上肢功率自行車單臂搖慣用手與非慣用手間差異分析

田磊 曹燦

摘? 要：分析在單手手搖車運動心肺實驗中，以慣用手或非慣用手進行測試對心肺功能指標的影響。納入24名受試者，均無規律上肢運動習慣、無長期固定有氧運動計劃。分別用雙手、慣用手和非慣用手完成3次亞極量手搖車心肺運動測試。心率通過12導聯心電圖進行檢測、氣體分析每5s進行一次。慣用手與非慣用手在無氧閾值時刻、最大攝氧量時刻、實驗終止時刻的心率、攝氧量（ml·min-1）以及攝氧量比體重ml·min-1·kg-1均無顯著性差異（P>0.05）;在無氧閾值時刻，雙手實驗與右手實驗在心率上有顯著性差異（P<0.05），與左手實驗在攝氧量、攝氧量比體重均有顯著性差異（P<0.05）。在最大攝氧量時刻和實驗終止時刻，雙手與左、右手在心率、攝氧量、攝氧量比體重上均有顯著性差異（P<0.05）。最后結果顯示，慣用手與非慣用手在亞極量單手功率自行車心肺運動實驗中對受測者心肺能力的表現無顯著性差異，均可用于預測個體最大攝氧量，以反映個體心肺能力。

關鍵詞：心肺運動實驗? 上肢? 慣用手? 非慣用手? 上肢功率自行車

中圖分類號：R540.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2095-2813（2019）10（c）-0010-04

在各種急性、慢性疾病及長期臥床病人的長期康復訓練中，心肺功能訓練開始受到越來越多的重視。進行心肺功能訓練的個案首先需要個性化的運動處方，在制定運動處方之前，測量個案的心肺功能是必不可缺的，即心肺運動實驗（CPET）[1]。心肺運動實驗不同于一般對心血管、心電圖、肺功能等指標的觀察，而是先在動態活動開始前，對靜息狀態下的心血管功能與肺功能進行測試，并進行無功率熱身，接下來再針對不同年齡、性別設定不同的功率之下連續、動態、實時檢測氣流的交換、氧氣的消耗和二氧化碳的排出與心率、12導聯心電圖、氧飽和度的變化。了解病人現有的心肺功能，可以幫助在制定運動處方中確定合理的強度和時間，可以在運動前評估運動風險，在運動后評估治療的效果[2]。

本實驗的目的在于比較正常人慣用手與非慣用手心肺能力測試結果間是否存在差異，盡管在日常的活動中，慣用手和非慣用手之間存有一定的靈活度、力量、協調等因素的不同，兩者在高強度運動時，生理學上的表現應該是無差異的。因此本實驗推斷在進行高強度的運動中，實驗獲得的攝氧量和心率的數據，與慣用非慣用無關，無論是慣用手還是非慣用手的攝氧量數據均能作為一個預測最大攝氧量的一個變量。

1? 研究對象與方法

1.1 研究對象

通過量表篩選出自愿參與實驗研究的在校大學生（19～23歲），性別不限;右慣用手者（因本實驗受測者全為選取慣用手為右手者，后文為表述簡潔均用“右手”代替“慣用手”，“左手”代替“非慣用手”）。排除標準：（1）患有心臟病、高血壓等心血管系統疾病;（2）患有哮喘等呼吸系統疾病者;（3）有長期運動習慣者;（4）近期各種原因引起的上肢疼痛;（5）近期有運動計劃。中途撤出標準：（1）首次實驗中無法達到無氧閾者;（2）受試者在整個實驗進程中，經核實有明顯的增加心肺功能情況的;（3）實驗周期中體重明顯變化者（±3kg）;（4）或者有其他任何影響實驗結果的行為者;（5）受試者主動要求退出實驗;（6）研究者判斷依從性不好，不能嚴格執行方案。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法

通過CNKI（中國知網）中國學術期刊全文數據庫以關鍵詞“心肺運動實驗”“上肢功率自行車”“慣用手與非慣用手”查閱相關資料。

1.2.2 實驗步驟

所有測試均通過上肢功率車MONARK-881E進行。該功率自行車被固定在桌上，受試者坐于手搖功率車前、緊靠椅背，飛輪軸心對應上臂屈曲90°、肘伸直時前臂中點處，保證每次測試受測者均處于該標準位。先后隨機順序進行3次測試，包括雙手、慣用手、非慣用手亞極量手搖功率車測試，實驗開始后，受測者在0W負荷下進行3min的熱身，之后每3min增加5W負荷，直至出現實驗終止指征。整個實驗過程中，受測者被要求保持40r/min的轉速，測試過程中測試者持續被言語鼓勵直至實驗終點。到達實驗終點后，受測者進行3min的0W負荷下的放松，并繼續進行呼吸、心率監測。測試進行中，提醒受試者正常用鼻呼吸，且實時監測各項心肺功能參數。每次測試必須在飯后至少2h才能進行[3]。

