最大摄氧量测试方法的比较分析.doc

最大摄氧量测试方法的比较分析学生：任贺指导老师：马国东摘要：物质代谢和能量代谢是机体内各组织器官技能活动的基础，而运动能力是身体各种机能活动的集中表现。根据能量方式的不同，运动能力可以划分为有氧运动和无氧运动。而有氧供能的能力是基础，对于它已经有大量学者做过研究，其中最大摄氧量是评价有氧能力最常用和最有效的方法。本文通过阅读大量文献资料阐述最大摄氧量的各种测试方法对人体测试的效果分析。关键词：最大摄氧量；测试方法；比较分析1 最大摄氧量的测试方法及研究进展最大摄氧量（maximal oxygen consumption,VO2max)是指在人体进行最大强度的运动，当机体出现无力继续支撑接下来的运动时，所能摄入的氧气含量。作为耐力运动员的重要选材依据之一，是反映人体有氧运动能力的重要指标，高水平最大摄氧量是高水平有氧运动能力的基础。以下综合了国内外最大摄氧量的测试方法及研究进展。11 最大摄氧量的直接测试根据测试方法的不同,最大摄氧量的测试可以分为直接测试法和间接测试法。两者间的差异在于:直接测试法中受试者做极限强度的运动,最大摄氧量数值为直接测得;间接测试法中受试者做一定时间的次最大强度运动,通过心率以及其他监测指标推算最大摄氧量。直接测试法是指受试者在实验室或者在训练场地利用功率计等进行极限运动,使用气体代谢分析仪直接测定最大摄氧量的一种方法。气体代谢分析仪直接测得通气量，吸气时的氧浓度和呼气时氧浓度,再用公式获得最大摄氧量。直接测试法通常采用递增负荷实验方案,常用的负荷方式为跑台；功率自行车和台阶。针对某些特殊人群的测试(如:游泳运动员，皮艇运动员或残疾人等)会采用手摇式功率计进行测试。直接测试法通常让受试者在功率计上进行递增负荷实验,以测试其最大摄氧量。随着科技进步,运动过程中呼吸机能的测试方法由初始的道格拉斯气袋法(Douglas一bag)发展到混合气室法(Mixingehamber),进而发展到一口气接一口气分析法(BreathbyBreath);气体代谢的测试技术也有了很大的进步,测试的精确度与准确度都得到了提高。1.1.1直接测试法的负荷通过直接测试法进行最大摄氧量测试属于递增负荷实验,其运动负荷随运动时间的延长而逐级递增。递增负荷实验(GXT)可分为最大递增负荷试验和次极量递增负荷实验。美国运动医学学会(ACSM)研究表明:测试的原因,受试对象的类型,是否提供适当的设备和人员等因素决定了是采用最大递增负荷测试或者次极量递增负荷测试。一般来说,对于运动员和健康人群常常采用最大递增负荷实验通过气体代谢分析仪直接测得最大摄氧量;次最大负荷往往应用于存在运动风险的非健康人群。1.1.2直接测试法提供负荷的方式 提供负荷的方式即在测试过程中通过何种运动方式提供相应的运动负荷。现在国际上比较流行的有跑台测试和功率车测试两种方法。其本质的区别就是运动方式的不同和运动负荷的差异。 跑台测试法是让受试者在跑台上以一定的运动负荷完成最大摄氧量测试的方法。跑台测试法有两种递增运动负荷的方式,一种是增加坡度;另一种是增加跑速，其具体方法是:受试者在运动过程中用特制的呼吸面罩是受试者正常吸入空气,而将呼出气体收集到特制的气袋内以备用专门的气体分析仪进行气体分析,或直接输入到气体分析仪内进行气体分析,气体分析仪根据呼出气中的氧含量计算出受试者的最大摄氧量。功率自行车测试是以功率车作为负荷方式,在转速一定的情况下,通过增加阻力为受试者增加负荷。然后通过气体分析仪对受试者的呼出气体进行分析, 得出最大摄氧量。由于最大摄氧量的测试结果与参与工作肌群的动员程度有关,所以不同测试方法测得的最大摄氧量数值有一定差别,通常跑台测试所得的值比功率车要大,其关系详见表1: 表1:不同运动方式测定最大摄氧量值比较运动形式 最大摄氧量(%)上坡跑(3% 100水平跑95100功率自行车(60转/分)9296手臂摇动曲柄 6575 （依据Astrand,1982）跑台和功率车这两种负荷形式,既可以用于极限强度测试也可以用于次极限强度测试,测试方案比较灵活;对于受试者而言,这两种运动方式易于接受;同是,它们都能在测试期间为受试者提供连续的递增负荷。但是,他们自身也存在缺点,一般使用两种仪器都需要一定的资金购买；受试者对跑台的运动方式都会感觉不适应和紧张；跑台的运输比较麻烦，功率车相对容易；功率车的仪器校对相对困难；跑台的生理指标采集有一定的困难程度。