模拟低氧环境力竭运动中人体部分机能指标变化的研究

李喜珍 胡柏平

(陕西师范大学体育学院,陕西西安 710062)

模拟低氧环境力竭运动中人体部分机能指标变化的研究

李喜珍 胡柏平

(陕西师范大学体育学院,陕西西安 710062)

采用实验法、文献综述、数理统计等研究方法,探讨常氧及模拟低氧环境(海拔高度为2000m,氧浓度为16%)递增负荷力竭运动对运动员身体疲劳指标、血氧饱和度、运动持续时间以及平均心率变化的影响,目的是分析低氧环境对运动员机体产生特殊生理生化效应,从而提高机体的抗缺氧能力及适应能力,调动运动员体内的机能潜力,进而达到提高运动能力的目的。

低氧环境;力竭运动;疲劳指标;运动能力

1 前言

高原训练作为一种训练方法,始于20世纪50年代中期,前苏联在外高加索建立高原(海拔1800m)训练基地,对中长跑运动员进行了探索性训练,经过近六十年的发展,目前高原训练和低氧环境下的训练已经广泛地应用到运动训练,尤其是耐力性项目的训练中,并已发展到几乎涵盖所有奥运项目的训练[1]。

高原训练的依据是,人体在高原低压缺氧环境下训练,利用高原缺氧和运动双重刺激,使运动员产生强烈的应激反应,以调动体内的机能潜力,从而产生一系列有利于提高运动能力的抗缺氧生理反应。除了传统的高原训练外,研究者们也提出了多种低氧训练方法,如:高住高练、高住低练、低住高练、间歇性低氧训练等等,同时也引进了低氧设施(低氧舱、低氧屋、低氧帐篷、低氧仪)进行了模拟高原环境的训练。本文主要通过模拟低氧环境来观察运动员在递增负荷的力竭运动中身体部分机能指标的变化,了解低氧环境对人体生理的影响机制,为学生体质测试和运动员及教练员的训练安排提供相关的依据。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

本文的实验对象为陕西师范大学体育学院2006-2009级8名的男生,8名学生中有从事田径、武术、摔跤等不同专项训练的,训练年限为3—5年。本实验在陕西师范大学体育学院生理实验室进行。在实验开始前,均对实验对象进行了体检,未发现任何身体异常情况。在实验前24h,实验者未进行剧烈运动(具体情况见表1)。

表1 受试者基本情况

2.2 研究方法

2.2.1 文献法

本文在确定了选题之后,对选题所涉及的研究领域的文献和资料进行了广泛的阅读和理解,对前人的研究现状以及进展情况、该领域的新发现、新观点等多项内容进行了全面而系统的分析与评价,并对相关的资料进行整理,提出了自己的见解和研究思路。

2.2.2 实验法

在正式实验开始之前,让受试者做准备活动,使机体达到一定的兴奋状态,接下来对受试者的肺活量、闪光融合频率(CFF)、握力进行测量。

正式实验开始时,先让受试者在模拟的低氧环境下(模拟海拔高度为2000m,氧浓度为16%,温度为16℃,空气湿度为20%)静坐在功率自行车上,待其心率降至低于80次/min时开始运动。起始负荷为50W,以60r/min的频率蹬车,每3min递增50W负荷,直至力竭。在受试者进行运动的过程中,分别对其心率、血压、血氧饱和度(SpO2)、运动持续时间进行测试。

第二次实验时,让受试者在正常环境下(温度为20℃,空气湿度为15%)静坐在功率自行车上,待其心率降至低于75次/min时开始运动。起始负荷为50W,以60r/min的频率蹬车,每3min递增50W负荷,直至力竭。在受试者进行运动的过程中,分别对其心率、血压、血氧饱和度(SpO2)、运动持续时间进行测试。

2.2.3 数理统计法

采用SPSS13.0数据分析软件进行数据统计和分析,实验结果以平均值±标准差表示,运用T检验进行分析,显著性差异选择P＜0.05,P＜0.01水平。

2.2.4 实验指标

(1)疲劳指标:肺活量、左右手的握力、CFF;(2)机能指标:心率、SpO2、动脉血压(收缩压、舒张压)。

2.2.5 主要仪器及其测量

1)肺活量测定:采用中国上海制造的型号为FSC-10000的高精度数显电子肺活量测试仪;

2)CFF检测:采用北京青鸟天桥仪器设备有限责任公司生产的BD-II-118型闪光融合频率仪;

