每分钟通气量( VE) 是指人体每分钟吸入或呼出的气体总量,它反映了呼吸系统机能状态,与人体的机能能力及训练水平有密切关系.足球运动是一项综合体育项目,比赛时间长,场地大,拼抢激烈.
在比赛中运动员在短时间内( 30 秒左右) 要完成各种基本技术动作,同时具有相当的耐力以赢得场上的主动.因此,强度高,运动量大,能量消耗大,对心肺功能要求也很高.本研究利用意大利 TECHNO-GYM 跑台和德国 CORTEX METALYZER 便携式气体代谢测定仪,对大连大学体育学院足球专业运动员、运动训练专业学生和普通专业学生,进行通气功能测试并比较研究.探讨优秀足球专项运动员的VE 及其可能机理,为足球运动员训练效果的评价和科学选材提供一定参考.
1 研究对象和方法
1. 1 研究对象
大连大学体育学院足球专项运动员 20 名,平均年龄 21. 53 岁,平均身高 174. 90cm,平均体重 65.40kg,运动年限 3 ~ 5 年; 运动训练专业学生 20 名,平均年龄 21. 74 岁,平均身高 175. 83cm,平均体重67. 96kg,运动年限 3 ~ 5 年; 普通专业学生 20 名,平均年龄20. 92 岁,平均身高170. 08cm,平均体重60.83kg,无运动史.被测试者均身体健康,无既往病史.
1. 2 研究方法
测试三组受试者在 TECHNOGYM 跑台进行10min 递增负荷跑步运动过程中的各项气体代谢指标.足球和训练专业运动员完成下列运动方案( 见表 1) .普通学生完成表 1 方案的 1 - 8 分钟,因不能完成 18 和 19. 8 的速度,所以在第 9 和 10 分钟以速度 3. 6km/h 进行放松恢复,而专项运动员在第 11和 12 分钟进行放松恢复.
1. 3 数据采集和测试指标
采用意大利 TECHNOGYM 跑台和德国 COR-TEX METALYZER 便携式气体代谢测定仪进行测试,数据采集频率为 10 秒钟 1 次,采集次数 n =59.每次测试前都用标准气( 5% CO2,15% O2,80% N2)对仪器进行矫正.
测试指标: 潮气量( ml) ,呼吸频率( 次/分) ,每分通气量 ( ml) ,二氧化碳呼出量 ( ml) ,摄氧量( ml) ,呼吸商.
1. 4 数据处理
所有数据资料均用 Microsoft Excel 和 SPSS( 10.0) 分析软件进行相关系数的计算,相关系数的显着性检验.
2 研究结果与分析
2. 1 受试者在递增负荷运动( GX) 中每分钟潮气量变化特征
由多样本异方差假设 t 检验可知,足球专项运动员、训练专业学生与普通学生在递增负荷运动中每分钟潮气量并无显着差异( p = 0. 23,p > 0. 05) ;但是,由图 1 可以看出,足球运动员与训练专业学生和普通学生在递增负荷运动中每分钟潮气量还是存在着较大的差异的,并且训练专业学生和普通学生相比,在开始阶段和结束阶段也存在着一定差异.( 见图 1)
2. 2 受试者在递增负荷运动中每分钟呼吸频率变化特征
由多样本异方差假设 t 检验可知,足球专项运动员、训练专业学生与普通学生在递增负荷运动中每分钟潮气量并无显着差异( p = 0. 62,p > 0. 05) ;但是,由图 2 可知足球专项运动员与训练专业学生和普通学生相比也是存在着一定差异的,尤其是在结束阶段差异最为明显.( 见图 2)
2. 3 受试者在递增负荷运动中通气量变化特征
统计结果发现,足球专项运动员、训练专业学生与普通学生在递增负荷运动中每分钟通气量变化不大,无显着差异( p =0. 45,p >0. 05) ,尤其是训练专业学生与普通学生相比,通气量基本趋于一致( 由双样本异方差假设 t 检验得 p =0. 88,p >0. 05) ,只是在峰值大小上和达到峰值的时间先后上存在着较大差异.但从图 3 可知,足球专项运动员与训练专业学生和普通学生相比仍有较大差别( 见图 3) .
3 讨论
运动作为应激会使机体产生应答性反应,而在运动过程中每分钟通气量的变化特征则反映着机体对运动负荷的适应能力,它与机体的机能能力有着密切的关系.研究发现,在递增负荷运动过程中,人体的通气量变化呈明显的阶段性特征,即快速增长阶段、缓慢增长阶段及代偿性过度通气阶段[2].
