模擬高原環(huán)境下自行車驢友急性騎行能力研究*

藍(lán)道忠，翁錫全，胡婧，周柏星，黃麗英

(廣州體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)生物化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510500)

摘要:目的:探討模擬高原環(huán)境下急性騎行對(duì)自行車驢友運(yùn)動(dòng)能力的影響。方法:受試對(duì)象為7名華南農(nóng)業(yè)大學(xué)一年級(jí)男性學(xué)生，平均年齡19.80±0.83歲，為自行車驢友，沒(méi)有高原旅行經(jīng)歷。受試者分別在常氧環(huán)境和模擬常壓低氧環(huán)境(氧含量16.8%)進(jìn)行踏功率自行車運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)度從50W( 50rpm)開(kāi)始，每3min遞增50W至250W，然后要求受試者以最大能力運(yùn)動(dòng)至力竭，測(cè)試指標(biāo)包括運(yùn)動(dòng)前、每級(jí)負(fù)荷后即刻和運(yùn)動(dòng)后心率、RPE、血乳酸及力竭時(shí)間。結(jié)果:兩種環(huán)境下的心率與RPE均隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增大而呈上升趨勢(shì)，在模擬高原環(huán)境下從150W至250W以及力竭后心率上升幅度高于常氧，而RPE從150W后至運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)也高于常氧環(huán)境，但均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異( P＞0.05)，并且力竭時(shí)間非常顯著性縮短( P＜0.01)。結(jié)論:高原環(huán)境下自行車驢友騎行能力有一定下降，提示自行車驢友初入高原時(shí)要適當(dāng)降低騎行強(qiáng)度及作適當(dāng)?shù)男菹ⅰ?/p>

關(guān)鍵詞:模擬高原環(huán)境;自行車驢友;急性騎行;心率;力竭時(shí)間

中圖分類號(hào):G804.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1007－323X( 2015)03－0086－04

收稿日期:2015－03－26

作者簡(jiǎn)介:藍(lán)道忠( 1991－)，江西贛州，畬族，在讀研究生

Abstract:objective: Bicycle travelers＇acute cycling capacity under simulated plateau environment is investigated.Methods: Seven subjects were freshmen students of south China Agricultural University，average age was 19.80±0.83 years，They are all bicycle travelers and have no plateau travel experience.They had done bicycle with their maximize ability to exhaustion，The step power cycling of subjects is from 50w( 50RPM) to 250w，increasing 50W every 3minute in normal environment and simulation plateau environment ( 16.8% oxygen)，Indexes including heart rate，RPE and blood lactic acid before were assayed，both after exercise and immediately in per load level.Results: Both heart rate and RPE were increasing with the increase of intensity in two kinds of circumstances，from 150w to 250w or exhaustion，Heart rate of the simulated plateau was higher than normal environment，RPE was higher than normal environment from 150w to the end，but all had no significantly difference ( P＞0.05)，and the exhaust time was significantly shortened ( P＜0.01).Conclusions: The capacity of the bicycle travelers has certain reduced under plateau environment，so the bicycle travelers should reduce the strength and have proper rest when they first go to the plateau.

研究方向:體育教學(xué)

*項(xiàng)目來(lái)源:廣東省教育廳自然科學(xué)研究課題( 2012KJCX0072)院管課題( ZD1101)

Study of Bicycle Travelers＇Acute Cycling Capability Under Simulated Plateau Environment

LAN Dao－zhong，WENG Xi－quan，HU Jing，ZHOU Bo－xing，HUANG Li－ying

( Biochemistry key laboratory Guangzhou sports college sports，guangzhou 510500，China)

Key words: simulated plateau environment; bicycle travelers; acute ride; heart rate; exhaustive time

隨著生活水平的提高和閑暇時(shí)間的增加，越來(lái)越多的人踏上旅游的征途［1］，有報(bào)告指出［2］，未來(lái)旅游的趨勢(shì)是“慢游”，與乘坐飛機(jī)、火車、輪船、汽車等“快游”相比，騎行出游受到越來(lái)越多旅游愛(ài)好者的青睞，騎行不僅可以欣賞到沿途的風(fēng)景，

