“高原健身增氧功”的健身作用与机理

张平安,　虞定海

(上海体育学院 武术学院,上海 200438)



“高原健身增氧功”的健身作用与机理

张平安,虞定海

(上海体育学院 武术学院,上海 200438)

摘要国家体育总局设立了“高原健身增氧功”实证研究项目。运用生理学及中医养生学的知识对功法的健身机理进行阐释;通过实验的手段,在海拔3 600 m的西藏拉萨地区对28名受试者进行运动干预实验,分析运动过程中呼吸代谢指标的变化特征,探讨功法改善人体呼吸机能与健身锻炼的可能机制。结果显示:该功法安全可靠,能起到减缓入藏人员不良生理反应的作用。

关键词高原健身增氧功; 创编; 实验; 高原反应; 呼吸代谢

DOI10.16099/j.sus.2016.02.010

Fitness Function and Mechanism of “Plateau Aerobic Exercise”

ZHANG Ping’an,YU Dinghai

AbstractGeneral Administration of Sport carried out the empirical research projects “Plateau Aerobic Exercise”.On the one hand,this study explained the mechanism of Plateau Aerobic Exercise by using the physiology theory and the knowledge of TCM.On the other hand,with 28 subjects,sports intervention experiment was carried out in Lhasa area of Tibet at an altitude of 3600m.It analyzed the change of respiratory metabolism indexes in the process of exercise,and the possibility in the improvement of human respiratory mechanism and bodybuilding.The results show that Plateau Aerobic Exercise,being a safe and reliable fitness exercise,can mitigate the defective physiological reaction of people who go into Tibet.

KeywordsPlateau Aerobic Exercise;create;experiment;altitude sickness;respiratory metabolism

Author’s addressSchool of Wushu,Shanghai University of Sport,Shanghai 200438,China

为了贯彻落实中央第5次西藏工作座谈会精神,在“全国援藏”的区域发展战略下发挥“体育援藏”的积极作用,国家体育总局针对“高原缺氧”等棘手问题，开展了一系列体育健康促进的应用性科学研究。上海体育学院承担了“高原健身增氧功”健身机理的阐释及实验效果的研究工作。旨在实验基础上,论证“高原健身增氧功”在运动过程中产生的良好健身效益,包括呼吸代谢指标的变化特征,探讨其改善人体呼吸机能与健身锻炼的可能机制。

1研究路径

“高原健身增氧功”是一套传统养生的锻炼功法,目的是缓解高原不适的症状,最初由援藏干部杨战旗同志基于在西藏生活的真实感受与体验而编创。本文首先分析该套功法编创的价值与特点,然后从生理学及中医养生学的角度对功法的健身机理进行阐释,最后通过实验的手段,运用MetaMax II心肺功能仪对28名受试者进行了运动干预实验。为了提高准确性与可靠性,实验设计并未选择低氧模拟氧舱,而是选择了海拔3 600 m的西藏拉萨地区,在真实的高原缺氧环境下对受试者进行运动干预后的指标测试。虽然实验阶段面临着诸多的技术困难,但依托西藏自治区体育局、联合西藏大学医学院的力量共同协作完成。

2“高原健身增氧功”编创的价值及特点

2.1价值

2.1.1开创“高原环境与传统养生”的实践研究目前,针对高原反应的研究已成为高原病研究的热点。由于高原自然海拔高、气压低,空气变得异常稀薄。氧分压较低,进而影响气体交换、血氧浓度以及血红蛋白在组织内的释放速度,造成供氧不足。在这样的“低压缺氧”环境下,人们很容易出现诸如头痛、心慌、气喘、呕吐、腹胀、失眠、昏迷等种种高原不适症状,即高原反应。高度越高,缺氧引起的不良反应越明显。大量数据表明,在内地进藏的人群中,大多数人会出现不同程度的身心不适,严重者危及生命。

