上肢功率自行車單手亞極量測(cè)試對(duì)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(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，均無規(guī)律上肢運(yùn)動(dòng)習(xí)慣、無長期固定有氧運(yùn)動(dòng)計(jì)劃。分別用雙手、慣用手和非慣用手完成3次亞極量手搖車心肺運(yùn)動(dòng)測(cè)試。心率通過十二導(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? 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法正?；顒?dòng)，無法進(jìn)行跑步機(jī)和下肢功率自行車的測(cè)試。在這種情況下，評(píng)估時(shí)會(huì)選擇上肢功率自行車來進(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功率測(cè)試，Birkett[3]等通過實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，單手上肢手搖自行車能夠代替雙手進(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CNKI（中國知網(wǎng)）中國學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫以“心肺運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)、上肢功率自行車、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)試均通過上肢功率車MONARK-881E進(jìn)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(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測(cè)試，實(shí)驗(yàn)開始后，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)過程中，受測(cè)者被要求保持40r/min的轉(zhuǎn)速，測(cè)試過程中測(cè)試者持續(xù)被言語鼓勵(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)者自覺疲勞（經(jīng)言語鼓勵(lì)后，30s內(nèi)受測(cè)者轉(zhuǎn)速無法達(dá)到40r/min）;（3）受測(cè)者在實(shí)驗(yàn)過程中出現(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1周。且整個(gè)測(cè)試過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)到無氧閾值后的上肢無氧運(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)過程中未達(dá)到無氧閾值，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)間間隔過長。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)長分別為：雙手手搖車實(shí)驗(yàn)17.51min，右手手搖車實(shí)驗(yàn)9.04min，左手手搖車實(shí)驗(yàn)8.33min（見表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（見表2），在無氧閾值時(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。通過亞極量運(yùn)動(dòng)來反映有氧運(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)

若需要通過心肺運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)來獲得受測(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)。在過往的研究中已經(jīng)有眾多通過亞極量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來預(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)，通過回歸方程來預(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)方法均是通過手搖車運(yùn)動(dòng)時(shí)的輸出功率來進(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

在雙手手搖車實(shí)驗(yàn)與單手手搖車實(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(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）單手功率自行車與雙手功率自行車相同，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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