少年中长跑运动员心肺功能特点的研究

李艳斌,贾 巍

(1.山东临沂师范学院体育学院,山东临沂 276005;2.长春师范学院体育学院,吉林长春 130032)

少年中长跑运动员心肺功能特点的研究

李艳斌1,贾 巍2

(1.山东临沂师范学院体育学院,山东临沂 276005;2.长春师范学院体育学院,吉林长春 130032)

通过心肺功能运动试验(CPET),对沈阳市 48名少年中长跑运动员进行测试,分析其心肺功能的特点。测试结果显示:静息状态下高年龄组的最大通气能力、通气储备能力和心搏量比同性别低年龄组强;亚极量负荷运动时,高年龄组运动员的运动能力高于同性别低年龄组;极量运动负荷时,女子组高年龄段的心脏的工作效率明显高于低年龄组,但低年龄组有氧代谢能力有很大的挖掘潜力。旨在为少年运动员的训练和比赛提供科学的理论依据,也为教练员今后选材和制定合理的训练计划提供可参考的理论基础。

少年;中长跑;心肺功能;最大摄氧量;无氧阈

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

沈阳市市体校运动员 36人,沈阳体育学院竞技体校运动员 12人,共 48人,男女各 24人。按照运动员的年龄,将运动员分为 13～14岁 (a低年龄组)、16～17岁 (b高年龄组)两组。a组中的男运动员为男 1(12人),女运动员为女 1(12人);b组中的男运动员为男 2(12人),女运动员为女 2(12人)。所有受试者均身体健康,无心肺及其他疾病史,血象正常,实验前及实验中无患伤病,测试前 24小时内无剧烈运动,测试前安静心率(HR)变化小于 5%。

1.2 研究方法

1.2.1 测试仪器 德国产JAEGER OXYGEN PRO心肺功能测试系统,与联想计算机相连,瑞典MONARK功率自行车和气体收集罩,上海宏峰电极等。血乳酸值的测定仪器是日本产 LT-1710掌上血乳酸测定仪,测定范围在 0.8-23.3mmol/L,使用与之配套的试剂条。

1.2.2 测试指标 1)肺功能测试指标:VC(肺活量)、MVV (每分最大通气量)、IC(深吸气量)、FVC(用力肺活量,也称为时间肺活量)、VT(潮气量)、ERV(补呼气量)、MMEF(最大呼气中期流速)、VE(肺通气量)、BF(呼吸频率)。

2)心功能测试指标:HR(心率)、O2P(氧脉搏)。

3)综合测试指标:VO2max(最大摄氧量)、LOAD(功率)、RQ(呼吸交换率,也称呼吸商)、VO2/kg(相对摄氧量)、VO2max%(VO2max百分比)、AT(无氧阈)、DTVT(运动至无氧阈时持续总时间)。

1.2.3 测试方案及方法

根据研究对象的特殊性,采用起始负荷为 50W,前 6min以每 3min增加 50W的负荷进行,以后每 2min递增 30W,转速保持在 50～60r/min,直到运动员力竭为止。实验前对分析仪器进行标准气样校对,运动过程中运动员呼出的气体经呼吸口罩收集输入联想计算机辅助联机的德国产 JAEGER OXYGEN PRO自动气体分析器进行气体分析。同时可以通过监视窗连续选择观察所测指标,直接输出气体代谢的各项指标以及由这些指标衍生出的相关指标,包括时间 (t)、负荷(w)、心率 (HR)、肺通气量 (VE)、呼吸频率 (BF)、吸氧量(VO2)、呼出二氧化碳量 (VCO2)、呼吸商 (RQ)等。通过预实验证明该运动方案比较合理,达到研究的最初设计要求,符合运动方案的一般制定原则。

1.2.4 数据分析

利用 Excel 2003和 SPSS10.0 for windows对所得的数据进行图形分析和显著性检验。所有数据用平均数 ±标准差(M±SD)表示,组间的差异性与比较采用独立样本均数 t检验 (Independent-samples T Test)(P＜0.05为显著性差异,P＜0.01为非常显著性差异)。

