微压氧对山西省优秀射击射箭运动员疲劳消除影响的研究

张晓炳， 冯本余， 窦志勇， 胡茜文， 严海龙， 符海鸿， 刘珂， 王智伟， 方玉婷， 蒲毕文

（1.山西省体育科学研究所， 山西 太原 030012； 2.山西大学 体育学院， 山西 太原 030006； 3.山西省射击射箭水上运动中心， 山西 太原 030025； 4.山西省冰雪运动中心， 山西 太原 030025； 5.广东金融学院 体育教学部， 广东 广州 510521）

1 研究背景

随着竞技水平和运动员训练强度的提高， 运动训练后和比赛中的疲劳监控与快速消除作为科学化训练的重要组成部分， 得到人们越来越高的关注， 这是因为运动疲劳不仅能导致运动表现的下降， 甚至还会增加发生运动损伤的可能性。 因此， 探索如何使运动员的疲劳快速消除， 不仅有助于训练计划高效、 高质量的完成， 还能避免机体疲劳堆积以及由此导致的运动损伤的发生。 微压氧疗近年来逐渐成为增强身体健康、 改善和消除疲劳、 促进机体损伤恢复的方式之一， 微压氧疗法 （Mild-pressure Hyperbaric Therapy，mHBT） 是指吸入压力在1～2 绝对大气压 （AbsoluteAtmosphere， ATA） 之间、 氧浓度大于35%的环境气体的过程。越来越多的优秀运动员使用微压氧进行训练恢复， 但是目前我国关于微压氧对于专项运动员疲劳消除影响的应用研究较少。 因此本文借助辅助训练设备——Omega Wave Sport Technology System （以下简称Omega Wave 机能评价系统）对运动员的机体生化指标变化情况进行监控， 这是一款由美国研发的具有国际水准的无创诊断运动疲劳的训练监控设备， 其应用生物电技术原理监测人体多种生物系统功能，它具有操作简单、 携带便捷、 反馈及时的特点， 相比其它现有的生化指标采集， Omega Wave 机能评价系统能够采用无创的测量方式一次性获取心脏功能、 中枢神经机能状况、植物神经系统等生物学参数， 并对运动员的机能状态做出实时的综合性诊断和评估， 为教练员安排训练计划以及赛前准备提供参考。

2 研究目的与意义

通过对比观察山西省优秀射击射箭运动员在训练疲劳状态下机体的一些生理指标， 和使用微压氧疗法进行疲劳消除后机能状态的变化情况， 验证微压氧疗法恢复技术的使用对疲劳消除的影响和效果， 并对采用微压氧疗法进行疲劳消除时间选择上与效果的关系进行应用研究， 以便为运动员和教练员今后使用微压氧疗法进行疲劳消除相关的恢复训练和科学研究提供部分参考和数据依据， 促进今后训练计划的更好完成、 训练效率和质量的提高。

3 研究对象与方法

3.1 研究对象

调查对象为山西省射击射箭队14 名备战2021 年第十四届全运会的优秀运动员， 其中女子10 人， 男子4 人。 研究对象为14 名运动员进行微压氧疗前后以及各阶段， 反映身体机能疲劳状态的心率变异性、 时域和频域等评价指标的变化。

表1 运动员基本信息 （N=14）

3.2 研究方法

3.2.1 文献资料法

通过中国知网、 维普数据库等网络平台， 以 “微压氧、射击射箭、 疲劳消除、 HRV 和Omega Wave” 为关键词， 查阅相关的学术期刊和硕博学位论文等文献资料， 以期为本研究提供理论依据和参考。

3.2.2 实验法

3.2.2.1 实验时间

在2021 年3 月至2021 年6 月期间， 对备战2021 年第十四届全运会的14 名山西省优秀射击射箭运动员进行疲劳消除的HRV 测试。

3.2.2.2 测试指标

心率变异性指标： 交感神经活跃度、 副交感神经活跃度、 张力水平、 非周期影响吸气波。

时域指标： 反映HRV 总体变化的R-R 间期标准差（SDNN）、 反映副交感神经活动的相邻R-R 间期差值均方根（RMSSD）、 反映副交感神经调节能力的相邻间期的差值标准差 （SDSD）。