3)握力测定:采用国家体委科研所科技开发服务中心的CWL-I型握力计;

4)SpO2的测定:采用深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司型号为PM-50的SpO2检测仪;

5)心率的测定:采用芬兰的POLAR ELECTROOY;

6)低氧发生器:采用澳大利亚的型号为HYPOXICO的发生器;

7)功率自行车:德国的ERGOLINE功率自行车。

3 结果

3.1 模拟低氧环境运动中机体疲劳指标的变化(表2)

表2 不同环境下受试者机体疲劳指标变化

3.2 模拟低氧环境运动中机体血氧饱和度的变化(表3)

表3 不同环境下受试者机体血氧饱和度指标变化

3.3 模拟低氧环境运动中机体运动持续时间和平均心率的变化(表4)

表4 不同环境下受试者运动持续时间和平均心率的变化

图1 10m in内低氧环境和常氧环境运动过程中收缩压的变化

图2 10m in内低氧环境和常氧环境运动过程中舒张压的变化

4 分析

4.1 模拟低氧环境对机体疲劳指标的影响

疲劳是指机体在承受一定时间的运动负荷刺激之后,机体机能和工作效率会逐渐降低,即出现疲劳现象。目前评定疲劳的指标有很多,本文主要采用肺活量、闪光融合频率、握力作为测量人体疲劳的指标。

肺活量(vital capacity VC):最大吸气后,尽力所能呼出的最大气量为肺活量。肺活量是最常用的测定肺通气机能指标之一[2]。从表2中可以看出受试者无论是在低氧还是常氧力竭运动后肺活量与安静时相比都具有极显著性差异(P＜0.01),但是低氧运动和常氧运动后的肺活量之间没有显著性差异。运动过程中,呼吸肌的收缩是机体呼吸的原动力。呼吸肌为骨骼肌,其功能类似于运动肌肉。目前的研究表明,无论是大强度还是长时间的运动,呼吸肌疲劳都是较为常见的现象。疲劳的产生会使运动不能继续进行,成为运动者运动能力的限制因素之一,当然也是受试者肺活量下降的原因。

光刺激断续作用于人眼时,会引起闪烁的感觉。随着继续频率的不断增加,闪烁感觉就会逐渐消失,最后变成一个稳定的光,称为光的融合。介于闪烁与稳定之间的能引起连续融合感觉的最小断续频率称为“闪光融合频率”。CFF是用来测定精神疲劳的常用指标之一,其特点是测试方便,效果明显[3]。测定人的CFF是测量人体疲劳的一种常用方法。CFF越高,表示大脑意识水准也越高。实验表明低氧力竭运动后CFF与常氧力竭运动后出现显著性差异(P＜0.01)。分析认为疲劳时机体的触觉机能下降,而触觉机能下降是机体中枢疲劳的一个重要表现,模拟低氧环境对受试者造成的疲劳更多的集中在中枢神经系统。

握力是个体在抓握物体时产生的力量[4]。受试者左右手的握力也能反映受试者的身体的疲劳状况,实验表明,受试者力竭运动(常氧和低氧)后的左手握力与安静时相比具有显著性差异(P＜0.05),右手的握力在低氧运动后和常氧运动后没有显著性差异。运动引起的肌肉疲劳最明显的特征就是肌肉力量下降,一般常以绝对肌肉力量为依据,本实验的结果与此相同。分析认为,力竭运动(常氧和低氧)后受试者握力没有出现显著性差异的原因可能与运动方式的选择有关,本实验采用的负荷工具为功率自行车,自行车运动主要是下肢肌肉群动员,不像跑台运动属于全身性的活动,机体的握力水平的虽然与安静时相比变化明显,但是两者之间的差异很小。

4.2 模拟低氧环境对机体血氧饱和度和运动持续时间的影响

血氧饱和度是指血液中血红蛋白与氧气结合的程度,即血红蛋白氧含量与氧容量的百分比[5]。SpO2是反映机体供氧程度的重要指标[6]。血氧饱和度是由氧分压所决定的,在高氧条件下(Po2达150mm汞柱时),所有Hb都与氧结合,这时血氧饱和度为100%在平原地带生活的人,安静时动脉血中的氧分压为100mm汞柱,血氧饱和度约为96%-98%[5]。受试者在低氧运动过程中,血氧饱和度明显低于常氧运动状态。两种环境下的差异性比较显著。在低氧运动过程中,可以观察到,随着运动负荷不断的增加,血氧饱和度呈下降的趋势,受试者的呼吸困难,运动能力逐渐减弱,所以运动的持续时间与常氧环境相比明显降低(P＜0.05)。