随着“全国援藏”区域发展战略的步伐,越来越多的人已经或即将进入西藏工作、生活与旅游,高原反应也成为这一人群的高发疾病。如何解决西藏地区“自然缺氧”与“社会发展”问题变得现实且迫切。高原缺氧是影响进驻高原人员工作能力的主要因素，在人力无法改变高原低氧环境下,寻找提高氧利用效率的方式增强机体的抗缺氧能力,将是有效的途径。

通过查阅国内外文献[1-5]发现:关于高原不适症的治疗与预防,大多采取阶梯性适应高原方法,尤以医学疗法甚多,比如高压氧治疗,吸入一氧化氮治疗,银杏叶片、复方红景天和复方党参等药物治疗。虽然针对高原反应的人群筛查、药物防治等方面已取得显著进展,但鲜有高原反应与运动健身方面的研究,这方面仍存在很多不足。针对此，援藏干部杨战旗,编创出一套由6个动作组成的、针对性强且简单易学的健身功法——“高原健身增氧功”。

2.1.2提出高海拔下日常健身锻炼的方法在西藏拉萨地区,一些非常简单的日常生活动作,如弯腰系鞋带等,都会让人感到异常费力,不用说做一些大幅度的身体活动了,更奢谈健身运动。“功法编创的价值是作为主体的编创者和作为客体的锻炼者之间需求关系的反映”[6]，“高原健身增氧功”不仅可以使人适应高原缺氧的环境,而且可以达到日常健身锻炼的目的。

对于刚入藏的人们而言,通过简单的身体锻炼,便能快速且有效地提升在高原低氧环境下机体的吸氧量与抗缺氧能力,进而减缓各种高原不适的症状,克服生理与心理的压力。对于久居西藏的人们而言,如果将“高原健身增氧功”普及与推广，一方面,为藏民提供方便、科学、有效的健身指导,很大程度上提高其劳动能力、工作效率与生活质量;另一方面,促使越来越多的藏民把“高原健身增氧功”作为日常健身活动的锻炼项目,这将进一步增强藏民体质,预防各类高原病的发生,从而降低医疗费用。

2.2特点采取适度的运动,动静结合,将人体的精神、形体、气息三者能动地结合,对机体施加整体性的影响,从而改善人体各系统的功能。同时,体现体育与医疗的结合,使功法具有保健强身、防病治病的作用。

“高原健身增氧功”包括怀中抱月、大鹏展翅、拨云见日、挽弓射箭、丹凤朝阳和叶落归根6个动作。每个动作的功法原理相同,并可单独用于健身。整套功法力求突出“功理科学、简单易学、安全健康”的特点。同时,具有“动作柔和、协调、连贯”的实用性、应用性与可观赏性,适合于单人练习、集体练习与室内外练习。

2.2.1功理科学该功法是在传统武术养生的基础上结合医学理论,针对高原低压缺氧的特殊地理环境编创的一种健身方法。“升吸降呼、开吸合呼”是动作与呼吸配合的基本特点,也是整套功法的精髓所在。这种动作配合呼吸与意念的练习方式,可以通过对心肺功能与肢体力量的全面锻炼,提高身体携氧与抗缺氧能力,尽快适应高原恶劣环境,并使身心调整到相对稳定状态,以缓解种种高原不适感。

2.2.2简单易学该功法只含有6个简单的基本动作,非常容易学习与记忆。所有动作均以上肢为主,包括两臂的上下、前后、左右运动,以及脊柱的屈伸、拧转运动;手型包括自然掌、拳;下肢以调整与控制身体重心为主要任务,包括自然站立、两膝屈蹲。

2.2.3安全健康该功法属于保健类功法,编创理念与动作符合安全健康的原则,编创过程中多次咨询各方专家并积极听取意见。更重要的是,通过该功法的练习使颈、腰、肩、膝等重要部位得到有效锻炼。

