吸气肌训练对健康大学生VO2peak、肺功能及运动能力的影响

赵敬国 朱同乐 曹丽凤

(山东师范大学体育学院,山东济南 250014)

吸气肌训练对健康大学生VO2peak、肺功能及运动能力的影响

赵敬国 朱同乐 曹丽凤

(山东师范大学体育学院,山东济南 250014)

探讨呼吸肌训练能否影响以主观感觉为主要判定标准的VO2peak值以及肺功能和运动能力。方法:观察了为期4周的吸气肌力量训练过程中VO2peak值、肺功能及运动能力的动态改变。结果:随吸气肌训练周期的延长,吸气肌力量、GXT运动持续时间及完成的最大负荷值以及VO2peak的绝对值和相对值均呈显著性意义的增加(P＜0.01);而对照组则没有显著性意义的改变(P＞0.05)。MV、VCmax和FEV1均没有显著性意义的差异(P＞0.05)。结论:4周吸气肌力量训练可显著性提高以主观感觉为主要判定标准的VO2peak值以及递增负荷运动试验(GXT)的运动能力。

VO2peak;吸气肌训练;运动能力;递增负荷运动试验(GXT);肺功能

人体运动时的氧供应是由呼吸系统、血液、心血管系统来实现的,传统的理论认为,在健康人群中,呼吸系统的结构和机能有很大的储备,完全能够满足高强度短时间或长时间运动对肺通气和肺换气能力的需求。然而新近的研究显示,在正常人群中,呼吸系统的功能在其耐力成绩中的重要性比以往的假设要重要的多,在高强度耐力运动中会发生由于气道狭窄或需求过高而出现的气流限制、由于心内或肺内分流而导致的动脉低氧血症、由于呼吸肌疲劳而引起肢体血管的缩血管效应,进而导致运动能力的降低[1]。呼吸肌训练能使其力量和耐力加强,导致运动时呼吸肌疲劳减轻,从而减低肢体血管的缩血管效应和呼吸困难的感觉,进而使运动能力得以改善和提高[2-4]。VO2max是反映人体氧运输系统功能能力的综合指标,也是反映人体有氧运动能力的重要指标,已成为耐力运动员选材的重要依据,决定VO2max的生理学机制主要是心脏的泵血功能(中央机制)和肌肉利用氧的能力(外周机制)。但在实际测定时非运动员群体中的大多数人都难以达到VO2max的测试标准,于是研究人员开始逐渐采用VO2peak来表述不符合VO2max测试标准的摄氧量的最高值,VO2peak已是近年来国外运动医学文献中出现频度较高的一个专业术语,应用对象多为普通人群和病人,其判定标准主要是参考受试者的主观感觉或部分生理指标,VO2peak具有较高的再测信度,是一项稳定性较好的测试指标[5]。既然呼吸肌训练可降低运动时的呼吸吃力和腿部疲劳的感觉[2],那么经过一段时间的呼吸肌训练是否会影响以主观感觉为主要判定标准的VO2peak值?呼吸系统的功能能力是否是影响VO2peak的重要生理学因素?为此本文对为期4周吸气肌训练过程中健康女大学生VO2peak值、常规肺功能及运动能力的改变进行了动态观察。

1 对象与方法

1.1 实验对象

经询问人口统计学特征及健康状况、填写PARQ&Y OU问卷及身体活动指数,并进行一次 GXT测试,筛选出能胜任且符合健康要求的山东师范大学女大学生14名作为受试对象,随机分为实验组(n=8)和对照组(n=6),所有受试者均无呼吸系统及心血管系统疾患史,向受试者详细介绍本试验的目的、过程及可能出现的痛苦,所有受试者均书面同意并愿意配合该实验。

实验组受试者进行为期四周的吸气肌训练,对照组不进行任何专门性呼吸训练。

受试者人口统计学特征见表1,组间比较,P＞0.05。

表1 受试者人口统计学特征(±SD)

表1 受试者人口统计学特征(±SD)

组别 年龄(岁) 身高(cm) 体重(Kg)实验组 23.38±1.19 165.13±5.82 56.81±5.70对照组 23.0±1.10 165.0±2.76 51.47±3.49

