模拟低氧训练对大学生有氧运动能力和生理机能影响研究Simulated Hypoxic Training on the Study of College Students' Aerobic Exercise Capacity and Physiological Functions

涂晏豪，谭泽芹，舍斯杰娜娃TU Yanhao, TAN Zeqin, Shesterova



模拟低氧训练对大学生有氧运动能力和生理机能影响研究
Simulated Hypoxic Training on the Study of College Students' Aerobic Exercise Capacity and Physiological Functions

涂晏豪，谭泽芹，舍斯杰娜娃
TU Yanhao, TAN Zeqin, Shesterova

摘 要：模拟低氧训练是高原训练的一种方法，在运动训练中发挥着积极的作用。实验主要遵循了高原训练基本规律和原理，并首次采用对平原大学生佩戴人工抗氧训练嘴（以下简称阻氧嘴），模拟低氧环境进行训练的手段，观察和记录大学生实验前后生理生化指标的变化趋势，对采用阻氧嘴模拟低氧训练模式是否能有效提高人体有氧运动能力和改善生理机能水平的可行性进行探索。实验将30名平原大学生随机分为低氧组和普通组，两组大学生执行35天的同等负荷训练。实验结果表明：使用阻氧嘴的低氧组大学生较普通组有氧运动能力显著提高；800m专项成绩提高幅度大于普通组；在平原使用人工阻氧嘴的模拟低氧环境训练手段具有可行性。

关键词：低氧训练；大学生；有氧运动能力；生理机能

作者单位：成都体育学院，四川 成都，610000。Chengdu Sport University, Chengdu Sichuan, 610000, China.

Abstract:Simulated Hypoxic Training, as a method of altitude training, which plays an active role in sports training. The experiment mainly follows the basic rules and principles of altitude training and firstly renders plain students to wear artificial antioxidant training nozzle (hereinafter referred to as oxygen barrier mouth). Simulated hypoxic environment for training is beneficial for college students to observe and record the physiological and biochemical indices trends before and after the experiment. In addition, it explores the feasibility of whether the use of oxygen inhibition mouth simulated training model under hypoxic environment can effectively improve the body's aerobic capacity and improve the level of physiological function. The experiment randomly divided 30 plain students into two groups of hypoxia and ordinary. They two groups conduct equal training load for 35 days. The results show that: compared to the ordinary group students, with the use of the oxygen inhibition mouth, students’ aerobic exercise capacity is significantly improved; the increase rate of 800m Specific Performance is higher than the ordinary; the use of artificial oxygen inhibition mouth simulated hypoxia-training means in plain are feasible.

Key words:Hypoxic training; College Students; Aerobic exercise capacity; Physiological functions

模拟低氧训练指在运动训练周期中持续或间断采用低氧条件刺激，利用高原自然低氧环境或人工模拟低氧环境对人体所产生的特殊生物学效应，配合运动负荷刺激增加机体的缺氧程度，以调动体内的机能能力，从而产生一系列有利于提高运动成绩为目的的方法[1]。国内外关于低氧训练的研究已有半个多世纪的历史，低氧训练研究涉及到了训练学、生理学、生物化学、分子生物学等方向的研究成果，大量文献研究表明，低氧训练是提高运动员有氧运动能力的一种有效的训练手段，其原理是利用高原低氧或人工低氧、低压的环境刺激机体体内红细胞生成增多，从而改善血液的携氧、运用氧的能力。所以，往往在低氧训练过程中，对受试者机体相关生理生化指标变化规律的监控成为评价训练效果的重要依据。20世纪90年代，美国学者Levine BD首次提出高住-低训（HiLo）的模拟低氧训练方法，结果显示HiLo能够提高运动员有氧运动员能力[2]；后相继出现高住-高训-低训（HiHiLo）、低住-高练（LoHi）、间歇性低氧训练（IHT）模拟高原训练方法[3]。实践验证，各种模拟低氧环境训练结果均能不同程度地提高运动员有氧运动能力和改善人体生理机能水平。从经济学角度考虑，运动训练团队每往返一次高原、平原或建设人工低氧、低压舱，将耗费大量的物力和财力，而在模拟低氧环境训练研究领域里，在平原使用人工阻氧嘴从事低氧训练活动的相关尝试和文献资料甚少。所以，以下组织的实验工作将填补这方面的空缺，实验成果将对从事耐力项目训练的教练员和运动员提供实践性参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

