在航空或航天飞行任务当中，航天员或飞行员所承受的头盆向加速度耐力称之为人体z轴的重力加速度(+Gz)超重耐力，在+Gz作用下，血液重力随G值增大呈倍数增加，这在很大程度上加重了心脏的负担，因为职业的特殊性，航天员和飞行员需要具备良好的体能储备和超重耐力。选择一种安全、有效的运动训练方法，并在训练过程中采用科学、易操作的指标作为运动强度控制手段，应用于为提高超重耐力所进行的体质训练当中，是目前亟须解决的问题。当下相关领域的研究倾向于：综合性的运动训练方法在影响机体超重耐力心血管方面比较有优势。这也是近几年地面和国际空间站研究的热点。本研究参考中医呼吸导引技术，结合现代科学训练，设计的循环抗阻训练方法具有安全性高、个性化强、综合高效的特点，可以达到气行畅通、纳轻吐浊的目的，比较适合航空航天特殊人群的运动训练需求。本文主要通过比较8周循环抗阻训练前后女性受试者各指标的变化，探讨该训练方法在航天航空特殊人群中应用的有效性。

1.1 一般资料

选取2012年9月至2013年3月招募北京体育大学普通在校女大学生和科技工作者（以往无系统运动经历）作为受试者，根据试验的要求，进行了基本情况的调查、常规体检及辅助检查（包括脊柱正侧位X线片检查），最后筛选出30名受试者，年龄20~32岁，平均年龄(20.70±3.46);身高158~174cm,平均身高(164.11±5.18)cm;体质量47.70~70.20kg,平均体质量(55.72±5.53)kg;体脂百分比21.2%~35.6%,平均体脂百分比 (27.89±5.37)%;健康状况良好，无病史及不良嗜好。采用安全随机抽样方法分为观察组和对照组，每组15名，观察组平均身高(165.07±6.16)cm，平均体质量(55.39±6.84)kg,平均体脂百分比(28.93±5.18)%；对照组平均身高(163.15±4.38)cm，平均体质量(56.04±7.36)kg，平均体脂百分比(26.85±5.03)%，2组一般资料比较，差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。整个试验时间10周，其中训练为8周，最后完成试验的有效数据为观察组14名，对照组10名。所有参与者在预评估和试验前签署知情同意书。本研究通过中国航天员中心审查委员会审批（伦理审批号：ACC201508)。

1.2 研究方法

1.2.1 试验流程

训练前对所有受试者进行运动心肺功能测试和超重耐力检查；然后对观察组进行8周循环抗阻训练，期间对照组维持正常的工作学习状态；训练结束后1周内对2组受试者再进行运动心肺功能测试和超重耐力检查。见图1。

1.2.2 循环抗阻训练方法

循环抗阻训练由分站循环锻炼身体不同部位的力量练习和蹬功率自行车练习组成。见图1。每个循环完成9站抗阻练习，每站之间间歇15~30s,每次训练包括3个循环，共持续60min,每周进行3次训练（隔天1次），训练持续8周。力量练习主要针对全身不同部位的肌群进行锻炼，每个部位每组锻炼10~12次，锻炼阻力设定为练习部位最大肌力的50%~75%;太极拳练习持续5min,根据每个人的能力可调整为高架位、中架位或低架位，使心率（Heart Rate，HR）达到100~130次/min。训练时每个部位承受力量以稍感吃力为准，若轻松完成训练任务（将受试者的口述和教练经验结合起来进行判断），下次在强度范围内适度增加锻炼阻力。整个训练过程中严格制定个体训练计划，以安全训练、循序渐进为基本原则。在训练过程中，让受试者做到呼吸吐纳自然，安神定意，以减少杂念，保持平心静气。

1.2.3 太极拳练习动作的设计

根据试验的条件，选取太极拳中经典的动作，设计适合在密闭狭小环境中练习的套路（“巡天太极拳”）。其中旋转乾坤主要引导大脑入静；野马分鬃、揽雀尾等舒缓优美的动作可以舒展身心；云手和开合手简单的动作用于调匀气息；背折靠等动作的发力用于提高受试者大脑的兴奋性，减少困倦的程度，借助三才式等动作增强受试者的信心。

