世居高原健康成人逐級遞增負荷運動測試心率拐點與乳酸恢復能力、肺功能的相關(guān)性*

孔海軍， 周 霞， 李新龍， 王振杰

(喀什大學體育學院， 新疆 喀什 844000)

乳酸閾(lactate threshold, LT)一直被認為是機體內(nèi)血乳酸上升速率超過其去除率的閾值，該閾值與機體耐力水平存在顯著關(guān)聯(lián)，故諸多文獻中往往也稱其為無氧閾，通常用于確定耐力運動員的訓練強度[1]。在逐級遞增負荷運動(graded exercise testing, GXT)中，理論上心率隨運動強度上升將以線性速率增加，然而，在不同強度下心率會偏離該種線性速率，這種現(xiàn)象被稱為心率拐點或心率偏離點(heart rate deflection point, HRDP)。HRDP在運動訓練中被廣泛應用，對于運動員或鍛煉者最佳訓練強度的制定具有重要意義[2]。肺功能測定是以呼吸生理為基礎(chǔ)的醫(yī)學計量測試技術(shù)，是現(xiàn)代肺科不可缺少的檢測項目，對于呼吸功能的評價及呼吸系統(tǒng)疾病的診斷具有重要意義。

高原環(huán)境下人體體質(zhì)水平及運動能力是高原醫(yī)學、預防醫(yī)學及體育科學研究的熱點問題，以往的研究表明，高原環(huán)境氧氣稀薄，空氣氧含量低于亞高原(海拔介于500 m～2 200 m之間的地域)/平原地區(qū)，高原/亞高原應激可能誘使人體心肺機能、有氧運動耐力及運動能量供應特征產(chǎn)生適應性反應[3]。國內(nèi)相關(guān)研究主要針對不同海拔高度世居青少年無氧閾(anaerobic threshold, AT)與心功能的關(guān)聯(lián)性，研究結(jié)果普遍認為長期移居高原青少年AT水平顯著低于平原地區(qū)同齡人群。但國內(nèi)外缺乏世居高原人群AT、肺功能及定量負荷運動/逐級遞增負荷運動中/運動后乳酸恢復能力的關(guān)聯(lián)性研究，高原地區(qū)健康成年人群體育鍛煉適宜強度的相關(guān)研究尚處于空白狀態(tài)。

基于此，本次研究選取帕米爾高原世居成年人群，通過逐級遞增負荷運動中/運動后心率及血乳酸恢復特點評價世居3 200 m高原健康成年人群HRDP及乳酸恢復能力，討論Conconi測試心率偏離點與乳酸恢復能力、肺功能的關(guān)聯(lián)性，探究世居高原地區(qū)健康成年人群有氧耐力鍛煉的適宜負荷，從而為高原健康人群體育健身選擇適宜的運動強度提供參考依據(jù)。

1 對象及方法

1.1 研究對象

本次研究納入225名受試者，其中男性組109人，女性組116人，受試者年齡(Y)、BMI(kg/m2)及腰臀比等人口學特征指標均不存在顯著差異(P> 0.05，表1)。選擇新疆喀什地區(qū)塔什庫爾干塔吉克自治縣班迪爾鄉(xiāng)為測試點，該地區(qū)屬高原荒漠氣候，平均海拔3 200 m，年均氣溫3.3℃，年均光照時間2 831 h，大氣壓及氧分壓分別為70.5 kpa(530 mmHg)和14.8 kpa(111 mmHg)。

