不同負荷時間下ETM低氧耐力訓練對大學生體能水平的影響研究

扆 錚， 王姣姣， 尹 軍

(1.首都體育學院 體育教育訓練學院，北京 100191；2.北京體育職業學院 競技體育系，北京 100075)

引 言

大學生是未來社會的中堅力量，是建設國家提升國力最重要的生產力之一。良好的體質健康水平是當代大學生為國家發展、民族繁榮和個人成長作出努力的基礎。然而，《中國青少年體育發展報告》(2015)曾指出：“大學生各項身體素質測試水平較低，同一項目的測試成績往往還不如中學生?！盵1]因此，如何有效提高大學生體質健康問題已成為當前社會關注的焦點。

圖1 高海拔呼吸面罩

高原訓練是在低壓和缺氧刺激條件下的一種強化訓練，會對人體產生較平原環境下更為深刻的刺激，有助于使人體的運動、免疫和內分泌等系統產生良性適應，最終達到提高人體運動能力的目的[2,3]。然而，真實的高原訓練對環境的海拔高度有著特殊的要求，因此不具備大范圍推廣應用的客觀條件。為了解決該問題，市面上出現了諸多模擬高原訓練環境的器材，高海拔呼吸面罩(ETM)就是其中之一(見圖1，①為出氣口，②和③為進氣口)。

該器材通過對出氣口和進氣口的調節來模擬高原訓練環境，以期達到高原訓練的效果。本研究借助于高海拔呼吸面罩，研究不同負荷時間條件下的ETM低氧耐力訓練對大學生體能水平的影響，以期從實踐操作層面為改善大學生體質健康狀況提供參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以北京市某高校46名大三學生(男生31人，女生15人)為實驗對象。通過SPSS22.0軟件將實驗對象隨機分為實驗Ⅰ組、實驗Ⅱ組和對照組，其中，實驗Ⅰ組和實驗Ⅱ組進行ETM訓練，對照組不佩帶ETM，進行傳統耐力訓練。實驗對象基本信息見表1。

表1 實驗對象基本信息一覽表

1.2 研究方法

1.2.1 實驗法

1.2.1.1 測試指標 實驗對象體能水平評估包括三個方面：身體形態、身體機能和身體素質。其中，身體形態指標為：體重、骨骼肌質量和體脂含量；身體機能指標為：肺活量、第一秒時間肺活量、最大攝氧量和心率。身體素質指標包括：垂直縱跳(力量—爆發力)、50米跑(速度)、Beeptest(耐力)、坐位體前屈(柔韌)和T形測試(靈敏)[4]。

1.2.1.2 實驗器材 1)高海拔呼吸面罩：該訓練器材可以模擬海拔高度從914M到5486M的低氧環境。鑒于實驗對象從未接受過高原訓練或類似低氧環境下的訓練，所以本研究將模擬海拔高度設置為914M。2)電動肺活量計：采用上海欣曼科教設備有限公司生產的BF-II電動肺活量計(見圖2)，測試實驗對象的肺活量(VC)和第1秒時間肺活量百分比(FEV1%)兩項指標。3)Polar心率監控系統：通過該系統對實驗對象第一次訓練課和最后一次訓練課的心率進行實時監控(見圖3)。4)InBody 370體成分分析儀：測試實驗對象體重、骨骼肌質量和體脂含量等指標數據(見圖4)。5)其它設備：采用BeepTest測試實驗對象的最大攝氧量(VO2max)[5]。測試所需器材為標志桶，秒表和卷尺等。其它測試器材包括音箱和VERTEC(用于測試垂直縱跳，見圖5)。

