上肢功率自行车单臂摇惯用手与非惯用手间差异分析

田磊 曹灿

摘  要：分析在单手手摇车运动心肺实验中，以惯用手或非惯用手进行测试对心肺功能指标的影响。纳入24名受试者，均无规律上肢运动习惯、无长期固定有氧运动计划。分别用双手、惯用手和非惯用手完成3次亚极量手摇车心肺运动测试。心率通过12导联心电图进行检测、气体分析每5s进行一次。惯用手与非惯用手在无氧阈值时刻、最大摄氧量时刻、实验终止时刻的心率、摄氧量（ml·min-1）以及摄氧量比体重ml·min-1·kg-1均无显著性差异（P>0.05）;在无氧阈值时刻，双手实验与右手实验在心率上有显著性差异（P<0.05），与左手实验在摄氧量、摄氧量比体重均有显著性差异（P<0.05）。在最大摄氧量时刻和实验终止时刻，双手与左、右手在心率、摄氧量、摄氧量比体重上均有显著性差异（P<0.05）。最后结果显示，惯用手与非惯用手在亚极量单手功率自行车心肺运动实验中对受测者心肺能力的表现无显著性差异，均可用于预测个体最大摄氧量，以反映个体心肺能力。

关键词：心肺运动实验  上肢  惯用手  非惯用手  上肢功率自行车

中图分类号：R540.4                                文献标识码：A                        文章编号：2095-2813（2019）10（c）-0010-04

在各种急性、慢性疾病及长期卧床病人的长期康复训练中，心肺功能训练开始受到越来越多的重视。进行心肺功能训练的个案首先需要个性化的运动处方，在制定运动处方之前，测量个案的心肺功能是必不可缺的，即心肺运动实验（CPET）[1]。心肺运动实验不同于一般对心血管、心电图、肺功能等指标的观察，而是先在动态活动开始前，对静息状态下的心血管功能与肺功能进行测试，并进行无功率热身，接下来再针对不同年龄、性别设定不同的功率之下连续、动态、实时检测气流的交换、氧气的消耗和二氧化碳的排出与心率、12导联心电图、氧饱和度的变化。了解病人现有的心肺功能，可以帮助在制定运动处方中确定合理的强度和时间，可以在运动前评估运动风险，在运动后评估治疗的效果[2]。

本实验的目的在于比较正常人惯用手与非惯用手心肺能力测试结果间是否存在差异，尽管在日常的活动中，惯用手和非惯用手之间存有一定的灵活度、力量、协调等因素的不同，两者在高强度运动时，生理学上的表现应该是无差异的。因此本实验推断在进行高强度的运动中，实验获得的摄氧量和心率的数据，与惯用非惯用无关，无论是惯用手还是非惯用手的摄氧量数据均能作为一个预测最大摄氧量的一个变量。

1  研究对象与方法

1.1 研究对象

通过量表筛选出自愿参与实验研究的在校大学生（19～23岁），性别不限;右惯用手者（因本实验受测者全为选取惯用手为右手者，后文为表述简洁均用“右手”代替“惯用手”，“左手”代替“非惯用手”）。排除标准：（1）患有心脏病、高血压等心血管系统疾病;（2）患有哮喘等呼吸系统疾病者;（3）有长期运动习惯者;（4）近期各种原因引起的上肢疼痛;（5）近期有运动计划。中途撤出标准：（1）首次實验中无法达到无氧阈者;（2）受试者在整个实验进程中，经核实有明显的增加心肺功能情况的;（3）实验周期中体重明显变化者（±3kg）;（4）或者有其他任何影响实验结果的行为者;（5）受试者主动要求退出实验;（6）研究者判断依从性不好，不能严格执行方案。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

通过CNKI（中国知网）中国学术期刊全文数据库以关键词“心肺运动实验”“上肢功率自行车”“惯用手与非惯用手”查阅相关资料。

1.2.2 实验步骤

所有测试均通过上肢功率车MONARK-881E进行。该功率自行车被固定在桌上，受试者坐于手摇功率车前、紧靠椅背，飞轮轴心对应上臂屈曲90°、肘伸直时前臂中点处，保证每次测试受测者均处于该标准位。先后随机顺序进行3次测试，包括双手、惯用手、非惯用手亚极量手摇功率车测试，实验开始后，受测者在0W负荷下进行3min的热身，之后每3min增加5W负荷，直至出现实验终止指征。整个实验过程中，受测者被要求保持40r/min的转速，测试过程中测试者持续被言语鼓励直至实验终点。到达实验终点后，受测者进行3min的0W负荷下的放松，并继续进行呼吸、心率监测。测试进行中，提醒受试者正常用鼻呼吸，且实时监测各项心肺功能参数。每次测试必须在饭后至少2h才能进行[3]。