Tab. 1 Demographic characteristics of the included subjects

1.2 場地Conconi測試

場地Conconi測試采用改良后逐級遞增負荷運動(Conconi測試)[4]。具體步驟如下：(1)選擇溫度、濕度及光照適宜天氣進行測試，受試者著輕便透氣運動鞋服，預先進行10 min熱身活動，熱身活動包括慢跑(60%HRmax)及拉伸活動(靜態(tài)拉伸+動態(tài)拉伸)；(2)熱身后進行5 min休息，待受試者心率降低至100 beats/min以下方可進行場地測試；(3)男性受試者采用6級遞增負荷運測試，以8 km/h為起始跑速，每級負荷時間3 min，每級負荷速度遞增1 km/h；女性受試者采用5級遞增負荷運測試，以7 km/h為起始跑速，每級負荷時間3 min，每級負荷速度遞增0.8 km/h；(4)采用男女分組形式，每組包含8名受試者，測試中為防止受試者因運動經(jīng)驗不足造成體力分配不均，測試員采用跟跑、語言刺激(跑動中不斷提醒受試者“堅持”、“注意調(diào)整呼吸”)的形式鼓勵受試者。測試結(jié)束后，受試者應進行充分的整理運動。

Tab. 2 Conconi test load schedule

1.3 心率恢復能力及血乳酸恢復能力測試

要求受試者測試全程均佩戴芬蘭產(chǎn)Polar S610i心率表，記錄各級負荷運動中及運動后恢復期3 min、6 min、9 min、12 min心率，同時于安靜時、每級負荷末及恢復期 3 min、6 min、9 min、12 min取受試者末梢血，采用德國產(chǎn)Lactate SCOUT便攜式血乳酸測試儀測試血乳酸水平。血乳酸清除速率(V)參照公式(1)得出，即：(1)(Blamax-Bla12)/(12-t)。

1.4 肺功能測試

采用意大利MIR公司產(chǎn)Spirobank G呼吸功能測試儀進行肺功能測試，測試前使受試者明了FVC、FEV1及FEV1%的測試方法(即做最大深吸氣后再做最大最快深呼氣)并于測試日前一天進行3次呼吸功能預測試。測試前一周應保證充足睡眠，測試前受試者靜坐休息10 min后開始測試，重復2次，2次測試間隔15 min。

1.5 運動實驗質(zhì)量控制

(1)抽樣偏倚：為避免抽樣偏倚，采用雙盲法，即在選擇受試對象前研究者及受試對象均不了解干預措施的分配，以避免研究者方面帶來的主觀偏倚。

(2)運動試驗控制：為避免個別受試者因運動經(jīng)驗不足出現(xiàn)無法完成運動試驗任務(wù)的情況，在運動試驗前三天進行預測試及練習，并指導運動試驗中跑速及體力分配方法。

(3)受試對象的中途撤出及管理：運動試驗中受試對象若出現(xiàn)無法堅持運動的現(xiàn)象，則視為被動撤出，并剔除該受試對象數(shù)據(jù)。

1.6 統(tǒng)計學處理

2 結(jié)果

2.1 世居高原健康成人Conconi測試心率變化特征

由表3及續(xù)表3可知，在Conconi測試中，受試者心率水平隨運動強度提高呈現(xiàn)上升趨勢，且運動后恢復期心率水平呈現(xiàn)下降趨勢；就HRDP心率值而言，男性組受試者隨年齡上升基本呈下降趨勢，女性受試者隨年齡增長呈上升趨勢。采用Conconi場地測試，結(jié)果表明世居3 200 m高原20～40歲人群心率拐點隨年齡增長呈現(xiàn)下降趨勢，隨年齡上升，男性依次為160.73、161.13、152.68及154.37 beats/min，女性依次為149.91、151.53、138.78及142.86次/min，HRDPspeed隨年齡上升存在下降趨勢，20～30歲男性HRDPspeed為12 km/h，31～40歲男性HRDPspeed為11 km/h，20～30歲女性HRDPspeed為9.4 km/h，31～40歲女性HRDPspeed為8.6 km/h。由表4可知，隨年齡增長，受試者Cionconi運動測試中及測試后恢復期心率水平呈現(xiàn)上升趨勢，男性HRDP出現(xiàn)晚于女性，如20～25歲年齡段男性HRDP在負荷5出現(xiàn)，而同年齡組女性HRDP在負荷3或負荷4出現(xiàn)。由表5可知，世居高原健康成年男性Conconi測試中心率水平顯著低于女性(P<0.05)，男性組隨年齡上升HRDP出現(xiàn)時間提前，女性組該現(xiàn)象并不顯著。總體而言，3 200 m高原環(huán)境下隨著年齡上升，無論是循環(huán)系統(tǒng)對運動負荷的耐受能力還是有氧運動耐力均出現(xiàn)一定程度的消退現(xiàn)象。

