新型呼吸面罩訓練對心肺功能與體成分的影響

黃偲瀚，孫 強，宋雅偉

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新型呼吸面罩訓練對心肺功能與體成分的影響

黃偲瀚1，孫 強2，宋雅偉3

南京體育學院，江蘇 南京，210014。

研究目的：本研究旨在通過Bruce次極量等運動試驗，分析運動低氧面罩進行訓練對心肺功能、呼吸肌和身體成分的影響。方法：選取12名未經(jīng)過體能訓練的普通男大學生，分為實驗組和對照組，隔天進行4km跑步，為期6周，并在實驗前、中、后期進行最大吸氣壓、肺功能（最大攝氧量、最大通氣量、呼吸商等指標數(shù)據(jù)）的測定。最后總結(jié)分析面罩對心肺功能的影響以及在訓練中的作用。結(jié)果：（1）兩組脂肪量和體脂率與實驗前相比有顯著性下降（P<0．05），其中實驗測試后正常訓練組體重平均下降1.25kg，脂肪量減少1.71kg（降幅17.6%），體脂率下降2.4%；呼吸面罩組體重平均下降2.51kg，脂肪量減少1.05（降幅7.7%）kg，體脂率下降1.48%。（2）吸氣肌肌力指數(shù)和最大攝氧量與實驗前相比均有顯著性提升，但是每組之間的差異不顯著，其中正常訓練組的肌力指數(shù)增加24.78，增幅為25%，最大攝氧量增加8.24，增幅為21.4%；呼吸面罩組的肌力指數(shù)增加16.95，增幅為15.4%，最大攝氧量增加8.24，增幅為24.7%。結(jié)論：（1）呼吸面罩更適用于有一定體能訓練基礎的人員；（2）增加了能量的消耗，起到較好的減肥作用。（3）有助于提高人體爆發(fā)力、速度和耐力素質(zhì)。

低氧面罩；心肺功能訓練；最大攝氧量

心肺功能泛指由氧運輸系統(tǒng)通過肺呼吸和心臟活動推動的血液循環(huán)向機體運送氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)，從而滿足各種人體生命活動物質(zhì)與能力那個代謝需要的生理過程[1]。有關實驗證明心肺耐力好的人活動能力強，能高效率地利用攝入體內(nèi)的氧，延長運動能力的保持時間，提高日常工作效率。有實驗指出在低氧環(huán)境先進行運動有利于呼吸效能的提高，其刺激頸動脈體和主動脈體的化學感受器，從而反射性地引起呼吸加快加深，在低氧環(huán)境下訓練過的運動員，其呼吸頻率降低，最大通氣量提高，最大攝氧量增加，肺活量顯著增大。這些改變通過對機體氧結(jié)合能力、氧運輸能力、供氧能力、氧利用能力和免疫系統(tǒng)功能以及神經(jīng)肌肉功能的提高，使身體組織產(chǎn)生一系列的適應性變化，從而促進整體健康和體質(zhì)水平的提高。但由于低氧訓練場地難找，經(jīng)費開支大，目前我國低氧訓練基地的科研服務體系不完善、科研人員配備不足，低氧氧艙造價成本過高等原因，無法實現(xiàn)最理想的訓練計劃，同時也無法向廣大市民推廣。因此，研發(fā)一款同時具有99﹪高效防護、濾芯計時、低氧訓練功能的面罩，旨在凈化空氣，過濾空氣中的細小顆粒，運動過程中對呼吸道起到保護作用，同時通過應用不同的插片，限制面罩的通氣量，增加呼吸難度，營造低氧的訓練環(huán)境，提高訓練效果，鍛煉心肺功能。

本研究旨在通過大量的科學實驗（Bruce次極量運動試驗等），收集心率、最大攝氧量、最大通氣量、呼吸商等數(shù)據(jù)進行對比研究，分析面罩對呼吸肌以及心肺功能的影響，判斷面罩功能。

