健康年轻人在水中和陆地运动时的呼吸调节与肺容量

《Physiological Reports》：Respiratory regulation and lung volume during aquatic and land-based exercise in healthy Young adults

水中有氧运动（AC）与陆地有氧运动（LC）在匹配耗氧量的情况下，AC导致中等强度运动时呼吸速率（RR）和分钟通气量（VE）显著升高，通气当量（VE/VO2）增大，呼气储备容积（ERV）降低，吸气储备容积（IRV）升高，肺活量（FVC）无变化。提示水环境通过增加胸腔压力和静脉回流量影响呼吸调节机制，可能更有效改善呼吸功能。

　　本研究探讨了在水下和陆地进行相同氧气摄取量（VO?）的低至中等强度骑行对呼吸调节和肺容积的影响。研究对象为十名健康的年轻成年人，他们分别在水下（AC）和陆地（LC）环境中完成骑行测试，并在相同的氧气摄取量下比较呼吸参数的变化。结果显示，尽管两种环境下的VO?水平相似，但在中等强度骑行时，水下环境下的每分钟通气量（V?）和呼吸频率（RR）显著高于陆地环境，从而导致呼吸等效值（V?/VO?）升高。此外，水下骑行时呼气储备容积（ERV）减少，而吸气储备容积（IRV）增加，而最大肺活量（FVC）在两种环境中保持不变。这些发现表明，水下运动可能比陆地运动在训练呼吸系统方面更具优势。

水下运动对呼吸系统的影响主要源于水的静水压力。这种压力会压缩胸腔和腹部，进而影响肺部的扩张能力。在静止状态下，水下环境会降低肺容量和肺顺应性，而这些变化可能在运动过程中持续存在，从而改变呼吸调节模式。在本研究中，水下骑行时呼吸频率的增加和通气量的提高，可能与胸腔和腹部的压缩导致的气道阻力增加有关。同时，由于呼吸肌需要克服更大的阻力，呼吸肌的代谢活动可能增加，从而提高呼吸等效值。

呼吸等效值是衡量通气效率的重要指标，它反映了单位氧气摄取量所需的通气量。在中等强度骑行时，水下环境下的呼吸等效值显著高于陆地环境，这可能表明在水下环境中，为了维持相同的氧气摄取量，呼吸系统需要付出更多的努力。这种现象可能与水下环境对呼吸肌的额外负荷有关，因为水的静水压力会增加呼吸肌的工作强度，导致呼吸频率和通气量的上升。同时，水下环境可能影响肺容积的分布，使得吸气储备容积增加，呼气储备容积减少，这可能是由于胸腔的压缩导致的。

在水下骑行时，虽然静止状态下的最大肺活量（FVC）没有显著变化，但吸气储备容积（IRV）和呼气储备容积（ERV）的分布发生了变化。IRV的增加可能与水下环境下的胸腔和腹部的机械压缩有关，这种压缩可能提高了吸气的效率，使得吸气储备容积在运动中保持较高水平。相反，ERV的减少可能是因为胸腔的压缩导致了肺部的扩张受限，这在运动中尤为明显。这些变化可能对呼吸模式产生影响，特别是在需要更大通气量的中等强度运动中。

此外，水下环境下的总呼吸时间（Ttot）显著减少，这可能表明在水下环境中，呼吸节奏更快，以满足相同的氧气需求。然而，这种变化并未在低强度运动中显现，这可能是因为低强度运动对呼吸系统的负荷较小，因此呼吸频率的增加并不显著。这些发现表明，水下运动在中等强度时对呼吸系统的影响更为明显，可能对呼吸肌肉的训练具有更大的价值。

在运动过程中，水下环境可能通过增加呼吸肌肉的负荷来促进呼吸系统的适应性变化。例如，尽管水下骑行的氧气摄取量与陆地骑行相同，但呼吸频率和通气量的增加可能表明呼吸肌肉的活动更为频繁和有力。这种现象可能与水下环境对胸腔和腹部的机械压缩有关，这种压缩可能增加了呼吸的难度，从而促使呼吸肌肉的进一步发展。

研究还发现，水下环境对呼吸等效值的影响在中等强度运动中尤为显著，而在低强度运动中则不明显。这可能是因为在中等强度运动中，呼吸肌肉需要更多的工作来维持相同的氧气摄取量，而水下环境的额外阻力和压缩效应可能使得这种需求更加明显。因此，水下运动可能在某些情况下对呼吸系统的训练效果优于陆地运动。

然而，本研究也存在一些局限性。首先，水下运动的外部功率输出未能进行测量，这可能影响对VO?的准确评估。其次，样本量较小，可能限制了统计分析的效力，尤其是在比较男性和女性的呼吸反应时。此外，水下和陆地运动的顺序未随机化，这可能对结果产生一定的影响。尽管如此，研究结果仍然提供了有价值的见解，表明水下运动在某些方面可能对呼吸系统的训练更为有效。

综上所述，本研究揭示了水下运动在呼吸调节和肺容积方面的影响。尽管在相同氧气摄取量下，水下运动的呼吸频率和通气量显著增加，但最大肺活量保持不变。这些变化可能对呼吸系统的训练效果产生积极影响，特别是在中等强度运动中。未来的研究应进一步探讨水下运动对呼吸系统的影响，特别是在不同性别和不同运动强度下的表现，以更全面地理解其潜在的生理机制和临床应用价值。