体能快速恢复舱恢复过程中肌氧变化特征分析

陈万　田诗彬　张晓辉　刘振宇　黄超　李岳

摘要：目的：研究同一疲劳模式下，不同方式恢复过程中肌肉氧含量变化特点及特征指标的关联性，探讨下肢负压-常压体能快速恢复舱对运动性疲劳恢复的快速有效性。方法：运动员通过设计的运动训练疲劳模式运动后，分别采用进舱恢复、传统恢复 （15 min慢跑和15min人工按摩） 和自然恢复 （静止休息） 三种恢复方式 （30 min） 进行运动性疲劳恢复。用近红外光谱技术实时监测受试者在不同方式恢复过程中股外侧肌组织肌氧参数变化，计算并分析肌氧恢复幅度 （H）、半恢复时 （TR），肌氧半恢复速率 （RHbO2）；同时记录受试者的主观感觉疲劳程度和心率等参数。结果：1） 30 min恢复期的第10 min时，进舱恢复组肌组织氧合血红蛋白浓度的增量（ΔCHbO2）高于自然恢复组（P<0.05），且5 min 至10 min之间ΔCHbO2呈上升趋势，而此时传统恢复组肌组织ΔCHbO2和自然恢复组无差异（P>0.05）。2） 恢复过程后期肌氧的变化：进舱恢复组的恢复效果与传统恢复组基本相同，且明显好于自然恢复组（P<0.01）。3） 恢复后即刻相关指标变化：心率和主观疲劳感觉无明显差异。结论：1） 在恢复初期，快速恢复舱这种早期的快速恢复肌肉氧含量的优势可以较好地运用于实战比赛，如举重等的短时间休息间隙。2） 体能快速恢复恢复舱在整个恢复过程中具有加速血液和淋巴系统循环，改善毛细血管功能，促进肌氧含量快速恢复的作用，为运动员的体能快速恢复提供了一种新的途径，具有广阔的应用前景。

关键词：不同恢复方式；肌肉氧含量；肌氧恢复幅度（H）；半恢复时（TR）；半恢复速率（RHbO2）

中图分类号：G804.2文献标识码：A文章编号：1006-2076（2014）06-0073-05

Abstract：Objective： To study characteristics of changes in muscle oxygen content and relevance of feature index during recovery process using different recovery modes after the same training-to-fatigue program， and to investigate the fast effect of recovery from sports fatigue by rapid recovery cabin （RRC） for physical fitness with leg negative-normal pressures. Methods： Athletes trained to fa

收稿日期：2014-09-20

基金项目：国家体育总局科研项目“体能快速恢复舱的研制与应用研究”（2012B049）。

作者简介：陈万（1962-），男，江苏省南京人，博士，教授，研究方向运动与健身的生物学效应研究。

作者单位：1.山东体育学院，山东 济南250102；2.山东省微山县实验中学，山东 济宁277600；3.山东省体育科学研究中心，山东 济南250102；4.清华大学医学院生物医学工程系，北京100084

1. Shandong Sport University， Jinan 250102； 2.Weishan Experimental Middle School， Jining 277600； 3.Shandong Research Centre of Sports Science， Jinan 250102； 4.Biomedical Engineering Department， Medical College， Tsinghua University， Beijing 100084.tigue by the same training-to-fatigue program， then immediately to be assigned randomly to 3 groups using 3 different recovery modes including RRC （30 min）， traditional recovery （TR） （15 min jogging+15 min massage） and spontaneous recovery （SR） （30 min static rest）. Real time parameters in muscle oxygen content of vastus lateralis were monitored and recorded by near-infrared spectroscopy， and recovery amplitude of muscle oxygen content （H）， half recovery time （TR）， half recovery rate （RHbO2） were calculated and analyzed. Rate of perceived exertion （RPE） and heart rate （HR） were also recorded and analyzed. Results： 1） From 5 to 10 min of 30 min recovery process， the increment of muscle oxygenated hemoglobin concentration （ΔCHbO2） of athletes in RRC showed an increasing trend. At 10 min， the ΔCHbO2 of athletes in RRC was significantly higher than that of SR group （P<0.05）， but the ΔCHbO2 of athletes in TR group was not significantly higher than that of SR group （P>0.05）. 2） Following 10min， both ΔCHbO2 in RRC and TR groups were respectively higher than that of SR group （P<0.01）. 3） RPE and HR were not significantly different from each other between the two of three groups during recovery process. Conclusion： 1） RRC has faster effect on recovery from sport fatigue than that of other two recovery methods， which could be used in practical match. 2） RRC has effects in accelerating circulation of blood and lymphatic system， improving capillary function and facilitating muscle oxygen content recovery rapidly， which supplies a new way for athlete physical fitness recovery from sports fatigue and has a broad application prospect.