也是一種很好的健康鍛煉方式，越來(lái)越多的人在工作或?qū)W習(xí)之余選擇這種方式旅游。青年人由于其精力旺盛，充滿激情，更喜歡選擇高原這種獨(dú)特又充滿好奇的環(huán)境進(jìn)行騎行旅游來(lái)挑戰(zhàn)自我，但是由于高原環(huán)境低氣壓、低氧、寒冷、干燥(濕度低)、高風(fēng)速(風(fēng)沙大)、紫外線較強(qiáng)以及地球引力異常等特點(diǎn)［3］，生活在平原的居民初到這種環(huán)境，可能出現(xiàn)輕度脫水造成血液濃縮，加重心臟負(fù)擔(dān)，同時(shí)出現(xiàn)氣短，呼吸無(wú)規(guī)律，心率明顯加快等身體不良反應(yīng)，隨著海拔高度的升高，身體反應(yīng)加劇，也可能會(huì)出現(xiàn)不同類型的高原病( AMS)，甚至嚴(yán)重而危及生命［4］。有研究報(bào)道［5］，平原地區(qū)的人初到高原，AMS的發(fā)病率為16.9%，隨著海拔的升高AMS的發(fā)病率呈明顯上升的趨勢(shì)，特別是海拔在4000m以上發(fā)病率升高明顯。高原環(huán)境對(duì)運(yùn)動(dòng)能力也會(huì)產(chǎn)生影響，運(yùn)動(dòng)員初上高原騎行易出現(xiàn)疲勞，不易恢復(fù)［6－7］。但是針對(duì)自行車驢友高原旅游急性騎行能力的研究文獻(xiàn)較少。因此本文探討模擬高原環(huán)境下自行車驢友進(jìn)行遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)，尋找高原環(huán)境下自行車驢友騎行能力的變化規(guī)律，為自行車驢友高原騎行旅游能力和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供參考。

1　研究對(duì)象與方法

1.1研究對(duì)象

本實(shí)驗(yàn)對(duì)象為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)7名一年級(jí)男性學(xué)生，年齡為19.80±0.83歲、身高為173.60±8.61cm、體重為61.40± 14.01Kg，身體健康，無(wú)代謝和心肺系統(tǒng)病史、無(wú)吸煙史，有三年自行車旅行經(jīng)歷，但未有高原旅行經(jīng)歷，所有受試者均自愿參加。

1.2研究方法

本研究測(cè)試在廣州體育學(xué)院低氧實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，分別在常氧環(huán)境( 20.9%O2)及模擬2500m高原環(huán)境(相當(dāng)于16.8% O2)，而溫、濕度( 27.58±1.00℃、55.90±9.51%)基本一致的條件下進(jìn)行一次功率車( Monark－828E)急性遞增負(fù)荷踏車運(yùn)動(dòng)。首先測(cè)試安靜下心率、血乳酸，然后讓受試者在自行車上進(jìn)行遞增負(fù)荷踏車運(yùn)動(dòng)，根據(jù)參考文獻(xiàn)，強(qiáng)度從50W( 50rpm)開(kāi)始，每3min遞增50W至250W，然后要求受試者以最大工作能力騎行至力竭，記錄完成每級(jí)負(fù)荷后心率與主觀體力感覺(jué)( RPE)以及最大工作能力至力竭所用的時(shí)間，并在運(yùn)動(dòng)后3min時(shí)取指尖血測(cè)血乳酸，以獲得最高血乳酸值;最大攝氧量( VO2max)采用陳文堉等［8］介紹的方法間接計(jì)算。

1.3數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，結(jié)果采用均值±標(biāo)準(zhǔn)差( Mean±SD)表示，不同環(huán)境兩組數(shù)據(jù)采用配對(duì)T檢驗(yàn)，P ＜0.05為顯著性水平，P＜0.01為非常顯著性水平。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表1可見(jiàn)，反映有氧耐力水平指標(biāo)最大攝氧量( VO2max)隨著氧含量減少而下降，在本實(shí)驗(yàn)?zāi)M2500m高原環(huán)境下降了4.41%，但本實(shí)驗(yàn)兩種環(huán)境下并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異( P＞0.05)。表2、3、4可知，在常氧環(huán)境和模擬高原氧環(huán)境下，安靜狀態(tài)時(shí)受試者心率和RPE等級(jí)、血乳酸水平差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義( P＞0.05)，進(jìn)行逐級(jí)遞增相同定量負(fù)荷后，心率與RPE變化相似，都是隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的增加呈遞增趨勢(shì)，符合正常的生理規(guī)律。但是氧含量不同，完成相同負(fù)荷后心率和RPE等的變化卻有所不同，在完成50W、100W兩級(jí)負(fù)荷后，受試者心率與RPE的變化幅度相似且無(wú)顯著性差異( P＞0.05)，而完成150W、200W、250W三級(jí)負(fù)荷后，在模擬高原環(huán)境下所測(cè)得的心率與RPE變化幅度高于常氧環(huán)境;完成250W負(fù)荷后，兩種環(huán)境下心率都達(dá)到最大，但均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異( P＞0.05)。表4結(jié)果也表明，在模擬高原環(huán)境下機(jī)體耐力水平明顯下降，盡管最高血乳酸和最高心率無(wú)顯著性變化( P＞0.05)，但最大工作能力至力竭的時(shí)間縮短近一半，具有非常顯著性差異( P＜0.01)。