成都体育学院体育系学生18人，运动系学生12人，共30人（30人皆为世居平原大学生），受试者具有一定的体能训练水平。随机将30人分为两组，即低氧组（实验过程中佩戴阻氧嘴）和普通组（实验过程中不佩戴阻氧嘴），阻氧嘴采用JXB2002-1型抗缺氧训练嘴，由中国人民解放军总参谋部军训部研制。两组大学生实验期间执行同一训练大纲，完成相等负荷的训练量。训练地点：成都体育学院。

1.2 研究方法

受试者完成35天训练任务（2015年7月1日至2015 年8月4日）。以“周”为阶段，共5个训练阶段：即小、中、大、大、中5个递增式负荷强度的训练。每周4次训练课（即周1、3、5、6），共20次训练课。每次训练课持续90min-100min。

1.2.1 生理生化（血象）指标 采集3个生理生化指标：最大摄氧量（VO2max）、血乳酸（Bla）、血红蛋白（Hb）。采集地点：成都体育学院四川省运动人体科学重点实验室。

（1）最大摄氧量VO2max仪器：美国Physio-dyne公司的MAX-II运动心肺功能测试系统，跑台为德国h/p/cosmos公司的专业运动跑台。整个训练过程进行3次测试。第1次测试时间在整个训练计划开始的前两天进行，第2次在训练3周后进行，第3次在整个训练计划结束1周后进行。

测试方案：①运动员测试前戴上三通阀口罩，在跑台上以10km/h速度热身跑5min。②正式测试：运动员以11km/h的速度运动2min，然后以每分钟增加1km/h的速度逐级递增负荷，分别为12、13、14、15、16、17km/h；当跑台速度达到18km/h后，按每分钟坡度增加1%递增负荷，同时速度不再增加，直至最大摄氧量VO2max达到以下标准：心率大于185次/min；呼吸商大于1.10；体力达到力竭，受试者不能保持原有的运动强度；负荷递增但摄氧量不再递增出现平台，前后负荷的摄氧量差数不应超过2ml/kg.min。

（2）血乳酸BLA仪器：美国金泉YSI®1500SPORT血乳酸分析仪，试剂盒由厂家直接购得。血乳酸共4次测试，其中3次测试时间在最大摄氧量测试完毕后4min－5min进行，另外1次在第2周训练后休息4min－5min进行。

（3）血红蛋白Hb仪器：日本CA-500全自动三分类血球计数仪，试剂盒由北京鸿奥医疗科技发展有限公司提供。测试时间在最大摄氧量测试前进行。

1.2.2 基础心率HR 运动员在每天清晨苏醒静卧3min后自行测定并记录

1.2.3 训练内容 包括：一般身体素质训练（拉伸、实心球、克服自身体重），一般耐力训练（1500m、3000m），肌肉力量耐力训练，专项速度耐力（400m、600m、800m）以及速度训练（100m）。

1.2.4 800m运动成绩测试 测试场地：成都体育学院。两组大学生第1次测试在训练1周后进行，第2次在训练3周后进行，第3次测试在整个训练结束后1周进行。

实验所得数据用X±SD表示，用SPSS 21.0软件统计包处理。生理生化指标采用重复性测量方差分析处理，实验前后最大氧耗VO2max的差异比较用独立配对T检验处理。显著性水平为p<0.05，极显著性水平为p<0.01。

