六分鐘上下樓梯試驗與攝氧量的相關性研究

郭 輝，孫景權，張一民

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六分鐘上下樓梯試驗與攝氧量的相關性研究

郭 輝1，孫景權2，張一民2

目的：對六分鐘上下樓梯試驗(6-minutes stairs climbing and descending test，6MSCDT)的臺階數、峰值攝氧量(VO2peak)與Bruce方案測得的最大攝氧量(VO2max)進行相關性分析，并建立推測最大攝氧量的回歸方程。探討6MSCDT能否準確反映人體心肺耐力，為今后完善簡易心肺耐力測定方法提供一點新的思路。方法：隨機招募69名志愿者，進行6MSCDT和最大攝氧量的測試，計算6MSCDT測試結果，然后比較其與逐級遞增負荷試驗(Graded Exercise Testing，GXT)最大攝氧量的相關性并進行逐步回歸分析。結果：6MSCDT的峰值攝氧量與GXT的最大攝氧量存在高度相關關系(r=0.911,P<0.01)；6MSCDT的臺階數與相對峰值攝氧量存在高度相關關系(r=0.751,P<0.01)；6MSCDT的臺階數與GXT中的最大攝氧量存在高度相關關系(r=0.556,P<0.01)。得到了以體重、臺階數和性別為自變量的推測最大攝氧量回歸方程(r=0.888，R2=0.789，調整R2=0.779，SEE=0.408L/min)。結論：6MSCDT可以用來推測最大攝氧量，并且可以成為一種評價心肺耐力的方法。

上下樓梯；逐級遞增負荷試驗；心肺耐力；最大攝氧量；次極量運動；峰值攝氧量

要評價人的心肺耐力，需要在指定的時間或指定的距離內進行一段運動[1-6]，通過運動學參數來反應人的心肺耐力[2, 4, 5, 7-9]。反應心肺耐力的最常用指標是最大攝氧量[1-6, 10-16]。推測最大攝氧量時經常用到場地測試[2, 4, 5, 7-9, 13]，因為它是一種比較簡便易行的方法，特別是在不具備專業(yè)儀器設備時，這種測試方法是大眾應用中的首選方式。已有的測試方案[8-9]中，均需要一定的儀器設備才能完成。為了大眾健身的廣泛開展，有必要研制一種更為簡便易行的心肺耐力測評方法。上下樓梯是常見的身體活動方式[17-21]。上下樓梯可以起到健身的作用，也可以開發(fā)成一種有效的檢測心肺耐力的方法[17]。六分鐘上下樓梯試驗易用性好，操作簡便，費用低，更接近日?；顒樱⑶铱勺鳛橐环N次極量的運動試驗。然而6MSCDT能否有效評價心肺耐力，需要探討6MSCDT與攝氧量之間的相關性，并建立推測最大攝氧量的回歸方程。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本試驗的受試者共69人，其中男性31名，女性38名，年齡24.4±2.4歲；身高168.4±7.3cm；體質量61.1±11.0kg。通過健康測試和醫(yī)學問卷排除不能參加高強度運動的受試者。測試期間受試者身體狀況良好，測試前均已了解六分鐘上下樓梯試驗和逐級遞增負荷試驗的測試方法[1]，并于測試之前簽署知情同意書。

1.2 測試方案

采用便攜式氣體代謝分析儀實時檢測氣體交換參數，按Bruce方案進行逐級遞增負荷試驗(Graded Exercise Testing，GXT)，檢測每位受試者的最大攝氧量，再進行6MSCDT，測量每位受試者的上下臺階數和峰值攝氧量。

在測試過程中，首先對受試者進行身高、體重等靜態(tài)指標的測量。然后對符合條件的受試者按Bruce運動方案進行逐級遞增負荷試驗，用便攜式氣體代謝分析儀(CORTEX MetaMax 3B)實時檢測受試者運動過程中的攝氧量、相對攝氧量、心率、呼吸商等指標。運動終止標準：出現呼吸困難、表情痛苦、紫紺、面色蒼白、身體搖晃等癥狀；受試者提出停止試驗；達到攝氧量平臺；運動負荷增加時，心率達到平臺。達到以上任何一項終止標準即刻停止試驗。最大攝氧量的判斷標準為以下四項指標達到三項[11, 15]：①運動負荷增加，攝氧量不變或下降；②心率≥180次/分；③呼吸商(RER)≥1.15；④受試者已發(fā)揮最大力量并無力保持規(guī)定的負荷。