频域指标： 总功率 （TP）、 反映副交感神经调节能力的高频功率 （HF）、 主要反映交感神经活性的低频功率 （LF）、反映交感与副交感均衡性的高频功率和低频功率比值 （LF/HF）。

3.2.2.3 测试仪器

测试仪器使用的是由美国Omegawave Technologies LLC开发的Omega Wave Sport Technology System 机能评价系统。通过该仪器测试和分析试验前后的HRV 相关指标， 以及时域和频域指标的数值。

3.2.2.4 测试流程

运动员在正式测试前按照提示和要求填写测试登记表，实验者给受试者讲解测试流程及要求。 正式测试时运动员处于安静环境下自然仰卧舒适平躺， 双手自然放置于身体两侧， 实验者用脱脂棉棒蘸取浓度为75%的酒精轻拭受试者的额头中部、 惯用手手掌大拇指根部作为贴电极的位置，以增加皮肤的导电性， 然后按系统要求通过蓝牙正确连接测试电极和平板电脑， 待连接稳定后开始收集与评价能够反映测试者疲劳程度以及其他生理指标数据。 收集完实验前的相关数据后， 运动员进入微压氧舱后安静舒适平躺，分别在进入微压氧舱的20min、 30min、 45min、 60min 时，记录运动员生理指标数据。

3.2.3 数理统计法

3.2.4 对比分析法

对山西省14 名优秀射击射箭运动员通过Omega Wave机能评价系统进行疲劳程度测试， 将每次测试的结果作为独立的数据组， 以运动员进入微压氧舱进行恢复前的疲劳程度作为对照组， 以进入微压氧舱进行恢复的20min、30min、 45min、 60min 分别作为不同时间段的实验组， 对比各时间段与对照组的疲劳程度反映指标变化情况， 分析试验前后各指标的差异性变化。

4 研究结果与讨论

借助Omega Wave 系统， 对采用微压氧疗法缓解、 消除疲劳试验各阶段运动员的多个疲劳反映指标进行监控， 以便了解试验各阶段运动员身体机能的变化特征。 由表2 和表3 可以看出， 运动员的生理指标均数随着微压氧疗试验的进行出现了两种总体升降不同的变化趋势。 其中， 系统总评分、 静息心率、 中枢神经系统准备状态、 脑电直流电波、 交感神经活跃度、 张力水平等生理指标呈现下降趋势；而心肺调节系统功能状态、 副交感神经活跃度、 非周期影响等生理指标表现为上升的态势； 吸气波虽然在试验中出现小幅度的上升或下降的波动， 但总体变化和最后结果与试验前差别不大。

表2 运动员疲劳指标测试结果

表3 运动员疲劳指标测试结果

收集到的数据经分析软件分析处理后可知： 中枢神经系统准备状态、 交感神经活跃度、 副交感神经活跃度、 张力水平的试验结果与微压氧疗试验前存在显著性差异 （P＜0.05）。 系统总评分、 静息心率、 心肺调节系统功能状态、脑直流电波、 非周期影响、 吸气波等生理指标与微压氧疗试验前在数值上未表现出显著性的差异。

4.1 心率变异性各相关指标变化情况与分析

心率变异性 （heart rate variability， HRV） 是一种自主神经系统 （autonomic nervoussystem， ANS） 评价手段， 作为交感神经系统与副交感神经系统张力及其平衡的重要评价指标， 具有客观、 无创、 可量化、 且易操作的特点。 心率变异性指标包括交感神经活跃度、 副交感神经活跃度、 张力水平、 非周期影响、 吸气波。

