无氧阈测定方法的研究进展

摘要：从有创和无创两个方面对无氧阈的测定方法进行了阐述。有创测定法主要指乳酸法，是目前应用最广泛的一种测定方法。对无创测定法的研究近年来发展迅速，其中通气无氧阈、心率无氧阈、积分肌电阈研究已较为成熟。而用近红外光谱技术、肌氧含量、STI、神经网络模型推测无氧阈是近年来新的研究成果，还有待于进一步探索。

关键词： 无氧阈；血乳酸；有创测定法；无创测定法

中图分类号： G804.7文章编号：1009-783X(2006)06-0068-03文献标识码： A

无氧阈（Anaerobic Threshold ，AT）是指人体在逐级递增负荷运动中，开始大量动用无氧代谢供能的临界点，常以血乳酸水平达到4mmol/l时所对应的强度或功率来表示［1］。机体的能量供应形式包括有氧供能和无氧供能，无氧阈是测定有氧代谢能力的重要指标，人体的无氧阈值越高，机体的有氧供能能力越强。自从1964年Wasserman［2］首次提出无氧阈测定方法之后，引起了许多专家学者的关注并相继进行了大量研究。在运动实践中，无氧阈可以用来评定运动员的耐力水平，制定训练方案和运动处方等。因此，研究准确可靠、简便易行的无氧阈测定方法具有重要的现实意义。本文从有创和无创两个方面对无氧阈的传统测定方法和近些年来新的研究成果进行了综述。

1有创测定法

1.1乳酸无氧阈

在小强度和中等强度运动中，机体能量主要由有氧代谢途径获得，即使有少量的乳酸生成，也会迅速被氧化。因此，当耗氧量上升时，血乳酸浓度变化不大。当运动强度达到无氧阈时，机体氧化供能已经不能满足代谢需求，糖原分解加速，使糖酵解速度大大加快，引起无氧氧化过程加速，促使机体内丙酮酸转化为乳酸，改变了血液中乳酸和丙酮酸的比例，体内乳酸生成速率大于乳酸消除速率，致使乳酸堆积。乳酸无氧阈（LAT）的测定就是通过测定递增负荷运动中血乳酸的变化，即在运动中每间隔一定时间对受试者取血，一般用导管法直接从动脉或静脉取血，也可从耳垂或手指取血，将血乳酸浓度变化与运动强度或做功能力变化的关系绘制成乳酸动力学曲线。血乳酸值从平稳值转为明显增加值的拐点，即机体供能方式由有氧供能为主转为无氧供能为主的临界点，即为乳酸无氧阈。李明智等让6名专业速滑运动员用不同速度滑跑1500米，研究发现血乳酸在运动强度80%左右出现拐点［3］。杜忠林等用三级负荷测试赛艇运动员的无氧阈且每级负荷持续时间不同，对结果进行比较发现8分钟与4分钟三级负荷测试结果存在较显著差别，但二者存在高度相关性，4分钟测试测定乳酸无氧阈更为实际［4］。

这种测试方法有其局限性。由于测定的是血乳酸的变化，但运动中骨骼肌乳酸的增加与血乳酸的增加往往是不同步的；当受试者样品较大时，个体乳酸无氧阈的变化范围很大。而且，对血乳酸的测试是有创的，采血点有多个，很多运动员都不愿意接受这种有创测试。另外，血乳酸的分析测试需要使用相应的仪器设备、技术和资金，在许多业余体校甚至部分省市级运动队都无法采用血乳酸测试无氧阈。虽然如此，由于对乳酸无氧阈研究时间较长发展较为成熟，有很高的实用性，这仍是目前最常用的测定无氧阈的方法。

