模拟高原环境下自行车驴友急性骑行能力研究 *

模拟高原环境下自行车驴友急性骑行能力研究*

蓝道忠，翁锡全，胡婧，周柏星，黄丽英

(广州体育学院运动生物化学重点实验室，广东广州510500)

摘要:目的:探讨模拟高原环境下急性骑行对自行车驴友运动能力的影响。方法:受试对象为7名华南农业大学一年级男性学生，平均年龄19.80±0.83岁，为自行车驴友，没有高原旅行经历。受试者分别在常氧环境和模拟常压低氧环境(氧含量16.8%)进行踏功率自行车运动，强度从50W( 50rpm)开始，每3min递增50W至250W，然后要求受试者以最大能力运动至力竭，测试指标包括运动前、每级负荷后即刻和运动后心率、RPE、血乳酸及力竭时间。结果:两种环境下的心率与RPE均随着运动强度的增大而呈上升趋势，在模拟高原环境下从150W至250W以及力竭后心率上升幅度高于常氧，而RPE从150W后至运动结束时也高于常氧环境，但均无统计学差异( P＞0.05)，并且力竭时间非常显著性缩短( P＜0.01)。结论:高原环境下自行车驴友骑行能力有一定下降，提示自行车驴友初入高原时要适当降低骑行强度及作适当的休息。

关键词:模拟高原环境;自行车驴友;急性骑行;心率;力竭时间

中图分类号:G804.2

文献标识码:A

文章编号:1007－323X( 2015)03－0086－04

收稿日期:2015－03－26

作者简介:蓝道忠( 1991－)，江西赣州，畬族，在读研究生

Abstract:objective: Bicycle travelers＇acute cycling capacity under simulated plateau environment is investigated.Methods: Seven subjects were freshmen students of south China Agricultural University，average age was 19.80±0.83 years，They are all bicycle travelers and have no plateau travel experience.They had done bicycle with their maximize ability to exhaustion，The step power cycling of subjects is from 50w( 50RPM) to 250w，increasing 50W every 3minute in normal environment and simulation plateau environment ( 16.8% oxygen)，Indexes including heart rate，RPE and blood lactic acid before were assayed，both after exercise and immediately in per load level.Results: Both heart rate and RPE were increasing with the increase of intensity in two kinds of circumstances，from 150w to 250w or exhaustion，Heart rate of the simulated plateau was higher than normal environment，RPE was higher than normal environment from 150w to the end，but all had no significantly difference ( P＞0.05)，and the exhaust time was significantly shortened ( P＜0.01).Conclusions: The capacity of the bicycle travelers has certain reduced under plateau environment，so the bicycle travelers should reduce the strength and have proper rest when they first go to the plateau.

研究方向:体育教学

*项目来源:广东省教育厅自然科学研究课题( 2012KJCX0072)院管课题( ZD1101)

Study of Bicycle Travelers＇Acute Cycling Capability Under Simulated Plateau Environment

LAN Dao－zhong，WENG Xi－quan，HU Jing，ZHOU Bo－xing，HUANG Li－ying

( Biochemistry key laboratory Guangzhou sports college sports，guangzhou 510500，China)

Key words: simulated plateau environment; bicycle travelers; acute ride; heart rate; exhaustive time

随着生活水平的提高和闲暇时间的增加，越来越多的人踏上旅游的征途［1］，有报告指出［2］，未来旅游的趋势是“慢游”，与乘坐飞机、火车、轮船、汽车等“快游”相比，骑行出游受到越来越多旅游爱好者的青睐，骑行不仅可以欣赏到沿途的风景，

