（运动人体科学专业论文）间歇运动中局部肌氧变化特征的研究.pdf

摘要 研究目的：应用近红外光谱技术监测间歇运动中局部肌氧变化特征，探讨间歇时问对 间歇运动时肌氧变化的影响；同时应用心肺功能仪监测气体代谢情况，分析肌氧变化 特征与气体代谢特征的关系，从而为教练员在间歇训练中监测训练过程和效果提供新 的手段，并为训练内容的安排和修j 下提供理论与实践参考依据。 研究方法：武汉体育学院男子中长跑不同运动水平( 中、高) 运动员各4 名，经一般 体检受试者身体健康。受试者以自由活动方式进行5 分钟热身后，将进红外光谱仪的 探头固定在受试者的股外侧肌上，戴上呼吸面罩在运动跑台上静止2 m i n 监测安静状态 下肌氧和气体代谢水平。随后受试者在跑台上以8 5 最大摄氧量( v 0 2 m 酞) 强度，持 续运动4 m i n 后，静止休息2 m i n ，共完成4 组。第二、三周重复以上实验，但间歇恢复 时间分别为4 m i n ，8 m i n 。 研究结果：间歇运动中，每组运动开始一段时间内肌氧呈急剧下降趋势，随后呈 平缓变化趋势，这两种变化趋势曲线的回归系数具有显著差异( p o 0 5 ) ，间歇期内 肌氧快速上升并超过零基线。血容量在每组运动开始瞬间稍有下降后，呈逐步上 升趋势，间歇期内快速上升并超过零基线。不同问歇时间，肌氧恢复的百分比有 显著差异，下组运动时肌氧的变化具有显著差异( p o 0 0 ) 。每组运动开始肌氧呈 急剧下降时段内呼吸商也呈急剧下降，随后呼吸商呈上升趋势直至下组运动丌始。 通过统计分析间歇运动中肌氧含量相对变化与呼吸商的变化高度相关( r = o 7 2 4 p o 0 5 ) 。 研究结论：间歇运动中，在每组运动时间段内肌氧变化速率具有显著差异，因此可 以利用肌氧的变化速率判断机体的供能状况，从而可以用此手段来监测运动训练过程 中运动员能量代谢情况。间歇时i 日j 不同，肌氧恢复百分比具有显著差异，同时下组运 动时肌氧的变化趋势有显著差异。肌氧参数与气体代谢参数变化趋势具有高度相关 性，可以用n i r s 技术来监测i 日j 歇运动中机体气体代谢情况。 关键词：间歇运动近红外光谱技术肌氧气体交换率 a b s t r a c t o b j e c t i v e ：t h i ss t u d ye x a m i n e dt h er e l a t i o n s h i po fm u s c l eo x y g e n a t i o nd e t e r m i n e db y u s i n gn e a r - i n f r a r e ds p e c t o r s c o p yw i t ht h eg a sm e t a b o l i s ma n di n v e s t i g a t et h ee f f e c to f i n t e r m i t t e n tr e c o v e r yt i m ei nm u s c l eo x y g e n a t i o ni ni n t e r m i t t e n tt r a i n n i n g m e t h o d s ：e i g h tw e l l t r a i n e dm a l em i d d l e 1 0 n gr u n n e rd ow a r m i n g u p5m i n u t e s ，t h e n p e r f o r m e d4 t i m es a m ee x e r c i s et h a tr u n n i n ga t8 5 m a x i m a l o x y g e nu p t a k ef o r4m i n u t e s ， t h e nr e s t2m i n u t e so na r u n n i n gm a c h i n a t h es e c o n da n dt h i r dw e e ks u b j e c t sd ot h es a m e e x e r c i s eb u tr e s t4m i n u t e sa n d8m i n u t e sr e s p e c t i v e l y t w om i n u t e sb e f o r ee x e r c i s eu n t i l l t h ee n do f e x p e r i m e n t ，n e a r i n f r a r e ds p e c t r o s c o p ya n dh e a r t 1 u n gm a c h i n ew e r e s i m u l t a n e o u s l yr e c o r d e df r o mr i g h tq u a d r i c e p sf e m o r i sa n df a c er e s p e c t i v e l y r e s u l t s ：i ni n t e r m i t t e n tt r a i n i n g ，m u s c l e o x y g e n a t i o nd e c r e a s er a p