我國普通男性青年跑節(jié)省化（RE）測試方法的建立

王國軍，席 翼，武雅瓊

Daniels于1974年提出，跑節(jié)省化（Running Economy，以下簡稱RE）是給定一個標準化的亞極限跑速下處于穩(wěn)定狀態(tài)時的攝氧量［14］。國內(nèi)、外的研究成果證明：RE是繼最大攝氧量（max）、無氧閾后又一評價人體有氧耐力水平的優(yōu)異指標［2，9，19］。隨著研究的進一步深入，越來越多的研究成果顯示：RE在預測同質(zhì)人群（同一水平、性別等）中長跑耐 力 水 平 時，比max更 準 確［13，25］；RE 的 可塑性好于max［2，7］。由此，自20世紀80年代以來，國際上已將表達杰出耐力表現(xiàn)的關(guān)注點轉(zhuǎn)移到跑節(jié)省化。近些年，國外豐碩的RE研究成果逐漸引起國內(nèi)學者的關(guān)注，并一致認為，RE在競技體育和國民體質(zhì)領(lǐng)域有著廣闊的 前景［1，4，7］。 但 是 ，在 運 用 RE 之 前 ，首 先 要 解 決 測 試 方法，否則，將很大程度上阻礙RE的研究和應用。

過去RE相關(guān)研究中，RE測試方式基本無異議：除了偶有研究采用功率自行車方式外，均采用活動跑臺［10］。

每個運動負荷持續(xù)時間選擇上，存在著4～7min各種不同情況［24，33］。已有研究總結(jié)指出：過去有關(guān)RE測試持續(xù)時間，大都集中在4～10min內(nèi)，這樣的持續(xù)時間足夠達到生理學規(guī)定的穩(wěn)定狀態(tài)，測試的RE準確有效［16］，因此，持續(xù)時間只要保證4～10min即可。

鑒于理論依據(jù)和研究方法的差異，負荷標準的選擇成為爭議的焦點：自 Krahenbuhl確定241m／min、268m／min、295m／min 3個跑速作為亞極限負荷以來［13］，多數(shù)研究者在測定RE時沿用了3負荷方法，但跑速各有不同［12，13，17，32］。 也 有 學 者 采 用1個 跑 速［35，38］或2個 跑 速［36］測定RE。多樣化的跑速不利于后續(xù)研究工作的開展。由此，提出本研究目的1：建立一個既能簡化實驗程序又能準確反映中長跑耐力水平的有效負荷強度。

雖然RE的研究在國外自20世紀80年代以來一直備受關(guān)注，但有關(guān)RE氣體計算標準至今尚無定論：過去的研究到底是計算末尾1min、末尾2min還是末尾3min的所得均值作為RE值存在各種不同的算法，甚至少數(shù)研究只計算末尾30s、45s的均值作為RE值［11，20，31，33］。 氣 體 計 算 方 法 的 不 一 致 性 讓 后 續(xù) 研 究 者 心 存疑慮，亟待解決，基于此，提出研究目的2：依據(jù)收集時是否處于穩(wěn)定狀態(tài)以及計算不同時間下的與中長跑耐力水平相關(guān)關(guān)系確定一個標準統(tǒng)一的氣體計算方法。

鑒于上述目的，本研究以37名未經(jīng)訓練的新兵為實驗對象，測定其55%、60%、65%和70%max對應跑速下的RE值，以5km跑成績?yōu)橐蜃兞?，分別以上述4個RE值為自變量進行積差相關(guān)分析，并應用r2判定系數(shù)法判斷RE與5km跑成績線性關(guān)系，找出評定RE水平的適宜負荷，并測試同質(zhì)群體但不同個體（另外26名新兵）在此適宜負荷下的RE以及5km成績，分析其相關(guān)性，以檢驗此負荷推廣的有效性。另外，通過隨機抽樣進行重測并運用Pearson相關(guān)法檢驗其可靠性，最終建立一套完整的RE測試方法，以期為RE未來在國民體質(zhì)以及運動訓練等領(lǐng)域的應用提供一定的方法學參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

