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上肢功率自行車(chē)單手亞極量測(cè)試對(duì)心肺功能的影響

2019-12-16 08:18朱文泉田磊
當(dāng)代體育科技 2019年29期
關(guān)鍵詞:單手

朱文泉 田磊

摘? 要:本文是分析在單手手搖車(chē)運(yùn)動(dòng)心肺實(shí)驗(yàn)中,單手亞極量測(cè)試能否對(duì)心肺能力進(jìn)行預(yù)測(cè)。納入24名受試者,均無(wú)規(guī)律上肢運(yùn)動(dòng)習(xí)慣、無(wú)長(zhǎng)期固定有氧運(yùn)動(dòng)計(jì)劃。分別用雙手、慣用手和非慣用手完成3次亞極量手搖車(chē)心肺運(yùn)動(dòng)測(cè)試。心率通過(guò)十二導(dǎo)聯(lián)心電圖進(jìn)行檢測(cè)、氣體分析每5s進(jìn)行一次。選取3次實(shí)驗(yàn)分別達(dá)到無(wú)氧閾值、最大攝氧量及實(shí)驗(yàn)終止時(shí)刻的實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行分析。無(wú)氧閾時(shí)刻,右手實(shí)驗(yàn)所得攝氧量與雙手?jǐn)z氧量間具有較高相關(guān)性(r=0.621,P<0.05),左手實(shí)驗(yàn)所得攝氧量與雙手?jǐn)z氧量間相關(guān)性沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著性(r=0.428,P>0.05);最大攝氧量時(shí)刻,左、右實(shí)驗(yàn)所得攝氧量與雙手?jǐn)z氧量間均具有高度顯著性相關(guān)性(左:r=0.801,P<0.01,右:r=0.782,P<0.01);實(shí)驗(yàn)終止時(shí)刻,左、右實(shí)驗(yàn)所得攝氧量與雙手?jǐn)z氧量間均具有高度顯著性相關(guān)性(左:r=0.785,P<0.01,右:r=0.823,P<0.01)。單手功率自行車(chē)測(cè)試可用于對(duì)心肺能力的檢驗(yàn)且心肺運(yùn)動(dòng)測(cè)試的預(yù)測(cè)結(jié)果在不同性別之間可能存在差異性。

關(guān)鍵詞:功率自行車(chē)? 單手? 亞極量? 心肺功能

中圖分類號(hào):G872.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào):2095-2813(2019)10(b)-0030-04

在臨床和科研中,現(xiàn)在出現(xiàn)了許多心肺運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的方法,如蹬階測(cè)試、30次蹲起測(cè)試、6min步行測(cè)試等方式[1],但在實(shí)際應(yīng)用中,跑步機(jī)和功率自行車(chē)因其特異性和敏感性高、負(fù)荷能穩(wěn)定且定量增加,被多數(shù)測(cè)試者接納。但臨床中在病人身上應(yīng)用時(shí),存在一部分病人下肢無(wú)法正常活動(dòng),無(wú)法進(jìn)行跑步機(jī)和下肢功率自行車(chē)的測(cè)試。在這種情況下,評(píng)估時(shí)會(huì)選擇上肢功率自行車(chē)來(lái)進(jìn)行心肺運(yùn)動(dòng)測(cè)試。亦或是部分強(qiáng)調(diào)上肢力量的運(yùn)動(dòng)員,選用上肢的功能測(cè)試更能反映運(yùn)動(dòng)員的心肺能力。近些年JL Orr等人的研究[2]表明在評(píng)估心肺功能上,上肢功率自行車(chē)均有較高的信度和效度,能夠預(yù)測(cè)個(gè)案的心肺能力。臨床中偏癱個(gè)案因其半側(cè)軀干運(yùn)動(dòng)功能缺失,并伴隨心肺功能下降,有進(jìn)行心肺運(yùn)動(dòng)測(cè)試的需求,但無(wú)法使用雙手做出交替性動(dòng)作。因此在實(shí)際運(yùn)用時(shí),評(píng)估者會(huì)讓偏癱個(gè)案進(jìn)行單手的上肢手搖自行車(chē)功率測(cè)試,Birkett[3]等通過(guò)實(shí)驗(yàn)也證實(shí),單手上肢手搖自行車(chē)能夠代替雙手進(jìn)行心肺能力的測(cè)試進(jìn)行最大攝氧量的測(cè)試。