i d l y a tt h es t a r to f e x e r c i s et h e nd e c r e a s es l i g h t l y , t h et w ov a r i a t i o nt r e n ds i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n t ( p 0 0 5 ) i n e v e r ye x e r c i s e ，m u s c l eo x y g e n a t i o ni n c r e a s eq u i c k l yi ne v e r yr e s tt i m e t h er a t eo fi n c r e a s e i nm u s c l eo x y g e n a t i o nl e v e l sa td i f f e r e n ti n t e r m i t t e n t r e c o v e r yt i m ea n dt h er a t eo f v a r i a t i o ni nm u s c l e o x y g e n a t i o na f t e rd i f f e r e n ti n t e r m i t t e n t r e c o v e r y t i m ew e r e s i g n i f i c a o t l yd i f f e r e n t ( p 0 0 0 ) r e s p i r a t o r yq u o t i e n ta l s od e c r e a s er a p i d l yw h e nm u s c l e o x y g e n a t i o nd e c r e a s er a p i d l y , t h e ni n c r e a s eu n t i l ln e x te x e r c i s e t h ea n a l y s e ss h o w e dt h a t t h ev a r i a t i o nt r e n do fm u s c l eo x y g e n a t i o nw a s p o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t ht h ev a r i a t i o nt r e n d o fr e p i r a t o r yq u o t i e n t ( r = 0 7 2 4p 0 0 5 ) c o n c l u s i o n ：i ni n t e r m i t t e n tt r a i n n i n g t h er a t eo fv a r i a t i o ni nm u s c l eo x y g e n a t i o nd u r i n g e x e r c i s ew a ss i g n i f i c a n td i f f e r e n tt h a tr e f e c tt h ee n e r g ym e t a b o l i s mo fs u b j e c t s t h er a t eo f i n c r e a s ei nm u s c l eo x y g e n a t i o nl e v e l sa td i f f e r e n ti n t e r m i t t e n tr e c o v e r yt i m ea n dt h er a t eo f v a r i a t i o ni nm u s c l e o x y g e n a t i o n a f t e rd i f f e r e n ti n t e r m i t t e n t r e c o v e r y t i m ew e r e s i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n t t h ep o s i t i v e l yc o r r e l a t i o nb e t w e e nt h et h ev a r i a t i o nt r e n do fm u s c l e o x y g e n a t i o na n dt h ev a r i a t i o nt r e n do fr e p i r a t o r yq u o t i e n ts u g g e s t e dt h a tt h ev a r i a t i o no f m u s c l eo x y g e n a t i o nr e f l e c t st h ev a r i a t i o no f g a sm e t a b o l i s mi ni n t e r m i t t e n tt r a i n n i n g k e y w o r d s ：i n t e r m i t t e n tt r a i n n i n g ，n e a r - i n f r a r e ds p e c t r o s c o p y , m u s c l eo x y g e n a t i o n ， g a sm e t a b o l i s m 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所t 交的论文是我个人在导师指导下独立进行研究工作取得的研究成 果。