圖2 電動肺活量計 圖3 Polar團隊心率監控系統 圖4 體成分測試儀370 圖5 VERTEC測試

1.2.1.3 實驗流程 實驗開始前收集實驗對象身體形態、機能和素質相關測試指標數據。

將46名大三學生隨機分為實驗Ⅰ組(佩帶ETM進行15分鐘訓練)，實驗Ⅱ組(佩帶ETM進行30分鐘訓練)和對照組(不佩帶ETM進行30分鐘訓練)。實驗共進行9周：第1周進行預實驗；第2-8周進行正式實驗，每周2次訓練課；第9周參加訓練后測試。預實驗在正式實驗開始前一周進行，分兩次課(周一和周三)進行，第一次預實驗課分三步進行，其目的是熟悉訓練流程和器材的使用方法：1)實驗Ⅰ組和Ⅱ組佩帶ETM靜坐10分鐘，以適應訓練器材所帶來的不適感；對照組僅旁聽學習ETM的使用方法；2)實驗Ⅰ組、實驗Ⅱ組和對照組分別進行5分鐘的慢跑運動；3)實驗Ⅰ組、實驗Ⅱ組和對照組根據Beep Test音樂節點進行20米折返跑，運動時間5分鐘，運動強度為測試音樂的level1-level4。第二次預實驗課的目的是確定實驗過程所需要的訓練強度。實驗Ⅱ組佩帶Polar心率表，根據BeepTest音樂節奏在Level3-Level4之間進行30分鐘20米折返跑，訓練后Polar團隊心率實時監控系統顯示受試對象平均心率達為160次/分，滿足有氧工作心率范圍的要求(最大心率的60%-85%)[5]，所以，本研究將Level3-Lever4的音樂節奏作為實驗過程訓練強度監控參考指標。在30分鐘折返跑中，為了更好的控制自變量對研究結果的影響，實驗Ⅰ組和對照組也采用上述音樂片段完成相應時間段的訓練。

正式實驗共進行7周，每周2次訓練課(時長為25-40分鐘)，每次課包括5分鐘準備活動，15-30分鐘訓練(實驗Ⅰ組進行15分鐘訓練，實驗Ⅱ組和對照組分別進行30分鐘訓練)和5分鐘靜態拉伸放松。實驗過程中，實驗Ⅰ組、實驗Ⅱ組和對照組根據音樂節拍在兩條20米間距的標志線間進行折返跑，所有實驗對象均佩帶Polar心率表對負荷強度和身體機能狀況進行實時監控，記錄第一次和最后一次訓練課的平均心率。

正式實驗結束后，三個組的實驗對象均于第9周參加訓練后測試，測試內容和實驗前測試相同。

1.2.2 數理統計法 將原始數據錄入Excell表進行初步整理；采用Spss22.0分析軟件對數據進行獨立樣本T檢驗和配對樣本T檢驗分析，所測數據用均數±標準差表示。

2 研究結果

2.1 實驗前后身體形態指標的對比分析

表2數據表明：實驗Ⅰ組實驗后體重、骨骼肌質量和體脂含量組內檢驗雖有下降，但未見顯著性變化；實驗Ⅱ組實驗后體重和體脂含量組內檢驗均有顯著性下降(P<0.01)，骨骼肌質量雖有下降，但未見顯著性差異，其中體重指標實驗后組間檢驗均有顯著性差異；對照組實驗后體重和體脂含量組內檢驗均有顯著性下降(P<0.01)，骨骼肌質量雖有下降，但未見顯著性差異。

表2 實驗前后身體形態指標變化一覽表

注：組內比較：**P<0.01，*P<0.05；組間比較：△△P<0.01，△P<0.05，下同

2.2 實驗前后身體機能指標的對比分析

表3數據表明：實驗Ⅰ組實驗后肺活量、第一秒時間肺活量、最大攝氧量和平均心率組內檢驗雖有變化，但無顯著性差異；實驗Ⅱ組實驗后肺活量、第一秒時間肺活量、最大攝氧量組內和組間檢驗均有顯著性提高(P<0.01)，平均心率實驗前后組內檢驗雖有下降，但無顯著性差異；對照組實驗后肺活量和最大攝氧量組內檢驗均有顯著性變化(P<0.01)，第一秒時間肺活量和平均心率組內檢驗沒有顯著性變化。