Key words：different recovery modes； muscle oxygen content； recovery amplitude of muscle oxygen content （H）； half recovery time （TR）； half recovery rate （RHbO2）

山东体育学院学报第30卷第6期2014年12月 陈万，等体能快速恢复舱恢复过程中肌氧变化特征分析No.6 2014骨骼肌作为人体运动过程中的重要动力器官，其代谢过程与运动能力密切相关[1]。运动性疲劳是运动员在训练和比赛过程中的一种常见现象，外周性的疲劳主要体现在工作肌肉不能完成或维持预定运动强度的运动。工作肌肉的血液供应减少、肌组织的氧含量减少、代谢产物增多等造成肌肉代谢能力下降都是疲劳的重要原因[2]。合理的恢复手段，不仅可以促进人体机能水平的不断提高，而且也有利于运动员比赛过程中体能的恢复和竞技能力的发挥，在高强度、大负荷的竞技体育比赛中尤为重要。

下体负压技术作为一种无创性生理学恢复手段，最早应用于航天事业，并进一步应用于基础医学和临床医学等领域。下肢负压对机体的作用机理主要是利用负压-常压交替作用改变人体内血容量和血流分布，使心血管系统的容积及相关循环指标发生相应变化[3-5]。本研究采用的体能快速恢复舱即根据这一原理研发，此外，辅以远红外加热技术，进一步促进血液循环，增进新陈代谢，活化组织。本研究通过进舱恢复组与自然恢复组和传统恢复组恢复效果的对比实验，采用无损、在体实时、分析重现性好的近红外光谱术监测工作肌肉疲劳后肌肉组织氧含量及其相关参数的变化曲线分析，对整个疲劳恢复过程进行长时间连续监测，探索体能快速恢复舱对加快运动员体能恢复的效果。

1研究对象与方法

1.1研究对象

随机选取山东省游泳队专业运动员10人（男性，国家一级）作为受试者，身体健康，年龄17±1岁，体重61.7±2.3 kg，平均专业训练年限7.8±1.3年。每名受试者先后参加三次实验（两次实验间至少间隔两周），每次实验的运动训练疲劳模型相同，但恢复方式不同，分别是进舱恢复（体能快速恢复舱）、传统恢复（15 min慢跑+15 min人工按摩）、自然恢复（静止恢复）。实验期间及测试前后72小时内禁止参加剧烈运动、禁止服用药物及含咖啡、酒精等的饮料，正常饮食。受试者了解整个实验过程，并签署知情同意书。

1.2研究方法

1.2.1运动训练疲劳模式

运动疲劳训练模式分为两部分：中大强度疲劳训练和无氧功率自行车（POWERMAX-VII）中负荷训练。实验前，受试者预先进行了全蹲、半蹲、卧推的IRM负荷量的测定，以Mike Clark所制定的RM—百分比转换表确定每位受试者的70%～60%负荷重量和重复次数并通过最大无氧能力测试获取每位受试者的个体最佳中负荷训练值（受试者进行中强度训练时的最佳负荷值）。中大强度疲劳训练[6-9]，即利用杠铃负重的方式，按照卧推（60%×8×3，70%×4×3，65%×6×3）、负重全蹲（60%×8×3，70%×4×3，65%×6×3）、负重半蹲（60%×8×3，70%×4×3，65%×6×3）的顺序依次进行，组次间休息30s，组间休息2～3分钟。中大强度疲劳训练结束后，采用原地静止的方式休息20分钟，再进行蹬踏POWERMAX-VII功率自行车（日本产）的中等负荷训练，要求每名受试者根据自己的最佳中负荷训练值，全力蹬踏30秒、休息120秒 （从5秒开始倒计时，在倒计时结束后显示“开始”，进行下一次全力蹬踏30秒）、重复进行3次为一组的间歇训练，训练时间大约6分钟，连续训练2组，组间休息3～4分钟[10]。具体训练情况如图1所示。力竭的判断标准为：主观疲劳感觉达到精疲力竭（19以上）的同时心率达到180次/min以上。训练结束后按照预先安排的恢复方式进行30 min疲劳恢复。