1? 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

通過(guò)量表篩選出自愿參與實(shí)驗(yàn)研究的在校大學(xué)生(19~23歲),性別不限;右慣用手者(因本實(shí)驗(yàn)受測(cè)者全為選取慣用手為右手者,后文為表述簡(jiǎn)潔均用“右手”代替“慣用手”,“左手”代替“非慣用手”)。

排除標(biāo)準(zhǔn):(1)患有心臟病、高血壓等心血管系統(tǒng)疾病;(2)患有哮喘等呼吸系統(tǒng)疾病者;(3)有長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)習(xí)慣者;(4)近期各種原因引起的上肢疼痛;(5)近期有運(yùn)動(dòng)計(jì)劃。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻(xiàn)資料法

通過(guò)CNKI(中國(guó)知網(wǎng))中國(guó)學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)以“心肺運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)、上肢功率自行車(chē)、單手亞極量”等為關(guān)鍵詞查閱相關(guān)資料。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

所有測(cè)試均通過(guò)上肢功率車(chē)MONARK-881E進(jìn)行。該功率自行車(chē)被固定在桌上,受試者坐于手搖功率車(chē)前、緊靠椅背,飛輪軸心對(duì)應(yīng)上臂屈曲90°、肘伸直時(shí)前臂中點(diǎn)處,保證每次測(cè)試受測(cè)者均處于該標(biāo)準(zhǔn)位。先后隨機(jī)順序進(jìn)行3次測(cè)試,包括雙手、慣用手、非慣用手亞極量手搖功率車(chē)測(cè)試,實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后,受測(cè)者在0W負(fù)荷下進(jìn)行3min的熱身,之后每3min增加5W負(fù)荷,直至出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)終止指征。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,受測(cè)者被要求保持40r/min的轉(zhuǎn)速,測(cè)試過(guò)程中測(cè)試者持續(xù)被言語(yǔ)鼓勵(lì)直至實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)。到達(dá)實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)后,受測(cè)者進(jìn)行3min的0W負(fù)荷下的放松,并繼續(xù)進(jìn)行呼吸、心率監(jiān)測(cè)。測(cè)試進(jìn)行中,提醒受試者正常用鼻呼吸。且實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)心肺功能參數(shù)。每次測(cè)試必須在飯后至少2h才能進(jìn)行[1]。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)終止指征

實(shí)驗(yàn)終止指征定義為:(1)心率達(dá)到預(yù)計(jì)亞極量心率(最大心率×80%);(2)受測(cè)者自覺(jué)疲勞(經(jīng)言語(yǔ)鼓勵(lì)后,30s內(nèi)受測(cè)者轉(zhuǎn)速無(wú)法達(dá)到40r/min);(3)受測(cè)者在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)胸痛、眩暈等不適癥狀或心電圖出現(xiàn)心肌缺血癥狀(ST段抬高或降低≥3mm)、心臟傳導(dǎo)阻滯癥狀、房顫等其他病理性異常變化。

1.2.4 注意事項(xiàng)

相鄰兩次測(cè)試間隔時(shí)間至少2d[1],但不超過(guò)1周。且整個(gè)測(cè)試過(guò)程中受試者被囑咐盡量維持正常飲食、正常活動(dòng),盡量不做鍛煉性運(yùn)動(dòng),每次實(shí)驗(yàn)前24h內(nèi)禁止攝入咖啡因、酒精。