受試者在完成最大攝氧量的測試一周后進行6MSCDT。場地是符合國家建筑標準的一層樓梯(一層樓梯有兩段階梯，每段階梯11個臺階，每個臺階16cm)。在六分鐘時間內，讓受試者用一步一個臺階的方式[17, 19-22]盡可能快的上下兩段階梯，記錄上下樓梯的往返數和最后一個往返完成的臺階數,然后計算完成的總臺階數(計算總臺階數舉例，如一位受試者在6分鐘時間內完成了18個往返，又完成11個臺階。每層樓梯是22個臺階，一個往返就是44個臺階，總臺階數=44*18+11=803)。在進行測試前給受試者佩戴上心率表和便攜式氣體代謝分析儀，并說明測試的過程和注意事項。試驗過程中實時采集呼吸氣體參數和心率。

1.3 統(tǒng)計學分析

采用SPSS16.0統(tǒng)計學軟件包對兩種試驗的測試結果進行統(tǒng)計分析。試驗結果采用“平均數±標準差”表示。將6MSCDT中的峰值攝氧量、臺階數等指標和GXT中的最大攝氧量進行相關性分析和多元逐步回歸分析。顯著性檢驗水平以P<0.05表示差異具有顯著性，P<0.01表示具有非常顯著性差異。

2 研究結果

2.1 樣本描述性統(tǒng)計結果

受試者各指標描述性統(tǒng)計見表1，其中年齡的范圍為20-29歲，六分鐘上下樓梯試驗中的峰值攝氧量、相對峰值攝氧量、最大攝氧量時心率、呼吸商、主觀疲勞感覺等級(RPE)和臺階數用平均值進行描述性統(tǒng)計。GXT中男性最大攝氧量和相對最大攝氧量的平均值高于女性。六分鐘上下樓梯試驗中男性的峰值攝氧量、相對峰值攝氧量、峰值攝氧量時心率、臺階數平均值高于女性，而男女的呼吸商和主觀疲勞感覺等級基本相同。逐級遞增負荷試驗中的最大攝氧量為2.757±0.869L/min，六分鐘上下樓梯試驗中的峰值攝氧量為2.538±0.745L/min。6MSCDT的峰值攝氧量明顯小于最大攝氧量，為最大攝氧量92%。六分鐘上下樓梯試驗中的最大心率為173±12b/min。六分鐘上下樓梯試驗結束時的主觀疲勞感覺等級(RPE=15±2)。

表1 受試者各指標描述性統(tǒng)計Table 1 Descriptive statistics of subjects’indexes

2.2 建立回歸方程

通過表2，可以定量地觀察各指標與攝氧量之間的相關性，六分鐘上下樓梯臺階數與峰值攝氧量具有顯著相關性(r=0.635,P<0.01)；六分鐘上下樓梯臺階數與相對峰值攝氧量具有顯著相關性(r=0.751,P<0.01)；六分鐘上下樓梯臺階數與GXT中的最大攝氧量具有顯著相關性(r=0.556,P<0.01)；六分鐘上下樓梯臺階數與GXT中相對最大攝氧量具有顯著相關性(r=0.609,P<0.01)。6分鐘上下樓梯過程的峰值攝氧量與GXT的最大攝氧量具有顯著相關性(r=0.911,P<0.01)，統(tǒng)計結果表明，在兩種測試方案下獲得的攝氧量存在高度相關關系。

表2 6MSCDT各指標與GXT最大攝氧量相關性Table 2 Correlation of the 6MSCDT indexes with maximal oxygen uptake

圖1 6MSCDT峰值攝氧量與GXT最大攝氧量散點圖Graph 1 Scatter diagram of the 6MSCDT VO2max and the GXTVO2max

6分鐘上下樓梯試驗峰值攝氧量與GXT的最大攝氧量相關關系如圖1所示，兩種測試方法得到的攝氧量高度相關。

根據表2中所描述的相關系數及其顯著性水平可以看出，臺階數與最大攝氧量的相關性較高。由表3可知，采用逐步法進行多元線性回歸，以絕對最大攝氧量為因變量，把體重、上下臺階數、性別依次加入模型中從而共形成了三個模型。由表3和表4可得到以絕對最大攝氧量為因變量，以體重、上下臺階數和性別為自變量最優(yōu)的回歸模型。回歸方程如下：