1 研究對象和方法

1.1 實驗對象

南京體育學院運動人體科學系12名未經(jīng)過體能訓練的普通男大學生，平均年齡（19.9±1.1）歲，所有受試志愿者身體健康，無代謝或內(nèi)分泌紊亂、心肺功能的疾病史，沒有哮喘和其他呼吸類疾病。所有志愿者在實驗前已經(jīng)熟悉了整個實驗的測試以及訓練過程，并且在進行訓練當天沒進行其他大強度的運動。

隨機將12名志愿者分兩組，A組為正常耐力訓練組，B組為低氧艙訓練組，每組各6人?；厩闆r如表1。

表1 研究對象的基本情況

注：*實驗后各組與實驗前相比有顯著性差異P＜0.05

1.2 研究方法

1.2.1 測試的方法（1）兩組均進行為期6周的跑步訓練，每周3次，隔天進行，每次跑4km，并在20min內(nèi)跑完，并且心率保持在最大心率的70%，志愿者身著寬松舒適的衣褲進行測試。

A組要求在標準的塑膠跑道上進行訓練；

B組要求在同樣的場地進行訓練，但每次耐力訓練必須佩戴嵐極雙效面罩進行試驗。

通過佩戴心率帶，測量受試者跑步過程中的心率，進而控制其跑步速度，并記錄整個訓練過程中最高心率。

訓練結(jié)束后詢問受試者主觀疲勞感受，通過RPE（Rating of Perceived Exertion）此量表進行自我評估。

（2）實驗前、中、后期通過k5呼吸肌訓練器對受試者進行最大吸氣壓測試評定；佩戴cosmed K4B2便攜式心肺功能儀在運動平板上進行Bruce逐級遞增運動負荷試驗，測量肺活量，最大攝氧量、最大通氣量、呼吸商等指標數(shù)據(jù)；使用MC-180體成分測試儀器進行體成分檢測，包括體重，脂肪量，體脂率等。

1.2.2 面罩的研制 面罩設計符合人體工學密封設計，適合亞洲人的臉型，佩戴方便，緊密貼合臉部。面罩多功能、多層次的進氣口科學設計，對空氣的凈化有著優(yōu)良的效果，同時使用不同形狀與大小的插片，通過對面罩進氣孔封閉程度的控制，限制面罩的通氣量，起到低氧訓練的效果。實驗統(tǒng)一受試者所使用的插片規(guī)格，相同的通氣量。實驗期間要求受試者將口鼻完全包裹在面罩內(nèi)，調(diào)整到舒適的位置，使面罩緊密貼合在面部，氣體的交換只能通過面罩的進出氣孔進行，用可調(diào)整面罩松緊度的調(diào)整帶固定在面部。

圖1 改進的面罩進氣口結(jié)構(gòu)分解圖

1.2.3 最大吸氣壓 所有的受試者在實驗的前、中、后期都進行呼吸肌測試，使用呼吸訓練器（Power Breathe K5）進行測試。采用快吸慢呼（快速且深入的吸氣，緩慢呼氣）的方式呼吸30次，每次間隔10s，其中所能達到的最大肌力指數(shù)即為最大吸氣壓。

1.2.4 肺功能測試 使用K4b2心肺功能測試儀跟跑臺進行 Bruce實驗，記錄實驗終止時受試者的運動時間，以及實驗過程中心率，RPE，最大攝氧量、最大通氣量、呼吸商等數(shù)據(jù)。

1.2.5 體成分測試 直接測定，使用MC-180體成分測試儀，打開電源，受試者赤足站立，測量記錄體重，脂肪量，肌肉量，體脂率等。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析 采用SPSSl7.0統(tǒng)計軟件對所測得實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，所得數(shù)據(jù)用平均數(shù)±標準差表示，采用配對樣本t檢驗比較組內(nèi)訓練前后是否有顯著性差異，以獨立樣本t檢驗來比較缺血訓練組和正常訓練組訓練效果是否顯著，P＜0.05表示差異顯著，P＜0.01表示差異非常顯著。