除了文中特别加以标注引用的内容和致谢的地方外，论文中不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰 j 过的研究成果，与我一同j ：作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 日期：冲月，如 学位论文版权使用授权书 本人完全了解武汉体育学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文，并编入 有关数据库。 作者签名： 翮虢料吼译月多日 间歇运动中局部肌氧变化特征的研究2 0 0 9 武汉体育学院硕 ：学何论文 1前言 现代科技和经济的高速发展，给体育的发展带来了一个全新的时代。在丰富的物 质基础上，人们利用先进的科学技术不断地向人体生理极限和运动极限发起冲击，真 正响应了“更快、更高、更强”的奥林匹克口号。而实现这一口号的的关键凶素是科 学技术与体育运动训练的高度结合。 体育运动的科学训练，包括掌握运动训练的一般理论与方法和掌握寓于运动训练 理论背后的生理学基础。运动时人体内的一系列生理生化变化是机体对所承受的运 动负荷的客观反映以及对运动训练的应激能力。人体内的一系列生理牛化变化是通过 身体机能检1 1 6 n 评定来表现，冈此，运动员的身体i i i i 检测与评定在科学训练中显得 尤为重要。运动员的身体机能检测与评定主要是对运动员承受运动训练负荷的能力、 现时身体机能状况、训练的科学性和有效性进行诊断。因此，国内外体育科研工作者 和教练员十分重视运用生理，化指标准确、及时地了解运动员的身体机能状况，合理 地安排和调整训练计划，避免过度疲劳，减少运动损伤，最大限度地提高运动成绩。 早在2 0 世纪7 0 8 0 年代，西方许多国家就丌始对运动员身体机能状况进行较系统的 检查与评定，特别是前苏联和两德，都建立了相应的评定标准，而且在实践中不断改 进，以此帮助培养优秀运动员。近年来，各国都在进行有关运动员身体机能状况的检 测与评定方法的研究，并力求简便、准确、快速和系统化，确保适合实际使用的特点。 长期以来，在对生理机能评定和对运动训练效果的评定指标选择上，最常用的指 标有最大摄氧量( v o 加。) 、乳酸阈( l a c t a t et h r e s h o l d ，l t ) 、心率( h e a r tr a t e ，h r ) 、 血乳酸( b l o o dl a c t a t e ，b l ) 等。然而运用这些指标因受取样方式和测试方法的限制， 给教练员在运动实践中及时掌握队员的生理机能状况带来不便。肌肉血氧代谢可作为 评价运动员机能状况的一项重要运动生理指标，可以帮助教练员更准确、及时地了解 运动员的生理状况，合理地安排训练计划，避免过度疲劳，提高运动成绩。以前，因 检测方法和技术的限制，这一指标的检测采用取肌肉样本进行离体检测心1 ，这样会给 运动员机体带来损伤，因此没有广泛应用。近年来，随着近红外光谱技术 ( n e a r i n f r a r e ds p e c t r o s c o p y ，n i r s ) 的高速发展，利用用近红外光谱技术监测组 织氧含量成为国外光子生物学领域研究的热点问题。自从f r a n sj o b s i s 【：”在1 9 7 7 年 提出用进红外光谱技术测定活组织中氧供给与氧利用的可行性之后，科研工作者对其 在运动中测试肌肉血氧水平的可靠性与有效性进行了广泛研究，并得到了证实。1 。同 时将近红外光谱技术( n i r s ) 应用于运动训练的研究也得以广泛开展。 近红外光谱技术( n i r s ) 是一种高效快速的现代分析技术，它综合运用了计算机 技术、光谱技术和化学计量学等多个学科的最新研究成果，以其独特的优势在多个领 域得到了同益广泛的应用。肌氧是肌肉组织的氧含量，它包括肌肉组织周围血管( 包 括：微动脉、微静脉和毛细血管) 中血红蛋白结合的氧( h b o ：) 和储存于肌细胞内肌 红蛋白结合的氧( m b o 。) 。由于肌肉中肌红蛋白的氧亲和力大约是血红蛋白的5 倍陋3 ， 且不易发生解离，冈此在肌肉中肌红蛋白的主要功能是储存氧而不是载氧。因此，肌 氧主要是指肌肉组织周围毛细血管中氧供、氧耗的动态平衡。n i r s 无损监测肌氧是 根据生物组织对光的传播和散射特性，以氧合血红蛋白、还原血红蛋白、细胞色素氧 化酶等的吸收光谱为基础，结合光在组织中的传播规律，研究光在组织中经历一系列 吸收、散射后出射光携带的与吸收谱相关的组织信息。 2 0 世纪3 0 年代，原捷克斯洛伐克的埃扎托皮克利用间歇训练法创造1 8 项世界 记录，此方法后来又被誉为间歇训练法之父的德国教练员波格施勒博士和心脏学家 间歇运动中局部肌氧变化特征的研究2 0 0 9 武汉体育学院硕十学何论文 赫伯特博士所验证。