高地運動生理學

營養四 493420613 馬慧盈
日期:Fri, 2 Nov 2007 01:08:48

高地運動生理學

高地訓練：
高地由於空氣稀薄、氧氣缺乏，在高地訓練能造成比平地更強烈的缺氧刺激。高地訓練由於體內的回饋作用將使紅血球增生、血紅蛋白增加因而將提高身體供氧的能力，以對其最大攝氧量之精進，有所助益。

高地環境對於人體生理的主要影響：
肺功能方面有肺換氣量增加與最大攝氧量下降；
心功能方面有心跳率增加、每跳輸出量降低、心輸出量降低；
肌肉結構與代謝的變化有氧化酶活性、微血管密度、肌紅蛋白、乳酸緩衝能量；
血液化學方面有氧分壓下降、血漿量下降、紅血球與血紅素比減少、紅血球生成素增加、以及 2,3-DPG結合能力增加。

　　高地環境使短時間、高強度的運動項目成績顯著提昇，原因在於這些項目需要克服的空氣阻力在高地上下降。而在高地環境，空氣稀薄、阻力小，有利這類成績的提昇，但是對於耐力性項目的成績則會有不良影響。

　　雖然在高地環境滯留幾天或數週，身體會逐漸的適應空氣中的低氧壓力，但也無法完全和在平地一樣。然而經過長時間的高地適應，卻會在血液、肌肉及心肺系統方面發生適應性的改變。

　　高地環境的缺氧引起紅血球生成素的釋放、刺激紅血球的生成、平均血比容遠遠超過住在平地的人。

　　肌肉結構及代謝上的變化方面，微血管密度增高，以便輸送更多的血液及氧氣，慢縮機纖維及快縮機纖維橫斷面積減少，降低肌肉的代謝能力等。

　　心肺系統的變化方面，肺換氣量在安靜及運動中均明顯增加，然而，如此過度換氣會造成血液鹼性化，為了避免血液變成不正常的鹼性，在初上高地的前幾天，血中重碳酸鹽的量會迅速降低。隨著高地適應的進展，最大攝氧量也會逐漸恢復，經過數週後，會比剛到達高地時高。

　　長期滯留高地，經常因發生食慾降低，會出現體重減輕的現象。


高地運動

　　在5000呎以上的高地，高度每升高1000呎，最大攝氧量就會減少3-3.5％。

　　滯留在高地的時間越長，運動成績更會改善，但不可能達到在海平面上所締造的成績。一般來說，適應的天數會受到高度的影響，例如：9000呎大約7-10天；12000呎大約15-21天；15000呎大約21-25天；而且個別差異有很大的差異。有一些人在高地上根本無法適應，持續地出現高山病。高山病的症狀是作嘔、嘔吐、頭痛、頻脈、胃口減退。緊急處理時包括吸氧或移至較低的高地，並盡快接受醫生的照顧。

　　高地空氣的氧百分比雖仍為20.93％，但每單位容量的氧分子減少。這種氧壓低的現象會產生低氧症(hypoxia)。長期停留於高地低氧下的身體生理適應：增加肺換氣（過度換氣）、增加紅血球數和血紅素濃度、尿中碳酸離子減少、組織肌肉的微血管開放數增加、增加肌肉蛋白量、增加粒線體密度、藉酵素的變化以加強氧化能量。這些變化的主要功能在於氧氣不足時協助氧輸送至組織。當一個在高地停留3-4週的人回到平地後，在2-4週間將會喪失這些得自於適應的變化。訓練者對於高地的適應並不比非訓練者快或好。在海平面能力佔優勢的隊或運動員，在高地上也同樣地居於領先之地位。

　　在高地進行運動測驗時，可以發現運動的時間越長，成績退步越嚴重，也就是以氧系統為主要能量路徑的項目退步較多。而且，不管是剛到高地或長久居住高山的人，退步的現象都是相同的。

　　經過高地訓練後回到平地，運動員的成績並不因為在高地訓練過而改善。三週的高地訓練對於在高地從事激烈運動的能力有顯著的改善，但是，不可能到達海平面所表現的水準。訓練的分量會因高地條件的影響而大大地減少。高地的效果或訓練的效果，是高地訓練效果難以讓人確認的主要原因。

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目前世界上針對耐力性項目選手的高地訓練方法包括兩個方向（Wilber，2001），其一為「高住低練，live high-train low」，使用的方法如常壓低氧儀器（normobaric hypoxia via nitrogen dilution）、氧氣補充法（supplemental oxygen）與低氧睡眠裝置（hypoxic sleeping devices）；另一方向為「低住高練，live low-train high」，使用的方法為間歇性低氧暴露（IHE, intermittent hypoxic exposure）。

