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体育网刊2010年第3期
 
MetaMax Ⅱ心肺功能仪在低氧下呼吸商(RER)的探讨

2010/4/8 16:59:25 浏览次数 17840  

郑选梅1     林文弢1   林智君2
(1广州体育学院生化教研室,广东 广州 510500
2 广东医学院第一临床学院  广东 湛江 524023)

摘要:本研究对20名训练有素的男大学生分别在常氧和低氧(PO2=15-18)下使用MetaMax Ⅱ心肺功能仪进行安静和运动时的呼吸商测试实验,发现无论是运动还是安静时,常氧和低氧下呼吸商存在显著性差异,与文献报道矛盾;并发现低氧的摄氧量(VO2)比常氧的摄氧量(VO2)的值高,都有非常显著性差异(P<0.01),与而二氧化碳排出量(VCO2)变化不大。分析原因是MetaMax Ⅱ心肺功能仪定标时输入的混合气体中的氧浓度与环境的氧气浓度不一致。
关键词:MetaMax Ⅱ心肺功能 ;常氧;低氧;呼吸商

    MetaMaxⅡ心肺功能仪是目前世界上两种最先进的气体代谢测试分析仪器之一,采用Breath by Breath分析方法 ,大大提高了气体分析速度 ,减少了呼吸周期中由于气体采样少而造成的误差,提高了数据的准确性[1]。
    MetaMax Ⅱ心肺功能仪的心肺功能测试是指在一个运动规程下(蹬车或跑步),同时进行运动气体代谢监测和运动心电图检测,从而全面评估心肺的综合运动能力。气体代谢主要获得通气量VE、摄氧量VO2、二氧化碳排出量VCO2、呼吸熵RER或RQ、无氧阈AT等重要参数。实际上测量的核心数据来自流量传感器、氧和二氧化碳气体分析器。采用混合室技术----闭合模式原理,混合室法大大提高了在高通气和低通气下的测试精度,而在使用MetaMax Ⅱ心肺功能仪之前要进行校准,按照操作程序说明,需要用浓度是21%的氧气的混合气体和99.999%浓度的氮气定标,最后的校准值是以参考安静时的呼吸商值。校准时输入的混合气体解决常氧环境下的气体成分,那么设想在不同的环境下MetaMax Ⅱ心肺功能仪能否正常使用?本文就广州体育学院运动生化省重点实验室MetaMax Ⅱ心肺功能仪在低氧(氧浓度为15%--18%)和常氧的呼吸商测试值进行比较探讨原理。

1  研究对象和方法
    以20名广州体育学院男生为研究对象,分别在常氧和氧浓度为15%-18%的低氧房里,采用MetaMax Ⅱ心肺功能仪(美国),进行多次反复的呼吸商测试,每次测试时间为12分钟,分别测得安静时呼吸商的值和递增负荷运动摄氧量(VO2)、二氧化碳排出量(VCO2)、呼吸商(RER)的值。有关的数据采用spss11.0统计软件进行处理。

2  研究结果


    从表(1,2)可以看出,二氧化碳排出量(VCO2)变化无论是在常氧还是低氧下的变化都不明显,而存在非常显著性差异的是摄氧量(VO2)。从表3可以看出安静时和运动时低氧下的呼吸商(RER)比常氧的低,有非常显著性差异。

