世居高原健康成人逐级递增负荷运动测试心率拐点与乳酸恢复能力、肺功能的相关性*

孔海军， 周 霞， 李新龙， 王振杰

(喀什大学体育学院， 新疆 喀什 844000)

乳酸阈(lactate threshold, LT)一直被认为是机体内血乳酸上升速率超过其去除率的阈值，该阈值与机体耐力水平存在显著关联，故诸多文献中往往也称其为无氧阈，通常用于确定耐力运动员的训练强度[1]。在逐级递增负荷运动(graded exercise testing, GXT)中，理论上心率随运动强度上升将以线性速率增加，然而，在不同强度下心率会偏离该种线性速率，这种现象被称为心率拐点或心率偏离点(heart rate deflection point, HRDP)。HRDP在运动训练中被广泛应用，对于运动员或锻炼者最佳训练强度的制定具有重要意义[2]。肺功能测定是以呼吸生理为基础的医学计量测试技术，是现代肺科不可缺少的检测项目，对于呼吸功能的评价及呼吸系统疾病的诊断具有重要意义。

高原环境下人体体质水平及运动能力是高原医学、预防医学及体育科学研究的热点问题，以往的研究表明，高原环境氧气稀薄，空气氧含量低于亚高原(海拔介于500 m～2 200 m之间的地域)/平原地区，高原/亚高原应激可能诱使人体心肺机能、有氧运动耐力及运动能量供应特征产生适应性反应[3]。国内相关研究主要针对不同海拔高度世居青少年无氧阈(anaerobic threshold, AT)与心功能的关联性，研究结果普遍认为长期移居高原青少年AT水平显著低于平原地区同龄人群。但国内外缺乏世居高原人群AT、肺功能及定量负荷运动/逐级递增负荷运动中/运动后乳酸恢复能力的关联性研究，高原地区健康成年人群体育锻炼适宜强度的相关研究尚处于空白状态。

基于此，本次研究选取帕米尔高原世居成年人群，通过逐级递增负荷运动中/运动后心率及血乳酸恢复特点评价世居3 200 m高原健康成年人群HRDP及乳酸恢复能力，讨论Conconi测试心率偏离点与乳酸恢复能力、肺功能的关联性，探究世居高原地区健康成年人群有氧耐力锻炼的适宜负荷，从而为高原健康人群体育健身选择适宜的运动强度提供参考依据。

1 对象及方法

1.1 研究对象

本次研究纳入225名受试者，其中男性组109人，女性组116人，受试者年龄(Y)、BMI(kg/m2)及腰臀比等人口学特征指标均不存在显著差异(P> 0.05，表1)。选择新疆喀什地区塔什库尔干塔吉克自治县班迪尔乡为测试点，该地区属高原荒漠气候，平均海拔3 200 m，年均气温3.3℃，年均光照时间2 831 h，大气压及氧分压分别为70.5 kpa(530 mmHg)和14.8 kpa(111 mmHg)。

Tab. 1 Demographic characteristics of the included subjects

1.2 场地Conconi测试

场地Conconi测试采用改良后逐级递增负荷运动(Conconi测试)[4]。具体步骤如下：(1)选择温度、湿度及光照适宜天气进行测试，受试者着轻便透气运动鞋服，预先进行10 min热身活动，热身活动包括慢跑(60%HRmax)及拉伸活动(静态拉伸+动态拉伸)；(2)热身后进行5 min休息，待受试者心率降低至100 beats/min以下方可进行场地测试；(3)男性受试者采用6级递增负荷运测试，以8 km/h为起始跑速，每级负荷时间3 min，每级负荷速度递增1 km/h；女性受试者采用5级递增负荷运测试，以7 km/h为起始跑速，每级负荷时间3 min，每级负荷速度递增0.8 km/h；(4)采用男女分组形式，每组包含8名受试者，测试中为防止受试者因运动经验不足造成体力分配不均，测试员采用跟跑、语言刺激(跑动中不断提醒受试者“坚持”、“注意调整呼吸”)的形式鼓励受试者。测试结束后，受试者应进行充分的整理运动。

