肌氧飽和度與局部肌肉耐力的關系探究

蔡前鑫，趙之光，魏文哲

(1.蘇州大學體育學院，江蘇蘇州 215021;2.北京市體育科學研究所，北京 100075)

肌氧飽和度與局部肌肉耐力的關系探究

蔡前鑫1，趙之光2，魏文哲2

(1.蘇州大學體育學院，江蘇蘇州 215021;2.北京市體育科學研究所，北京 100075)

目的:探討肌氧飽和度與局部肌肉耐力之間的關系。方法:采用等速肌力測試，以北京國安三線10名足球運動員為研究對象進行240°/S，20次的膝關節屈伸運動方案，同時用近紅外光譜技術實時、連續監測運動中股外肌的氧飽和度變化。結果:肌氧飽和度下降幅度與做功下降率之間存在一定的相關性(r=-0.685)，P＜0.05。結論:肌氧飽和度與局部肌肉耐力之間存在一定的相關性，肌氧飽和度可能可以用來評定局部肌肉耐力。

肌氧飽和度;肌肉耐力;關系

近紅外光譜技術(Near infrared spectroscopy，NIRS)可實現組織血氧參數的無損、實時、連續、直接檢測，其可反映局部組織氧供應與氧消耗的動態平衡。波長為700～900nm的近紅外光對人體組織有良好的穿透性。此波段中Hb和HbO2是主要的吸收體，且二者的吸收譜存在顯著差異，然后利用Lambert-Beer定律可以計算出兩者的濃度。肌氧飽和度儀就是利用這種特性對肌肉內的氧濃度進行測量的設備［1-3］。肌氧飽和度=肌肉內氧合血紅蛋白濃度/總血紅蛋白濃度，總血紅蛋白濃度=還原血紅蛋白濃度+氧合血紅蛋白濃度。肌肉耐力是指肌肉持續收縮的能力，即肌肉抵抗疲勞的能力。等速肌力測試系統可以對肌肉耐力進行測試評定［4-5］，本研究旨在運用近紅外光譜技術對膝關節等速運動中股外側肌氧飽和度進行實時、連續監測，并分析肌氧飽和度變化與大腿肌群做功下降率之間的關系，進而探討肌氧飽和度與局部肌肉耐力之間的相關性，為以后用肌氧飽和度評定局部肌肉耐力提供理論依據。

1 研究對象與方法

1.1 實驗對象

所選實驗對象為北京國安三線10名足球運動員，平均年齡、身高、體重分別為16.1±3.9歲、175.3± 7.7 cm和65.3±10.4 kg。

1.2 實驗方法

1.2.1 待測部位的選擇

股外側肌的確定:使受試者保持自然站立姿勢，腿部放松，根據人體的解剖學特點找到股骨外側髁和髂前上棘兩點的位置，取兩點連線的下1/3處即為待測點的位置。

1.2.2 肌氧飽和度的測定

所用儀器:組織氧無線監測系統(北京歐思盟科技發展有限公司)、DRO型快速加壓止血器(寶雞市德爾醫療器械制造有限公司，長800 mm，寬40 mm)

測量方法:確定待測部位之后，在其上面貼上一層無色貼膜，將肌氧飽和度儀的探頭的發射孔對準待測點然后放在貼膜上，并且使探頭的軸線與股外側肌平行，然后用可遮光的繃帶將探頭全部纏繞起來，防止漏光以及外界光線的干擾(F.Billaut，2013);松緊度要合適，防止實驗過程中探頭移位。然后將探頭與模塊連接起來，無線接收設備與電腦連接起來，啟動程序之后即可測定肌氧飽和度變化情況。

1.2.3 等速肌力測試

測試儀器:美國BIODEX等速力量測試臺。

測試指標:運動前安靜狀態股外側肌氧飽和度的值以及運動中的最低值、做功下降率。

測試方法:首先，讓受試者取坐位，上體與大腿均用寬帶固定，以防借力而影響測試結果。雙手緊握測試椅兩側的把手，動力頭的旋轉軸對準測試部位，使膝關節活動軸心與儀器動力臂旋轉軸心相一致，待進入測試程序后，選擇快速240°/S，20次屈伸的測試方案，正式測試前要求運動員在測試角速度下，以亞極限強度運動5～10次，熟悉和掌握整個測試的過程，以便保證測試的準確和數據獲取的可靠性，整個測試過程中實時連續監測股外側肌氧飽和度的變化。