3“高原健身增氧功”的生理学基础及中医养生学探究

3.1生理学基础一般而言,正常人一次平静呼吸时的气体量约为500 mL。如果通过适当的肢体运动与呼吸节奏的完美配合,便可以使胸腔、腹腔“人为地”产生最大程度的生理压缩与扩张,吸气量可以增加约2 000 mL,呼气量也可以增加约1 200 mL,大大提升了呼吸效率。完成这一过程,一方面通过肢体运动，另一方面通过腹式呼吸。

3.1.1肢体运动,辅助呼吸通过上下肢协调运动,除了利用固有的吸气肌和呼气肌,而且尽可能地调动了全身其他辅助呼吸肌,如胸肌、斜角肌和背阔肌共同收缩,使参与吸气与呼气过程的肌肉群增多。比如,第1式“怀中抱月”要求两肩充分水平伸时,参与锻炼的有斜方肌、背阔肌等;两肩充分水平屈时,参与锻炼的有前锯肌、胸小肌等。第2式“大鹏展翅”要求两臂外展时要充分带动肩部,参与锻炼的有三角肌、斜方肌、前锯肌等;两臂内收时要松沉肩部,参与锻炼的有腹直肌、冈下肌等。第3式“拨云见日”要求两臂上举使脊柱充分拉伸,参与锻炼的有胸大肌、斜方肌等;两臂下落使脊柱松沉压紧,参与锻炼的有背阔肌、腹直肌等。第4式“挽弓射箭”要求手臂充分拉伸,且以腰为轴转动身体,使脊柱充分回旋,参与锻炼的有斜方肌、背阔肌、腹内斜肌、腹外斜肌等。第5式“丹凤朝阳”要求脊柱充分侧屈转体,参与锻炼的有胸锁乳突肌、竖脊肌等;脊柱充分伸展,参与锻炼的有腹直肌、腰方肌等。第6式“叶落归根”要求两肩上提使脊柱充分拉伸,参与锻炼的有前锯肌、竖脊肌等;两肩下落使脊柱得到挤压,参与锻炼的有腹直肌、腰方肌等。

当吸气时,人体膈肌收缩下降的幅度增大,胸腔增大,胸、肺内压降低,从而使肺内压小于外界大气压,气体进入;当呼气时,膈肌回位,胸腔减小,使肺内压高于大气压,气体排出。同时,适当的肢体运动使腹压与胸内压增加,有助于静脉血液回流,促进了全身的血液循环,有助于机体的气体交换,即充分将体内的废气排出,吸进新鲜气体,以达到“吐故纳新”的目的。

3.1.2腹式呼吸,增加氧气通常而言,为了快速补偿因为高原低压缺氧而引起的机体“氧不足”,人们往往最容易采用“浅快”式呼吸。这种方式的呼吸,由于呼吸频率的加快,呼吸变得表浅,气体交换不够充分,致使体内氧摄入不足,从而造成种种不适感。如果改为“深慢”式呼吸,如腹式呼吸,一方面尽量使膈肌下降的幅度增大(一般膈穹窿顶下降程度最大可达6～10 cm),致使胸内压低于大气压。另一方面呼吸变得深长而缓慢,可以有效提高气体交换效率,进而摄入更多氧气,有效地预防胸闷、气短、心慌等不良现象。

值得注意的是,“高原健身增氧功”练习时运用“逆腹式呼吸”的方式,当呼气时所有动作都要求含胸松腹,意念将气下沉于小腹,然后再缓慢呼出。这种“吸气收腹、呼气鼓肚”的方式,在增加胸腔的同时,可以使膈肌升降幅度增大,增加肺部气体交换压力差,有效提高气体交换效率。同时,尽可能地呼气,使体内功能余气量最大程度得以排放,更有利于氧的吸收。

3.2中医养生学探究通过肢体动作的升降开合,配合逆腹式呼吸方式,加之简单意念的运用,“高原健身增氧功”可以达到疏通全身经脉气血的作用。尤其是功法的动作名称直接而形象,练习者仅仅通过对动作名称的理解与想象,就会产生配合意念的动作锻炼,潜移默化地帮助人们调整刚入藏后不稳定的心理状态,有助于缓解精神紧张,减轻心理压力。

