与气体代谢机能的实验研究属院管课题：运动训练对红细胞流变性与有氧能力关系的影响；项目编号07XSYK275。
陕西省咸阳师范学院咸阳712000
摘要：通过对优秀男子散打运动员和普通男子大学生递增负荷运动过程中气体代谢和血液流变性变化的实验研究。旨在探讨散打运动员气体代谢与血液流变性之间的关系及其可能的机理。结果发现：散打运动可以降低全血粘度和红细胞聚集性、增强红细胞的变形性，提高血液流变性对运动刺激的适应能力，减小内环境变化对血液流变性造成的不良影响，改善血液流变性与气体代谢之间的关系，提高气体代谢机能，使其在运动中表现出通气效率高，氧气利用效率高，摄氧能力大以及承受有氧运动负荷能力强的特点。
关键词：散打血液流变性气体代谢ExperimentalStudyonHemorheologyandGaseousMetabolismofMaleSandaAthletes
MaLijunGaoXinyouLiangLizhen
Abstract:ThisprojectmainlystudiesthehemorheologyandgaseousmetabolisminincrementalexerciseprogressofelitemaleSandaathletesandnormalfreshman.Theaimisprobetherelationshipbetweenhemorheologyandgaseousmetabolism,andthepossiblemechanism.Theresultsasfollows:Sandaathleticscanlowertheaggregabilityofredbloodcellsandbloodviscosity,heightendeformabilityofredbloodcells,improvetheadaptationtoexercisestimulating,diminishthedisorderaffectonhemorheologyiscausedbythechangeofinternalenvironment,andtheathletesshowhigherventilatoryefficiency,higheroxygenuptakeandit’sefficiency,bettercapacityofundertakingaerobicbettercapacityofundertakingaerobicexerciseworkload.
Keywords:SandaHemorheologyGaseousmetabolism
【中图分类号】G87【文献标识码】B【文章编号】1009-9646(2009)05-0110-05
运动过程中气体代谢的变化反映了能量代谢的变化特征。与心、肺功能以及细胞呼吸等机能有密切关系。因此，运动过程中气体代谢的变化综合反映了人体各器官、系统机能及其耦联关系。血液作为气体运输的载体。其流变性的改善对于减少血流阻力，加快血流速度，增加组织的血流灌注以及提高气体运输能力具有积极的作用。因此，研究运动过程中血液流变性和气体代谢的变化，对于探讨血液流变性和气体代谢之间的关系以及评价运动训练效果等具有重要意义。
本研究通过观察男子散打运动员和普通男子大学生递增负荷运动过程中气体代谢和血液流变性的变化，旨在探讨散打运动员气体代谢与血液流变性之间的关系及其可能的机理。为评价运动效果、制定运动训练计划、提高运动训练的科学化程度等提供理论参考依据。
1.研究对象与方法
1.1受试者。实验组为西安体育学院散打队优秀男子散打运动员，对照组为西安体育学院人文系普通男子大学生。受试者身体健康，无既往病史。受试者基本情况
Tab.1Commonphysicalcharactersofvolunteers