图1中负荷训练安排图1.2.2恢复方式

三种不同的恢复方式分别为：进舱恢复组（体能快速恢复舱）、传统恢复（15 min慢跑+15 min人工按摩）和自然恢复（静止休息）三种方式。在每一次测试前的安静状态下测心率，主观感觉疲劳程度等指标，以确定每名受试者的三次实验均处于相同的初始状态，排除由初始状态的不同而对实验结果产生的影响。以上三组的运动疲劳训练、30 min疲劳恢复和指标测试过程均由同一科研人员进行操作，避免人为因素影响。

1.2.3肌氧含量测试

采用TSAH-100型近红外组织血氧参数无损监测仪（中国）连续监测受试者在不同方式恢复过程中股四头肌组织的血氧参数[11]，包括：局部组织中氧合血红蛋白浓度（HbO2）、氧离血红蛋白浓度（Hb）以及总血红蛋白浓度相对于检测初始时刻的变化量：氧合血红蛋白浓度增量（ΔCHbO2）、氧离血红蛋白浓度增量（ΔCHb）。检测时选择运动疲劳训练模式中的主动肌—股四头肌中腹为监测点，顺着肌纤维的方向将传感器探头纵向放置在一侧优势腿股外侧肌肌腹的平面上，探头的纵轴平行于大腿；为避免影响检测的精度（如汗水、漏光等），在测试部位与探头之间加一层透光性较高的薄膜，并用遮光的黑色软物质覆盖在表面后，光探头用弹力绷带较松地绑缚在大腿上，既要防止漏光和运动时光源移动，又要避免造成局部缺血又要防止过松导致运动中探头滑落，每次测试开始大约20秒后出现稳定值再开始正式记录[11-13]。

1.2.4主观感觉疲劳程度（RPE）、心率（HR）测试

实验前让受试者熟悉RPE内容，以便受试者在正式实验时对RPE能有准确的主观认识，并记录受试者安静状态下的主观疲劳程度和心率初始值，实验开始后每次中大强度疲劳训练和每次全力蹬踏30秒后即刻记录受试者主观感觉疲劳程度。整个实验过程中受试者佩戴RS-400Polar心率遥测表（芬兰）实时同步监测受试者心率，并于每次中等强度力竭性杠铃训练和每次全力蹬踏30秒后即刻读取并记录受试者心率值。

1.2.5数据统计与分析

数据统计与分析采用SPSS17.0软件系统，数据结果均采用均值±标准差（±SD）表示。自然恢复组、传统恢复组和进舱恢复组的组间比较采用单因素方差分析（One-way ANOVA）；对恢复前后心率、主观疲劳感觉等指标的数据进行配对T检验。显著性差异水平为P<0.05，极显著性差异水平P<0.01。

2研究结果

2.1运动性疲劳模式训练前后相关指标变化

在每一次实验测试前，对受试者的心率、主观疲劳感觉等指标进行检测，以使每名受试者的三次实验处于基本相同的初始状态。在运动性疲劳模式训练后，受试者的血乳酸（12.0±0.47）、心率（178.2±1.26次/min）和主观疲劳感觉程度（18.4±0.25），较安静状态极具显著性（P<0.01）。

2.2不同方式恢复过程中肌氧含量变化的特征曲线

图2为某名游泳运动员在疲劳训练模式后，采取的三种不同的恢复方式过程中肌肉氧含量的变化曲线，即疲劳运动后达到最低点后到半小时恢复结束过程中的氧合血红蛋白浓度的变化曲线。用氧合血红蛋白浓度的相对变化量表示，实际上是每一时刻氧合血红蛋白浓度相对于初始值的变化量。从图2可以看出，在运动结束后的恢复期中氧合血红蛋白浓度在开始后的极短时间内迅速上升，达到一个短暂的平台后，又呈现一个缓慢的下降的趋势并逐渐恢复到一定水平。