Tab. 3 HR changes and HRDP were measured by Conconi in healthy adults living at high altitude

GenderAgen3 min6 min9 min12 minHRDP(bpm/min)HRDPspeed(km/h)Male20-2526147.31±8.74128.96±10.36114.71±9.5295.59±9.73160.731226-3032148.46±9.12130.15±11.02115.34±10.3697.10±10.61161.131231-3529150.34±11.05132.46±9.94118.01±12.4199.45±9.78152.681131-3522150.34±11.05132.46±9.94118.01±12.4199.45±9.78154.3711Female20-2525145.39±9.62130.64±9.58115.81±7.1699.36±8.75149.919.426-3028146.83±8.15130.97±8.47117.62±9.41100.61±10.54151.539.431-3533149.80±9.64132.13±10.50119.08±10.67102.93±10.25138.788.636-4030152.51±10.26135.49±8.56122.97±9.88104.82±9.67142.868.6

Tab. 4 Changes in HR measured by Conconi in healthy adults of different ages

Agen3 min6 min9 min12 min20-2551146.31±8.97129.74±10.02115.31±8.2697.33±9.0526-3060147.86±8.67130.45±9.26116.61±10.0198.57±10.4731-3562150.14±10.05132.46±9.94118.61±12.41100.76±9.8531-3552151.34±11.05133.86±9.94120.01±12.41102.15±9.78

Tab. 5 Changes in HR measured by Conconi in healthy adults with different

Gendern3 min6 min9 min12 minMale109148.61±9.57130.54±10.36116.84±11.4198.45±9.87Female116148.80±9.15133.12±9.01118.78±9.52101.53±9.54

2.2 世居高原健康成人Conconi測試血乳酸變化特征

由表6及續(xù)表6可知，就血乳酸變化規(guī)律而言，各測試組血乳酸水平隨運動強度上升呈增長趨勢，且恢復期血乳酸水平隨時間延長均呈下降趨勢。血乳酸拐點方面，隨年齡上升受試者血乳酸拐點濃度逐漸降低，但低年齡組與高年齡組間不存在顯著差異(P>0.05)。值得注意的是，各測試組受試者均出現(xiàn)了“乳酸平臺期”，且該平臺期維持時間不一致。由表7可知，隨受試者年齡上升，受試者運動期血乳酸水平呈上升趨勢，且運動期及恢復期血乳酸水平隨呈現(xiàn)下降趨勢。繼“乳酸峰值”至運動后6 min，受試者乳酸恢復速率基本一致，但運動后6 min開始受試者乳酸恢復速率出現(xiàn)差異，31～40歲受試者出現(xiàn)顯著的“鈍化現(xiàn)象”。由表8可知，世居高原健康成年男性Conconi測試中血乳酸水平顯著低于女性(P<0.05)，血乳酸恢復速度亦高于女性。

Tab. 6 Blood lactate changes were measured by Conconi in healthy adults living at high altitude

GenderAgen3 min6 min9 min12 minBLADP(mmol/L)HRDPBLA(mmol/L)Male20-25263.49±0.672.26±0.471.97±0.371.77±0.343.492.5326-30323.27±0.712.39±0.391.95±0.411.82±0.263.352.7231-35293.19±0.642.47±0.482.15±0.391.89±0.373.302.2331-35223.17±0.822.52±0.372.19±0.522.02±0.253.222.41Female20-25252.91±0.542.34±0.622.11±0.571.85±0.292.971.9126-30282.78±0.612.30±0.732.15±0.341.89±0.362.862.2631-35332.70±0.532.37±0.592.21±0.651.96±0.422.742.2836-40302.62±0.432.35±0.782.26±0.572.08±0.472.712.35