4.1.1 交感神经与副交感神经指标变化情况与分析

交感神经和副交感神经同属于植物神经系统， 也称为自主神经系统， 交感神经活跃度正常范围在15%～55%之间； 副交感神经活跃度正常范围为0.16～0.41 s。 它们的主要功能虽然都是调节内脏， 但他们发挥的具体作用还是有一定的差异性， 且这种功能作用的发挥并非是受人类意识支配的。 交感神经对心脏活动有兴奋作用， 可以加速心搏频率和心搏力量， 即具有加快心跳的功能。 除此之外， 还有使瞳孔散大、 血压上升、 皮肤内脏血管收缩、 支气管舒张以及减少唾液分泌等功能； 副交感神经发挥的功能与交感神经恰恰相反， 它对心脏活动有一定的抑制作用， 不仅可以使心率减慢、 血压降低、 促进胃肠活动和消化腺分泌，还可以促进肝糖原的合成， 储存能量。 在活动范围上， 这两个神经系统也存在不同， 交感神经系统的活动比较广泛，主要作用在于使机体能够适应环境的急剧变化。 副交感神经系统的活动不如交感神经系统的活动广泛， 较为局限，活动主要在于保护机体修整恢复、 促进消化、 积蓄能量。交感神经与副交感神经系统通常是相互拮抗的关系， 既相互制约， 又相互平衡。 心脏由他们双重支配， 当他们同时对心脏发挥作用时， 其总效应并非是它们各自效应的代数之和。

有研究发现， 处于安静状态下， 机体各器官系统的运作与供能较为平稳， 变化幅度也较小， 运动员的HRV 表现为交感神经兴奋性较弱， 副交感神经兴奋性较强的特点， 长期的运动训练可能会使自主神经对此产生相应的适应性。

当长时间进行大强度的训练或者剧烈活动时， 为了应对或者说是为了适应急剧的环境变化， 维持内环境的相对稳定， 交感神经的兴奋会得到加强， 以便调动更多机体器官的能量， 提高机体适应能力。 人体所承受负荷量和负荷强度逐渐堆积， 使得器官系统的疲劳程度不断加深到达一定阈值时， 随之会引起交感神经系统调节机制失调， 即体内交感神经系统与副交感神经原本形成的动态平衡逐渐被打破， 交感神经兴奋性或活跃度升高， 副交感神经活跃度降低， 发挥的调节作用下降， 紧张指数升高， 心血管系统和心跳节律也开始出现紊乱。

因此， 判断试验是否达到促进机体恢复及疲劳消除的目的， 可以借助评价机体疲劳程度形成时采用的指标， 观察和分析机体各指标是否发生了与疲劳加深时相反的变化方向以及变化的幅度来验证试验。

从表3 运动员的疲劳指标测试结果中可以看出， 60min的微压氧舱恢复结果相比之前发生了不同程度的变化。 交感神经活跃度随着试验的进行呈现先下降， 随后上升， 最后下降的趋势， 在入舱60min 时降到最低， 虽然期间有上升状况， 但总体上是渐渐下降的趋势； 与其功能相反的副交感神经活跃度则呈现先上升， 随后下降， 最后上升的趋势， 入舱20min 达到最高， 随后又经历降低和再次上升，在入舱60min 达到次高的活跃度。 微压氧疗法试验结束时交感神经活跃度相比较入舱前明显降低， 副交感神经活跃度升高， 说明微压氧舱疗法使得因负荷程度增加逐渐被破坏的交感神经机制在向原本的动态平衡靠近， 中枢神经的疲劳得到了相应的缓解。 交感神经活跃度的标准差与入舱前相比明显降低， 反映了队员间恢复的差别逐渐减小。 通过数据处理分析得知： 入舱60min 与入舱前的交感神经活跃度间存在显著性差异（P＜0.05）， 入舱20min 的副交感神经活跃度与入舱前存在显著性差异 （P＜0.05）。

综上所述， 处于疲劳状态的运动员进入微压氧舱开始疗养试验后， 随着试验的进行， 运动员的植物神经系统中交感神经活跃度呈现下降的形态， 副交感神经活跃度呈现上升的趋势， 此变化情况与机体从平稳的安静状态， 转入有训练负荷活动时的疲劳状态过程中， 植物神经系统变化状态恰好相反， 这说明机体开始由疲劳状态向安静状态转变， 即运动员机体的疲劳开始逐渐消除， 从这个生理指标变化情况上看微压氧疗法能够促进运动疲劳的消除。