1.2 实验方法

1.2.1 吸气肌力量训练

吸气肌训练装置:采用本研究室专门设计的吸气肌训练测试装置。该装置是由带有刻度的U形玻璃管组成,高度为150cm,内径为1cm。管内装有一定高度的水。

最大吸气压(MIP)测定:测量时受试者对准口嘴从残气位开始做深吸气,到肺总容量结束,此时U形管中水柱所能达到的最大差值即为最大吸气压(cmH2O)。

吸气肌力量训练:以每周测定的最大吸气压的80%作为训练负荷,吸气到预定负荷时再保持5s为一次,然后将口嘴移开进行平静呼吸等待下一分钟的训练,30次/30min/天,5天/周,共持续4周(20个训练期)[3]。

1.2.2 常规肺通气、VO2peak及运动能力的测试

要求所有受试者在测试前24h内拒绝参加任何剧烈活动,在测试当天,受试者不能喝含咖啡因的饮料,保证7h以上的睡眠,测试前1-2h内不要进食,测试时适当着装。递增负荷运动试验(GXT)方案:采用德国产ergoline 150P功率车为负荷工具,从0W开始蹬起,每隔3min增加25 W,保持转速在60转/分,到受试者不能再保持60转/min为止。记录增量运动所能达到的最大负荷(W)和持续运动的时间(min)以及增量运动结束时的RPE值。

VO2peak及常规肺通气功能的测定:采用德国耶格公司生产的MasterScreen CPX运动肺功能仪,测定受试者 GXT运动至受试者主观感觉不能再坚持运动时的VO2峰值,即为VO2peak值。同时测定受试者安静时的常规肺通气功能,评价指标选用每分通气量(MV)、肺活量(VCmax)和一秒量(FEV1)。实验前及呼吸肌训练期间,每周所有受试者(实验组和对照组)均测定一次常规肺功能及运动肺功能。

1.3 统计学处理

将所得数据经核实无误后,采用SPSS 15.0 for windows对数据进行统计学处理,分别进行描述性统计和推断性统计。差异显著性检验采用重复测量方差分析、配对样本T检验及独立样本T检验,差异显著性标准采用 P＜0.05,极显著性标准采用 P＜0.01,结果均以 X—±SD表示。

2 结果

2.1 四周训练期间吸气肌力量的动态变化

表2 四周训练期间吸气肌力量(MIP)的变化(X—±SD)(cmH2O)

可见,实验组随吸气肌训练周期的延长,吸气肌力量(MIP)呈显著性意义的增加(P＜0.01),而对照组的吸气肌力量则没有显著性意义的改变(P＞0.05)。

2.2 四周训练期间增量运动至最大负荷的时间及最大负荷的动态变化

表3 四周训练期间增量运动至最大负荷的时间及最大负荷的动态变化(X—±SD)

可见,实验组随吸气肌训练周期的延长,GXT运动持续时间呈显著性意义的增加(P＜0.01),完成的最大负荷值也呈显著性意义的增加(P＜0.01);而对照组则没有显著性意义的改变(P＞0.05)。

2.3 四周训练期间 VO2peak值的动态变化

表4 四周训练期间VO2peak绝对值及相对值的动态变化(X—±SD)

可见,实验组随吸气肌训练周期的延长,VO2peak的绝对 值和相对值均呈显著性意义的增加(P＜0.01);而对照组则没有显著性意义的改变(P＞0.05)。

2.4 四周训练期间常规肺通气功能的动态变化

表5 四周训练期间常规肺通气功能动态变化(X—±SD)

可见,实验组和对照组在四周吸气肌训练期间,肺每分通气量(MV)、肺活量(VCmax)和一秒量(FEV1)均未见有显著性意义的差异(P＞0.05)。说明四周吸气肌力量训练的效应并不能在常规肺通气功能指标上得以体现。

