心脏呼吸系统与运动员机体功能状态的关系研究

Ю·С·瓦纽申　Р·Р·海鲁林

[专家点评]

作者来自于俄罗斯著名城市喀山——2013年第27届世界夏季大学生运动会举办城市。文章是一篇研究报告。作者对73名不同年龄和运动项目的男性运动员的心脏呼吸系统特点进行了研究。受试运动员按照年龄和运动项目分成4组，主要采用的是常规性指标，研究结果未超越已有的认识，起到了进一步证实已有观点的作用。

为帮助读者理解，需要补充说明的是文章中出现的两个不常见的术语：变频型（俄语：Хронотропный，英语：Chronotropic）适应和变力型（俄语：Инотропный，英语：Inotropic）适应。这里“变频型适应”是指影响心脏收缩频率的适应，而变力型适应是指影响心肌收缩力的适应。此外，要是作者能更明确地指明周期性和非周期性运动项目是指哪些具体项目的话，也许将更有助于读者的理解和引用。

——姚颂平

摘要。本研究的目的是按照心脏呼吸系统相互联系的生理学反应综合指标确定在提高负荷强度的情况下不同运动项目和年龄运动员机体的功能状态。在研究中我们在自行车测功仪上无间歇地使用了从50 W到200 W逐渐提高强度的负荷。每一个负荷等级使用的时间为4 min。在这种情况下记录了以下心脏呼吸系统指标：心率（ЧСС）、每搏血量（УОК）、每分钟血液循环量（МОК）、每分钟呼吸量（МОД）、血液循环指数（ИК）、心脏指数（СИ）、氧利用系数（КИО2）。为了判断运动员机体的补偿性反应和适应性反应使用了心脏呼吸系统综合评价系数。参加研究的有73名男性，年龄为17至35岁，根据不同年龄和从事的运动项目将他们分为若干组。对于周期性运动项目的运动员，开始时带有强度为150 W的负荷，不同年龄的运动员表现出不同的优势性机制（变频型或变力型）。非周期性项目的运动员在提高负荷强度时年龄对心脏未活动产生影响。在负荷下对运动员适宜的血液动力反应阈值产生影响的是运动项目，而不是年龄。使用心脏呼吸系统综合评价系数证明周期性项目的运动员具有较大的功能潜力。

关键词：心脏呼吸系统、变频型和变力型适应、运动员、提高强度的负荷

Abstract：The purpose of this study is to determine the bodys functional status in improving the load intensity of different sports and athletes age according to the physiological reaction comprehensive indicator of cardiorespiratory system. In the study， we used the ergometer with a gradual increase in intensity from 50 W to 200 W. The time for each load level is 4 min. In this case， the following cardiac respiratory system parameters were recorded： heart rate， stroke volume， blood circulation per minute， respiratory rate per minute， blood circulation index， cardiac index， and oxygen utilization coefficient. In order to determine the compensatory responses and adaptive response of athletes， the cardiac respiratory system comprehensive evaluation coefficient was used. Subjects participating in the study were 17 males， aged 73 to 35 years， and were divided into several groups according to different age and exercise program. For athletes with periodic sports events， the load at the beginning of the 150 W， athletes of different ages show different advantages （chronotropic and inotropic）. Athletes of non-periodic sports events have an effect on the age of the heart when the load intensity is increased. Under the load， the optimal blood dynamic response threshold of athletes is affected by the sports events， but not the age. It proves that the athletes of the periodic sports events have great potential by using the comprehensive evaluation coefficient of cardiac respiratory system.

Key words： cardiac respiratory system； chronotropic and inotropic； athlete； load of improving intensity

现代信息技术使得研究者能综合性地分析机体的功能状态，即存在着在系统水平上多参数分析研究功能的可能性。这样的思想是在功能系统理论中建立的[1-4]。在生物学和医学研究领域，从加拿大生物学家Л.Ф.贝尔塔兰费（1973）的著作开始广泛采用系统化态度，把系统确定为是其众多组成成分的统一体。所以，必须综合性地研究整个机体，这就要求同一时刻比较众多功能指标[5]。由此对于建立植物性保障肌肉活动模式，同时记录功能系统的各个组成成分显然是适宜的[6]。