4.1.2 张力水平指标变化情况与分析

张力水平是指： 心脏系统对身体和精神负荷的张力水平， 它反映了心脏节律调节的集中程度 （集中化涉及中央调节水平的增加和心律自主调节水平的降低）。 张力水平的正常范围为15～180 （r.u.）。 张力水平的变化与植物神经系统即交感神经与副交感神经的变化有一定的关系， 当交感神经活跃度处于上升时段， 张力指数上升； 当副交感交感神经活跃度上升时， 其张力指数降低。

由表3 可知， 运动员的张力水平数值整体上呈现先下降， 随后上升最后又下降的变化路线。 在入舱20min 出现第一个下降拐点， 此阶段副交感神经活跃度上升至峰值，交感神经下降明显， 张力水平下降幅度较大， 随后张力水平急剧上升， 入舱30min 出现张力水平指数峰值， 此后张力指数持续下降， 直至入舱60min 即试验结束达到张力水平指数的最小值， 此时交感神经活跃度降至本次试验各阶段的最低值， 而副交感神经活跃度占优势地位。 对比其他数据发现各阶段数值的变化符合张力水平变化情况与交感神经和副交感神经系统兴奋性的关系。 同时可以得知入舱60min 的张力水平与入舱前之间存在显著性差异 （P＜0.05），具有统计学意义。

综上所述， 张力水平指数的变化情况说明微压氧舱试验对于疲劳运动员的恢复即疲劳消除具有促进作用。

4.1.3 非周期影响指标变化情况与分析

非周期影响作为心脏评价指标， 反映了影响心脏节律的随机性和非周期性活动水平。 慢波反映了中枢回路的激活和心脏刺激中枢 （这是延髓的一部分） 的活动优势。 例如当过度训练后， 运动员的慢波表现会非常明显。 非周期影响的正常范围值在1.25～3.05 （s） 之间。 如果这个指标处于不正常的范围内， 但是其他的心脏参数还在正常的范围之内， 生物的适应性消耗开始增加， 如果不改变训练方法，那么心脏系统的恶化程度会增加。

从表3 中的数据可知， 试验各阶段非周期影响的数值基本都在正常范围1.25～3.05 （s） 内， 微压氧疗试验后非周期影响与试验前相比变化幅度不太明显， 并且其它指标的数值也基本都在正常值之内， 这说明机体的消耗能够维持在基本范围内， 不需要增加适应性消耗， 随着试验的进行，除了入舱60min 时部分队员的吸气波值差异较大外， 其他阶段运动员的心脏系统功能作用的发挥较为稳定。

4.1.4 吸气波指标变化情况与分析

吸气波反应心率自主调节的水平， 自主调节水平包含了自主调节的主导作用以及中央调节水平的降低。 吸气波的正常值的范围为0.018～0.054 （r.u.）。

高于正常值， 说明中枢神经调节心脏系统方面不够活跃。 对于教练员而言， 吸气波可以作为减少训练量的第一个指标。 这个指标是否作为调整训练的警示需要结合其他指标所处的状态进行考虑， 当其他指标超出其正常范围时，才会将其视为警示， 立即调整训练计划； 但如果其他指标此时依然处于正常范围值之内， 仍然可以按照原训练计划继续进行高强度的练习。 另一方面， 如果这个指标低于标准值， 可以调整计划适当减少训练强度， 若仍然以原来的训练强度进行训练， 则有必要在这一阶段加强监控， 防止意外情况发生。

从表3 可知， 运动员进入微压氧舱前的吸气波指标基本处于正常范围之间， 入舱20min 时机体吸气波值高于正常值， 说明了中枢神经对于心脏的调节活跃度较低， 随后的3 个试验阶段吸气波在数值上从起伏变化开始逐渐趋于平稳， 其他指标数值也基本处于正常值范围内， 这说明心率自主调节水平逐渐稳定， 中枢神经逐渐恢复并能以适当的兴奋性发挥调节心脏系统的功能。

