無氧閾測(cè)定方法的研究進(jìn)展

摘要：從有創(chuàng)和無創(chuàng)兩個(gè)方面對(duì)無氧閾的測(cè)定方法進(jìn)行了闡述。有創(chuàng)測(cè)定法主要指乳酸法，是目前應(yīng)用最廣泛的一種測(cè)定方法。對(duì)無創(chuàng)測(cè)定法的研究近年來發(fā)展迅速，其中通氣無氧閾、心率無氧閾、積分肌電閾研究已較為成熟。而用近紅外光譜技術(shù)、肌氧含量、STI、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型推測(cè)無氧閾是近年來新的研究成果，還有待于進(jìn)一步探索。

關(guān)鍵詞： 無氧閾；血乳酸；有創(chuàng)測(cè)定法；無創(chuàng)測(cè)定法

中圖分類號(hào)： G804.7文章編號(hào)：1009-783X(2006)06-0068-03文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

無氧閾（Anaerobic Threshold ，AT）是指人體在逐級(jí)遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中，開始大量動(dòng)用無氧代謝供能的臨界點(diǎn)，常以血乳酸水平達(dá)到4mmol/l時(shí)所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度或功率來表示［1］。機(jī)體的能量供應(yīng)形式包括有氧供能和無氧供能，無氧閾是測(cè)定有氧代謝能力的重要指標(biāo)，人體的無氧閾值越高，機(jī)體的有氧供能能力越強(qiáng)。自從1964年Wasserman［2］首次提出無氧閾測(cè)定方法之后，引起了許多專家學(xué)者的關(guān)注并相繼進(jìn)行了大量研究。在運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中，無氧閾可以用來評(píng)定運(yùn)動(dòng)員的耐力水平，制定訓(xùn)練方案和運(yùn)動(dòng)處方等。因此，研究準(zhǔn)確可靠、簡(jiǎn)便易行的無氧閾測(cè)定方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文從有創(chuàng)和無創(chuàng)兩個(gè)方面對(duì)無氧閾的傳統(tǒng)測(cè)定方法和近些年來新的研究成果進(jìn)行了綜述。

1有創(chuàng)測(cè)定法

1.1乳酸無氧閾

在小強(qiáng)度和中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中，機(jī)體能量主要由有氧代謝途徑獲得，即使有少量的乳酸生成，也會(huì)迅速被氧化。因此，當(dāng)耗氧量上升時(shí)，血乳酸濃度變化不大。當(dāng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到無氧閾時(shí)，機(jī)體氧化供能已經(jīng)不能滿足代謝需求，糖原分解加速，使糖酵解速度大大加快，引起無氧氧化過程加速，促使機(jī)體內(nèi)丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸，改變了血液中乳酸和丙酮酸的比例，體內(nèi)乳酸生成速率大于乳酸消除速率，致使乳酸堆積。乳酸無氧閾（LAT）的測(cè)定就是通過測(cè)定遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中血乳酸的變化，即在運(yùn)動(dòng)中每間隔一定時(shí)間對(duì)受試者取血，一般用導(dǎo)管法直接從動(dòng)脈或靜脈取血，也可從耳垂或手指取血，將血乳酸濃度變化與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度或做功能力變化的關(guān)系繪制成乳酸動(dòng)力學(xué)曲線。血乳酸值從平穩(wěn)值轉(zhuǎn)為明顯增加值的拐點(diǎn)，即機(jī)體供能方式由有氧供能為主轉(zhuǎn)為無氧供能為主的臨界點(diǎn)，即為乳酸無氧閾。李明智等讓6名專業(yè)速滑運(yùn)動(dòng)員用不同速度滑跑1500米，研究發(fā)現(xiàn)血乳酸在運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度80%左右出現(xiàn)拐點(diǎn)［3］。杜忠林等用三級(jí)負(fù)荷測(cè)試賽艇運(yùn)動(dòng)員的無氧閾且每級(jí)負(fù)荷持續(xù)時(shí)間不同，對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)8分鐘與4分鐘三級(jí)負(fù)荷測(cè)試結(jié)果存在較顯著差別，但二者存在高度相關(guān)性，4分鐘測(cè)試測(cè)定乳酸無氧閾更為實(shí)際［4］。

