不同负荷时间下ETM低氧耐力训练对大学生体能水平的影响研究

扆 铮， 王姣姣， 尹 军

(1.首都体育学院 体育教育训练学院，北京 100191；2.北京体育职业学院 竞技体育系，北京 100075)

引 言

大学生是未来社会的中坚力量，是建设国家提升国力最重要的生产力之一。良好的体质健康水平是当代大学生为国家发展、民族繁荣和个人成长作出努力的基础。然而，《中国青少年体育发展报告》(2015)曾指出：“大学生各项身体素质测试水平较低，同一项目的测试成绩往往还不如中学生。”[1]因此，如何有效提高大学生体质健康问题已成为当前社会关注的焦点。

图1 高海拔呼吸面罩

高原训练是在低压和缺氧刺激条件下的一种强化训练，会对人体产生较平原环境下更为深刻的刺激，有助于使人体的运动、免疫和内分泌等系统产生良性适应，最终达到提高人体运动能力的目的[2,3]。然而，真实的高原训练对环境的海拔高度有着特殊的要求，因此不具备大范围推广应用的客观条件。为了解决该问题，市面上出现了诸多模拟高原训练环境的器材，高海拔呼吸面罩(ETM)就是其中之一(见图1，①为出气口，②和③为进气口)。

该器材通过对出气口和进气口的调节来模拟高原训练环境，以期达到高原训练的效果。本研究借助于高海拔呼吸面罩，研究不同负荷时间条件下的ETM低氧耐力训练对大学生体能水平的影响，以期从实践操作层面为改善大学生体质健康状况提供参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

以北京市某高校46名大三学生(男生31人，女生15人)为实验对象。通过SPSS22.0软件将实验对象随机分为实验Ⅰ组、实验Ⅱ组和对照组，其中，实验Ⅰ组和实验Ⅱ组进行ETM训练，对照组不佩带ETM，进行传统耐力训练。实验对象基本信息见表1。

表1 实验对象基本信息一览表

1.2 研究方法

1.2.1 实验法

1.2.1.1 测试指标 实验对象体能水平评估包括三个方面：身体形态、身体机能和身体素质。其中，身体形态指标为：体重、骨骼肌质量和体脂含量；身体机能指标为：肺活量、第一秒时间肺活量、最大摄氧量和心率。身体素质指标包括：垂直纵跳(力量—爆发力)、50米跑(速度)、Beeptest(耐力)、坐位体前屈(柔韧)和T形测试(灵敏)[4]。

1.2.1.2 实验器材 1)高海拔呼吸面罩：该训练器材可以模拟海拔高度从914M到5486M的低氧环境。鉴于实验对象从未接受过高原训练或类似低氧环境下的训练，所以本研究将模拟海拔高度设置为914M。2)电动肺活量计：采用上海欣曼科教设备有限公司生产的BF-II电动肺活量计(见图2)，测试实验对象的肺活量(VC)和第1秒时间肺活量百分比(FEV1%)两项指标。3)Polar心率监控系统：通过该系统对实验对象第一次训练课和最后一次训练课的心率进行实时监控(见图3)。4)InBody 370体成分分析仪：测试实验对象体重、骨骼肌质量和体脂含量等指标数据(见图4)。5)其它设备：采用BeepTest测试实验对象的最大摄氧量(VO2max)[5]。测试所需器材为标志桶，秒表和卷尺等。其它测试器材包括音箱和VERTEC(用于测试垂直纵跳，见图5)。

图2 电动肺活量计 图3 Polar团队心率监控系统 图4 体成分测试仪370 图5 VERTEC测试

1.2.1.3 实验流程 实验开始前收集实验对象身体形态、机能和素质相关测试指标数据。

将46名大三学生随机分为实验Ⅰ组(佩带ETM进行15分钟训练)，实验Ⅱ组(佩带ETM进行30分钟训练)和对照组(不佩带ETM进行30分钟训练)。实验共进行9周：第1周进行预实验；第2-8周进行正式实验，每周2次训练课；第9周参加训练后测试。预实验在正式实验开始前一周进行，分两次课(周一和周三)进行，第一次预实验课分三步进行，其目的是熟悉训练流程和器材的使用方法：1)实验Ⅰ组和Ⅱ组佩带ETM静坐10分钟，以适应训练器材所带来的不适感；对照组仅旁听学习ETM的使用方法；2)实验Ⅰ组、实验Ⅱ组和对照组分别进行5分钟的慢跑运动；3)实验Ⅰ组、实验Ⅱ组和对照组根据Beep Test音乐节点进行20米折返跑，运动时间5分钟，运动强度为测试音乐的level1-level4。第二次预实验课的目的是确定实验过程所需要的训练强度。实验Ⅱ组佩带Polar心率表，根据BeepTest音乐节奏在Level3-Level4之间进行30分钟20米折返跑，训练后Polar团队心率实时监控系统显示受试对象平均心率达为160次/分，满足有氧工作心率范围的要求(最大心率的60%-85%)[5]，所以，本研究将Level3-Lever4的音乐节奏作为实验过程训练强度监控参考指标。在30分钟折返跑中，为了更好的控制自变量对研究结果的影响，实验Ⅰ组和对照组也采用上述音乐片段完成相应时间段的训练。