1.2.3 實驗終止指征

實驗終止指征定義為：（1）心率達到預計亞極量心率（最大心率×80%）;（2）受測者自覺疲勞（經言語鼓勵后，30s內受測者轉速無法達到40r/min）;（3）受測者在實驗過程中出現胸痛、眩暈等不適癥狀或心電圖出現心肌缺血癥狀（ST段抬高或降低≥3mm）、心臟傳導阻滯癥狀、房顫等其他病理性異常變化。

1.2.4 注意事項

相鄰2次測試間隔時間至少2d[3]，但不超過1周。且整個測試過程中受試者被囑咐盡量維持正常飲食、正常活動，盡量不做鍛煉性運動，每次實驗前24h內禁止攝入咖啡因、酒精。

1.2.5 數據統計法

運用SPSS 17.0軟件以及Excel完成數理統計分析工作。

2? 實驗結果

2.1 受測者信息

本次實驗參與人數為24人，所有入選者中2人在第一次實驗過程中未達到無氧閾值，1人在整個實驗周期中有明顯的體重變化，1人3次實驗間時間間隔過長。因此最終實驗數據分析時共納入20名受試者的數據，其中女生12人，男生8人，實驗脫落率為16.7%。所有測試者年齡20～22歲，平均21.47;體重平均（60.50±11.31）kg，休息位血壓106.90/65.75mmHg。三次實驗的平均時長分別為：雙手手搖車實驗17.51min，右手手搖車實驗9.04min，左手手搖車實驗8.33min（見表1）。

2.2 無氧閾時刻心率和攝氧量比較

表2所示為在受試者達到無氧閾值時刻的攝氧量以及心率。雙手實驗時的心率（116.05±16.34）與左手實驗的心率（110.70±15.30）之間無顯著性差異（P=0.058）。雙手與右手實驗心率（108.70±14.93）間有顯著性差異（P=0.002），同時左右手心率比較無顯著性差異（P>0.05）。雙手實驗組攝氧量（564.25±177.18）左手實驗組攝氧量（487.35±145.32）間存在顯著性差異（P<0.001）。雙手與右手實驗攝氧量（515.45±151.71）之間無顯著性差異（P=0.233）。與心率相同，左右手之間攝氧量無顯著性差異（P>0.05）。

攝氧量比體重（VO2/kg）通過將各組數據中不同時刻攝氧量（ml/min）的數值除以體重，進行標準化獲得，相關數據見表2。分析后可知雙手與左手間VO2/kg有顯著性差異（P=0.049）;雙手與右手間無顯著性差異（P=0.335）;左手和右手間無顯著性差異（P>0.05）。

2.3 最大攝氧量時刻心率和攝氧量比較

表3所示為在受試者達到最大攝氧量時刻的攝氧量以及心率。雙手實驗時的心率、攝氧量、攝氧量比體重分別與左、右手實驗的心率、攝氧量、攝氧量比體重之間有顯著性差異（P<0.05）。

2.4 實驗終止時刻心率和攝氧量比較

3次實驗的平均時長分別為：雙手手搖車實驗17.51min，右手手搖車實驗9.04min，左手手搖車實驗8.33min。實驗結束時刻，受測者雙手與左右手之間攝氧量與心率均存在顯著性差異（P<0.05），左手和右手之間差異不明顯。標準化攝氧量后，攝氧量在雙手和左、右手之間均有顯著性差異，左手和右手間無顯著性差異（見表4）。

3? 討論

隨著單手運動心肺實驗預測最大攝氧量的方法可行性不斷提高，很少有研究者關注到單手實驗中慣用手和非慣用手對實驗結果的影響。慣用手和非慣用手進行測試是否可以獲得同樣的數據結果，仍缺少相關的研究證實有關的結果。尤其是對于偏癱患者來說，由于受損半球不同，患者參與測試的健側上肢可能為慣用手或非慣用手，而慣用手和非慣用手在生活的使用狀況不同，兩手的耐力、肌力存在差異。單臂手搖功率自行車已被證實與雙臂手搖功率自行車相同，其穩定增加的負荷，引起人體血液動力學的變化，可用于心肺功能檢測。在意識到慣用手與非慣用手間存在的客觀差異如肌肉總量等后，本實驗旨在研究慣用手與非慣用手的使用是否會對單手上肢手搖測試的實驗結果產生影響。因此實驗選取健康右利手成人為受測者，以排除的左手與右手間結構性差異對實驗的影響。且不同于以往研究單臂上肢功率自行車的實驗，實驗將慣用手與非慣用手區別開來。