Tab. 2 Conconi test load schedule

1.3 心率恢复能力及血乳酸恢复能力测试

要求受试者测试全程均佩戴芬兰产Polar S610i心率表，记录各级负荷运动中及运动后恢复期3 min、6 min、9 min、12 min心率，同时于安静时、每级负荷末及恢复期 3 min、6 min、9 min、12 min取受试者末梢血，采用德国产Lactate SCOUT便携式血乳酸测试仪测试血乳酸水平。血乳酸清除速率(V)参照公式(1)得出，即：(1)(Blamax-Bla12)/(12-t)。

1.4 肺功能测试

采用意大利MIR公司产Spirobank G呼吸功能测试仪进行肺功能测试，测试前使受试者明了FVC、FEV1及FEV1%的测试方法(即做最大深吸气后再做最大最快深呼气)并于测试日前一天进行3次呼吸功能预测试。测试前一周应保证充足睡眠，测试前受试者静坐休息10 min后开始测试，重复2次，2次测试间隔15 min。

1.5 运动实验质量控制

(1)抽样偏倚：为避免抽样偏倚，采用双盲法，即在选择受试对象前研究者及受试对象均不了解干预措施的分配，以避免研究者方面带来的主观偏倚。

(2)运动试验控制：为避免个别受试者因运动经验不足出现无法完成运动试验任务的情况，在运动试验前三天进行预测试及练习，并指导运动试验中跑速及体力分配方法。

(3)受试对象的中途撤出及管理：运动试验中受试对象若出现无法坚持运动的现象，则视为被动撤出，并剔除该受试对象数据。

1.6 统计学处理

2 结果

2.1 世居高原健康成人Conconi测试心率变化特征

由表3及续表3可知，在Conconi测试中，受试者心率水平随运动强度提高呈现上升趋势，且运动后恢复期心率水平呈现下降趋势；就HRDP心率值而言，男性组受试者随年龄上升基本呈下降趋势，女性受试者随年龄增长呈上升趋势。采用Conconi场地测试，结果表明世居3 200 m高原20～40岁人群心率拐点随年龄增长呈现下降趋势，随年龄上升，男性依次为160.73、161.13、152.68及154.37 beats/min，女性依次为149.91、151.53、138.78及142.86次/min，HRDPspeed随年龄上升存在下降趋势，20～30岁男性HRDPspeed为12 km/h，31～40岁男性HRDPspeed为11 km/h，20～30岁女性HRDPspeed为9.4 km/h，31～40岁女性HRDPspeed为8.6 km/h。由表4可知，随年龄增长，受试者Cionconi运动测试中及测试后恢复期心率水平呈现上升趋势，男性HRDP出现晚于女性，如20～25岁年龄段男性HRDP在负荷5出现，而同年龄组女性HRDP在负荷3或负荷4出现。由表5可知，世居高原健康成年男性Conconi测试中心率水平显著低于女性(P<0.05)，男性组随年龄上升HRDP出现时间提前，女性组该现象并不显著。总体而言，3 200 m高原环境下随着年龄上升，无论是循环系统对运动负荷的耐受能力还是有氧运动耐力均出现一定程度的消退现象。

Tab. 3 HR changes and HRDP were measured by Conconi in healthy adults living at high altitude

GenderAgen3 min6 min9 min12 minHRDP(bpm/min)HRDPspeed(km/h)Male20-2526147.31±8.74128.96±10.36114.71±9.5295.59±9.73160.731226-3032148.46±9.12130.15±11.02115.34±10.3697.10±10.61161.131231-3529150.34±11.05132.46±9.94118.01±12.4199.45±9.78152.681131-3522150.34±11.05132.46±9.94118.01±12.4199.45±9.78154.3711Female20-2525145.39±9.62130.64±9.58115.81±7.1699.36±8.75149.919.426-3028146.83±8.15130.97±8.47117.62±9.41100.61±10.54151.539.431-3533149.80±9.64132.13±10.50119.08±10.67102.93±10.25138.788.636-4030152.51±10.26135.49±8.56122.97±9.88104.82±9.67142.868.6

