體能快速恢復艙恢復過程中肌氧變化特征分析

陳萬　田詩彬　張曉輝　劉振宇　黃超　李岳

摘要：目的：研究同一疲勞模式下，不同方式恢復過程中肌肉氧含量變化特點及特征指標的關聯性，探討下肢負壓-常壓體能快速恢復艙對運動性疲勞恢復的快速有效性。方法：運動員通過設計的運動訓練疲勞模式運動后，分別采用進艙恢復、傳統恢復 （15 min慢跑和15min人工按摩） 和自然恢復 （靜止休息） 三種恢復方式 （30 min） 進行運動性疲勞恢復。用近紅外光譜技術實時監測受試者在不同方式恢復過程中股外側肌組織肌氧參數變化，計算并分析肌氧恢復幅度 （H）、半恢復時 （TR），肌氧半恢復速率 （RHbO2）；同時記錄受試者的主觀感覺疲勞程度和心率等參數。結果：1） 30 min恢復期的第10 min時，進艙恢復組肌組織氧合血紅蛋白濃度的增量（ΔCHbO2）高于自然恢復組（P<0.05），且5 min 至10 min之間ΔCHbO2呈上升趨勢，而此時傳統恢復組肌組織ΔCHbO2和自然恢復組無差異（P>0.05）。2） 恢復過程后期肌氧的變化：進艙恢復組的恢復效果與傳統恢復組基本相同，且明顯好于自然恢復組（P<0.01）。3） 恢復后即刻相關指標變化：心率和主觀疲勞感覺無明顯差異。結論：1） 在恢復初期，快速恢復艙這種早期的快速恢復肌肉氧含量的優勢可以較好地運用于實戰比賽，如舉重等的短時間休息間隙。2） 體能快速恢復恢復艙在整個恢復過程中具有加速血液和淋巴系統循環，改善毛細血管功能，促進肌氧含量快速恢復的作用，為運動員的體能快速恢復提供了一種新的途徑，具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：不同恢復方式；肌肉氧含量；肌氧恢復幅度（H）；半恢復時（TR）；半恢復速率（RHbO2）

中圖分類號：G804.2文獻標識碼：A文章編號：1006-2076（2014）06-0073-05

Abstract：Objective： To study characteristics of changes in muscle oxygen content and relevance of feature index during recovery process using different recovery modes after the same training-to-fatigue program， and to investigate the fast effect of recovery from sports fatigue by rapid recovery cabin （RRC） for physical fitness with leg negative-normal pressures. Methods： Athletes trained to fa

收稿日期：2014-09-20

基金項目：國家體育總局科研項目“體能快速恢復艙的研制與應用研究”（2012B049）。

作者簡介：陳萬（1962-），男，江蘇省南京人，博士，教授，研究方向運動與健身的生物學效應研究。

作者單位：1.山東體育學院，山東 濟南250102；2.山東省微山縣實驗中學，山東 濟寧277600；3.山東省體育科學研究中心，山東 濟南250102；4.清華大學醫學院生物醫學工程系，北京100084

1. Shandong Sport University， Jinan 250102； 2.Weishan Experimental Middle School， Jining 277600； 3.Shandong Research Centre of Sports Science， Jinan 250102； 4.Biomedical Engineering Department， Medical College， Tsinghua University， Beijing 100084.tigue by the same training-to-fatigue program， then immediately to be assigned randomly to 3 groups using 3 different recovery modes including RRC （30 min）， traditional recovery （TR） （15 min jogging+15 min massage） and spontaneous recovery （SR） （30 min static rest）. Real time parameters in muscle oxygen content of vastus lateralis were monitored and recorded by near-infrared spectroscopy， and recovery amplitude of muscle oxygen content （H）， half recovery time （TR）， half recovery rate （RHbO2） were calculated and analyzed. Rate of perceived exertion （RPE） and heart rate （HR） were also recorded and analyzed. Results： 1） From 5 to 10 min of 30 min recovery process， the increment of muscle oxygenated hemoglobin concentration （ΔCHbO2） of athletes in RRC showed an increasing trend. At 10 min， the ΔCHbO2 of athletes in RRC was significantly higher than that of SR group （P<0.05）， but the ΔCHbO2 of athletes in TR group was not significantly higher than that of SR group （P>0.05）. 2） Following 10min， both ΔCHbO2 in RRC and TR groups were respectively higher than that of SR group （P<0.01）. 3） RPE and HR were not significantly different from each other between the two of three groups during recovery process. Conclusion： 1） RRC has faster effect on recovery from sport fatigue than that of other two recovery methods， which could be used in practical match. 2） RRC has effects in accelerating circulation of blood and lymphatic system， improving capillary function and facilitating muscle oxygen content recovery rapidly， which supplies a new way for athlete physical fitness recovery from sports fatigue and has a broad application prospect.