63名受試者來自武警8634部隊新兵營（處于學習跑步的初級訓練階段）。排除來自大山或高海拔地區(qū)的、從事過專門體能訓練的、長期從事體力勞動的士兵以保證受試者屬于普通人群體。研究對象均知曉實驗目的和內(nèi)容。

根據(jù)研究需要，將受試者分成兩組：A組37名，年齡（20.5±1.5）歲，身高（172.9±5.7）cm，體重（65.2±9.2）kg，目的在于測試受試者RE并計算各RE值與5km跑的相關(guān)系數(shù)，得出RE測試的適宜負荷；B組26名，年齡（18.3±1.2）歲，身高（173.2±6.4）cm，體重（64.4±6.4）kg，目的在于對篩選出的RE適宜負荷進行有效性檢驗。本實驗均在天津體育學院運動人體科學實驗室完成。

1.2 實驗方法

1.2.1 5km 跑 測 試

嚴格按照田徑測試方法在400m標準塑膠跑道上進行5km跑測試。測試前48h內(nèi)不參加任何大負荷運動。測試中，由連長以及士官親自督促，并給予相同的口頭鼓勵。2周內(nèi)共測試3次，取最好一次成績作為5km跑成績。

1.2.2 體成分測試

采用韓國Salus體成分測定儀。受試者空腹，測試前用酒精將腳掌擦拭干凈，然后，雙腳平穩(wěn)站立于儀器上20s，得出測量結(jié)果，數(shù)據(jù)包括：體重（W）、瘦體重（LBW）等，在每次max測試前即早晨7：00～9：00進行。

具體過程為：測試前2min內(nèi)將跑臺速度增至4km／h，坡度為0，讓受試者盡可能地走起來。第4min時將跑速增至8.5km／h，之后以1km／min的速度遞增，直至速度到13.5km／h（此種負荷遞增方式的另一個目的在于根據(jù)max的百分比強度確定對應的跑速）。此時，以1°／min的速度增加跑臺坡度，且不時通過主觀感覺評分表（RPE）詢問受試者主觀感覺。max判斷標準參照《運動生理學》［3］，獲 取 數(shù) 據(jù) 有 絕 對 值 （A－max，即 L／min）和相對值（R－max，即 ml／kg／min）。

1.2.4 RE測試

測試數(shù)據(jù)有絕對值（A－RE，L／min）、體重相對值（RRE，即 ml／kg／min）、瘦體重相對值（r－RE，即 ml／kg／min）和修正值（C－RE，即 RE／max）。

1.3 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 11.5for Windows軟件包處理數(shù)據(jù)：1）采用Pearson相關(guān)法檢驗RE各值與5km跑成績的相關(guān)性；2）判斷4個RE相對值與5km跑成績的線性關(guān)系（linear correlation），應用r2判定系數(shù)法尋找最佳擬合優(yōu)度。在判定線性擬合優(yōu)度時，r2判定系數(shù)和F是評價曲線擬合優(yōu)度的關(guān)鍵參數(shù)，r2和F越大說明擬合優(yōu)度越好，即線性模型與實際越接近，從而找出擬合度最優(yōu)的曲線；3）采用曲線擬合方法（curve fitting）驗證所確定的RE占max百分比是否為最佳點。曲線擬合時，先做散點圖，若通過散點圖仍不確定是何種曲線時，試探性地進行11種曲線擬合，然后根據(jù)曲線擬合評價參數(shù)確定最優(yōu)曲線。

1.4 最佳RE負荷有效性檢驗

測試方法及注意事項同上述“1.2.4”所述，但此項實驗只由B組受試者完成已成功篩選出的最佳RE跑速測試。數(shù)理統(tǒng)計時，采用Pearson相關(guān)法檢驗最佳RE跑速下的RE值與5km跑成績的相關(guān)性；B組與A組RE結(jié)果、5km成績采用獨立樣本t檢驗進行比較。

