NIRS技术在运动训练监控中的应用

唐承斌　苗梁

中图分类号：G808   文献标识：A     文章编号：1009-9328（2022）05-242-02

摘  要  本研究的目的在于对近年来NIRS技术在运动训练监控中的应用现状进行归纳，总结出其在运动训练监控中主要应用途径。本文以NIRS技术的主要应用途径作为研究对象，采用文献资料法、逻辑分析法进行探讨与分析。通过研究，认为NIRS技术主要应用于评定有/无氧能力、判定疲劳状态、判定负荷强度、关联其他生理生化指标。结论：NIRS技术丰富了运动训练监控时的实时监测手段，为监控提高更切实可靠的科学依据，对调整训练计划，提高训练效果，对运动训练具有重要的指导意义，但仍存在应用局限性较大，推广力度较小等问题。

关键词  运动训练监控  肌氧  近红外光谱技术  技术应用

一、前言

如今，体育运动训练的发展日新月异，体育运动训练由过去的以教练员与运动员为训练主体发展为以教练员、科研人员团队和运动员为主体的多主体化训练模式，训练理念也由过去的教练主导、运动员训练转变为教练制定、科研团队设计、运动员参与的新理念。同时，随着现代科学技术的不断发展和理论研究的接续深入，多学科知识的融入以及相关物质条件的完善对提高运动员成绩的帮助十分显著。随着经验主导训练的时代渐渐落幕，运动训练科学理论指导拉开了运动训练新时代的大幕。教练员与科研人员一道，对指导项目进行科学理论的學习与参考，结合运动员的实际情况，以合理的相关生理指标评估运动员的状态，制定针对性的训练计划，才能使运动员产生符合既定目标的适应性变化，从而发掘出运动员的最大潜能，使运动员获得理想的运动成绩。

随着学科发展，在临床和科研中已经广泛开展了对人体运动时的各种生理指标的监测和对多项监测技术的应用，越来越多的生理指标被研究人员认为可以用于进行运动训练监控，监控角度逐渐出现精细分类，开始从生理学、生物力学、解剖学、心理学等学科角度出发，并着重于从心率、血乳酸、RPE、肌氧[2]等指标对运动员的训练过程进行检测与监控，这些指标在运动训练过程中的表现能够清晰地体现运动员的状态。所以，越来越多的研究者意识到在对运动员开展一般或专项训练时，要时时关注运动员的身体状态，尤其要对运动员各项生理指标进行测试与分析，以了解各个训练阶段的训练收益并及时作出相应的建议及调整改变。在这一发展过程中，能否对所得生理指标进行科学合理的监测、记录、应用、分析成为运动训练监控学科的焦点，能否真正融入运动训练过程本身，也被认为是该学科有效性的印证。

氧作为人体完成正常新陈代谢和维持正常生命运动的重要基础物质，在体内承载着搭乘血液运输能源物质等重要作用。在运动训练过程中，骨骼肌进行收缩时会产生大量的氧耗，从而满足骨骼肌对于能源物质的需求，以维持运动过程。如果无法维持氧供给，肌肉则会快速产生脱氧现象，从而造成无法维持既定运动强度的情况出现。因此，监测氧供给的情况对进行运动训练监控至关重要。

肌氧技术作为监测氧供给的现代技术，在国外约有五十年的应用历史，在国内也有近三十年的发展历史，得益于在训练监控中所表现出的便利性与即时性，以及技术本身的连续性、可重复性和对具体指标的敏感性，突破了传统的有创监测的局限，其获得了研究人员和教练员、运动员的广泛支持。

二、运动训练监控与肌氧技术

（一）运动训练监控（Monitoring of sport training）

运动训练监控是指运动训练过程中，通过记录、测量、测试等手段获取运动训练的反馈信息，以此评价运动训练安排与运动员现实状态的关系，进而对训练计划进行调整、修改，从而控制训练过程的活动。

（二）肌氧（SmO2）

肌氧即肌氧饱和度是指局部骨骼肌动脉、静脉和毛细血管中氧供、氧耗的动态平衡和肌红蛋白氧含量的总体效应。

1.肌氧测试工具及方式。肌氧测试在国内外的运动实践中的运用极为普遍，肌氧已经成为了运动训练监控中生理指标的重要组成部分。目前的肌氧测试工具基本上都是在近红外光谱（Near infrared spectroscopy，NIRS）技术的基础上发展而来。在运动训监控领域，常使用NIRS-sEMG组合应用，来提高监测的准确性。如今也有学者提NIRS-DCS的组合应用。已用于测量肌肉氧合的近红外肌氧仪有三大类：连续波（Continuous Wave NIRS）、时间分辨（Time Resolved Spectroscopy）或时域（Time Domain NIRS）或飞行时间质谱，以及频域（Frequency Domain NIRS）强度调制。