Key words：different recovery modes； muscle oxygen content； recovery amplitude of muscle oxygen content （H）； half recovery time （TR）； half recovery rate （RHbO2）

山東體育學院學報第30卷第6期2014年12月 陳萬，等體能快速恢復艙恢復過程中肌氧變化特征分析No.6 2014骨骼肌作為人體運動過程中的重要動力器官，其代謝過程與運動能力密切相關[1]。運動性疲勞是運動員在訓練和比賽過程中的一種常見現象，外周性的疲勞主要體現在工作肌肉不能完成或維持預定運動強度的運動。工作肌肉的血液供應減少、肌組織的氧含量減少、代謝產物增多等造成肌肉代謝能力下降都是疲勞的重要原因[2]。合理的恢復手段，不僅可以促進人體機能水平的不斷提高，而且也有利于運動員比賽過程中體能的恢復和競技能力的發揮，在高強度、大負荷的競技體育比賽中尤為重要。

下體負壓技術作為一種無創性生理學恢復手段，最早應用于航天事業，并進一步應用于基礎醫學和臨床醫學等領域。下肢負壓對機體的作用機理主要是利用負壓-常壓交替作用改變人體內血容量和血流分布，使心血管系統的容積及相關循環指標發生相應變化[3-5]。本研究采用的體能快速恢復艙即根據這一原理研發，此外，輔以遠紅外加熱技術，進一步促進血液循環，增進新陳代謝，活化組織。本研究通過進艙恢復組與自然恢復組和傳統恢復組恢復效果的對比實驗，采用無損、在體實時、分析重現性好的近紅外光譜術監測工作肌肉疲勞后肌肉組織氧含量及其相關參數的變化曲線分析，對整個疲勞恢復過程進行長時間連續監測，探索體能快速恢復艙對加快運動員體能恢復的效果。

1研究對象與方法

1.1研究對象

隨機選取山東省游泳隊專業運動員10人（男性，國家一級）作為受試者，身體健康，年齡17±1歲，體重61.7±2.3 kg，平均專業訓練年限7.8±1.3年。每名受試者先后參加三次實驗（兩次實驗間至少間隔兩周），每次實驗的運動訓練疲勞模型相同，但恢復方式不同，分別是進艙恢復（體能快速恢復艙）、傳統恢復（15 min慢跑+15 min人工按摩）、自然恢復（靜止恢復）。實驗期間及測試前后72小時內禁止參加劇烈運動、禁止服用藥物及含咖啡、酒精等的飲料，正常飲食。受試者了解整個實驗過程，并簽署知情同意書。

1.2研究方法

1.2.1運動訓練疲勞模式

運動疲勞訓練模式分為兩部分：中大強度疲勞訓練和無氧功率自行車（POWERMAX-VII）中負荷訓練。實驗前，受試者預先進行了全蹲、半蹲、臥推的IRM負荷量的測定，以Mike Clark所制定的RM—百分比轉換表確定每位受試者的70%～60%負荷重量和重復次數并通過最大無氧能力測試獲取每位受試者的個體最佳中負荷訓練值（受試者進行中強度訓練時的最佳負荷值）。中大強度疲勞訓練[6-9]，即利用杠鈴負重的方式，按照臥推（60%×8×3，70%×4×3，65%×6×3）、負重全蹲（60%×8×3，70%×4×3，65%×6×3）、負重半蹲（60%×8×3，70%×4×3，65%×6×3）的順序依次進行，組次間休息30s，組間休息2～3分鐘。中大強度疲勞訓練結束后，采用原地靜止的方式休息20分鐘，再進行蹬踏POWERMAX-VII功率自行車（日本產）的中等負荷訓練，要求每名受試者根據自己的最佳中負荷訓練值，全力蹬踏30秒、休息120秒 （從5秒開始倒計時，在倒計時結束后顯示“開始”，進行下一次全力蹬踏30秒）、重復進行3次為一組的間歇訓練，訓練時間大約6分鐘，連續訓練2組，組間休息3～4分鐘[10]。具體訓練情況如圖1所示。力竭的判斷標準為：主觀疲勞感覺達到精疲力竭（19以上）的同時心率達到180次/min以上。訓練結束后按照預先安排的恢復方式進行30 min疲勞恢復。