2.3 實驗前后身體素質指標的對比分析

表4數據表明：實驗Ⅰ組實驗后垂直縱跳、50秒跑、Beeptest、坐位體前屈和T形測試組內檢驗均無顯著性差異；實驗Ⅱ組實驗后Beeptest組內和組間檢驗均有顯著性差異，其它測試指標雖有變化但無顯著性差異；對照組實驗后Beeptest組內檢驗有顯著性差異，其它測試指標無顯著性差異。

表3 實驗前后身體機能指標變化一覽表

3 分析與討論

3.1 不同負荷時間下的ETM低氧耐力訓練對身體形態指標的影響分析

人的體重主要由肌肉、脂肪、骨骼、水等成分構成，各身體成分在人體生長發育成熟到逐漸衰老的增齡過程中會發生不同程度的變化，是反映和衡量一個人健康狀況的重要標志之一。研究結果表明：實驗后，三個組別實驗對象的體重均有下降，但實驗Ⅱ組和對照組有顯著性變化，說明實驗Ⅰ組不能有效降低實驗對象的體重；換言之，在體重測試指標上，15分鐘ETM低氧耐力訓練沒有達到傳統訓練30分鐘的效果，該研究結果和其它研究沒有形成一致的認識[6]。實驗Ⅱ組體重下降幅度最為明顯，訓練效果明顯好于其它兩個組。

肌肉是身體成分中最重要成分之一，在人體中約占體重的35%～40%，是體內數量最多的一種組織，也是人體進行身體活動的動力源，具有一定的骨骼肌力量水平也是人體進行各種體力活動的基礎[7]。表2數據顯示，實驗對象的體重均有下降，其主要因素是體脂含量有著顯著性的下降(實驗Ⅱ組和對照組)，而骨骼肌質量并沒有顯著性變化。出現該結果可能是因為訓練內容是以跑步為主，沒有安排抗阻訓練，所以該結果符合實驗預期。從降低體脂含量的角度出發，實驗Ⅱ組的效果最佳，對照組其次。從提高骨骼肌含量的角度出發，后續應研究抗阻訓練方案指導下的高海拔呼吸面罩對人體的影響。

3.2 不同負荷時間下的ETM低氧耐力訓練對身體機能指標的影響

身體機能是人體各器官系統的功能[8]，其中的心肺功能對于人體的運動能力有著重要的作用。它反映了人體心臟泵血功能和肺部吸氧能力，且兩者的能力直接影響全身器官及肌肉的活動，具有人體中樞的調控作用[8]。肺活量反映了肺一次通氣的最大能力，是測定肺通氣功能簡單易行的指標。時間肺活量是評價肺通氣功能的動態指標，它不僅反映肺活量的大小，而且還能反映肺的彈性是否降低和呼吸阻力是否增加等情況。第一秒時間肺活量是在人體最大吸氣之后，以最快速度進行最大呼氣，第1秒時間內所能呼出氣量占最大用力呼氣量的百分比；表3數據表明：實驗Ⅱ組和對照組實驗后取得了顯著的訓練效果，實驗Ⅰ組則沒有顯著性的變化。因此，在肺功能測試指標中，15分鐘的ETM低氧耐力訓練沒有達到傳統訓練30分鐘的效果；30分鐘的ETM低氧耐力訓練效果優于傳統30分鐘訓練效果。ETM通過調節不同的閥門可以減少吸入肺部的空氣量，實驗對象只有通過深呼吸的方式獲得更多的氧氣，在外部環境刺激下，血液在肺部交換二氧化碳和氧氣的氣囊會被拉長，擴大的氣囊會形成更多的空間，從而提高了血液的載氧能力[9]。也有研究表明：呼吸的專門性訓練通過改善最大自主通氣，提高呼吸肌群力量和耐力，從而實現提高有氧競技水平的目的[10]。在本研究中，從實驗對象VO2max的變化情況來看，ETM不能夠模擬真實高原訓練所帶來的效果，沒有實現通過對呼吸肌的訓練來提高人體的有氧運動能力的目標[11-14]。