功法动作都是全身性的,但也有其侧重点。比如,第1式“怀中抱月” 练习时,需要想象两臂怀抱一个圆月,吸气时膨胀变大,呼气时收缩变小。通过两肩的“开合”运动,使胸背部的肌群主动参与呼吸运动,在增大胸腔前后活动幅度的同时,可以起到调节气血的作用,有利于肺经、心包经的气血运行,缓解胸闷、心慌等不适感。并且,扩胸运动有助于肺活量的增加。

第2式“大鹏展翅”练习时,需要想象两臂如雄鹰的双翅,吸气时高飞展翅,呼气时降落合翅。通过两肩的“升降”运动,使躯干两侧的肌群主动参与呼吸运动,在增大胸腔上下活动幅度的同时,可以起到调节心经、肺经、心经的气血的作用,缓解了呼吸短促、紊乱等不适感。并且肩部运动提高了肩关节的灵活性。

第3式“拨云见日”练习时,需要想象两臂向上无限伸展,吸气时仿佛触碰到天上的浮云,呼气时拨开白云,阳光普照大地。通过脊柱的“伸屈”运动,使腹前、脊柱两侧的肌群主动参与呼吸,在增大膈肌下降幅度的同时,可以起到调节任脉、督脉、肺经和三焦经的气血作用,缓解了胸闷、气喘等不适感。并且,颈部与脊柱运动对颈椎与腰背部疾病有一定的防治作用。

第4式“挽弓射箭”练习时,需要想象前手握弓,后手拉弦,吸气时将弓拉满,呼气时缓慢恢复原样。通过脊柱的“回旋”与上臂的“屈伸”运动,使腰腹、上肢肌群主动参与呼吸,在增大胸腹腔左右径活动幅度的同时,起到调节中焦以及肺经、肝经气血的作用,缓解心慌、乏力等不适感，加强腰脊与膝关节的活动。

第5式“丹凤朝阳”练习时,需要想象两臂如凤凰的翅羽,吸气时拉开展屏,呼气时合拢收翼。通过脊柱的斜向“侧屈”运动与“伸展”运动,使脊柱、胸肋、腰腹肌群主动参与呼吸,在增大胸腹腔上下径活动幅度的同时,起到调节督脉、手三阳、手三阴经脉气血的作用,促进末梢血液循环,增强心肺功能,缓解头晕、胸闷等不适感，并且脊椎的锻炼有助于内脏的调节功能。

第6式“叶落归根”练习时,需要想象两手托天地精华之气，吸气时缓慢捧起,呼气时将气灌入身体,通达脚跟。通过两臂和肩部的上下大幅度运动,带动脊柱和胸腹腔的伸展和挤压,使胸肋、腰腹肌群主动参与呼吸运动,在增大了胸腔体积变化幅度的同时,可以起到疏通三焦气机,调理三焦功能的作用,缓解和消除疲劳,促进机体恢复。

4“高原健身增氧功”的实验结果与分析

4.1实验对象与方法

4.1.1实验对象经招募,自愿参加本研究者28名,平均年龄为32岁,其中年龄最小者19岁,年龄最大者49岁，藏族4人,满族1人,土家族1人,汉族22人。受试者未经过体育专业训练,无规律性体育锻炼经验,均无呼吸系统、心血管系统、内分泌系统等方面的疾病,并已对高原环境产生适应(表1)。

表1　实验对象一般情况

4.1.2实验仪器运用MetaMax II心肺功能仪[7-8](CPX system,德国产),采用Breath by Breath混合气体分析法测受试者心肺功能。另外,采用手指血氧仪(Nellcor NPB-40,美国产)测受试者血氧饱和度。

4.1.3测试方案和环境实验安排为连续5 d内完成。所有受试者测试前均接受为期2周的功法培训,测试前均能熟练完成全部动作。为尽量消除不适应环境佩戴仪器对测试结果的影响,每位受试者在正式测试前进行10 min适应性活动。另外,受试者测试前12 h清淡饮食、无剧烈活动、未吸烟及饮用含有咖啡因的饮料。测试时受试者穿上舒适的运动服和运动鞋,空腹2～3 h后进行。运动时间为7 min,有音乐提示。