1.5 RE重測可靠性檢驗

在不進行任何實驗干預，不考慮年齡、性別等其他干擾因素前提下，一項好的測試指標和實驗程序應具有重復測量的高度可靠性和穩(wěn)定性。為驗證RE指標重測可靠性，從B組中隨機抽取13名受試者，按照上述“1.2.4”所述測試方法及注意事項，在不同日期但在同一時間段內(nèi)以上述所篩選出的最適宜RE跑速進行RE重測可靠性檢驗。采用“標準差／均值×100%”計算變異系數(shù)以檢驗最適宜跑速的穩(wěn)定性。采用配對t檢驗觀察同一批受試者2次測量結(jié)果的差異，采用Pearson相關(guān)法檢驗重測可靠性。

上述數(shù)理統(tǒng)計應用時，均選取P＜0.05為顯著性水平。

2 研究結(jié)果

2.1 RE各值及其與5km跑成績的相關(guān)性

測試結(jié)果顯示：A組受試者5km跑成績?yōu)椋?2.2±1.1）min；A－max和 R－max分別為（3.8±0.4）L／min和（57.8±3.8）ml／kg／min；55%、60%、65%和70%max對應的速度均值 V1、V2、V3、V4分別為：（9.7±0.8）km／h、（10.6±1.0）km／h、（11.5±0.9）km／h、（12.4±0.9）km／h；以 V1、V2、V3、V44個速度進行跑臺運動測試 RE1、RE2、RE3、RE4（表1）。

表1 RE各值分別與5km的相關(guān)關(guān)系一覽表Table 1 Results of the Correlativity between RE Values and 5km Repectively （n＝37）

表1顯示，與5km成績相關(guān)關(guān)系總體特征表現(xiàn)為（r表 示與 5km 的 相 關(guān) 系 數(shù) ）：rA－RE＜rr－RE＜rR－RE；rR－RE（3min）＜rR－RE（1min）＜rR－RE（2min）。C－RE 與 5km 成 績 呈 低 度 相 關(guān) （CRE2最高，r＝0.458，P＝0.004）。

2.2 應用r2判定系數(shù)法確定最佳R－RE值

R－RE與5km成績的曲線擬合結(jié)果顯示該曲線趨向于線性模型。對線性擬合下的4個R－RE值再作進一步分析（圖1）。圖1顯示：R－RE3的r2判定系數(shù)值以及F均最高，故RE3所對應曲線最能體現(xiàn)RE與5km跑成績之間的關(guān)系。因此，判定RE3時的負荷11.5km／h應為評價有氧能力的適宜亞極限跑速。

圖1 R－RE值的r2和F值比較結(jié)果示意圖Figure 1. Comparation Results between r2 of R－RE Values and FValues

2.3 對最適宜RE負荷的驗證

RE1、RE2、RE3和 RE4占max的 百 分 比 分 別 為59.2%、63.1%、67.1%和71.3%，且 RE 各 值 與5km 跑成績對應 的 相 關(guān) 系 數(shù)r1、r2、r3、r4分 別 為0.612、0.759、0.797、0.752（表1）。以 R－RE所占max的百分比為自變量，相關(guān)系數(shù)為因變量，進行11種可能的曲線擬合。排除P＞0.05的曲線，經(jīng)比較得到了最為合理的一種方程，其擬合結(jié)果如下：

方差分析表：F＝717.69，P＝0.026；判定系數(shù)：r2＝0.999；自變量 X 檢驗：t＝16.991，P＝0.0300；擬合方程：Y＝－18.528＋57.0666X＋（－42.476×X2）。圖2顯示，二次曲線開口向下，應有最大值（頂點），應用二次函數(shù)求頂點對應橫坐標公式（x＝－b／2a）求得頂點對應的橫坐標為67.2%max，即 在 67.2%max負 荷 時，RE與5km跑成績相關(guān)系數(shù)最大。此結(jié)果與RE3實際對應的67.1%max極為接近，表明2.2中確定的 RE3時的負荷11.5km／h是適宜的。

