运动前吸氧干预对竞速类民族传统体育项目运动员微血管的影响及疲劳消除机制研究

万 利,杨睿奇,陈 芬

1.吉首大学体育科学学院(湖南 吉首 416000) 2.湖北民族大学体育学院(湖北 恩施 445000) 3.中原科技学院文学与传媒学院(河南 许昌 461000)

运动性疲劳是指机体在运动训练、锻炼及比赛中,机体生理机能不能维持在一定的水平而出现暂时性工作能力下降的现象。研究发现[1-2]高压吸氧预处理能显著延缓大鼠运动性疲劳的产生,且通过高压吸氧有助于清除运动性疲劳产生的乳酸[3-4]。因此,给予合理的吸氧干预将在一定程度上提高运动员机体的运动能力,进而达到预防和抵御运动性疲劳的效果。微血管作为机体物质、能量代谢及信息传递的重要场所,对机体代谢与功能调节起着关键作用。作为组织供给与消耗关系的代表,可以有效反映机体组织氧供和血流量调节状态[5-7]。研究发现[8-9]通过高压氧疗能使运动员肌肉血管灌注水平与氧含量均得到提高,有效缓解肌肉性疲劳。当前,微血管功能已成为运动员疲劳机体消除、提高训练质量、提升竞技表现的关键监控指标。本研究拟对湖北省内竞速类民族传统体育运动项目运动员进行赛前常压吸氧干预,探讨吸氧干预对运动员疲劳快速消除的效应及其机理,为提升运动员在全国少数民族传统体育运动会比赛的竞争力提供有效手段与方法保证,同时为全国各类竞技性体育运动项目运动员的训练备战提供理论与实践参鉴。

1 对象与方法

1.1研究对象招募湖北省竞速类民族传统体育项目运动员42人,在湖北民族大学附属医院体检中心统一体检,受试者纳入标准:①无高血压、冠心病等心血管疾病,呼吸系统疾病,慢性肾病及肝病等;②无手术史、肢体运动障碍;③经告知试验过程、试验目的等内容后,自愿参加并签署书面同意书。其中男生23人,女生19人,所有受试者随机分成干预组和对照组,每组21人。该研究获得湖北民族大学生物医学伦理委员会的审批(2020037)。两组受试者一般情况比较,差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性,见表1。

表1 研究对象基本情况比较

1.2研究方法

1.2.1 仪器 运动心肺功能仪(意大利,PFT Ergo),双通道激光多普勒血流仪器(瑞典帕瑞医学,PF6000),肌氧测试仪(Moxy),便携式血乳酸分析仪(EKF,德国),便携式制氧机(山东精安医疗器械有限责任公司,型号:P2-W),氧浓度90%～96%,流量1L/min,脉冲式出氧(等效普通5L/min氧气机效果),供氧稳定,能满足呼吸频率介于10～40次/min下的供氧需求。

1.2.2 试验方案 对照组直接进入高强度间歇运动(HIIT)试验,干预组在HIIT试验前常压吸氧30min,HIIT试验具体流程:2min无负荷热身预热→男性每分钟增加15W,女性每分钟增加10W,自行车转速均为55～65r/min→运动到力竭→无负荷恢复运动3min。HIIT试验参考Baquet等[10]的运动方案制定,负荷时间和间歇时间均为15s,负荷强度和间歇强度分别为80%以上最大心率(maximal heart rate,HRmax)、60%～70%HRmax,每次3组,每组8个回合,组间休息3min。

图1 试验方案测试流程图

1.3测试指标对两组运动前、运动后即刻、运动后30min的微血管反应性指标[血细胞平均移动速度(average velocity of blood cells,AVBC)、运动血细胞浓度(concentrationof moving blood cells,CMBC)、微血管血流灌注量(Microcircu-latory blood perfusion,MBP)]、心率(HR)、肌氧饱和度(SMO2)、血乳酸(BLA)等进行测定。

1.3.1 微血管反应性测试 多普勒血流仪器进行微血管舒张反应测试,测试部位为右前臂肘窝与桡骨远侧突起连线中点的皮肤。测试指标包括AVBC、CMBC、MBP,其中MBP=(AVBC×CMBC)/100[11]。

1.3.2 HR、SMO2和BLA测定 两组均采用Gellish R提出的公式“HRmax=206.9-0.67×年龄”推算受试者HRmax;Moxy肌氧测试仪测试SMO2;采用便携式血乳酸分析仪(EKF,德国)检测BLA。

2 结果

2.1两组试验前后MBP、CMBC及AVBC比较两组运动前、运动后30min MBP低于运动后即刻(P<0.05),运动前、运动后30min CMBC与运动后即刻比较,差异无统计学意义(P>0.05)。两组运动前、运动后30min AVBC低于运动后即刻(P<0.05),干预组运动前AVBC低于运动后30min(P<0.05),干预组运动后30min AVBC高于对照组(P<0.05),见表2。