VO2max(L/min)= -1.092+0.002×臺階數+0.667×性別+0.036×體重(kg)

r=0.888，R2=0.789，調整R2=0.779，SEE=0.408(L/min)，性別：女=0，男=1。

因此，在應用六分鐘上下樓梯試驗推測20-29歲人群最大攝氧量時，建議使用此方程進行計算。

表3 6MSCDT推測最大攝氧量逐步回歸分析Table 3 Stepwise regression analysis of the speculated 6MSCDTVO2max

表4 6MSCDT推測最大攝氧量回歸模型擬合情況Table 4 Fitting of the speculated the 6MSCDTVO2max

3 分析與討論

本研究以20-29歲的青年人群為被試，探討了六分鐘上下樓梯試驗與GXT中最大攝氧量的相關性。結果顯示，運動過程中兩試驗的攝氧量相關系數高達0.911(P<0.01)，可以用上下樓梯試驗來評價心肺耐力。

本研究與六分鐘步行試驗比較發(fā)現，6MSCDT的臺階數與GXT最大攝氧量的相關性高于6分鐘步行試驗距離與最大攝氧量的相關性[4, 13]。馬明等[13]對25名大學生的研究得出，六分鐘步行距離和最大攝氧量無明顯相關，但得到了六分鐘做功和最大攝氧量明顯相關。這可能跟研究對象的年齡有關，對20多歲的大學生而言，步行的強度太低，反應不出心肺耐力水平。如果運動強度太低，就很難區(qū)別個體之間心肺耐力的差異，因為運動強度太低不能充分動員心血管系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)功能。而6MSCDT要克服自身的重力，與六分鐘步行試驗相比大大的增加了運動強度，可以更好的反映心肺耐力。

6MSCDT的臺階數與最大攝氧量的相關性高于臺階試驗指數與最大攝氧量的相關性[16]。分析原因可能是因為臺階指數反應心肺耐力的有效性較低。臺階試驗起源于美國，是一項國內、外廣為使用的心肺耐力試驗[23]。臺階試驗指數的影響因素較多，如上下臺階的節(jié)奏、下肢的長度、測試環(huán)境的溫度，受試者的心情等。臺階試驗的運動強度屬于外控運動強度，而本試驗的運動強度屬于自控運動強度。在自己能力范圍內可以發(fā)揮出更高的水平。樓梯臺階的高度(16cm)明顯小于臺階試驗臺階的高度(男40cm，女35cm)，減小了下肢長度對試驗的影響。臺階試驗指數只依據恢復期心率變化計算而來[23]，而心率受多種因素的影響。本試驗的主要評價指標臺階數受外界的干擾較小。

本研究對總樣本進行逐步回歸分析，建立了推測最大攝氧量的回歸方程。最終只有性別、體重和臺階數進入回歸方程。雖然身高和BMI與最大攝氧量之間具有一定的相關性，但與體重存在多重共線性問題，在預先的逐步回歸過程中被剔除。從方程的復相關系數R、決定系數R2、調整R2和標準誤(SEE)可以看出，模型的擬合效果較好。

在場地測試方案中，推測最大攝氧量的回歸方程的復相關系數R在0.72-0.92之間的高相關，也有在0.47-0.64之間的低相關[24-25]。而本實驗的回歸方程的R值為0.888；從SEE來看，本實驗為0.408L/min，預測準確性稍差一些但尚可接受?？傮w來看，本實驗中所得到的回歸方程與國內、外類似實驗相比還是具有一定的推測精度的。也希望今后的相關研究能對方程的推測精度做進一步的驗證。

本研究與臺階試驗有相似之處，但也有區(qū)別。相似之處是都以上下臺階的方式評價人的心肺耐力。不同之處：(1)6MSCDT上下多個臺階，而臺階試驗只是一個臺階反復上下。本試驗先上22個臺階，后下22個臺階，這樣為一個往返。本試驗要求在能力范圍內盡可能快，這就類似于高強度間歇運動[26]；(2)臺階的高度不同，6MSCDT的臺階高度是16cm，而臺階試驗臺階高度是男40cm，女35cm。上下樓梯的方式與臺階試驗相比更安全、更為大眾所接受；(3)6MSCDT的時間是6分鐘，而臺階試驗是3分鐘。6分鐘的運動與3分鐘相比能更好的反應人的心肺耐力；(4)6MSCDT屬于自控運動強度，而臺階試驗屬于外控運動強度；(5)評價指標不同，6MSCDT用臺階數來評價，而臺階試驗用臺階實驗指數(依據恢復期心率變化)來評價。