2 结果与分析

2.1 运动员基本情况分析

表1显示了研究对象的基本情况。男 1和男 2在身高、体重、体表面积上均没有显著性差异 (P＞0.05),只是在训练年限上有显著性差异 (P＜0.05)。女 1和女 2除了身高以外,在体重、体表面积和训练年限上均有显著性差异 (P＜0.05)。

表1 研究对象基本情况

2.2 静息状态运动员肺功能及血乳酸对比分析

MVV反映了在连续通气的动态情况下,肺的最大通气能力和通气功能的储备能力,是一个比较能够全面反映整个呼吸系统机能的指标。FVC是一个评价肺通气功能较好的动态指标,它不仅反映肺活量的大小,而且还能反映肺的弹性回缩力、气道是否狭窄、呼吸阻力等情况。此外,能够很好地反映肺通气状况的还有 PEF和MMEF。由表 2可见,男运动员和女运动员MVV具有显著性差异 (P＜0.05)。男 1和男 2在MVV上也具有显著性差异 (P＜0.05)。这个与曲绵域等[4]对各项运动员多年的检查和观察的结果基本相符合,即MVV值的高低可能与运动员的训练年限有关。说明低年龄组的最大通气能力由于训练年限较少,还有很大的提高空间。

表2 不同年龄段测试对象静息状态肺通气指标对比

运动员安静状态血乳酸经 T检验没有显著性差异 (P＞0.05),男 1和男 2的血乳酸分别为 (1.70±0.12)mmol/L和(1.68±0.11)mmol/L;女 1和女 2的血乳酸分别为 (1.53± 0.21)mmol/L和 (1.67±0.12)mmol/L,也没有显著性差异(表 3)。此结果与杨海平在用多项生理指标评定男子中长跑运动员机能的应用性研究中结果一致;安静状态下血乳酸水平在 0.9mmol/L～1.8mmol/L之间[5],说明运动员运动机能正常。

表3 测试对象安静状态下血乳酸对比

2.3 无氧阈时运动员心肺功能对比分析

2.3.1 不同年龄段运动员AT时心肺功能对比分析 无氧阈(AT)即乳酸阈(LT)是指人体在逐渐增加运动强度的过程中,由有氧代谢供能开始大量动用无氧代谢供能的临界点,它是乳酸产生与清除的转折点[6]。运动时耗氧量明显增加,机体通过心输出量增加来提高氧的供应。在亚极量负荷运动时,通过 HR和每搏输出量的增加来提高心输出量。但在大负荷运动时,心输出量增加仅靠 HR的加快来实现。运动中的每搏输出量与氧脉搏呈正比,因此常用氧脉搏评价受试者运动中的心功能。实验结果 (表 4)显示,男 1和男 2的HR、O2P没有显著性差异 (P＞0.05),女 1和女 2的该两项指标均有显著性差异(P＜0.05)。说明女子高年龄组在亚极量负荷运动中每搏摄氧能力强,心功能好于低年龄组;男子组未发现差异。

运动中,呼吸系统以逐渐增加的通气量来满足机体对氧气的需要。运动员在运动最初阶段 (低负荷运动时)通过增加VT(潮气量)来增加VE,在较高负荷运动阶段,VE的进一步增加仅依赖于BF的增快。由表 4可见,AT时男子组和女子组的VE均无显著性差异 (P＞0.05)。说明 AT时沈阳市少年中长跑运动员两个年龄段同性别之间的肺通气功能无显著性差异。

AT时,男 1和男 2的 VO2AT/kg无显著性差异,女 1和女 2的VO2AT/kg也没有显著性差异,说明沈阳市少年中长跑运动员不同年龄段同性别之间,VO2AT/kg没有区别。在VO2max%上男 1和男 2没有显著性差异,而女 1和女 2的VO2max%具有显著性差异,表明女子组 AT时气体交换能力和利用氧的能力高年龄段组要强于低年龄段组。呼吸商是机体二氧化碳排出量与摄氧量的比值 (VCO2/VO2),是运动时机体利用何种物质作为能量来源的指标。在中等强度运动中,主要是糖与脂肪的混合供能,RQ通常只有 0.85左右;随着运动强度的增大,糖供能的比重不断增大,RQ=1.0时表明己基本全部由糖供能;若 RQ＞1,则说明 CO2有了额外的增多,这主要是无氧酵解供能产生乳酸并被碳酸氢盐缓冲系统中和,产生大量 CO2,从而意味着体内能量代谢以无氧代谢为主[1,7]。AT时沈阳市少年中长跑运动员的 RQ不论男女均没有显著性差异。

