上肢功率自行車單手亞極量測試對心肺功能的影響

朱文泉 田磊

摘? 要：本文是分析在單手手搖車運動心肺實驗中，單手亞極量測試能否對心肺能力進行預測。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。心率通過十二導聯心電圖進行檢測、氣體分析每5s進行一次。選取3次實驗分別達到無氧閾值、最大攝氧量及實驗終止時刻的實驗參數進行分析。無氧閾時刻，右手實驗所得攝氧量與雙手攝氧量間具有較高相關性（r=0.621，P<0.05），左手實驗所得攝氧量與雙手攝氧量間相關性沒有統計學上的顯著性（r=0.428，P>0.05）;最大攝氧量時刻，左、右實驗所得攝氧量與雙手攝氧量間均具有高度顯著性相關性（左：r=0.801，P<0.01，右：r=0.782，P<0.01）;實驗終止時刻，左、右實驗所得攝氧量與雙手攝氧量間均具有高度顯著性相關性（左：r=0.785，P<0.01，右：r=0.823，P<0.01）。單手功率自行車測試可用于對心肺能力的檢驗且心肺運動測試的預測結果在不同性別之間可能存在差異性。

關鍵詞：功率自行車? 單手? 亞極量? 心肺功能

中圖分類號：G872.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2095-2813（2019）10（b）-0030-04

在臨床和科研中，現在出現了許多心肺運動實驗的方法，如蹬階測試、30次蹲起測試、6min步行測試等方式[1]，但在實際應用中，跑步機和功率自行車因其特異性和敏感性高、負荷能穩定且定量增加，被多數測試者接納。但臨床中在病人身上應用時，存在一部分病人下肢無法正常活動，無法進行跑步機和下肢功率自行車的測試。在這種情況下，評估時會選擇上肢功率自行車來進行心肺運動測試。亦或是部分強調上肢力量的運動員，選用上肢的功能測試更能反映運動員的心肺能力。近些年JL Orr等人的研究[2]表明在評估心肺功能上，上肢功率自行車均有較高的信度和效度，能夠預測個案的心肺能力。臨床中偏癱個案因其半側軀干運動功能缺失，并伴隨心肺功能下降，有進行心肺運動測試的需求，但無法使用雙手做出交替性動作。因此在實際運用時，評估者會讓偏癱個案進行單手的上肢手搖自行車功率測試，Birkett[3]等通過實驗也證實，單手上肢手搖自行車能夠代替雙手進行心肺能力的測試進行最大攝氧量的測試。

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。

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“心肺運動實驗、上肢功率自行車、單手亞極量”等為關鍵詞查閱相關資料。

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[1]。

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

相鄰兩次測試間隔時間至少2d[1]，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 實驗參數

第一次實驗開始前，收錄患者的基本信息、體重及上臂圍，測量遵循邵象清[4]、席煥久和陳昭[5]規定的方法進行以及基線數據：心率、血壓及氣體分析，而后每次實驗開始之前，受測者均需保持平靜狀態大于等于20min，并進行靜息狀態下生理參數采集，而后持續進行心電圖及呼吸氣體分析，氣體分析在測試開始之后每5s進行一次，分析的參數包括：每min通氣量（VE）、耗氧量（VO2）、呼出二氧化碳（VCO2）、呼吸熵（RER）、耗氧量比體重（VO2/kg）、耗氧量比心率（VO2/HR）。達到實驗終止指征時，測試者立刻對受測者進行血壓的測量。實驗結束后，收錄每位受測者的第一次基線生理參數數據，3次實驗達到無氧閾值時刻、最高耗氧量時刻和終止時刻的生理參數數據。

本實驗中收集的3個不同時刻的數據，用于應對臨床工作中不同的需求。無氧閾值時刻反映了受試者有氧運動的最大限度，在此狀態下進行有氧運動訓練可獲得最大效果。而在達到無氧閾值后的上肢無氧運動因其運動強度較低，心率與攝氧量均會隨時間增加，但由于個體間心肺運動儲備不同，通過整體趨勢進行個體預測會存在偏移，因此心率于耗氧量之間的相關性不高，借此表示心肺運動能力會有一定的限制。

在實驗終止時刻，受試者主觀反映或是客觀表現出無法繼續實驗的指征，此時可認定為實驗達到亞極量運動，所獲得的攝氧量和心率為亞極量運動下的心率。可以用于反映受試者的心肺功能;且根據相關文獻[3、6]，可用于預測最大攝氧量。之前的眾多實驗大多收集這一時刻的相應數據。

最大攝氧量時刻，是整個實驗中，測得的最大攝氧量的數值，這一數據直接表示了在亞極量運動中的攝氧量的最大值，反映心肺運動能力，但整個實驗過程的不可控性，使得最大攝氧量這一數值可能是由受試者突然猛的吸氣、呼氣，咳嗽，軀干變化引起;故討論中不參考此數值。

1.2.6 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次實驗間的時間間隔過長。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（106.90/65.75）mmHg。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（見表1）。

2.2 雙手與單手間相關性

對雙手與單手間攝氧量的相關性進行分析（見表2），在無氧閾值時刻左手組和右手組攝氧量與雙手實驗組攝氧量間均有較高相關性，r=0.785，P<0.05;r=0.823，P<0.05。