Tab. 4 Changes in HR measured by Conconi in healthy adults of different ages

Agen3 min6 min9 min12 min20-2551146.31±8.97129.74±10.02115.31±8.2697.33±9.0526-3060147.86±8.67130.45±9.26116.61±10.0198.57±10.4731-3562150.14±10.05132.46±9.94118.61±12.41100.76±9.8531-3552151.34±11.05133.86±9.94120.01±12.41102.15±9.78

Tab. 5 Changes in HR measured by Conconi in healthy adults with different

Gendern3 min6 min9 min12 minMale109148.61±9.57130.54±10.36116.84±11.4198.45±9.87Female116148.80±9.15133.12±9.01118.78±9.52101.53±9.54

2.2 世居高原健康成人Conconi测试血乳酸变化特征

由表6及续表6可知，就血乳酸变化规律而言，各测试组血乳酸水平随运动强度上升呈增长趋势，且恢复期血乳酸水平随时间延长均呈下降趋势。血乳酸拐点方面，随年龄上升受试者血乳酸拐点浓度逐渐降低，但低年龄组与高年龄组间不存在显著差异(P>0.05)。值得注意的是，各测试组受试者均出现了“乳酸平台期”，且该平台期维持时间不一致。由表7可知，随受试者年龄上升，受试者运动期血乳酸水平呈上升趋势，且运动期及恢复期血乳酸水平随呈现下降趋势。继“乳酸峰值”至运动后6 min，受试者乳酸恢复速率基本一致，但运动后6 min开始受试者乳酸恢复速率出现差异，31～40岁受试者出现显著的“钝化现象”。由表8可知，世居高原健康成年男性Conconi测试中血乳酸水平显著低于女性(P<0.05)，血乳酸恢复速度亦高于女性。

Tab. 6 Blood lactate changes were measured by Conconi in healthy adults living at high altitude

GenderAgen3 min6 min9 min12 minBLADP(mmol/L)HRDPBLA(mmol/L)Male20-25263.49±0.672.26±0.471.97±0.371.77±0.343.492.5326-30323.27±0.712.39±0.391.95±0.411.82±0.263.352.7231-35293.19±0.642.47±0.482.15±0.391.89±0.373.302.2331-35223.17±0.822.52±0.372.19±0.522.02±0.253.222.41Female20-25252.91±0.542.34±0.622.11±0.571.85±0.292.971.9126-30282.78±0.612.30±0.732.15±0.341.89±0.362.862.2631-35332.70±0.532.37±0.592.21±0.651.96±0.422.742.2836-40302.62±0.432.35±0.782.26±0.572.08±0.472.712.35

Tab. 7 Blood lactic acid changes were measured by Conconi in healthy adults of different

AgenLoad 63 min6 min9 min12 min20-25513.44±0.753.78±0.602.31±0.522.03±0.451.81±0.3126-30603.35±0.793.01±0.652.35±0.512.06±0.371.86±0.3031-35623.30±0.682.94±0.612.42±0.532.18±0.411.83±0.3936-40523.22±0.692.89±0.622.42±0.562.22±0.542.05±0.38

Tab. 8 Blood lactic acid changes were measured by Conconi in healthy adults of different

GendernLoad 63 min6 min9 min12 minMale1093.34±0.713.25±0.742.41±0.422.06±0.411.90±0.31Female116 /2.79±0.512.36±0.652.17±0.421.96±0.38

2.3 世居高原健康成人肺功能

由表9可知，世居3 200 m高原20～40岁人群肺功能存在年龄及性别差异。随年龄上升各性别组FVC、MVV、FEV1及FEV1/FVC水平均呈下降趋势，男性组以上各数据均显著高于同年龄段女性组(P<0.05)。由此可见，3 200 m海拔下高原健康成人的肺功能退化轨迹可能与平原或其他特殊地形下的适龄人群无显著差异。