這種測(cè)試方法有其局限性。由于測(cè)定的是血乳酸的變化，但運(yùn)動(dòng)中骨骼肌乳酸的增加與血乳酸的增加往往是不同步的；當(dāng)受試者樣品較大時(shí)，個(gè)體乳酸無氧閾的變化范圍很大。而且，對(duì)血乳酸的測(cè)試是有創(chuàng)的，采血點(diǎn)有多個(gè)，很多運(yùn)動(dòng)員都不愿意接受這種有創(chuàng)測(cè)試。另外，血乳酸的分析測(cè)試需要使用相應(yīng)的儀器設(shè)備、技術(shù)和資金，在許多業(yè)余體校甚至部分省市級(jí)運(yùn)動(dòng)隊(duì)都無法采用血乳酸測(cè)試無氧閾。雖然如此，由于對(duì)乳酸無氧閾研究時(shí)間較長(zhǎng)發(fā)展較為成熟，有很高的實(shí)用性，這仍是目前最常用的測(cè)定無氧閾的方法。

2無創(chuàng)測(cè)定法

2.1通氣無氧閾

通氣無氧閾（VAT）的測(cè)定是通過測(cè)試氣體代謝指標(biāo)的變化來反映供能代謝變化的。在遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)過程中，隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的增加，無氧供能比例也增加，乳酸的積累也不斷增加，而乳酸的增加需要靠血液中的堿儲(chǔ)備來緩沖，因此產(chǎn)生的二氧化碳大量增加，這會(huì)刺激呼吸中樞使肺通氣量增多，使氣體代謝指標(biāo)發(fā)生變化。在運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度沒到無氧閾時(shí)肺通氣量的增加與機(jī)體的需求成比例，而到無氧閾以后，通氣量不成比例增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過機(jī)體正常代謝需要，其主要作用為清除體內(nèi)多余的二氧化碳和乳酸。通氣無氧閾的測(cè)定需要使用氣體分析儀，通常測(cè)定的氣體代謝指標(biāo)有：肺通氣量（VE）、攝氧量(VO2)、二氧化碳的排出量（VCO2)、呼吸商(R)等。用通氣無氧閾測(cè)試無氧閾判定標(biāo)準(zhǔn)為：逐級(jí)遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)，VE/VCO2出現(xiàn)非線性增加的拐點(diǎn)，或運(yùn)動(dòng)負(fù)荷達(dá)到一定功率后，VE/VO2出現(xiàn)陡峭升高點(diǎn)，同時(shí)VE/VCO2未見降低。也有用VO2與VCO2關(guān)系曲線上的拐點(diǎn)來判定無氧閾。比爾等研究發(fā)現(xiàn)在無氧閾以下時(shí)，VCO2與VO2的比值穩(wěn)定，成比例增加;在無氧閾以上時(shí)，VCO2與VO2的增加率有明顯升高［5］。

王春泉等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通氣閾與乳酸無氧閾相關(guān)性較高，乳酸的變化引起通氣閾的非線性變化。乳酸無氧閾出現(xiàn)拐點(diǎn)的時(shí)間為13.71±1.78min，通氣無氧閾出現(xiàn)拐點(diǎn)的時(shí)間為14.17±2.04min較乳酸無氧閾稍晚［6］；Yamamoto研究發(fā)現(xiàn)用通氣閾的強(qiáng)度進(jìn)行30分鐘運(yùn)動(dòng)后，血乳酸可保持在穩(wěn)定狀態(tài)［7］。

用通氣閾測(cè)定無氧閾，最大優(yōu)點(diǎn)是無創(chuàng)的，避免了取血造成的受試者的恐懼及操作程序的繁瑣，有較高的重復(fù)性，且測(cè)定結(jié)果與運(yùn)動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短無關(guān)，已被許多領(lǐng)域都廣泛應(yīng)用，在普通人和運(yùn)動(dòng)員中應(yīng)用都很方便。但此方法也存在缺點(diǎn)，由于測(cè)定過程需要使用面罩，運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作不很方便，常有不適感覺，呼吸阻力也較大，對(duì)肺通氣量和運(yùn)動(dòng)負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而影響測(cè)定的結(jié)果。

