生死“无氧阈(yu)”(上) - 户外大厅 - 8264户外手机版

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本帖最后由 skyline 于 2023-2-1 10:58 编辑

          今天我们谈一个离大家看似很远但又无时无刻不在的名词----“无氧阈(yu)”,从字面意思上解释是:机体从作功到“缺氧”所对应的状态(通俗些可以理解为从运动开始到随强度增加后出现“机体缺氧”所对应的强度)。通常使用心率(HR)作为标定其对应强度/状态的方式(功率(W)也是另一种常用标定方式,但功率的计算与使用的功率计直接相关,暂不赘述。)。无氧阈的命名到现在学术界都有一定的争议*,但是并不影响我们今天主要讨论的内容。文章有点长,做个概念目录:
  • 运动生理中氧气的利用原理
  • 机体运动中的氧气利用机制
  • 无氧阈“区间”与健康的影响
  • Exercise(科学运动)的理论与实践

           *无氧阈(anaerobic threshold;AT)的基本概念由Karlman Wasserman〈荐读:深切悼念Wasserman教授〉等定义为“有氧代谢基础上出现无氧代谢暨相对应的气体交换发生变化前的运动强度或摄氧量”。可理解为有氧代谢不足以满足需求,无氧代谢开始较多参与的时候。也可理解为一种相对意义的“缺氧”状态,当然当时的生理机制还包括一定的其他方面,暂不赘述。在心肺运动试验(CPET)中,确定它的生理学基础是递增运动中,无氧代谢增强导致乳酸浓度增加,乳酸释放进入血液引起的变化简单说有两种,第一,氢离子浓度升高,刺激呼吸调节机制,产生更强的通气反应;第二,体液缓冲,二氧化碳产生量明显增大,与运动强度的增加不成比例。故CPET中,无氧阈(AT)也就是通气阈(VT)。(也有争议认为此时应该命名为“有氧阈”。)

          在CPET中,可分为VT1和VT2即第一通气阈和第二通气阈,Wasserman教授所指AT即VT1;随着运动强度增加可能出现VT2,也称呼吸代偿点(RCP),在此暂不赘述。这个VT1-VT2的区间,我们在本文中暂且称他们为“AT‘区间’”。

                                                                   左一:Karlman Wasserman教授 1927.3.12---2020.6.22         首先为大家构建了一个极简版的生理框架,就是氧气+线粒体是构成有机生命的基础条件有机体的细胞不断凋亡与新生,这个过程叫做新陈代谢。机体的体适能(健康程度)可以通过机体做功时,每分钟每公斤体重的最大耗氧量来判定(1928|哈佛疲劳试验室),也称“最大摄氧量”,缩写为“VO2max
    机体对于氧气的消耗也有不同的状态:静态/动态。静态从细胞层面来讲是不存在的,只要有新陈代谢的发生就是不断的动态平衡过程,所以严谨一点应该说是“静息状态”,指“躺平了”安静不动时的状态(新陈代谢依然存在,只不过速率较低),没有人期待自己的健康只能以静息状态来衡量的,所以我们今天重点聊动态,因为无论是世界卫生组织(WHO)还是美国运动医学会(ACSM)、欧洲心脏学会等与健康、科学运动/训练相关的组织都会推行一个专家共识---每天中等强度运动**分钟。
    那么,什么是中等强度?谁的中等强度?有没有共性?就成了1948年-1968年(留意年份)之间运动生理学家们重点研究的对象了。
    细节不表,我们引用两张图简述一下基本运动生理原理:

         图片出自:《运动生理学》

           我们所有的运动过程均是从(细胞层面)缺氧”环境开始的(因为身体不会超量存储氧气),动起来之后如果强度不高,则进入氧气的供应与消耗平衡的状态(心脏开始更多地泵血、呼吸肌群开始收缩做功、收缩压开始升高、循环系统开始高速运转、细胞开始通过氧气来合成能量驱动肌肉系统做功……这一系列描述让我想起了朋克时代的蒸汽机车,从点燃锅炉到疾驰而去的过程

    。在这个过程中,运动强度会决定机体能否达到氧气利用的平衡。)图【a】是强度合适下的,机车可以稳定持续行驶。如果能开15分钟以上,我们称为耐力运动。图【b】是强度“超标”情况下的,从缺氧到更大程度的缺氧,自始至终即便调动了全部的心脏搏血能力、呼吸肌群做功能力、循环极度高强度的运转,但是依然达不到平衡状态,所以机车开一段很快必须要停下来降温、休整,否则就会因“温度过高”而爆炸。

