2018年10月17日
为了评估运动强度对生理和生物学反应的影响,采用了两种不同的运动测试方案。本文描述了在功率自行车上进行递增性最大摄氧量测试以及耐力性稳态次最大耐力测试的运动测试方法。
该方法有助于理解运动在诊断多种病理状态中的关键问题,包括运动不耐受、缺血或静息状态下不明显的亚临床功能障碍。该技术的主要优势在于,通过一次测试评估个体对运动的反应,即可判断是否存在心脏、肺部和/或代谢功能障碍。尽管该方法可深入揭示机体对运动的生理反应,还可用于研究其他参数,例如免疫系统变化、神经功能以及其他细胞和生化过程。
演示该操作的将是心肺与运动功能实验室的技术员 Jesse Schwartz。开始进行缓慢肺活量动作时,首先指导受试者坐直,背部挺直,双脚平放在地面上,双腿不要交叉。让受试者将嘴含住咬嘴,并用牙齿咬紧。
然后为受试者佩戴鼻夹,以封闭鼻腔。在软件上开始该操作,并指导受试者继续正常呼吸。随后要求受试者尽力吸气,然后缓慢呼气,直至流量曲线出现平台期。
此时,指导受试者进行一次最大吸气。最后,停止测量,并让受试者取下咬嘴。对于用力肺活量(Forced Vital Capacity,FVC)操作,指导受试者保持原来的坐姿,再次握住咬嘴。
在软件上启动操作,并指导受试者继续正常呼吸。确保受试者已建立稳定的呼吸模式,至少完成四次平静呼吸。随后,指导受试者充分且快速地吸气,紧接着立即尽可能快速而用力地呼气。
最后,要求受试者继续保持直立姿势,持续尽力将肺内的所有空气呼出,达到完全呼气状态,并维持该状态约五秒钟直至达到平台期。完成此步骤后,在软件中停止该操作。对于最后一项操作,即最大自主通气量(Maximum Voluntary Ventilation,MVV),在软件中启动该程序,显示倒计时条,以提示在开始数据采集前所需完成的呼吸次数。
在倒计时还剩一次呼吸时,指导受试者通过咬嘴开始深而快速地呼吸,持续12秒。12秒结束时,指示受试者恢复正常的呼吸,并取下咬嘴和鼻夹。如果受试者感到头晕,应鼓励其保持坐姿,并进行缓慢而深长的呼吸。
首先,如果电极放置部位有毛发,需剃除毛发以准备皮肤。用酒精棉片擦拭该部位,再用研磨垫擦拭,以去除死皮细胞。然后放置电极,进行12导联心电图检查。
进行递增性最大功率自行车测试时,首先调整受试者的自行车坐垫和车把位置,确保其骑行姿势舒适。用酒精棉片擦拭受试者前额以清除残留物,然后用头带将脉搏血氧仪固定在前额。接着,为受试者佩戴口器和鼻夹。
告知受试者在整个测试过程中需通过咬嘴持续呼吸,并且只能用嘴呼吸,因为鼻腔将使用鼻夹封闭。休息两分钟后,开始数据采集,并指导受试者以每分钟60至80转的速率开始踩踏。每阶段进行至第1分钟时,由一名辅助技术人员测量血压,同时另一名技术人员协助完成测试。
然后要求受试者在博格自觉用力程度分级(RPE)量表上指出其用力程度,其中6分表示感觉用力程度较轻,20分表示自觉用力程度达到其能想象到的最高强度。最后,持续测试直至受试者力竭,随后进入恢复阶段,将阻力降至初始负荷,并指导受试者继续骑行两分钟。第二次访问时,受试者的准备方式与第一次相同。
然后开始数据采集,指导受试者以每分钟60至80转的转速开始踩踏。在10至25分钟的时间点,指示受试者松开口件。然后要求受试者在第25至30分钟期间以及45分钟测试的最后五分钟内重新含紧口件。
随着测试的继续,务必确认受试者重新使用咬嘴时,VO2 没有显著升高。检查受试者的心率每分钟增加是否不超过五次,并观察受试者是否有任何疲劳迹象,或其主观疲劳程度(RPE)评分是否在上升。最后,在 45 分钟后,指导受试者进行两分钟的轻松踩踏恢复期。
完成后,让受试者离开自行车,并采集5 mL静脉血。结果表明,在最大运动测试中,随着负荷的增加,运动需求或运动强度持续上升,心肺和代谢反应也随之持续增加。相比之下,在次最大耐力运动测试中,运动需求从静息状态增加,但达到一个固定的运动强度后不再上升。
因此,心肺反应在初期会有所上升,但随着机体逐渐适应持续的需求,反应将趋于平稳。此外,在最大运动测试中,主观疲劳程度(RPE)和呼吸交换比会持续上升直至测试结束;而在次最大耐力运动测试中,这些参数则会达到平台期。在实施该实验方案时,重要的是要问自己:你希望从这项运动测试中获得哪些数据?
并利用此来设计运动测试。今天演示的方法学用于了解健康个体在两种不同运动方案中的免疫学变化。请勿忘记,患者在前来测试前所进行的活动可能会影响运动测试的结果。
为了提高一致性和可重复性,应在测试前限制刺激物的使用,控制饮食摄入和运动。同时,保持测试条件的一致性,并在对女性进行测试时注意其月经周期阶段。
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本研究采用两种不同的运动测试方案,探讨运动强度对生理和生物学反应的影响。这些方法包括递增强度最大摄氧量测试和恒定次最大耐力测试。
标准化的最大强度和次最大强度耐力运动测试能够精确量化人体对急性运动的生理学和生物学反应。这些方案有助于在发现阶段将运动诱导的输出结果与机制性生物标志物相关联,从而推动对心肺、代谢和免疫通路的假设驱动型研究。在将运动视为诊断或干预手段的治疗领域中,可靠的测量和可重复性对于转化研究和项目筛选至关重要。
最大和次最大运动测试方案通过实现标准化的假设检验、定量读数以及用于机制研究的生物样本采集,融入从发现到临床前研究的连续过程。