Tab. 9 Lung function of healthy adults on

2.4 世居高原健康成人Conconi测试HRDP与乳酸恢复能力、肺功能的关联性分析

结合负荷-心率(load-heart rate)曲线及心率-血乳酸(heart rate-blood lactate)拟合曲线可知，受试者心率水平与血乳酸浓度存在线性关系(表10)，其中，20～25岁男性组相关系数为0.8345(P<0.01)；26～30岁男性组相关系数为0.8954(P<0.01)；31～35岁男性组相关系数为0.8680(P<0.01)；36～40岁男性组相关系数为0.8892(P<0.01)。20～25岁女性组相关系数为0.9318(P<0.01)；26～30岁女性组相关系数为0.9661(P<0.01)；31～35岁女性组相关系数为0.9663(P<0.01)；36～40岁女性组相关系数为0.9599(P<0.01)。

就HRDP与肺功能的关联性而言，由表10可知，各性别、年龄组HRDP值均与其MVV水平存在显著关联，r值依次为0.8345、0.8954、0.8680、 0.8892、0.9318、0.9661、0.9663及0.9599 (P< 0.05)。同时，除男性组36～40岁受试者外(r= 0.3634,P>0.05)，其余各性别、年龄组肺功能与乳酸消除速率亦存在显著关联，r值依次为0.7523、 0.6484、0.5261、0.6728、0.6716、0.8239、0.7605 (P<0.05)。

Tab. 10 Conconi test the association between heart rate and blood lactate in healthy adults on plateau

3 讨论

HRDP通常被称为“心率偏离点”、“心率中断点”、“斜率变化点”、“心率阈值”或“心率转折点”。在递增负荷运动中表现为特殊的心率微分或“偏移”或心率性能曲线(HRPC)。专业运动员、未训练者(儿童、青少年及中年男性)在递增负荷运动测试中均证实了HRDP现象[5]。Conconi等人首次提出，在HRDP处的跑动速度与无氧阈处的跑动速度有关[6]，随后Conconi等人开发了逐级递增负荷的现场测试用于评估HRDP，并且该方法已经被应用于包括现场和实验室环境中的其他体育活动[7]。前人研究表明，高负荷运动状态下，血乳酸水平攀升，血浆pH值下降，机体发生代谢性酸中毒，可促进氧合血红蛋白解离，加速氧气释放，从而提高心脏循环效率，降低心率增长幅度[8]。在体育运动实践中，HRDP可被视为机体由有氧代谢向无氧代谢的过渡点，因此HRDP在有氧运动强度的制定中具有重要的参考意义。以往的研究认为，HRDP在最大心率的88%～94%范围内出现[9]，但该类研究几乎都基于耐力运动员来进行，鲜有普通人群的HRDP评估测试。

本次研究结果表明，世居3 200 m高原成年人群在改良Conconi测试中出现明显的HRDP现象，且该现象与性别、年龄存在关联性，男性HRDPspeed平均高于女性，低年龄段人群HRDPspeed高于高年龄段人群。分析其原因主要在于：(1)遗传因素：研究表明，有氧耐力水平具有显著遗传倾向，血管紧张素转化酶(ACE)是肾素-血管紧张素系统的关键酶影响人体心血管系统机能，ACE基因多态性与耐力素质存在显著关联，彭晓梅等[10]证实，南疆塔吉克人群ACE基因多态性的分布与性别无关，DD型及D等位基因频率低于南疆维吾尔族，同时Ⅱ型频率均高于欧美人及日本人，ACE基因表达水平可能导致高原世居成人有氧耐力水平与世居平原成人存在差异。(2)心率变异性：于伊[11]等研究表明世居藏族健康成人的心率变异时域指标RMSSD、PNN50%高于西宁地区藏、汉族健康成人。Oliver Monfredi[12]等研究证实HRDP与机体心率水平存在高度关联性，由此可见，世居3 200 m高原成人HRDP的特殊表现可能与其心率变异性存在关联。道仁·叶尔江[13]针对高原公路驾驶员心率变化规律进行分析发现，高原驾驶员心率变异性波动水平随年龄增长逐渐上升，但不同年龄高原世居人群HRDP特征的具体机制仍有待进一步研究。(3)生活习惯：生活习惯主要包括饮食习惯、作息习惯、体育锻炼等因素。研究证明，新疆少数民族居民的肉类食品消费行为选择显著不同于汉族居民，高热量、高蛋白的营养摄入方式可能导致体格差异；其次，不同年龄及不同性别高原成人体育锻炼习惯也存在一定差异，可能导致其运动心率表现存在相应差异。