1.2.5 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

第一次實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前,收錄患者的基本信息、體重及上臂圍,測(cè)量遵循邵象清[4]、席煥久和陳昭[5]規(guī)定的方法進(jìn)行以及基線數(shù)據(jù):心率、血壓及氣體分析,而后每次實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前,受測(cè)者均需保持平靜狀態(tài)大于等于20min,并進(jìn)行靜息狀態(tài)下生理參數(shù)采集,而后持續(xù)進(jìn)行心電圖及呼吸氣體分析,氣體分析在測(cè)試開(kāi)始之后每5s進(jìn)行一次,分析的參數(shù)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(dá)到實(shí)驗(yàn)終止指征時(shí),測(cè)試者立刻對(duì)受測(cè)者進(jìn)行血壓的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,收錄每位受測(cè)者的第一次基線生理參數(shù)數(shù)據(jù),3次實(shí)驗(yàn)達(dá)到無(wú)氧閾值時(shí)刻、最高耗氧量時(shí)刻和終止時(shí)刻的生理參數(shù)數(shù)據(jù)。

本實(shí)驗(yàn)中收集的3個(gè)不同時(shí)刻的數(shù)據(jù),用于應(yīng)對(duì)臨床工作中不同的需求。無(wú)氧閾值時(shí)刻反映了受試者有氧運(yùn)動(dòng)的最大限度,在此狀態(tài)下進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可獲得最大效果。而在達(dá)到無(wú)氧閾值后的上肢無(wú)氧運(yùn)動(dòng)因其運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度較低,心率與攝氧量均會(huì)隨時(shí)間增加,但由于個(gè)體間心肺運(yùn)動(dòng)儲(chǔ)備不同,通過(guò)整體趨勢(shì)進(jìn)行個(gè)體預(yù)測(cè)會(huì)存在偏移,因此心率于耗氧量之間的相關(guān)性不高,借此表示心肺運(yùn)動(dòng)能力會(huì)有一定的限制。

在實(shí)驗(yàn)終止時(shí)刻,受試者主觀反映或是客觀表現(xiàn)出無(wú)法繼續(xù)實(shí)驗(yàn)的指征,此時(shí)可認(rèn)定為實(shí)驗(yàn)達(dá)到亞極量運(yùn)動(dòng),所獲得的攝氧量和心率為亞極量運(yùn)動(dòng)下的心率??梢杂糜诜从呈茉囌叩男姆喂δ?且根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[3、6],可用于預(yù)測(cè)最大攝氧量。之前的眾多實(shí)驗(yàn)大多收集這一時(shí)刻的相應(yīng)數(shù)據(jù)。

最大攝氧量時(shí)刻,是整個(gè)實(shí)驗(yàn)中,測(cè)得的最大攝氧量的數(shù)值,這一數(shù)據(jù)直接表示了在亞極量運(yùn)動(dòng)中的攝氧量的最大值,反映心肺運(yùn)動(dòng)能力,但整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的不可控性,使得最大攝氧量這一數(shù)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(shù)值。

1.2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)法

運(yùn)用SPSS 17.0軟件以及Excel完成數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析工作。

2? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 受測(cè)者信息

本次實(shí)驗(yàn)參與人數(shù)為24人,所有入選者中2人在第一次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中未達(dá)到無(wú)氧閾值,1人在整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期中有明顯的體重變化,1人3次實(shí)驗(yàn)間的時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)。因此最終實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析時(shí)共納入20名受試者的數(shù)據(jù),其中女生12人,男生8人,實(shí)驗(yàn)脫落率為16.7%。所有測(cè)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(shí)驗(yàn)的平均時(shí)長(zhǎng)分別為:雙手手搖車(chē)實(shí)驗(yàn)17.51min,右手手搖車(chē)實(shí)驗(yàn)9.04min,左手手搖車(chē)實(shí)驗(yàn)8.33min(見(jiàn)表1)。

2.2 雙手與單手間相關(guān)性

對(duì)雙手與單手間攝氧量的相關(guān)性進(jìn)行分析(見(jiàn)表2),在無(wú)氧閾值時(shí)刻左手組和右手組攝氧量與雙手實(shí)驗(yàn)組攝氧量間均有較高相關(guān)性,r=0.785,P<0.05;r=0.823,P<0.05。