受试者人数身高（cm）体重(kg)年龄(y)运动年限(y)运动级别实验组15177.31±2.5371.83±4.5620.00±1.534.14±0.98一级以上对照组15174.23±3.2566.52±3.8919.81±1.121.2主要实验仪器。
1.2.1MS/XW-E全功能血流变仪（成都麦赛科贸公司）。
1.2.2便携式心肺功能遥测仪（德国Cortex）。
1.2.3Load功率自行车（美国）。
1.2.4YSI-1500型血乳酸自动分析仪（美国）。
1.3测试指标及方法。
1.3.1气体代谢指标。
1.3.1.1测试程序与方法。受试者佩戴呼吸面罩和心率表静坐于功率自行车上休息15min钟左右，待安静后测定安静状态下的气体代谢指标；然后在功率自行车上完成递增负荷运动。运动负荷从40W开始，转速为60r/min，每级负荷持续1min；之后，每增加20W为下一级负荷，直至力竭。
1.3.1.2测试指标。摄氧量（VO2）、二氧化碳生成量（VCO2）、呼吸商（RQ）、通气量（VE）、呼吸频率（RR）、潮气量（TV）、代谢当量（METS）、氧脉搏（VO2/HR）、氧通气当量（VEO2）。
1.3.1.3最大摄氧量判断标准。①HR≥180次/分；②RQ≥1.10；③血乳酸>8mmol/L；④运动负荷增加，而VO2不再增加或稍有下降；⑤受试者主观感觉精疲力竭，虽经反复鼓励仍不能维持预定的踏车速率，具备上述5项中的3项即可判定［1］。
1.3.1.4通气阈判断标准。①VE非线性增加的拐点；②VO2非线性升高的拐点；③CO2排出量（VCO2）与VO2的交叉点；④VE/VCO2未见降低而VE/VO2相对升高的拐点；⑤呼出气氧浓度（FO2）相对降低的拐点；⑥呼吸商（RQ）相对升高的拐点。具备上述6项中的4项即可判定无氧阈［1］。
1.3.2血液流变学指标。
1.3.2.1测试程序。分别于清晨、空腹状态下和运动后即刻，抽取受试者5ml肘静脉血作为血样；之后，将血液由采血管沿试管壁缓慢注入干燥的抗凝试管内（肝素抗凝剂浓度为20IU/ml血），经轻摇混匀后，于当日送实验室进行测试。
1.3.2.2测试指标。全血粘度（ηb）：高切(ηH)、中切(ηM)、低切(ηL)，血浆粘度(ηp)，红细胞比积（压积，Hct)，血沉(ESR)，纤维蛋白原(Fi)，红细胞聚集指数(Arbc)，红细胞变形指数（TK），血沉方程K值（ESRK），红细胞电泳时间（EPT）。
1.4数据处理。所有实验数据由SPSS10.0统计软件进行处理，实验结果用平均值（X）±标准差（SD）表示，差异显著性检验采用T检验，并以P<0.05作为差异显著性水平。其中，组间差异采用双样本等方差T检验，组内差异采用配对样本T检验。
2.实验结果
2.1运动前、后两组受试者血液流变学指标运动前，散打运动员ηH、ηL、ESR、Arbc、TK、ESRK和EPT小于普通大学生（P<0.05，0.01）。运动后即刻，散打运动员ηL、ESR、Arbc、TK显著小于普通大学生（P＜0.05），其它指标无显著性差异。统计分析表明，两组受试者运动后ηb、TK、ESRK、EPT较运动前显著增加，但运动员增加幅度小于普通大学生（P<0.05，0.01）。
2.2气体代谢指标。通气阈强度及最大有氧阈强度运动时气体代谢指标最大有氧阈强度运动时，散打运动员VCO2、VO2/HR、TV和VE高于普通大学生（P＜0.05，0.01），但RQ、RR仅略高于普通大学生（P>0.05）；此时，VEO2显著低于普通大学生（P＜0.05）。通气阈强度运动时，散打运动员VT、VO2、VCO2、VO2/HR、VE、TV、RR、VEO2和METS大于普通大学生（P＜0.05，0.01），但两组间RQ无显著性差异。
2.3气体代谢指标与血液流变学指标相关性。
