新型呼吸面罩训练对心肺功能与体成分的影响

黄偲瀚，孙 强，宋雅伟



新型呼吸面罩训练对心肺功能与体成分的影响

黄偲瀚1，孙 强2，宋雅伟3

南京体育学院，江苏 南京，210014。

研究目的：本研究旨在通过Bruce次极量等运动试验，分析运动低氧面罩进行训练对心肺功能、呼吸肌和身体成分的影响。方法：选取12名未经过体能训练的普通男大学生，分为实验组和对照组，隔天进行4km跑步，为期6周，并在实验前、中、后期进行最大吸气压、肺功能（最大摄氧量、最大通气量、呼吸商等指标数据）的测定。最后总结分析面罩对心肺功能的影响以及在训练中的作用。结果：（1）两组脂肪量和体脂率与实验前相比有显著性下降（P<0．05），其中实验测试后正常训练组体重平均下降1.25kg，脂肪量减少1.71kg（降幅17.6%），体脂率下降2.4%；呼吸面罩组体重平均下降2.51kg，脂肪量减少1.05（降幅7.7%）kg，体脂率下降1.48%。（2）吸气肌肌力指数和最大摄氧量与实验前相比均有显著性提升，但是每组之间的差异不显著，其中正常训练组的肌力指数增加24.78，增幅为25%，最大摄氧量增加8.24，增幅为21.4%；呼吸面罩组的肌力指数增加16.95，增幅为15.4%，最大摄氧量增加8.24，增幅为24.7%。结论：（1）呼吸面罩更适用于有一定体能训练基础的人员；（2）增加了能量的消耗，起到较好的减肥作用。（3）有助于提高人体爆发力、速度和耐力素质。

低氧面罩；心肺功能训练；最大摄氧量

心肺功能泛指由氧运输系统通过肺呼吸和心脏活动推动的血液循环向机体运送氧气和营养物质，从而满足各种人体生命活动物质与能力那个代谢需要的生理过程[1]。有关实验证明心肺耐力好的人活动能力强，能高效率地利用摄入体内的氧，延长运动能力的保持时间，提高日常工作效率。有实验指出在低氧环境先进行运动有利于呼吸效能的提高，其刺激颈动脉体和主动脉体的化学感受器，从而反射性地引起呼吸加快加深，在低氧环境下训练过的运动员，其呼吸频率降低，最大通气量提高，最大摄氧量增加，肺活量显著增大。这些改变通过对机体氧结合能力、氧运输能力、供氧能力、氧利用能力和免疫系统功能以及神经肌肉功能的提高，使身体组织产生一系列的适应性变化，从而促进整体健康和体质水平的提高。但由于低氧训练场地难找，经费开支大，目前我国低氧训练基地的科研服务体系不完善、科研人员配备不足，低氧氧舱造价成本过高等原因，无法实现最理想的训练计划，同时也无法向广大市民推广。因此，研发一款同时具有99﹪高效防护、滤芯计时、低氧训练功能的面罩，旨在净化空气，过滤空气中的细小颗粒，运动过程中对呼吸道起到保护作用，同时通过应用不同的插片，限制面罩的通气量，增加呼吸难度，营造低氧的训练环境，提高训练效果，锻炼心肺功能。

本研究旨在通过大量的科学实验（Bruce次极量运动试验等），收集心率、最大摄氧量、最大通气量、呼吸商等数据进行对比研究，分析面罩对呼吸肌以及心肺功能的影响，判断面罩功能。

1 研究对象和方法

1.1 实验对象

南京体育学院运动人体科学系12名未经过体能训练的普通男大学生，平均年龄（19.9±1.1）岁，所有受试志愿者身体健康，无代谢或内分泌紊乱、心肺功能的疾病史，没有哮喘和其他呼吸类疾病。所有志愿者在实验前已经熟悉了整个实验的测试以及训练过程，并且在进行训练当天没进行其他大强度的运动。

