正常和低氧環(huán)境下遞增負(fù)荷運(yùn)動時通氣閾、乳酸閾的變化

張　琴　肖國強(qiáng)　許小輝

摘要：通過測試10名體育專業(yè)學(xué)生在正常與模擬1000、1500m低氧環(huán)境下進(jìn)行遞增負(fù)荷運(yùn)動中氣體代謝、血乳酸等指標(biāo)變化，觀察低氧對機(jī)體乳酸閾和通氣閾的影響。結(jié)果顯示：1)三種環(huán)境下，通氣閾分別是：(720.0±71.8)s、(631.1±60.1)s、(616.0±40.0)s；乳酸閾時間是(826.67±72.11)s、(816.00±94.66)s、(744.00±94.66)s。2)隨著氧分壓的降低，通氣閾均早于乳酸閾出現(xiàn)，通氣閾和乳酸閾時各指標(biāo)的絕對值下降，但其百分比值變化不大。3)正常環(huán)境下，乳酸閾和通氣閾的相關(guān)性系數(shù)r>0.65(P<0.05)，但模擬1000m與模擬1500m相關(guān)性系數(shù)r<0.60(P>0.05)。結(jié)論：11通氣閾和乳酸閾的指標(biāo)及其百分比值可以用來衡量或評價運(yùn)動訓(xùn)練效果、指導(dǎo)運(yùn)動訓(xùn)練；2)進(jìn)入較高海拔后，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整運(yùn)動強(qiáng)度，以適應(yīng)環(huán)境的變化。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動生理學(xué)；低氧；氣體代謝；通氣閾；乳酸閾

中圖分類號：G804.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-7116(2009)07-0105-05

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對健康的認(rèn)識提高，意識到運(yùn)動休閑對健康的促進(jìn)作用很大，所以選擇假期出外旅游，蹬山也就成了時尚的選擇。蹬山不僅鍛煉身體，舒展心情，解脫工作壓力，而且可以享受大自然的美景，享受挑戰(zhàn)自我、戰(zhàn)勝自然的自豪。蹬山過程中，隨著海拔的升高，氣壓減小、氧分壓降低、機(jī)體運(yùn)動能力下降，若以相同的速度繼續(xù)蹬山，則越來越困難，因為機(jī)體的缺氧一方面是因為運(yùn)動需氧量保持或者增加，另一方面是由于外界氧分壓降低，機(jī)體攝氧減少或更加困難。

本實驗從模擬低氧的角度對蹬山運(yùn)動進(jìn)行研究，其意義主要是為大眾健身、平民體育、生活體育服務(wù)。同時也希望能夠為蹬山運(yùn)動訓(xùn)練提供參考。

1研究對象與方法

1.1研究對象

本實驗的對象為10名本校體育科學(xué)學(xué)院本科學(xué)生，身體健康，經(jīng)詢問無代謝和心肺系統(tǒng)疾病史。年齡(20.8±1.03)歲、身高(177.2±7.37)cm、體重(68.27±7.40)kg、脂肪百分比(14.31±3.63)％、BMI(21.71±1.43)kg／cm²。所有受試者均為自愿參加。

1.2研究方法

實驗地點在體育科學(xué)學(xué)院呼吸代謝實驗室，分別為正常環(huán)境、模擬1000m、模擬1500m環(huán)境。模擬1000m、模擬1500m環(huán)境在低氧帳篷里進(jìn)行，開動低氧發(fā)生器使氧氣體積分?jǐn)?shù)降低，氧氣體積分?jǐn)?shù)分別控制在18.5％、17.4％，氣壓與外界正常大氣壓一致。

根據(jù)參考文獻(xiàn)，我們采用遞增負(fù)荷方法進(jìn)行測定；首先在功率自行車上0w蹬踏4min，然后以每min遞增20W功率繼續(xù)進(jìn)行運(yùn)動，直至力竭，轉(zhuǎn)數(shù)控制在60r／min。測試指標(biāo)為：VE、V(CO₂)、血乳酸。

1.3數(shù)據(jù)處理

實驗結(jié)果采用Excel2003和SPSS14.0進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，數(shù)據(jù)結(jié)果采用x±s表示，顯著性采用SPSS14.0進(jìn)行T-test來檢驗，顯著性差異水平α取0.05。