2.4 11.5km／h下血乳酸濃度、心率測試結(jié)果

抽取B組受試者耳血所測得的血乳酸濃度為（3.59±0.65）mmol／L，總體低于無氧閾濃度。心率值為154.76±8.6次／min。

圖2 各個RE所占max百分比與對應的相關(guān)系數(shù)擬合曲線圖Figure 2. Fitting Curve Chart between themax Percent of Every RE and Its Corresponding Coefficient

2.5 RE負荷有效性檢驗

B組受試者5km跑成績?yōu)椋?3.1±2.4）min，與 A組（22.2±1.1）min無統(tǒng)計學顯著差異（P＞0.05）；B組 RE測試結(jié)果為（38.80±3.1）ml／kg／min，與 A 組測試結(jié)果（38.84±2.6）ml／kg／min無統(tǒng)計學顯著差異（P＞0.05），這提示：在11.5km／h負荷下，普通人的R－RE值大約為38.8ml／kg／min左右。

11.5 km／h下的RE值與5km跑成績呈高度相關(guān)（r＝0.729，P＜0.001）。

2.6 RE重測可靠性檢驗

從B組隨機抽取出的13名受試者RE結(jié)果為（38.21±3.4）ml／kg／min，配對t檢驗結(jié)果顯示：t＝－0.925，P＝0.373＞0.05，兩組無統(tǒng)計學顯著差異。重測可靠性檢驗，兩次測試結(jié)果高度相關(guān)（r＝0.918，P＝0.000）。

3 討論

3.1 RE負荷之“最適宜”的討論

過去有關(guān)RE的研究中，存在多種不同的實驗負荷，如Krahenbuhl等選擇了134m／min、154m／min、174m／min 3個負荷［21］；陳忠慶等選擇了143m／min、172m／min、204 m／min作為RE負荷［12］；Paavolainen等在他的研究中僅僅使用3.67m／s和4.17m／s了兩個負荷［30］，而 Allor等選擇了惟一的147m／min負荷［8］。顯然，負荷選擇的多樣性，加上過去許多研究在實驗負荷使用上都是直接引用，并未給出合理的解釋，讓后續(xù)研究者心存疑慮，一定程度上影響了RE相關(guān)研究的可持續(xù)發(fā)展。

針對這一現(xiàn)象，一些學者相繼開展了相關(guān)研究。Helgerud等［18］于2010年對15名優(yōu)秀運動員進行了遞增負荷測試，發(fā)現(xiàn)在60%～90%max的亞極限負荷下，任何強度點的均可代表RE，即表達RE的測試負荷在一定范圍里可以從一處到多處，即只要在此范圍內(nèi)的任一強度對應的跑速下所測得的RE值，均可準確評價人群的有氧耐力水平差異。但2010年Sawyer［34］測定了普通人，回歸分析結(jié)果顯示，不同速度反映RE時存在差異，這種差異表現(xiàn)為不同速度下測得的RE值并不是都能解釋其耐力水平差異。某一階段人體的耐力水平是固定的，耐力水平差異理應通過RE值體現(xiàn)出來。然而，研究結(jié)果顯示，并非任一跑速下的RE都與耐力水平表現(xiàn)出高度一致性，只在某種特定負荷強度下測得的RE值才能體現(xiàn)這種一致性，即在該負荷強度下，RE結(jié)果與耐力水平具有高度相關(guān)性：在評價某人群耐力水平（如5km跑成績）時，若耐力水平越好，其RE值越?。ㄕf明其越節(jié)省化）。1992年，Krabenbuhl的研究也得出類似結(jié)論：對于同質(zhì)群體而言，理應存在一最適宜負荷［22］。另外，不同性別、不同耐力水平、不同年齡群體若使用同一跑速作為RE負荷，高估或低估現(xiàn)象不可避免，與事實不相符合。因此，不同人群負荷強度也理應不同。