2 結(jié) 果

2.1 訓練前后身體成分變化情況

表2 實驗前后身體成分的情況

注：*實驗后各組與實驗前相比有顯著性差異P＜0.05

從表2實驗前后數(shù)據(jù)對比來看，實驗后兩組脂肪量和體脂率與實驗前相比有顯著性下降（P<0．05），其中實驗測試后正常訓練組體重平均下降1.25kg，脂肪量減少1.71kg（降幅17.6%），體脂率下降2.4%；呼吸面罩組體重平均下降2.51kg，脂肪量減少1.05（降幅7.7%）kg，體脂率下降1.48%。

2.2 訓練前后呼吸肌功能及最大攝氧量變化情況

表3 實驗前后呼吸肌肌力指數(shù)和最大攝氧量的變化情況

注：*實驗后各組吸氣肌肌力指數(shù)與實驗前相比有顯著性差異P＜0.05

從表3結(jié)果得出，實驗測試后，2組吸氣肌肌力指數(shù)和最大攝氧量與實驗前相比均有顯著性提升，但是每組之間的差異不顯著，其中正常訓練組的肌力指數(shù)增加24.78，增幅為25%，最大攝氧量增加8.24，增幅為21.4%；呼吸面罩組的肌力指數(shù)增加16.95，增幅為15.4%，最大攝氧量增加8.24，增幅為24.7%。

3 討 論

3.1 對身體成分變化的影響

一個人身體健康狀況可以通過其體重的變化進行反映與衡量，正確的運動可以控制我們的體重，維持身體健康。實驗采取了有氧的運動方案，其不僅能增加人體對糖和蛋白質(zhì)的利用，還能使組織中蛋白質(zhì)的新陳代謝加強，防止多余的糖和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為脂肪[2]。研究結(jié)果表明兩組測試人員體重、脂肪量、體脂肪率在進行一段時間的訓練后都有顯著下降，兩組之間的區(qū)別在于，受試者在佩戴了面罩進行訓練后，由于面罩限制通氣量，增加了呼吸難度，改變了原有的呼吸節(jié)奏，運動負荷強度增高，從而加強了運動對人體代謝循環(huán)系統(tǒng)的刺激，提高了代謝能力，主管疲勞感更為明顯。

BMI由世界衛(wèi)生組織于1990年公布，用于反映成人體重與身高的關系，是判斷人體胖瘦程度的一項測試指標[3]。根據(jù)世界衛(wèi)生組織規(guī)定的標準，亞洲人BMI正常值為18.5—23.9受試者的BMI指數(shù)在理想的正常值范圍內(nèi)[4]。相比之下，面罩組在與普通組進行相同的訓練后，將受試者BMI控制在正常值的同時起到了快速減肥的效果，適用于肥胖人群。

3.2 呼吸肌功能及最大攝氧量變化的影響

有關研究表明，有氧運動——健身跑能增強呼吸肌的力量，擴大胸廓活動范圍，使充滿肺泡的數(shù)量增多，肺臟彈性增強，肺活量增加，吸氣能力提高[5]。

最大攝氧量是人體在進行有大量肌肉群參加的長時間劇烈運動中，當心肺功能和肌肉利用氧的能力達到本人極限水平時，單位時間內(nèi)所能攝取的氧量，它與人體心肺功能的運轉(zhuǎn)能力（主要受心輸出量、血紅蛋白水平和毛細血管的密度影響）和肌肉細胞對氧的吸收、利用能力（主要受細胞線粒體的多少、有氧代謝酶系活性影響）密切相關，是評定人體有氧工作能力的重要指標[6]。當個人的有氧工作能力提高，其生活質(zhì)量、工作能力和活動能力都會相應的提升，這可以增加社會參與度，豐富生活內(nèi)容，使其幸福感提升[7]。從結(jié)果中可以看到，為期6周的慢跑訓練有效的提升了受試者的最大攝氧量，王小燕等人的研究也認為：有氧健身運動提高了呼吸系統(tǒng)的機能，使氣體交換的頻率提高，全身組織的代謝率改善[8]。