2.2心率無氧閾

意大利學(xué)者Conconi等（1982）首次報(bào)道了用心率推測(cè)AT(HRAT)的可能性，他們發(fā)現(xiàn)在田徑跑道上，在逐漸增加跑速時(shí)，受試者的心率與跑速呈線性增加，當(dāng)跑速增加到一定速度后，隨速度的增加，心率的增加率出現(xiàn)非線性變化，呈現(xiàn)平臺(tái)趨勢(shì)，Conconi將心率開始呈非線性增長(zhǎng)的點(diǎn)稱為心率閾值。出現(xiàn)上述變化的原因有兩方面，一方面在中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)或次極限強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)，心率維持在與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度相適應(yīng)的水平，這主要通過神經(jīng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。運(yùn)動(dòng)中來自肌肉和關(guān)節(jié)本體感受器的向心沖動(dòng)和竇房結(jié)牽張反射，以及其他外周神經(jīng)的向心沖動(dòng)，以及交感神經(jīng)緊張性的增強(qiáng)都使得心率反射性加快。另一方面當(dāng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到無氧閾以后，心率變化主要通過體液調(diào)節(jié)。無氧代謝產(chǎn)生較多的乳酸和其他代謝產(chǎn)物可以刺激頸動(dòng)脈體和主動(dòng)脈體化學(xué)感受器，使呼吸加深加快，反射性引起心率增加；另外交感腎上腺系統(tǒng)使血流重新分配、循環(huán)血量增加、回心血量增加，引起心房壓力感受性反射增強(qiáng)，也可反射性引起心率增加；運(yùn)動(dòng)中的體溫升高使血流加快等因素也使得心率增加。由于體液調(diào)節(jié)相對(duì)緩慢，所以在達(dá)到無氧閾以后心率增加緩慢，相對(duì)維持在一定的水平，即出現(xiàn)非線性變化。宋高晴等對(duì)20名湖北省賽艇隊(duì)運(yùn)動(dòng)員用心率法測(cè)無氧閾發(fā)現(xiàn)，有15名受試者出現(xiàn)Conconi心率特征，即隨運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加，心率上升；當(dāng)運(yùn)動(dòng)達(dá)到某一強(qiáng)度時(shí)，心率曲線形成一個(gè)明顯的拐點(diǎn)稱非線性變化。心率拐點(diǎn)的范圍為163～183(次/min)，并發(fā)現(xiàn)15名受試者均是在85%～90%強(qiáng)度之間出現(xiàn)拐點(diǎn)。同時(shí)他們也發(fā)現(xiàn)，乳酸無氧閾的拐點(diǎn)比心率拐點(diǎn)出現(xiàn)較早，說明兩種方法對(duì)無氧閾評(píng)價(jià)存在差異［8］。鄭紅英對(duì)11名體育系學(xué)生用心率法測(cè)無氧閾也發(fā)現(xiàn)，81%受試者最初心率都隨運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度增大呈線性增大，到做功量達(dá)到某一水平時(shí)，心率與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度發(fā)生非線性偏離，出現(xiàn)心率變化的拐點(diǎn)［9］。Catai、Novais等在對(duì)9名受試者的實(shí)驗(yàn)中指出，在次最大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中，心率曲線可以用來推測(cè)無氧閾［10］。

用心率法測(cè)定無氧閾無創(chuàng)傷、簡(jiǎn)單方便且重復(fù)性高，已在一定范圍內(nèi)應(yīng)用。但是由于心率有較大的變異性，有些研究表明，隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷增加，心率不出現(xiàn)拐點(diǎn)，因此有學(xué)者認(rèn)為此方法不可靠。Ozcelik、Kelestimur等對(duì)8名未經(jīng)訓(xùn)練的男性受試者在功率自行車上進(jìn)行兩次遞增負(fù)荷實(shí)驗(yàn)（一次是在室內(nèi)正常條件下、一次是在氧含量為12%的低氧條件下）用心率法來推測(cè)無氧閾，結(jié)果發(fā)現(xiàn)僅2名受試者在室內(nèi)正常條件下心率曲線發(fā)生偏離出現(xiàn)拐點(diǎn)，大部分受試者都未見到拐點(diǎn)。在低氧條件下也只有4名受試者出現(xiàn)拐點(diǎn)［11］。肖國強(qiáng)指出，應(yīng)用Conconi法測(cè)試心率無氧閾時(shí)應(yīng)為運(yùn)動(dòng)員或訓(xùn)練者，測(cè)試方法應(yīng)接近專項(xiàng)技術(shù)動(dòng)作［12］。Droghetti也通過研究發(fā)現(xiàn)，采用接近專項(xiàng)技術(shù)的測(cè)試方式，出現(xiàn)心率無氧閾值的比例較高［13］。