2无创测定法

2.1通气无氧阈

通气无氧阈（VAT）的测定是通过测试气体代谢指标的变化来反映供能代谢变化的。在递增负荷运动过程中，随着运动负荷的增加，无氧供能比例也增加，乳酸的积累也不断增加，而乳酸的增加需要靠血液中的碱储备来缓冲，因此产生的二氧化碳大量增加，这会刺激呼吸中枢使肺通气量增多，使气体代谢指标发生变化。在运动强度没到无氧阈时肺通气量的增加与机体的需求成比例，而到无氧阈以后，通气量不成比例增加，远远超过机体正常代谢需要，其主要作用为清除体内多余的二氧化碳和乳酸。通气无氧阈的测定需要使用气体分析仪，通常测定的气体代谢指标有：肺通气量（VE）、摄氧量(VO2)、二氧化碳的排出量（VCO2)、呼吸商(R)等。用通气无氧阈测试无氧阈判定标准为：逐级递增负荷运动时，VE/VCO2出现非线性增加的拐点，或运动负荷达到一定功率后，VE/VO2出现陡峭升高点，同时VE/VCO2未见降低。也有用VO2与VCO2关系曲线上的拐点来判定无氧阈。比尔等研究发现在无氧阈以下时，VCO2与VO2的比值稳定，成比例增加;在无氧阈以上时，VCO2与VO2的增加率有明显升高［5］。

王春泉等实验发现通气阈与乳酸无氧阈相关性较高，乳酸的变化引起通气阈的非线性变化。乳酸无氧阈出现拐点的时间为13.71±1.78min，通气无氧阈出现拐点的时间为14.17±2.04min较乳酸无氧阈稍晚［6］；Yamamoto研究发现用通气阈的强度进行30分钟运动后，血乳酸可保持在稳定状态［7］。

用通气阈测定无氧阈，最大优点是无创的，避免了取血造成的受试者的恐惧及操作程序的繁琐，有较高的重复性，且测定结果与运动时间的长短无关，已被许多领域都广泛应用，在普通人和运动员中应用都很方便。但此方法也存在缺点，由于测定过程需要使用面罩，运动员动作不很方便，常有不适感觉，呼吸阻力也较大，对肺通气量和运动负荷会产生一定的影响，进而影响测定的结果。

2.2心率无氧阈

意大利学者Conconi等（1982）首次报道了用心率推测AT(HRAT)的可能性，他们发现在田径跑道上，在逐渐增加跑速时，受试者的心率与跑速呈线性增加，当跑速增加到一定速度后，随速度的增加，心率的增加率出现非线性变化，呈现平台趋势，Conconi将心率开始呈非线性增长的点称为心率阈值。出现上述变化的原因有两方面，一方面在中等强度运动或次极限强度运动时，心率维持在与运动强度相适应的水平，这主要通过神经调节实现。运动中来自肌肉和关节本体感受器的向心冲动和窦房结牵张反射，以及其他外周神经的向心冲动，以及交感神经紧张性的增强都使得心率反射性加快。另一方面当运动强度达到无氧阈以后，心率变化主要通过体液调节。无氧代谢产生较多的乳酸和其他代谢产物可以刺激颈动脉体和主动脉体化学感受器，使呼吸加深加快，反射性引起心率增加；另外交感肾上腺系统使血流重新分配、循环血量增加、回心血量增加，引起心房压力感受性反射增强，也可反射性引起心率增加；运动中的体温升高使血流加快等因素也使得心率增加。由于体液调节相对缓慢，所以在达到无氧阈以后心率增加缓慢，相对维持在一定的水平，即出现非线性变化。宋高晴等对20名湖北省赛艇队运动员用心率法测无氧阈发现，有15名受试者出现Conconi心率特征，即随运动强度的增加，心率上升；当运动达到某一强度时，心率曲线形成一个明显的拐点称非线性变化。心率拐点的范围为163～183(次/min)，并发现15名受试者均是在85%～90%强度之间出现拐点。同时他们也发现，乳酸无氧阈的拐点比心率拐点出现较早，说明两种方法对无氧阈评价存在差异［8］。郑红英对11名体育系学生用心率法测无氧阈也发现，81%受试者最初心率都随运动强度增大呈线性增大，到做功量达到某一水平时，心率与运动强度发生非线性偏离，出现心率变化的拐点［9］。Catai、Novais等在对9名受试者的实验中指出，在次最大强度运动中，心率曲线可以用来推测无氧阈［10］。

