等速肌力测试过程中肌氧饱和度变化特征研究

蔡前鑫，赵之光，魏文哲

（1.苏州大学 体育学院，江苏 苏州215021；2.北京市体育科学研究所，北京100075）

近红外光谱技术（Near infrared spectroscopy，NIRS）可实现组织血氧参数的无损、实时、连续、直接检测，可反映局部组织氧供应与氧消耗的动态平衡。波长为700～900nm的近红外光对人体组织有良好的穿透性，此波段中Hb和HbO2是主要的吸收体，且二者的吸收谱存在显著差异，由此利用Lambert-Beer定律可以计算出两者的浓度。肌氧饱和度仪就是利用这种特性对肌肉内的氧浓度进行测量的设备。肌氧饱和度＝肌肉内氧合血红蛋白浓度／总血红蛋白浓度，总血红蛋白浓度＝还原血红蛋白浓度＋氧合血红蛋白浓度。肌肉耐力是指肌肉持续收缩的能力，即肌肉抵抗疲劳的能力，等速肌力测试系统可以对肌肉耐力进行测试评定，本研究旨在运用近红外光谱技术实时、连续监测等速测试过程中股外侧肌氧饱和度变化，并分析肌氧饱和度变化与局部肌肉做功下降率之间的关系，以期探讨肌氧饱和度与局部肌肉耐力之间的相关性，为以后利用肌氧饱和度评定局部肌肉耐力提供理论依据。

1 研究对象与方法

1.1 实验对象

所选实验对象为北京国安三线10名足球运动员，平均年龄、身高、体重分别为16.1±3.9岁、175.3±7.7cm和65.3±10.4kg。

1.2 实验方法

1.2.1 待测部位的选择

股外侧肌的确定：使受试者保持自然站立姿势，腿部放松，根据人体的解剖学特点找到股骨外侧髁和髂前上棘两点的位置，取两点连线的下1／3处即为待测点的位置。

1.2.2 肌氧饱和度的测定

所用仪器：组织氧无线监测系统（北京欧思盟科技发展有限公司）、DRO型快速加压止血器（宝鸡市德尔医疗器械制造有限公司，长800mm，宽40mm）。

测量方法：确定待测部位之后，在其上面贴上一层无色贴膜，将肌氧饱和度仪的探头发射孔对准待测点然后放在贴膜上，并且使探头的轴线与股外侧肌平行，然后用可遮光的绷带将探头全部缠绕起来，防止漏光以及外界光线的干扰（F.Billaut，2013）；松紧度要合适，防止实验过程中探头移位。然后将探头与模块连接起来，无线接收设备与电脑连接起来，启动程序之后即可测定肌氧饱和度变化情况。

1.2.3 等速肌力测试

测试仪器：美国BIODEX等速力量测试台。

测试指标：运动前安静状态股外侧肌氧饱和度的值以及运动中的最低值、做功下降率。

测试方法：首先，让受试者取坐位，上体与大腿均用宽带固定，以防借力而影响测试结果；双手紧握测试椅两侧的把手，动力头的旋转轴对准测试部位，使膝关节活动轴心与仪器动力臂旋转轴心相一致；待进入测试程序后，选择快速20次240°／s屈伸的测试方案。正式测试前要求运动员在测试角速度下，以亚极限强度运动5～10次，熟悉和了解整个测试的过程，以便保证测试的准确和数据获取的可靠性，整个测试过程中实时连续监测股外侧肌氧饱和度的变化。

1.3 统计方法

每个测试项目均算出平均值和标准差，运用统计软件SPSS17.0对肌氧饱和度变化量和做功下降率进行相关性分析，显著性水平P＜0.05。

2 研究结果

2.1 等速肌力测试前后10名队员肌氧饱和度测量结果

图1 等速肌力测试中股外侧肌氧饱和度的变化情况

图1为1名受试者在等速肌力测试过程中肌氧饱和度的变化情况。从图中可以看出等速肌力测试刚开始时，股外侧肌氧饱和度没有太大的变化，保持平稳的趋势，随着膝关节屈伸的不断进行，大概在第8次的时候股外侧肌氧饱和度开始迅速下降，下降到40%左右时不再随着屈伸运动而下降，达到一个新的平衡，直到运动结束。表1是29名受试者测试前的肌氧饱和度安静值、测试刚结束时的肌氧饱和度值以及肌氧饱和度变化量。从表中可以看出，等速肌力测试前安静状态时，肌氧饱和度基本稳定在62%左右，各项指标均具有较大的个体差异。