心脏呼吸系统是最重要的功能系统之一，其活动在很大程度上决定了保障对机体的供氧，以及运动员的运动成绩和健康。依据心脏呼吸系统的活动可以判断运动员机体的功能状态，因为它完成的是功能可能性和潜在可能性指示器的作用。对于从事耐力性运动项目的运动员心脏呼吸系统具有特别大的意义[2-3]。

1 研究目的

按照心脏呼吸系统相互联系的生理学反应综合指标确定在提高负荷强度的情况下不同运动项目和年龄运动员机体的功能状态。

2 研究方法和组织

在医学-生物学研究中具有高度诊断价值的身体负荷得到广泛的普及，借此可以模拟人的各种不同的活动类型。公认的和受到偏爱的是自行车测功仪，它比较容易获得运动活动时的生理学信息和能够精确地按照强度，或按照完成工作的时间区分身体负荷[2-6]。在我们的研究中，在自行车测功仪上无间歇地使用了从50 W到200 W逐渐提高强度的负荷。每一个负荷等级使用的时间为4 min。在这种情况下记录了以下心脏呼吸系统指标：心率（ЧСС）、每搏血量（УОК）、每分钟血液循环量（МОК）——按照B.古比契克及其合作者的方法确定[7]；每分钟呼吸量（МОД）——借助于肺测速仪；血液循环指数（ИК）、心脏指数（СИ）、氧利用系数（КИО2）——通过计算方法获得。为了判断运动员机体的补偿性反应和适应性反应使用了心脏呼吸系统综合评价系数[2-3]。

参加研究的有73名男性运动员，年龄为17～35岁，根据年龄期和从事不同的运动项目将他们分为若干组。第一组（22人），17～21岁的青年，从事周期性运动项目；第二组（17人），17～21岁的青年，从事非周期性运动项目；第三组（20人）——成年运动员（22～35岁），从事周期性运动项目；第四组（14人）——22～35岁的非周期性运动项目的运动员。

3研究结果和讨论

运动员组中随着完成负荷的强度升高，心脏活动指标也提高，见表1。

可是，在这种情况下表现出的特点既与运动员的年龄有关，也与运动项目有关。不同年龄和从事不同运动项目的运动员组对身体负荷有不同的反应，他们的生理功能的适应区间也不同。例如从事非周期性运动项目的运动员组在提高强度的负荷下年龄没有对心脏活动指标（ЧСС、УОК、МОК）产生影响。所有这些参数随着负荷强度的提高，出现同一方向的变化，并在青年组和成年组之间没有显著的差异。这可能是因为这些组的受试者来自于同一个运动项目，在负荷下的紧急适应机制不取决于年龄特征。

在周期性运动项目的运动员组中年龄对心脏活动指标具有影响。从强度为150 W的负荷开始，心率较高的是青年运动员组，而每搏血量较大的是成年运动员组。可能在从事周期性运动项目的运动员组中年龄对参与支持心脏输出的优势性机制（变力的或变频的）具有影响。

有些作者[2-3]把停止增大每搏血量的现象称为适宜的血液动力反应的阈值。从我们的研究结果应当看到，竞技活动项目对其产生了影响。在运动活动中增大心脏输出量是依靠增加心率或每搏血量来实现的，而在某些情况下——依靠心脏活动这两个参数同时实现的，可是，它们对每分血量的贡献是不同的。例如，每搏输出量对于初始水平增加不超过1倍，与此同时在最大负荷下心率则可以增加2倍以上。在这种情况下，安静心率越是低，心脏变频的可能性就越是大。可以认为，从生物学视角心脏的变频反应的最大意义取决于窦结节的功能可能性。所以对于运动员的，尤其是耐力项目的运动员，增加每搏输出量是每分钟血量的主要优化因素，每搏输出量的值取决于基础性的潜在血量。可是训练程度不高的人们每分钟血量的增加是依靠心脏的变频反应，这在从事非周期性运动项目的青年运动员和成年运动员组中可以观察到。在这种情况下，适宜的血液动力反应的阈值等于50 W。

在从事周期性运动项目的青年和成年运动员中，阈值处于100 W的负荷强度水平上。在这一组中在提高负荷强度下每搏血量较大增加的机制可能是因为他们左心室的舒张和收缩容量可能大于其他组[2-3]。在身体负荷下可能这些容量减少的量比较多，从而决定了每搏血量的较大增加。