3 分析讨论
    VCO2指运动过程中CO2的排出量,它反映了机体在运动中能量代谢的变化情况[2]。RER是CO2排出量和O2摄入量的比值,它反映了运动强度渐增过程中体内代谢性质的变化[3]。呼吸商因为涉及到摄氧量、二氧化碳排出量之间的比例关系,可以当作MetaMax Ⅱ心肺功能仪的心肺功能测试的一个校准参考值。从以上的测试结果可以看出这常氧和低氧环境下呼吸商存在非常显著性差异。
4.1 呼吸商的测定
    呼吸商也称气体交换率,它是机体在同一时间内二氧化碳排出量和摄氧量的比值,安静状态下,其比值为0.7到1.0之间,具体数据取决于食物底料[4]。即公式为RER(RQ) = VCO2 / VO2。VO2等于吸入和呼出氧总量的差,即吸入气体容积(VI)乘吸入气的氧浓度减去呼出气体容积(VE)乘呼出气的平均氧浓度,计算公式为VO2 = VI*FiO2-VE*FeO2。VCO2等于吸入和呼出二氧化碳总量的差,但由于吸入气体一般为空气或高浓度氧气,其中二氧化碳浓度很低,所以可忽略不计,这样整个公式可简化为呼出气体容量(VE)乘呼出气平均二氧化碳浓度,公式为VCO2 = VE*FeCO2[6]。
    MetaMax Ⅱ心肺功能仪的心肺功能测试实际上测量的核心数据来自流量传感器、氧和二氧化碳气体分析器。采用混合室技术----闭合模式原理,也就是在混合室输入混合气体来定标校准,最后根据呼出的气体进行气体分析,计算出呼吸商的值。
4.2  氧气的摄入VO2变化
    赵之光[2]在模拟海拔高度急性低氧下递增负荷进行呼吸商测试,使用Oxycon Pro耶格运动心肺功仪(德国),发现低氧下呼吸商(RER)的值比平原高,而且是随之氧浓的下降而增高的。而从以上的测试结果来看,使用低氧下安静和递增负荷运动的呼吸商都比常氧低,与赵之光等人的研究结果相反,与事实不符合。表明使用MetaMax Ⅱ心肺功能仪在低氧下进行呼吸商测试是不可取的。下面是对出现这种现象的原因进行分析:
    从呼吸商的测试结果分析可以看出, VCO2在常氧和低氧下都相差不大, VO2的变化却很大,猜测:氧气的摄入在低氧下比常氧大是导致呼吸商下降的主要原因。因为VO2等于吸入和呼出氧总量的差,氧浓度也稳定,所以导致VO2的值在低氧和常氧的差异就是因为呼出气体的平均FeO2差异。根据MetaMax Ⅱ心肺功能仪的结构特点,当吸入气体,要经过混合气体室进行气体交换、分析,使吸入的气体混合导致氧浓度下降,即呼出气体的平均FeO2下降,所以在低氧下氧气的摄入增大。而在常氧下,就混合气体跟空气的标准是一样的,就不会出现这种现象。解决措施:在定标时,使用的混合气体的成分跟测试环境的气体成分是一样的,也就是用可调大小的动态混合室代替固定容积的混合室但是测试环境随之人的吸氧和呼出二氧化碳,环境是动态的,所以这种方法是行不通的。
4.3  测试环境动态变化
    在低氧房里,随之在房间呆的时间延长,那么房间里的二氧化碳就会逐渐上升,那么根据MetaMax Ⅱ心肺功能仪的结构特点,心肺功能仪分析出来的CO2气体含量不仅仅是代谢产生的还包括吸入空气里的。所以在低氧房里分析出来的呼吸商值是不准确的。解决措施:随时把呼出的气体通过过滤器收集起来,但是除了受试者呼出的CO2以外,还有旁边辅助工作人员的气体就很难收集了。所以这种方法也是行不通。
5 小结
    根据以上的分析结果可以获知,要使低氧下MetaMax Ⅱ心肺功能仪的心肺功能测试能够正常使用,要具备以下的条件之一
    1. 使用面罩式的低氧仪,设定氧浓度,受试者直接呼入低氧,那样就可以得出正确的值。
    2. 造成测试结果错误根本原因是氧气的浓度。定标时输入的混合气体的氧浓度和环境中的氧浓度一致。
    3. 环境的氧气浓度是稳定的。

参考文献
[1]高炳宏,李之俊. Oxycon Pro和MetaMaxⅡ两种心肺功能仪测试值的比较.[J].中国运动医学杂志2004年1月第23卷第1期.53-56
[2]曲绵域,等.实用运动医学.北京科学技术出版社.[M].1996.79-83.
[3]袁伟民,等.体育科学词典.北京:高等教育出版社. [M].2000.8.7
[4]王瑞元,等.运动生理学[M].北京:人民体育出版社.[M].2002.9.1
[5]赵之光.不同模拟海拔高度急性低氧暴露运动时优秀运动员有氧代谢运动能力的变化[D].苏州:苏州大学,2005年
[6运动气体代谢测试技术的发展.[N/OL].http://www.docin.com/p-7193127.html.夏云.2009.11.2


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