用心率法测定无氧阈无创伤、简单方便且重复性高，已在一定范围内应用。但是由于心率有较大的变异性，有些研究表明，随着运动负荷增加，心率不出现拐点，因此有学者认为此方法不可靠。Ozcelik、Kelestimur等对8名未经训练的男性受试者在功率自行车上进行两次递增负荷实验（一次是在室内正常条件下、一次是在氧含量为12%的低氧条件下）用心率法来推测无氧阈，结果发现仅2名受试者在室内正常条件下心率曲线发生偏离出现拐点，大部分受试者都未见到拐点。在低氧条件下也只有4名受试者出现拐点［11］。肖国强指出，应用Conconi法测试心率无氧阈时应为运动员或训练者，测试方法应接近专项技术动作［12］。Droghetti也通过研究发现，采用接近专项技术的测试方式，出现心率无氧阈值的比例较高［13］。

2.3积分肌电阈

当运动负荷增加到一定程度会引起肌肉细胞内无氧氧化过程明显增加，细胞内乳酸急剧增加，导致细胞膜上Na+、K+—ATP酶活性迅速受抑制或失活，不能满足细胞内外钾、钠离子的交换，使膜电位发生明显变化，收缩功能随之降低。这时，肢体积分肌电值由线性增加转变为非线性增加，出现的拐点称为积分肌电阈。王春泉等通过测定7名男性竞走和长跑运动员递增负荷运动时的无氧阈发现，乳酸无氧阈与积分肌电阈相关性显著（r＝0.84），且所测积分肌电阈在通气阈之前发生［6］。吴纪饶等对25名赛艇运动员运用积分肌电阈的方法测试无氧阈，也同样发现测得的积分肌电阈与乳酸无氧阈高度相关［14］。

积分肌电阈(EMGAT)是一种新的无损伤测定无氧阈的方法，具有简单方便、重复性高的特点，应用前景非常广阔。但测试时需特定的仪器，有可能存在误差，应进一步深入研究提高仪器的精确性，减少误差。

2.4近红外线光谱技术测定无氧阈法

近红外线光谱技术（NIRS）是一种能穿透机体组织的近红外线连续光谱。此技术近年来的发展非常迅速。近红外光谱技术是利用血红蛋白携氧量的不同，对近红外光（600－1000nm）呈现出不同的吸收光谱来确定氧化代谢状态。在递增负荷运动中，当运动强度不断增大达到无氧阈水平时，乳酸大量堆积，二氧化碳和H+浓度迅速增高，由于Bohr效应，使氧气和血红蛋白的亲和力快速降低，通过透入肌肉的近红外线光谱反映脱氧合Hb/Mb的数量显著增多，使光密度出现明显下降而出现拐点，即为无氧阈。缪素等对20名自行车运动员在功率自行车逐级递增负荷过程中，同步测定气体代谢、乳酸、股四头肌组织中Hb/Mb的光密度变化等，发现光密度变化曲线有明显的“转折点”此时功率水平与通气无氧阈显著相关（r=0.777-0.805）；与乳酸浓度变化高度负相关（r=0.91-0.99）［15］。