表2 两组不同时点MBP、CMBC及AVBC的比较

2.2两组试验前后SMO2、HR、BLA比较两组运动前、运动后30min SMO2高于运动后即刻(P<0.05),干预组运动后30min SMO2高于对照组(P<0.05),对照组运动前SMO2高于运动后30min(P<0.05),干预组运动前SMO2与运动后30min比较,差异无统计学意义(P>0.05)。两组运动前、运动后30min HR、BLA低于运动后即刻(P<0.05),运动前HR、BLA低于运动后30min(P<0.05),干预组运动后30min HR、BLA低于对照组(P<0.05),且干预组运动后即刻BLA低于对照组(P<0.05),见表3。

表3 两组不同时点SMO2、HR及BLA的比较

3 讨论

3.1吸氧运动对运动员微血管反应性的影响微循环反应性作为运动员身体机能的无创性经典指标,已成评价运动员运动性疲劳程度、机体状态的变化的重要手段[12]。研究表明[13-14]大鼠骨骼肌微循环异常导致AVBC、MBP下降,通过提高运动疲劳大鼠骨骼肌血流灌注,对血流局部进行调节,可以改善大鼠运动型疲劳。有氧运动能改善大学生MBP水平,提高血液携氧能力,有利于机体快速疲劳消除,对加快新陈代谢速率、提升运动能力有显著作用[15]。由此可见,微血管反应性对探讨机体的疲劳诊断、状态恢复有重要意义,通过吸氧干预提高微血管反应性功能已成为运动员机体疲劳消除、训练质量提高、竞技水平提升的重要途径。

研究显示[16]高强间歇运动有助于改善大鼠胰腺微循环功能异常,提升MBP水平,并减轻微血管自律运动功能障碍;也有研究指出[17-18]高强度间歇训练使大学生心血管机能改善有积极效果,尤其是足部MBP水平的提升,而8周高强度间歇训练能显著提升绝经女性心功能和血流剪切力,提高血流灌注;另有研究表明[19]运动前对大学生进行常压吸氧可延缓MBP减少,提高动脉血氧分压(arterial oxygen partial pressure,PaO2)和氧饱和水平(oxygen saturation,SpO2),而本次试验结果显示,对照组和干预组进行高强度间歇训练后,运动前与运动后即刻、运动后即刻与运动后30min的MBP指标均呈现显著性差异(P<0.05),这一结论与相关研究基本一致,表明运动干预可有效提升人体MBP水平,但也有研究显示[20]运动前吸氧后干预组较对照组的MBP效果更为显著,说明运动前对运动员进行吸氧干预提升效果更佳。研究发现[21]高压吸氧可降低糖尿病大鼠血液黏度,增加视网膜血供和氧供,进而减少视网膜渗漏;相较于常压吸氧与间歇性吸氧,高压氧可以迅速提高血液中溶解氧的含量,促进碳氧血红蛋白的有效解离,对促进运动员机体疲劳的快速消除有明显作用。本研究结果显示两组运动前、运动后即刻、运动后30min CMBC比较,差异无统计学意义(P>0.05),表明通过常压吸氧干预后的CMBC指标并无显著性变化,这提示CMBC指标变化可能与吸氧的压力存在相互关联。

吸氧干预可以有效清除血液中的炎症性因子,加快血液流速,进而促进机体新陈代谢能力,同时也可以改善血管功能,增强AVBC储备能力,快速消除机体疲劳;通过常压吸氧可通过提升AVBC水平,进而加强新生鼠血管内皮生长因子表达,促进大鼠功能性血管系统,减轻血管功能性障碍[22-23]。本研究结果显示两组运动前、运动后30min AVBC低于运动后即刻(P<0.05),干预组运动前AVBC低于运动后30min(P<0.05),干预组运动后30min AVBC高于对照组(P<0.05),说明干预组通过吸氧干预后有助于促进运动员机体AVBC速率提升。

综上所述,高强度间歇运动后两组受试者MBP、AVBC水平显著提升,但干预组常压吸氧的运动员效果更为显著,对竞速类民族传统体育项目运动员运动性疲劳具有消减效应,因此建议在运动前进行常压吸氧干预,进而延缓运动员运动性疲劳的发生以及实现运动后快速的疲劳消除,提升运动员竞技表现。CMBC的改善建议运动员在运动前通过吸入高压氧来达到机体疲劳的消除。