长期以来，间歇训练法在中长跑的训练理论和体系中占有重要的 地位，并形成了各种不同的形式与风格。 间歇训练法是指在一次或一组练习之后按照严格的间歇时间用积极性休息的方 式进行休息，在运动员机体未完全恢复的情况下，就进行下一次( 组) 练习的方法归1 。 间歇训练的主要内容是运动强度、持续时间、组数和频率、问歇恢复时间、恢复运动 方式。一般教练员根据不同训练目的选择不同的内容安排。目前，间歇恢复时间最优 化的研究非常少，通常教练员和研究人员采用固定的工作恢复时间比例( 2 ：1 、1 ：l 、 l ：2 ) u p l 2 ，或者恢复到最大心率的某个百分比3 3 。间歇恢复期补充了运动期在肌肉 和血液中消耗的氧储备，这样自利于下一个运动期有氧能量的产生。但是，问歇恢复 时间过长，呼吸、循环系统的机能恢复到安静水平，达不到问歇训练的效果：i 日j 歇恢 复时i 日j 过短，身体机能容易产生疲劳。因此，间歇恢复时问的安排对整个训练效果来 说是非常重要的。本文尝试利用n i r s 技术来观察不同问歇恢复时l 、日j ，局部肌组织氧 代谢情况和气体代谢指标，以期为间歇恢复时间的最优化安排提供理论参考依据。 间歇运动中局部肌氧变化特征的研究2 0 0 9 武汉体育学院硕士学位论文 2 文献综述 2 1 间歇训练 2 1 1 间歇训练法概念 间歇训练法是从2 0 世纪2 0 年代a v h i l l 的研究丌始的，此后许多教练员采 用此方法进行训练。系统研究间歇训练法是在6 0 年代，德国著名心脏学家赖因法尔 ( l e i n d e r ) 和长跑教练施格勤( s h k e l e r ) 经过大量实验阐述了间歇训练法的涵义。 问歇训练法是指在一次或一组练习之后按照严格的i 日j 歇时i 日j 用积极性休息的方式进 行休息，在运动员机体未完全恢复的情况下，就进行下一次( 组) 练习的方法旧1 。原 捷克斯洛伐克素有“人类火车头”之称的埃扎托皮克运用此方法创造了1 8 项世界 纪录。 2 1 2 间歇训练法内容 长期以来，间歇训练法在中长跑的训练理论和体系中占有重要的地位，教练员根 据间歇训练内容的不同搭配，形成了各种不同的训练形式与风格。i 日j 歇训练的主要内 容是运动强度、持续时间、组数和频率、间歇恢复时i 日j 、恢复运动方式。这些内容的 安排有不同参考体系。 间歇训练时个体的运动强度可以用许多变量来描述，包括：最大摄氧量百分数、 无氧阂、乳酸阈、通气阈、血乳酸积累起点和标准强度等。张勇等n 们认为高强度间歇 训练中使用最大摄氧量强度更合理，因为只有在最大摄氧量水平或最大摄氧量水平以 上运动训练才能诱出最大摄氧量水平。这种假设的理论依据是：在最大摄氧量附近负 荷完成高强度训练时肌肉开始疲劳的时间是氧向肌纤维膜的转运所决定的n 引。 经过b il a t 等人u 刮对中等水平和高等水平中长跑运动员的研究，发现：尽管具 有相同最大摄氧量( v o 抽，) 的个体之间达到最大摄氧量的最大运动时间( t 。，) 存在变 异性，但个体内t 。，的重复性较好( 分别为( 4 0 4 1 0 1 ) s 和( 4 0 2 11 3 ) s ；r - - o 8 6 ： p o 0 5 ) 。因此，可以使用t 。，或t 。；的百分率作为问歇运动持续时间的合适指标。 同时也有研究表明：t 。和v o 抽。、最大速度( v 。) 叫引之间存在负相关；和无氧阂 之间存在正相关9 | 。这些都为t 。，的使用提供了科学依据。另一个可以作为持续时间 的指标是v 。强度所完成的距离。这与t 。指标在本质上没有区别。 间歇训练的组数和频率是在平时训练水平和训练量的基础上，根据间歇训练强 度、持续时间、恢复时间以及运动员的个人能力进行制定。吴叶海等心州研究表明：间 歇训练法运用于中长跑训练中，相同和不同分段距离练习具有个体所承受的重复次数 与重复组数指标，个体指标具有差异性。目前关于间歇训练的组数和频率的研究报道 很少，在这一领域有待学者们的进一步研究。 | 、日j 歇训练恢复时间最优化的研究非常少。通常教练员和研究人员采用固定的工作 恢复时l 、日j 比例( 2 ：1 、l ：1 、1 ：2 ) 0 1 2 1 ，或者恢复到最大心率的某个百分比n3 。b a s o m 心妇 等报道：与一个长时间恢复的高强度间歇训练方案相比，个短时间恢复的高强度间 歇训练方案可以使氧亏积累增加，摄氧量增加，认为：短时间恢复超大强度的间歇训练 可能使有氧和无氧代谢负担加重。在非运动员中，短时问恢复训练的一个明显特征是 可以完成的组数和工作量减少。但是在高水平运动员的研究中没有发现这种情况比引。 以此，学者们认为最优化的间歇恢复时问还需要根据不同运动员的能力进行个体化的 安排。 3 间歇运动中局部肌氧变化特征的研究2 0 0 9 武汉体育学院硕十学位论文 间歇训练后的恢复方式有主动恢复和被动恢复这两种。通常认为：在乳酸阈水平 以上强度的间歇训练期，高乳酸水平被发展，采用主动恢复有助于乳酸的消除，有助 于运动员耐受长时间的大强度工作他32 州。s p ie r e r 等心引报道：与被动恢复相比，采用 2 8 v 0 2 。强度主动恢复提高了重复无氧代谢的总输出功，认为主动恢复可以应用到需 要重复无氧功的运动项目中( 足球、篮球、摔跤) 。