表1　兩種不同環(huán)境下最大攝氧量比較

表2　兩種不同環(huán)境完成負(fù)荷后心率比較( b/min)

表3　兩種不同環(huán)境完成負(fù)荷后RPE比較

表4　兩種不同環(huán)境力竭運(yùn)動(dòng)前后心率、血乳酸、力竭時(shí)間比較

3　分析討論

在模擬高原環(huán)境下運(yùn)動(dòng)除了受運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的影響，還受缺氧強(qiáng)度的刺激，造成相對(duì)強(qiáng)度顯著提高，本研究中VO2max下降了4.41%，與國(guó)內(nèi)外報(bào)道的研究結(jié)果接近，陳俊明等［9］報(bào)道中等海拔地區(qū)(約2260m)青少年的VO2max較平原地區(qū)下降20% ～30%; Tannheimer等［10］研究發(fā)現(xiàn)登山運(yùn)動(dòng)員VO2max會(huì)隨著海拔的增加出現(xiàn)不同程度的下降; Wehlin等［11］的研究甚至得出VO2max的下降與海拔的增加呈線性關(guān)系的結(jié)論;最大攝氧量降低主要原因是模擬高原環(huán)境空氣中氧含量降低，造成動(dòng)脈血氧含量減少，供應(yīng)組織氧量、毛細(xì)血管的氧分壓降低，進(jìn)而導(dǎo)致組織細(xì)胞氧利用率下降，VO2max下降。

心率是監(jiān)測(cè)人體心血管系統(tǒng)功能最簡(jiǎn)易可行的方法之一，是反映心臟承受負(fù)荷大小的常用量化指標(biāo)［12］。心率的頻率、深淺、強(qiáng)度及某些特征，可作為了解體質(zhì)強(qiáng)弱、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和訓(xùn)練水平，還可以反映心臟和血管本身的功能水平［13］。運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度越大心跳就越快，心率與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、攝氧量與能量代謝之間存

在著顯著的線性關(guān)系。換言之，在遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)直至次最大負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中，隨著負(fù)荷強(qiáng)度逐漸加大，能量代謝的需求就越來(lái)越多，攝氧量越來(lái)越多，心率也會(huì)越來(lái)越高［14］。如表2所示，五級(jí)負(fù)荷中，不管是常氧環(huán)境還是模擬高原環(huán)境，心率都隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加而呈遞增趨勢(shì)。主要是由于在遞增負(fù)荷中，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到亞極量時(shí)，機(jī)體需要能量增加，機(jī)體通過(guò)自身的正常的生理生化反應(yīng)已經(jīng)滿足不了機(jī)體需要，于是作為補(bǔ)償，刺激主動(dòng)和頸動(dòng)脈化學(xué)感受器，使之興奮，反射性地引起呼吸加快加深，同時(shí)作用于心血管系統(tǒng)，心率明顯加快，以滿足機(jī)體對(duì)氧的需要［15］。在完成50W、100W兩級(jí)負(fù)荷后心率變化幅度相似且無(wú)顯著性差異( P＞0.05)，說(shuō)明身體機(jī)能的變化沒(méi)有差異，原因可能與機(jī)體受到刺激，肌肉興奮性提高，機(jī)體體能足以應(yīng)付輕量負(fù)荷運(yùn)動(dòng)而不需要額外生理補(bǔ)償有關(guān)。而完成150W、200W、250W三級(jí)負(fù)荷后，模擬高原環(huán)境下所測(cè)得的心率升高幅度高于常氧環(huán)境，可能是由于機(jī)體承受運(yùn)動(dòng)負(fù)荷與外界缺氧的雙重刺激，機(jī)體需要的能量增加，機(jī)體僅靠生理反應(yīng)已經(jīng)滿足不了代謝的需要，這時(shí)會(huì)反射性的刺激機(jī)體產(chǎn)生補(bǔ)償效應(yīng)，機(jī)體對(duì)心血管系統(tǒng)造成更大的影響，其主要表現(xiàn)為心率加快、心肌收縮力增強(qiáng)、收縮壓升高等，故低氧對(duì)機(jī)體的刺激反射性的呼吸加快加深，以滿足進(jìn)行大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中機(jī)體氧的需要。

