吸氣肌訓練對健康大學生VO2peak、肺功能及運動能力的影響

趙敬國 朱同樂 曹麗鳳

(山東師范大學體育學院,山東濟南 250014)

吸氣肌訓練對健康大學生VO2peak、肺功能及運動能力的影響

趙敬國 朱同樂 曹麗鳳

(山東師范大學體育學院,山東濟南 250014)

探討呼吸肌訓練能否影響以主觀感覺為主要判定標準的VO2peak值以及肺功能和運動能力。方法:觀察了為期4周的吸氣肌力量訓練過程中VO2peak值、肺功能及運動能力的動態(tài)改變。結果:隨吸氣肌訓練周期的延長,吸氣肌力量、GXT運動持續(xù)時間及完成的最大負荷值以及VO2peak的絕對值和相對值均呈顯著性意義的增加(P＜0.01);而對照組則沒有顯著性意義的改變(P＞0.05)。MV、VCmax和FEV1均沒有顯著性意義的差異(P＞0.05)。結論:4周吸氣肌力量訓練可顯著性提高以主觀感覺為主要判定標準的VO2peak值以及遞增負荷運動試驗(GXT)的運動能力。

VO2peak;吸氣肌訓練;運動能力;遞增負荷運動試驗(GXT);肺功能

人體運動時的氧供應是由呼吸系統、血液、心血管系統來實現的,傳統的理論認為,在健康人群中,呼吸系統的結構和機能有很大的儲備,完全能夠滿足高強度短時間或長時間運動對肺通氣和肺換氣能力的需求。然而新近的研究顯示,在正常人群中,呼吸系統的功能在其耐力成績中的重要性比以往的假設要重要的多,在高強度耐力運動中會發(fā)生由于氣道狹窄或需求過高而出現的氣流限制、由于心內或肺內分流而導致的動脈低氧血癥、由于呼吸肌疲勞而引起肢體血管的縮血管效應,進而導致運動能力的降低[1]。呼吸肌訓練能使其力量和耐力加強,導致運動時呼吸肌疲勞減輕,從而減低肢體血管的縮血管效應和呼吸困難的感覺,進而使運動能力得以改善和提高[2-4]。VO2max是反映人體氧運輸系統功能能力的綜合指標,也是反映人體有氧運動能力的重要指標,已成為耐力運動員選材的重要依據,決定VO2max的生理學機制主要是心臟的泵血功能(中央機制)和肌肉利用氧的能力(外周機制)。但在實際測定時非運動員群體中的大多數人都難以達到VO2max的測試標準,于是研究人員開始逐漸采用VO2peak來表述不符合VO2max測試標準的攝氧量的最高值,VO2peak已是近年來國外運動醫(yī)學文獻中出現頻度較高的一個專業(yè)術語,應用對象多為普通人群和病人,其判定標準主要是參考受試者的主觀感覺或部分生理指標,VO2peak具有較高的再測信度,是一項穩(wěn)定性較好的測試指標[5]。既然呼吸肌訓練可降低運動時的呼吸吃力和腿部疲勞的感覺[2],那么經過一段時間的呼吸肌訓練是否會影響以主觀感覺為主要判定標準的VO2peak值?呼吸系統的功能能力是否是影響VO2peak的重要生理學因素?為此本文對為期4周吸氣肌訓練過程中健康女大學生VO2peak值、常規(guī)肺功能及運動能力的改變進行了動態(tài)觀察。

1 對象與方法

1.1 實驗對象

經詢問人口統計學特征及健康狀況、填寫PARQ&Y OU問卷及身體活動指數,并進行一次 GXT測試,篩選出能勝任且符合健康要求的山東師范大學女大學生14名作為受試對象,隨機分為實驗組(n=8)和對照組(n=6),所有受試者均無呼吸系統及心血管系統疾患史,向受試者詳細介紹本試驗的目的、過程及可能出現的痛苦,所有受試者均書面同意并愿意配合該實驗。

實驗組受試者進行為期四周的吸氣肌訓練,對照組不進行任何專門性呼吸訓練。

受試者人口統計學特征見表1,組間比較,P＞0.05。

表1 受試者人口統計學特征(±SD)

表1 受試者人口統計學特征(±SD)

組別 年齡(歲) 身高(cm) 體重(Kg)實驗組 23.38±1.19 165.13±5.82 56.81±5.70對照組 23.0±1.10 165.0±2.76 51.47±3.49

