女子４００ｍ运动员气体代谢、红细胞及其关系的实验研究

摘要：通过对女子400m运动员和普通女子大学生递增负荷运动过程中气体代谢、红细胞及其关系的实验研究，结果发现：安静时，运动员MCHC和MCH是维持其较高Hb浓度的重要因素；运动员红细胞具有耐酸性、抗过氧化能力以及变形性相对较强的特点；气体代谢与红细胞的应激性特点和能力有着密切关系；红细胞对运动负荷的应激变化是评价运动训练效果的重要指标。

关键词：400 m运动员；气体代谢；红细胞

中图分类号：G804.7文献标识码：A文章编号：1007-3612(2007)10-1364-03

气体代谢是反映能量代谢的指标，与呼吸、循环、骨骼肌以及调节等机能有密切关系，因而是人体各器官、系统机能在能量代谢方面的综合体现。红细胞作为气体运输的载体，其组成和特性无疑对气体运输和代谢产生较大影响。因此，研究红细胞的组份、特性以及红细胞对运动负荷的应激性变化特征，对于探讨人体运动过程中气体代谢变化的内在机制，以及评价运动训练效果等具有重要的理论和实践意义。本文通过对优秀女子400 m运动员、普通女子大学生递增负荷运动过程中气体代谢的变化，以及运动前、后红细胞指数及其流变性的实验研究，旨在探讨女子短跑运动员气体代谢与红细胞之间的关系及其可能的机理。为评价运动效果、制定运动训练计划等提供理论参考依据。

1研究对象与方法

1.1研究对象实验组为陕西省体工队优秀女子400 m运动员，对照组为陕西省卫生专科学校普通女子大学生。一般身体特征见表1。

1.2实验仪器Sensormedics2900型呼吸代谢分析仪（美国产），Lode功率自行车（美国产）, BE—2000血球计数仪（美国迈瑞公司），PE-3000心率表（芬兰产）， YSI—1500便携式血乳酸自动分析仪(美国YSI公司)，MS/XW-E全功能血流变仪（中国）。

1.3测试指标及方法

1.3.1气体代谢指标受使者休息10 min，测定安静气体代谢指标；然后在功率自行车上完成递增负荷运动，运动负荷从60 W开始，转速为60 r/min，每级负荷持续3 min；之后，每增加30W为下一级负荷，直至力竭。气体代谢指标每20 s记录一次，为了降低采样误差，我们取每分钟三次采样点平均值作为每分值。气体代谢指标包括：摄氧量（VO2）、二氧化碳生成量（VCO2）、呼吸商（RQ）、通气量（VE）、呼吸频率（RR）、潮气量（TV）、代谢当量（METS）、氧脉搏（VO2/HR，O2- pluse，O2p）、氧通气当量（VEO2）。最大吸氧量(V·O2max)的判断标准通过以下情况:1) 吸氧量不再继续增加而出现平台时；2) 呼吸商大于1.10；3) 心率大于180次/min；4) 血乳酸浓度在8 mmo1/L以上。当4种条件中任何3种条件出现时即可确定最大摄氧量。

1.3.2血液成分指标

1.3.2.1红细胞及其指数分别于运动前及运动后即刻采集受试者指尖血作为血样，所得血样置于试管，以枸橼酸钠作为抗凝剂进行抗凝，并于当天进行测试。血液成分指标：红细胞数(RBC)、血红蛋白(Hb)、红细胞压积(Hct)、红细胞平均容积(MCV)、红细胞平均血红蛋白量(MCH)、红细胞平均血红蛋白浓度(MCHC)。

1.3.2.2血乳酸指标血乳酸指标：空腹安静时、运动后3min采集受试者指尖血作为血样进行现场测定。

1.3.2.3红细胞变形性（TK）和聚集性（Arbc）分别于清晨空腹状态下和运动后即刻，抽取受试者5 mL肘静脉血作为血样；之后，将血液注入干燥的抗凝试管内，于当日送实验室进行测试。

1.4数据处理所有数据均用SPSS10.0统计软件包进行统计学处理，结果用X±SD表示，差异显著性检验采用t检验，并以P<0.05作为差异显著性水平。

2实验结果

2.1运动过程中气体代谢指标变化(表2、3)。

由表2可知，实验组V·O2max、VEmax和V·O2/HRmax指标显著大于对照组（P<0.01），但两组受试者RQmax、HRmax指标无显著性差异（P>0.05)。表明实验组有氧能力及承受运动负荷强度的大于对照组。

