递增负荷运动时肌氧含量的相对变化与摄氧量的关系研究[精选].doc

递增负荷运动时肌氧含量的相对变化与摄氧量的关系研究—可视化生物医学测量技术在体育运动领域中的应用 沈友青1 徐国栋 （武汉体育学院，武汉，430079） 摘要：近红外光谱学（Near-Infrared Spectroscopy , NIRS）技术是一种新型的生物信息检测技术，具有无损、连续、实时的检测特点，且与计算机技术相结合能实现生物信息采集的可视化，其在体育运动领域中的应用还处于起步阶段。针对目前运动训练和医务监督中诸多生理生化指针检测存在的不足，希望通过该项技术的应用能够避免存在的检测弊端。本研究选择了其中一个生理指针──摄氧量，肌氧含量和摄氧量均是与氧代谢密切相关的检测指针，其变化可以反映机体氧供应和氧消耗的动力学过程。为研究运动过程中肌氧含量的相对变化和摄氧量的关系，让5名优秀赛艇运动员在赛艇测功仪上进行递增强度运动。在运动过程中，应用近红外光谱技术（NIRS）检测氧合血红蛋白和还原血红蛋白的相对变化(即Δ[HbO2]和Δ[Hb])，同时，采用MAX-Ⅱ心肺功能仪检测摄氧量的变化。氧合血红蛋白的相对变化可以反映肌肉在运动过程中的氧含量的变化。结果发现：（1）递增强度运动时，HbO2对光的反射随着运动强度的递增而呈下降趋势，Δ[HbO2]随着运动强度的递增而逐渐减少，Hb变化与HbO2变化相反；（2）摄氧量随着运动强度的加大而提高，其变化与HbO2表现出高度相关性。结果表明，采用NIRS技术可以无损、连续、实时检测运动过程中局部肌肉氧供应和氧消耗的动态变化，可以间接反映全身氧代谢的动力学变化，从而为检测运动员机能变化提供一种新的应用技术。运用到运动实践中，可以科学地掌握机体代谢状况的变化，控制训练强度，评价训练的效果。基于这些优点，有望取代繁琐的、有损的一些生理生化检测手段。 关键词：近红外光谱技术；可视化；肌氧含量；摄氧量 1前言 生命科学永远是人类最重要的科学研究领域，而生物医学测量及其应用已成为了人类认识生命活动的基础。现代生物研究技术日新月异，其中光电子技术和人工智能技术的完美结合实现了人体生物信息采集的可视化。该技术以它的广泛性和实用性，正在席卷着各个领域[1]。近年来，生物医学技术在体育运动领域中的应用逐渐被重视起来。实践证明，体育运动与生物医学两个不同学科存在着许多相互交叉的领域和结合点，两者相互促进。 随着竞技体育的迅猛发展，各种生理生化指针（如血乳酸、摄氧量等）在运动训练和医务监督中的检测与应用越来越受到重视，但许多指针的检测存在以下弊端，如有损伤；实验设备昂贵，操作过程复杂；测试需要在实验室完成，无法在训练和比赛现场进行；而且，部分指针的采集和检测存在滞后的现象。 多年来，体育科研工作者一直在寻找一种行之有效的检测手段。20世纪90年代迅速发展起来的一种新型的应用技术──近红外光谱学（Near-Infrared Spectroscopy , NIRS）技术受到广泛关注。该技术具有无创、连续、实时的检测特点，且与计算机技术相结合能实现生物信息采集的可视化。NIRS技术在检测骨骼肌局部氧合血红蛋白和还原血红蛋白的相对变化(即Δ[HbO2]和Δ[Hb])方面倍受青睐。NIRS利用与氧代谢密切相关的生物组织中的生色团，如血液中的氧合血红蛋白（HbO2）与氧合肌红蛋白（MbO2）、还原血红蛋白（Hb）与还原肌红蛋白（Mb）等，在不同状态下表现出不同光吸收谱的原理，来直接测定目标生物组织中的氧含量和血红蛋白与肌红蛋白动力学变化，它能反映局部组织中氧消耗和氧供应的变化[2]。研究证明，该技术能用于反映运动时机体组织的氧化代谢状况，从而为无损伤性检测肌肉组织的供氧状况提供了一种新的途径[3] [4] [5] [6]。本研究中采用NIRS技术检测运动员在递增负荷运动时肌氧含量的相对变化，同步检测相关气体代谢参数（如摄氧量O2）的变化，并进行相关分析，以期进一步了解两者之间的变化规律，从而为NIRS这种可视化的技术在体育运动中的应用提供理论与实践依据。 2 实验对象和方法 2.1 实验对象 14名志愿受试者为武汉体育学院赛艇运动员14名，男性，平均年龄17±1.5岁，平均身高184.6±1.7cm，平均体重69.2±2.3kg，经常规体检未发现异常。告知受试者及教练员实验内容、目的及意义。 2.2 实验仪器 近红外肌氧检测仪 采用连续波三波长近红外检测系统（由华中科技大学生物医学光子研究所研制），波长分别为735nm、805nm和850nm。仪器由主单元和光探头组成，并研制了与计算机端口相联的数字化接口，采用相应的软件来实现信号的数据采集、存储、分析、显示（如图1）。 图1 NIRS系统的工作流程 此外，还采用了MAX-Ⅱ心肺功能仪（美国），Polar遥测心率表（芬兰）以及CONCEPT-Ⅱ赛艇专项