            所以机体一运动就会面临两种情况【a】或者【b】。那么问题来了:1、如何识别我们现在处于【a】还是【b】?2、【a】会不会随时间或强度变成【b】呢?3、如果经常做【b】强度的运动会怎么样呢?4、有没有简单的办法识别每个人的【a】与【b】呢?一个最基础的生理现象从图中就已经体现清楚了:运动强度大了就会“缺氧”,“缺氧”时间长了就不能维持这个强度的运动了。“缺氧”来得越早、程度越高,运动停止得越早。宏观上看,只要是有机体,都会经历这个过程,无非是早或晚的区别。但是人类对自身的探索并不止步于此,1922年的希尔获得诺贝尔生理与医学奖的时候就表达过:“仅对青蛙的神经肌肉制剂进行干预,以及把大鼠放在游泳池中游泳和气喘吁吁的狗进行测量与研究显然是不够的。人自己必须成为研究的主体。”
    于是:

           简单粗暴的方式就是用气袋收集在运动过程中的气体,之后进行分析。众所周知的是机体吸入氧气进行能量转换,之后排出二氧化碳。如果我们能够对气体的代谢(单位时间氧气的摄取量与二氧化碳的排出量)进行分析,我们就能够更进一步了解机体在(渐增)运动中经历了怎样的状态:
    1、缺氧---2、氧供平衡---(之后进入第三种状态)3、再次缺氧(VT1)。在此之后我们再次加强运动时间与运动强度,机体会来到---4、严重缺氧(VT2)5、到达个人运动生理极限。一般到了阶段4后就很难持续运动了(主要指保持当下强度或继续进行强度渐增运动)。人类从观察到这个现象到总结出来理论,并定量定性,用了30多年的时间。

    1964年斯坦佛大学的Karlman Wasserman教授在《美国心脏病杂志American Journal of Cardiology》发表了一篇文章,阐述了通过测定呼入、呼出的氧气与二氧化碳浓度比值关系而建立起来的一个相对精确的测量阈值,这个阈值被称为“anaerobic threshold(无氧阈),缩写 AT”。这个发现还伴随着测试仪器的升级与迭代。

             这一下解决了两个问题,首先是问题1——“如何识别我们处于【a】还是【b】”也就是说什么时候开始出现“缺氧”(仅靠有氧代谢不足以满足需要,需要无氧代谢更多参与,也就是我们所说的AT在什么时候出现。)只要通过一个额定的功率递增仪器,并连接一个氧气面罩和气体代谢分析设备,我们就可以知道在什么强度下进入AT了。随着设备仪器的精确度越来越高,科学家们发现可探测的氧气、二氧化碳等数据越来越清晰,所以随着做功强度的逐级递增,发现AT并不只能是传统意义上的单一的“临界值”,而可以是一个区域(这里意指“缺氧”,不单是AT的原意),从打破氧气供需平衡(VT1)到严重氧不足(VT2)
           这也是目前最多的争议点所在,认为VT1应该命名为「有氧阈」而非Wasserman老先生命名的无氧阈,VT2才应该命名为无氧阈。虽然随着技术与研究的发展,会有很多理论都在进步与更新,如氧债与过量氧耗。但其实Wasserman教授等人多年前的研究,对运动中生理机制的研究与定义并无大的错误,命名上的争议主要来源于立意角度和理解方式。(还有一部分争议是因为渐增运动中除了氧不足外还会受到如糖解作用加速、乳酸移出速率下降等其他因素的影响,暂不赘述。)所以问题2——【a】会不会随时间或强度变成【b】也解决了。(当然判定AT中的VT1与VT2没有这么简单,还有很多参考指标,这就考量进行测试的专业人员的基本功了……同样影响测试的还有测试的示范标准性及受试者的尽力程度、湿度、温度、气体、功率计等一系列需要质控因素,任何一项影响因素都会左右测试的准确性。佛明翰中心的考核标准是90分及格〈满分100分〉,欢迎大家来尝试。)我们接下来看问题3,如果经常做【b】强度的运动会怎么样呢?通过以上描述,大家脑海里可能会有一张类似下图的画面:

    图片源自瑞士阿尔弗雷德·席勒公司,这里标注的直接翻译过来是从“有氧阈”到“无氧阈”的区间,相当于对应心肺运动试验中的VT1和VT2

           在科学家弄清楚了1、2这两个问题后,第一个想法是这个区域是否可提升?通过什么来改变?假设通过更加有预期的训练(Exercise),那么就可以通过生物的另外一个特性叫:“从顺应到适应”单理解就是通过适量高于无氧阈的强度来反复练习,逐步提升无氧阈值),提升机体的耐受度,进而增加运动耐力,这对于提升运动员的体适能水平、疾病康复患者的心肺适能等等均是至关重要的(如:马拉松、越野滑雪自行车、足球、篮球、心脏康复、肺功能康复、神经康复、代谢康复等)所以,在科学家们的大力推动下,“中等运动强度”这一概念逐步被清晰地描绘出来了,其实质基本上是围绕着AT附近开展的训练。我们暂且称之为“AT区间”即VT1~VT2。基于VT1强度下的科学训练从运动生理的获益可以促进肌肉纤维类型的转换(让机体的快缩肌纤维更多的向慢缩肌纤维转换|使得机体更高效),让机体更加“节能”的同时可维持长时间的耐力。并且在对于慢性代谢性疾病的患者特别是心血管疾病人群中给予适当强度下进行“运动疗法”的时候,可以更安全地提升血管内皮细胞表达、促进血浆内高低密度脂蛋白比例的调节、对于心律失常的个体有一定的复律作用、还可以提升胰岛素的敏感性……等一系列获益(荐读:肯尼斯·库珀 血液平衡基于VT2的强度的科学训练,从生理角度可以更加高效地增进运动表现,促进循环系统功率与促进毛细血管的增生能力等。但是,为什么我们的题目是《生死无氧阈》呢?因为基于VT2的训练更需要专业的科学指导与系统性的规划,更别说压根不知道自己的AT区间了。因为超量训练带来的急性损伤、慢性损伤是任何人哪怕是职业运动员都绕不开的梦魇,更不用说普通人或慢病患者了……更可怕的是在佛明翰中心自2019年到现在(约5000人次)的测试中,大量受试者根本无法达到VT2(极个别衰弱者连VT1都坚持不到)或身体的其他指征表明目前风险太高根本不适合耐受如此强度的运动,这里面包括了大量的民间运动爱好者、少部分的职业运动员与普遍的慢性病患者。因为看似是一个简单的心肺运动试验,实则我们需要观察在运动过程中是否--心脏节律清晰、没有心肌缺血,同时运动中的血压反应正常、血氧饱和度稳定,且呼吸肌群高度配合,肌肉还需要有一定的力量与耐力来维持这不到10分钟的强度递增运动等等。这些同样也是日常安全运动与维持基本的生命质量所需体力活动而必须考虑的因素。看似这么基础的要求,实际上大部分人是达不到的,而这一结论与我国居民的死亡因素调查中占比88%因慢性病的死亡的结果相一致。所以我们反复在多个场合推荐强调体检不能仅仅是遵循临床医学中的静息状态下的影像与生化检测,还需要增加运动状态下的评估。因为幸福感仅靠所谓的“没病”或躺在病床维持生命体征是远远不够的,而是需要在青年时可以追求理想的彼岸、中年有能力奋力拼搏无论在球场上还是职场上、暮年还可以儿孙同堂感受生命的律动……基本上在80年代末,心肺运动试验前前后后都在发达国家进入了医保、社区健康管理中心、专业的运动机构、养老院、企业职工健康管理中心、保险TPA机构……我们能从销售额中看出---在欧洲的心肺运动试验(CPET)的数量几乎是所有临床医院的影像检测设备之和的三倍!所以我们经常给出国做健康管理的朋友说的一个小技巧就是看这个机构靠不靠谱,就看他们的心肺运动试验做的好不好。如果诊断都不靠谱,那么方案一定有瑕疵。
    如果您有朋友参加国际大赛(UTMB、环法自行车赛等)会发现,组织方会有一个强检要求:必须出示1个月内的心肺运动试验报告,因为这是对于机体心脏、呼吸、代谢系统的一次综合检测,同时也是最廉价、最准确、最高效的方式。(仅仅花费400-500欧元/美元,20分钟的时间。佛明翰中心的标价是899人民币,偶尔会有节假日限量折扣。)


    未完待续


这个水灌的……NB
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