表4 實驗前后身體素質指標變化一覽表

VO2max是指在人體進行最大強度的運動，當機體出現無力繼續支撐接下來的運動時，所能攝入的氧氣含量。是反映人體有氧運動能力的重要指標。實驗Ⅱ組和對照組實驗后VO2max均有顯著性提高，因此，不能說明實驗Ⅱ組實驗對象VO2max的變化是由ETM低氧耐力訓練產生的；實驗Ⅰ組實驗后沒有表現出顯著性的差異或許是因為訓練時間較短，沒有對機體形成深刻的刺激所造成。根據上述分析，ETM通過調節進出氣口的阻力來模擬低氧訓練環境，但本研究中實驗對象處在該環境下的訓練時間較短，不足以讓機體產生適應性的變化。這或許是本研究中ETM低氧耐力訓練沒有實質性提高血液載氧能力的原因，后續研究應通過對生理生化指標的監控以進一步佐證本文的研究結果。

心率是指動脈血管壁的收縮和舒張而發生的規律性波動[15]。通過定量負荷負荷試驗，對負荷前后心率變化及運動后心率的恢復過程進行比較，可以了解心臟功能及身體的綜合機能狀況。表3數據顯示：在定量負荷下，實驗對象最后一次訓練課平均心率，較實驗前第一次訓練課平均心率有所下降，但均未表現出顯著性的差異，這一方面說明實驗對象的機體逐漸對訓練產生適應，另一方面也說明訓練的時間或許較短，從而導致機體的這種適應性并未表現出顯著性的差異?？梢灶A見的是，隨著實驗時間的延長，實驗對象的平均心率會逐漸下降，并呈現出顯著性的差異。而ETM在定量負荷運動中對實驗對象心率的具體影響則需要進一步研究。

3.3 不同負荷時間下的ETM低氧耐力訓練對身體素質指標的影響

體質健康水平很大程度上取決于身體素質水平，而身體素質水平的實質性提高則是由后天的體育鍛煉意識和鍛煉程度所決定的，絕非朝夕之事。表4數據表明：所有實驗對象的下肢爆發力、速度和柔韌性雖有改善，但并未出現顯著性的變化，表明以跑步為手段的低氧耐力訓練不能夠有效提高下肢爆發力、速度和柔韌等素質，后續可以研究以抗阻訓練為手段的低氧耐力訓練對人體運動素質的影響；實驗Ⅱ組和對照組的耐力水平有顯著性提高，表明15分鐘的ETM低氧耐力訓練沒有對機體產生實質性的影響，換言之，該器材宣稱的“15分鐘ETM訓練可以實現30分鐘非ETM訓練效果”或許只是一種商業噱頭。

4 結 論

在身體形態方面，持續一定時間的低氧耐力訓練(30分鐘)能夠顯著性降低體重和體脂，但短時間的低氧耐力訓練(15分鐘)對體重和體脂影響較小，且不能夠實現30分鐘非低氧耐力訓練效果。在身體機能方面，ETM低氧耐力訓練不能有效提高機體最大攝氧量水平，對肺通氣功能的影響取決于訓練時間長短。在身體素質方面，短時間的低氧耐力訓練(15分鐘)并沒有達到傳統耐力訓練(30分鐘)對人體素質的影響效果，因此，建議謹慎選擇訓練器械，慎重對待訓練器械商業宣傳語。意圖借助高大上的訓練器械，在減少訓練時間的同時獲取更好的訓練效果或許是一種有違人類進化歷程的錯誤想法。