圖1中負荷訓練安排圖1.2.2恢復方式

三種不同的恢復方式分別為：進艙恢復組（體能快速恢復艙）、傳統恢復（15 min慢跑+15 min人工按摩）和自然恢復（靜止休息）三種方式。在每一次測試前的安靜狀態下測心率，主觀感覺疲勞程度等指標，以確定每名受試者的三次實驗均處于相同的初始狀態，排除由初始狀態的不同而對實驗結果產生的影響。以上三組的運動疲勞訓練、30 min疲勞恢復和指標測試過程均由同一科研人員進行操作，避免人為因素影響。

1.2.3肌氧含量測試

采用TSAH-100型近紅外組織血氧參數無損監測儀（中國）連續監測受試者在不同方式恢復過程中股四頭肌組織的血氧參數[11]，包括：局部組織中氧合血紅蛋白濃度（HbO2）、氧離血紅蛋白濃度（Hb）以及總血紅蛋白濃度相對于檢測初始時刻的變化量：氧合血紅蛋白濃度增量（ΔCHbO2）、氧離血紅蛋白濃度增量（ΔCHb）。檢測時選擇運動疲勞訓練模式中的主動肌—股四頭肌中腹為監測點，順著肌纖維的方向將傳感器探頭縱向放置在一側優勢腿股外側肌肌腹的平面上，探頭的縱軸平行于大腿；為避免影響檢測的精度（如汗水、漏光等），在測試部位與探頭之間加一層透光性較高的薄膜，并用遮光的黑色軟物質覆蓋在表面后，光探頭用彈力繃帶較松地綁縛在大腿上，既要防止漏光和運動時光源移動，又要避免造成局部缺血又要防止過松導致運動中探頭滑落，每次測試開始大約20秒后出現穩定值再開始正式記錄[11-13]。

1.2.4主觀感覺疲勞程度（RPE）、心率（HR）測試

實驗前讓受試者熟悉RPE內容，以便受試者在正式實驗時對RPE能有準確的主觀認識，并記錄受試者安靜狀態下的主觀疲勞程度和心率初始值，實驗開始后每次中大強度疲勞訓練和每次全力蹬踏30秒后即刻記錄受試者主觀感覺疲勞程度。整個實驗過程中受試者佩戴RS-400Polar心率遙測表（芬蘭）實時同步監測受試者心率，并于每次中等強度力竭性杠鈴訓練和每次全力蹬踏30秒后即刻讀取并記錄受試者心率值。

1.2.5數據統計與分析

數據統計與分析采用SPSS17.0軟件系統，數據結果均采用均值±標準差（±SD）表示。自然恢復組、傳統恢復組和進艙恢復組的組間比較采用單因素方差分析（One-way ANOVA）；對恢復前后心率、主觀疲勞感覺等指標的數據進行配對T檢驗。顯著性差異水平為P<0.05，極顯著性差異水平P<0.01。

2研究結果

2.1運動性疲勞模式訓練前后相關指標變化

在每一次實驗測試前，對受試者的心率、主觀疲勞感覺等指標進行檢測，以使每名受試者的三次實驗處于基本相同的初始狀態。在運動性疲勞模式訓練后，受試者的血乳酸（12.0±0.47）、心率（178.2±1.26次/min）和主觀疲勞感覺程度（18.4±0.25），較安靜狀態極具顯著性（P<0.01）。

2.2不同方式恢復過程中肌氧含量變化的特征曲線

圖2為某名游泳運動員在疲勞訓練模式后，采取的三種不同的恢復方式過程中肌肉氧含量的變化曲線，即疲勞運動后達到最低點后到半小時恢復結束過程中的氧合血紅蛋白濃度的變化曲線。用氧合血紅蛋白濃度的相對變化量表示，實際上是每一時刻氧合血紅蛋白濃度相對于初始值的變化量。從圖2可以看出，在運動結束后的恢復期中氧合血紅蛋白濃度在開始后的極短時間內迅速上升，達到一個短暫的平臺后，又呈現一個緩慢的下降的趨勢并逐漸恢復到一定水平。

圖2某名運動員在不同方式恢復過程中CHbO2

變化的特征曲線表1和圖3顯示，肌組織氧合血紅蛋白濃度的增量 （ΔCHbO2） 在30 min不同恢復方式的過程中，從恢復開始的第0min到第5min三種方式的恢復效果基本相同（P>0.05）但進艙恢復組的ΔCHbO2上升幅度最大；從第5 min到第10 min只有進艙恢復組的ΔCHbO2繼續上升，并且與自然恢復組相比具有顯著性差異（P<0.05），而且傳統恢復組的ΔCHbO2從第5 min到第10 min已經開始緩慢下降；此后，從第15min左右開始進艙恢復組和傳統恢復組都與自然恢復組相比具有極顯著性差異（P<0.01）。如第15 min時，進艙恢復組和傳統恢復組的ΔCHbO2上升幅度都比自然恢復組顯著性增高（P<0.01），其ΔCHbO2比自然恢復組上升的程度分別為，進艙恢復組增加了67%，傳統恢復組增加了56%；第15 min以后的情況依然如此。