研究顯示，6MSCDT結果與標準試驗得到的最大攝氧量相關性較高，說明此試驗可以成為推測最大攝氧量的一種較好的方法，與實驗室測試法相比其優(yōu)點是易用性好、不需要特殊設備，與其它的場地測試法相比其優(yōu)點是成本更低更易開展。在運動時間的選擇上參考相關研究文獻發(fā)現[1, 5, 8, 13]，反映心肺耐力的試驗時間一般在6-12分鐘之間，如6分鐘步行試驗、12分鐘跑等。由于上下樓梯需要克服自身體重，若時間過長受試者的耐受力將受到很大的挑戰(zhàn)，所以本試驗時間的選擇采用6分鐘。采用一步一階的方式上下樓梯具有以下優(yōu)點：首先是運動強度得到控制，一步一階的上下樓梯相比一步兩個臺階的運動強度大大降低。這與6分鐘步行試驗(只能走而不能跑)相似；從安全的角度考慮，一步一階是大眾最易接受的，而又比較舒服的方式。研究顯示，一步一階是普遍采用的最為大眾所熟悉的方式，這種方式安全性較高；從運動方案標準化的角度考慮，一步一階與一步兩階或一步多階相比能量消耗不同[18, 19, 21, 22]，如果運動方式不統(tǒng)一則不利于試驗的標準化。所以要求受試者都采用一步一階的方式上下樓梯。從表1可以看出，運動中的心率和主觀疲勞感覺等級(RPE)均處于次極量強度范圍。因此，六分鐘上下樓梯試驗是一種次極量強度的運動試驗。

4 結論

本研究通過比較六分鐘上下樓梯試驗各參數和逐級遞增負荷試驗得到的最大攝氧量之間的相關性，發(fā)現六分鐘上下樓梯試驗測得的攝氧量與逐級遞增負荷試驗測得的最大攝氧量存在顯著相關關系。六分鐘上下樓梯試驗的臺階數與最大攝氧量之間也存在顯著相關關系，說明六分鐘上下樓梯試驗可以用來推測最大攝氧量，并且可以成為一種評價心肺耐力的方法。

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(編輯 孫君志)

Correlation of 6-minute Stairs Climbing and Descending Test with Oxygen Uptake

GUO Hui1, SUN Jingquan2, ZHANG Yimin2

Objective: to analyze the correlation of the number of steps, peak oxygen uptake (VO2peak) in 6-minute stairs climbing and descending test (6MSCDT) with the maximal oxygen uptake (VO2max) in Bruce plan and to establish the regression equation for the VO2max speculation. To explore whether 6MSCDT can accurately reflect the human heart and lung endurance so as to provide new ideas for the perfection of the simplified heart and lung endurance test method. Methods: randomly recruited 69 volunteers to receive the 6MSCDT and VO2max test, calculated the 6MSCDT results, and then compared their correlation with the VO2max in the Graded Exercise Testing (GXT) and made a stepwise regression analysis. Results: The 6MSCDT peak oxygen uptake (VO2peak)and the GXT VO2max is highly correlated (r=0.911,P<0.01); the number of steps in the 6MSCDT is highly correlated with the relative VO2peak (r=0.751,P<0.01); the number of steps in the 6MSCDT and the GXT VO2max is highly correlated (r=0.556,P<0.01). The regression equation for VO2maxspeculation, which uses weight, number of steps and gender as the variables (R=0.888,R2=0.789, Modified R2=0.779,SEE=0.408L/min), was established. Conclusion: 6MSCDT can be used to speculate the VO2max, and can be used as a method of evaluating cardiovascular endurance.

StairsClimbingandDescending;GXT;CardiopulmonaryFitness;VO2max;SubmaximalExercise;VO2peak

G804.7 Document code：A Article ID：1001-9154(2016)03-0014-05

“十二五”國家科技支撐計劃項目“大眾體質健康評價標準的研制與特定人群健身方法的開法”(2012BAK21B01)。

郭輝，講師，博士研究生，研究方向：運動與體質健康促進，E-mail:guoh739@163.com。通訊作者：張一民。

1.沈陽工業(yè)大學,遼寧 沈陽 110870; 2.北京體育大學，北京 100084 1. Shenyang University of Technology，Shenyang Liaoning 110870；2.Beijing Sport University，Beijing 100084

2015-10-15

2016-02-11

G804.7

A

1001-9154(2016)03-0014-05