1.2.4 测试方法

1.2.4.1 运动心肺功能测试方法

在跑台上进行运动心肺功能测试。受试者在测试前佩戴好心肺功能测试仪、十二导动态心电图监测系统、动态血压监测系统、Polar表等，监测受试者在安静坐位状态下各生理指标5min，记录第3min和第5min数据。之后，受试者在运动跑台上按Pul-monary方案进行1min逐级递增程序运动，负荷水平为极量负荷(220-年龄），每间隔1min询问受试者自感疲劳等级(Rating of Perceived Exertion，RPE)。见表1。随着运动负荷增加，受试者耗氧量达到平稳状态1min时，终止运动，记录相关指标。

试验中，若受试者出现以下任一情况时，立即停止试验。终止标准：1)出现呼吸困难、头晕、恶心、胸痛、胸闷、身体摇晃症状等；2)运动中心电图的ST段在原有水平上水平下降或斜下型下降＞0.2mV，并伴有不适，心律失常等；3)血压异常：≥230/120mmHg(1mmHg=0.133kPa),或者舒张压下降20mmHg以上；4)HR达到预计最大值；5)受试者的RPE≥19；6)不能维持所要求的速度10s。

VO2max的判断可用以下4种情况任何3种同时出现时来确定：1)VO2不再增加而出现平台；2)呼吸商大于1.1;3)HR大于180次/min；4)运动中心电图的ST段在原有水平上水平下降或斜下型下降＞0.2mV，并伴有不适，心律失常等。

通气阈(Ventilatory Threshold，VT)判断标准为：随着运动时间增加，氧当量(VE/VO2)和二氧化碳当量(VE/VCO2)在缓慢下降过程中，二氧化碳当量出现突然增加，而且氧当量不下降（即二者都增加）时对应的拐点即为VT。达到VT时的心率，称为通气阈心率(HRvt)，单位为次/min。

1.2.4.2 超重耐力检查方法

在载人离心机上进行+Gz超重耐力检查，测试均为基础G耐力。离心机座椅背角为17°，超重曲线均为梯形，上升的变化率为0.2G/s,下降的变化率均为0.4G/s,在正式检查前，均先进行+2Gz、30s的预体验，以熟悉试验环境，消除心理紧张，正式测试的峰值和峰值持续时间为+3Gz、30s,其后可根据受试者的情况继续进行+3.5Gz、30s,每名受试者各次检查之间间隔10min。试验过程中嘱受试者正常呼吸，腿部不用力，监测其面部表情、心电等生理信号。离心机停机指标为以下任一情况发生：1)受试者出现面色苍白、恶心、呕吐、出冷汗等症状；2)心电图出现频发早搏或其他较严重的心律失常；3)受试者主诉边灯消失，或伴中央灯变暗、消失；4)主诉呼吸困难、胸部疼痛难以忍受；5)虚脱或意识丧失。

1.3 统计学方法

采用SPSS22.0统计软件进行数据分析。相关数据以均数±标准差(x±s)表示，采用独立和配对T检验以及双变量相关性分析，以P<0.05为差异有统计学意义。

2.1 2组患者8周前后有氧运动能力与+Gz超重耐力

比较8周前后观察组最大摄氧量(VO₂max)、VT、VT占VO₂max的比值(VT/VO₂max)、HRvt、HRvt所占VO₂max、HRmax百分比(%HRmax)、+Gz超重耐受时间和+Gz超重HRmax均发生了显著性的增长（均P<0.05),对照组没有显著性变化；8周之后观察组和对照组的数据进行比较显示：除达到VO₂max的最大心率HRmax（VO2max），其他指标均呈现显著性的变化（均P<0.05)。见表2。

2.2 2组患者VO2max与+Gz耐受时间比较

受试者8周前后VO₂max与+Gz耐受时间的关系曲线。VO₂max数值在36~42mL/(min·kg)区间范围内，+Gz耐受时间达到90s（通过3.5G)的受试者人数较多；VO₂max超过42mL/(min·kg),受试者+Gz耐受时间反而下降，即没有受试者能够通过间与+Gz超重HRmax(P<0.05)、VO₂max(P<0.01)、VT(P<0.01)差异有统计学意义。见表3。