RPE(主觀體力感覺(jué))是用主觀感覺(jué)來(lái)反映身體運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的一種方法，RPE不是對(duì)身體某一方面感覺(jué)的反映，而是對(duì)運(yùn)動(dòng)中個(gè)人的適應(yīng)能力水平、外界環(huán)境影響、身體疲勞情況等的整體自我感覺(jué)，它是監(jiān)測(cè)個(gè)體對(duì)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的一個(gè)有價(jià)值和可以信賴的指標(biāo)，因此它是判斷疲勞的重要標(biāo)志［16］。在遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中，心率是隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增大而呈上升趨勢(shì)，RPE亦如此，如表3所示，五級(jí)負(fù)荷中不管是在常氧環(huán)境還是模擬高原環(huán)境，RPE都是隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加而呈上升的趨勢(shì)，提示機(jī)體隨著負(fù)荷強(qiáng)度的增大，主觀感覺(jué)發(fā)生相應(yīng)的改變。完成50W、100W兩級(jí)負(fù)荷后RPE變化幅度相似且無(wú)顯著性差異( P ＞0.05)，說(shuō)明在兩種不同環(huán)境下完成輕量級(jí)的負(fù)荷運(yùn)動(dòng)機(jī)體自我感覺(jué)無(wú)差異，模擬高原環(huán)境下的輕量級(jí)負(fù)荷運(yùn)動(dòng)不足以使機(jī)體產(chǎn)生顯著性改變。而完成150W、200W、250W三級(jí)負(fù)荷后，模擬高原環(huán)境下所測(cè)得的RPE升高幅度大于在常氧環(huán)境，與前人研究結(jié)果相似，尋紅星等［17］研究?jī)?yōu)秀男子散打運(yùn)動(dòng)員低氧環(huán)境下進(jìn)行跑臺(tái)與功率自行車運(yùn)動(dòng)心率與RPE變化結(jié)果提示，1500m、2300m、3000m海拔組散打運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行自行車遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)主觀感覺(jué)比常氧組自我感覺(jué)較強(qiáng)烈，3000m海拔組散打運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行自行車運(yùn)動(dòng)自我感覺(jué)明顯高于2300m組、1500m組，原因可能是低氧濃度不同機(jī)體缺氧反應(yīng)存在差異，海拔越高機(jī)體自我感覺(jué)越強(qiáng)烈，在常氧環(huán)境下，機(jī)體只是承受運(yùn)動(dòng)負(fù)荷帶來(lái)的刺激，機(jī)體對(duì)氧的需求量還足以滿足運(yùn)動(dòng)的需要，但會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的增強(qiáng)而加大，而在低氧環(huán)境下，由于外界缺氧，機(jī)體能夠攝取的氧量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常氧條件，即攝氧量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于需氧量，致使機(jī)體各系統(tǒng)功能發(fā)生急性下降，自我感覺(jué)強(qiáng)烈。