1.3 統計方法

每個測試項目均算出平均值和標準差，運用統計軟件SPSS17.0對肌氧飽和度變化量和做功下降率進行相關性分析，顯著性水平P＜0.05。

2 結果

2.1 等速肌力測試前后10名隊員肌氧飽和度測量結果

圖1為1名受試者在等速肌力測試過程中肌氧飽和度變化情況。從圖中可以看出等速肌力測試剛開始時，股外側肌氧飽和度沒有太大的變化，保持平穩的趨勢，隨著膝關節屈伸的不斷進行，大概在第8次的時候股外側肌氧飽和度開始迅速下降，下降到40%左右時不再隨著屈伸運動而下降，達到一個新的平衡，直到運動結束。表1是29名受試者測試前的肌氧飽和度安靜值、測試剛結束時的肌氧飽和度值以及肌氧飽和度變化量。從表中可以看出，等速肌力測試前安靜狀態時，肌氧飽和度基本穩定在62%左右，各項指標均具有較大的個體差異。

圖1 等速肌力測試中股外側肌氧飽和度的變化情況

表1 加壓運動前后肌氧飽和度的值(n=10)

2.2 10名隊員等速肌力測試做功下降率

表2為10名足球隊員進行20次240°/秒的屈伸運動的做功下降率，也即所謂的疲勞指數。從表中可以看出做功下降率最大值為25.7%，最小值為7.6%，同樣也可以看出不同個體之間存在較大的差異。

表2 20次240°/秒的屈伸運動中最后3次做功之和的數值(n=10)

2.3 肌氧飽和度與等速肌力測試中做功下降率之間的關系

表3為等速肌力測試中肌氧飽和度變化量與做功下降率之間的相關性，r=0.685，且P＜0.05，具有統計學意義。

表3 肌氧飽和度變化量與做功下降率的相關性(n=10)

3 討論

氧在骨骼肌能量代謝過程起著至關重要的作用。如果在運動中停止對肌肉的氧供應，該肌肉會在數分鐘內產生疲勞，并造成運動能力迅速下降。因此，準確測量肌肉內的氧含量對于了解肌肉耐力具有重要意義。

波長為700～900 nm的近紅外光對人體組織有良好的穿透性。此波段中Hb和HbO2是主要的吸收體，且二者的吸收譜存在顯著差異。肌氧飽和度儀就是利用這種特性對肌肉內的氧濃度進行測量的設備。肌氧飽和度=肌肉內氧合血紅蛋白濃度/總血紅蛋白濃度，總血紅蛋白濃度=還原血紅蛋白濃度+氧合血紅蛋白濃度。肌肉耐力主要決定于慢肌纖維比例、骨骼肌毛細血管密度、線粒體數量等因素，而這些因素均與肌肉內氧濃度有關。肌氧飽和度可以反映肌肉內的氧濃度。因此，肌氧飽和度與局部肌肉耐力之間可能存在一定的相關性。

運動前安靜狀態時股外側肌氧飽和度保持平穩狀態，基本維持在62%左右，如表1所示。等速運動開始后，前幾次膝關節屈伸過程中股外側肌氧飽和度基本處于平衡狀態，如圖1所示，主要是因為前幾次屈伸運動中機體主要通過無氧系統供能，主要是磷酸原系統和糖酵解系統，磷酸原系統供能占更大比例，此時機體消耗氧氣量不大，因此肌氧飽和度基本維持在平穩狀態，這一點與王國祥［6］的研究一致。隨著運動的持續進行，股外側肌氧飽和度開始迅速下降，大約在8秒之內下降至最低，然后趨于平穩狀態，達到新的平衡。這種肌氧飽和度迅速下降的原因可能為:運動中主動肌主要募集的是快肌纖維，其儲氧量較少，運動時主要依賴于磷酸鹽供能，使磷酸肌酸大量消耗，而磷酸肌酸的快速再合成則需要大量肌氧;運動中大量增加的乳酸，需要進入肌纖維細胞中被進一步氧化;運動強度越大耗氧量越多，而且在運動最初時肌肉血流量上升相對緩慢，氧氣供應相對不足，則導致肌氧含量比例大幅度下降;隨著運動過程中酸性產物在體內的堆積和H+濃度的增加，可促進O2和Hb快速分離，從而導致肌氧飽和度進一步下降［7］。隨著運動時間的延長，血液循環快速動員，心跳加快，毛細血管開放程度加大，肌內血容量上升而血氧的供應相對加強，使運動中氧的消耗與供應趨于相對平衡。王榮輝［8］認為施加運動負荷后，肌氧迅速消耗，與加負荷前相比，肌氧含量百分比下降，當肌氧的輸送與消耗達到平衡后，肌氧保持相對穩定。Sachiko.H等［9］人認為肌氧到一定負荷后不再下降，本研究結果與之相一致。