2 实验结果

实验前后3次VO2max测试结果显示，普通组、低氧组组间每次测试结果对比无统计学意义，但两组VO2max总体呈上升趋势（图1），普通组升高29.59 ml/kg.min，增长幅度61.3%；低氧组升高28.74 ml/kg.min，增长幅度57.3%（表1）。同组别3次测试结果比较，两组第2次测试结果与第1次测试结果VO2max有升高趋势，有极显著性差异（p<0.01）；普通组第3次的测试与第1次、第2次比较，VO2max仍提高，有极显著性差异（p<0.01）。低氧组第3次测试结果与第1次比较具有极显著性差异（p<0.01）。

表1 普?通组与低氧组最大摄氧量VO2max比较（ml/kg.min）

图1 普通组和低氧组最大摄氧量比较

在对大学生3次Bla测试中，两组组间比较无统计学意义，普通组出现先下降后回升的趋势，而低氧组则表现为持续下降（图2）。普通组第3次测试Bla回升，但与第1次、第2次相比不具有显著性差异。普通组第2次测试结果明显低于第1次测试结果（p<0.01）；低氧组第3次测试值显著低于第1次测试值（p<0.01），其余对比均无统计学意义。实验后，普通组Bla值降低1.44 mmol/L，降低幅度11.9%；低氧组降低2.83 mmol/L，降低幅度25.1%（表2）。

表2 普通组和低氧组血乳酸Bla比较（mmol/L）

图2 普通组和低氧组血乳酸值比较

普通组前3次Hb测试结果较实验前无统计学意义，第4次测试值较实验前明显升高（p<0.05）；低氧组第4次测试结果与普通组相比，有显著性差异（p<0.05），与组内第1次、第3次测试值相比均有显著性差异（p<0.05）（图3）。两组Hb测试结果都表现为先降低、后升高的变化趋势。普通组实验后Hb值升高15.8 g/L，增长率10.1%；低氧组实验后升高30.43 g/L，增长率为20.9%（表3），显而易见低氧组高出普通组两倍之多。

表3 普通组和低氧组血红蛋白Hb比较（g/L）

图3 普通组和低氧组血红蛋白值比较

本实验中，普通组大学生HR表现为持续降低，实验后基础心率明显低于训练前、1周后和2周后水平（p<0.01，p<0.05）（图4）。与普通组不一致的是，低氧组以“2周后”为节点，表现为先升高（p<0.01）后下降的趋势（表4）。

表4 普通组和低氧组基础心率HR的比较（次/min）

图4 低氧组和平原组基础心率的比较

普通组和低氧组大学生800m成绩第3次测试的结果较第1次测试结果均显著提高（p<0.01）（图5）。两组第3次测试结果与第2次测试的结果呈显著性差异（p<0.05），但实验后的测试成绩组间对比无统计学意义。

表5 普通组和低氧组800m成绩比较（s）

图5 普通组和低氧组800m成绩比较

3 分析与讨论

模拟低氧训练与天然高原训练有许多相似之处，对运动员机体均产生一系列复杂的生理与训练学效应。已有的文献报道称[4]，随着运动员机体对训练负荷和低氧环境的适应，低氧训练可增强其心肺功能、改善骨骼肌组织中相关氧化酶的活性，增强肌红蛋白浓度、线粒体体积和数量，以及毛细血管密度等方面因素来提高血液和骨骼肌运输、利用氧的能力，而从提高机体的有氧运动能力。目前在运动实践中评价低氧效果的指标主要是气体代谢指标、血象指标和心率等。