在每天测试前对运动心肺功能仪进行气压和气体校准(针对已知浓度的O2和CO2的气体混合物),每次测试前进行容积校准。受试者佩戴与气体流量传感器相连接的面罩。测试过程中同时监测心率(Polar,芬兰产)。所有测试在同一个环境中进行,海拔3 600 m,环境温度为20℃,气压为68.04 Pa。最终由于环境条件限制,共有15人完成运动心肺功能测试。28名受试者均完成血氧饱和度的测试(13人在未佩戴气体代谢仪情况下完成全部动作,操作步骤按说明书进行)。

4.1.4数据处理采用气体代谢仪(CORTEX Biophysik MetaMax © II)配备的软件对收集数据进行处理,选取摄氧量(VO2)、CO2呼出量(VCO2)、相对摄氧量(VO2/kg)、相对CO2呼出量(VCO2/kg)、呼吸商、潮气量(VT)、呼吸率、每分通气量(VE)等指标,显示该指标在10 s间隔的均数。

4.2实验结果与分析由于机体对高原缺氧最早的反应及代偿从循环系统和呼吸系统开始[9],也是限制高原居住人群运动能力的重要因素。本文选取心率及气体代谢指标用于监控运动过程中和运动前后呼吸功能的变化。此外,由于脉搏血氧饱和度可用于低氧的监测,也是呼吸功能监测中最主要的手段之一,所以选择血氧饱和度进行无创观察动脉血氧饱和度的变化(脉搏和动脉血氧饱和度在57.0%～97.6%的范围内误差约为2%)。

4.2.1安静与运动时VO2与VCO2的比较在高原低氧环境下,机体可利用的氧减少,直接影响了组织、细胞对氧的吸收。另外,低氧可致细胞内产能装置线粒体结构破坏。酶失活,因而影响细胞对氧的利用,减少了能量生成,其最终结果造成能量代谢障碍,劳动/活动能力下降。高原氧分压降低也是导致血液中氧含量和肌肉的氧供应减少的重要原因,机体摄取并利用氧的能力降低,运动能力受到限制[10]。VO2可以反映机体摄取氧的能力，VCO2可以反映机体在运动中能量代谢的变化情况。无论是平原还是高原,机体摄氧能力均是反映运动能力的重要指标。

由表2可以看出,运动过程中VO2与VCO2均升高,其中VO2变化具有显著性(P<0.05)。不同个体体重差异较大,因此采用VO2/kg及VCO2/kg更能准确地反映其变化情况。运动过程中VO2/kg和VCO2/kg与安静时相比均出现显著性升高(P<0.05)，说明满足机体在高原低氧环境下运动过程中对氧气的需求。可见,“高原健身增氧功”可使受试者的摄氧及有氧代谢能力增强。

表2　受试者安静与运动时VO2与VCO2的比较

4.2.2安静与运动时肺通气功能的比较低氧暴露时,呼吸频率和深度的增加引起肺通气量的增加,这是人体对高原最早和最明显的反应,也是早期适应的基本变化之一,这种现象称为低氧通气反应。低氧暴露时,低氧肺通气反应可增加肺泡氧分压,提高动脉血氧分压和氧饱和度,氧合血红蛋白的解离曲线左移。呼吸频率的增加可能是肺通气量增加的原因。

由表3可见，每分通气量显著性升高(P<0.05),其中潮气量非常显著性升高(P<0.01),而呼吸率呈下降趋势。这与初入高原者不同,即随着海拔的升高,肺通气量的增加表现为呼吸频率的升高,而潮气量下降,表现为快浅呼吸,这是机体的代偿性反应。由于过于表浅的呼吸使无效腔增大,通气量增加而肺泡通气量并未增加,呼吸效率低。