人體呼吸肌包括吸氣肌和呼吸肌，吸氣肌包括膈肌和肋間外肌，呼氣肌主要是肋間內(nèi)肌和腹肌。呼吸肌為骨骼肌，其功能類似于運動肌肉，因此，與身體的其他肌肉一樣，呼吸肌可以通過鍛煉提高其能力。呼吸肌的訓練主要是吸氣?。跫。┮约拜o助吸氣肌的力量，通過增加呼吸肌群的肌力以及耐力，可推遲和降低運動時膈肌疲勞發(fā)生的時間和程度，降低反射性誘發(fā)的交感神經(jīng)介導的縮血管活動，保持活動肢體肌的血流量[9]。同時，呼吸肌耐力訓練后除了呼吸肌改變外，呼吸感覺也改變，如呼吸費力和呼吸急促的感覺降低，這也可能是促使了耐力時間的增加[10]。實驗結(jié)果顯示普通組的呼吸肌比面罩組的提升更為明顯，由于實驗訓練采取了有氧運動的方式，其運動過程呼吸較平穩(wěn)，并非進行爆發(fā)式地吸氣，對呼吸肌肉形成的主要是耐力方面的訓練，因此對于受試者的影響主要在于持續(xù)供氧的能力的提高。

4 結(jié) 論

（1）呼吸面罩更適用于有一定體能訓練基礎的人員，在運動能力、心肺功能等方面適應了相應的運動強度，面罩限制的通氣量不會太大程度上讓受試者感到不適，能夠顯著地提高最大攝氧量以及對呼吸肌起到鍛煉的效果。（2）呼吸面罩限制了通氣量，提高了運動負荷，增加了能量的消耗，起到較好的減肥作用。（3）對于爆發(fā)性訓練能加強運動效率，有助于提高人體爆發(fā)力、速度和耐力素質(zhì)。

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Study on the Effects of Training on Cardiopulmonary Function And Body Composition with a New Type of Respirator

HUANG Sihan1, SUN qiang2, SONG Yawei3

Nanjing Sport Institute, Nanjing Jiangsu, 210014, China.

Objective: The purpose of this study was to analyze the effects of exercise hypoxia mask on cardiopulmonary function, respiratory muscle and body composition through the exercise test of Bruce submaximum. Methods: 12 ordinary male college students who were not trained in physical training were selected to be divided into the experimental group and the control group. The four kilometers of running in the next day lasted for 6 weeks, and the maximum inspiratory pressure, cardiopulmonary function（the maximum oxygen uptake, the maximum gas volume, the respiratory rate, etc.）were measured before, during and after the experiment. At last, the effect of mask on cardiopulmonary function and its function in training were summarized and analyzed. Results: the two groups of fat mass and body fat were significantly less than before the experiment（P<0.05）. The average weight of the normal training group was dropped by 1.25 kg, and the body fat decreased by 1.71 kg, and the body fat dropped by 2.4%; The respiratory mask group had an average weight loss of 2.51kg, and the amount of fat decreased by 1.05（by 7.7%）and the body fat rate decreased by 1.48%. Inspiratory muscle strength index and VO2max compared with before the experiment was significantly increased, but no significant difference between each group. The strength index of normal training group increased 24.78, an increase of 25%, VO2max increased 8.24, an increase of 21.4%. The strength index of respiratory mask group increased 16.95, an increase of 15.4%, VO2max increased 8.24, an increase of 24.7%. Conclusion:（1）breathing mask is more suitable for personnel with certain physical training foundation.（2）increase energy consumption and play a better role in weight loss.（3）it helps to improve the quality of explosive force, speed and endurance.

Hypoxia mask; Cardiopulmonary function training; Maximum oxygen uptake

1007―6891（2018）03―0028―04

10.13932/j.cnki.sctykx.2018.03.08

G804.7

A

2018-03-03

2018-03-15

江蘇省高等學校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練重點項目（201710330008Z）。