3.1 8周循环抗阻训练对有氧运动能力和+Gz超重耐力的影响

随着女性飞行员、航天员越来越多的加入到飞行任务中，女飞行员或女航天员对飞行超重耐受能力也越来越受到人们的重视。在通过运动训练影响超重耐力方面，目前的研究认为：将力量练习和有氧耐力练习合理搭配，采用中等强度进行综合性的训练，对提高航天+Gz耐力是有效的。本研究中设计的循环抗阻训练方法是一种综合性的运动训练方法，进行3次／周，60min/次，训练中受试者在间歇时的心率一般能够保持在90~110次/min之间。其中专门设计了一站蹬自行车功量计的练习，通过功率自行车阻力的设定，使该站练习时受试者心率能够保持在130~150次/min之间。其运动生理意义在于蹬自行车练习时，下肢肌肉紧张，回心血量提高，心脏的负荷增加，对于每搏输出量的提高意义重大。研究显示：采用中等强度的耐力训练，一般需8~12周才能有效提高心血管的功能状态,本试验当中受试者循环抗阻训练的时间制定为8周。经过8周的循环抗阻训练，观察组VO2max、VT、HRvt、+Gz超重耐受时间和+Gz超重HRmax均发生了显著性的增长。

VO₂max和VT是评定人体有氧运动能力的重要指标。VO₂max主要反映心肺功能，VT又称通气无氧阈，是无损伤测定乳酸阈常用指标，主要通过测试气体代谢指标的变化来反映供能代谢变化。研究报道显示，VO₂max受遗传因素的影响较大，通过系统训练提高幅度不大；而VT和乳酸阈较少受遗传因素影响，与运动训练关系更为密切。这主要是因为运动训练可引起骨骼肌、心肌细胞中线粒体数量适应性增加，使有氧代谢能力增强，导致毛细血管与肌纤维比率增大，从而有利于肌细胞对氧的摄取，使机体VO₂max增加。运动训练能够提高机体的VO₂max水平，尤其是提高VO₂max的利用率,显然，后者的可塑性高于前者。我们的试验结果也进一步验证了这一理论，对于没有系统训练经验的受试者群体，经过8周的循环抗阻训练，VT相关的指标增加的幅度明显高于VO₂max增加的幅度，并且+Gz耐受时间增加的同时，HRmax也有显著性提高。提示经过训练，随着受试者有氧运动能力的增加，心血管调节功能增强，有利于+Gz耐力的提高。3.2有氧运动能力与+Gz超重耐力的关系离心机训练是目前全世界广泛应用于航天员和飞行员提高自身超重耐力最安全有效的手段之一,关于VO₂max与超重耐力的关系也一直是航空航天领域关注的焦点。研究认为：有氧耐力水平不够或者训练过度,影响的生理机制变化都不利于超重耐力的维持和提高。可能产生的原因是迷走神经紧张度过分增强，减弱了在G作用下心率的代偿反射机制,还可能与压力反射敏感性降低、血管顺应性增加等因素有关。心血管代偿功能是提高+Gz耐力的重要因素，因此迷走神经张力过高会使得+Gz耐力低于正常水平。这与耿喜臣等研究发现的有氧运动过度会导致迷走神经张力过高，抗荷耐力下降的结果一致。根据查阅相关资料和本课题组曾进行过的特殊职业女性群体研究显示：女飞行组(9人）VO₂max为(39.61±3.84)mL/(min·kg),女跳伞组(10人）VO₂max为(38.15±5.30)mL/(min·kg)，NASA女航天员(13人）VO₂max为(36.80±7.21)mL/(min·kg)。另有试验对VO₂max为(48.5±8.65)mL/(min·kg)的中长跑运动员(18人）进行研究发现，其立位耐力反而低于普通人群，在同样负荷下(-60mmHg),女运动员出现晕厥前症状的发生率为64.5%,高于未训练组34.8%。立位耐力和超重耐力是航天员或飞行员地面检查心血管调节能力的2个主要测试项目，在人体生理的影响调节方面具有很强的相关性。关于女性VO₂max与+Gz超重耐力关系的研究至今还未见报道。