2.3積分肌電閾

當(dāng)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷增加到一定程度會(huì)引起肌肉細(xì)胞內(nèi)無氧氧化過程明顯增加，細(xì)胞內(nèi)乳酸急劇增加，導(dǎo)致細(xì)胞膜上Na+、K+—ATP酶活性迅速受抑制或失活，不能滿足細(xì)胞內(nèi)外鉀、鈉離子的交換，使膜電位發(fā)生明顯變化，收縮功能隨之降低。這時(shí)，肢體積分肌電值由線性增加轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷€性增加，出現(xiàn)的拐點(diǎn)稱為積分肌電閾。王春泉等通過測(cè)定7名男性競(jìng)走和長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)的無氧閾發(fā)現(xiàn)，乳酸無氧閾與積分肌電閾相關(guān)性顯著（r＝0.84），且所測(cè)積分肌電閾在通氣閾之前發(fā)生［6］。吳紀(jì)饒等對(duì)25名賽艇運(yùn)動(dòng)員運(yùn)用積分肌電閾的方法測(cè)試無氧閾，也同樣發(fā)現(xiàn)測(cè)得的積分肌電閾與乳酸無氧閾高度相關(guān)［14］。

積分肌電閾(EMGAT)是一種新的無損傷測(cè)定無氧閾的方法，具有簡(jiǎn)單方便、重復(fù)性高的特點(diǎn)，應(yīng)用前景非常廣闊。但測(cè)試時(shí)需特定的儀器，有可能存在誤差，應(yīng)進(jìn)一步深入研究提高儀器的精確性，減少誤差。

2.4近紅外線光譜技術(shù)測(cè)定無氧閾法

近紅外線光譜技術(shù)（NIRS）是一種能穿透機(jī)體組織的近紅外線連續(xù)光譜。此技術(shù)近年來的發(fā)展非常迅速。近紅外光譜技術(shù)是利用血紅蛋白攜氧量的不同，對(duì)近紅外光（600－1000nm）呈現(xiàn)出不同的吸收光譜來確定氧化代謝狀態(tài)。在遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度不斷增大達(dá)到無氧閾水平時(shí)，乳酸大量堆積，二氧化碳和H+濃度迅速增高，由于Bohr效應(yīng)，使氧氣和血紅蛋白的親和力快速降低，通過透入肌肉的近紅外線光譜反映脫氧合Hb/Mb的數(shù)量顯著增多，使光密度出現(xiàn)明顯下降而出現(xiàn)拐點(diǎn)，即為無氧閾。繆素等對(duì)20名自行車運(yùn)動(dòng)員在功率自行車逐級(jí)遞增負(fù)荷過程中，同步測(cè)定氣體代謝、乳酸、股四頭肌組織中Hb/Mb的光密度變化等，發(fā)現(xiàn)光密度變化曲線有明顯的“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”此時(shí)功率水平與通氣無氧閾顯著相關(guān)（r=0.777-0.805）；與乳酸濃度變化高度負(fù)相關(guān)（r=0.91-0.99）［15］。

用近紅外光譜技術(shù)可以測(cè)定局部肌肉組織代謝水平，評(píng)定運(yùn)動(dòng)員有氧運(yùn)動(dòng)能力及運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)能力，但目前相關(guān)的研究較少，進(jìn)一步研究可為無氧閾的無創(chuàng)測(cè)定提供一種新途徑。

2.5肌氧含量測(cè)定無氧閾法

無氧閾反映局部組織利用氧的能力即骨骼肌的有氧代謝能力。遞增負(fù)荷使無氧閾出現(xiàn)時(shí)，有氧代謝減弱，血液清除乳酸速度減慢，血乳酸大量堆積，促進(jìn)了氧離作用，終末毛細(xì)血管氧分壓顯著下降，那么在無氧閾時(shí)肌細(xì)胞內(nèi)的氧含量（簡(jiǎn)稱肌氧含量）是否也剛好下降到一定程度出現(xiàn)拐點(diǎn)？Belardinelli等通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在負(fù)荷低于乳酸無氧閾時(shí)肌氧含量下降緩慢，達(dá)到乳酸無氧閾時(shí)肌氧含量下降加速，即出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)肌氧含量下降與乳酸的升高相關(guān)［16］。曹建民等研究也發(fā)現(xiàn)，遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)肌氧含量的下降與乳酸的升高二者高度相關(guān)［17］。上述均說明肌氧含量出現(xiàn)拐點(diǎn)可以用乳酸的變化解釋，肌氧含量可以用來推測(cè)無氧閾。