實(shí)驗(yàn)中最大攝氧量時(shí)刻,雙手與左手、雙手與右手?jǐn)z氧量的相關(guān)系數(shù)分別為r=0.776,r=0.674。在實(shí)驗(yàn)終止時(shí)刻,左右手?jǐn)z氧量與雙手?jǐn)z氧量間均有較高相關(guān)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(shí)驗(yàn)攝氧量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,在2個(gè)變量即單手與雙手之間仍可以觀察到較高相關(guān)性,兩張圖的線性回歸方程分別如下所示。

本次實(shí)驗(yàn)中攝氧量經(jīng)參數(shù)分析后,標(biāo)準(zhǔn)化處理前后攝氧量比體重和攝氧量的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果一致。

3? 討論

3.1 單手亞極量功率自行車(chē)實(shí)驗(yàn)的可行性

在心肺運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中,單手功率自行車(chē)運(yùn)動(dòng)可以達(dá)到亞極量運(yùn)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn),而要達(dá)到極量運(yùn)動(dòng)負(fù)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(duì)弱小,且在完成單手手搖車(chē)實(shí)驗(yàn)中,缺少另一側(cè)肢體肌肉的使用,更降低了個(gè)體對(duì)攝氧量的需求;其次,單手實(shí)驗(yàn)受到肌耐力下降的影響較大,在相同負(fù)荷下能的極限。因此單手實(shí)驗(yàn)所獲得的心率與攝氧量通常低于雙手組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),在實(shí)驗(yàn)中則更難以達(dá)到運(yùn)動(dòng)受試者更易表現(xiàn)出肌肉疲勞的情況。實(shí)驗(yàn)中達(dá)到終止的指征多是由于肌肉疲勞引起的,而非達(dá)到心肺功能的極限。因此單手實(shí)驗(yàn)所獲得的心率與攝氧量通常低于雙手組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),在實(shí)驗(yàn)中則更難以達(dá)到運(yùn)動(dòng)的最大強(qiáng)度。通過(guò)亞極量運(yùn)動(dòng)來(lái)反映有氧運(yùn)動(dòng)能力的信效度,已經(jīng)在眾多文獻(xiàn)中被證實(shí)。更進(jìn)一步的研究證明,這種運(yùn)動(dòng)極量下的實(shí)驗(yàn)方式也適用與手搖車(chē)心肺運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)[7]。

3.2 單手亞極量心肺運(yùn)動(dòng)測(cè)試對(duì)心肺運(yùn)動(dòng)能力的推測(cè)