2結(jié)果及分析

2.1通氣量(VE)的變化

由圖1所示，模擬1000m環(huán)境各個時段的VE均高于正常環(huán)境，并且在第6、8、9、11、12、14min點處的差異具有顯著性。模擬1500m環(huán)境，VE在運(yùn)動前6min通氣量與正常環(huán)境下接近，且穩(wěn)定在20L／min附近。第6min以后，模擬1500m環(huán)境下的VE逐漸增加，增加幅度大于正常環(huán)境，第9min時差異具有非常顯著性(P<0.01)，其他時段的差異均無顯著性。模擬1000m與模擬1500m相比，模擬1000m在各個時段的VE均要高于模擬1500m環(huán)境，并且在第2、3、5、6、8min處差異具有顯著性(P<0.05)。最大通氣量分另0為(102.8±12.6)、(102.6±18.2)、(93.2±11.1)L，模擬1500m與前兩者相比，差異具有顯著性(P<0.01)。

2.2血乳酸濃度的變化

安靜血乳酸(Bla)約為1.50mmol／L上下。運(yùn)動中前12minBLa增加緩慢，通過曲線圖(圖2)可以看出呈線性變化，但12min后，BLa迅速增加，偏離了原來的線性曲線。12min時，正常環(huán)境與模擬1000、1500m環(huán)境下BLa值分別為(3.18±0.48)、(3.05±0.75)、(3.90±1.20)mmol／L，模擬1500m與模擬1000m之間差異具有顯著性(P<0.05)。14min時分別為(4.39±0.761、(4.54±0.97)、(5.22±1.48)mmol／L，模擬1500m與模擬1000m相比較，差異具有顯著性(P<0.05)。

運(yùn)動后即刻BLa值分別為(9.58±1.40)、(7.22±1.38)、(6.57±1.50)mmol／L；運(yùn)動后3min的值分別為(11.31±2.09)、(8.03±1.53)、(7.53±1.70)mmol／L，達(dá)到峰值。與正常環(huán)境下相比，BLa值呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，且具有非常顯著性差異(P<0.01)。

2.3通氣閾與乳酸閾時各指標(biāo)的變化及相關(guān)性

如表1所示，通氣閾出現(xiàn)時間呈現(xiàn)下降趨勢，與正常環(huán)境相比，模擬1000m的差異具有顯著性(P<0.05)，模擬1500m的差異具有非常顯著性(P<0.01)。但其百分比值是先降后升。通氣閾時的通氣量呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，其中模擬1500m與正常環(huán)境和模擬1000m相比，差異具有顯著性(P<0.05)。其百分比也呈現(xiàn)下降趨勢，但變化不明顯。通氣閾時功率逐漸下降，與正常環(huán)境相比，模擬1000m時的差異具有顯著性(P<0.05)，模擬1500m時的差異具有非常顯著性(P<0.01)。

與正常環(huán)境相比，模擬1500m乳酸閾出現(xiàn)時間和功率的差異都具有顯著性(P<0.05)，而與模擬1000m相比，差異具有非常顯著性(P<0.01)。乳酸閾時通氣量、V(CO₂)呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，但差異沒有顯著性。

表2是3種環(huán)境下通氣閾和乳酸閾的相關(guān)性系數(shù)r的數(shù)值，在正常環(huán)境下相關(guān)系數(shù)，都在0.65以上，P<0.05，統(tǒng)計學(xué)上差異具有顯著性，但是在模擬l000m、1500m條件下時兩者的相關(guān)性系數(shù)r值降低，r值均在0.60以下，P>0.05，統(tǒng)計學(xué)上差異均無顯著性。

3討論

3.1正常與模擬1000、1500m遞增負(fù)荷運(yùn)動時通氣量(VE)變化

VE是非常重要的心肺功能指標(biāo)之一，反映有氧運(yùn)動能力的大小。肺活量與運(yùn)動中最大通氣量呈高度正相關(guān)，通常采用測定肺活量來間接衡量心肺功能。研究表明在不同低氧環(huán)境下運(yùn)動時，VE會隨著氧分壓的降低而升高，且差異具有顯著性，劉弢通過實驗證

實，在低氧條件下運(yùn)動時，通氣量明顯增加，均與本研究結(jié)果一致。相同時間段內(nèi)，模擬1500m時的VE略低于模擬1000m時的VE，這可能與氧分壓降低有關(guān)，有文獻(xiàn)報道當(dāng)缺氧刺激嚴(yán)重時，可引起中樞抑制作用，使呼吸頻率和深度減弱。