正式实验共进行7周，每周2次训练课(时长为25-40分钟)，每次课包括5分钟准备活动，15-30分钟训练(实验Ⅰ组进行15分钟训练，实验Ⅱ组和对照组分别进行30分钟训练)和5分钟静态拉伸放松。实验过程中，实验Ⅰ组、实验Ⅱ组和对照组根据音乐节拍在两条20米间距的标志线间进行折返跑，所有实验对象均佩带Polar心率表对负荷强度和身体机能状况进行实时监控，记录第一次和最后一次训练课的平均心率。

正式实验结束后，三个组的实验对象均于第9周参加训练后测试，测试内容和实验前测试相同。

1.2.2 数理统计法 将原始数据录入Excell表进行初步整理；采用Spss22.0分析软件对数据进行独立样本T检验和配对样本T检验分析，所测数据用均数±标准差表示。

2 研究结果

2.1 实验前后身体形态指标的对比分析

表2数据表明：实验Ⅰ组实验后体重、骨骼肌质量和体脂含量组内检验虽有下降，但未见显著性变化；实验Ⅱ组实验后体重和体脂含量组内检验均有显著性下降(P<0.01)，骨骼肌质量虽有下降，但未见显著性差异，其中体重指标实验后组间检验均有显著性差异；对照组实验后体重和体脂含量组内检验均有显著性下降(P<0.01)，骨骼肌质量虽有下降，但未见显著性差异。

表2 实验前后身体形态指标变化一览表

注：组内比较：**P<0.01，*P<0.05；组间比较：△△P<0.01，△P<0.05，下同

2.2 实验前后身体机能指标的对比分析

表3数据表明：实验Ⅰ组实验后肺活量、第一秒时间肺活量、最大摄氧量和平均心率组内检验虽有变化，但无显著性差异；实验Ⅱ组实验后肺活量、第一秒时间肺活量、最大摄氧量组内和组间检验均有显著性提高(P<0.01)，平均心率实验前后组内检验虽有下降，但无显著性差异；对照组实验后肺活量和最大摄氧量组内检验均有显著性变化(P<0.01)，第一秒时间肺活量和平均心率组内检验没有显著性变化。

2.3 实验前后身体素质指标的对比分析

表4数据表明：实验Ⅰ组实验后垂直纵跳、50秒跑、Beeptest、坐位体前屈和T形测试组内检验均无显著性差异；实验Ⅱ组实验后Beeptest组内和组间检验均有显著性差异，其它测试指标虽有变化但无显著性差异；对照组实验后Beeptest组内检验有显著性差异，其它测试指标无显著性差异。

表3 实验前后身体机能指标变化一览表

3 分析与讨论

3.1 不同负荷时间下的ETM低氧耐力训练对身体形态指标的影响分析

人的体重主要由肌肉、脂肪、骨骼、水等成分构成，各身体成分在人体生长发育成熟到逐渐衰老的增龄过程中会发生不同程度的变化，是反映和衡量一个人健康状况的重要标志之一。研究结果表明：实验后，三个组别实验对象的体重均有下降，但实验Ⅱ组和对照组有显著性变化，说明实验Ⅰ组不能有效降低实验对象的体重；换言之，在体重测试指标上，15分钟ETM低氧耐力训练没有达到传统训练30分钟的效果，该研究结果和其它研究没有形成一致的认识[6]。实验Ⅱ组体重下降幅度最为明显，训练效果明显好于其它两个组。

肌肉是身体成分中最重要成分之一，在人体中约占体重的35%～40%，是体内数量最多的一种组织，也是人体进行身体活动的动力源，具有一定的骨骼肌力量水平也是人体进行各种体力活动的基础[7]。表2数据显示，实验对象的体重均有下降，其主要因素是体脂含量有着显著性的下降(实验Ⅱ组和对照组)，而骨骼肌质量并没有显著性变化。出现该结果可能是因为训练内容是以跑步为主，没有安排抗阻训练，所以该结果符合实验预期。从降低体脂含量的角度出发，实验Ⅱ组的效果最佳，对照组其次。从提高骨骼肌含量的角度出发，后续应研究抗阻训练方案指导下的高海拔呼吸面罩对人体的影响。