2.3.1最大摄氧量、通气阈摄氧量与安静状态下血液流变学指标相关性散打运动员最大摄氧量与安静时ηH、ηM、ηL、ESR、Arbc、TK、EPT呈显著性负相关（P<0.05，P<0.01），普通大学生最大摄氧量与ηM、Hct、呈显著性负相关（P<0.05，P<0.01）。通气阈强度运动时，散打运动员摄氧量与安静时ηH、ηM、ηp、ESR、Fi、Arbc、TK、EPT呈显著性负相关（P<0.05，P<0.01）；普通大学生仅Hct呈显著性负相关（P<0.01）。
2.3.2气体代谢指标与运动前、后血液流变学指标变化相关性散打运动员最大摄氧量与运动前、后ESR和Arbc的变化呈显著性负相关（P<0.05，0.01）；普通大学生与运动前、后Hct的变化呈显著性负相关（P<0.05）。表明红细胞聚集性变化是影响散打运动员最大摄氧量的一个重要因素。通气阈负荷强度运动时,实验组摄氧量仅与运动前、后Hct变化呈显著性负相关（P<0.05）；而对照组摄氧量与运动前、后血流变变化无明显的相关性（P>0.05）。
3.分析与讨论
3.1两组受试者血液流变性的分析与讨论。血液流变性是影响血流速度、微循环灌注以及气体运输能力的重要因素。研究表明，长期运动训练可改善血液的流变性，提高机体的输氧能力。赵谦等研究发现，运动训练可在一定程度上降低红细胞的聚集性，保证血液循环的通畅，提高组织的血流灌注，预防红细胞聚集而产生血栓［2］。Elite等报道，运动员，尤其是耐力性运动员红细胞容量可增加15%，但血浆容量增加得更为明显。并且指出，红细胞比容是影响血液粘滞性的主要因素。在一定范围内，血液粘度随红细胞比容的增加呈指数上升。El-Sayed研究发现，运动训练导致运动员安静时血液粘度下降与血浆容量增加有关［3］。可见运动训练引起高血浆容量反应是引起血液粘度下降的重要原因。另据报道，长期系统训练可提高衰老红细胞的淘汰速率，使血液中年轻红细胞数量增多，从而降低红细胞的刚性，增加红细胞膜的弹性，使红细胞变形能力提高。此外，运动训练引起细胞内Na+-K+依赖式ATP酶活性显著升高，ATP生成速率提高也是导致红细胞的变形性增强的重要因素［4~7］。Ernst研究表明，半职业足球运动员经过3周训练后，安静时的血液粘滞性下降、抗氧化能力及变形性明显提高［8］。本研究结果显示，安静时实验组ηH、ηL、ESR、Arbc、TK、ESRK和EPT小于对照组（P<0.05，0.01）。表明安静时实验组全血粘度、红细胞聚集性小于对照组，红细胞变形性高于对照组。由此可见，运动训练引起衰老红细胞的淘汰速率增高，血液中年轻红细胞数量增多，红细胞膜脂质代谢改善，抗氧化损伤能力提高，红细胞能量代谢改善以及高血浆容量反应是导致散打运动员血液流变性改善的重要原因。
研究表明，运动对血液流变性的影响不仅表现为对长期运动刺激的适应性变化，更重要的表现为运动时的应激性特点。Bacher认为，一次性运动可引起全血粘度和血浆粘度升高、红细胞聚集性增强、变形性下降，从而使血液流变性降低［9］。我国学者许豪文认为，运动过程中水分由血液转向组织而导致血容量和血浆容量减少是引起血液粘度升高的主要原因［10］。孙树津等研究指出，运动过程中血液粘度增高，与交感神经兴奋刺激儿茶酚胺类激素分泌增多，脾脏内α-受体激动导致红细胞排出，血液中红细胞数量增多等因素有关［11］。另据报道，运动过程中血液中唾液酸含量降低，红细胞表面电荷减少，红细胞膜损伤以及乳酸堆积、氢离子浓度升高是引起红细胞聚集性增高、变形性下降的重要因素［7，12］。可见，运动引起高渗透性脱水、红细胞对内环境变化的适应能力、血量的储备及其释放能力是影响运动过程中血液流变性应激性变化的重要原因。表2可知，运动后，两组受试者ηb、ηp、TK、ESRK、EPT较运动前显著增加，但实验组增加幅度显著小于对照组。表明散打运动员血液流变性对运动刺激的适应能力大于普通大学生。这与其长期运动训练导致红细胞耐酸性、抗氧化损伤能力提高以及调节能力改善等因素有关。是机体对长期运动训练产生的良好适应性变化之一，对于提高机体气体代谢能力具有积极的意义。