用近红外光谱技术可以测定局部肌肉组织代谢水平，评定运动员有氧运动能力及运动后恢复能力，但目前相关的研究较少，进一步研究可为无氧阈的无创测定提供一种新途径。

2.5肌氧含量测定无氧阈法

无氧阈反映局部组织利用氧的能力即骨骼肌的有氧代谢能力。递增负荷使无氧阈出现时，有氧代谢减弱，血液清除乳酸速度减慢，血乳酸大量堆积，促进了氧离作用，终末毛细血管氧分压显著下降，那么在无氧阈时肌细胞内的氧含量（简称肌氧含量）是否也刚好下降到一定程度出现拐点？Belardinelli等通过试验发现在负荷低于乳酸无氧阈时肌氧含量下降缓慢，达到乳酸无氧阈时肌氧含量下降加速，即出现明显的拐点。同时也发现肌氧含量下降与乳酸的升高相关［16］。曹建民等研究也发现，递增负荷运动时肌氧含量的下降与乳酸的升高二者高度相关［17］。上述均说明肌氧含量出现拐点可以用乳酸的变化解释，肌氧含量可以用来推测无氧阈。

由于肌肉的轻微收缩就会引起肌氧含量的变化，所以此方法容易产生误差，且目前仅用乳酸变化来解释肌氧含量下降时的拐点，对于是否还存在其它机制还有待进一步探索。但用肌氧含量来推测无氧阈，仪器使用较便宜，测试方便无创，进一步研究应用前景广泛。

2.6STI推测无氧阈法

STI指心脏收缩时间间期，STI的测量指标有多种，其中主要的有：心率（HR）、左心室射血时间（LVET）、射血前期（PEP）、PEP/LVET、机械收缩间期（MST）电机械延迟时间（EML）、Q-U/LVET等。其中Q-U为射血前期（PEP）与脉搏传递时间（PWTT）之和。杨建昌等通过试验证实，用STI指标中的一些指标可以推测无氧阈。PEP/LVET曲线的最低点和EML曲线斜率陡降的拐点所对应的负荷；Q-U/LVET曲线拐点所对应的负荷后移20W；LVET曲线和MST曲线拐点所对应的负荷即为所推测的无氧阈。乳酸无氧阈与用STI指标推测的无氧阈之间高度相关（r＝0.9325）［18］。

用此方法推测无氧阈简便易行、重复性高，具有广泛的应用前景。但有关此方面的研究国内外资料报道很少，尚需要进一步深入研究。

2.7神经网络动力学模型推测无氧阈法

神经网络动力学模型以非线性处理为基础，研究由短期记忆和分层前馈网络构成的动态系统，反馈非线性动态系统的稳定性和联想记忆，以及另一类非线性动态驱动的递归网络系统。Ringwood研究认为，通过建立神经网络动力学模型可以推测出人体的无氧阈水平。此方法是利用动力学数据做出心率非线性变化的曲线来推测无氧阈［19］。

用神经网络动力学模型推测无氧阈的方法是近年来新提出的一种无创测定无氧阈的方法，国内尚无报道，国外研究的也较少，所以对其机制、可行性和应用等很多方面都有待于进一步探索。

3结论

目前，对于无氧阈的测试已经引起越来越多的学者关注，已有的测试方法有多种，有些技术已经较为成熟，人们还在不断探索新的更为准确实用的测试方法。上述介绍的几种测试方法中，乳酸法是准确性较高、应用最为广泛的一种，但因其是有创的，已经逐步被一些无创测试法所取代。在无创测试法中，对通气无氧阈、心率无氧阈和积分肌电阈研究较多，使用已较为广泛，且这几种方法应用简单方便、重复性较高。近红外线光谱技术近年来发展迅速，用来测定无氧阈已被实验证明是完全可行的，为无创测定无氧阈提供了一种新途径。用肌氧含量、STI、神经网络模型推测无氧阈研究还不成熟，报道较少，对于其中的一些机制还不太清楚，但这几种方法都有其实用性，应用前景广泛。若我们能在方法学上对无氧阈深入研究、选择得当，它将在体育训练、航空、航天及临床治疗中发挥重要作用。应当注意的是，无氧阈存在个体差异，运动员（特别是专业运动员）相对于普通人来说无氧阈较容易测定。

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