也是一种很好的健康锻炼方式，越来越多的人在工作或学习之余选择这种方式旅游。青年人由于其精力旺盛，充满激情，更喜欢选择高原这种独特又充满好奇的环境进行骑行旅游来挑战自我，但是由于高原环境低气压、低氧、寒冷、干燥(湿度低)、高风速(风沙大)、紫外线较强以及地球引力异常等特点［3］，生活在平原的居民初到这种环境，可能出现轻度脱水造成血液浓缩，加重心脏负担，同时出现气短，呼吸无规律，心率明显加快等身体不良反应，随着海拔高度的升高，身体反应加剧，也可能会出现不同类型的高原病( AMS)，甚至严重而危及生命［4］。有研究报道［5］，平原地区的人初到高原，AMS的发病率为16.9%，随着海拔的升高AMS的发病率呈明显上升的趋势，特别是海拔在4000m以上发病率升高明显。高原环境对运动能力也会产生影响，运动员初上高原骑行易出现疲劳，不易恢复［6－7］。但是针对自行车驴友高原旅游急性骑行能力的研究文献较少。因此本文探讨模拟高原环境下自行车驴友进行递增负荷运动，寻找高原环境下自行车驴友骑行能力的变化规律，为自行车驴友高原骑行旅游能力和风险评估提供参考。

1　研究对象与方法

1.1研究对象

本实验对象为华南农业大学7名一年级男性学生，年龄为19.80±0.83岁、身高为173.60±8.61cm、体重为61.40± 14.01Kg，身体健康，无代谢和心肺系统病史、无吸烟史，有三年自行车旅行经历，但未有高原旅行经历，所有受试者均自愿参加。

1.2研究方法

本研究测试在广州体育学院低氧实验室进行，分别在常氧环境( 20.9%O2)及模拟2500m高原环境(相当于16.8% O2)，而温、湿度( 27.58±1.00℃、55.90±9.51%)基本一致的条件下进行一次功率车( Monark－828E)急性递增负荷踏车运动。首先测试安静下心率、血乳酸，然后让受试者在自行车上进行递增负荷踏车运动，根据参考文献，强度从50W( 50rpm)开始，每3min递增50W至250W，然后要求受试者以最大工作能力骑行至力竭，记录完成每级负荷后心率与主观体力感觉( RPE)以及最大工作能力至力竭所用的时间，并在运动后3min时取指尖血测血乳酸，以获得最高血乳酸值;最大摄氧量( VO2max)采用陈文堉等［8］介绍的方法间接计算。

1.3数据处理

实验数据用SPSS17.0进行统计处理，结果采用均值±标准差( Mean±SD)表示，不同环境两组数据采用配对T检验，P ＜0.05为显著性水平，P＜0.01为非常显著性水平。

2　实验结果

从表1可见，反映有氧耐力水平指标最大摄氧量( VO2max)随着氧含量减少而下降，在本实验模拟2500m高原环境下降了4.41%，但本实验两种环境下并无统计学差异( P＞0.05)。表2、3、4可知，在常氧环境和模拟高原氧环境下，安静状态时受试者心率和RPE等级、血乳酸水平差异无统计学意义( P＞0.05)，进行逐级递增相同定量负荷后，心率与RPE变化相似，都是随着运动负荷的增加呈递增趋势，符合正常的生理规律。但是氧含量不同，完成相同负荷后心率和RPE等的变化却有所不同，在完成50W、100W两级负荷后，受试者心率与RPE的变化幅度相似且无显著性差异( P＞0.05)，而完成150W、200W、250W三级负荷后，在模拟高原环境下所测得的心率与RPE变化幅度高于常氧环境;完成250W负荷后，两种环境下心率都达到最大，但均无统计学差异( P＞0.05)。表4结果也表明，在模拟高原环境下机体耐力水平明显下降，尽管最高血乳酸和最高心率无显著性变化( P＞0.05)，但最大工作能力至力竭的时间缩短近一半，具有非常显著性差异( P＜0.01)。

表1　两种不同环境下最大摄氧量比较

表2　两种不同环境完成负荷后心率比较( b/min)