本研究所有受试者均为女性，虽然考虑到了超重耐力检查前为避免恐惧的心理因素影响到试验数据的可靠性，进行了适应性练习，但是忽略了前庭功能对超重耐力检查结果的影响，因此在8周训练前的超重耐力检查中有3名受试者(VO2max数值分别为33、37和39)出现了恶心症状，中途要求停车。8周训练后的检查前，连续3d,每天进行3次原地“打地转”的前庭功能练习，以上3名受试者检查中均未再出现恶心症状，顺利完成检查。本研究发现一种趋势：VO₂max水平在36~42mL/(min·kg)范围区间内的女性受试者+Gz耐受时间较高，VO₂max>42mL/(min·kg)的受试者+Gz耐受时间反而下降。结果从数据上印证了国内外同行专家提出的推断：有氧耐力水平对立位耐力（超重耐力）的影响可能会存在一个最佳范围区间。进而在结果中排除9人次VO₂max≥42mL/(min·kg) 并且未完成+3.5Gz超重耐力的受试者数据，本研究通过统计发现：+Gz耐受时间与VO₂max、VT具有高度的相关性(P<0.01)。提示：青年女性有氧耐力水平在一定的范围内增长，对提高机体的超重耐力也是有利的。

运动训练中，采用VT强度进行训练，是发展有氧耐力的有效方法之一，VT和VO₂max通常用来评价训练效果，而HR用来监测和控制运动强度。陈俊民通过研究高原（海拔2260m)环境下女子自行车运动员的VT时的心率137次/min,提出以VT时的心率作为有氧训练的强度指标较为适宜。航天员和飞行员特殊群体的体质训练目的主要是满足职业任务的需求，不是为了突破体能的极限，训练首先要保证安全性，其次过高的有氧耐力强度训练并不利于+Gz耐力的维持和提高，因此，使用科学、便捷的监测指标作为运动强度的控制手段显得尤为重要。本项目中VT为VO₂max的60%~ 70%,HRvt为VO₂max的77%~87%,HR是反映运动强度无创的、简单实用的有效指标之一，并且HRvt和VT、VO₂max均显著相关，因此，在航天员和飞行员提高有氧运动能力和超重耐力的运动训练中，采用HRvt作为有氧运动强度控制手段是科学的、合理的。

中医导引术是我国传统养生和体疗方法，通过调节呼吸、手足伸屈，达到气血顺畅的目的。《庄子·刻意篇》提到：“吹响呼吸，吐故纳新，熊经鸟伸，为寿而已。”都在强调呼吸、意念与身体的关系，以及气息的重要。在中医学概念中人体最重要的就是气，循环抗阻训练过程就是对气的调节，通过对腿、腹、背部的肌肉锻炼来引导气，最后用太极拳进行气的整合与梳理，其间着重强调呼吸节奏的调节，最终目的则是调节整个人的身体状态，能够更好地适应与恢复，这在中医理论上是可行的。

通过现代仪器测试，研究结果显示8周中等强度循环抗阻训练可以有效提高青年女性有氧运动能力和+Gz超重耐力水平；研究发现VO₂max数值在36~42mL/(min·kg)区间范围内，受试者+Gz超重耐力耐受时间较高；HRvt可以作为一种无创的提高+Gz超重耐力的运动强度控制手段进行科学使用。测试结果也证实，中医导引术理论在指导实际训练的运用上也是有效的。

循环抗阻训练方法由于运动强度可控，个性化程度强，制定运动处方后已经在医院等相关康复领域应用，术后或卧床患者康复期间接受程度高，使用效果有待后续试验进一步验证。

利益冲突声明：无。

参考文献：略

作者：仝飞舟 王利利 王焰磊 胡勇 谷志明 杨辉 黄新宇 田立平 黄伟芬

单位：中国航天员科研训练中心 北京交通大学

来源：中国全科医学