但也有研究发现：在一个同等大 强度训练的被动恢复期，训练状念与血浆乳酸的下降没有关系心引。d u p o n t 等担铂研究 发现在高强度间歇训练中，与选择主动恢复相比，采用被动恢复时运动至疲劳恢复的 时间更长；平均能量代谢更低；氧基血红素的下降比率史低。这些研究结果的差异显 示对于主动恢复和被动恢复需要进行进一步的研究。 2 1 3 间歇训练法的生理特征 各种不同的训练方法都是为了提高身体机能水平，问歇训练法可以使机体完成较 大的工作总量，用力较少，同时循环系统、呼吸系统和物质代酣等功能得到较大的提 高。奥斯特郎( a s t r a n d ) 用两种不同的方法进行每分钟完成2 1 6 0 千克米的工作时， 发现：持续训练法只能进行9 分钟，工作总量为1 9 4 4 千克米。如果同样的负荷强度 做运动3 0 秒，休息3 0 秒的| 日j 歇运动，则可维持1 小时，工作总量为6 4 8 0 0 千克米心引。 间歇训练中运动期心脏受到较高负荷的刺激，间歇期心率未恢复到安静水平时就进行 下一次的练习，心血管系统和呼吸系统的活动仍处于较高水平。这样多次重复刺激训 练，使肺活量水平、肺通气效率得到提高，非有效气体交换增加，从而提高了氧运输 系统功能。在i 日j 歇时间内，由于内脏器官机能的提高，虽然心率有所下降，但是心输 出量仍然很高。此时血流量增加，心缩力强，回心血量增加，提高了心脏的容量，因 而内脏器官在问歇期内获得锻炼。德国一位中长跑教练和法国一位心脏学家，对3 0 0 0 人次进行i 日j 歇训练，他们发现经过2 1 天的训练后，心脏容量得到提高。心脏容量与 最大摄氧量相关十分紧密( r ：o 7 6 2 ) ，而且也提高了最大摄氧量口引。 近年研究主要集中于高强度i 日j 歇无氧训练，这种高强度的无氧训练，使运动机体 以无氧代谢功能为主，并且间歇期内由运动导致的内环境破坏的恢复不是很充分。洪 长青等心刨以三种训练模式( 静力训练、持续有氧训练、大强度无氧间歇训练) 对心脏 循环系统内分泌功能进行了研究，大强度无氧间歇训练破坏血浆心钠素( a n f ) 、内皮 素( e t ) 的平衡，血浆心钠素浓度显著性升高，内皮素浓度显著性下降。根据急性运 动中a n f 的升高与运动强度及运动时间成j 下比的理论，间歇训练组血浆a n f 升高是其 对训练的一种适应，从运动强度和运动量两个影响冈素来讲，间歇训练偏重于强度因 素。大强度长期无氧训练可以导致内皮细胞的结构损伤或机能降低，从而导致其合成 及分泌能力的下降。间歇训练组血清中内皮素含量的下降可能与全身内皮细胞机能下 降、合成和分泌内皮素的能力降低有关。徐玉林等。坶1 人通过大鼠强迫游泳的方式建 立大鼠高强度间歇无氧训练模型，结果显示i 日j 歇训练组的运动强度较大，心肌局部代 谢产物堆积，能量供给不足，导致心肌细胞内c a 转运障碍，粗细肌丝不易分离，使 心肌顺应性下降，造成心肌舒张不完全。不完全舒张又可造成心肌收缩功能是不利的， 这提示长期的高强度间歇训练对心肌功能和结构可能有负面影响。 间歇训练虽然是一种发展无氧运动能力的有效方法，但训练的各种冈素要加以控 制，否则长期过高强度、过大密度的间歇训练可能会对机体有一定的损伤。 季丽萍等叫研究发现，大强度有氧间歇训练能够较大的提高机体的抗氧化潜力， 使大鼠。肾脏组织脂质过氧化水平提高，可能由于机体大强度运动，肾脏组织内产生大 量自由基，各种与清除自由基活性的酶也相应产生各种相应变化。长期的大强度有氧 4 问歇运动中局部肌氧变化特，祉的研究2 0 0 9 武汉体育：学院硕t ：学f 节论文 训练，增强了机体氧化应激程度，使机体的抗氧化酶产生适应性变化，从而提高抗氧 化酶活性。并且认为，大强度i 日j 歇训练可以减少自由基对肾脏的损害，效果优于同等 强度的持续训练。其原因可能是间歇训练对于肾脏组织存在多次运动缺血的“再灌注” 过程，经过长期的训练后，机体的氧化应激程度得到较大提高，该结果与c r i s w e l l n 2 1 研究结果相一致。 g r e e nhj 。”等利用1 2 名无训练史的志愿者进行实验。发现经过高强度间歇运 动之后，股四头肌的疲劳等方面发生变化，多阶段的高强度间歇运动可以改变早期疲 劳状况，并且随着刺激的频度改变，肌肉的软弱程度发生相应改变。国内学者徐玉林 。川对大鼠分别经6 周高强度问歇性或持续性游泳训练后，测定伸趾长肌( 快肌) 肌球 蛋白c a 扣一a t p 酶活性，发现间歇训练组大鼠该酶活性比对照组明显增高；持续训练组 则出现下降。各组内大鼠的伸趾长肌肌球蛋白c a 2 + - a t p 酶活性均未表现有意义的性别 差异。 2 1 4 间歇训练在专项运动训练中的应用 长期以来间歇训练一直是最基本的训练方法之一。通过严格的间歇训练过程，可 使运动员的心脏功能得到明显的增强；通过调节运动负荷的强度，可使机体各机能 产生与有关运动项目相匹配的适应性变化；通过不同类型的间歇训练，可使糖酵解代 谢供能能力或磷酸盐与糖酵解混合代谢的供能能力或糖酵解与有氧代谢混合供能能 力或有氧代谢供能能力得到有效的发展和提高；通过严格控制f h j 歇时问，有利于运动 员在激烈对抗和复杂困难的比赛环境中稳定技术动作；通过较高负荷心率的刺激，可 使肌体抗乳酸能力得到提高，以确保运动员在保持较高强度的情况下具有持续运动的 能力。 