表3　两种不同环境完成负荷后RPE比较

表4　两种不同环境力竭运动前后心率、血乳酸、力竭时间比较

3　分析讨论

在模拟高原环境下运动除了受运动强度的影响，还受缺氧强度的刺激，造成相对强度显著提高，本研究中VO2max下降了4.41%，与国内外报道的研究结果接近，陈俊明等［9］报道中等海拔地区(约2260m)青少年的VO2max较平原地区下降20% ～30%; Tannheimer等［10］研究发现登山运动员VO2max会随着海拔的增加出现不同程度的下降; Wehlin等［11］的研究甚至得出VO2max的下降与海拔的增加呈线性关系的结论;最大摄氧量降低主要原因是模拟高原环境空气中氧含量降低，造成动脉血氧含量减少，供应组织氧量、毛细血管的氧分压降低，进而导致组织细胞氧利用率下降，VO2max下降。

心率是监测人体心血管系统功能最简易可行的方法之一，是反映心脏承受负荷大小的常用量化指标［12］。心率的频率、深浅、强度及某些特征，可作为了解体质强弱、运动强度和训练水平，还可以反映心脏和血管本身的功能水平［13］。运动强度越大心跳就越快，心率与运动强度、摄氧量与能量代谢之间存

在着显著的线性关系。换言之，在递增负荷运动直至次最大负荷运动中，随着负荷强度逐渐加大，能量代谢的需求就越来越多，摄氧量越来越多，心率也会越来越高［14］。如表2所示，五级负荷中，不管是常氧环境还是模拟高原环境，心率都随着运动强度的增加而呈递增趋势。主要是由于在递增负荷中，运动强度达到亚极量时，机体需要能量增加，机体通过自身的正常的生理生化反应已经满足不了机体需要，于是作为补偿，刺激主动和颈动脉化学感受器，使之兴奋，反射性地引起呼吸加快加深，同时作用于心血管系统，心率明显加快，以满足机体对氧的需要［15］。在完成50W、100W两级负荷后心率变化幅度相似且无显著性差异( P＞0.05)，说明身体机能的变化没有差异，原因可能与机体受到刺激，肌肉兴奋性提高，机体体能足以应付轻量负荷运动而不需要额外生理补偿有关。而完成150W、200W、250W三级负荷后，模拟高原环境下所测得的心率升高幅度高于常氧环境，可能是由于机体承受运动负荷与外界缺氧的双重刺激，机体需要的能量增加，机体仅靠生理反应已经满足不了代谢的需要，这时会反射性的刺激机体产生补偿效应，机体对心血管系统造成更大的影响，其主要表现为心率加快、心肌收缩力增强、收缩压升高等，故低氧对机体的刺激反射性的呼吸加快加深，以满足进行大强度运动中机体氧的需要。

RPE(主观体力感觉)是用主观感觉来反映身体运动强度的一种方法，RPE不是对身体某一方面感觉的反映，而是对运动中个人的适应能力水平、外界环境影响、身体疲劳情况等的整体自我感觉，它是监测个体对运动负荷的一个有价值和可以信赖的指标，因此它是判断疲劳的重要标志［16］。在递增负荷运动中，心率是随着运动强度的增大而呈上升趋势，RPE亦如此，如表3所示，五级负荷中不管是在常氧环境还是模拟高原环境，RPE都是随着运动强度的增加而呈上升的趋势，提示机体随着负荷强度的增大，主观感觉发生相应的改变。完成50W、100W两级负荷后RPE变化幅度相似且无显著性差异( P ＞0.05)，说明在两种不同环境下完成轻量级的负荷运动机体自我感觉无差异，模拟高原环境下的轻量级负荷运动不足以使机体产生显著性改变。而完成150W、200W、250W三级负荷后，模拟高原环境下所测得的RPE升高幅度大于在常氧环境，与前人研究结果相似，寻红星等［17］研究优秀男子散打运动员低氧环境下进行跑台与功率自行车运动心率与RPE变化结果提示，1500m、2300m、3000m海拔组散打运动员进行自行车递增负荷运动主观感觉比常氧组自我感觉较强烈，3000m海拔组散打运动员进行自行车运动自我感觉明显高于2300m组、1500m组，原因可能是低氧浓度不同机体缺氧反应存在差异，海拔越高机体自我感觉越强烈，在常氧环境下，机体只是承受运动负荷带来的刺激，机体对氧的需求量还足以满足运动的需要，但会随着运动负荷的增强而加大，而在低氧环境下，由于外界缺氧，机体能够摄取的氧量远远低于常氧条件，即摄氧量远远低于需氧量，致使机体各系统功能发生急性下降，自我感觉强烈。