3.2两组受试者气体代谢的分析与讨论。运动过程中气体代谢的变化在一定程度上反映着机体能量代谢的变化特征以及对运动负荷的适应能力。与人体呼吸、循环、肌肉以及机能调节等有着密切关系。为了更好地反映两组受试者运动过程中气体代谢的变化，特选择通气阈强度运动和最大摄氧量临界运动强度气体代谢各指标进行分析，以探讨散打运动训练对气体代谢的影响。
通气阈是评价有氧能力和训练效果的重要指标。在一定程度上反映了机体长时间运动中内环境保持稳态水平时的最大有氧运动能力。Wasserman研究报道，通过系统训练，无氧阈可提高45%以上，无氧阈与运动员的训练水平，比赛成绩密切相关［13］。法国学者Vago等（1987）通过对不同项目运动员AT的实验研究表明：AT是衡量有氧能力的良好指标。不同项目运动员AT差异与细胞氧化能力、肌肉血液分配、肌纤维募集方式、负荷种类以及心肺功能等因素有关。另据Hagbery研究报道，在运动负荷达到代谢性酸中毒时（无氧阈），机体将引起一系列气体代谢参数的变化，此时耗氧量水平（做功能力）与耐力性运动成绩相关密切［14］。
通气阈强度运动时，实验组VT、VO2、VCO2、VO2/HR、VE、TV、RR、HR和METS高于对照组，VEO2小于对照组。此时，实验组通气阈、输出功率和氧动力分别为7403%VO2max、182.36w和15.13ml/w·min，对照组为5811%VO2max、140.47w和12.67ml/w·min。实验组VO2较安静时增加4.75倍，对照组增加2.30倍；实验组VO2/HR增加1.68倍，对照组增加1.13倍；实验组VE增加4.61倍，对照组增加2.89倍。可见，实验组在通气阈强度运动时，气体代谢机能较安静时增长幅度更为明显，而且承受有氧运动负荷的能力、氧气利用能力和通气效率也高于普通大学生。据报道，通气阈大小与肌肉肌纤维的百分组成、微血管的密度、中枢循环转运氧气的能力以及肌肉利用氧气的能力有关。运动过程中交感—肾上腺系统分泌增加，血液中儿茶酚胺浓度升高可引起肺小血管扩张、心率加快、心机收缩能力增强、心输出量和摄氧量增大、氧气利用率提高［15］。因此，散打运动员通气阈负荷强度运动时气体代谢机能与其良好的体液调节以及较高的耗氧能力有关。
大摄氧量临界运动强度是指达到最大摄氧量时的最小运动强度。因此，最大摄氧量强度运动时气体代谢的特征反映了人体在极量负荷运动时循环、呼吸、运动三大系统生理功能及其藕联活动的强度，从整体上反映了机体的有氧代谢和功能水平［16］。表3可知，最大摄氧量临界强度运动时实验组VO2max、VO2/HR、VE、TV显著大于对照组，VEO2显著小于对照组。此时，实验组输出功率（即物理负荷）为250.51W，对照组为209.129W。氧脉搏是反映心肺功能以及氧气利用效率的敏感指标。最大摄氧量临界强度运动时，实验组氧脉搏较通气阈负荷运动时增加28.99%，对照组增加10.59%。表明实验组最大有氧能力、通气效率、氧气的利用效率以及心脏搏功储备和心力储备高于对照组。据文献报道，运动过程中，呼吸深度和呼吸频率的变化反映了呼吸肌的机能水平和机体对内环境变化的适应能力。剧烈运动时VE及RR的快数增加与肌肉无氧酵解代谢能力增强，血液中酸性代谢产物（乳酸）浓度升高有关。本研究结果显示，最大摄氧量临界强度运动时，实验组VE、TV和RR分别较通气阈负荷运动时增加57.74%、1332%和45.42%，对照组增加77.52%、21.55%和60.21%。可见对照组VE及RR的增加幅度大于实验组。散打运动是以无氧代谢供能为主的运动项目。运动员良好的耐酸能力已被大量实验所证明。因此，散打运动员良好的通气机能及效率与其较高的耐酸性，良好的心、肺功能及其匹配能力有关。是机体对长期运动训练所产生的良好适应性变化之一。而对照组通气机能的变化则是血液中酸性代谢产物（乳酸）浓度升高引起代偿性过度通气的结果。