1.2 實驗方法

1.2.1 吸氣肌力量訓練

吸氣肌訓練裝置:采用本研究室專門設計的吸氣肌訓練測試裝置。該裝置是由帶有刻度的U形玻璃管組成,高度為150cm,內徑為1cm。管內裝有一定高度的水。

最大吸氣壓(MIP)測定:測量時受試者對準口嘴從殘氣位開始做深吸氣,到肺總容量結束,此時U形管中水柱所能達到的最大差值即為最大吸氣壓(cmH2O)。

吸氣肌力量訓練:以每周測定的最大吸氣壓的80%作為訓練負荷,吸氣到預定負荷時再保持5s為一次,然后將口嘴移開進行平靜呼吸等待下一分鐘的訓練,30次/30min/天,5天/周,共持續(xù)4周(20個訓練期)[3]。

1.2.2 常規(guī)肺通氣、VO2peak及運動能力的測試

要求所有受試者在測試前24h內拒絕參加任何劇烈活動,在測試當天,受試者不能喝含咖啡因的飲料,保證7h以上的睡眠,測試前1-2h內不要進食,測試時適當著裝。遞增負荷運動試驗(GXT)方案:采用德國產ergoline 150P功率車為負荷工具,從0W開始蹬起,每隔3min增加25 W,保持轉速在60轉/分,到受試者不能再保持60轉/min為止。記錄增量運動所能達到的最大負荷(W)和持續(xù)運動的時間(min)以及增量運動結束時的RPE值。

VO2peak及常規(guī)肺通氣功能的測定:采用德國耶格公司生產的MasterScreen CPX運動肺功能儀,測定受試者 GXT運動至受試者主觀感覺不能再堅持運動時的VO2峰值,即為VO2peak值。同時測定受試者安靜時的常規(guī)肺通氣功能,評價指標選用每分通氣量(MV)、肺活量(VCmax)和一秒量(FEV1)。實驗前及呼吸肌訓練期間,每周所有受試者(實驗組和對照組)均測定一次常規(guī)肺功能及運動肺功能。

1.3 統計學處理

將所得數據經核實無誤后,采用SPSS 15.0 for windows對數據進行統計學處理,分別進行描述性統計和推斷性統計。差異顯著性檢驗采用重復測量方差分析、配對樣本T檢驗及獨立樣本T檢驗,差異顯著性標準采用 P＜0.05,極顯著性標準采用 P＜0.01,結果均以 X—±SD表示。

2 結果

2.1 四周訓練期間吸氣肌力量的動態(tài)變化

表2 四周訓練期間吸氣肌力量(MIP)的變化(X—±SD)(cmH2O)

可見,實驗組隨吸氣肌訓練周期的延長,吸氣肌力量(MIP)呈顯著性意義的增加(P＜0.01),而對照組的吸氣肌力量則沒有顯著性意義的改變(P＞0.05)。

2.2 四周訓練期間增量運動至最大負荷的時間及最大負荷的動態(tài)變化

表3 四周訓練期間增量運動至最大負荷的時間及最大負荷的動態(tài)變化(X—±SD)

可見,實驗組隨吸氣肌訓練周期的延長,GXT運動持續(xù)時間呈顯著性意義的增加(P＜0.01),完成的最大負荷值也呈顯著性意義的增加(P＜0.01);而對照組則沒有顯著性意義的改變(P＞0.05)。

2.3 四周訓練期間 VO2peak值的動態(tài)變化

表4 四周訓練期間VO2peak絕對值及相對值的動態(tài)變化(X—±SD)

可見,實驗組隨吸氣肌訓練周期的延長,VO2peak的絕對 值和相對值均呈顯著性意義的增加(P＜0.01);而對照組則沒有顯著性意義的改變(P＞0.05)。

2.4 四周訓練期間常規(guī)肺通氣功能的動態(tài)變化

表5 四周訓練期間常規(guī)肺通氣功能動態(tài)變化(X—±SD)

可見,實驗組和對照組在四周吸氣肌訓練期間,肺每分通氣量(MV)、肺活量(VCmax)和一秒量(FEV1)均未見有顯著性意義的差異(P＞0.05)。說明四周吸氣肌力量訓練的效應并不能在常規(guī)肺通氣功能指標上得以體現。