由于肌肉的輕微收縮就會(huì)引起肌氧含量的變化，所以此方法容易產(chǎn)生誤差，且目前僅用乳酸變化來解釋肌氧含量下降時(shí)的拐點(diǎn)，對(duì)于是否還存在其它機(jī)制還有待進(jìn)一步探索。但用肌氧含量來推測(cè)無氧閾，儀器使用較便宜，測(cè)試方便無創(chuàng)，進(jìn)一步研究應(yīng)用前景廣泛。

2.6STI推測(cè)無氧閾法

STI指心臟收縮時(shí)間間期，STI的測(cè)量指標(biāo)有多種，其中主要的有：心率（HR）、左心室射血時(shí)間（LVET）、射血前期（PEP）、PEP/LVET、機(jī)械收縮間期（MST）電機(jī)械延遲時(shí)間（EML）、Q-U/LVET等。其中Q-U為射血前期（PEP）與脈搏傳遞時(shí)間（PWTT）之和。楊建昌等通過試驗(yàn)證實(shí)，用STI指標(biāo)中的一些指標(biāo)可以推測(cè)無氧閾。PEP/LVET曲線的最低點(diǎn)和EML曲線斜率陡降的拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的負(fù)荷；Q-U/LVET曲線拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的負(fù)荷后移20W；LVET曲線和MST曲線拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的負(fù)荷即為所推測(cè)的無氧閾。乳酸無氧閾與用STI指標(biāo)推測(cè)的無氧閾之間高度相關(guān)（r＝0.9325）［18］。

用此方法推測(cè)無氧閾簡(jiǎn)便易行、重復(fù)性高，具有廣泛的應(yīng)用前景。但有關(guān)此方面的研究國內(nèi)外資料報(bào)道很少，尚需要進(jìn)一步深入研究。

2.7神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)模型推測(cè)無氧閾法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)模型以非線性處理為基礎(chǔ)，研究由短期記憶和分層前饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，反饋非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和聯(lián)想記憶，以及另一類非線性動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的遞歸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。Ringwood研究認(rèn)為，通過建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)模型可以推測(cè)出人體的無氧閾水平。此方法是利用動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)做出心率非線性變化的曲線來推測(cè)無氧閾［19］。

用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)模型推測(cè)無氧閾的方法是近年來新提出的一種無創(chuàng)測(cè)定無氧閾的方法，國內(nèi)尚無報(bào)道，國外研究的也較少，所以對(duì)其機(jī)制、可行性和應(yīng)用等很多方面都有待于進(jìn)一步探索。

3結(jié)論

目前，對(duì)于無氧閾的測(cè)試已經(jīng)引起越來越多的學(xué)者關(guān)注，已有的測(cè)試方法有多種，有些技術(shù)已經(jīng)較為成熟，人們還在不斷探索新的更為準(zhǔn)確實(shí)用的測(cè)試方法。上述介紹的幾種測(cè)試方法中，乳酸法是準(zhǔn)確性較高、應(yīng)用最為廣泛的一種，但因其是有創(chuàng)的，已經(jīng)逐步被一些無創(chuàng)測(cè)試法所取代。在無創(chuàng)測(cè)試法中，對(duì)通氣無氧閾、心率無氧閾和積分肌電閾研究較多，使用已較為廣泛，且這幾種方法應(yīng)用簡(jiǎn)單方便、重復(fù)性較高。近紅外線光譜技術(shù)近年來發(fā)展迅速，用來測(cè)定無氧閾已被實(shí)驗(yàn)證明是完全可行的，為無創(chuàng)測(cè)定無氧閾提供了一種新途徑。用肌氧含量、STI、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型推測(cè)無氧閾研究還不成熟，報(bào)道較少，對(duì)于其中的一些機(jī)制還不太清楚，但這幾種方法都有其實(shí)用性，應(yīng)用前景廣泛。若我們能在方法學(xué)上對(duì)無氧閾深入研究、選擇得當(dāng)，它將在體育訓(xùn)練、航空、航天及臨床治療中發(fā)揮重要作用。應(yīng)當(dāng)注意的是，無氧閾存在個(gè)體差異，運(yùn)動(dòng)員（特別是專業(yè)運(yùn)動(dòng)員）相對(duì)于普通人來說無氧閾較容易測(cè)定。

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