2.2两组受试者递增负荷运动前、后红细胞变化(表4)。

3分析与讨论

红细胞是血液中重要的组成部分，具有运输O2和CO2的作用。实验证明，经过长期系统训练的运动员，红细胞数量并不比一般人高，有的甚至低于正常值。Astrand等人研究发现，耐力训练可使人体血容量增加8%，其中血浆容量增加较多，红细胞容量增加相对较少。Elite等报道，运动员，尤其是耐力性运动员红细胞容量增加15%，但血浆容量增加得更多。可见运动训练引起高血浆容量反应是导致红细胞数量略有减少或保持不变重要原因。另据报道，红细胞比容是影响血液粘滞性的主要因素。在一定范围内，血液粘度随红细胞比容的增加呈指数上升。红细胞比容相对减小对于降低血粘度，减少血液循环阻力，减轻心脏负担，刺激和动员红细胞生成系统，维持血液中血红蛋白、红细胞等成分的动态平衡以及改善微循环灌注和提高输氧能力等具有良好影响［1］。Ernst研究表明，半职业足球运动员经过3周训练后，安静时的血液粘滞性下降、抗氧化能力及变形性明显提高［2］。本研究结果显示，安静时，运动员RBC和Hct略小于普通大学生， MCHC和MCH显著大于普通大学生，但Arbc和TK显著小于普通大学生。可见，运动引起MCHC和MCH增大是维持或提高Hb浓度的重要因素，其原因可能与Hb合成速度有关。此外，长期运动训练对改善红细胞的变形性和聚集性也具有着积极的作用。笔者认为，红细胞流变性和组份的这一良好变化，对于降低血液的粘滞性、减少血流阻力以及提高血液的携氧能力和输氧能力等具有良好的作用。

业已证明，运动对红细胞的影响不仅表现为对长期运动刺激的适应性变化，更重要的表现为运动时的应激性特点。Vandewalle H等研究报道，运动中血液的变化主要表现在血容量、红细胞数量、红细胞压积等方面，其变化与运动时机体体温升高，汗液蒸发增多而形成高渗性脱水等因素有关［3］。Gillen CM等研究发现，以100%V·O2max强度运动时，红细胞数量在运动后即刻便增加10%，30 min后还有5%的增加。而且，运动后红细胞数量增加的程度与运动强度有关，运动强度越大，红细胞增加越多。并且指出，运动时红细胞增多的原因是由于运动应激反应，交感缩血管神经兴奋性提高、肾上腺素分泌增多引起容量血管收缩，浓缩的储存血液进入血液循环，以及长时间的运动导致血容量的减少，血液浓缩的缘故［4］。表4可知，递增负荷运动结束后，两组受试者RBC、Hb、Hct较运动前均有所增加，但运动员RBC、Hct增加较为明显（P<0．05）。笔者认为，运动过程中RBC和Hct的变化除与高渗透性脱水有关之外，更重要的决定于储存血量的数量及其释放能力。因此，运动员RBC和Hct的变化与其较多的血量储备以及良好的动员和释放能力有关。MCV、MCH、MCHC是红细胞压积、血红蛋白浓度以及红细胞数量的衍生指标，在一定程度上反映红细胞的特性和机能状态。临床研究发现，机体发生明显溶血现象时，游离血红蛋白增加会导致MCH和MCHC升高；红细胞老化皱缩和体积减小时，也会引起MCHC升高，且导致血粘度升高；红细胞衰老和氧化损伤时，血红蛋白外渗，也可导致MCHC升高。因此，MCH和MCHC的变化是反映红细胞老化和溶血现象的重要指标［6］。另据报道，运动中血乳酸堆积、pH值下降、红细胞能量供应不足、红细胞过氧化作用加剧、血浆渗透压变化以及运动引起的肾上腺素释放增多等因素也是引起红细胞发生溶血现象的重要因素［5-7］。高潮等人研究指出，当红细胞脂质过氧化水平明显增加，超氧化物歧化酶活性降低，细胞膜的丙二醛含量明显增加，红细胞内能源物质的耗竭和各种酶活性降低将导致红细胞变形能力降低，细胞膜易发生损伤［8］。Takashi shiga等人研究指出，Ca2+在红细胞内的大量积聚可激活红细胞膜上的K+通道，使K+和液体外流而引起红细胞体积减小，机能下降［9］。魏安奎研究表明，递增负荷运动后，训练水平越高，红细胞的抗氧化能力及变形性越强［10］。本实验结果显示，运动后，两组受试者Arbc和TK较运动前均显著增大（P<0.05），但实验组Arbc和TK增加幅度小于对照组。此时，实验组Hb、MCHC、MCH和MCV与运动前无显著性差异（P>0.05），而对照组Hb、MCHC和MCH却明显增大（P<0.05，0.01），MCV显著减小（P<0．05）。运动结束后，运动员HLamax为8.66 mmol/L，普通大学生为5．94 mmol/L。表明实验组红细胞对运动刺激的适应能力高于对照组。这与其长期系统地参与运动训练导致红细胞生存时间缩短，红细胞更新速度加快，年轻的红细胞比分增大，红细胞抗氧化能力及耐酸性提高等因素有关，对于提高血液的携氧能力以及气体代谢能力具有重要意义。而普通大学生红细胞的变化可能与其发生一定程度的脱水或溶血现象有关。在一定程度上反映了红细胞膜抗氧化能力差、耐酸性差以及易破裂发生溶血现象等特点。