随机将12名志愿者分两组，A组为正常耐力训练组，B组为低氧舱训练组，每组各6人。基本情况如表1。

表1 研究对象的基本情况

注：*实验后各组与实验前相比有显著性差异P＜0.05

1.2 研究方法

1.2.1 测试的方法（1）两组均进行为期6周的跑步训练，每周3次，隔天进行，每次跑4km，并在20min内跑完，并且心率保持在最大心率的70%，志愿者身着宽松舒适的衣裤进行测试。

A组要求在标准的塑胶跑道上进行训练；

B组要求在同样的场地进行训练，但每次耐力训练必须佩戴岚极双效面罩进行试验。

通过佩戴心率带，测量受试者跑步过程中的心率，进而控制其跑步速度，并记录整个训练过程中最高心率。

训练结束后询问受试者主观疲劳感受，通过RPE（Rating of Perceived Exertion）此量表进行自我评估。

（2）实验前、中、后期通过k5呼吸肌训练器对受试者进行最大吸气压测试评定；佩戴cosmed K4B2便携式心肺功能仪在运动平板上进行Bruce逐级递增运动负荷试验，测量肺活量，最大摄氧量、最大通气量、呼吸商等指标数据；使用MC-180体成分测试仪器进行体成分检测，包括体重，脂肪量，体脂率等。

1.2.2 面罩的研制 面罩设计符合人体工学密封设计，适合亚洲人的脸型，佩戴方便，紧密贴合脸部。面罩多功能、多层次的进气口科学设计，对空气的净化有着优良的效果，同时使用不同形状与大小的插片，通过对面罩进气孔封闭程度的控制，限制面罩的通气量，起到低氧训练的效果。实验统一受试者所使用的插片规格，相同的通气量。实验期间要求受试者将口鼻完全包裹在面罩内，调整到舒适的位置，使面罩紧密贴合在面部，气体的交换只能通过面罩的进出气孔进行，用可调整面罩松紧度的调整带固定在面部。

图1 改进的面罩进气口结构分解图

1.2.3 最大吸气压 所有的受试者在实验的前、中、后期都进行呼吸肌测试，使用呼吸训练器（Power Breathe K5）进行测试。采用快吸慢呼（快速且深入的吸气，缓慢呼气）的方式呼吸30次，每次间隔10s，其中所能达到的最大肌力指数即为最大吸气压。

1.2.4 肺功能测试 使用K4b2心肺功能测试仪跟跑台进行 Bruce实验，记录实验终止时受试者的运动时间，以及实验过程中心率，RPE，最大摄氧量、最大通气量、呼吸商等数据。

1.2.5 体成分测试 直接测定，使用MC-180体成分测试仪，打开电源，受试者赤足站立，测量记录体重，脂肪量，肌肉量，体脂率等。

1.2.6 数据分析 采用SPSSl7.0统计软件对所测得实验数据进行统计分析，所得数据用平均数±标准差表示，采用配对样本t检验比较组内训练前后是否有显著性差异，以独立样本t检验来比较缺血训练组和正常训练组训练效果是否显著，P＜0.05表示差异显著，P＜0.01表示差异非常显著。

2 结 果

2.1 训练前后身体成分变化情况

表2 实验前后身体成分的情况

注：*实验后各组与实验前相比有显著性差异P＜0.05

从表2实验前后数据对比来看，实验后两组脂肪量和体脂率与实验前相比有显著性下降（P<0．05），其中实验测试后正常训练组体重平均下降1.25kg，脂肪量减少1.71kg（降幅17.6%），体脂率下降2.4%；呼吸面罩组体重平均下降2.51kg，脂肪量减少1.05（降幅7.7%）kg，体脂率下降1.48%。

2.2 训练前后呼吸肌功能及最大摄氧量变化情况

表3 实验前后呼吸肌肌力指数和最大摄氧量的变化情况

注：*实验后各组吸气肌肌力指数与实验前相比有显著性差异P＜0.05

从表3结果得出，实验测试后，2组吸气肌肌力指数和最大摄氧量与实验前相比均有显著性提升，但是每组之间的差异不显著，其中正常训练组的肌力指数增加24.78，增幅为25%，最大摄氧量增加8.24，增幅为21.4%；呼吸面罩组的肌力指数增加16.95，增幅为15.4%，最大摄氧量增加8.24，增幅为24.7%。

