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运动时的心血管循环转变(cardiovascular drift)

2013-11-12 14:23| 发布者: admin| 查看: 5802| 评论: 0

简介

运动时的心血管循环转变(cardiovascular drift)运动时的心血管循环转变(cardiovascular drift)(　　教育部(1998)为改进学生体适能知识、态度以及行为提出『体适能中程(三三三)计划』，建议学生每周运动频率至少三天， ...

运动时的心血管循环转变(cardiovascular drift)

　　教育部(1998)为改进学生体适能知识、态度以及行为提出『体适能中程(三三三)计划』，建议学生每周运动频率至少三天，每次至少三十分钟，而运动强度达每分钟心跳130次左右。由此可见，以目标心跳率设定运动强度的方式是简易而常见的，而且透过心跳率来评量运动强度的方法，广为官方与商业的机构推荐与采用。

　　事实上，心跳率容易因运动时心血管的循环转变以及其它外在因素而变化。运动运动生理周讯第17期「运动强度的判定(心跳率)」中，也有讨论到利用心跳率来评量运动强度时，「运动时间太长时，可能形成心跳率评量运动强度百分比的失真」的问题。Wagner and Housh (1993) 提出心跳稳定阈值强度 (physical working capacity at the heart rate threshold, PWCHRT) 的概念时，即发现只有在较轻的强度运动时，心跳率才有可能出现稳定。就算运动的强度不高，长时间的运动时，要让心跳率维持固定其实是相当困难的。

　　水分的流失，可能会影响到运动时的心跳率变化的原因之一。Gonzalez-Alonso, Rodríguez, Below, and Coyle (1995) 研究，以耐力性运动员在35℃环境下进行62~65%最大摄氧量(VO2max)的120分钟脚踏车运动，在运动前后体水分大约减少4.9%身体的重量。Coyle and Gonzalez-Alonso (2001) 将Gonzalez-Alonso, Rodríguez, Below, and Coyle (1995)的研究重新绘图(图一)。可以清楚的知道，耐力性运动员在身体缺水的状态下长时间运动，导致总血液量(Blood Volume, BV)、平均动脉压(Mean Arterial Pressures, MAPs)、心输出量(Cardio Output)、心脏每跳输出量 (Stroke Volume, SV)下降，心跳率(Heart Rate, HR)上升。

运动时的心血管循环转变

图一、运动时心血管循环转变(Coyle & Gonzalez-Alonso, 2001)。

　　运动时的心跳率变化，也会因为交感神经的活动以及身体核心温度上升而改变(Coyle & Gonzalez-Alonso, 2001)。Gonzalez-Alonso, Rodríguez, Below, and Coyle(1997)将耐力性运动员，分为高热环境下运动组(年龄25±4岁、体重71±3公斤、身高179±7公分、最大心跳率185±6 beat/min、最大摄氧量4.4±0.4 l/min)与未补充水分状态下运动组(年龄24±3岁、体重72±7公斤、身高181±7公分、最大心跳率183±6 beat/min、最大摄氧量4.6±0.5 l/min)，两组分别进行120分钟长时间不同环境条件的脚踏车运动。研究发现身体的核心温度从 38.3℃上升到39.3℃导致心脏每跳输出量下降、心跳率上升。Coyle and Gonzalez-Alonso(2001)综合先前研究提出运动时心血管循环转变的新观点。心脏每跳输出量、平均动脉压和心跳率的变动会受到皮肤血流量、交感神经活动、身体的核心温度、总血量的交错循环影响(图二)。

运动时的心血管循环转变(Cardiovascular Drift)

图二、心血管循环转变新观点(Coyle & Gonzalez-Alonso, 2001)。

　　除了上述内在生理因素外，运动时水分补充多寡以及外在环境温度，也会对心血管循环转变造成显著的影响。Gonzalez-Alonso, Rodríguez, and Coyle ( 2000)以八名耐力性运动员(年龄22±3岁、体重70±6公斤、身高178±6公分、最大心跳率190±5 beat/min、最大摄氧量4.5±0.3 l/min)，进行在不同温度(8.2±0.3℃与35.4±0.2℃)与不同程度(2%、33%、66%、100%)补充水分的状况下，持续进行120分钟长时间的脚踏车运动。研究发现，长时间运动下心脏每跳输出量会逐渐减少，心跳率逐渐上升。在冷热环境以及水分补充程度差异下，长时间运动时心跳率的变化以及核心温度的变化皆有显著差异(图三)，而且对长时间运动体内血流量的减少以及心跳率的变化也都有显著影响(图四)。

运动时的心血管循环转变(Cardiovascular Drift)