学者们认为运用间歇训练法时，首先要考虑训练主要锻炼的供能系统是什么，然 后再选择适当的运动形式( 如：跑步运动员以跑步形式、游泳运动员以游泳形式、自 行车运动员以骑自行车的形式等) 进行训练。训练的强度及休息比例应根据要锻炼的 主要供能系统而定。传统上根据运动负荷强度可以将间歇训练分为：高强性i 日j 歇训练 法、强化性i 日j 歇训练法、发展性间歇训练法。 高强性问歇训练法的特点是：每次练习的负荷时间较短，通常在2 0 - - 4 0 秒之内； 负荷强度控制在心率指标为1 8 0 次m i n 以上，接近运动员本人所能承受的最大强度 为限；间歇时问极不充分，并以心率降至1 4 0 次m i n 作为下次( 组) 练习开始时间 和间歇时问确定的依据。该方法训练的主要目的是：重点发展运动员磷酸原系统、糖 酵解系统以及它们混合供能的能力。同时，发展这种供能状态下技术动作的稳定性及 实效性。这种训练方法不仅适用于短距离的周期性项目，如1 0 0 m 、2 0 0 m ，也适用于跳、 投、举重、蹦床等。一些发展绝对速度的项目，如：举重、短跑、跳跃、投掷等，最 大用力在1 0 秒内，它们主要以磷酸原系统( a t p - c p ) 供能。过去认为，发展a t p c p 系统供能能力应该多采用1 0 秒以内的最大强度训练，该训练没有糖代谢供能参与， 基本不产生乳酸。现在的研究认为：c p 供能只能维持5 7 秒，此后3 - - 一5 秒内乳酸 迅速堆积，可达1 0 m m o l l ，a t p 再合成不能恢复到原有水平，致使肌肉活动能力下降。 所以，如果主要发展a t p 快速分解和c p 无氧合成的能力，只有进行肌肉最高强度工 作，持续运动时间不超过6 - - - 8 秒，最适宜距离为3 0 一- 6 0 米，最长不超过8 0 米，间 歇时问为3 0 6 - - 4 0 秒，训练效果比较好。婿1 。对非周期性项目练习内容应是跳、投、举 重、跳马、蹦床等的完整动作，武术、拳击、散手多为单个技术或组合技术。 强化性问歇训练法的特点是：每次练习的负荷时问稍长，通常在3 0 一- - 9 0 s 或9 0 5 间歇运动中局部肌氧变化特祉的研究 2 0 0 9 武汉体育学院硕十学伉论文 1 8 0 s 之内。前者，负荷强度控制在一t 3 率指标为1 8 0 次m i n 左右；后者1 7 0 次m i n 左 右。负荷强度通常略低于主项比赛时运动员本人所能承受的最大强度为限，间歇时间 不充分，以心率降至1 3 0 次m i n ，作为下次练习丌始时问和i 日j 歇时间确定的依据。该 方法训练的主要目的是：重点发展运动员糖酵解供能系统的供能能力，以及糖酵解供 能系统与有氧代谢供能系统混合供能能力。这种训练法适用于2 0 秒到3 分钟的周期 性项目中，如：4 0 0 m 、8 0 0 m 、1 5 0 0 m 跑，2 0 0 m 、4 0 0 m 游泳等。同时，这种训练法也适 用于非周期性项目中，主要是各种负荷强度不同的技术动作组合练习，或某种战术形 式的组合练习，或多种战术混合运用的配合练习，如：排球扣球与传球技术串联练习、 网球反复正手攻球练习；格斗项目中拳法、腿法组合练习；武术、体操中成套技术动 作等。 发展性间歇训练法的特点是：每次练习的负荷时间较长，通常在5 l o m i i 1 左右， 负荷强度低，负荷时心率指标控制在1 6 0 次m i n 左右；间歇时间相对充分，以心率 降至1 2 0 次m i i 1 作为下次( 组) 练习开始时间和间歇时间确定的依据。该方法训练 的主要目的是：重点发展运动员有氧代谢系统供能状态下的高强度运动能力，并为进 一步发展无氧代谢系统的运动能力奠定基础。这种训练法适用于周期性项目，如： 5 0 0 0 m 、1 0 0 0 0 m 跑，8 0 0 m 游泳，2 0 0 0 m 划船等；也适用于非周期性项目，如：各种球 类等。 2 2 近红外光谱技术无损监测肌氧的原理 2 2 1 近红外光概述及其与组织相互作用的机理 近红外光是介于可见光( v i s ) 和中红外光( m i r 或i r ) 之间的电磁波，是人类最 早发现的非可见光区域。美国材料检测协会( a s t m ) 将近红外光谱区定义为波长 7 8 0 2 5 2 6 n m 的光谱区( 波数为1 2 8 2 0 3 9 5 9 c m 。1 ) ，习惯上又将近红外区划分为近红外 短波( 7 8 0 11 0 0 n m ) 和近红外长波( 11 0 0 2 5 2 6 n m ) 两个区域口引。 生物组织对光的传播一般存在着散射和吸收两种成分。组织光的散射产生于微观 程度上折射率不均匀性。组织中光吸收是组织内生载色体( 如血红蛋白、肌红蛋白、 血红素及黑色素等) 和外加入组织载色体( t z h 治疗使用的光感染料) 吸收的总和。 在组织光传播模型发展中，多数采用辐射传输理论。它忽略光的波动性，认为光 是由分散的光子或粒子组成，而组织对光存在散射和吸收效应，并可用吸收和散射系 数予以描述。这种用传输理论和粒子描述来说明光在组织中传播称为光粒子迁移或光 子迁移( 见图1 ) 。盯1 。 