表1在30 min不同方式恢復過程中ΔCHbO2變化

指標自然恢復組（n=10）傳統恢復組（n=10）進艙恢復組（n=10）0 min0005 min25.1±5.3930.2±5.5832.9±7.1310 min23.4±7.2827.9±6.4734.7±5.66*15 min18.6±4.9129.0±7.44◆◆31.0±8.12**20 min15.8±6.7526.7±4.18◆◆32.5±7.57**25 min16.2±5.9327.2±8.50◆◆31.7±6.56**30 min16.8±5.6426.2±6.16◆◆33.6±9.93**注：數據結果為±SD；在自然恢復組與進艙恢復組比較中，*表示P<0.05差異具有顯著性，**表示P<0.01差異極具顯著性。在自然恢復組與傳統恢復組比較中，◆表示P<0.05差異具有顯著性，◆◆表示P<0.01差異極具顯著性。下同。

圖330分鐘不同方式恢復過程中ΔCHbO2變化情況2.3恢復初期肌氧含量恢復參數RHbO2以及5 min～10 min的各指標變化情況

在三種不同方式恢復過程中通過對受試者的恢復初期肌氧含量變化的曲線進行分析，從而找到訓練停止點，肌氧含量CHbO2恢復到最高濃度一半的點，肌氧含量CHbO2恢復到最高濃度時刻點，最后得出疲勞恢復過程中的肌氧恢復幅度（H） 、半恢復時（TR）[14]，進而通過公式（1）計算出肌氧半恢復速率（RHbO2） 。

RHbO2= H/ 2TR（1）

在運動訓練結束后的不同方式的疲勞恢復初期，由肌氧恢復幅度（H） 、半恢復時（TR）計算得到肌氧半恢復速率（RHbO2）。肌氧含量恢復幅度越大，半恢復時越短，則骨骼肌中局部肌氧含量CHbO2變化率越大，說明該運動員的疲勞恢復速度快。表2顯示，從恢復開始的第0 min到ΔCHbO2達到最高點，三種方式的肌氧恢復幅度（H）和肌氧半恢復速率（RHbO2）是進艙恢復組>傳統恢復組>自然恢復組，并且進艙恢復組和傳統恢復組的ΔCHbO2上升幅度都比自然恢復組顯著性增高（P<0.01）；從第5min到第10 min只有進艙恢復組的ΔCHbO2繼續上升，而傳統恢復組和自然恢復組呈下降趨勢。

表2受試者肌氧含量恢復參數變化表

指標自然恢復組

（n=10）傳統恢復組

（n=10）進艙恢復組

（n=10）肌氧恢復

幅度（ H ）20.2±5.0338.1±7.83◆◆38.7±7.20**肌氧半恢復

速率（ RHbO2 ）51.6±18.3589.3±22.44◆◆90.3±19.42**5 min～10 min的

ΔCHbO2變化斜率-0.34±0.06-0.46±0.080.36±0.06

3分析與討論

3.1不同方式恢復過程中肌氧含量變化特征

微動脈、毛細血管和微靜脈共同組成了人體組織中的微血管系統，肌氧含量則是骨骼肌微血管中血紅蛋白濃度相對變化的加權平均，反映組織中Hb與氧結合及離解的動態變化[2-3]。在運動過程中，主動肌能量的消耗主要來源于磷酸鹽供能，而組織中的磷酸肌酸大量消耗后的快速合成過程中又需要大量的氧，使組織中的HbO2解離生成Hb與O2，參與肌細胞的物質能量代謝，造成肌氧含量迅速下降，機體內可利用的氧含量減少就會加速血液中HbO2的解離生成氧氣和還原血紅蛋白，而氧的大量消耗，使微血管中的肌氧含量下降，出現“負平衡”[5]。骨骼肌組織工作時會消耗肌肉和血液中的氧，當肌氧含量供應不足時會加速肌組織疲勞的產生，最終導致肌組織工作能力下降[15-16]，肌氧的變化反映了肌組織氧代謝變化的情況。在中負荷訓練過程中肌氧飽和度下降可能是由以下原因引起：隨著訓練的進行肌肉代謝加強，機體溫度升高；機體能量代謝加快，產生大量CO2，使局部肌組織PCO2升高；肌組織短時間內的糖酵解產生大量乳酸使pH值降低，而且糖酵解產物2，3-DPG增加。這些因素都會使得肌組織中HbO2解離速度加快，造成肌氧飽和度下降，使肌肉產生僵硬、發緊，甚至痙攣，導致運動能力下降。而體能快速恢復艙可利用負壓-常壓交替作用同時輔以遠紅外加熱，使下肢體液容積及相關循環環境發生變化，促進毛細血管功能的改善，增加微循環，加速體內乳酸排除和肌酸激酶的代謝，促進運動性疲勞的恢復。