那么，我國普通男性青年最適宜負荷應該是多少？如何確定？

Morgan等［27］綜述文獻后發(fā)現(xiàn)，有氧能力范圍大約在55.5%～80.9%max之間，RE作為反映有氧耐力的指標，理應在此范圍之內(nèi)。1991年，Williams［37］選擇了相當于50%、60%、70%max強度的跑速，并認為這些負荷均低于無氧限度，即85%max，能準確反映RE水平。故本研究將4個初始測試跑速強度定為55%、60%、65%和70%max。

本研究結(jié)果顯示，4個極限下負荷的R－RE與5km跑成績的相關(guān)系數(shù)分別為0.612、0.759、0.797和0.752（表1），與前人研究基本一致［13，17，32］。但以往研究在此基礎(chǔ)上并未進一步篩選最佳負荷。最佳負荷不一定就是初選跑速，需要求證。此外，一個負荷顯然更便于實踐中應用。因此，本研究進一步分析線性擬合下的4個R－RE值，結(jié)合r2判定系數(shù)，找出擬合度最優(yōu)的曲線，即R－RE3所對應曲線最能體現(xiàn)RE與5km跑成績之間的關(guān)系，其對應跑速為11.5km／h；另一方面，以 R－RE所對應的%max為自變量，以相關(guān)系數(shù)為因變量進行曲線擬合，結(jié)果顯示，該曲線是開口向下的拋物線，其最高點（即最大相關(guān)系數(shù)r）對應的跑速極其接近11.5km／h。由此，本研究不僅可確定適宜負荷跑速，還可以以一個跑速（11.5km／h）代表。

本研究結(jié)果顯示：11.5km／h這一特定跑速相當于67.1%max。Morgan在他1995年的一篇文獻報道中指出：RE值對所有級別的受試者表現(xiàn)出了一個較小范圍的相對負荷（69.9%～71.4%max）［27］。本研究的對應強度（67.1%max）與 Morgan結(jié)論中的相對負荷強度特別接近，與其結(jié)論不謀而合。

Foster曾指出：RE跑的強度應低于無氧閾所對應的速度，因為如果超過了這個速度，將不可能達到穩(wěn)定狀態(tài)的條件［16］。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：受試者以11.5km／h跑速運動即刻的血乳酸濃度為（3.59±0.65）mmol／L，低于無氧閾濃度，符合Foster認定的原則。此外，這一結(jié)果也表明：11.5km／h負荷下的運動強度屬于有氧運動范疇，從而佐證了RE是繼max、無氧閾后的又一反映有氧耐力的指標。

然而，研究RE的根本目的在于其能準確地反映中、長跑耐力水平，那么，是否計算末尾1min、末尾2min和末尾3min時，其與5km成績相關(guān)度一樣呢？本研究結(jié)果顯示：采用計算不同時間段下的且使用ml／kg／min表示時（即R－RE），R－RE各值與5km均存在不同程度的相關(guān)性（表1），且具有統(tǒng)計學顯著意義（P＜0.05）。這提示：收集和計算末尾1min、末尾2min和末尾3min都能夠反映中、長跑耐力水平，前人收集和計算方法的合理性再次得到證實。但是，本研究針對3種不同的收集和計算方法進行進一步探究，結(jié)果顯示：3個不同時間段收集和計算R－RE時，與5km的相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)為一定的差異：計算末 尾2min時 的與5km 成 績 相 關(guān) 度 最 高 （rR－RE（3min）＜rR－RE（1min）＜rR－RE（2min））?？?能 的 原 因 是：在 以 11.5km／h 跑速維持6min鐘跑時，前4min仍處于克服心肺等臟器的惰性，表現(xiàn)為快速增長狀態(tài)，而并未表現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài)，但隨著時間的推移，呼吸節(jié)奏、跑步技術(shù)的調(diào)整等因素逐漸趨于穩(wěn)定，也隨之而出現(xiàn)平臺，真實地展示出人體的氧利用能力。計算末尾3min所得均值小于計算末尾1min和末尾2min所得均值（表1），原因就在于處于一個遞增期，第4min時的值小于第5min和第6min值，從而使得末尾3min的均值變小。