首先光子在组织表面某处进入组织，并以一定的速度在组织中传播，可能出现的 一种情况是光子在某个传播位置上被组织内的载色体所吸收而停止继续传播；另一种 6 间歇运动中局部肌氧变化特祉的研究 2 0 0 9 武汉体育学院硕 ：。学何论文 情况是当光子遇到可被看成是个散射源的粒子时会发生散射，光子在此由于弹性碰 撞改变行进方向并沿随机方向继续传播，而后此光子或被吸收或被再散射，这样光子 在组织传播过程中就会形成多次散射现象，导致光子从光源迁移到检测器的总路径长 度l 要大于光源和检测器之间的几何距离r ，由于每次散射中光子方向的改变是随机 的，故光子迁移的路径长度存在一分布。同样，组织的吸收特性也会影响光的总传播 路径长度。定性地说，组织吸收增加时，光子遇到连续散射层的概率减小了，光子迁移 较长路径的概率也就减小了，即路径长度分布缩短了。相反，组织吸收减小时，随着光 子传播路径长度的增加，光路径分布又变长了。 光在组织中传播并具有一定深度主要取决于以下两个因素：其一是生物组织一般 为混浊介质，而且其分子尺寸比近红外( n i r ) 波长大得多，因此，光子在组织中传播散 射作用大于吸收作用：其二是散射作用具有高度自仃向性，尽管产生多次散射，光子仍 能在组织中连续传播，构成漫反射或漫透射光。 2 2 2 肌氧含量的概述及其生理意义 2 2 2 1 肌氧含量的概述 肌肉组织氧含量包括肌肉组织周围血管( 包括：微动脉、微静脉和毛细血管) 中 血红蛋白结合的氧( h b o ：) 和储存于肌细胞内肌红蛋白结合的氧( m b o ：) 。呼吸系统摄 入的氧经血液运送到肌肉组织以供代谢的需要。血液中的氧主要以氧合血红蛋白的形 式运输。血红蛋白与氧疏松结合形成氧合血红蛋白( h b o 。) 。，这种氧合作用于氧分压 高时容易进行，于氧分压低时易于解离。由于动脉管壁非常厚，因此在动脉血运至组 织的过程中不能进行气体交换，此时氧分压( p o ：) 和二氧化碳分压( p c o ：) 基本不变。 当血液到达动脉端毛细血管时p o ：高，肌肉组织内p o ：低，在气体分压差的推动f 气 体交换迅速进行。交换过的血液流至毛细血管的静脉端并汇集为静脉血，此时p o ：大 幅下降，而p c o ：明显升高。因此肌肉组织周围血管中h b o ：，主要是指肌肉周闸毛细 血管中的h b o ：。肌肉中肌红蛋白( m b ) 是由1 个珠蛋白与1 个血红素结合而形成的单 链单体，肌红蛋白的氧亲和力大约是血红蛋白的5 倍聃3 ，且不易发生解离，因此在肌 肉中肌红蛋白的主要功能是储存氧而不是载氧。因此，肌肉组织氧含量主要是指肌肉 组织周围毛细血管中氧供、氧耗的动态平衡和肌红蛋白氧含量的总体效应。 2 2 2 2 肌氧含量的生理意义 生物体必须持续不断的消耗能量，以维持各种复杂的生命活动。运动时，骨骼肌 内能量消耗大大增加，机体以释放能量的分解代谢为主。在代谢过程中，三磷酸腺苷 ( a t p ) 水解反应释放的化学能可以直接与各种需要能量的生物化学反应相偶联，完 成各种复杂的生物学功能。例如：肌肉收缩的机械能；脑电、肌电、心电等生物电的 电能等。然而组织细胞内a t p 含量十分有限，它是生物体内瞬时能量的供体，而不是 能量的储存形式，因此a t p 水解过程几乎总是和再合成过程密切地耦联在一起，以维 持a t p 的动态平衡。a t p 再合成途径分无氧分解和有氧氧化两种。无氧分解途径是机 体在氧供不足或氧的利用率不高的情况下为机体提供能量。它包括磷酸原供能系统和 糖酵解供能系统。人体内磷酸原系统再合成a t p 的速率最快，但供能维持时i 日j 最短， 仅可供肌肉运动6 8 秒。糖酵解再合成a t p 的速率比磷酸原系统慢，以最快速率糖 酵解可供运动的时间为3 0 - - 一6 0 秒。州。有氧氧化供能是在氧供充足的情况下，糖、脂肪、 蛋白质被彻底氧化成二氧化碳和水，并释放大量能量。有氧氧化供能系统是机体完成 7 间歇运动中局部肌氧变化特征的研究 2 0 0 9 武汉体育学院硕十学位论文 同常活动和长时间运动的主要供能体系。肌肉组织的含氧量是机体在运动时启用何种 供能系统的决定因素。 2 2 3 利用近红外光谱技术无损监测肌氧含量的基本原理 近红外光谱技术( n i r ) 是一种高效快速的现代分析技术，它综合运用了计算机 技术、光谱技术和化学计量学等多个学科的最新研究成果，以其独特的优势在多个领 域得到了同益广泛的应用。n i r 无损监测肌氧是根据生物组织对光的传播和散射特 性，以氧合血红蛋白、还原血红蛋白、细胞色素氧化酶等的吸收光谱为基础，结合光 在组织中的传播规律，研究光在组织折中经历一系列吸收、散射后出射光携带的与吸 收谱相关的组织信息。 如右图o 所示：人体在7 0 0 - - - 9 0 0 n m 这段近红外区域内，存在一个“光谱窗”。 这个“光谱窗”内，生物组织对光线的吸 收作用大大降低，光线可以进入更深一些 的组织。同时，由于血红蛋白和细胞色素 含氧量不同导致的吸收光谱的差异仍然 可以分辨。当波长大于9 0 0 n m 时，组织中 的水成分对光子的吸收作用十分强烈，光 子进入组织几毫米就会被吸收殆尽。而在 低于7 0 0 n m 的可见光范围内，血红蛋白对 光线的吸收作用大大增加，同时，组织的 卯06 5 07 7 5 0 8 8 5 09 0 09 5 0 被长( n m 瞳l血红蟹白在避虹井必的唆惶嚣 散射作用也十分厉害。