3 讨论

影响人体运动能力的因素是多方面的,其中运送氧气到工作肌的最大能力(动脉血氧含量×血流量)以及依次发生在肌肉毛细血管扩散氧气到线粒体的最大能力是决定最大摄氧量的主要因素,也即决定耐力运动成绩的主要因素。此外,运动成绩还受大脑的努力知觉及其对中枢驱动的抑制作用的影响。这些外周因素和中枢因素是紧密相关的,外周疲劳可通过从工作肌至运动中枢的反馈途径影响中枢疲劳的发生。一般认为,在健康人群中,呼吸系统的结构和功能有很大的储备量,完全能够满足高强度短时间或长时间运动对肺通气和肺换气能力的需求。然而一种渐渐清晰的观点认为,在健康人群中以及一些经过耐力训练的个体中,运动时气道、气体交换机制及胸腔壁的功能能力也已成为对运动成绩构成有效限制的一种值得注意的问题。研究显示,呼吸系统对氧运输和运动成绩造成限制的原因可能有以下三个方面:①由于气道的狭窄和过度反应,在运动期间发生胸内气道的气流限制。②由于肺泡-动脉氧分压差的过度扩大而导致运动性动脉低氧血症。这种低效率的气体交换部分是由于运动期间心脏内或肺内发生了混合静脉血的分流。③由于持续高强度运动而产生的呼吸肌疲劳以及由此而引起的对四肢肌肉内血管的缩血管效应[1]。

呼吸肌的疲劳主要是指膈肌的疲劳,膈肌是一种非常特化的肌肉,相对于四肢肌而言,膈肌具有许多独特的抗疲劳特性,如膈肌具有较高的氧化能力,有短的毛细血管至线粒体间的氧气扩散距离,介于快肌和慢肌之间的收缩速度,膈肌中的小动脉对缩血管物质的敏感性较低而对舒血管物质的敏感性则较高。然而无论是未训练的个体还是训练水平较高的个体,无论是在大强度(80%VO2max以上)还是长时间的运动(大于120min)中,通过最大运动神经刺激时膈肌力量变化的测量,显示出膈肌的严重疲劳,这种疲劳虽并不能损害肺通气但将反射性地诱发交感神经介导的缩血管活动,进而损害了流到活动肢体肌肉的血流量,使到达工作肌的血流量和运输的氧气量相应减少,加剧了肢体肌肉的疲劳,进而损害了运动成绩[6,7]。呼吸肌是形态学和机能学上的骨骼肌,因此如果应用合理的生理负荷,它可以与运动肌一样,可用同样的方式来进行训练,且一般建议,获得吸气肌力量增加的训练负荷要达到80%-90%MIP,获得力量耐力增长的训练负荷要达到60%-80%MIP,获得耐力提高的训练负荷则要达到大约60%MIP[8]。研究显示,进行11周的吸气肌训练,MIP增加最多(45%),但是从训练效果而言,4周训练效果最佳,继续训练则变化不大[9]。高强度吸气肌训练法可降低运动时的呼吸吃力和窒息的感觉、可减弱高水平运动员呼吸困难的感觉和增加中等训练人群的最大摄氧量。

4 结论

4周的吸气肌力量训练(训练负荷为80%MIP,30次/30min/天,5天/周,共20个训练期)可显著性提高以主观感觉为主要判定标准的VO2peak值以及递增负荷运动试验(GXT)的运动能力。提示在VO2peak测定及评价过程中应充分考虑吸气肌训练的影响,建议吸气肌力量训练也应成为耐力运动员重要的辅助性训练之一。

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Effects of Inspiratory Muscle Training on VO2peak,Lung Function and Exercise Performance in Healthy University Students

Zhao Jingguo,Zhu T ongle,Cao Lifeng
(Physical Education College,Shandong Normal University,Jinan,250014,Shandong,China)

T o probe into the questionof whether the respiratory muscle training may affect the value of VO2peak determined with the subjective feeling criterion,lung function and exercise performance.Methods:The dynamic changes of VO2peak value,conventional lung ventilation and exercise performance had been measured and evaluated by MasterScreen CPX ergospirometry testing device during the four weeks of inspiratory muscle strength training(80%MIP used as training load,30 times/30 minutes/day,5 days/week,a total of 20 training periods).Results:With the accumulation of inspiratory muscle training period,the inspiratory muscle strength(MIP),GXT duration and the maximum load value,the absolute and relative VO2peak values were statistically significant increase(P＜0.01);there was no significant change in the control group(P＞0.05).In both groups,there were no significant differentces in values of MV、VCmax and FEV1 during the four weeks respectively(P＞0.05).Conclusion:The 4-week inspiratory muscle strength training can significantly increase the value of VO2peak,as well as increasing exercise performance of GXT.

VO2peak;inspiratory muscle training;exercise performance;graded exercise test(GXT);lung function

G804.21

A

1672-1365(2010)03-0062-03

2009-11-30;

2010-03-02

赵敬国(1964-),男,山东新泰人,教授,硕士研究生导师,研究方向:运动训练的机能学评价。