3.3两组受试者气体代谢与血液流变学相关性分析。最大摄氧量和通气阈是反映气体代谢的重要指标，因此，研究最大摄氧量、通气阈摄氧量与血液流变性之间的关系，对于探讨气体代谢与血液流变性之间的关系具有重要意义。
Ernst.E等人研究报道，15名健康男性受试者，安静时全血粘度(高切、低切)、血浆粘度、血细胞压积与身体对运动的适应能力呈负相关，其相关系数为0.67~0.83［17］。Brun报道，PWC170与安静时血浆粘度呈高度负相关［18］。魏安奎等人研究发现，足球运动员经过半年训练后，在相同递增负荷运动过程中，红细胞变形能力、PWC170和VO2max均明显提高，其原因与心血管机能提高，红细胞变形性增强，微循环机能改善等因素有关［19］。本研究结果发现，实验组VO2max与安静时ηH、ηp、ESR、Arbc、TK、EPT，以及运动过程中ESR和Arbc的变化呈显著性负相关；而对照组VO2max与安静时ηb、Hct以及运动前、后Hct的变化呈显著性负相关。可见，散打运动员VO2max与血液流变性之间存在着更为密切的关系。据报道，长期运动训练可降低血液粘度，改善红细胞变形性和聚集性，提高血流速度。运动过程中机体内环境产生明显的变化，运动员通过长期的运动训练使机体产生一系列适应性变化而增强对这种内环境变化的耐受性，从而提高红细胞的抗氧化能力和耐酸性，改善血液的流变性，提高血液的输氧能力［20，21］。由此可见，散打运动员血液流变性的良好变化及其对运动负荷的适应性能力是影响VO2max的重要因素。对于提高机体的有氧能力、改善气体代谢机能具有积极的意义。
通气阈强度运动时，实验组摄氧量与安静时ηH、ηM、ηp、ESR、Fi、Arbc、TK、EPT以及运动前、后Hct变化呈显著性负相关；对照组与安静时Hct呈显著性负相关，但与运动前、后血液流变性的变化无明显相关性。可见，长期运动训练引起血液流变性所产生的良好适应性变化是影响通气阈摄氧量以及最大有氧运动能力的重要基础。据J.F.Brun等研究报道，当BLa上升至4mmol/L后，TK值显著上升，此后BLa与TK呈正相关，即BLa上升幅度越大，红细胞变形能力越低［22］。另据报道，血液流变性对运动负荷的应激性变化主要受内环境中酸性物质、血浆容量以及自由基等因素的影响［23］。由于通气阈负荷及以下负荷运动属有氧运动，因此，体内酸性物质堆积和自由基产生相对较少，因而血液流变性对运动的应激性变化相对较小。加之，本研究有关血液流变性指标的测试是在力竭性运动前、后进行的。所以，运动后血液流变性的特点并不能反映有氧运动过程中血流变的变化情况。因此，血液流变性的变化与通气阈摄氧量之间的关系还有待于进一步研究。
综上所述，气体代谢与血液流变性之间有着密切的关系。这种关系随运动训练水平的提高而更加密切。表明运动训练引起血液流变性的变化是影响气体代谢机能的重要因素之一。因此，血液流变性的变化及其与气体代谢之间的关系可作为评价运动训练效果的重要指标。
4.结论
4.1散打运动可改善红细胞的聚集性和变形性，提高血液流变性对运动刺激的适应能力，减小内环境变化对血液流变性造成的不良影响；
4.2散打运动可提高气体代谢机能，使其在运动中表现出通气效率高，氧气利用效率高，摄氧能力大以及承受有氧运动负荷能力强的特点；
4.3散打运动员血液流变性良好的适应性变化及其对运动刺激的适应能力与气体代谢之间有着密切的关系，对于提高气体代谢机能具有积极的意义。参考文献
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