在递增负荷运动过程中,足球专项运动员和普通学生的通气量均快速增长,这是由于大脑皮层在发出冲动使肌肉收缩的同时,也发出冲动,到达脑干呼吸中枢,引起呼吸加强.另外,肌肉活动本身及关节的运动感觉也在起着重要的作用[3].在快速增长阶段和缓慢增长阶段,训练专业的学生和普通学生的通气量变化基本相同,但训练专业的学生到达峰值的时间要比普通学生的相对较晚,这说明一定的运动训练可以增强人体的呼吸能力和呼吸储备力.通气量达到峰值后,由于运动强度的进一步加强,机体糖酵解供能增加,即乳酸能系统功能增加,人体内乳酸浓度升高,PH 降低,另外,因过度通气,PCO2 降低,PO2 升高,从而抑制中枢化学感受器和外周化学感受器,呼吸变浅变慢,通气量开始降低[4].
在快速增长阶段和缓慢增长阶段,足球专项运动员的通气量明显低于训练专业的学生和普通学生,这说明在相同负荷的运动中,足球专项运动员只需要较弱的呼吸就能满足机体运动的需要,这可能是足球专项运动员呼吸肌能量节省化的表现[5].
在代偿性过度通气阶段,训练专业的学生和普通学生的通气量已由峰值开始下降,但足球专项运动员的通气量却持续上升,这可能与足球专项运动员长期的耐力训练导致神经系统的兴奋性启动缓慢,调节能力改善以及呼吸肌力量、速度力量等有着密切关系[6].
此外,足球专项运动员在大约 430s 时通气量有一最低点,本文认为,可能在此时足球专项运动员出现"极点反应",之后由于足球专项运动员自身长期的训练及其自身的调节能力、机体克服其功能惰性等能力比较强,于是开始了"第二次呼吸".
潮气量又称呼吸深度,与年龄、性别、体表面积、运动量及情绪等因素有关[7 -8].这里忽略其它因素,通过图 1 仅分析呼吸深度与运动量的相关性.
由图 1 可知,在运动负荷较低且运动负荷相等的情况下,足球专项运动员的呼吸深度与训练专业学生和普通学生的呼吸深度相比相对较小,但随着运动负荷的加强,足球专项运动员的呼吸深度逐渐加大,甚至在训练专业学生和普通学生的呼吸深度达到峰值之后开始下降时,仍呈上升趋势.而训练专业学生和普通学生也存在差异,主要是普通学生到达呼吸深度峰值的时间比训练专业学生的要早.这说明随着运动负荷的加强,机体对氧的需求量逐渐增加,但由于摄氧能力的不同,普通学生首先进入疲劳状态,训练专业学生其次,而足球专项运动员进入疲劳状态的时间最晚,证明了足球专项运动员的有氧耐力水平较高,这应与其长期的系统训练有关,通过训练,心脏形态与机能都会出现一系列适应性变化,主要表现为左心室内腔扩张,心室容积增大,安静时心率减慢,每搏输出量增加,心脏的泵血机能和工作效率得到提高,以适应长时间持续运动的需要[9].此外,还应与中枢神经系统机能有关,由于神经调节能力的改善,提高了肌肉活动的机械效率,节省能量消耗,从而保持长时间的肌肉活动[10].
一般而言,深而慢的呼吸比浅而快的呼吸更利于通气量的增加,但运动时呼吸不仅要深,而且也要适当加快.研究发现,呼吸频率与通气量显着相关( r =0. 89) ,这说明,呼吸频率的快速增加是通气量增加的限制性因素,快而浅的呼吸可使通气量及通气效率减小,而且呼吸肌的快速收缩会导致乳酸浓度升高、呼吸肌疲劳、运动能力下降等[11 -12].
4 结论
1. 在运动负荷较低且运动负荷相等的情况下,足球专项运动员的呼吸深度与训练专业学生和普通学生的呼吸深度相比相对较小,但随着运动负荷的加强,足球专项运动员的呼吸深度逐渐加大,甚至在训练专业学生和普通学生的呼吸深度达到峰值之后开始下降时,仍呈上升趋势.证明了足球专项运动员的有氧耐力水平较高,这应与其长期的系统训练有关.
2. 在递增负荷运动过程中,人体的通气量变化呈明显的阶段性特征,即快速增长阶段、缓慢增长阶段及代偿性过度通气阶段.在快速增长阶段和缓慢增长阶段,足球专项运动员的通气量明显低于训练专业的学生和普通学生,这说明在相同负荷的运动中,足球专项运动员只需要较弱的呼吸就能满足机体运动的需要,这可能是足球专项运动员呼吸肌能量节省化的表现.在代偿性过度通气阶段,训练专业的学生和普通学生的通气量已由峰值开始下降,但足球专项运动员的通气量却持续上升,这可能与足球专项运动员长期的耐力训练导致神经系统的兴奋性启动缓慢,调节能力改善以及呼吸肌力量、速度力量等有着密切关系.
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