圖2顯示，在30 min的疲勞恢復過程中，曲線總的的變化趨勢大致相同。其中，在體能快速恢復艙恢復的過程中，人體在負壓-常壓以及遠紅外加熱的作用下，肌肉氧含量曲線呈現波浪形，而傳統恢復和自然恢復的方式則呈現平緩狀曲線。從氧合血紅蛋白濃度相對于初始值的變化來看，當劇烈運動停止時，ΔCHbO2從運動停止后即刻的最低水平逐漸恢復到訓練前的水平，甚至超過訓練前安靜值，出現所謂為的“肌氧含量的超量恢復”現象。在短暫（大約60～90 s）的“超量恢復”現象之后又呈緩慢下降趨勢并逐漸進入一段平穩的恢復期[5]。

圖3顯示30 min的不同方式的恢復過程中，第5 min時三種方式的恢復效果基本相同，推測這段時間人體肌氧含量的恢復主要是依靠機體本身的恢復能力，而外界的影響很小；第10 min時，進艙恢復組的肌組織ΔCHbO2顯著性地高于自然恢復組（P<0.05），且5 min 至10 min之間ΔCHbO2呈明顯上升趨勢；而此時傳統恢復組的肌組織ΔCHbO2沒有顯著性地高于自然恢復組（P>0.05）；同時從圖3可以看出，恢復期的早期（5～10 min）體能快速恢復艙具有快速恢復的明顯優勢。快速恢復艙這種早期快速恢復肌氧含量的優勢可以較好地運用于實戰比賽，如舉重的短時間休息間隙。圖3顯示30 min恢復過程中的第15 min時，傳統恢復方式才體現出恢復效果的顯著差異，與自然恢復組相比具有顯著性（P<0.01）；此后，進艙恢復和傳統恢復這兩種方式的恢復效果都明顯好于自然恢復的方式。

綜上所述，機體自身的恢復能力和外界因素的作用之間存在一定的關系，運動結束后恢復開始階段，以機體自身的恢復能力占主導，隨后外界作用條件也開始表現出明顯的恢復效果。而從操作程序上方面比較，體能快速恢復艙在恢復過程中對操作人員的要求較低，只需掌握簡單的操作步驟即可，與傳統恢復方式相比具有：簡單、易操作、易掌握等優點，并且整個恢復過程中還能夠做到均勻、同步等特點，這更加有利于血液和淋巴系統循環，血乳酸、肌酸激酶等的分解毛細以及血管功能的改善。

3.2恢復初期肌氧關聯參數H、TR與RHbO2變化特征

在恢復初期引入了肌氧恢復幅度（H）、肌氧半恢復速率（RHbO2）、出現拐點的時間t等指標，其中肌氧含量恢復幅度越大，半恢復時間越短，則骨骼肌中局部肌氧含量CHbO2恢復的越快。有研究者認為[10]，可以用肌氧含量的半恢復時TR為評定肌氧恢復能力的參數，恢復時間短則說明恢復能力強。有氧代謝能力愈好，則恢復的時間必然愈短，肌氧恢復早。由表2顯示，在運動訓練結束后采用不同方式的疲勞恢復過程中，骨骼肌在肌氧恢復幅度（H）方面，進艙恢復和傳統恢復這兩種方式的變化幅度明顯大于自然恢復的方式，這說他們對肌氧變化的作用效果好。通過對肌氧半恢復速率（RHbO2）的計算發現，進艙恢復和傳統恢復這兩種方式的肌氧半恢復速率明顯快于自然恢復的方式。可見，利用體能快速恢復艙恢復艙有利于加快運動員體能快速恢復的效果。

4結論與建議

4.1在恢復初期，快速恢復艙這種早期快速恢復肌肉氧含量的優勢可以較好地運用于實戰比賽，如舉重的短時間休息間隙。

4.2下肢負壓-常壓恢復艙在整個恢復過程中具有均勻、同步等特點，有利于加速血液和淋巴系統循環，改善毛細血管功能的效果，促進肌氧含量快速恢復的作用，這為運動員的體能快速恢復提供了一種新的途徑，具有廣闊的應用前景。

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