血乳酸已被广泛应用于运动训练监控领域，可用于评价个体有氧运动能力、无氧运动能力，在运动负荷制定中发挥重要作用。大量研究认为，血乳酸恢复速率是指定量负荷运动结束后血乳酸恢复的速度，是反应机体代谢能力的重要指标[14]。运动过程中肌纤维线粒体是产生乳酸的主要场所，乳酸的生成量与运动负荷及机体代谢能力密切相关，通过了解个体运动后血乳酸恢复速率可以掌握机体内乳酸代谢特点，进而评价个体代谢能力。关于世居高原人群乳酸阈(lactate threshold,LT)的相关研究相对较少，王志锋[15]对世居3 200 m海拔13～18岁中学生乳酸阈心率进行测试发现，高原地区中学生LT随年龄增长而升高，但缺乏世居平原同龄人群对照研究。本次研究结果表明，随年龄上升受试者血乳酸拐点浓度逐渐降低，且各测试组受试者均出现了“乳酸平台期”，运动后6 min开始，受试者乳酸恢复速率基本一致，但运动后6 min开始受试者乳酸恢复速率出现差异，31～40岁受试者出现显著的“钝化现象”。各测试组乳酸恢复能力表现出明显的年龄及性别差异，即男性组各年龄亚组均显著高于女性组(P<0.05)，各测试组血乳酸恢复能力(V)均随年龄上升逐渐下降。研究证实，HRDP可用于评价无氧阈，Conconi测试中各参数指标具有高度一致性。Droghetti[16]等通过研究8名赛艇运动员在Conconi测试后LT与HRDP的相关性时发现，二者之间相关系数r为0.86， 并认为通过HRDP确定的LT可以作为一种可靠又简便的方法来评价赛艇运动员的无氧阈。因此，世居高原成人LT差异的形成机制可能与HRDP有关。

肺通气能力是衡量人体呼吸系统工作能力的重要指标，更是运动中保证充足氧供应的先决条件，因此肺功能与有氧耐力水平可能存在内在联系。李玉红等[17]对高原环境下藏族人群的肺通气功能进行研究发现，世居高原藏族人群FVC及FEV1水平均显著低于新移居高原汉族人群，存在低氧通气功能反应钝化现象，且移居3年以上汉族人群FVC及FEV1水平与高原藏族人群间无显著差异。现阶段虽缺乏高原环境对人体肺功能的研究，但结合上述研究可以推断，长期高海拔应激可能导致人体肺功能水平出现下降。世居高原人群的最大摄氧量、肺通气量出现适应性提高现象，但与肺通气量相较，FVC、FEV1及FEV1%更趋向于评价人体的单位时间内通气能力，可客观评估机体通气阻力及呼吸肌力量。以往的研究认为，高原状态下FVC、FEV1及FEV1%的下降可能因机体对高原低氧产生适应性反应，但该种应答行为仅提高了总体通气能力，并未改善人体的呼吸道气流阻力及呼吸肌力量。本次研究证实，世居3 200 m高原环境下，随年龄上升各性别组FVC、MVV、FEV1及FEV1/FVC水平均呈下降趋势，男性组以上各数据均显著高于同年龄段女性组(P<0.05)。因此，世居高原人群在安静状态下可能表现为通气量提高，但呼吸道阻力可因高原应激而提高，故降低了单位时间肺活量水平。这种现象可通过高原氧化应激其机制解释：研究证实，世居高海拔地区人群虽具有更大的肺通气量，吴天一[18]认为世居高原藏族人群的最大摄氧量、肺通气量均高于世居平原人群，这可能与长期高原低氧环境刺激有关，该观点佐证了本研究结果。

通过对世居3 200 m高原20～40岁健康人群的HRDP、乳酸恢复能力及肺功能关联性分析显示，Conconi测试中HRDP与乳酸恢复能力、肺功能间可能存在显著关联，可以作为综合评定3 200 m高原适应状态下20～40岁健康人群有氧耐力水平的有力指标。可见，上述三指标间存在递进关系，即肺功能为有氧运动提供先决条件，有氧运动能力发挥中介效应。