心臟呼吸系統與運動員機體功能狀態的關系研究

Ю·С·瓦紐申　Р·Р·海魯林

[專家點評]

作者來自于俄羅斯著名城市喀山——2013年第27屆世界夏季大學生運動會舉辦城市。文章是一篇研究報告。作者對73名不同年齡和運動項目的男性運動員的心臟呼吸系統特點進行了研究。受試運動員按照年齡和運動項目分成4組，主要采用的是常規性指標，研究結果未超越已有的認識，起到了進一步證實已有觀點的作用。

為幫助讀者理解，需要補充說明的是文章中出現的兩個不常見的術語：變頻型（俄語：Хронотропный，英語：Chronotropic）適應和變力型（俄語：Инотропный，英語：Inotropic）適應。這里“變頻型適應”是指影響心臟收縮頻率的適應，而變力型適應是指影響心肌收縮力的適應。此外，要是作者能更明確地指明周期性和非周期性運動項目是指哪些具體項目的話，也許將更有助于讀者的理解和引用。

——姚頌平

摘要。本研究的目的是按照心臟呼吸系統相互聯系的生理學反應綜合指標確定在提高負荷強度的情況下不同運動項目和年齡運動員機體的功能狀態。在研究中我們在自行車測功儀上無間歇地使用了從50 W到200 W逐漸提高強度的負荷。每一個負荷等級使用的時間為4 min。在這種情況下記錄了以下心臟呼吸系統指標：心率（ЧСС）、每搏血量（УОК）、每分鐘血液循環量（МОК）、每分鐘呼吸量（МОД）、血液循環指數（ИК）、心臟指數（СИ）、氧利用系數（КИО2）。為了判斷運動員機體的補償性反應和適應性反應使用了心臟呼吸系統綜合評價系數。參加研究的有73名男性，年齡為17至35歲，根據不同年齡和從事的運動項目將他們分為若干組。對于周期性運動項目的運動員，開始時帶有強度為150 W的負荷，不同年齡的運動員表現出不同的優勢性機制（變頻型或變力型）。非周期性項目的運動員在提高負荷強度時年齡對心臟未活動產生影響。在負荷下對運動員適宜的血液動力反應閾值產生影響的是運動項目，而不是年齡。使用心臟呼吸系統綜合評價系數證明周期性項目的運動員具有較大的功能潛力。

關鍵詞：心臟呼吸系統、變頻型和變力型適應、運動員、提高強度的負荷

Abstract：The purpose of this study is to determine the bodys functional status in improving the load intensity of different sports and athletes age according to the physiological reaction comprehensive indicator of cardiorespiratory system. In the study， we used the ergometer with a gradual increase in intensity from 50 W to 200 W. The time for each load level is 4 min. In this case， the following cardiac respiratory system parameters were recorded： heart rate， stroke volume， blood circulation per minute， respiratory rate per minute， blood circulation index， cardiac index， and oxygen utilization coefficient. In order to determine the compensatory responses and adaptive response of athletes， the cardiac respiratory system comprehensive evaluation coefficient was used. Subjects participating in the study were 17 males， aged 73 to 35 years， and were divided into several groups according to different age and exercise program. For athletes with periodic sports events， the load at the beginning of the 150 W， athletes of different ages show different advantages （chronotropic and inotropic）. Athletes of non-periodic sports events have an effect on the age of the heart when the load intensity is increased. Under the load， the optimal blood dynamic response threshold of athletes is affected by the sports events， but not the age. It proves that the athletes of the periodic sports events have great potential by using the comprehensive evaluation coefficient of cardiac respiratory system.