3.2 不同负荷时间下的ETM低氧耐力训练对身体机能指标的影响

身体机能是人体各器官系统的功能[8]，其中的心肺功能对于人体的运动能力有着重要的作用。它反映了人体心脏泵血功能和肺部吸氧能力，且两者的能力直接影响全身器官及肌肉的活动，具有人体中枢的调控作用[8]。肺活量反映了肺一次通气的最大能力，是测定肺通气功能简单易行的指标。时间肺活量是评价肺通气功能的动态指标，它不仅反映肺活量的大小，而且还能反映肺的弹性是否降低和呼吸阻力是否增加等情况。第一秒时间肺活量是在人体最大吸气之后，以最快速度进行最大呼气，第1秒时间内所能呼出气量占最大用力呼气量的百分比；表3数据表明：实验Ⅱ组和对照组实验后取得了显著的训练效果，实验Ⅰ组则没有显著性的变化。因此，在肺功能测试指标中，15分钟的ETM低氧耐力训练没有达到传统训练30分钟的效果；30分钟的ETM低氧耐力训练效果优于传统30分钟训练效果。ETM通过调节不同的阀门可以减少吸入肺部的空气量，实验对象只有通过深呼吸的方式获得更多的氧气，在外部环境刺激下，血液在肺部交换二氧化碳和氧气的气囊会被拉长，扩大的气囊会形成更多的空间，从而提高了血液的载氧能力[9]。也有研究表明：呼吸的专门性训练通过改善最大自主通气，提高呼吸肌群力量和耐力，从而实现提高有氧竞技水平的目的[10]。在本研究中，从实验对象VO2max的变化情况来看，ETM不能够模拟真实高原训练所带来的效果，没有实现通过对呼吸肌的训练来提高人体的有氧运动能力的目标[11-14]。

表4 实验前后身体素质指标变化一览表

VO2max是指在人体进行最大强度的运动，当机体出现无力继续支撑接下来的运动时，所能摄入的氧气含量。是反映人体有氧运动能力的重要指标。实验Ⅱ组和对照组实验后VO2max均有显著性提高，因此，不能说明实验Ⅱ组实验对象VO2max的变化是由ETM低氧耐力训练产生的；实验Ⅰ组实验后没有表现出显著性的差异或许是因为训练时间较短，没有对机体形成深刻的刺激所造成。根据上述分析，ETM通过调节进出气口的阻力来模拟低氧训练环境，但本研究中实验对象处在该环境下的训练时间较短，不足以让机体产生适应性的变化。这或许是本研究中ETM低氧耐力训练没有实质性提高血液载氧能力的原因，后续研究应通过对生理生化指标的监控以进一步佐证本文的研究结果。

心率是指动脉血管壁的收缩和舒张而发生的规律性波动[15]。通过定量负荷负荷试验，对负荷前后心率变化及运动后心率的恢复过程进行比较，可以了解心脏功能及身体的综合机能状况。表3数据显示：在定量负荷下，实验对象最后一次训练课平均心率，较实验前第一次训练课平均心率有所下降，但均未表现出显著性的差异，这一方面说明实验对象的机体逐渐对训练产生适应，另一方面也说明训练的时间或许较短，从而导致机体的这种适应性并未表现出显著性的差异。可以预见的是，随着实验时间的延长，实验对象的平均心率会逐渐下降，并呈现出显著性的差异。而ETM在定量负荷运动中对实验对象心率的具体影响则需要进一步研究。

3.3 不同负荷时间下的ETM低氧耐力训练对身体素质指标的影响

体质健康水平很大程度上取决于身体素质水平，而身体素质水平的实质性提高则是由后天的体育锻炼意识和锻炼程度所决定的，绝非朝夕之事。表4数据表明：所有实验对象的下肢爆发力、速度和柔韧性虽有改善，但并未出现显著性的变化，表明以跑步为手段的低氧耐力训练不能够有效提高下肢爆发力、速度和柔韧等素质，后续可以研究以抗阻训练为手段的低氧耐力训练对人体运动素质的影响；实验Ⅱ组和对照组的耐力水平有显著性提高，表明15分钟的ETM低氧耐力训练没有对机体产生实质性的影响，换言之，该器材宣称的“15分钟ETM训练可以实现30分钟非ETM训练效果”或许只是一种商业噱头。

4 结 论

在身体形态方面，持续一定时间的低氧耐力训练(30分钟)能够显著性降低体重和体脂，但短时间的低氧耐力训练(15分钟)对体重和体脂影响较小，且不能够实现30分钟非低氧耐力训练效果。在身体机能方面，ETM低氧耐力训练不能有效提高机体最大摄氧量水平，对肺通气功能的影响取决于训练时间长短。在身体素质方面，短时间的低氧耐力训练(15分钟)并没有达到传统耐力训练(30分钟)对人体素质的影响效果，因此，建议谨慎选择训练器械，慎重对待训练器械商业宣传语。意图借助高大上的训练器械，在减少训练时间的同时获取更好的训练效果或许是一种有违人类进化历程的错误想法。