1.2.3 实验终止指征

实验终止指征定义为：（1）心率达到预计亚极量心率（最大心率×80%）;（2）受测者自觉疲劳（经言语鼓励后，30s内受测者转速无法达到40r/min）;（3）受测者在实验过程中出现胸痛、眩晕等不适症状或心电图出现心肌缺血症状（ST段抬高或降低≥3mm）、心脏传导阻滞症状、房颤等其他病理性异常变化。

1.2.4 注意事项

相邻2次测试间隔时间至少2d[3]，但不超过1周。且整个测试过程中受试者被嘱咐尽量维持正常饮食、正常活动，尽量不做锻炼性运动，每次实验前24h内禁止摄入咖啡因、酒精。

1.2.5 数据统计法

运用SPSS 17.0软件以及Excel完成数理统计分析工作。

2  实验结果

2.1 受测者信息

本次实验参与人数为24人，所有入选者中2人在第一次实验过程中未达到无氧阈值，1人在整个实验周期中有明显的体重变化，1人3次实验间时间间隔过长。因此最终实验数据分析时共纳入20名受试者的数据，其中女生12人，男生8人，实验脱落率为16.7%。所有测试者年龄20～22岁，平均21.47;体重平均（60.50±11.31）kg，休息位血压106.90/65.75mmHg。三次实验的平均时长分别为：双手手摇车实验17.51min，右手手摇车实验9.04min，左手手摇车实验8.33min（见表1）。

2.2 无氧阈时刻心率和摄氧量比较

表2所示为在受试者达到无氧阈值时刻的摄氧量以及心率。双手实验时的心率（116.05±16.34）与左手实验的心率（110.70±15.30）之间无显著性差异（P=0.058）。双手与右手实验心率（108.70±14.93）间有显著性差异（P=0.002），同时左右手心率比较无显著性差异（P>0.05）。双手实验组摄氧量（564.25±177.18）左手实验组摄氧量（487.35±145.32）间存在显著性差异（P<0.001）。双手与右手实验摄氧量（515.45±151.71）之间无显著性差异（P=0.233）。与心率相同，左右手之间摄氧量无显著性差异（P>0.05）。

摄氧量比体重（VO2/kg）通过将各组数据中不同时刻摄氧量（ml/min）的数值除以体重，进行标准化获得，相关数据见表2。分析后可知双手与左手间VO2/kg有显著性差异（P=0.049）;双手与右手间无显著性差异（P=0.335）;左手和右手间无显著性差异（P>0.05）。

2.3 最大摄氧量时刻心率和摄氧量比较

表3所示为在受试者达到最大摄氧量时刻的摄氧量以及心率。双手实验时的心率、摄氧量、摄氧量比体重分别与左、右手实验的心率、摄氧量、摄氧量比体重之间有显著性差异（P<0.05）。

2.4 实验终止时刻心率和摄氧量比较

3次实验的平均时长分别为：双手手摇车实验17.51min，右手手摇车实验9.04min，左手手摇车实验8.33min。实验结束时刻，受测者双手与左右手之间摄氧量与心率均存在显著性差异（P<0.05），左手和右手之间差异不明显。标准化摄氧量后，摄氧量在双手和左、右手之间均有显著性差异，左手和右手间无显著性差异（见表4）。

3  讨论

随着单手运动心肺实验预测最大摄氧量的方法可行性不断提高，很少有研究者关注到单手实验中惯用手和非惯用手对实验结果的影响。惯用手和非惯用手进行测试是否可以获得同样的数据结果，仍缺少相关的研究证实有关的结果。尤其是对于偏瘫患者来说，由于受损半球不同，患者参与测试的健侧上肢可能为惯用手或非惯用手，而惯用手和非惯用手在生活的使用状况不同，两手的耐力、肌力存在差异。单臂手摇功率自行车已被证实与双臂手摇功率自行车相同，其稳定增加的负荷，引起人体血液动力学的变化，可用于心肺功能检测。在意识到惯用手与非惯用手间存在的客观差异如肌肉总量等后，本实验旨在研究惯用手与非惯用手的使用是否会对单手上肢手摇测试的实验结果产生影响。因此实验选取健康右利手成人为受测者，以排除的左手与右手间结构性差异对实验的影响。且不同于以往研究单臂上肢功率自行车的实验，实验将惯用手与非惯用手区别开来。