图三、冷热环境下心脏每跳输出量、心跳率、核心温度变化图(Gonzalez-Alonso, Rodríguez, & Coyle, 2000)。

运动时的心血管循环转变(Cardiovascular Drift)

图四、冷热环境下心脏每跳输出量、心跳率、总血液量减少变化图(Gonzalez-Alonso, Rodríguez, & Coyle, 2000)。

　　Gonzalez-Alonso, Rodríguez, and Coyle(1999)将七名耐力性运动员(年龄27.6±1.9岁、体重74.0±10.7公斤、身高178.3±5.4公分、最大心跳率186±5 beat/min、最大摄氧量4.7±0.4 l/min)分为两组，一组有补充水分(Euhydration)，另一组没有补充水分(Dehydration)，两组皆使用间歇方式，先完成在35℃环境下、120分钟、62%最大摄氧量的直立式(Upright)脚踏车运动，接着再分成靠背式(Supine)与直立式(Upright) 脚踏车两组，在23℃环境下休息45分钟后，重复进行在35℃环境下、30分钟、62%最大摄氧量直立式与靠背式脚踏车运动。研究发现，在120分钟脚踏车运动后，未补充水分组流失的水分大约占体中的4.9±0.2%，因此造成前臂血流量(Forearm blood flow)、皮肤血液流量(Cutaneous blood flow)显著低于补充水分组(图五)。同样的在运动时心血管循环转变上补充水分与未补充水分两组，在平均动脉压、心输出量(Cardio Output)、心脏每跳输出量上未补充水分组皆显著低于补充水分组。但是心跳率却是相反的(如图六)。因此我们可以了解，在长时间运动过程中水分的补充以及环境温度皆会影响到心血管的循环转变，而造成心脏每跳输出量以及心跳率的变化。Achten and Jeukendrup(2003)提出心跳率也会因为睡眠时间是否足够、饮食中所含的醣类、以及当天或前一天喝的水分所影响。

图五、皮肤血液循环(Alonso, Rodríguez, & Coyle, 1999)。　　图六、心血管反应(Gonzalez-Alonso, Rodríguez, & Coyle, 1999)。

　　随着实验仪器的进步，心跳率的侦测越来越精准以及简便。以心跳率为主要变项的研究，实验仪器取得上相对的也较为容易。举凡摄氧量的评估、运动强度的设定、能量消耗的估计都可以透过心跳率的侦测来进行研究，而目前大多数研究为了要减低这些差异所造成的影响，在以心跳率估计运动强度等相关问题，设定心跳区间(图七)，比设定单一心跳值来的好。

图七、有氧运动的目标心跳区间。
http://www.greenmasterfitness.com.tw/Heartrate.html

　　运动时的心跳率，很容易受到不同因素变化的影响，在研究运动心跳率相关问题时，包括水份的流失与摄取、环境温度等外在因素的控制，或者运动参与者体内交感神经活动与核心温度变化等，都需要详细的纪录与控制。这种运动时的心血管循环转变的趋向，值得运动参与者了解与应用。

参考资料

教育部(1998)。台闽地区中小学学生体能检测数据处理－常模研究。台北市：教育部编印。

Achten, J., & Jeukendrup, A. E. (2003). Heart Rate Monitoring. Sport Med, 33(7), 517-538.

Coyle, E. F., & Gonzalez-Alonso, J. G. (2001). Cardiovascular drift during prolonged exercise: new perspective. Exercise and Sports Science Reviews, 29(2), 88-92.

Gonzalez-Alonso, J. G., Rodríguez, R. M., Below, P. R., & Coyle, E. F. (1995). Dehydration reduces cardiac output and increases systemic and cutaneousvascular resistance during exercise. Journal of Applied Physiology, 79, 1487-1496.

Gonzalez-Alonso, J. G., Rodríguez, R. M., Below, P. R., & Coyle, E. F. (1997). Dehydration markedly impairs cardiovascular function in hyperthermic endurance athletes during exercise. Journal of Applied Physiology, 82, 1229–1236.

Gonzalez-Alonso, J. G., Rodríguez, R. M., & Coyle, E. F. (1999). Supine exercise restores the reductions in cardiac output and skin lood flow withdehydration. American Journal of Physiology- Heart and Circulatory Physiology, 277, H576–H583.

Gonzalez-Alonso, J. G., Rodríguez, R. M., & Coyle, E. F. (2000). Stroke volume during exercise: interaction of environment and hydration. American Journal of Physiology- Heart and Circulatory Physiology, 278, H321-H330.

Wagner, L. L., & Housh, T. J. (1993). A proposed test for determining physical working capacity at the heart rate threshold. Research Quarterly for Exercise and Sport, 64(3), 361-364.