3.1 最大摄氧量VO2max实验前后的变化

VO2max是反映肌肉利用氧的能力和人体有氧运动能力的一项关键指标，它是对运动时心肺功能状况综合评定的一项参数。Байковский Ю.В研究发现耐力训练的初期训练强度在40%-50%时个人VO2max值迅速增加，当达到70-90%强度时VO2max为最佳值[5]。Hoppeler（1963）等人采用持续2周，每天2h在模拟海拔4000m的低氧环境下进行2次30min的骑功率车自行车训练，结果显示受试者VO2max有所增加[6]。Gormley 和 Swain认为低强度训练能够提高运动员VO2max，并指出优秀运动员的VO2max可超过常人的两倍[7]。本实验第1周负荷安排强度较小，后逐渐增大，而两组大学生VO2max值也逐渐上升，与上述观点不尽一致。有不同研究报道，Kime等（2003）对8名青年自行车运动员的研究结果发现[8]，3周的低氧训练并不能提高运动员VO2max值，认为运动员在低氧状态下，VO2max值呈下降趋势。导致两种结果的差异性可能跟低氧状态下不同负荷强度的刺激、受试者的个体差异以及参与者样本数量有关。低氧环境下运动员经常被迫以较低的心率训练，从而导致心输出量降低，摄氧量下降，这是由急性缺氧所引起的[9]。虽然低氧组VO2max提升幅度低于普通组，但这种差异并无统计学意义，实验结果表明阻氧嘴对增大运动员VO2max、提高有氧运动能力是有效果的。

3.2 血乳酸Bla实验前后的变化

Bla是人体中能量代谢的一个重要物质，是糖无氧酵解的中间产物，同时Bla对影响肌肉代谢能力和人体运动能力具有重要作用，其提升幅度与负荷刺激强度有明显的对应关系，被定义为评价身体训练适应程度、掌握运动强度和检测运动能力的“标尺”[10]。人体受到低氧刺激时，骨骼肌组织、储存氧的能力被提高，改善了骨骼肌的微循环，增加细胞从低氧血和血浆中利用氧的能力，增加线粒体的数量、体积和毛细血管密度，改善呼吸链功能，促进关键氧化酶和抗氧化酶活性的提高[11]。有研究表明，耐力性项目训练中，由于训练强度逐渐增大，会导致Bla值增大[3,7]，在低氧环境下训练，Bla更是会出现高峰值。但其他学者的研究成果认为，在耐力项目的训练和比赛中，递增强度运动后训练水平越高的运动员Bla越低[12-13]。低氧训练可引起大量的肌乳酸生成，糖分解加速，导致丙酮酸和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化（NADH）生成速度加快，缺氧抑制在线粒体中的丙酮酸和NADH氧化，两者共同作用加速了乳酸的生成。实验中，普通组第2次测试与第1次测试有显著性差异，低氧组无显著性变化；实验后普通组Bla较第1次测试虽有下降，但不具有显著性差异，且实验后普通组Bla有回升趋势，乳酸曲线左移，说明普通组大学生在大强度训练后引起了大量乳酸生成，而低氧组实验后Bla较第1次测试具有极显著性差异（p<0.01），且降低幅度大于普通组，呈持续下降趋势，表明在相同负荷的运动强度时，低氧组血乳酸浓度高于普通组，即低氧组大学生骨骼肌供氧能力比普通组要强，乳酸代谢酶的活性和乳酸清除速率比普通组高。低氧训练对乳酸生成具有一定的抑制作用，同时乳酸消除的速率提高，运动后乳酸值的下降反映了大学生高强度运动阶段有氧代谢参与供能的比例相对提高，机体对酸的耐受和缓冲能力有所增强，从而机体有氧代谢的能力得到改善。所以，经过4周的低氧训练，可以使大学生在完成大强度运动训练后Bla值明显降低，提高大学生机体有氧代谢的能力，并且实验后低氧组大学生在方面的表现要优于普通组。

