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最大攝氧量主要限制因素的研究進(jìn)展

2019-09-10 07:22:44裴慶
拳擊與格斗·下半月 2019年2期
關(guān)鍵詞:限制因素心肺功能

裴慶

摘 ?要:最大攝氧量作為評(píng)價(jià)有氧能力的“金標(biāo)準(zhǔn)”,在體育競(jìng)賽、大眾健康與臨床醫(yī)療等方面的應(yīng)用都十分廣泛。而有氧能力的主要限制因素一直具有爭(zhēng)議,本文從血液運(yùn)氧能力、心臟泵血功能、換氣能力及肌肉對(duì)氧的利用能力四個(gè)方面總結(jié)目前已有的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞:最大攝氧量,限制因素,心肺功能,氧利用率

中圖分類號(hào):G80 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A ? ? 文章編號(hào):1002-7475(2019)02-074-02

1最大攝氧量的提出和定義

所謂最大攝氧量,其主要指的是人體在單位時(shí)間以內(nèi)人體經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間劇烈運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中肌肉以及心肺等對(duì)于氧氣的獲取能力所達(dá)到的極限水平,通常最大攝氧量往往也被人們稱為最大吸氧量以及最大耗氧量,此參數(shù)通常由VO2max來(lái)進(jìn)行表示[1]。

最早是由學(xué)者Hill和Herbst在1920年發(fā)現(xiàn)并定義“最大攝氧量(VO2max)”的概念[2],至今已經(jīng)有80多年。這一概念隨即被許多世界著名的運(yùn)動(dòng)生理學(xué)家驗(yàn)證[3-7],并且被深入挖掘和拓展。

Hill等人認(rèn)為最大攝氧量的基本定義存在于四個(gè)方面:(1)雖然人體的VO2max水平可以通過(guò)訓(xùn)練有所提高,但是只能在一定范圍內(nèi)提高,并且一定存在著上限;(2)VO2max存在個(gè)體差異性,并且受到遺傳的影響;(3)VO2max水平是耐力性項(xiàng)目取得成績(jī)的關(guān)鍵因素;(4)VO2max并非可以無(wú)限提升的,通常是受到心肺系統(tǒng)為肌肉在輸送氧氣方面的能力所影響。

自從最大攝氧量這種概念被人們認(rèn)識(shí)到以來(lái),最大攝氧量相關(guān)理論在體育界里面被廣泛應(yīng)用。特別是最近時(shí)間段,最大攝氧量被美國(guó)心臟病學(xué)會(huì)列為與呼吸、脈搏、體溫、血壓同等重要的人體基本生命體征之一[8]。對(duì)于普通大眾和健身人群,最大攝氧量可以用來(lái)制定運(yùn)動(dòng)處方、評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和身體的有氧適應(yīng);對(duì)于運(yùn)動(dòng)員選材可以測(cè)量評(píng)價(jià)青少年運(yùn)動(dòng)員有氧能力、運(yùn)動(dòng)潛力和心肺功能;對(duì)于臨床患者可以評(píng)定其器官功能狀態(tài)、康復(fù)治療效果。其同年齡、身高以及體重等均作為針對(duì)人體生理特征進(jìn)行描述的參數(shù)變量指標(biāo)。

2最大攝氧量的限制因素

氧氣從大氣到線粒體的途徑包含一系列步驟,每個(gè)步驟都可能對(duì)氧氣的通過(guò)產(chǎn)生限制和障礙??梢韵拗芕O2max的生理因素包括:肺擴(kuò)散能力、骨骼肌特征、最大心輸出量以及血液攜氧能力。除了骨骼肌屬于外周因素以外,其余三個(gè)因素均屬于中心因素。

2.1肺擴(kuò)散能力

有研究顯示在零海拔維度運(yùn)動(dòng)的普通受試者中,實(shí)驗(yàn)人員動(dòng)脈血液其氧飽和度并沒(méi)有呈現(xiàn)下降趨勢(shì),即便出現(xiàn)極限強(qiáng)度條件下,實(shí)驗(yàn)人員在動(dòng)脈氧飽和度方面(%SaO2)仍保持在95%左右。Hill等人預(yù)測(cè),即使在極限強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)中動(dòng)脈飽和度也不會(huì)出現(xiàn)顯著下降。但是由于紅細(xì)胞在毛細(xì)血管中以高工作速率通過(guò),肺泡的氣體交換過(guò)程可能并不完整[9]。