Tab. 7 Blood lactic acid changes were measured by Conconi in healthy adults of different

AgenLoad 63 min6 min9 min12 min20-25513.44±0.753.78±0.602.31±0.522.03±0.451.81±0.3126-30603.35±0.793.01±0.652.35±0.512.06±0.371.86±0.3031-35623.30±0.682.94±0.612.42±0.532.18±0.411.83±0.3936-40523.22±0.692.89±0.622.42±0.562.22±0.542.05±0.38

Tab. 8 Blood lactic acid changes were measured by Conconi in healthy adults of different

GendernLoad 63 min6 min9 min12 minMale1093.34±0.713.25±0.742.41±0.422.06±0.411.90±0.31Female116 /2.79±0.512.36±0.652.17±0.421.96±0.38

2.3 世居高原健康成人肺功能

由表9可知，世居3 200 m高原20～40歲人群肺功能存在年齡及性別差異。隨年齡上升各性別組FVC、MVV、FEV1及FEV1/FVC水平均呈下降趨勢，男性組以上各數(shù)據(jù)均顯著高于同年齡段女性組(P<0.05)。由此可見，3 200 m海拔下高原健康成人的肺功能退化軌跡可能與平原或其他特殊地形下的適齡人群無顯著差異。

Tab. 9 Lung function of healthy adults on

2.4 世居高原健康成人Conconi測試HRDP與乳酸恢復能力、肺功能的關(guān)聯(lián)性分析

結(jié)合負荷-心率(load-heart rate)曲線及心率-血乳酸(heart rate-blood lactate)擬合曲線可知，受試者心率水平與血乳酸濃度存在線性關(guān)系(表10)，其中，20～25歲男性組相關(guān)系數(shù)為0.8345(P<0.01)；26～30歲男性組相關(guān)系數(shù)為0.8954(P<0.01)；31～35歲男性組相關(guān)系數(shù)為0.8680(P<0.01)；36～40歲男性組相關(guān)系數(shù)為0.8892(P<0.01)。20～25歲女性組相關(guān)系數(shù)為0.9318(P<0.01)；26～30歲女性組相關(guān)系數(shù)為0.9661(P<0.01)；31～35歲女性組相關(guān)系數(shù)為0.9663(P<0.01)；36～40歲女性組相關(guān)系數(shù)為0.9599(P<0.01)。

就HRDP與肺功能的關(guān)聯(lián)性而言，由表10可知，各性別、年齡組HRDP值均與其MVV水平存在顯著關(guān)聯(lián)，r值依次為0.8345、0.8954、0.8680、 0.8892、0.9318、0.9661、0.9663及0.9599 (P< 0.05)。同時，除男性組36～40歲受試者外(r= 0.3634,P>0.05)，其余各性別、年齡組肺功能與乳酸消除速率亦存在顯著關(guān)聯(lián)，r值依次為0.7523、 0.6484、0.5261、0.6728、0.6716、0.8239、0.7605 (P<0.05)。

Tab. 10 Conconi test the association between heart rate and blood lactate in healthy adults on plateau