气体代谢是机体内在能量代谢变化的反映。与机体心机制—心血管机能和外周机制—肺通气、气体交换、有关酶的活性以及细胞对氧气的利用能力等因素有关［11,12］。在一定程度上反映着呼吸、循环和骨骼肌之间的协调能力、综合机能水平以及有氧代谢能力。表3、4可知，运动员V·O2max、VT、V·O2/HRmax以及运动过程中通气量峰值显著大于普通大学生；通气阈强度运动时运动员V·O2、V·O2/HR以及METS也显著大于普通大学生，VEO2小于普通大学生（31.2，35.8）。表明短跑运动员气体代谢能力以及承受有氧运动负荷的能力优于普通大学生。笔者认为，这与其良好的通气效率、血液循环以及心肺功能的匹配能力等因素有关。是评价运动员输氧系统和能量代谢机能状况的重要指标。

V·O2max、VT、V·O2/HRmax、RQ是反映气体代谢的重要指标。在一定程度上反映着机体气体代谢的能力和特征。表2、3可知，运动员V·O2max为2.78 L/min，普通大学生为2.04 L/min。通气阈强度运动时，运动员METS分别为10.7和7.3；此时，运动员VO2为2.15 L/min，而普通大学生仅为1.31 L/min；运动员通气阈为79.63%V·O2max，普通大学生为63.91%V·O2max。统计分析表明：气体代谢与红细胞之间有着密切关系，但不同受试者V·O2max与不同的状态下红细胞之间具有不同的相关性。结果显示，两组受试者V·O2max与安静时Hb、MCH、MCHC之间无明显的相关性（P>0.05），但实验组V·O2max与Arbc、TK相关性较高（-0.885，-0.637），而对照组相对较低（-0.422，-0.175）；此外，两组受试者V·O2max与运动过程中Hb、MCH、MCHC、Arbc、TK的变化也有着不同关系。其中，运动员V·O2max与运动过程中Hb、MCH、MCHC、Arbc、TK变化的相关系数为0.69、0.81、0.90、-0.655，-0.573.；普通大学生为0.47、0.31、0.44、-0.388，-0.413。表明运动员V·O2max与红细胞应激性变化有着更为密切的关系。据报道，运动训练对红细胞及其变形性具有良好的影响，这种变化随运动训练水平的提高而得以改善。运动过程中机体内环境产生明显的变化，运动员通过长期的运动训练使机体产生一系列适应性变化而增强对这种内环境变化的耐受性，改善红细胞的变形性，减少红细胞的破损，提高血液的输氧能力［13］。魏安奎等人研究发现，足球运动员经过半年训练后，在相同递增负荷运动过程中，红细胞变形能力、PWC170和V·O2max均明显提高，其原因与心血管机能提高，红细胞变形性增强，微循环机能改善等因素有关［14］。由此可见，红细胞对气体代谢的影响是以红细胞对运动负荷刺激的应激性变化为基础，通过对血液流变性以及输氧系统的影响而实现的。

400 m是典型的速度耐力性运动项目，运动员良好的耐酸性和抗氧化能力已被大量实验所证明。因此，运动员红细胞对内环境的变化具有着良好的耐受性。它是运动员具有良好气体代谢能力的重要基础之一，对于维持运动状态下的机能活动，以及提高运动员的竞技能力等具有重要意义。故运动过程中红细胞的变化可作为评价运动训练效果的参考指标。对于实施训练监控、评价运动训练效果以及提高运动训练的科学化程度等具有一定的理论和实践意义。

4结论

1) 安静时，运动员MCHC和MCH是维持其较高Hb浓度的重要因素；2) 运动员红细胞具有耐酸性、抗过氧化能力以及变形性相对较强的特点；3) 气体代谢与红细胞的应激性特点和能力有着密切关系。

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