結合表1、表2可以看出肌氧飽和度下降幅度較大的運動員，其做功下降率即疲勞指數較小，也即肌肉耐力越好，而表3正好得出這樣的結果，肌氧飽和度變化量與做功下降率呈負相關，r=-0.685，說明耐力好的運動員能夠最大限度地肌肉內儲存的氧氣用于機體大強度運動時的需要，即耐力好的運動員其肌肉內的氧儲量大。王榮輝等［10］在研究不同強度運動肌氧含量變化特點時發現運動員組不僅負荷功率比非運動員組大，而且肌氧下降峰值、肌氧下降幅度、肌氧恢復幅度也比非運動員組大，且有顯著差異，認為運動員在承受較大的負荷時，在心率低的情況下，肌氧消耗大，超量恢復也大，說明運動員肌氧儲量大，同時具備良好的肌氧動員、輸送和恢復能力。THOMASC［11］和Hamaoka T［12］也支持此觀點。

本研究說明肌氧飽和度與局部肌肉耐力之間存在一定的相關性，然而本研究的實驗對象只有10名，一些偶然誤差會對實驗結果產生一定的影響，這些實驗對象還不足以證明這一觀點，因此還需要更多不同層次耐力的實驗對象做支撐。

4 結論

肌氧飽和度與局部肌肉耐力之間存在一定的相關性，肌氧飽和度可能可以用來評定局部肌肉耐力。

［1］徐飛，馬國東，李岳.高水平公路自行車運動員急性低氧運動時肌氧飽和度變化特征研究［J］.北京體育大學學報，2012，06:56-60.

［2］蘇暢，王培勇，馬俊英，等.肌氧含量的光電無損檢測及其在運動訓練中的應用［J］.清華大學學報(自然科學版)，1997，04:83-86.

［3］王培勇，王林高，張鑫.高強度運動對心臟的沖擊影響及信號提取研究［J］.廣州體育學院學報，2007，04:1-5.

［4］李國平，陳曉鳴，張維娜.用等速測力法評定優秀運動員股四頭肌和腘繩肌力量和耐力［J］.中國運動醫學雜志，1988，03:143-148，190.

［5］張飛，劉一平.中頻電刺激對膝關節肌群等速肌力相關指標影響的實驗研究［J］.吉林體育學院學報，2010，(6):64-66.

［6］王國祥，黃何平.等速運動過程中肌放電量與肌氧含量的變化特征［J］.體育學刊，2005，(1):53-55.

［7］王國祥，劉殿玉，等.速運動中肌氧含量及其表面肌電圖中位頻率的變化特點［J］.廣州體育學院學報，2004，(2):38-40，43.

［8］王榮輝，劉桂華，張一民，等.遞增負荷運動肌肉氧含量的變化［J］.北京體育大學學報，2002，(5):630-632.

［9］Sachi ko H，Hideo E，Sadamasa O，et al.Near-infrared estimation of supply and consumption in forearm musclesworking at varying intensity［J］.JApp Physiol，1996，80:1279-1284.

［10］王榮輝，劉桂華，張一民，等.不同強度運動肌氧含量變化特點［J］.北京體育大學學報，2001，03:326-328.

［11］Thomasc，Sirventp，et al.Relationships between maximal muscle oxidative capacity and blood lactate removal after supramaximal exercise and fatigue ind exes in humans［J］.JAppl Physiol，2004，97(6):2132-2138.

［12］Hamaoka T，Iwane H，Shimomitsu T，et al.Noninvase measures of oxida tive metabolism on working human muscles by near-infrared spectroscopy［J］.JAppl Physiol，1996，81(3):1410 -1417.

Relationship between muscle oxygen saturation and localmuscle endurance

CAIQian-xin1，ZHAO Zhi-guang2，WEIWen-zhe2
(1.School of P.E.，Soochow University，Suzhou 215006，Jiangsu，China;2.Beijing Institute of Sports Science，Beijing 100075，China)

Objective:To investigate the relationship between muscle oxygen saturation and local muscle endurance.Methods:Muscle Testingwas given to the Guoan three-tier10 footballers，and knee flexion and extension program is 240°/S，20 times，while near infrared spectroscopy is used for real-time，continuousmonitoring of themovement of stocks outsidemuscle oxygen saturation changes.Results:Muscle oxygen desaturation between the magnitude of decline in the rate of doing work a certain correlation(r=-0.685，P＜0.05).Conclusion:The presence of oxygen saturation between muscle and local muscle endurance has certain correlation;muscle oxygen saturation may be used to assess localmuscle endurance.

muscle oxygen saturation;muscular endurance;relations

G804.2

:A

:1009-9840(2015)02-0084-03

2014-11-30

蔡前鑫(1991- )，男，在讀碩士，研究方向運動生理生化。