3.3 血红蛋白Hb实验前后的变化

Hb是红细胞的主要成分，它直接影响人体的身体机能和运动能力。Hb的主要生理学作用是运输机体有氧代谢需要的氧气和物质代谢产生的一氧化碳，并参与血液酸碱平衡的调节。低氧环境训练可以增加促红细胞生成素（EPO），在一定程度上EPO促进了红细胞数量的增加，同时也导致血红蛋数量的增加；因此，Hb数量的多少直接影响到机体的有氧代谢能力[13]。实验前后两组大学生Hb值变化一致，先降低后升高，这是由实验过程中运动负荷递增变化引起体能消耗下降、低氧刺激使体内代偿性增加导致的。实验后两组大学生均超出实验前测试的值。许帆等（1989年）观察到，人体暴露于低氧环境3天后，血红蛋白Hb增长6%，红细胞RBC增长5%；3周后，Hb和RBC分别增长13.5%和12.8%，受试者返回平原状态12天后Hb和RBC仍较低氧训练前增加6.8%和9.0%，本实验结果与上述研究成果一致。两组大学生Hb数量出现先下降后升高的趋势可能是由于运动负荷的消耗而导致的，低氧组大学生在第2周训练时Hb值下降可能由于低氧的刺激而引起体内代偿性增加，并受运动负荷的影响造成。实验证明：通过35天的训练，两组运动员有氧运动能力均有所提高；低氧组实验后测试的Hb值无论与普通组实验后测试的值相比，还是与组内第1次、第3次测试相比较，都具有显著性差异（p<0.01，p<0.05），且低氧组实验后值增长率大于普通组，说明佩戴阻氧嘴的低氧组取得的训练效果优于普通组。

3.4 基础心率HR实验前后的变化

HR是耐力项目训练研究最简单、最直接的指标。安静时HR的变化直观反映出心血管机能状况。雷欣认为运动员在低氧环境下训练时，晨脉能够反映出运动员的身体机能状况[14]。实验中普通组前面升高可能是由于低氧环境的刺激，氧分压减少、动脉分压、血氧饱和度降低引起交感神经兴奋，以及每心搏输出量减少引起的，同时表明此时运动员对训练负荷反映较大，机能状态下降；从第2周后HR开始下降，说明机体对佩戴阻氧嘴的模拟低氧环境的刺激产生了适应。实验后两组运动员组间对比无显著性差异，但低氧组实验后的基础心率平均值50.9±4.0次/min低于普通组的54.4±3.1次/min，较实验前分别降低12.4%和7.2%，说明低氧组大学生实验后机体恢复效果良好。

3.5 800m专项成绩测试结果

800m测试为专项耐力测试成绩，是检验训练效果的最直接体现。从整体上看（表5），普通组与低氧组大学生实验后800m专项成绩均实现了不同程度的提高（普通组提高7.6%，低氧组提高8.1%），证明针对本实验所制定的训练大纲对两组受试者耐力素质的提高都是有利的。

耐力性项目训练是一个长期性、系统性的训练过程。我国每年都有不同运动项目的代表队往返高原、平原数次，力求利用低氧环境完成运动负荷，加强对运动员生理机能的刺激，以获得平原比赛时专项运动成绩的提升。此次实验周期为35天，仅是全年训练周期中的某一个小周期训练，由于实验周期过短和其他客观因素的影响，实验无法得到后续跟踪。但实验检验了大学生佩戴阻氧嘴模拟低氧环境条件下的训练效果和可行性，从以上实验结果的综合分析和对大学生生理生化指标影响深度可得出结论：佩戴阻氧嘴的低氧组整体训练效果优于普通组。

4 结 论

（1）实验验证，为本次实验所制定的训练大纲对两组大学生有氧运动能力增强是有利的。

（2）使用阻氧嘴的低氧组最大摄氧量VO2max值略高于普通组，两组之间无明显差异；实验后，低氧组血乳酸值Bla低于普通组；血红蛋白数量Hb高于普通组，骨骼肌利用氧的能力比普通组强；基础心率HR低于普通组。

（3）实验后800m专项成绩测试结果：两组大学生通过训练成绩均有所提升，但低氧组运动员800m成绩提升幅度略大于普通组，两组组间对比无统计学意义。

（4）阻氧嘴运用于平原模拟低氧环境下耐力性项目训练，提高运动员生理机能水平和专项运动成绩具有可行性。

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收稿日期：2015-09-25

中图分类号：G804.22

文献标识码：A