Key words： cardiac respiratory system； chronotropic and inotropic； athlete； load of improving intensity

現代信息技術使得研究者能綜合性地分析機體的功能狀態，即存在著在系統水平上多參數分析研究功能的可能性。這樣的思想是在功能系統理論中建立的[1-4]。在生物學和醫學研究領域，從加拿大生物學家Л.Ф.貝爾塔蘭費（1973）的著作開始廣泛采用系統化態度，把系統確定為是其眾多組成成分的統一體。所以，必須綜合性地研究整個機體，這就要求同一時刻比較眾多功能指標[5]。由此對于建立植物性保障肌肉活動模式，同時記錄功能系統的各個組成成分顯然是適宜的[6]。

心臟呼吸系統是最重要的功能系統之一，其活動在很大程度上決定了保障對機體的供氧，以及運動員的運動成績和健康。依據心臟呼吸系統的活動可以判斷運動員機體的功能狀態，因為它完成的是功能可能性和潛在可能性指示器的作用。對于從事耐力性運動項目的運動員心臟呼吸系統具有特別大的意義[2-3]。

1 研究目的

按照心臟呼吸系統相互聯系的生理學反應綜合指標確定在提高負荷強度的情況下不同運動項目和年齡運動員機體的功能狀態。

2 研究方法和組織

在醫學-生物學研究中具有高度診斷價值的身體負荷得到廣泛的普及，借此可以模擬人的各種不同的活動類型。公認的和受到偏愛的是自行車測功儀，它比較容易獲得運動活動時的生理學信息和能夠精確地按照強度，或按照完成工作的時間區分身體負荷[2-6]。在我們的研究中，在自行車測功儀上無間歇地使用了從50 W到200 W逐漸提高強度的負荷。每一個負荷等級使用的時間為4 min。在這種情況下記錄了以下心臟呼吸系統指標：心率（ЧСС）、每搏血量（УОК）、每分鐘血液循環量（МОК）——按照B.古比契克及其合作者的方法確定[7]；每分鐘呼吸量（МОД）——借助于肺測速儀；血液循環指數（ИК）、心臟指數（СИ）、氧利用系數（КИО2）——通過計算方法獲得。為了判斷運動員機體的補償性反應和適應性反應使用了心臟呼吸系統綜合評價系數[2-3]。

參加研究的有73名男性運動員，年齡為17～35歲，根據年齡期和從事不同的運動項目將他們分為若干組。第一組（22人），17～21歲的青年，從事周期性運動項目；第二組（17人），17～21歲的青年，從事非周期性運動項目；第三組（20人）——成年運動員（22～35歲），從事周期性運動項目；第四組（14人）——22～35歲的非周期性運動項目的運動員。

3研究結果和討論

運動員組中隨著完成負荷的強度升高，心臟活動指標也提高，見表1。

可是，在這種情況下表現出的特點既與運動員的年齡有關，也與運動項目有關。不同年齡和從事不同運動項目的運動員組對身體負荷有不同的反應，他們的生理功能的適應區間也不同。例如從事非周期性運動項目的運動員組在提高強度的負荷下年齡沒有對心臟活動指標（ЧСС、УОК、МОК）產生影響。所有這些參數隨著負荷強度的提高，出現同一方向的變化，并在青年組和成年組之間沒有顯著的差異。這可能是因為這些組的受試者來自于同一個運動項目，在負荷下的緊急適應機制不取決于年齡特征。

在周期性運動項目的運動員組中年齡對心臟活動指標具有影響。從強度為150 W的負荷開始，心率較高的是青年運動員組，而每搏血量較大的是成年運動員組。可能在從事周期性運動項目的運動員組中年齡對參與支持心臟輸出的優勢性機制（變力的或變頻的）具有影響。