在兩種不同環(huán)境下均產(chǎn)生了大量的乳酸積累，運(yùn)動(dòng)時(shí)，骨骼肌是乳酸生成的主要部位，乳酸是穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)中有氧代謝供能系統(tǒng)的重要氧化基質(zhì)，同時(shí)乳酸還可通過(guò)糖異生生成葡萄糖，用以維持血糖濃度平衡和供肌組織利用，乳酸進(jìn)人血液即為血乳酸，血乳酸是體育科學(xué)研究中歷史最長(zhǎng)，應(yīng)用最為廣泛的指標(biāo)之一，測(cè)試運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)時(shí)的血乳酸值，有效地評(píng)定運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度及進(jìn)行訓(xùn)練監(jiān)控［18］。在遞增負(fù)荷中，乳酸會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增大而慢慢的參與為機(jī)體主要供能，當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到亞級(jí)量時(shí)機(jī)體主要的供能就是糖的無(wú)氧酵解，此時(shí)，乳酸就大量的產(chǎn)生。測(cè)試血液中的含量就可以知道機(jī)體的代謝情況，本研究中的運(yùn)動(dòng)后最高血乳酸值在模擬高原環(huán)境下與在常氧環(huán)境下無(wú)顯著性差異( P＞0.05)，但在模擬高原氧環(huán)境下最大工作能力至力竭的時(shí)間縮短近一半，造成這樣的原因可能是因?yàn)楦咴奶厥猸h(huán)境，在模擬高原環(huán)境下遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)，機(jī)體承受的雙重缺氧刺激，運(yùn)動(dòng)中機(jī)體出現(xiàn)氧供給與消耗的失衡，進(jìn)而導(dǎo)致肌氧含量發(fā)生變化，研究已證實(shí)肌肉和血液中氧含量的變化對(duì)工作肌有極大影響，當(dāng)肌肉氧含量供給不足時(shí)會(huì)加速疲勞產(chǎn)生進(jìn)而導(dǎo)致肌肉工作能力下降［19－20］;另一方面外界缺氧的刺激加速了這種作用，最終力竭運(yùn)動(dòng)時(shí)間大大低于常氧環(huán)境下力竭時(shí)間，與趙之光［21］的研究一致，不同海拔急性低氧暴露力竭時(shí)間都比平原提前，分析其原因可能是低氧環(huán)境下氧分壓下降，導(dǎo)致肺泡中的氧分壓降低，從而導(dǎo)致血液中的氧分壓降低，人體的供氧不足，氧供需不平衡使丙酮酸移行，肺泡內(nèi)無(wú)氧酵解增大，雖然此時(shí)的乳酸分解速度也會(huì)有所增加，但乳酸的產(chǎn)生的速度更快，其濃度顯著增加，血液PH值下降加快，肌肉、心臟、中樞等組織的酸化加速，內(nèi)環(huán)境平衡失調(diào)，必然會(huì)導(dǎo)致能量代謝時(shí)間縮短，結(jié)果運(yùn)動(dòng)力竭時(shí)間縮短。

由此可見(jiàn)，模擬高原環(huán)境下自行車驢友急性騎行能力有所下降，不僅增大心肺功能負(fù)擔(dān)，而且更加容易引起疲勞，但是本研究中測(cè)得的心率與RPE變化均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，這可能與模擬高原的海拔高度有關(guān)，海拔越高機(jī)體變化越明顯;也可能與受試者有一定的自行車運(yùn)動(dòng)水平有關(guān)，同樣的環(huán)境與負(fù)荷刺激，水平越高機(jī)體變化越小。故在高原環(huán)境騎行要避免大強(qiáng)度，騎行過(guò)程中還可以簡(jiǎn)單地通過(guò)心率與RPE來(lái)監(jiān)控運(yùn)動(dòng)負(fù)荷。然而，由于有非常大的個(gè)體差異，也受到社會(huì)、環(huán)境、心理等因素的影響，須根據(jù)個(gè)體特征，實(shí)時(shí)監(jiān)控心率的動(dòng)態(tài)變化，借助心率和主客觀提供的信息，及時(shí)調(diào)整運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，掌握鍛煉節(jié)奏，最終達(dá)到科學(xué)健康騎行旅游的目的。

4　小結(jié)與建議

急性高原環(huán)境與常氧環(huán)境下進(jìn)行自行車騎行，負(fù)荷強(qiáng)度在亞極量以上每級(jí)相同負(fù)荷至最大工作能力時(shí)，高原環(huán)境下的力竭時(shí)間顯著縮短，說(shuō)明高原環(huán)境對(duì)機(jī)體進(jìn)行大負(fù)荷運(yùn)動(dòng)影響顯著，更容易引起疲勞。建議自行車驢友在進(jìn)行高原旅游前提高自己的運(yùn)動(dòng)能力，在騎行過(guò)程中應(yīng)適當(dāng)降低強(qiáng)度及適時(shí)休息，同時(shí)可以通過(guò)心率與RPE等簡(jiǎn)易指標(biāo)進(jìn)行自我監(jiān)控。

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