4.3 不同运动环境对受试者平均心率和血压的影响

心率是训练监控中常用的生理指标之一。心率是指每分钟心脏跳动的次数[7],范围为60-100次/min,平均为75次/min,是判定人体心血管功能的重要指标。本实验结果显示:常氧力竭运动中与模拟低氧力竭运动过程中的平均心率之间没有出现显著性差异。

血压是指血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压力,也即压强。收缩压是心室收缩时,主动脉压急剧升高,在收缩中期动脉血压达到最大。舒张压是指心室舒张时,主动脉压下降,在心舒末期主动脉内压力最低[8]。在前4min内,受试者低氧运动时的收缩压基本高于常氧运动时的收缩压,在第5min时,两者几乎相等。从第5min过后,由于大气压下降,运动负荷在不断的增大,肺泡氧分压也降低,氧弥散入肺毛细血管减少,心脏的收缩不断加快,动脉血管外周的阻力逐渐增大,致使大量的血液使动脉膨胀,所以低氧运动时的收缩压一直高于常氧运动。在前3min内,受试者在常氧运动环境中的舒张压略高于低氧环境中的舒张压,在第3min时两种环境中的舒张压几乎相等,但在3min后负荷增加后,低氧环境中的舒张压则一直高于常氧运动环境中的舒张压,原因是负荷的增加导致受试者的心率加快,心舒期明显缩短,使流向外周的血液减少,心舒末期存留在大动脉内的血液增加,因而使舒张压升高。

5 小结

从上述分析可以看出,受试者在低氧环境力竭运动后,人体部分指标的变化是比较明显的。低氧环境运动后受试者的疲劳程度也比较深,需要恢复的时间较常氧运动来说长。低氧训练是模拟低氧环境,单纯利用低氧刺激使运动员机体产生特殊生理生化效应,提高机体的抗缺氧能力,配合运动训练来增加运动机体的缺氧程度,产生一系列有利于提高机体抗缺氧的生理反应及适应能力,调动体内的机能潜力,使运动员的有氧代谢能力得到提高,进而达到提高运动员的运动能力。对低氧训练的大量研究表明,在此特殊环境下的运动训练可明显提高机体的氧运输和氧利用能力,使运动员的有氧运动能力产生良好的生物学适应,能很好的提高运动成绩[9]。

[1]冯连世.高原训练及其研究现状综述(上)[J].体育科学,1999,19(5):64-66.

[2]邓树勋,王健,乔德才.运动生理学[M].北京:高等教育出版社,2005:157.

[3]秦学林.视觉闪光融合频率在击剑运动员机能评定中的应用研究[J].体育与科学,2006,27(5):78.

[4]段亚景,王宁华.握力测量的研究进展[J].中国康复理论与实践,2009,15(10):948.

[5]邓树勋,王健,乔德才.运动生理学[M].北京:高等教育出版社,2005:149.

[6]黄文超,周晓波.高原血氧饱和度初步调查及运动前后比较[J].西南军医,2009,11(5):815.

[7]邓树勋,王健,乔德才.运动生理学[M].北京:高等教育出版社,2005:201.

[8]邓树勋,王健,乔德才.运动生理学[M].北京:高等教育出版社,2005:112.

[9]冯连世.高原训练及其研究现状综述(下)[J].体育科学,1999,19(6):66-71.

A Research on the Change of Bodies’Partical Function Index in Fatigued Athletics with Simulated Low-oxygen Condition

LIXizhen,Hu Baiping
(School of P.E.,Shaanxi Normal University,Xi’an,710062,Shaanxi,China)

Thisarticlemainly adopt the experimentalmethod,literature review,statisticsand other researchmethodsand simulationof hypoxia normoxia(altitude of 2000m,theoxygen concentration of 16%)incremental exhaustive exerciseon the body fatigue index,oxygen saturation,exercise duration and average heart rate change,the purpose is to analyze the hypoxic environmenton the athletes have a special physiological and biochemical effectsof the body,by enhancing the abilityof the body’s resistance to hypoxia and adaptation ability tomobilize the potentialof athletesinvivo function,and thus to reach the purpose of improve exercise ability.

low-oxygen;fatigued athletics;fatigue index;exercise capacity

G804.49

A

1672-1365(2011)04-0088-03

2011-01-06;

2011-03-10

李喜珍(1986-),女,湖北武汉人,硕士研究生,研究方向:体育教育训练学。