低氧環(huán)境下通氣量增加機(jī)制是：在低氧環(huán)境時，外界氧分壓(p(O₂)))降低導(dǎo)致血管內(nèi)p(O₂)降低，同時伴隨p(CO₂)的升高，pH降低和[H⁺]升高等現(xiàn)象，這些變化均引起外周中樞神經(jīng)興奮，發(fā)放神經(jīng)沖動，使呼吸中樞興奮，反射性引起呼吸加深加快，VE增加。

p(O₂)降低對呼吸中樞的作用是雙重的：一是p(O₂)降低可以刺激外周感受器，引起呼吸加深加快，二是p(O₂)降低可直接作用于呼吸中樞，抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)，即低p(00使中樞神經(jīng)元得不到充足的氧，從而降低呼吸中樞的機(jī)能反應(yīng)，引起呼吸減弱。即輕微的缺氧可以使呼吸加深、頻率加快，此時外周調(diào)節(jié)占主導(dǎo)，而缺氧嚴(yán)重時，超低p(O₂)對中樞的抑制加強(qiáng)，引起呼吸減弱。

實驗中，模擬1000m、模擬1500m，由于低p(O₂)的刺激引起呼吸加深加快，相同時間段內(nèi)，與正常環(huán)境下相比，VE都出現(xiàn)增加，部分點差異具有顯著性。模擬1500m時，p(O₂)進(jìn)一步降低，這時低P(O₂)對中樞的抑制作用加強(qiáng)，故VE要低于模擬1000m。

VE_max在模擬1500m環(huán)境下顯著下降，主要是因為低p(O₂)使受試者呼吸困難，攝入氧氣不足，有氧供能系統(tǒng)還未全部動用時就已經(jīng)大量采用糖酵解無氧供能系統(tǒng)進(jìn)行供能，產(chǎn)生大量乳酸，不利于維持高強(qiáng)度運(yùn)動，力竭時間提前出現(xiàn)，因此表現(xiàn)出VE_max下降。

3.2正常與模擬1000、1500m遞增負(fù)荷運(yùn)動時血乳酸濃度的變化

在不同的環(huán)境下運(yùn)動，相同負(fù)荷時血乳酸濃度(BLa)會發(fā)生變化。在高原低氧環(huán)境下，多數(shù)研究表明高原訓(xùn)練時同級負(fù)荷運(yùn)動時或者相同強(qiáng)度運(yùn)動時，BLa增加，乳酸閾LT時間提前，血乳酸速度曲線左移，與本研究結(jié)果一致。正常、模擬1000、1500m時在相同時段的值逐漸升高，且在某些點的差異具有顯著性。引起B(yǎng)La升高的主要原因是由于低氧P(O₂)，機(jī)體需氧與供氧矛盾提前，無氧糖酵解供能提前，故相同時間段的BLa值升高，且隨著p(O₂)降低而升高。

本實驗測得運(yùn)動后即刻和運(yùn)動后3minBLa，正常、模擬1000、1500m呈現(xiàn)下降趨勢，即刻分別為(9.58±140)、(7.22±1.38)、(6.57±1.50)mmol／L；運(yùn)動后3min分別是(11.31±2.09)、(8.03±1.53)、(7.53±1.70)mmol／L，差異具有非常顯著性(P<0.01)。運(yùn)動后3min的BLa值反映了運(yùn)動中最高水平，因為運(yùn)動中乳酸由肌肉釋放到血液中，需要一段時間。其值出現(xiàn)下降，可能是因為低，P(O₂)使運(yùn)動能力下降，有學(xué)者認(rèn)為這是機(jī)體進(jìn)行自我保護(hù)，防止機(jī)體因過度疲勞而損傷。而且力竭時間的縮短，總的運(yùn)動量也減少，乳酸積累減少，故BLa值降低。

3.3正常與模擬1000、1500m遞增負(fù)荷運(yùn)動中通

氣閾與乳酸閾時各指標(biāo)的變化及其相關(guān)性

1)通氣閾。

通氣閾(VT)隨，P(O₂)降低而提前已得到證實，表現(xiàn)為通氣閾時間提前，通氣量、功率降低等。目前關(guān)于低氧環(huán)境下VT時VE減小、功率降低的研究，國內(nèi)尚未報道。本實驗通過比較3種環(huán)境下的通氣閾時各指標(biāo)發(fā)現(xiàn)：通氣閾出現(xiàn)時間、VE、功率和V(CO₂)均下降，且差異具有顯著性。而對應(yīng)的通氣閾出現(xiàn)時間、VE、功率和V(CO₂)的百分比則是正常環(huán)境最高，模擬1500m次之，模擬1000m最低。