图2某名运动员在不同方式恢复过程中CHbO2

变化的特征曲线表1和图3显示，肌组织氧合血红蛋白浓度的增量 （ΔCHbO2） 在30 min不同恢复方式的过程中，从恢复开始的第0min到第5min三种方式的恢复效果基本相同（P>0.05）但进舱恢复组的ΔCHbO2上升幅度最大；从第5 min到第10 min只有进舱恢复组的ΔCHbO2继续上升，并且与自然恢复组相比具有显著性差异（P<0.05），而且传统恢复组的ΔCHbO2从第5 min到第10 min已经开始缓慢下降；此后，从第15min左右开始进舱恢复组和传统恢复组都与自然恢复组相比具有极显著性差异（P<0.01）。如第15 min时，进舱恢复组和传统恢复组的ΔCHbO2上升幅度都比自然恢复组显著性增高（P<0.01），其ΔCHbO2比自然恢复组上升的程度分别为，进舱恢复组增加了67%，传统恢复组增加了56%；第15 min以后的情况依然如此。

表1在30 min不同方式恢复过程中ΔCHbO2变化

指标自然恢复组（n=10）传统恢复组（n=10）进舱恢复组（n=10）0 min0005 min25.1±5.3930.2±5.5832.9±7.1310 min23.4±7.2827.9±6.4734.7±5.66*15 min18.6±4.9129.0±7.44◆◆31.0±8.12**20 min15.8±6.7526.7±4.18◆◆32.5±7.57**25 min16.2±5.9327.2±8.50◆◆31.7±6.56**30 min16.8±5.6426.2±6.16◆◆33.6±9.93**注：数据结果为±SD；在自然恢复组与进舱恢复组比较中，*表示P<0.05差异具有显著性，**表示P<0.01差异极具显著性。在自然恢复组与传统恢复组比较中，◆表示P<0.05差异具有显著性，◆◆表示P<0.01差异极具显著性。下同。

图330分钟不同方式恢复过程中ΔCHbO2变化情况2.3恢复初期肌氧含量恢复参数RHbO2以及5 min～10 min的各指标变化情况

在三种不同方式恢复过程中通过对受试者的恢复初期肌氧含量变化的曲线进行分析，从而找到训练停止点，肌氧含量CHbO2恢复到最高浓度一半的点，肌氧含量CHbO2恢复到最高浓度时刻点，最后得出疲劳恢复过程中的肌氧恢复幅度（H） 、半恢复时（TR）[14]，进而通过公式（1）计算出肌氧半恢复速率（RHbO2） 。

RHbO2= H/ 2TR（1）

在运动训练结束后的不同方式的疲劳恢复初期，由肌氧恢复幅度（H） 、半恢复时（TR）计算得到肌氧半恢复速率（RHbO2）。肌氧含量恢复幅度越大，半恢复时越短，则骨骼肌中局部肌氧含量CHbO2变化率越大，说明该运动员的疲劳恢复速度快。表2显示，从恢复开始的第0 min到ΔCHbO2达到最高点，三种方式的肌氧恢复幅度（H）和肌氧半恢复速率（RHbO2）是进舱恢复组>传统恢复组>自然恢复组，并且进舱恢复组和传统恢复组的ΔCHbO2上升幅度都比自然恢复组显著性增高（P<0.01）；从第5min到第10 min只有进舱恢复组的ΔCHbO2继续上升，而传统恢复组和自然恢复组呈下降趋势。