2.2最大心輸出量

希爾等人提出最大心輸出量是解釋VO2max個(gè)體差異的主要因素。1915年,Lindhard測(cè)量了運(yùn)動(dòng)期間受試者的心輸出量,并證實(shí)了心輸出量與VO2之間的強(qiáng)烈線性關(guān)系[10]。今天,我們知道在久坐和訓(xùn)練有素的同齡男性和女性中觀察到的正常范圍的VO2max值主要是由于最大每搏輸出量的變化,因?yàn)樽畲笮穆屎拖到y(tǒng)性的氧氣攝入的提升空間非常微小。在去極限強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)中幾乎所有可用的氧氣都是從進(jìn)入運(yùn)動(dòng)肌肉的動(dòng)脈血液中提取的。在極限強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)下的肌肉中的動(dòng)靜脈氧差可以達(dá)到10倍左右[11]。

2.3血液載氧能力

另一種改變運(yùn)動(dòng)中肌肉氧氣運(yùn)輸?shù)姆椒ㄊ翘岣哐褐醒t蛋白(Hb)的含量。這一方法也稱之為“血液興奮劑”或者血液回輸。血液興奮劑是通過(guò)抽取,儲(chǔ)存和隨后再次輸入身體增加人體總紅細(xì)胞體積的做法。Gledhill[12-13]完成了15-20項(xiàng)研究的綜合評(píng)估,這些研究檢查了血液興奮劑的影響?;剌?00-1,350mL血液方式能夠提升血液自身攜氧能力。根據(jù)雙盲研究實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),該方法已顯示VO2Omax增加4-9%。

2.4骨骼肌限制

(1)外周擴(kuò)散:在關(guān)于VO2max的限制因素的專題討論會(huì)上,Honig[14]等人提出了紅色犬肌肉外周O2擴(kuò)散限制的證據(jù),根據(jù)他們的實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型,氧氣擴(kuò)散阻滯主要部位發(fā)生在紅細(xì)胞表面和肌纖維膜之間,在這個(gè)很短的距離內(nèi)氧分壓大幅度下降。他們由此得出結(jié)論:氧氣的運(yùn)輸本身不是限制因素,而是需要一個(gè)相對(duì)于血液氧分壓更低的細(xì)胞內(nèi)氧分壓來(lái)維持氧擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)能力,從而加強(qiáng)氧氣的傳導(dǎo)。(2)線粒體酶水平:在肌肉纖維內(nèi),線粒體是消耗O2過(guò)程中的電子傳遞鏈上的最后位點(diǎn)。理論上,將線粒體數(shù)量增加一倍能夠提升肌肉當(dāng)中對(duì)于氧氣攝取位點(diǎn)數(shù)目,且在數(shù)量上面提升一倍。但是結(jié)合針對(duì)人體的研究工作結(jié)果顯示,即便將線粒體酶含量提升2.2倍,然而針對(duì)所測(cè)得的最大攝氧量水平僅僅存在一定提升(20-40%)[15]。 (3)毛細(xì)血管密度:安德森以及亨利金遜等人在1977年所做的研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果中顯示,當(dāng)訓(xùn)練強(qiáng)度提升的過(guò)程中人體毛細(xì)血管密度也會(huì)不斷提升[16]。但是,也有其他研究結(jié)果顯示,最大攝氧量水平同股外側(cè)毛細(xì)血管數(shù)量之間有著緊密聯(lián)系。因此,針對(duì)訓(xùn)練而言其主要作用并非增加毛細(xì)血管密度所引起,而關(guān)鍵是延長(zhǎng)或者維持其平均通過(guò)時(shí)間。

中央或周邊限制總結(jié):在全身運(yùn)動(dòng)中VO2max主要受心輸出量的限制。對(duì)于小肌肉群的運(yùn)動(dòng),心輸出量的作用則相當(dāng)不重要[17]。關(guān)于外周限制的結(jié)論不適用于在高強(qiáng)度下的全身運(yùn)動(dòng)中測(cè)量的VO2max,后面的結(jié)論與他們?cè)缙诘墓ぷ鳑](méi)有沖突。目前的觀點(diǎn)是,在騎自行車或跑步測(cè)試期間,最大心輸出量是VO2max的主要限制因素。

參考文獻(xiàn):

[1]王瑞元.運(yùn)動(dòng)生理學(xué)[M].北京:人民體育出版社,2010.

[2] Hill AV, Long CNH, Lupton H. Muscular exercise, lactic acid, and the supply and utilisation of oxygen[J]. Ergebnisse Der Physiologie, 1925,24(1):43-51.

[3] strand , P.-O. Experimental Studies of Physical Working Capacity in Relation to Sex and Age. [J]. Copenhagen: Ejnar Munksgaard, 1952, pp. 23-27.

[4] Costill , D. L., H. Thomason , and E. R OBERTS . Fractional utilization of the aerobic capacity during distance running. [J] Med. Sci. Sports Exerc. 5:248–252, 1973.

[5] Mitchell , J. H., B. J. Sproule . The physiological meaning of the maximal oxygen intake test. J. Clin. Invest. 37:538–547, 1958.

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