實驗中最大攝氧量時刻，雙手與左手、雙手與右手攝氧量的相關系數分別為r=0.776，r=0.674。在實驗終止時刻，左右手攝氧量與雙手攝氧量間均有較高相關r=0.754，P<0.05;r=0.649，P<0.05。圖1、圖2分別顯示了所有受試者的單手和雙手實驗攝氧量的實驗結果，在2個變量即單手與雙手之間仍可以觀察到較高相關性，兩張圖的線性回歸方程分別如下所示。

本次實驗中攝氧量經參數分析后，標準化處理前后攝氧量比體重和攝氧量的統計學分析結果一致。

3? 討論

3.1 單手亞極量功率自行車實驗的可行性

在心肺運動實驗中，單手功率自行車運動可以達到亞極量運動的標準，而要達到極量運動負荷的可行度是較低的。首先，相比下肢及軀干，上肢的肌肉群相對弱小，且在完成單手手搖車實驗中，缺少另一側肢體肌肉的使用，更降低了個體對攝氧量的需求;其次，單手實驗受到肌耐力下降的影響較大，在相同負荷下能的極限。因此單手實驗所獲得的心率與攝氧量通常低于雙手組實驗數據，在實驗中則更難以達到運動受試者更易表現出肌肉疲勞的情況。實驗中達到終止的指征多是由于肌肉疲勞引起的，而非達到心肺功能的極限。因此單手實驗所獲得的心率與攝氧量通常低于雙手組實驗數據，在實驗中則更難以達到運動的最大強度。通過亞極量運動來反映有氧運動能力的信效度，已經在眾多文獻中被證實。更進一步的研究證明，這種運動極量下的實驗方式也適用與手搖車心肺運動實驗[7]。

3.2 單手亞極量心肺運動測試對心肺運動能力的推測

若需要通過心肺運動實驗來獲得受測者心肺運動能力的極限，即最大心率和最大攝氧量，則需要進一步的更高強度的測試方法，或者通過對已有數據的分析，對極限運動下攝氧量等相應參數進行預測。在過往的研究中已經有眾多通過亞極量的實驗結果來預測極量運動后的相應數據的方法。主要的幾個方法均是借由亞極量或更低強度下收集到的心率、攝氧量、輸出功率等數據，通過回歸方程來預測最大極量時刻的攝氧量。Kofsky等人[8]首次提出了用于推測手搖車運動最大攝氧量的公式。Hjeltnes等人在對脊髓損傷患者心肺功能的實驗中，進一步證實了這種方法的應用[9]。并且這一策略在G. Pare的實驗中進一步證明了其基礎原理以及可行性，其回歸方程的相關系數r=0.80[10]。上述的實驗方法均是通過手搖車運動時的輸出功率來進行相關性分析，以獲得與實際最大攝氧量之間的回歸方程。在以往手搖車運動實驗的記錄中均表明輸出功率與攝氧量間，均有較高的相關系數r>0.9[11-13]這也證實了輸出功率可作為一個可信度高的預測變量。WA Birkett的實驗[3]通過心率—攝氧量間的線性回歸的方程（VO2peak（litre/min） =0.011949（HRpeak）–0.56754;r=0.68），獲得了最大攝氧量的預測值，且預測值與實際值無顯著性差異。而作者指出，當數值VO2peak是從亞極量計算得出時，該預測值僅僅是個人的左、右上肢有氧能力的粗略估計，能否直接用于臨床代表心肺運動能力還有待進一步的實驗證實。由于在達到實際最大攝氧量的最后時段，攝氧量與心率并非為線性關系，因此心率-攝氧量線性回歸曲線在預測功率自行車極量運動時最大攝氧量存在一定的誤差。Davies和Sargent選擇了亞極量運動的攝氧量這一更為直接的數據，并且得到了正向的結果[14]。這意味著，單純的攝氧量在亞極量運動和極量運動間的聯系，可以作為一更直接、簡便的方法來預測最大攝氧量。

3.3 單手與雙手實驗間相關性分析

在雙手手搖車實驗與單手手搖車實驗中攝氧量、攝氧量比體重均具有較高相關性r=0.785，r=0.823。略小于其他手搖車實驗中輸出功率與攝氧量的相關性r>0.80，但是與通過運動心率預測最大攝氧量的方法比較相關性更高。即時的輸出功率直接反映單位時間內受試者做功的大小，在完成運動時約等于同一時間內自身有氧呼吸產生的能量。而在接近實驗終點時刻，不可忽略同時存在的無氧呼吸共給的能量。因此，通過輸出功率來反映攝氧量有一定的限制，尤其在大運動負荷的實驗中。對于亞極量運動的攝氧量和心率這一類參數，都是受試者運動中直接獲得的，數據收集中不存在客觀條件導致的誤差，可以直觀地反映受試者的能力。相較于心率，亞極量攝氧量與最大攝氧量間是相同性質的參數，數據收集不易受到實驗模式、負荷強度的影響。在不同個體中，心功能與肺功能的儲備不同，運動狀態下尤其是亞極量運動狀態下心率的增幅與通氣量的增幅不一致。這使得在亞極量運動甚至更低強度下的運動攝氧量與心率間相關性不高，低于攝氧量間的比較。

4? 結論

（1）單手功率自行車與雙手功率自行車相同，均可引起受測者心肺系統生理學變化，可用于對心肺運動實驗。

（2）兩單手功率自行車運動實驗均可借由實驗終止時刻最大耗氧量推測雙手功率自行車運動實驗實驗終止時刻最大耗氧量，且具備預測個體心肺功能的可能。

參考文獻

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