表4 不同年龄段测试对象 AT时各项心肺功能指标对比(男、女)

2.3.2 不同性别运动员AT时心肺功能对比分析 由表 5可以看出:AT时不同性别运动员 HR并没有显著性差异,而男女O2P则具有非常显著性差异。说明沈阳市少年男子中长跑运动员在亚极量负荷运动中每博摄氧能力强,心功能也比女子的好;运动过程中,VE是评价肺功能的重要指标,AT时,男女运动员的VE无显著性差异,而男女运动员的BF有非常显著性差异,这也说明男子运动员能以更低的呼吸频率获得更大的通气量,反映其良好的肺功能。

表5 不同性别测试对象AT时各项心肺功能指标对比(男 24人,女 24人)

VO2AT/kg和VO2max%反映运动员综合的心肺功能。AT时,男女运动员的VO2AT/kg T检验无显著性差异,男女运动员的 VO2max%也没有显著性差异,说明男女运动员在亚极量负荷运动时机体利用氧的能力差别不大。男女运动员的VCO2却有着显著性差异,说明男子运动员二氧化碳的排除能力比女子要强。

2.4 最大摄氧量时运动员心肺功能对比分析

人体有氧工作能力的生理基础有二:一为有机体的携氧能力,即氧运输系统或心脏的泵血功能;二为有机体各组织(特别是骨骼肌)利用氧的能力。运动试验所测定的最大吸氧量是指人体在进行大量肌肉群参加的力竭性运动中,心肺功能和肌肉的利用氧的能力达到本人的极限水平时,机体单位时间所能摄取的氧量。所以最大吸氧量是评定人体有氧工作能力的综合指标。它的高低取决于循环、呼吸、运动三大系统的生理功能及其耦联活动,从整体上反映机体的有氧工作能力,而静息状态下不可能预计出心脏的储备能力,个体的有氧能力不一样,其心脏的储备能力各异,所以测定VO2max是一个有价值的判定心泵储备能力的无创性指标。最大氧脉搏与心输出量、动静脉氧差密切相关,而且与组织细胞的摄氧能力有关,定量负荷的氧脉搏越高,心脏储备和输出功能就越强。运动训练可以有效提高骨骼肌利用氧的能力,在极量负荷运动时,增加肺部的血流量主要靠 HR的增加来维持,HR是运动员所承受的运动负荷造成的各运动系统变化的一个综合指标,是直接反映心脏功能的指标。

2.4.1 不同年龄段运动员 VO2max时心肺功能对比分析

O2P是指每次心脏搏动所摄取的氧量,是每分摄氧量与 HR的比值,与 VO2max相比,O2P反映心脏的工作效率,运动时O2P的大小反映血氧饱和度的高低。由表 6可见,测试对象在VO2max时,男 1与男 2无显著性差异(P＞0.05);女子组的比较则不同,女 1和女 2的O2P具有显著性差异 (P＜0.05),说明沈阳市少年女子中长跑运动员在此两个年龄段的心脏工作效率是有显著差别的,女子运动员高年龄组的心脏的工作效率要远远高于低年龄组。

VO2max时选取了VE、BF为指标,对运动员的肺功能进行分析,可以看出,男 1与男 2在此两项指标的对比中均没有显著性差异,而女子则与男子不同,女 1和女 2的BF有显著性差异 (P＜0.05),可见,女 2 VO2max是通过 BF的增加而增加的。女 1和女 2的VE则没有显著性差异 (P＞0.05)。

表6 受试者在达到 VO2max时各项心肺功能指标对比

本实验中女 1和女 2的 VO2max/kg具有显著性差异 (P＜0.05)。从 VO2max上说明两年龄组同性别之间在心输出量和心脏储备能力上没有太多的差别,女子低年龄组的 VO2max虽然比高年龄组的低,由于体重因素的影响,其 VO2max/kg要比高年龄组的高,充分显示其有氧代谢能力有很大的发展潜力。男 1与男 2虽然没有统计学差异,但是男 2在VO2max/kg时做了更多的功,所以在完成等量负荷时,高年龄组的相对摄氧量更低,更具有负荷经济性[8-10]。VO2max时男 1和男 2的 RQ分别为 1.13±0.05和 1.14±0.08,女 1和女 2的 RQ分别为 1.078±0.06和 1.07±0.05,RQ均大于 1,体内能量代谢主要以无氧供能为主,不同性别运动员间均没有显著性差异。