表1 加压运动前后肌氧饱和度的值（%）

2.2 10名队员等速肌力测试做功下降率

表2为10名足球队员进行20次240°／s的屈伸运动的做功下降率，也即所谓的疲劳指数。从表中可以看出做功下降率最大值为25.7%，最小值为7.6%，同样也可以看出不同个体之间存在较大的差异。

表2 20次240°／s的屈伸运动中最后三次做功之和的数值

2.3 肌氧饱和度与等速肌力测试中做功下降率之间的关系

等速肌力测试中肌氧饱和度变化量与做功下降率之间的相关性，r＝0.685，且P＜0.05，具有统计学意义。

3 分析与讨论

氧在骨骼肌能量代谢过程起着至关重要的作用。如果在运动中停止对肌肉的氧供应，该肌肉会在数分钟内产生疲劳，并造成运动能力迅速下降。因此，准确测量肌肉内的氧含量对于了解运动员的肌肉耐力状况具有重要意义。

肌肉耐力主要决定于慢肌纤维比例、骨骼肌毛细血管密度、线粒体数量等因素，而这些因素均与肌肉内氧浓度有关。肌氧饱和度可以反映肌肉内的氧浓度，因此，肌氧饱和度与局部肌肉耐力之间可能存在一定的相关性。

运动前安静状态时股外侧肌氧饱和度保持平稳状态，基本维持在62%左右，如表1所示。等速运动开始后，前几次膝关节屈伸过程中股外侧肌氧饱和度基本处于平衡状态，如图1所示，主要是因为前几次屈伸运动中机体通过无氧系统供能，主要是磷酸原系统和糖酵解系统，磷酸原系统供能占更大比例，此时机体消耗氧气量不大，因此肌氧饱和度基本维持在平稳状态，这一点与王国祥的研究一致。随着运动的持续进行，股外侧肌氧饱和度开始迅速下降，大约在8s之内下降至最低，然后趋于平稳状态，达到新的平衡。这种肌氧饱和度迅速下降的原因可能为：运动中主动肌主要募集的是快肌纤维，其储氧量较少，运动时主要依赖于磷酸盐供能，使磷酸肌酸大量消耗，而磷酸肌酸的快速再合成则需要大量肌氧；运动中大量增加的乳酸，需要进入肌纤维细胞中被进一步氧化；运动强度越大耗氧量越多，而且在运动最初时肌肉血流量上升相对缓慢，氧气供应相对不足，则导致肌氧含量比例大幅度下降；随着运动过程中酸性产物在体内的堆积和H＋浓度的增加，可促进O2和Hb快速分离，从而导致肌氧饱和度进一步下降。随着运动时间的延长，血液循环快速动员，心跳加快，毛细血管开放程度加大，肌内血容量上升而血氧的供应相对加强，使运动中氧的消耗与供应趋于相对平衡。王荣辉认为施加运动负荷后，肌氧迅速消耗，与增加负荷前相比，肌氧含量百分比下降，当肌氧的输送与消耗达到平衡后，肌氧保持相对稳定。Sachiko.H等人认为肌氧到一定负荷后不再下降，本研究结果与之相一致。

结合表1、表2可以看出，肌氧饱和度下降幅度较大的运动员，其做功下降率即疲劳指数较小，也即肌肉耐力越好，肌氧饱和度变化量与做功下降率呈负相关，r＝-0.685，说明耐力好的运动员能够最大限度地将肌肉内储存的氧气用于机体大强度运动时的需要，即耐力好的运动员其肌肉内的氧储量大。王荣辉等在研究不同强度运动肌氧含量变化特点时发现，运动员组不仅负荷功率比非运动员组大，而且肌氧下降峰值、肌氧下降幅度、肌氧恢复幅度也比非运动员组大，且有显著差异。认为运动员在承受较大的负荷时，在心率低的情况下，肌氧消耗大，超量恢复也大，说明运动员肌氧储量大，同时具备良好的肌氧动员、输送和恢复能力。THOMASC和Hamaoka T也认同此观点。

4 结论

本研究说明肌氧饱和度与局部肌肉耐力之间存在一定的相关性，然而本研究的实验对象只有10名，一些偶然误差会对实验结果产生一定的影响，这些实验对象还不足以证明这一观点，因此还需要更多不同层次耐力的实验对象做为支撑。

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