表2受试者肌氧含量恢复参数变化表

指标自然恢复组

（n=10）传统恢复组

（n=10）进舱恢复组

（n=10）肌氧恢复

幅度（ H ）20.2±5.0338.1±7.83◆◆38.7±7.20**肌氧半恢复

速率（ RHbO2 ）51.6±18.3589.3±22.44◆◆90.3±19.42**5 min～10 min的

ΔCHbO2变化斜率-0.34±0.06-0.46±0.080.36±0.06

3分析与讨论

3.1不同方式恢复过程中肌氧含量变化特征

微动脉、毛细血管和微静脉共同组成了人体组织中的微血管系统，肌氧含量则是骨骼肌微血管中血红蛋白浓度相对变化的加权平均，反映组织中Hb与氧结合及离解的动态变化[2-3]。在运动过程中，主动肌能量的消耗主要来源于磷酸盐供能，而组织中的磷酸肌酸大量消耗后的快速合成过程中又需要大量的氧，使组织中的HbO2解离生成Hb与O2，参与肌细胞的物质能量代谢，造成肌氧含量迅速下降，机体内可利用的氧含量减少就会加速血液中HbO2的解离生成氧气和还原血红蛋白，而氧的大量消耗，使微血管中的肌氧含量下降，出现“负平衡”[5]。骨骼肌组织工作时会消耗肌肉和血液中的氧，当肌氧含量供应不足时会加速肌组织疲劳的产生，最终导致肌组织工作能力下降[15-16]，肌氧的变化反映了肌组织氧代谢变化的情况。在中负荷训练过程中肌氧饱和度下降可能是由以下原因引起：随着训练的进行肌肉代谢加强，机体温度升高；机体能量代谢加快，产生大量CO2，使局部肌组织PCO2升高；肌组织短时间内的糖酵解产生大量乳酸使pH值降低，而且糖酵解产物2，3-DPG增加。这些因素都会使得肌组织中HbO2解离速度加快，造成肌氧饱和度下降，使肌肉产生僵硬、发紧，甚至痉挛，导致运动能力下降。而体能快速恢复舱可利用负压-常压交替作用同时辅以远红外加热，使下肢体液容积及相关循环环境发生变化，促进毛细血管功能的改善，增加微循环，加速体内乳酸排除和肌酸激酶的代谢，促进运动性疲劳的恢复。

图2显示，在30 min的疲劳恢复过程中，曲线总的的变化趋势大致相同。其中，在体能快速恢复舱恢复的过程中，人体在负压-常压以及远红外加热的作用下，肌肉氧含量曲线呈现波浪形，而传统恢复和自然恢复的方式则呈现平缓状曲线。从氧合血红蛋白浓度相对于初始值的变化来看，当剧烈运动停止时，ΔCHbO2从运动停止后即刻的最低水平逐渐恢复到训练前的水平，甚至超过训练前安静值，出现所谓为的“肌氧含量的超量恢复”现象。在短暂（大约60～90 s）的“超量恢复”现象之后又呈缓慢下降趋势并逐渐进入一段平稳的恢复期[5]。

图3显示30 min的不同方式的恢复过程中，第5 min时三种方式的恢复效果基本相同，推测这段时间人体肌氧含量的恢复主要是依靠机体本身的恢复能力，而外界的影响很小；第10 min时，进舱恢复组的肌组织ΔCHbO2显著性地高于自然恢复组（P<0.05），且5 min 至10 min之间ΔCHbO2呈明显上升趋势；而此时传统恢复组的肌组织ΔCHbO2没有显著性地高于自然恢复组（P>0.05）；同时从图3可以看出，恢复期的早期（5～10 min）体能快速恢复舱具有快速恢复的明显优势。快速恢复舱这种早期快速恢复肌氧含量的优势可以较好地运用于实战比赛，如举重的短时间休息间隙。图3显示30 min恢复过程中的第15 min时，传统恢复方式才体现出恢复效果的显著差异，与自然恢复组相比具有显著性（P<0.01）；此后，进舱恢复和传统恢复这两种方式的恢复效果都明显好于自然恢复的方式。

综上所述，机体自身的恢复能力和外界因素的作用之间存在一定的关系，运动结束后恢复开始阶段，以机体自身的恢复能力占主导，随后外界作用条件也开始表现出明显的恢复效果。而从操作程序上方面比较，体能快速恢复舱在恢复过程中对操作人员的要求较低，只需掌握简单的操作步骤即可，与传统恢复方式相比具有：简单、易操作、易掌握等优点，并且整个恢复过程中还能够做到均匀、同步等特点，这更加有利于血液和淋巴系统循环，血乳酸、肌酸激酶等的分解毛细以及血管功能的改善。