一、 高住低練
　　所謂的「高住低練」是指讓運動員住在高地上，但是在訓練時，儘可能地移至海平面上。理論上，住在高地的運動員，當運動強度維持與海平面相同時，氧氣的運送以及呼吸的效率會增加。
　　
　　「高住低練」理想的居住高度在2000~2700公尺之間，而訓練的高度需低於1000公尺（Wilber），因為紅血球的數量在這高度時會增加。「高住低練」的研究報告最早是由Levine等人於1991年所提出的，隨後這一訓練原則便為世人所側目。Levine與Stray-Gundersen（1997）將26位受試者分成高住低練組（住在2500公尺，而在1250公尺訓練）與控制組，分別進行28天相同的訓練內容之後，結果發現在整個訓練計畫後的第3天，高住低練組的紅血球質量（+5%）與血紅素（+9%）均顯著地增加，控制組則無改變；而5公里跑步時間在高住低練組中顯著地降低（-13.4秒）。除此之外，5公里跑步時間在整個訓練後的第7、14、21天時，均與第3天相同，Levine與Stray-Gundersen便認為「高住低練」的訓練效果，可能可以維持至暴露後的3星期。

　　Liu等人（1998）對於鐵人三項選手所作的研究中發現，「高住低練」可促進左心室的收縮。他們認為，這項適應的情形可能與β-腎上腺素接受器密度（β-adrenergic receptor）的增加或心肌能量使用的增加有關。近年來，運科人員與教練便利用「高住低練」的原則，開發出幾個方法，常壓低氧儀器（normobaric hypoxia via nitrogen dilution）、氧氣補充法（supplemental oxygen）以及低氧睡眠裝置（hypoxic sleeping devices）。

（一） 常壓低氧儀器
　　常壓低氧儀器最早是由芬蘭運動科學家在1990年初期所發展出來的儀器，它的目的在於模擬2000至3000公尺的高地環境（Wilber）。常壓低氧儀器是在海平面（760 mmHg）上，透過加入100%氮氣的混合，將環境艙內空氣的氧含量控制在約15.3%，此時的氧分壓約為116 mmHg，亦即如同在約2500公尺高地時的環境；由於這種儀器是利用氮氣進行控制，在芬蘭便被稱為「氮氣屋，nitrogen house」。常壓低氧儀器在使用時，一般建議的暴露時間為每天8~18小時，連續5~28天，會有較明顯的效果，諸如紅血球生成素（EPO, erythropoietin）的增加、網狀血球（reticulocyte）含量的增加、紅血球數量的增加以及血紅素的增加等，進而提升耐力運動表現（Wilber）。

（二） 氧氣補充法
　　氧氣補充法是利用額外的氧氣供給，讓運動員在高地進行高強度運動時，模擬海平面的正常氧含量狀態或高氧含量狀態，以提高運動員在高地訓練時的運動強度。這種方法屬於「高住低練」的修正模式，可以讓運動員住在高地上，而訓練時則無需移動至較低的海拔，讓運動員訓練時有如在海平面上一般。由於實驗數據的限制，對於這一方法的效益，仍需進一步地探討，而Wilber則認為使用氧氣補充法的適當高度約為1860公尺。

（三） 低氧睡眠裝置
　　低氧睡眠裝置是最近開始被使用於高地訓練計畫中的裝置。這些裝置包括CAT HatchTM與Hypoxico Tent SystemTM，這些裝置有助於運動員達成高住低練的要求。CAT HatchTM是一個圓筒形的低壓艙，它可以讓運動員在裡面或躺或臥，並能模擬大約4575公尺的高地環境。CAT HatchTM與Gamow hypobaric chamber有點類似，兩者不同之處在於Gamow hypobaric chamber可模擬高壓環境，而CAT HatchTM則在模擬高地環境或低壓環境。Hypoxico Tent SystemTM是另外一種被耐力性運動員所使用的模擬高地裝置，它可以放置一張標準的雙人床或特大號的床在裡面，並能模擬大約4270公尺的高度。Hypoxico Tent SystemTM是利用一個氧氣過濾膜（oxygen filtering membrane），將環境艙外壓送進入艙內的空氣氧含量降低，進而造成一個常壓低氧的環境。然而，截至目前為止，並沒有科學的研究數據支持CAT HatchTM與Hypoxico Tent SystemTM，是否對紅血球、最大攝氧量或運動表現有正面的影響（Wilber）。

二、 低住高練
　　所謂的「低住高練」，是指居住在海平面上，而訓練時模擬高地環境。一般運用「低住高練」原則的訓練方式，指的是間歇性低氧暴露（IHE, intermittent hypoxic exposure）。IHE是依據短時間暴露於低氧環境時（1.5~2.0小時），可刺激體內紅血球生成素分泌的原理而發展出來的訓練方法。由於紅血球生成素分泌的增加，便有助於紅血球濃度的增加，最終便可能提高最大攝氧量與耐力表現。IHE是透過面罩的使用，控制吸入氣體的氧氣含量，以模擬高地的環境狀況；而依據IHE使用時機的不同，可分為兩種情形，一為休息時使用，另一為運動中使用。雖然有這種訓練方法的使用，但是截至目前為止，研究的文獻並無法支持或證實IHE對紅血球數量、紅血球生成素、血紅素等有促進的效果，因此，仍有待更多的研究報告以證實IHE的確實效果（Wilber）。