3.2吸氧运动对运动员SMO2、HR、BLA的影响吸氧干预是较为常见的临床治疗手段,可以快速改善机体缺氧状态,并缓解因SpO2和PaO2下降所造成的组织缺氧,对身体重要脏器功能维持起着重要的作用。SMO2可以用来反映机体有氧代谢能力,对评估机体有氧代谢能力的高低有重要的影响[24],研究表明[25]通过吸氧可以加快机体氧代谢能力,增强肌肉耐力,对延缓运动员运动性疲劳的发生具有关键作用;相关研究显示[26]运动前常压吸氧具有一定程度提升体内肌氧含量的作用,为机体运动成绩的发挥提供了前提条件。对运动员而言,控制HR可使其承受更大的运动量和负荷量,便于运动成绩的提升,除此之外,提升运动成绩需使运动员保持最佳的运动HR,HR过高易对运动员健康产生不利。剧烈的长时间运动,由于机体产生能量不足,就会大量的进行无氧酵解,最后在肌肉中产生大量的乳酸,导致肌肉酸疼的情况。因此降低机体BLA水平也有助于缓解运动员身体疲劳的快速恢复,提升竞技水平[27]。

本研究结果显示两组运动前、运动后30min SMO2高于运动后即刻(P<0.05),干预组运动后30min SMO2高于对照组(P<0.05),对照组运动前SMO2高于运动后30min(P<0.05),干预组运动前SMO2与运动后30min比较,差异无统计学意义(P>0.05),可能与吸氧的压力有关。有研究显示[28-29]运动前吸氧可提高SMO2,提高运动员的机体氧储备、降低心肌耗氧;而高压吸氧可以提高血液携氧能力,有利于促进体能快速消除疲劳,对加快新陈代谢速率、提升运动能力有显著作用。本研究结果显示两组运动前、运动后30min HR低于运动后即刻(P<0.05),运动前HR低于运动后30min(P<0.05),干预组运动后30min HR低于对照组(P<0.05),且干预组运动后即刻BLA低于对照组(P<0.05),说明干预组通过常压吸氧对运动员HR的降低更具显著作用,有助于机体承受更大的运动量和负荷量,便于运动员竞技水平的提升,吸氧对运动员HR恢复和降低心脏负担的减轻和改善机体因运动而产生的缺氧有重要意义。研究发现[30]通过吸氧可以使机体得到放松,身心得到愉悦,平复HR,高脚竞速和板鞋竞速属于高强度运动,强烈的运动会加快机体氧气的消耗,因此适时的吸氧干预对HR的恢复以及机体的运动性疲劳恢复有积极作用,从而为机体疲劳快速消除的恢复手段提供试验依据。两组运动前、运动后30min BLA低于运动后即刻(P<0.05),运动前BLA低于运动后30min(P<0.05),干预组运动后30min BLA低于对照组(P<0.05),且干预组运动后即刻BLA低于对照组(P<0.05),说明干预组通过吸氧对运动员BLA的降低更具有显著作用,有助于提升机体BLA的清除速率,使运动员身体疲劳得到快速恢复。有研究发现[31]高强间歇运动后,SMO2的恢复速率呈现短时间急剧上升,BLA浓度呈现先累积升高后清除下降趋势,通过吸氧干预加快了消除机体中的BLA。软体高压氧舱能加速女子赛艇运动员运动后BLA的消除,促进身体机能恢复,还可以促进田径运动员运动性疲劳后BLA的消除速率及肌肉力量的快速恢复[32-33]。

高强度间歇运动后恢复阶段,两组受试者SMO2和微血管反应性逐步升高,但运动前常压吸氧的干预组运动员反应更为显著,通过提升血氧储备能量,加快机体新陈代谢,促进血液循环,同时伴随HR、BLA水平的改善,加大运动员的运动可承受负荷量,清除乳酸堆积,促进机体恢复进而提高运动员竞技水平。因此建议在运动前进行常压吸氧干预,进而延缓运动员运动性疲劳的发生以及实现运动后快速的疲劳消除,提升运动员运动成绩。

吸氧干预对大强度运动后微血管反应性、HR的恢复及加快BLA代谢产物的清除能力都有着较好的效果,这可能与竞速类民族传统体育项目运动员长期大强度运动负荷训练后机体出现一定程度的疲劳累积,进而呈现出了积极的干预效应相关。在运动训练与比赛中,赛前常压吸氧具有携带方便、经济与实用的特点,其不仅可以增强血流灌注储备能力,增强血流速度,加快新陈代谢,同时也利于缓解因长期大运动强度负荷训练导致机体的产生的疲劳及缺氧症状,加快BLA堆积清除,促进机体运动性疲劳消除,提升运动表现。