4.2 时域与频域各相关指标变化情况与分析

Omega Wave 机能评价系统通过心率带测量和收集数据， 选用时域法和频域法， 即时间与频率参数对数据进行分析。

时域分析法包括反映自主调节的总效应的R-R 间期标准差 （SDNN）、 反映副交感神经调节能力的相邻NN 间期的标准差 （SDSD）、 相邻R-R 间期差值的均方根 （RMSSD）反映了副交感神经的活跃度。 在Omega Wave 机能评价系统中可以通过散点图和柱状图等图像的形式展示。

频域分析法有总功率 （TP） 反映自主神经总体的调节功能； 反映副交感神经激活水平的高频 （HF）， 它与呼吸性心率不齐有关； 低频 （LF） 反映交感神经活动状态与部分副交感神经活跃状态； 交感－迷走神经平衡指数之比即低频与高频 （LF/HF） 反映交感和迷走神经的平衡性， 其值越高， 则交感神经的优势则越强。

有结果显示， 因高强度训练后产生的机体疲劳会出现交感－迷走神经平衡指数的减少， Francoiscottin 等对运动员进行了两种不同强度的运动测试， 他们发现以中等强度进行运动后， LF 会升高、 HF 则下降； 而以大强度长期进行耐力训练能够使安静状态下的HR 下降、 LF 降低、 HF 提升、LF／HF 的比值降低。

对研究结果进行统计得到表4 和表5， 从中可知， 试验结束后 （入舱60min） SDNN、 SDSD、 RMSDD 的值相比入舱前均有所提高， 总功率升高、 交感－迷走神经平衡指数上升 （P=0.054）、 HF 降低、 LF 提高 （P=0.075）。 这与Francoiscottin 等学者的研究方向相反， HF、 LF 和LF／HF 的比值变化也相反， 说明运动员的疲劳经过微压氧疗得到了一定程度上的消除， 机体机能逐渐得到恢复， 也证明了试验的有效性。

表4 运动员疲劳时域指标测试结果

表5 运动员疲劳频域指标测试结果

5 小结

对训练后处于疲劳状态的射击射箭运动员进行微压氧疗疲劳消除干预， 使用Omega Wave 机能评价系统实时监控运动员的机体各指标变化情况， 对比干预试验前后监控得到的机体多个指标变化情况后发现， 心率变异性指标以及时域和频域各个评价指标在微压氧疗干预后疲劳程度在数值上均发生了不同程度的变化， 总体表现为： 随着微压氧疗恢复试验的进行， 疲劳程度逐渐降低。

心率变异性指标中， 交感神经与副交感神经作为重要的调节神经， 其变化情况对于运动员的机体状态有一定的反映， 与微压氧疗干预前相比， 交感神经活跃度显著下降，在入舱60min 的变化幅度最大 （P＜0.05）， 副交感神经活跃度在整个试验过程中呈上升的趋势， 在入舱20min 时的活跃度相比入舱前出现显著上升 （P＜0.05）， 入舱60min 运动员的张力水平显著下降 （P＜0.05）， 非周期影响呈下降趋势， 吸气波整个过程的变化幅度较小。

微压氧疗试验结束后 （入舱60min） 时域指标SDNN、SDSD、 RMSDD 数值相比入舱前均有所提高； 频域指标总功率LP 升高、 交感－迷走神经平衡指数LF/HF 上升 （P=0.054）、HF 降低、 LF 提高 （P=0.075）。

综合微压氧疗试验前后运动员心率变异性指标、 时域和频域指标的变化情况， 并结合此前运动疲劳与机体器官生理指标变化关系相关的参考资料认为： 对处于疲劳状态的射击射箭运动员而言， 微压氧疗在促进疲劳消除方面具有一定的积极作用， 可以考虑将其推广应用于运动员平时的疲劳恢复训练之中。 在疲劳消除的效果方面， 根据试验数据认为， 如果选择短时间恢复训练， 进行20min 微压氧疗效果较好， 在一定程度上可以促进运动员疲劳的消除，恢复机体较好的活跃度； 若时间充足或者追求更好的恢复效果， 建议进行60min 微压氧疗。