試驗對于疲勞運動員的恢復即疲勞消除具有促進作用。

4.1.3 非周期影響指標變化情況與分析

非周期影響作為心臟評價指標， 反映了影響心臟節律的隨機性和非周期性活動水平。 慢波反映了中樞回路的激活和心臟刺激中樞 （這是延髓的一部分） 的活動優勢。 例如當過度訓練后， 運動員的慢波表現會非常明顯。 非周期影響的正常范圍值在1.25～3.05 （s） 之間。 如果這個指標處于不正常的范圍內， 但是其他的心臟參數還在正常的范圍之內， 生物的適應性消耗開始增加， 如果不改變訓練方法，那么心臟系統的惡化程度會增加。

從表3 中的數據可知， 試驗各階段非周期影響的數值基本都在正常范圍1.25～3.05 （s） 內， 微壓氧療試驗后非周期影響與試驗前相比變化幅度不太明顯， 并且其它指標的數值也基本都在正常值之內， 這說明機體的消耗能夠維持在基本范圍內， 不需要增加適應性消耗， 隨著試驗的進行，除了入艙60min 時部分隊員的吸氣波值差異較大外， 其他階段運動員的心臟系統功能作用的發揮較為穩定。

4.1.4 吸氣波指標變化情況與分析

吸氣波反應心率自主調節的水平， 自主調節水平包含了自主調節的主導作用以及中央調節水平的降低。 吸氣波的正常值的范圍為0.018～0.054 （r.u.）。

高于正常值， 說明中樞神經調節心臟系統方面不夠活躍。 對于教練員而言， 吸氣波可以作為減少訓練量的第一個指標。 這個指標是否作為調整訓練的警示需要結合其他指標所處的狀態進行考慮， 當其他指標超出其正常范圍時，才會將其視為警示， 立即調整訓練計劃； 但如果其他指標此時依然處于正常范圍值之內， 仍然可以按照原訓練計劃繼續進行高強度的練習。 另一方面， 如果這個指標低于標準值， 可以調整計劃適當減少訓練強度， 若仍然以原來的訓練強度進行訓練， 則有必要在這一階段加強監控， 防止意外情況發生。

從表3 可知， 運動員進入微壓氧艙前的吸氣波指標基本處于正常范圍之間， 入艙20min 時機體吸氣波值高于正常值， 說明了中樞神經對于心臟的調節活躍度較低， 隨后的3 個試驗階段吸氣波在數值上從起伏變化開始逐漸趨于平穩， 其他指標數值也基本處于正常值范圍內， 這說明心率自主調節水平逐漸穩定， 中樞神經逐漸恢復并能以適當的興奮性發揮調節心臟系統的功能。

4.2 時域與頻域各相關指標變化情況與分析

Omega Wave 機能評價系統通過心率帶測量和收集數據， 選用時域法和頻域法， 即時間與頻率參數對數據進行分析。

時域分析法包括反映自主調節的總效應的R-R 間期標準差 （SDNN）、 反映副交感神經調節能力的相鄰NN 間期的標準差 （SDSD）、 相鄰R-R 間期差值的均方根 （RMSSD）反映了副交感神經的活躍度。 在Omega Wave 機能評價系統中可以通過散點圖和柱狀圖等圖像的形式展示。

頻域分析法有總功率 （TP） 反映自主神經總體的調節功能； 反映副交感神經激活水平的高頻 （HF）， 它與呼吸性心率不齊有關； 低頻 （LF） 反映交感神經活動狀態與部分副交感神經活躍狀態； 交感－迷走神經平衡指數之比即低頻與高頻 （LF/HF） 反映交感和迷走神經的平衡性， 其值越高， 則交感神經的優勢則越強。

有結果顯示， 因高強度訓練后產生的機體疲勞會出現交感－迷走神經平衡指數的減少， Francoiscottin 等對運動員進行了兩種不同強度的運動測試， 他們發現以中等強度進行運動后， LF 會升高、 HF 則下降； 而以大強度長期進行耐力訓練能夠使安靜狀態下的HR 下降、 LF 降低、 HF 提升、LF／HF 的比值降低。

對研究結果進行統計得到表4 和表5， 從中可知， 試驗結束后 （入艙60min） SDNN、 SDSD、 RMSDD 的值相比入艙前均有所提高， 總功率升高、 交感－迷走神經平衡指數上升 （P=0.054）、 HF 降低、 LF 提高 （P=0.075）。 這與Francoiscottin 等學者的研究方向相反， HF、 LF 和LF／HF 的比值變化也相反， 說明運動員的疲勞經過微壓氧療得到了一定程度上的消除， 機體機能逐漸得到恢復， 也證明了試驗的有效性。

表4 運動員疲勞時域指標測試結果

表5 運動員疲勞頻域指標測試結果

5 小結

對訓練后處于疲勞狀態的射擊射箭運動員進行微壓氧療疲勞消除干預， 使用Omega Wave 機能評價系統實時監控運動員的機體各指標變化情況， 對比干預試驗前后監控得到的機體多個指標變化情況后發現， 心率變異性指標以及時域和頻域各個評價指標在微壓氧療干預后疲勞程度在數值上均發生了不同程度的變化， 總體表現為： 隨著微壓氧療恢復試驗的進行， 疲勞程度逐漸降低。

心率變異性指標中， 交感神經與副交感神經作為重要的調節神經， 其變化情況對于運動員的機體狀態有一定的反映， 與微壓氧療干預前相比， 交感神經活躍度顯著下降，在入艙60min 的變化幅度最大 （P＜0.05）， 副交感神經活躍度在整個試驗過程中呈上升的趨勢， 在入艙20min 時的活躍度相比入艙前出現顯著上升 （P＜0.05）， 入艙60min 運動員的張力水平顯著下降 （P＜0.05）， 非周期影響呈下降趨勢， 吸氣波整個過程的變化幅度較小。

微壓氧療試驗結束后 （入艙60min） 時域指標SDNN、SDSD、 RMSDD 數值相比入艙前均有所提高； 頻域指標總功率LP 升高、 交感－迷走神經平衡指數LF/HF 上升 （P=0.054）、HF 降低、 LF 提高 （P=0.075）。

綜合微壓氧療試驗前后運動員心率變異性指標、 時域和頻域指標的變化情況， 并結合此前運動疲勞與機體器官生理指標變化關系相關的參考資料認為： 對處于疲勞狀態的射擊射箭運動員而言， 微壓氧療在促進疲勞消除方面具有一定的積極作用， 可以考慮將其推廣應用于運動員平時的疲勞恢復訓練之中。 在疲勞消除的效果方面， 根據試驗數據認為， 如果選擇短時間恢復訓練， 進行20min 微壓氧療效果較好， 在一定程度上可以促進運動員疲勞的消除，恢復機體較好的活躍度； 若時間充足或者追求更好的恢復效果， 建議進行60min 微壓氧療。