2.4.2 不同性别运动员VO2max时心肺功能对比分析 从表

7可以看出:VO2max时,男女运动员的 HR无显著性差异 (P＞0.05),O2P则有显著性差异 (P＜0.01),同样反映了运动员在AT时的状况。说明男子运动员较女子的每搏摄氧量高,具有更好的心脏工作效率;极量负荷运动时,男女运动员的VE无显著性差异,BF有显著性差异,这也与AT时的情况相似。男运动员的 VO2max绝对值明显高于女运动员,但两者的VO2max相对值没有太多的差异,说明女子运动员在去除体重影响以后和男子运动员有着同等的有氧运动能力。极量负荷时,男女运动员的 VCO2有显著性差异,说明男子的二氧化碳排除能力高于女子。

表7 不同性别测试对象 VO2max时各项心肺功能指标对比(男 24人,女 24人)

2.5 运动员运动能力分析

2.5.1 不同年龄段运动员运动能力对比分析 DTVT是运动员运动至AT时所用的总时间,是对运动员有氧运动能力很好的评价指标。实验中看到 (表 4),男 1和男 2的 DTVT有显著性差异,女 1和女 2的DTVT同样具有显著性差异(P＜0.05),说明沈阳市少年中长跑运动员同性别之间高年龄段运动至 AT时所需时间要大于低年龄段,也充分说明同性别高年龄组的有氧运动能力比低年龄组的高。LOAD是运动员在实验过程中直接接收的生理刺激,是运动员运动能力最直接体现。实验过程中,男 1和男 2的 30s平均功率分别为(165±22.58)w和 (195±12.24)w,女 1和女 2的 30s平均功率为 (140±15.49)w和 (165±12.25)w,结果表明无论男子还是女子,同性别高年龄组要显著高于低年龄组 (P＜0.05)。说明在亚极量运动负荷时,同性别高年龄段的运动能力要高于低年龄段。

VO2max时的LOAD是运动员最大运动能力的体现,由表6我们可以看出:男1和男2的LOAD分别为(210±24.49)w和(240±24.49)w,无显著性差异,女 1和女 2的 LOAD为(195±12.24)w和(200±24.5)w,也没有显著性差异。高年龄组的运动员的最大运动负荷比同性别低年龄组的略高,没有统计学上的意义,但是实验过程中发现,高年龄组在达到VO2max之后维持负荷的时间长,说明沈阳市少年中长跑运动员同性别高年龄段的最大运动能力强于低年龄段。

2.5.2 不同性别运动员运动能力对比分析 由表 5可以看出,AT时男女的 DTVT分别为 (558.75±27.14)s和 (445± 18.77)s,LOAD分别 (180±6.74)w和(152.5±5.38)w,也具有显著性差异,综合该两个指标都说明男子运动员在承受负荷量和维续运动时间的能力要明显高于女子,即男子的运动能力要高于女子。同时表 7也显示出男、女运动员 VO2max时的LOAD分别为(225±8.12)w和 (197.5±5.38)w,有显著性差异,也说明 VO2max时男子运动能力高于女子。

3 结论与建议

3.1 结论

1)静息状态下,少年中长跑运动员高年龄组的最大通气能力、通气储备能力和心搏量比同性别低年龄组强。不同性别运动员之间的最大通气能力和通气储备能力具有非常显著性差异,男运动员的肺功能明显强于女运动员。

2)亚极量负荷运动时,女子少年中长跑运动员高年龄组的每博摄氧能力强,心功能也优于低年龄组,气体交换能力和组织利用氧的能力高年龄段亦要强于低年龄段。男子则没有太多的区别;不论男女,两个年龄段同性别之间的运动员的肺通气功能相似,其呼吸方式也大同小异。而不同性别之间的分析则说明男子的心脏工作效率与机体利用氧的能力要明显高于女子。