3 讨 论

3.1 对身体成分变化的影响

一个人身体健康状况可以通过其体重的变化进行反映与衡量，正确的运动可以控制我们的体重，维持身体健康。实验采取了有氧的运动方案，其不仅能增加人体对糖和蛋白质的利用，还能使组织中蛋白质的新陈代谢加强，防止多余的糖和蛋白质转化为脂肪[2]。研究结果表明两组测试人员体重、脂肪量、体脂肪率在进行一段时间的训练后都有显著下降，两组之间的区别在于，受试者在佩戴了面罩进行训练后，由于面罩限制通气量，增加了呼吸难度，改变了原有的呼吸节奏，运动负荷强度增高，从而加强了运动对人体代谢循环系统的刺激，提高了代谢能力，主管疲劳感更为明显。

BMI由世界卫生组织于1990年公布，用于反映成人体重与身高的关系，是判断人体胖瘦程度的一项测试指标[3]。根据世界卫生组织规定的标准，亚洲人BMI正常值为18.5—23.9受试者的BMI指数在理想的正常值范围内[4]。相比之下，面罩组在与普通组进行相同的训练后，将受试者BMI控制在正常值的同时起到了快速减肥的效果，适用于肥胖人群。

3.2 呼吸肌功能及最大摄氧量变化的影响

有关研究表明，有氧运动——健身跑能增强呼吸肌的力量，扩大胸廓活动范围，使充满肺泡的数量增多，肺脏弹性增强，肺活量增加，吸气能力提高[5]。

最大摄氧量是人体在进行有大量肌肉群参加的长时间剧烈运动中，当心肺功能和肌肉利用氧的能力达到本人极限水平时，单位时间内所能摄取的氧量，它与人体心肺功能的运转能力（主要受心输出量、血红蛋白水平和毛细血管的密度影响）和肌肉细胞对氧的吸收、利用能力（主要受细胞线粒体的多少、有氧代谢酶系活性影响）密切相关，是评定人体有氧工作能力的重要指标[6]。当个人的有氧工作能力提高，其生活质量、工作能力和活动能力都会相应的提升，这可以增加社会参与度，丰富生活内容，使其幸福感提升[7]。从结果中可以看到，为期6周的慢跑训练有效的提升了受试者的最大摄氧量，王小燕等人的研究也认为：有氧健身运动提高了呼吸系统的机能，使气体交换的频率提高，全身组织的代谢率改善[8]。

人体呼吸肌包括吸气肌和呼吸肌，吸气肌包括膈肌和肋间外肌，呼气肌主要是肋间内肌和腹肌。呼吸肌为骨骼肌，其功能类似于运动肌肉，因此，与身体的其他肌肉一样，呼吸肌可以通过锻炼提高其能力。呼吸肌的训练主要是吸气肌（膈肌）以及辅助吸气肌的力量，通过增加呼吸肌群的肌力以及耐力，可推迟和降低运动时膈肌疲劳发生的时间和程度，降低反射性诱发的交感神经介导的缩血管活动，保持活动肢体肌的血流量[9]。同时，呼吸肌耐力训练后除了呼吸肌改变外，呼吸感觉也改变，如呼吸费力和呼吸急促的感觉降低，这也可能是促使了耐力时间的增加[10]。实验结果显示普通组的呼吸肌比面罩组的提升更为明显，由于实验训练采取了有氧运动的方式，其运动过程呼吸较平稳，并非进行爆发式地吸气，对呼吸肌肉形成的主要是耐力方面的训练，因此对于受试者的影响主要在于持续供氧的能力的提高。

4 结 论

（1）呼吸面罩更适用于有一定体能训练基础的人员，在运动能力、心肺功能等方面适应了相应的运动强度，面罩限制的通气量不会太大程度上让受试者感到不适，能够显著地提高最大摄氧量以及对呼吸肌起到锻炼的效果。（2）呼吸面罩限制了通气量，提高了运动负荷，增加了能量的消耗，起到较好的减肥作用。（3）对于爆发性训练能加强运动效率，有助于提高人体爆发力、速度和耐力素质。

[1] 陈 荣.三种心肺功能运动负荷测试的评价效度研究[J].2005，25（06）：52~54.