所以这两段光谱区均不适合作为光源。在7 0 0 , - - - , 9 0 0 n m 这段近 红外区域内氧合血红蛋白( h b o 。) 和还原血红蛋白( h b ) 的吸收光谱显著不同如下左 图所示。从h b o ：和h b 的消光系数e 与波长k 之i 日j 的对应关系曲线图，看出波长在8 0 0 n m 色团有：( 1 ) 表皮中的黑色素；( 2 ) 还原j j l 红蛋白( h b ) 与氧合血红蛋白( h b 0 2 ) 的吸收谱曲线 皮下组织以及脂肪中的毛细血管丛 ( 3 ) 肌肉组织中的血红蛋白( 氧合血红蛋白，还原血红蛋白) 及肌红蛋白。其中表皮中的 黑色素，皮下组织及脂肪中的毛细血管丛对光的吸收很小且为恒量，所以称以上色团 为固定吸收色团。除了以上固定吸收色团，在骨骼肌组织中，肌红蛋白和血红蛋白一 样也参与吸收光，但二者光谱重叠，且对总的吸收率分别7 5 和2 5 h ，而肌红蛋白 的浓度在组织中通常为不变最。因此，可以认为血红蛋白在组织中和氧结合的程度， 是促使组织中血氧饱和度改变的主要因素。综上所述，n i r 利用h b o ：和h b 的消光系 数的差别，可实时监测生物组织血氧变化情况。 8 4 v 1 3 i n 2 v 、5 0 谯nn仉 间歇运动中局部肌氧变化特征的研究2 0 0 9 武汉体育学院硕十：学位论文 2 3 近红外光谱技术无损监测的应用研究 2 3 1 近红外光谱技术无损监测在临床医学中的应用研究 近1 0 a 来，随着光导纤维及传感技术的发展，近红外光谱检测技术和计算机网络 技术相结合的进一步深入，近红外光谱技术的非侵入式定性和定量分析成为可能。同 时，由于生物体中不同的透明组织对近红外光具有不同的吸收和散射特性，因此近红 外光对不同的软组织和变化的组织具有较强的区分能力。近红外光谱法可以直接对活 体组织进行无创检测，使过去无法开展的研究工作成为可能，极大地提高了分析检测 效率，因此近几年近红外光谱技术在医学领域的许多方面得到了广泛的应用。 a s g a r i 剀等应用了近红外光谱技术研究了神经胶质瘤患者在手术中的一些特 征，且解释了这些特征与神经胶质瘤的发展及病人存活时间的关系，这为肿瘤将来情 况的预测提供了新的额外信息、f a n 等h 3 1 利用近红外光谱技术测定了脑死亡授体中肝 的氧合作用和细胞内部代谢状况，并用此来评价肝移植时脑死亡的授体中肝的生长发 育情况，从而可以利用该技术预测肝移植的成功率。m i c h a e l 等h ”利用近红外光谱法 非侵入地测定了烧伤早期一段时间内患者血液循环的变化，并证明了近红外光谱数据 与烧伤程度存在很的相关性，因此可以利用该技术非侵人式确诊烧伤早期的烧伤程 度。s t i n g e l e 等别利用近红外光谱技术测定了由于附属组织血液的供给失败而导致 的局部氧的不足，因此该技术在预测附属部位病变方面具有一定的临床意义。 m c i n t o s h 等h 副利用近红外光谱技术结合光纤维探针、线性判别分析( l d a ) 研究了皮肤 的一些特征，建立了模型，并以此模型对皮肤恶化稃度进行了预测，取得了较好的结 果。n a g d y m a n 等7 1 利用近红外光谱研究了血液循环受阻及心脏肺部疾病患者恢复时 期脑部氧基血红素的变化，为他们的迸一步治疗提供了有力的参考。l i n 等h 胡利用近 红外光谱研究了双侧颈动脉末端的特异性阻塞( m o y a m o y a ) 患者脑部血液循环的特征， 从而为诊断和治疗该疾病提供了了很好的依据。 国内也有许多学者在这一领域进行了广泛的研究。f f l 丰华等h 叫通过近红外光谱 法检测的皮肤血氧的变化来监测皮肤血氧的运输情况，因此近红外光谱技术为监测移 植手术后的皮瓣成活状况提供了一种新的方法。韩素敏等b 叫根f i c h 原理导出了监测 组织血流的数学模型，建立了检测前臂缺血时血流变化的实验系统，结果表明用近红 外光谱方法来监测缺血时血流的变化是可行的。黄海娟等n 利用近红外光谱对早产 婴儿脑血流量及平均动脉压的变化水平进行了监测，了解了早产婴儿脑血流量自主调 节功能，探讨了受损的脑血流量自主调节与脑损伤的关系。谢欲晓等铂应用了近红 外光谱技术研究了中风后非流畅型失语症患者语言激活时左前层血氧及血流动力学 的变化，探讨了近红外光谱法检测认知激活状态大脑功能性变化的临床应用价值。 2 3 2 近红外光谱技术无损监测在体育运动中的应用研究 随着竞技体育的飞速发展和科学技术的迅速提高，科学化运动训练越来越受到重 视。运用科学的理论方法和先进的技术指导控制运动训练，能更有效地挖掘人体的运 动潜力，提高竞技能力。运动时人体内的一系列生理生化变化是机体对所承受运动负 荷的客观反映，通过这些变化，可以正确反映机体对运动训练的应激能力b 3 1 。多种技 术和工具已经被应用于人体生理指标的测试中，最普通和最常用的指标是最大摄氧 量，利用气体代谢原则可以间接测量运动中能量的代谢。 最近，c h a n c e 和他的合作者们( 1 9 9 2 ) 晡刖首次利用n i r 技术来研究人类肌肉的 9 间歇运动中局部肌氧变化特征的研究2 0 0 9 武汉体育学院硕十学位论文 生物能量并将其应用于运动科学中。他们监测