3 討論

HRDP通常被稱為“心率偏離點”、“心率中斷點”、“斜率變化點”、“心率閾值”或“心率轉(zhuǎn)折點”。在遞增負荷運動中表現(xiàn)為特殊的心率微分或“偏移”或心率性能曲線(HRPC)。專業(yè)運動員、未訓練者(兒童、青少年及中年男性)在遞增負荷運動測試中均證實了HRDP現(xiàn)象[5]。Conconi等人首次提出，在HRDP處的跑動速度與無氧閾處的跑動速度有關(guān)[6]，隨后Conconi等人開發(fā)了逐級遞增負荷的現(xiàn)場測試用于評估HRDP，并且該方法已經(jīng)被應用于包括現(xiàn)場和實驗室環(huán)境中的其他體育活動[7]。前人研究表明，高負荷運動狀態(tài)下，血乳酸水平攀升，血漿pH值下降，機體發(fā)生代謝性酸中毒，可促進氧合血紅蛋白解離，加速氧氣釋放，從而提高心臟循環(huán)效率，降低心率增長幅度[8]。在體育運動實踐中，HRDP可被視為機體由有氧代謝向無氧代謝的過渡點，因此HRDP在有氧運動強度的制定中具有重要的參考意義。以往的研究認為，HRDP在最大心率的88%～94%范圍內(nèi)出現(xiàn)[9]，但該類研究幾乎都基于耐力運動員來進行，鮮有普通人群的HRDP評估測試。

本次研究結(jié)果表明，世居3 200 m高原成年人群在改良Conconi測試中出現(xiàn)明顯的HRDP現(xiàn)象，且該現(xiàn)象與性別、年齡存在關(guān)聯(lián)性，男性HRDPspeed平均高于女性，低年齡段人群HRDPspeed高于高年齡段人群。分析其原因主要在于：(1)遺傳因素：研究表明，有氧耐力水平具有顯著遺傳傾向，血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)是腎素-血管緊張素系統(tǒng)的關(guān)鍵酶影響人體心血管系統(tǒng)機能，ACE基因多態(tài)性與耐力素質(zhì)存在顯著關(guān)聯(lián)，彭曉梅等[10]證實，南疆塔吉克人群ACE基因多態(tài)性的分布與性別無關(guān)，DD型及D等位基因頻率低于南疆維吾爾族，同時Ⅱ型頻率均高于歐美人及日本人，ACE基因表達水平可能導致高原世居成人有氧耐力水平與世居平原成人存在差異。(2)心率變異性：于伊[11]等研究表明世居藏族健康成人的心率變異時域指標RMSSD、PNN50%高于西寧地區(qū)藏、漢族健康成人。Oliver Monfredi[12]等研究證實HRDP與機體心率水平存在高度關(guān)聯(lián)性，由此可見，世居3 200 m高原成人HRDP的特殊表現(xiàn)可能與其心率變異性存在關(guān)聯(lián)。道仁·葉爾江[13]針對高原公路駕駛員心率變化規(guī)律進行分析發(fā)現(xiàn)，高原駕駛員心率變異性波動水平隨年齡增長逐漸上升，但不同年齡高原世居人群HRDP特征的具體機制仍有待進一步研究。(3)生活習慣：生活習慣主要包括飲食習慣、作息習慣、體育鍛煉等因素。研究證明，新疆少數(shù)民族居民的肉類食品消費行為選擇顯著不同于漢族居民，高熱量、高蛋白的營養(yǎng)攝入方式可能導致體格差異；其次，不同年齡及不同性別高原成人體育鍛煉習慣也存在一定差異，可能導致其運動心率表現(xiàn)存在相應差異。