3.1 单手实验结果间的比较

数据分析结果显示，在3个不同时刻，左手与右手测试获得的心率和摄氧量均无显著性差异。以往对于惯用手与非惯用手之间的研究集中在与竞技体育或者日常活动的领域。惯用手与非惯用手之间在协调能力，精细动作[4]以及简单运动模式[5]（手指运动）上均有明显的差异，且在脑功能核磁共振成像（fMRI）有明显的同侧激活情况。亦有文献指出[6]在完成圆周运动时，非惯用手在运动角速度和平均功率上均与惯用手存在显著性差异。然而对于惯用手和非惯用手在极量运动表现上的研究，鲜少提及。在本实验中，对于单臂手摇车而言，其运动模式单一，在达到运动极限的状态下受限于心肺功能和肌肉耐力而非单手运动协调，精细运动的能力。这与选择惯用手或非惯用手进行试验并无直接关联。在单一动作的力竭型运动中，惯用手存在的优势并不明显。

3.2 实验终止时刻的心率及最大耗氧量的比较

对心率进行分析时，励建安等人的实验[7]均以实验中达到终止指征时刻的数据进行比较。在励建安的实验中单手摇心率（141.3±15.4），比本实验中实验终止数据（131.0±10.27）高。首先，主要原因在于励建安等人的实验中，入选者均为50岁以上老年人，运动耐力差、靶心率低。其次，在实验过程中手摇车策略选择为每3min增加12.5W阻力，通过负荷增加来更快速达到目标心率。因此在相同运动负荷状态下，励建安实验受测者更易达到无氧阈值以及目标心率。实验中患者的平均时间是6.37min，明显低于本次实验时长，这反映该实验的运动负荷过大，不宜在心肺运动测试中使用，尤其是对有潜在心肺功能问题的偏瘫患者。

Davies和Sargent 的实验中[8]获得的最大摄氧量数值为单手（1.16±0.31）L min-1，双手（1.60±0.28）L min-1。这两个数据较本实验结果高近100%。同樣的，在Alexandros Mitropoulos的手摇车实验中[9]也得到了较高的数值（1.43±0.54）L min-1，（16.4±4.1）ml·kg-1·min-1。造成这种差异的原因可能是实验中手摇车策略的选择以及负荷增加模式不同。在Alexandros Mitropoulos的实验中手摇车起始的功率按性别不同设置在男性30W、女性20W，转速保持在70r/min，阻力递增的模式为10W/min，测试的负荷强度较高，该次实验设计引用自Smith et al的实验。

本实验中运动策略首先要求受试者在实验过程中在固定的座位上尽量减少躯干代偿;其次要求受测者保持在较低转速（40r/min），Paul M.smith的文献中[3]指出为获得更高的心率和摄氧量数据，应将手摇车心肺运动实验中转速保持在70～80r/min之间。而Shephard & Bouhlel的实验验证[10]，40r/min速度下受测者的运动机械效率最高且可维持稳定、持续的功率输出。负荷增加上选择每3min增加5W阻力。因为在进行运动测试时，有运动习惯者可能无法通过上肢活动达到无氧阈值，在上肢手摇功率自行车实验中，受测者所使用的上肢肌群较小，可通过有氧代谢进行维持，因此其达到的实验终止指征更可能是因无法征召更大量的肌纤维导致的上肢肌肉疲劳以致无法继续，而非因上肢肌群中氧气的供给不足而达到无氧阈值。这使得通过上肢手摇车实验反应其心肺运动能力的可行性低[11]。总体实验策略的目标是降低受试者因过高阻力以及转速引起的肌肉疲劳，从而保证受试者的运动时长，提高实验准确性。一般情况下的心肺运动测试中，测试时长应该尽量保持在6～12min[9]，该范围内受测者的心肺功能能够被较稳定的反应在实验结果上。此外，与以往实验相比本实验耗氧量数值较低，亦有入选受测者间人类学上性别、种族差异等原因。

4  结语

在单手功率自行车运动实验中，惯用手与非惯用手对个体心肺功能的实验结果无显著性差异，即个体惯用手与非惯用手间解剖及功能上的差异未对其对心肺功能的表现产生影响。

参考文献

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[7] 刘吉林，王翔，励建安.手摇车在偏瘫患者分级运动试验中的应用[J].Chinese Journal of Rehabilitation Medicine，2000，15（1）：21-23.

[8] Davies，Sargent.Maximal aerobic power output during work with one or two limbs[J].European Journal of Applied Physiology & Occupational Physiology，1974（32）：207.

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