綜上可知，無論是出自穩(wěn)定狀態(tài)的原則還是反映5km耐力水平的能力，可以認為：在反映5km耐力水平時，存在一個最好的表達方式，即收集和計算末尾2min均值最佳。

3.3 RE測試有效性和可靠性檢驗

3.3.1 RE負荷的有效性

研究結(jié)果顯示：在B組同屬普通青年男性且與A組屬同質(zhì)人群（兩組5km成績與RE測試結(jié)果無統(tǒng)計學顯著差異，表明耐力水平屬同一層次）條件下，B組受試者的RE與5km成績呈高度相關(guān)（r＝0.729，P＜0.001），與 A組的結(jié)果表現(xiàn)出高度一致性。因此，可以認為：對于我國普通男性青年而言，11.5km／h的跑速能有效表達其耐力水平，今后可以用11.5km／h作為普通男性青年的RE測試負荷。

3.3.2 RE重測可靠性

采用11.5km／h的負荷對同一群受試者按照同一實驗程序和控制條件在不同日期但在同一時間段內(nèi)進行RE重復測試，結(jié)果證實：重復測量可靠性高（r＝0.918，P＝0.000），且表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性（兩次RE測試結(jié)果無統(tǒng)計學顯著差異）。此結(jié)論進一步支持Williams的研究結(jié)果：在連續(xù)3天和非連續(xù)5天測試中，RE的穩(wěn)定性達到90%～98%［37］。

另外，統(tǒng)計學中對于標準差的大小，原則上應該控制在均值的12%以內(nèi)，如果標準差過大，將直接影響研究的準確性［5］。A組和B組RE均值變異系數(shù)分別為6.7%和7.9%，小于統(tǒng)計學規(guī)定的12%。因此，說明RE測試的準確性高。

3.4 RE實驗條件控制

RE測試前1周內(nèi)，受試者必須進行跑臺體驗，目的在于有利于步伐穩(wěn)定，還可避免心理上對跑臺測試的恐懼和不適。適應時間沒有明確規(guī)定，直至感覺能輕松自如地完成RE正式實驗時的負荷為止［29］。RE測試前24h，要求受試者不得參加大體力活動，以保證處于非疲勞狀態(tài)；測試前6h禁食［28］。

正式實驗時，RE跑臺測試要求在一個室溫能控制的實驗室環(huán)境中進行，室內(nèi)溫度21℃～23℃，相對濕度35%～50%［8］。

McMiken和Daniels認為，達到穩(wěn)定狀態(tài)時的判定標準為：呼吸商（RQ）≤ 0.95、1min前后差值不超過150 ml、血乳酸低于4mmol／L［26］。本研究證實了 Mcmiken和Daniels的結(jié)論：第5min和第6min的差異為（0.14±0.02）L，即小于150ml／min；呼吸商（RQ）為0.88±0.04，其中最大值為0.93；血乳酸濃度為3.59±0.65mmol／L，低于4mmol／L，研究結(jié)果再次證實達到穩(wěn)定狀態(tài)時的判斷標準。

4 結(jié)論

1.對我國普通男性青年而言，11.5km／h的速度為RE最適宜負荷，單位使用ml／kg／min表示。

2.標準的實驗方法是跑臺坡度設(shè)定為0°，啟動跑臺，1min內(nèi)讓受試者走動起來，到第2min將速度增加到8.5 km／h，讓受試者跑起來，第3min時將跑臺速度增加到11.5km／h，跑過程中給予所有受試者相同的口頭鼓勵。計算末尾2min所得均值作為RE值。處于穩(wěn)定狀態(tài)的標準是：呼吸商（RQ≤0.95）、每分鐘差值不超過150ml、血乳酸低于4mmol／L。

3.該RE指標在普通男性青年中具有較高的有效性和重測可靠性。

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