3.2恢复初期肌氧关联参数H、TR与RHbO2变化特征

在恢复初期引入了肌氧恢复幅度（H）、肌氧半恢复速率（RHbO2）、出现拐点的时间t等指标，其中肌氧含量恢复幅度越大，半恢复时间越短，则骨骼肌中局部肌氧含量CHbO2恢复的越快。有研究者认为[10]，可以用肌氧含量的半恢复时TR为评定肌氧恢复能力的参数，恢复时间短则说明恢复能力强。有氧代谢能力愈好，则恢复的时间必然愈短，肌氧恢复早。由表2显示，在运动训练结束后采用不同方式的疲劳恢复过程中，骨骼肌在肌氧恢复幅度（H）方面，进舱恢复和传统恢复这两种方式的变化幅度明显大于自然恢复的方式，这说他们对肌氧变化的作用效果好。通过对肌氧半恢复速率（RHbO2）的计算发现，进舱恢复和传统恢复这两种方式的肌氧半恢复速率明显快于自然恢复的方式。可见，利用体能快速恢复舱恢复舱有利于加快运动员体能快速恢复的效果。

4结论与建议

4.1在恢复初期，快速恢复舱这种早期快速恢复肌肉氧含量的优势可以较好地运用于实战比赛，如举重的短时间休息间隙。

4.2下肢负压-常压恢复舱在整个恢复过程中具有均匀、同步等特点，有利于加速血液和淋巴系统循环，改善毛细血管功能的效果，促进肌氧含量快速恢复的作用，这为运动员的体能快速恢复提供了一种新的途径，具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]赵歌， 章前， 许琦， 等. 高强度训练对游泳运动员血乳酸及相关指标的影响[J]. 北京体育大学学报， 2009（2）：80-82.

[2]王瑞元. 运动生理学[M]. 第1版.北京：人民体育出版社， 2012.

[3]Esch B T， Scott J M， Warburton D E. Construction of a lower body negative pressure chamber[J]. Adv Physiol Educ， 2007， 31（1）： 76-81.

[4]杨长斌， 孙喜庆. 下体负压的研究进展[J]. 中华航空航天医学杂志， 2002（2）： 40.

[5]Tiidus P M. Estrogen and gender effects on muscle damage， inflammation， and oxidative stress[J]. Can J Appl Physiol， 2000， 25（4）： 274-287.

[6]李辉， 曾玮. 力量训练的方法及其注意事项[J]. 体育科技文献通报， 2009（2）： 27-45.

[7]陈文胜， 张建新. 浅析中长跑运动员的速度力量训练[J]. 体育科技， 2004（3）： 24-26.

[8]陈洁敏. 大强度力量训练后血乳酸消除的放松性负荷强度的研究[J]. 体育与科学，2000（4）： 40-43.

[9]张俊青. 力量训练方法和负荷结构的研究[J]. 体育科学研究， 2000（4）： 28-33.

[10]王燕. 无氧功率自行车模式训练对田径运动员无氧能力及相关指标的影响[D].重庆：重庆大学，2011.

[11]丁海曙， 腾轶超. 组织血氧参数近红外无损检测技术及自主创新之路[J]. 激光与光电子学进展，2007（9）： 14-31.

[12]马国东， 徐飞， 李岳， 等. 急性低氧对优秀男子自行车运动员递增负荷运动时肌氧含量的影响[J]. 山东体育学院学报，2011（6）： 51-55.

[13]何琳， 徐飞， 马国东， 等. 急性低氧对自行车运动员递增负荷运动时肌氧饱和度的影响[J]. 天津体育学院学报， 2010， 25（6）： 478-481.

[14]Ding H， Wang G， Lei W，et al.Non-invasive quantitative assessment of oxidative metabolism in quadriceps muscles by near infrared spectroscopy[J]. Br J Sports Med， 2001， 35（6）： 441-444.

[15]Subudhi A W， Dimmen A C， Roach R C. Effects of acute hypoxia on cerebral and muscle oxygenation during incremental exercise[J]. J Appl Physiol， 2007， 103（1）： 177-183.

[16]马国东， 罗冬梅， 徐飞， 等. 模拟海拔4800m急性低氧运动对肌氧饱和度的影响[J]. 北京体育大学学报， 2011， 34（1）： 54-57.第30卷第6期2014年12月山东体育学院学报Journal of Shandong Institute of Physical Education and SportsVol.30 No.6December 2014