通氣閾機(jī)制是：在遞增負(fù)荷運(yùn)動中，氣體代謝指標(biāo)均隨著負(fù)荷強(qiáng)度的增加而發(fā)生變化，當(dāng)負(fù)荷強(qiáng)度達(dá)到一定的水平時，VE、V(O₂)和V(CO₂)等指標(biāo)突然出現(xiàn)非線性增長。VT出現(xiàn)是因為肌肉無氧代謝增強(qiáng)，導(dǎo)致大量乳酸和H-擴(kuò)散入血液，誘發(fā)血液CO₂增加和代謝性酸中毒刺激頸動脈所致。但VT并不依賴于血乳酸增加，研究表明VT與骨胳肌神經(jīng)原性刺激有關(guān)，已知肌纖維中有大量Ⅲ、Ⅳ類感覺傳人纖維，其發(fā)放的神經(jīng)沖動可影響心血管和呼吸系統(tǒng)的活動，這些神經(jīng)纖維可被大量的體液性因素如H+、乳酸、兒茶酚胺及p(O₂)下降所激活。

VT在不同環(huán)境下會發(fā)生變化，低p(O₂)刺激機(jī)體提前動用糖酵解進(jìn)行供能，導(dǎo)致乳酸增加，血液pH值下降，H-增加，p(O₂)下降和兒茶酚胺升高引起神經(jīng)變化引起肌肉神經(jīng)元興奮，產(chǎn)生神經(jīng)沖動或者神經(jīng)沖動的頻率和幅度增加，從而引起VE等通氣代謝指標(biāo)提前發(fā)生非線性變化，表現(xiàn)在VE、V(O₂)、V(CO₂)的急劇增加提前，而在通氣閾出現(xiàn)時的值出現(xiàn)降低。

實驗中發(fā)現(xiàn)，VT的時間、VE、功率、V(CO₂)的百分比出現(xiàn)先降后略有升高，其可能是模擬1500m的峰值較前兩種環(huán)境顯著降低，所以VT的出現(xiàn)時間、VE、功率、V(CO₂)的絕對值降低。

2)乳酸閾。

乳酸閾(LT)在低氧環(huán)境下出現(xiàn)提前現(xiàn)象，出現(xiàn)LT的時間分別是(826.67±72.11)、(816.00±94.66)、(744.00±94.66)s，其中模擬1500m時差異具有顯著性。可能是低p(O₂)促使機(jī)體提前動用糖酵解供能有關(guān)，而時間百分比卻變化不明顯，主要是低氧抑制運(yùn)動能力，力竭時間縮短引起的。

LT功率呈現(xiàn)下降的趨勢，且模擬1500m與前面相比，差異具有顯著性。對應(yīng)的功率百分比也有下降的趨勢，但是變化不大，結(jié)果差異沒有顯著性，可能與最大功率下降有關(guān)。

引起LT功率變化的原因主要是因為LT時間提前，故LT功率也減小。VE在乳酸閾時先略有升高，后又下降。模擬1000mVE升高主要是因為低氧刺激引起的VE增加，而LT出現(xiàn)時間接近。模擬1500mVE下降是因為p(O₂)降低引起VE增加，但同時也對呼吸中樞產(chǎn)生抑制，同時LT出現(xiàn)時間明顯提前，故LT時VE下降。LT的時間、功率、VE百分比變化不明顯，可能提示：LT時指標(biāo)的相對值變化不大，所以在不同

環(huán)境下運(yùn)動時，需要考慮環(huán)境的影響，采用相對指標(biāo)來評價運(yùn)動員的能力和訓(xùn)練成效。

LT時V(CO₂)先是略有增加，然后下降。模擬1500m時V(CO₂)下降明顯，可能與LT時間提前有很大關(guān)系，那時運(yùn)動強(qiáng)度與正常、模擬1000m相比，功率小，有氧代謝的水平低于前兩者，代謝產(chǎn)生的CO₂減少，具體機(jī)制尚不清楚。