3 討論

影響人體運動能力的因素是多方面的,其中運送氧氣到工作肌的最大能力(動脈血氧含量×血流量)以及依次發(fā)生在肌肉毛細血管擴散氧氣到線粒體的最大能力是決定最大攝氧量的主要因素,也即決定耐力運動成績的主要因素。此外,運動成績還受大腦的努力知覺及其對中樞驅動的抑制作用的影響。這些外周因素和中樞因素是緊密相關的,外周疲勞可通過從工作肌至運動中樞的反饋途徑影響中樞疲勞的發(fā)生。一般認為,在健康人群中,呼吸系統的結構和功能有很大的儲備量,完全能夠滿足高強度短時間或長時間運動對肺通氣和肺換氣能力的需求。然而一種漸漸清晰的觀點認為,在健康人群中以及一些經過耐力訓練的個體中,運動時氣道、氣體交換機制及胸腔壁的功能能力也已成為對運動成績構成有效限制的一種值得注意的問題。研究顯示,呼吸系統對氧運輸和運動成績造成限制的原因可能有以下三個方面:①由于氣道的狹窄和過度反應,在運動期間發(fā)生胸內氣道的氣流限制。②由于肺泡-動脈氧分壓差的過度擴大而導致運動性動脈低氧血癥。這種低效率的氣體交換部分是由于運動期間心臟內或肺內發(fā)生了混合靜脈血的分流。③由于持續(xù)高強度運動而產生的呼吸肌疲勞以及由此而引起的對四肢肌肉內血管的縮血管效應[1]。

呼吸肌的疲勞主要是指膈肌的疲勞,膈肌是一種非常特化的肌肉,相對于四肢肌而言,膈肌具有許多獨特的抗疲勞特性,如膈肌具有較高的氧化能力,有短的毛細血管至線粒體間的氧氣擴散距離,介于快肌和慢肌之間的收縮速度,膈肌中的小動脈對縮血管物質的敏感性較低而對舒血管物質的敏感性則較高。然而無論是未訓練的個體還是訓練水平較高的個體,無論是在大強度(80%VO2max以上)還是長時間的運動(大于120min)中,通過最大運動神經刺激時膈肌力量變化的測量,顯示出膈肌的嚴重疲勞,這種疲勞雖并不能損害肺通氣但將反射性地誘發(fā)交感神經介導的縮血管活動,進而損害了流到活動肢體肌肉的血流量,使到達工作肌的血流量和運輸的氧氣量相應減少,加劇了肢體肌肉的疲勞,進而損害了運動成績[6,7]。呼吸肌是形態(tài)學和機能學上的骨骼肌,因此如果應用合理的生理負荷,它可以與運動肌一樣,可用同樣的方式來進行訓練,且一般建議,獲得吸氣肌力量增加的訓練負荷要達到80%-90%MIP,獲得力量耐力增長的訓練負荷要達到60%-80%MIP,獲得耐力提高的訓練負荷則要達到大約60%MIP[8]。研究顯示,進行11周的吸氣肌訓練,MIP增加最多(45%),但是從訓練效果而言,4周訓練效果最佳,繼續(xù)訓練則變化不大[9]。高強度吸氣肌訓練法可降低運動時的呼吸吃力和窒息的感覺、可減弱高水平運動員呼吸困難的感覺和增加中等訓練人群的最大攝氧量。

4 結論

4周的吸氣肌力量訓練(訓練負荷為80%MIP,30次/30min/天,5天/周,共20個訓練期)可顯著性提高以主觀感覺為主要判定標準的VO2peak值以及遞增負荷運動試驗(GXT)的運動能力。提示在VO2peak測定及評價過程中應充分考慮吸氣肌訓練的影響,建議吸氣肌力量訓練也應成為耐力運動員重要的輔助性訓練之一。

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Effects of Inspiratory Muscle Training on VO2peak,Lung Function and Exercise Performance in Healthy University Students

Zhao Jingguo,Zhu T ongle,Cao Lifeng
(Physical Education College,Shandong Normal University,Jinan,250014,Shandong,China)

T o probe into the questionof whether the respiratory muscle training may affect the value of VO2peak determined with the subjective feeling criterion,lung function and exercise performance.Methods:The dynamic changes of VO2peak value,conventional lung ventilation and exercise performance had been measured and evaluated by MasterScreen CPX ergospirometry testing device during the four weeks of inspiratory muscle strength training(80%MIP used as training load,30 times/30 minutes/day,5 days/week,a total of 20 training periods).Results:With the accumulation of inspiratory muscle training period,the inspiratory muscle strength(MIP),GXT duration and the maximum load value,the absolute and relative VO2peak values were statistically significant increase(P＜0.01);there was no significant change in the control group(P＞0.05).In both groups,there were no significant differentces in values of MV、VCmax and FEV1 during the four weeks respectively(P＞0.05).Conclusion:The 4-week inspiratory muscle strength training can significantly increase the value of VO2peak,as well as increasing exercise performance of GXT.

VO2peak;inspiratory muscle training;exercise performance;graded exercise test(GXT);lung function

G804.21

A

1672-1365(2010)03-0062-03

2009-11-30;

2010-03-02

趙敬國(1964-),男,山東新泰人,教授,碩士研究生導師,研究方向:運動訓練的機能學評價。