若需要通過(guò)心肺運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)來(lái)獲得受測(cè)者心肺運(yùn)動(dòng)能力的極限,即最大心率和最大攝氧量,則需要進(jìn)一步的更高強(qiáng)度的測(cè)試方法,或者通過(guò)對(duì)已有數(shù)據(jù)的分析,對(duì)極限運(yùn)動(dòng)下攝氧量等相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。在過(guò)往的研究中已經(jīng)有眾多通過(guò)亞極量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)極量運(yùn)動(dòng)后的相應(yīng)數(shù)據(jù)的方法。主要的幾個(gè)方法均是借由亞極量或更低強(qiáng)度下收集到的心率、攝氧量、輸出功率等數(shù)據(jù),通過(guò)回歸方程來(lái)預(yù)測(cè)最大極量時(shí)刻的攝氧量。Kofsky等人[8]首次提出了用于推測(cè)手搖車(chē)運(yùn)動(dòng)最大攝氧量的公式。Hjeltnes等人在對(duì)脊髓損傷患者心肺功能的實(shí)驗(yàn)中,進(jìn)一步證實(shí)了這種方法的應(yīng)用[9]。并且這一策略在G. Pare的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步證明了其基礎(chǔ)原理以及可行性,其回歸方程的相關(guān)系數(shù)r=0.80[10]。上述的實(shí)驗(yàn)方法均是通過(guò)手搖車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)的輸出功率來(lái)進(jìn)行相關(guān)性分析,以獲得與實(shí)際最大攝氧量之間的回歸方程。在以往手搖車(chē)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的記錄中均表明輸出功率與攝氧量間,均有較高的相關(guān)系數(shù)r>0.9[11-13]這也證實(shí)了輸出功率可作為一個(gè)可信度高的預(yù)測(cè)變量。WA Birkett的實(shí)驗(yàn)[3]通過(guò)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(yù)測(cè)值,且預(yù)測(cè)值與實(shí)際值無(wú)顯著性差異。而作者指出,當(dāng)數(shù)值VO2peak是從亞極量計(jì)算得出時(shí),該預(yù)測(cè)值僅僅是個(gè)人的左、右上肢有氧能力的粗略估計(jì),能否直接用于臨床代表心肺運(yùn)動(dòng)能力還有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。由于在達(dá)到實(shí)際最大攝氧量的最后時(shí)段,攝氧量與心率并非為線性關(guān)系,因此心率-攝氧量線性回歸曲線在預(yù)測(cè)功率自行車(chē)極量運(yùn)動(dòng)時(shí)最大攝氧量存在一定的誤差。Davies和Sargent選擇了亞極量運(yùn)動(dòng)的攝氧量這一更為直接的數(shù)據(jù),并且得到了正向的結(jié)果[14]。這意味著,單純的攝氧量在亞極量運(yùn)動(dòng)和極量運(yùn)動(dòng)間的聯(lián)系,可以作為一更直接、簡(jiǎn)便的方法來(lái)預(yù)測(cè)最大攝氧量。

3.3 單手與雙手實(shí)驗(yàn)間相關(guān)性分析

在雙手手搖車(chē)實(shí)驗(yàn)與單手手搖車(chē)實(shí)驗(yàn)中攝氧量、攝氧量比體重均具有較高相關(guān)性r=0.785,r=0.823。略小于其他手搖車(chē)實(shí)驗(yàn)中輸出功率與攝氧量的相關(guān)性r>0.80,但是與通過(guò)運(yùn)動(dòng)心率預(yù)測(cè)最大攝氧量的方法比較相關(guān)性更高。即時(shí)的輸出功率直接反映單位時(shí)間內(nèi)受試者做功的大小,在完成運(yùn)動(dòng)時(shí)約等于同一時(shí)間內(nèi)自身有氧呼吸產(chǎn)生的能量。而在接近實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)時(shí)刻,不可忽略同時(shí)存在的無(wú)氧呼吸共給的能量。因此,通過(guò)輸出功率來(lái)反映攝氧量有一定的限制,尤其在大運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的實(shí)驗(yàn)中。對(duì)于亞極量運(yùn)動(dòng)的攝氧量和心率這一類參數(shù),都是受試者運(yùn)動(dòng)中直接獲得的,數(shù)據(jù)收集中不存在客觀條件導(dǎo)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(zhì)的參數(shù),數(shù)據(jù)收集不易受到實(shí)驗(yàn)?zāi)J?、?fù)荷強(qiáng)度的影響。在不同個(gè)體中,心功能與肺功能的儲(chǔ)備不同,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下尤其是亞極量運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下心率的增幅與通氣量的增幅不一致。這使得在亞極量運(yùn)動(dòng)甚至更低強(qiáng)度下的運(yùn)動(dòng)攝氧量與心率間相關(guān)性不高,低于攝氧量間的比較。

4? 結(jié)論

(1)單手功率自行車(chē)與雙手功率自行車(chē)相同,均可引起受測(cè)者心肺系統(tǒng)生理學(xué)變化,可用于對(duì)心肺運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。

(2)兩單手功率自行車(chē)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)均可借由實(shí)驗(yàn)終止時(shí)刻最大耗氧量推測(cè)雙手功率自行車(chē)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)終止時(shí)刻最大耗氧量,且具備預(yù)測(cè)個(gè)體心肺功能的可能。

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