3)极量运动负荷时,少年女子中长跑运动员两个年龄段间心脏工作效率是有显著差别的,同性别高年龄段的心脏的工作效率要远远高于低年龄组。女子低年龄段的 VO2max虽然比高年龄段的低,但是由于体重因素的影响,其 VO2max/kg要比高年龄组的高,充分显示其有氧代谢能力有很大的挖掘潜力。不同性别运动员男子的最大摄氧能力较女子要高,但是女子的相对摄氧能力则和男子没有太大的差距。

4)不论是在极量负荷运动还是在亚极量负荷运动时,少年中长跑运动员男女两年龄同性别之间能量代谢方式是相同的,均由糖供能,机体都是以无氧供能为主。

5)极量负荷运动和亚极量负荷运动时,高年龄组运动员的运动能力比同性别低年龄组的要高。男子运动员的运动能力明显高于女子。

3.2 建议

1)低年龄段少年中长跑运动员加强其MVV的训练,特别是其中一些增强呼吸肌力量、肺组织和胸廓弹性的练习,需要适量适度进行。

2)少年中长跑运动员以无氧阈强度为训练强度,以此来提高他们的有氧耐力素质。由于 HR监控比其他一些指标更方便和实用,因此,无氧阈强度的确定可以以无氧阈临界HR为准。其具体应用方法为:第一,无氧阈临界心率以上的强度主要发展无氧代谢能力;第二,无氧阈临界心率以下的强度主要发展混氧和有氧代谢能力。

3)教练员在选材过程中,应该考虑到运动员的体重因素,同等摄氧能力的运动员,体重较轻者更适合此项目,同时还要注重遗传因素的影响。

4)为提高运动员在运动过程中肺泡利用氧的能力,建议运动员在训练过程中采用深而慢的有节奏的呼吸方式。

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Characteristics of Cardiopulmonary Function of YoungM iddle-distance Runners

L I Yanbin1,JIA W ei2
(1.Institute of Physical Education,L inyi N orm al U niversity,L inyi276005,Shandong,China;
2.Physical Educaiton Institute of Changchun N orm al U niversity,Changchun130032,Jilin,China)

Based on cardiopulm onary exercise testing(CPET),the test on48youth m edium distance running athletes of Shenyang was conducted,and their cardiopu lm onary function w as analyzed.The results show that the m ax im al ventilation capacity,ventilation supplem ent captivity and cardiac output of the elder group are higher than those of the younger fem ale group in rest.W hen entering the sub-m axim al load exercise,the athletes of the elder groups show betterm ovem ent competence than those of the younger fem ale group.The results from the m ax im al load exercise suggest that the heart operating efficiency of the athletes of the elder fem ale group is significantly better than the younger fem ales,but the younger fem als have great potential on aerobic capacity.The present study could provide the scientific basis for juvenile athlete’s training and competition.Itw ill also provide referable foundations for trainers in the future.

juvenile;m iddle-distance running;cardiopulm onary function;m ax im al oxygen uptake;anaerobic threshold国内外体育科研工作者及教练员都十分重视运用生理生化指标来准确、及时地掌握运动员的身体机能状态,合理地安排和调整训练计划,避免过度疲劳,减少运动损伤,从而最大限度地提高运动成绩。目前国内对运动员有氧耐力的训练方法手段以及通过某几个指标来指导运动员训练的研究报道较多,如黄向东的《青少年中长跑运动员心率与血乳酸相关性及其在训练中的应用研究》[1];杨奎生的《中长跑和马拉松运动员的乳酸阈研究》[2];李伟的《少年长跑运动员最大吸氧量通气无氧阈及生理参数的观察》[3]等。但目前的研究工作中,通过呼吸和循环系统机能指标综合评价和分析少年中长跑运动员的机能特点的工作尚未深入开展。本文以少年中长跑运动员为研究对象,通过心肺功能运动实验,运用多项指标综合详细地分析其心肺功能特点,以期为少年中长跑运动员的训练和比赛提供科学的理论依据,也为教练员今后选材以及制定合理的训练计划提供可参考的理论基础。

G804.4

A

1004-0560(2010)05-0064-04

2010-08-12;

2010-09-09

李艳斌(1970-),男,讲师,硕士,主要研究方向为体育教学与训练。

责任编辑:乔艳春

运动人体科学