测试方式则主要是使用便携可穿戴式无线肌氧测试（NIRS）仪器，连接控制电脑使用，并通过相关公式得出实际数据。

2.NIRS技术缘起。在NIRS技术广泛应用于运动训练监控之前，受物质及理论等方面条件的制约，研究学者、教练员和运动员进行收集血乳酸等生理指标通常会使用有创采集方式进行，这不仅会挫伤受试者参与测试的积极性，同时有创采集的方式有着一定的侵入性、间断性、滞后性的局限存在，实验者与受试者均期待一种新技术的到来。二十世纪70年代，NIRS技术主要应用于医疗试验领域，着重于实验和如脑氧合观测。1977年，国外学者Jobsis首次提出使用NIRS技术检测生物组织的血氧参数，其观点得到国际上的广泛认可，并开展了一系列探索。1992年，第一次用于专业（赛艇项目）运动员的监测由Briton Chance开展，围绕耐力训练展开，国内各研究机构也开始使用自制的测试工具进行检测。早期学者曹建民就曾使用肌氧无损监测法对无氧运动和递增负荷运动测定十名受试者的肌肉氧含量的变化，佐证了研究学者对肌氧技术可靠性的认可。由此起，国内兴起了用NIRS技术进行肌氧生理指标的应用。

三、NIRS技术应用

（一）评定有/无氧能力

在实际的运动训练监控实验中，NIRS技术主要是与联合动态性逐级递增运动测试相结合，常用于动态训练过程的监控中，主要应用为耐力/力量的训练，尤多见于逐级递增功率自行车的负荷测试，根据受试者在测试过程中对应的主动肌群肌氧含量的变化、检测其脫氧与复氧状态来评定实验对象有/无氧能力的工作能力。

根据所梳理的相关文献资料，发现使用NIRS技术进行肌氧检测的实验主要是通过测定骨骼肌内肌氧饱和度的变化状态：运动实验过程中，骨骼肌内的肌氧饱和度呈现先升高后回落的趋势。结合“无氧阈”概念，肌氧拐点与前者的阈值拐点一致，进而可评定受试者的有/无氧能力，这与早期学者的预测一致，但由于其是多为实验室测试方法所得的数据，虽然与运动场测试方法有着一定的等同性，但更大程度上所得数据多表现的是局部能力，而不是整体能力，且易受NIRS测试仪器绑带颜色、信号干扰、个体差异（训练基础）等因素的不利影响。

（二）判定疲劳状态

传统的肌肉疲劳判定方法具有间断性、滞后性的局限，但判定运动中的肌肉疲劳状态对防止运动员出现伤病风险增加、出现过度训练等情况，从而进行有效训练，达到理想的训练效果至关重要。NIRS技术在应用的初期，李秀荣等就预测该技术在应用于监测运动员负荷与疲劳关系方面具有一定的前景，值得后来研究者的探索。随着研究的深入，NIRS仪器步入商业化，单/多通道仪器不断出现，为研究者们科研活动的展开提供了物质与理论条件。后来的学者们通过研究证实，通过该技术对肌氧状态进行监测，能够明显地观测到运动时氧供给与消耗产生失衡（运动中肌肉产生“缺血”会影响氧气的供给），从而导致肌肉疲劳造成肌肉工作能力下降，从而造成不再能维持既定训练目标的现象。同时，在Halson的研究中指出，适宜的训练监控是必要的，且运动员的疲劳状态是多因素导致的，通过运动中肌氧含量的非常态变化判定疲劳状态，可以最大限度地减少运动员的疲劳、损伤，从而更有效地达到训练目的。

（三）判定负荷强度

没有负荷就没有训练，运动负荷是训练活动的重要组成部分。近些年来，有学者提出心率在监测负荷强度时有着一定的局限性，不利于精准确定负荷强度。通过穿戴肌氧监测仪进行的实验结果显示，在肌肉收缩和放松期间，肌氧含量有显著性差异，主动肌群的肌氧含量变化对负荷强度的敏感性较高，高强度的负荷会造成肌氧含量变化的速度加快，幅度增大，通过NIRS检测仪器能清晰地表现出来。Vasquez Bonilla Aldo A在其研究中提出，在运动训练监控过程中，负荷强度可以通过肌氧含量的变化情况而连续、动态地表现出来。在运动实验过程中，随着负荷的递增，全身血液循环加速，这是由于参与运动的骨骼肌需要大量血液维持运动过程，心输出量增加。随着负荷强度不断升高，骨骼肌需要更多的供氧，肌氧饱和度则不断增高，但由于摄氧量和供氧量具有一定的上限，当氧供不足时，就会产生缺氧现象，肌氧含量开始极速下降，出现对应肌群脱氧现象，到一定负荷时，肌氧下降速率趋缓，休息时肌氧又不断回升，产生复氧现象。这一结果表明在不同的负荷强度下，肌氧含量的变化具有规律性，与负荷强度高度相关。

四、结语

肌氧技术的出现丰富了运动训练监控时的实时监测手段，克服了以往传统监测方式的种种弊端，尤其是其无创的便利使得肌氧技术具有光明的应用前景，同时也使得运动训练监控的“监”更具时效性和可靠性，为“控”提供切实可靠的科学依据，从而在进行“控”时候有着更高的可行性（尤其是肌电与肌氧的结合运用）。

遗憾的是，国内对肌氧技术的应用领域较国外狭窄，尤其是多见于赛艇和中长跑项目中，且多从实验室数据监测的角度出发，并与功率自行车结合较多，用以测试某一训练方式/方法的有效程度，表现出明显的局限性。

同时，国内肌氧技术的监测目标人群多具有专业运动背景，而针对社会大众的监测较少，虽然在一些日常设备（如健身手环、健身APP）上有所应用，但大众对此技术的了解较为匮乏，监测作用微乎其微，其推广程度还有待提高。

参考文献：

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