血乳酸已被廣泛應用于運動訓練監(jiān)控領(lǐng)域，可用于評價個體有氧運動能力、無氧運動能力，在運動負荷制定中發(fā)揮重要作用。大量研究認為，血乳酸恢復速率是指定量負荷運動結(jié)束后血乳酸恢復的速度，是反應機體代謝能力的重要指標[14]。運動過程中肌纖維線粒體是產(chǎn)生乳酸的主要場所，乳酸的生成量與運動負荷及機體代謝能力密切相關(guān)，通過了解個體運動后血乳酸恢復速率可以掌握機體內(nèi)乳酸代謝特點，進而評價個體代謝能力。關(guān)于世居高原人群乳酸閾(lactate threshold,LT)的相關(guān)研究相對較少，王志鋒[15]對世居3 200 m海拔13～18歲中學生乳酸閾心率進行測試發(fā)現(xiàn)，高原地區(qū)中學生LT隨年齡增長而升高，但缺乏世居平原同齡人群對照研究。本次研究結(jié)果表明，隨年齡上升受試者血乳酸拐點濃度逐漸降低，且各測試組受試者均出現(xiàn)了“乳酸平臺期”，運動后6 min開始，受試者乳酸恢復速率基本一致，但運動后6 min開始受試者乳酸恢復速率出現(xiàn)差異，31～40歲受試者出現(xiàn)顯著的“鈍化現(xiàn)象”。各測試組乳酸恢復能力表現(xiàn)出明顯的年齡及性別差異，即男性組各年齡亞組均顯著高于女性組(P<0.05)，各測試組血乳酸恢復能力(V)均隨年齡上升逐漸下降。研究證實，HRDP可用于評價無氧閾，Conconi測試中各參數(shù)指標具有高度一致性。Droghetti[16]等通過研究8名賽艇運動員在Conconi測試后LT與HRDP的相關(guān)性時發(fā)現(xiàn)，二者之間相關(guān)系數(shù)r為0.86， 并認為通過HRDP確定的LT可以作為一種可靠又簡便的方法來評價賽艇運動員的無氧閾。因此，世居高原成人LT差異的形成機制可能與HRDP有關(guān)。

肺通氣能力是衡量人體呼吸系統(tǒng)工作能力的重要指標，更是運動中保證充足氧供應的先決條件，因此肺功能與有氧耐力水平可能存在內(nèi)在聯(lián)系。李玉紅等[17]對高原環(huán)境下藏族人群的肺通氣功能進行研究發(fā)現(xiàn)，世居高原藏族人群FVC及FEV1水平均顯著低于新移居高原漢族人群，存在低氧通氣功能反應鈍化現(xiàn)象，且移居3年以上漢族人群FVC及FEV1水平與高原藏族人群間無顯著差異?，F(xiàn)階段雖缺乏高原環(huán)境對人體肺功能的研究，但結(jié)合上述研究可以推斷，長期高海拔應激可能導致人體肺功能水平出現(xiàn)下降。世居高原人群的最大攝氧量、肺通氣量出現(xiàn)適應性提高現(xiàn)象，但與肺通氣量相較，F(xiàn)VC、FEV1及FEV1%更趨向于評價人體的單位時間內(nèi)通氣能力，可客觀評估機體通氣阻力及呼吸肌力量。以往的研究認為，高原狀態(tài)下FVC、FEV1及FEV1%的下降可能因機體對高原低氧產(chǎn)生適應性反應，但該種應答行為僅提高了總體通氣能力，并未改善人體的呼吸道氣流阻力及呼吸肌力量。本次研究證實，世居3 200 m高原環(huán)境下，隨年齡上升各性別組FVC、MVV、FEV1及FEV1/FVC水平均呈下降趨勢，男性組以上各數(shù)據(jù)均顯著高于同年齡段女性組(P<0.05)。因此，世居高原人群在安靜狀態(tài)下可能表現(xiàn)為通氣量提高，但呼吸道阻力可因高原應激而提高，故降低了單位時間肺活量水平。這種現(xiàn)象可通過高原氧化應激其機制解釋：研究證實，世居高海拔地區(qū)人群雖具有更大的肺通氣量，吳天一[18]認為世居高原藏族人群的最大攝氧量、肺通氣量均高于世居平原人群，這可能與長期高原低氧環(huán)境刺激有關(guān)，該觀點佐證了本研究結(jié)果。

通過對世居3 200 m高原20～40歲健康人群的HRDP、乳酸恢復能力及肺功能關(guān)聯(lián)性分析顯示，Conconi測試中HRDP與乳酸恢復能力、肺功能間可能存在顯著關(guān)聯(lián)，可以作為綜合評定3 200 m高原適應狀態(tài)下20～40歲健康人群有氧耐力水平的有力指標。可見，上述三指標間存在遞進關(guān)系，即肺功能為有氧運動提供先決條件，有氧運動能力發(fā)揮中介效應。