直接测试法作为测定和评价最大摄氧量的标准实验,在实验当中需要对实验的终止标准进行严格的监控。终止递增负荷实验的绝对特征：1.中度或重度胸部疼痛；2.随负荷的增加收缩压突然下降超过10mmHg,并伴有其他缺血症状；3.出现神经症状,如共济失调，眩晕或者接近晕厥；4.出现缺血症状；5.技术上无法监测心电图或者血压；6.受试者自己要求终止实验；7.持续性室性心动过速 终止递增负荷实验的相对特征： 1.随负荷的增加收缩压突然下降超过10mmHg,但不伴有其他缺血症状；2.出现胸部疼痛3.疲劳、呼吸紧促、哮喘、腿部痉挛或者跛行；4.高血压表现(收缩压大于250mmHg和/或舒张压大于115mmHg)； 5.心律失常,如室上性心动过速!传导阻滞或者换慢性心律失常等； 6.出现束支传导阻滞或者室内传导延迟,并且不能于室上性心动过速鉴别。1.2 最大摄氧量间接测试法1.2.1 12min跑12min跑作为一种场地测试法,要求受试者在田径跑道,完成12分钟的匀速跑动。测试要求受试者尽自己的最大努力完成尽可能远的跑动距离。测试结束后,由测试人员记录受试者的跑动距离,然后代入公式,推算最大摄氧量。其公式为:VO2max(ml/kg.min-1)=跑动距离(m)一504.944.73库拍的研究表明,12min跑的成绩与最大摄氧量的相关系数为0.897,呈显著相关1381同时有实验研究表明:对于少年男子而言,12min跑的测量结果与直接测试法(功率车测试法)的相关系数较低(r=0.383,p=0.117)139。提示本方法可能不适合本年龄段男子进行最大摄氧量测试。1.2.2 20M折返跑20M折返跑作为一种间接评价最大摄氧量的手段,己在欧洲各国，美国，加拿大和日本等广泛施行。我国对20M折返跑的研究尚不充分。其方法为:让受试者在长度为20米的跑道上做折返运动,受试者的步频受到间隔双音的控制,随着节奏逐渐加快,受试者的运动负荷不断增加在运动结束的即刻,记录受试者的跑动级别和跑动回合,从而推算其最大摄氧量目前比较成熟的方案有应用于网球运动员的beep一test,主要是评价网球运动员的心血管机能.试选取最大有氧速度(MAS)和年龄作为影响因子,20米折返跑更加适用于成年人测试,由于少年儿童的意志力较为薄弱,在没有达到个体最大摄氧量时就终止测试,若想提高测试的准确性,必须对方案进行改进。1.2.3 台阶试验台阶试验是一种成本较低的评价心肺功能的方法,通过测量在一定高度、一定频率上下台阶后的恢复期心率来评定心肺功能。其基本原理为在运动后恢复期,心率恢复的快慢是心肺功能能力强弱的简易表现,心肺功能越好,定量负荷运动后心率恢复得越快最早的台阶试验始于哈佛疲劳实验室,称为哈佛台阶试验,用于评价人体对运动负荷的适应能力。后来为了适应不同人群的需耍,研究者对台阶试验从台阶高度或运动负荷时间等方面进行了修正,逐渐用于评价人体的心血管功能,因而出现了不同形式的台阶试验。其中“俄亥俄”台阶试验是适用于18岁以上男性的多级递增负荷测试,通过测试当心率达到150次/分时的运动组数来推测最大摄氧量。查因台阶试验是专门为大学女生设计的试验,该方法是通过22次/分上下台阶，3分钟后的即刻心率推测最大摄氧量。斯库比克在哈佛台阶试验的基础上,制定了适合于女性的斯库比克心血管功能指数,用于评价女性的心血管功能;日本也将哈佛台阶试验进行了改良,用于日本体力活动评价中对心血管功能的评价。我国学者在1984年根据中国儿童青少年的特点,重新修改了台阶高度,并通过大样本测试制定了 7-16岁中国儿童青少年心功能评价等级。但是,众多改良台阶试验的研究结果不一致,利用台阶试验评价人体的心肺功能仍存在一定的局限性。我国于2002年开始将台阶试验用于我国学生体质监测中,以评价学生心血管功能。台阶试验因对设备要求简单、廉价、上下台阶技术几乎无需培训、台阶指数对体宵锻炼的敏感性强等优点，被广泛用于群体测试中。但是,随着人们对心肺功能评价方法研究的发展,台阶试验能否有效评价人体心肺功能能力受到许多质疑。有研究表明通过台阶试验测得的台阶指数不能对人体心血管功能做出精确判断,不能反映不同年龄和性别间的差昇。Santo等人根据受试者身高与下肢长短对台阶高度进行相应调整后,发现改良后的台阶试验测得的台阶指数可以有效地反映人体的心肺功能,提示目前体质测量中常用的台阶试验在方法、运动时间、上下台阶频率和台阶高度等方面还有待改进。