有些作者[2-3]把停止增大每搏血量的現象稱為適宜的血液動力反應的閾值。從我們的研究結果應當看到，競技活動項目對其產生了影響。在運動活動中增大心臟輸出量是依靠增加心率或每搏血量來實現的，而在某些情況下——依靠心臟活動這兩個參數同時實現的，可是，它們對每分血量的貢獻是不同的。例如，每搏輸出量對于初始水平增加不超過1倍，與此同時在最大負荷下心率則可以增加2倍以上。在這種情況下，安靜心率越是低，心臟變頻的可能性就越是大。可以認為，從生物學視角心臟的變頻反應的最大意義取決于竇結節的功能可能性。所以對于運動員的，尤其是耐力項目的運動員，增加每搏輸出量是每分鐘血量的主要優化因素，每搏輸出量的值取決于基礎性的潛在血量。可是訓練程度不高的人們每分鐘血量的增加是依靠心臟的變頻反應，這在從事非周期性運動項目的青年運動員和成年運動員組中可以觀察到。在這種情況下，適宜的血液動力反應的閾值等于50 W。

在從事周期性運動項目的青年和成年運動員中，閾值處于100 W的負荷強度水平上。在這一組中在提高負荷強度下每搏血量較大增加的機制可能是因為他們左心室的舒張和收縮容量可能大于其他組[2-3]。在身體負荷下可能這些容量減少的量比較多，從而決定了每搏血量的較大增加。

在自行車測功儀上強度為150 W和200 W的負荷導致了所有組運動員心率的持續增加。每分鐘血量的增加主要是依靠變頻效應，在這種情況下正是心臟活動的增加頻率證明了所施加負荷的可承受性。

在同時比較心臟呼吸系統的許多功能指標時可以獲得關于機體對負荷適應的最充分的認識[2，6]。在較大程度上決定肌肉活動時對機體保障供氧的最重要的指標之一是每分鐘血量。可是我們所獲得的結果證明了在從一種負荷強度過渡到另一種負荷強度中每分鐘血量的增量出現降低，見表2。所以可以假設，存在著針對于滿足肌肉活動時需氧量的其他機制。其中之一是外呼吸，按照許多作者[2-3]的意見，這可能是限制達到高度運動成績的因素。

從事非周期性運動項目的運動員組中，肺通氣量（МОД）最大值出現在200 W的負荷強度下，與年齡無關，見表2。在這種情況下，在周期性運動項目的運動員組中外呼吸被視為在提高功率自行車負荷強度條件下，在心臟輸出值相對較小的情況下是滿足運動員機體需氧量的補充機制之一。必須指出，我們所獲得的肺通氣量結果不是足夠高水平訓練程度的標準，因為在這種情況下呼吸的氧價和能量價都提高了。在這樣的條件下對肌肉活動的適應最好是借助于激活和提高氧傳輸系統的效果。從事周期性運動項目的17～21歲青年運動員組的血液循環指數和心臟指數的較大值可信地證實了這一點。

在機體對肌肉活動適應的過程中，甚至在同一個功能系統中，出現了復雜的相互關系。這可以在提高強度的負荷下保障對運動員機體供氧的心血管系統和呼吸系統的相互作用中看到。為了判斷不同運動項目和年齡的運動員機體在完成提高強度的負荷下的補償性反應和適應性反應，我們采用了心臟呼吸系統的綜合評價系數[3]，它指出了年齡為17～21歲和22～35歲從事周期性運動項目的運動員組在150 W強度的負荷下具有較大的功能潛力，而從事非周期性運動項目的運動員的機體中則替代了功能。從事非周期性運動項目的運動員組在150～200 W強度的負荷下對機體供氧的綜合評價系數出現較大的下降反映了對工作肌群輸送氧的保障具有較高的“生理學價值”。

4 結論

周期性運動項目運動員從150 W強度的負荷開始表現出優勢性的適應機制（變力型或變頻型），取決于運動員的年齡。非周期性運動項目運動員在提高強度的負荷下年齡未對心臟活動指標產生影響。在負荷下對運動員適宜的血液動力反應閾值給予影響的是運動項目，而不是年齡。使用心臟呼吸系統綜合評價系數證明了周期性運動項目的運動員具有較大的功能潛力。

參考文獻：

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4.Судаков К.В. Физиология.Основы и функциональные системы：Курс лекций./К.В.Судаков. – М.：Медицина. – 2000，-784с.

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