3)通氣閾乳酸閾的相關(guān)性。

在3種環(huán)境下，VT時指標(biāo)的值要明顯低于LT時的值，提示VT出現(xiàn)要早于LT，這已經(jīng)得到學(xué)者的認(rèn)同。常環(huán)境下、模擬1000m、模擬1500m運(yùn)動時的VT時間分別提前106.67、184.89、128.00s，VE分別要低19.14、24.97、19.70L。可能是運(yùn)動時有氧代謝增強(qiáng)，CO₂增加，同時由于無氧代謝產(chǎn)生的乳酸增加，置換出碳酸鹽中的CO₂，使血液中[H+]增加，pH值下降，故p(O₂)降低，p(CO₂)、[H+]升高，而這些變化均可以引起VE升高加速，出現(xiàn)通氣閾。VT時的乳酸雖然有所增加，但是未達(dá)到出現(xiàn)閾的水平。

隨著環(huán)境的改變，VT與LT仍然保持較高正相關(guān)，肖國強(qiáng)等通過在常溫、高溫、熱脫水和非脫水等環(huán)境中對血乳酸、氣體代謝等指標(biāo)的研究，發(fā)現(xiàn)環(huán)境的改變，兩者之間仍然存在較高的相關(guān)性，但相關(guān)系數(shù)發(fā)生了改變。雖然實驗環(huán)境不同，與我們研究的結(jié)果是一致的。

在正常環(huán)境下VT與LT的相關(guān)性較高，相關(guān)系數(shù)r均在0.65以上，差異具有顯著性(P<0.05)，與前人的研究結(jié)果一致。但是在模擬1000m、1500m下差異沒有顯著性，其相關(guān)性系數(shù)，均在0.60以下。與前人研究結(jié)果相比，r值偏低，Caesser等研究表明，LT與VT在訓(xùn)練前后相關(guān)性系數(shù)都很高，訓(xùn)練前r=0.96，訓(xùn)練后r=0.86，P值均小于0.01，差異具有非常顯著性。Caiozzo等研究以不同的VT指標(biāo)來判斷的VT與LT時，以VE／V(O₂)為判別標(biāo)準(zhǔn)的VT與LT相關(guān)性系數(shù)最高，r為0.93，其P值小于0.001，而且重復(fù)性很高，r為0.93，P<0.001。

本次實驗得出VT和LT相關(guān)系數(shù)值偏低，可能是受試者為在校體育系本科學(xué)生，也可能與采血時間(每次采血間隔2min)和部位(指尖末梢血)不同有關(guān)，另外VT判斷也存在一定的誤差，還可能與其他的因素有關(guān)。此外環(huán)境也是影響因素之一，本實驗?zāi)M1000m、1500m時VT與LT的相關(guān)性系數(shù)出現(xiàn)降低趨勢，提示兩閾受不同的因素影響，P(O₂)高低對兩種閾的影響系數(shù)不一樣，從而引起兩閾之間相關(guān)性系數(shù)降低。究竟低氧對VT和LT的影響系數(shù)如何，本實驗研究尚不能夠證明，需要進(jìn)一步驗證。

本實驗通過模擬不同P(O₂)環(huán)境(正常、模擬1000m、1500m)下進(jìn)行遞增負(fù)荷運(yùn)動，VE_max下降，VT、LT時間提前，相同負(fù)荷下BLa上升，最大BLa下降。提示有氧運(yùn)動能力隨著，P(O₂)的降低而下降。建議進(jìn)入海拔高于1000m區(qū)域以后，需要考慮環(huán)境變化對運(yùn)動能力的影響，適當(dāng)調(diào)整運(yùn)動強(qiáng)度以適應(yīng)環(huán)境的變化。

在低氧環(huán)境下運(yùn)動，運(yùn)動能力下降是整體性的，VT和LT時間、VE、功率、V(CO₂)等指標(biāo)的百分比值變化不大，提示可用百分比來評價運(yùn)動能力和成績。

VT出現(xiàn)早于LF，并隨著P(O₂)的改變也保持這種關(guān)系，變化幅度穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，時間分別提前106.67、184.89、128.00s，VE分別低19.14、24.97、19.70L。兩者在正常環(huán)境下較高相關(guān)(P<0.05)，差異具有顯著性，但模擬1000m、1500m的低氧環(huán)境下r下降，差異不具顯著性，提示低氧可能對VT、LT的影響系數(shù)不一樣，故r降低。

[編輯：鄭植友]