台阶试验不能准确反映特殊人群的心血管功能能力,对于平衡能力差和体能差的人群来说,单次台阶试验所需能耗是7-9代谢当量,这可能超过一些人的最大做功能力运动负荷要适用于受试者的体适能水平,不按节拍上下台阶和下肢过度疲劳均会影响测试结果。日本于1999年将台阶实验从体力评价等级中剔除,其原因是认为靑少年不断长高,而使用同一台阶高度进行测试,其数据可比性差。1.2.4 1000 (800)米跑男生1000米、女生800米跑是我国最早用于评价学生耐力素质的方法。其对场地设施要求简单,只需度量标准的场地和秒表即可。目前1000 (800)米跑仍是我国学生体育达标的测试项目。前人经调査发现,多数学生不喜欢1000(800)米跑这一测试项目,认为耐力跑测试较枯燥乏味。1000(800)米跑是以糖酵解系统供能为主的项目,运动后机体会产生大量乳酸,可能会有酸痛感出现。因此会出现厌跑、怕跑的现象,导致学生未尽自身最大能力完成测试。对大学生的研究报道3?, 1000 m(男)、800m女跑成绩与最大摄諷量值两者无显著性相关。在1000(800)米跑测试成绩与台阶试指数的一致性的研究中,黄今认为两种测试方法的测试结果不一致,推荐使用台阶试验作为评价心肺功能的方法。Safrit et al于1988年分析了使用长距离跑的各种研究的有效性问题,发现长距离跑评价心肺功能的有效性对男女孩都有普遍意义,但是距离不能过短;Krahenbuhl et aL提出,要想提高长距离跑成绩与最大摄氧量值的相关性,最好的方法为适当地增加距离,认为1600米跑对于男孩和女孩来说均是预测最大摄氧量较有效的方法。由上看出,大量研究证明,1000 (800)米跑测试不能准确、有效反映人体的心肺功能。1.3 其他方法除了上述几种间接测试意外,采用功率车对最大摄氧量的预测具体有很多方法,比如Astrand-Rhyming法，陈文靖法，贾金鼎法，Fox法等,其主要理论基础都是基于Pwc170机能测验。PWC是英语“Physical Work Capacity”一词的缩写,可把它直译成“身体工作能力”。 身体工作能力测验和最大摄氧量测验一样,是一种测量身体健康适应(Physical fitness)的现代方法。其主要原理是心率接近170次/min时与肌肉工作强度呈直线相关关系,心率达到170次/min时,在这种肌肉工作条件下,呼吸和循环系统的机能相互适应,变化是显著和强有力的,机能水平平均相当最大工作能力的70%一80%。根据PWC170值与最大吸氧量之间在一定范围内存在着高度相关关系,故可用PWC170值来推算运动员的最大吸氧量。测定PWC170的意义在于,PWC170指数是一项反映人体有氧工作能力的指标,其数值的高低与人体的有氧工作能力有直接关系,测试者可以根据不同时期个体PWC170数值的变化评定受试者个体机能状态如在一定的运动干预下,经过一定时期的锻炼,个体的PWC170指数一直没有提高,甚至出现下降,则提示可能出现锻炼方法不当,身体疲劳,或者病态表现这些方法的信度和效度以得到专家的研究和证实,由于这些试验的测试方法各不相同,所以其测试结果也存在着一定的差异。有待于进一步的校对。目前己经实行的间接测定法,各有其优缺点详见表2:表2:不同测试方法负荷方式的比较优点缺点台阶试验负荷设备简易负荷量依赖人体重量有摔倒的危险(特别对于老年人)功率车测试(Astrand一Rhyming法，陈文峭法，Fox法)负荷大小精确,能够准确调整受试者位置固定,能够提供动态的心电或血压监控(ECG,BP)心肺功能未达到最大时,肌肉首先出现疲劳需要定期校准跑台测试(Bruce法)负荷大小精确,能够准确调整,能够提供高于力竭5一10%负荷设备价格较昂贵体积大,有噪声负荷量依赖人体重量有摔倒的危险(特别对于老年人)需要定期校准场地测试(12分钟跑，20米折返跑)运动方式简单无需功率计提供负荷测试条件接近真实减小心理方面的影响对于负荷的控制比较困难综上所述,直接测试法当中跑台测试和功率车测试比较常用,由于直接测试测精确性很高,可以作为评价其他间接测试法的校标。间接测试法的评价及测试方案多样,测试结果差异性较大,客观上要求建立适合我国不同人群的测试方法和评价体系,这还有待于进一步的探讨和验证。