[2] 陈立军，王 兴，王 茹.在多巴高原与平原分别实施有氧运动处方对肥胖青少年体质健康促进的实验研究[J].中国体育科技，2013，49（06）：89~93.

[3] 国家体育总局群体司.1997年全国成年人体质检测论文汇编[C].北京：人民体育出版社，2000.

[4] 扆 铮.高海拔呼吸面罩训练对大学生体质健康水平影响的实验研究[J].安徽师范大学学报，2017，40（04）：017.

[5] 张永茂.跳绳运动对青少年心肺功能影响的实验研究[D].成都体育学院：成都体育学院学位论文，2014.

[6] 洪邦辉，姚 鑫.呼吸肌力量训练对健康大学生耐力专项能力影响研究[J].2013，9（03）.

[7] 朱同乐.呼吸肌训练对健康大学生心肺功能及耐力运动能力影响的实验研究[D].山东师范大学：山东师范大学硕士学位论文.2010.06.

[8] 王小燕.有氧健身运动对城市老年人体质的影响[J].2002，38（6）.

[9] 董 旭，申广浩，谢康宁，景 达，刘 娟.高原低压低氧环境对心肺结构与功能的影响研究进展[J].环境与健康杂志，2017，34（06）.

[10] 李尚师，郑必海，宋 娟，等.快速进入高原者肺功能的影响及与AMS的关系[J].军事医学，2004，14（03）：19~20.

Study on the Effects of Training on Cardiopulmonary Function And Body Composition with a New Type of Respirator

HUANG Sihan1, SUN qiang2, SONG Yawei3

Nanjing Sport Institute, Nanjing Jiangsu, 210014, China.

Objective: The purpose of this study was to analyze the effects of exercise hypoxia mask on cardiopulmonary function, respiratory muscle and body composition through the exercise test of Bruce submaximum. Methods: 12 ordinary male college students who were not trained in physical training were selected to be divided into the experimental group and the control group. The four kilometers of running in the next day lasted for 6 weeks, and the maximum inspiratory pressure, cardiopulmonary function（the maximum oxygen uptake, the maximum gas volume, the respiratory rate, etc.）were measured before, during and after the experiment. At last, the effect of mask on cardiopulmonary function and its function in training were summarized and analyzed. Results: the two groups of fat mass and body fat were significantly less than before the experiment（P<0.05）. The average weight of the normal training group was dropped by 1.25 kg, and the body fat decreased by 1.71 kg, and the body fat dropped by 2.4%; The respiratory mask group had an average weight loss of 2.51kg, and the amount of fat decreased by 1.05（by 7.7%）and the body fat rate decreased by 1.48%. Inspiratory muscle strength index and VO2max compared with before the experiment was significantly increased, but no significant difference between each group. The strength index of normal training group increased 24.78, an increase of 25%, VO2max increased 8.24, an increase of 21.4%. The strength index of respiratory mask group increased 16.95, an increase of 15.4%, VO2max increased 8.24, an increase of 24.7%. Conclusion:（1）breathing mask is more suitable for personnel with certain physical training foundation.（2）increase energy consumption and play a better role in weight loss.（3）it helps to improve the quality of explosive force, speed and endurance.

Hypoxia mask; Cardiopulmonary function training; Maximum oxygen uptake

1007―6891（2018）03―0028―04

10.13932/j.cnki.sctykx.2018.03.08

G804.7

A

2018-03-03

2018-03-15

江苏省高等学校大学生创新创业训练重点项目（201710330008Z）。