表3　受试者安静与运动时肺通气功能的比较

本实验运动过程中每分通气量的增加,主要是因为潮气量显著性升高,即改变了表浅的呼吸方式,呼吸深度增加。因此,“高原健身增氧功”可提高呼吸效率,延缓呼吸肌的疲劳,增强运动能力。

4.2.3安静与运动时呼吸商的比较呼吸商是反映机体能量代谢的重要指标。有研究表明[11],在海拔4 000 m高原居留30 d后,血清游离脂肪酸和甘油浓度升高,同时呼吸商下降,可能与高原适应中脂肪氧化供能增加有关。然而,本研究中运动时机体呼吸商(0.87±0.03)相比安静状态(0.79±0.08)有升高趋势,但无显著性差异(P=0.117>0.05)。可以推测与运动负荷小、时间短有关,尚未对机体能量代谢产生影响。

4.2.4运动前后心率与血氧饱和度比较在高原,安静时运动心率加快,心率的增加可以补偿氧运输能力的下降,但最大心率和心输出量都有所下降。有研究[12]表明,与最大摄氧量一样,最大心率随高度的增加而递减,海拔超过3 000 m时最大心率即明显下降。低氧环境下运动时心肌缺氧可能是心输出量下降的影响因素。

表4表明:运动前安静状态下,心率与血氧饱和度均表现出“高原反应”状态;但运动后心率非常显著性下降(P<0.01),并未因运动负荷而增加。说明高原健身增氧功有助于克服高原低氧下因心肌缺氧产生的心率代偿性加快,运动后心率比运动前非常显著性下降。有研究[13]表明,在劳动负荷相同的条件下,劳动者心率越低,表明其所需摄氧量越少,而做功效率越高。提示“高原健身增氧功”能提高心脏做功效率。

表4　受试者运动前后心率与血氧饱和度的比较

血氧饱和度是反映机体供氧程度的指标。在高原低氧环境下从事体力活动时,它的变化对于评价人体的缺氧状况和劳动能力有重要意义。随着海拔的增加,氧分压降低,血氧饱和度随之降低。研究发现,在高海拔地区进行体力活动时,动脉血氧饱和度下降非常明显,表明在高海拔地区进行重体力活动时氧经肺的弥散受到限制,由此引起动脉血氧饱和度下降。在低氧环境,为了保证机体组织的氧供应,红细胞和血红蛋白代偿性增加,导致动脉血液的携氧能力增强,血氧饱和度较初入高原时有所提高。因氧分压降低过多,即使高原适应后,血氧饱和度仍低于平原水平。

本研究表明,受试者安静状态下血氧饱和度水平低于平原正常成年人；但与以往研究不同,经过7 min“高原健身增氧功”运动后,血氧饱和度非常显著性升高(P<0.01)。这可能与其独特的运动方式有关,即使用“逆腹式呼吸”,且非常注重呼吸与动作的协调配合。由此,呼吸深度增加,胸内负压增大,促进了静脉回流增加,增加心输出量和肺血流量,有利于氧的摄取和运输,增加血氧饱和度,提高血液携氧能力。

5结束语

“高原健身增氧功”可以作为日常健身锻炼项目，逐步普及、推广、应用于西藏大众健身支撑服务体系中。这不仅体现了“体育援藏”的作用,而且有助于加强藏区全民健身计划的实施,对于促进民族团结、保障国家长治久安具有深远意义。

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文章编号1000-5498(2016)02-0051-05

中图分类号G85

文献标志码A

通信作者简介:虞定海(1951-),男,浙江镇海人,上海体育学院教授,博士生导师;Tel.:(021)51253219,E-mail:yudinghai0730@126.com

作者简介:第一张平安(1985-),男,甘肃兰州人,上海体育学院博士研究生;Tel.:(021)51253219,E-mail:gordontttt@163.com

基金项目:国家体育总局科研项目资助课题(2012B005)

收稿日期:2015-09-02； 修回日期:2015-12-08