3.1 單手實驗結果間的比較

數據分析結果顯示，在3個不同時刻，左手與右手測試獲得的心率和攝氧量均無顯著性差異。以往對于慣用手與非慣用手之間的研究集中在與競技體育或者日常活動的領域。慣用手與非慣用手之間在協調能力，精細動作[4]以及簡單運動模式[5]（手指運動）上均有明顯的差異，且在腦功能核磁共振成像（fMRI）有明顯的同側激活情況。亦有文獻指出[6]在完成圓周運動時，非慣用手在運動角速度和平均功率上均與慣用手存在顯著性差異。然而對于慣用手和非慣用手在極量運動表現上的研究，鮮少提及。在本實驗中，對于單臂手搖車而言，其運動模式單一，在達到運動極限的狀態下受限于心肺功能和肌肉耐力而非單手運動協調，精細運動的能力。這與選擇慣用手或非慣用手進行試驗并無直接關聯。在單一動作的力竭型運動中，慣用手存在的優勢并不明顯。

3.2 實驗終止時刻的心率及最大耗氧量的比較

對心率進行分析時，勵建安等人的實驗[7]均以實驗中達到終止指征時刻的數據進行比較。在勵建安的實驗中單手搖心率（141.3±15.4），比本實驗中實驗終止數據（131.0±10.27）高。首先，主要原因在于勵建安等人的實驗中，入選者均為50歲以上老年人，運動耐力差、靶心率低。其次，在實驗過程中手搖車策略選擇為每3min增加12.5W阻力，通過負荷增加來更快速達到目標心率。因此在相同運動負荷狀態下，勵建安實驗受測者更易達到無氧閾值以及目標心率。實驗中患者的平均時間是6.37min，明顯低于本次實驗時長，這反映該實驗的運動負荷過大，不宜在心肺運動測試中使用，尤其是對有潛在心肺功能問題的偏癱患者。

Davies和Sargent 的實驗中[8]獲得的最大攝氧量數值為單手（1.16±0.31）L min-1，雙手（1.60±0.28）L min-1。這兩個數據較本實驗結果高近100%。同樣的，在Alexandros Mitropoulos的手搖車實驗中[9]也得到了較高的數值（1.43±0.54）L min-1，（16.4±4.1）ml·kg-1·min-1。造成這種差異的原因可能是實驗中手搖車策略的選擇以及負荷增加模式不同。在Alexandros Mitropoulos的實驗中手搖車起始的功率按性別不同設置在男性30W、女性20W，轉速保持在70r/min，阻力遞增的模式為10W/min，測試的負荷強度較高，該次實驗設計引用自Smith et al的實驗。

本實驗中運動策略首先要求受試者在實驗過程中在固定的座位上盡量減少軀干代償;其次要求受測者保持在較低轉速（40r/min），Paul M.smith的文獻中[3]指出為獲得更高的心率和攝氧量數據，應將手搖車心肺運動實驗中轉速保持在70～80r/min之間。而Shephard & Bouhlel的實驗驗證[10]，40r/min速度下受測者的運動機械效率最高且可維持穩定、持續的功率輸出。負荷增加上選擇每3min增加5W阻力。因為在進行運動測試時，有運動習慣者可能無法通過上肢活動達到無氧閾值，在上肢手搖功率自行車實驗中，受測者所使用的上肢肌群較小，可通過有氧代謝進行維持，因此其達到的實驗終止指征更可能是因無法征召更大量的肌纖維導致的上肢肌肉疲勞以致無法繼續，而非因上肢肌群中氧氣的供給不足而達到無氧閾值。這使得通過上肢手搖車實驗反應其心肺運動能力的可行性低[11]。總體實驗策略的目標是降低受試者因過高阻力以及轉速引起的肌肉疲勞，從而保證受試者的運動時長，提高實驗準確性。一般情況下的心肺運動測試中，測試時長應該盡量保持在6～12min[9]，該范圍內受測者的心肺功能能夠被較穩定的反應在實驗結果上。此外，與以往實驗相比本實驗耗氧量數值較低，亦有入選受測者間人類學上性別、種族差異等原因。

4? 結語

在單手功率自行車運動實驗中，慣用手與非慣用手對個體心肺功能的實驗結果無顯著性差異，即個體慣用手與非慣用手間解剖及功能上的差異未對其對心肺功能的表現產生影響。

參考文獻

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[10]Shephard R J，Bouhlel E，Vandewalle H，et al. Muscle mass as a factor limiting physical work[J].Journal of Applied Physiology，1988，64（4）：1472.

[11]Bulthuis Y， Drossaers-Bakker W，Oosterveld F，et al.Arm Crank Ergometer is Reliable and Valid for Measuring Aerobic Capacity During Submaximal Exercise[J].The Journal of Strength and Conditioning Research，2010，24（10）：2809-2815.