在两种不同环境下均产生了大量的乳酸积累，运动时，骨骼肌是乳酸生成的主要部位，乳酸是稳态运动中有氧代谢供能系统的重要氧化基质，同时乳酸还可通过糖异生生成葡萄糖，用以维持血糖浓度平衡和供肌组织利用，乳酸进人血液即为血乳酸，血乳酸是体育科学研究中历史最长，应用最为广泛的指标之一，测试运动员运动时的血乳酸值，有效地评定运动强度及进行训练监控［18］。在递增负荷中，乳酸会随着运动强度的增大而慢慢的参与为机体主要供能，当强度达到亚级量时机体主要的供能就是糖的无氧酵解，此时，乳酸就大量的产生。测试血液中的含量就可以知道机体的代谢情况，本研究中的运动后最高血乳酸值在模拟高原环境下与在常氧环境下无显著性差异( P＞0.05)，但在模拟高原氧环境下最大工作能力至力竭的时间缩短近一半，造成这样的原因可能是因为高原的特殊环境，在模拟高原环境下递增负荷运动，机体承受的双重缺氧刺激，运动中机体出现氧供给与消耗的失衡，进而导致肌氧含量发生变化，研究已证实肌肉和血液中氧含量的变化对工作肌有极大影响，当肌肉氧含量供给不足时会加速疲劳产生进而导致肌肉工作能力下降［19－20］;另一方面外界缺氧的刺激加速了这种作用，最终力竭运动时间大大低于常氧环境下力竭时间，与赵之光［21］的研究一致，不同海拔急性低氧暴露力竭时间都比平原提前，分析其原因可能是低氧环境下氧分压下降，导致肺泡中的氧分压降低，从而导致血液中的氧分压降低，人体的供氧不足，氧供需不平衡使丙酮酸移行，肺泡内无氧酵解增大，虽然此时的乳酸分解速度也会有所增加，但乳酸的产生的速度更快，其浓度显著增加，血液PH值下降加快，肌肉、心脏、中枢等组织的酸化加速，内环境平衡失调，必然会导致能量代谢时间缩短，结果运动力竭时间缩短。

由此可见，模拟高原环境下自行车驴友急性骑行能力有所下降，不仅增大心肺功能负担，而且更加容易引起疲劳，但是本研究中测得的心率与RPE变化均无统计学差异，这可能与模拟高原的海拔高度有关，海拔越高机体变化越明显;也可能与受试者有一定的自行车运动水平有关，同样的环境与负荷刺激，水平越高机体变化越小。故在高原环境骑行要避免大强度，骑行过程中还可以简单地通过心率与RPE来监控运动负荷。然而，由于有非常大的个体差异，也受到社会、环境、心理等因素的影响，须根据个体特征，实时监控心率的动态变化，借助心率和主客观提供的信息，及时调整运动强度，掌握锻炼节奏，最终达到科学健康骑行旅游的目的。

4　小结与建议

急性高原环境与常氧环境下进行自行车骑行，负荷强度在亚极量以上每级相同负荷至最大工作能力时，高原环境下的力竭时间显著缩短，说明高原环境对机体进行大负荷运动影响显著，更容易引起疲劳。建议自行车驴友在进行高原旅游前提高自己的运动能力，在骑行过程中应适当降低强度及适时休息，同时可以通过心率与RPE等简易指标进行自我监控。

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