在自行车测功仪上强度为150 W和200 W的负荷导致了所有组运动员心率的持续增加。每分钟血量的增加主要是依靠变频效应，在这种情况下正是心脏活动的增加频率证明了所施加负荷的可承受性。

在同时比较心脏呼吸系统的许多功能指标时可以获得关于机体对负荷适应的最充分的认识[2，6]。在较大程度上决定肌肉活动时对机体保障供氧的最重要的指标之一是每分钟血量。可是我们所获得的结果证明了在从一种负荷强度过渡到另一种负荷强度中每分钟血量的增量出现降低，见表2。所以可以假设，存在着针对于满足肌肉活动时需氧量的其他机制。其中之一是外呼吸，按照许多作者[2-3]的意见，这可能是限制达到高度运动成绩的因素。

从事非周期性运动项目的运动员组中，肺通气量（МОД）最大值出现在200 W的负荷强度下，与年龄无关，见表2。在这种情况下，在周期性运动项目的运动员组中外呼吸被视为在提高功率自行车负荷强度条件下，在心脏输出值相对较小的情况下是满足运动员机体需氧量的补充机制之一。必须指出，我们所获得的肺通气量结果不是足够高水平训练程度的标准，因为在这种情况下呼吸的氧价和能量价都提高了。在这样的条件下对肌肉活动的适应最好是借助于激活和提高氧传输系统的效果。从事周期性运动项目的17～21岁青年运动员组的血液循环指数和心脏指数的较大值可信地证实了这一点。

在机体对肌肉活动适应的过程中，甚至在同一个功能系统中，出现了复杂的相互关系。这可以在提高强度的负荷下保障对运动员机体供氧的心血管系统和呼吸系统的相互作用中看到。为了判断不同运动项目和年龄的运动员机体在完成提高强度的负荷下的补偿性反应和适应性反应，我们采用了心脏呼吸系统的综合评价系数[3]，它指出了年龄为17～21岁和22～35岁从事周期性运动项目的运动员组在150 W强度的负荷下具有较大的功能潜力，而从事非周期性运动项目的运动员的机体中则替代了功能。从事非周期性运动项目的运动员组在150～200 W强度的负荷下对机体供氧的综合评价系数出现较大的下降反映了对工作肌群输送氧的保障具有较高的“生理学价值”。

4 结论

周期性运动项目运动员从150 W强度的负荷开始表现出优势性的适应机制（变力型或变频型），取决于运动员的年龄。非周期性运动项目运动员在提高强度的负荷下年龄未对心脏活动指标产生影响。在负荷下对运动员适宜的血液动力反应阈值给予影响的是运动项目，而不是年龄。使用心脏呼吸系统综合评价系数证明了周期性运动项目的运动员具有较大的功能潜力。

参考文献：

1.Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональной системы/П.К.Анохин. – М.：Наука， 1980， -197с.

2.Ванющин М.Ю. Адаптация Кардиореспираторной системы спортсменов разных видов спорта и возраста к физической нагрузке/М.Ю.Ванющин， Ю.С.Ванющин. - Казань：Печать-Сервис-ⅩⅪ век，2011，-138с.

3.Ванющин Ю.С. Компенсаторно-адаптационные реакции кардиореспираторной системы при различных видах мыщечной деятельности/Ю.С.Ванющин，Ф.Г.Ситдиков. - Казань：Таглимат，2003， -128с.

4.Судаков К.В. Физиология.Основы и функциональные системы：Курс лекций./К.В.Судаков. – М.：Медицина. – 2000，-784с.

5.Федоров Н.А.，Елистратов Д.Е.， Ванющин Ю.С.2014ю

6.Хайруллин Р.Р. ，Елистратов Д.Е. Вегетативное обеспечение двигательной деятельности спортсменов：монография/Р.Р. Хайруллин， Д.Е. Елистратов. - Казань：Отечество，2014，-162с.

7.Kubicek W G， Karnegis I N， Patterson R P， et al.Development and evalution of an impedance cardiac output system[J].Aerosp Med，1966，37（12）：1208-1212.