最大攝氧量評定與應(yīng)用的研究現(xiàn)狀與展望

董亞南 覃飛 瞿超藝，3 韓知凝 徐旻霄，3 王中瑋，3 趙杰修

1曲阜師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院（曲阜 273165）2國家體育總局體育科學(xué)研究所 3上海體育學(xué)院運動科學(xué)學(xué)院

最大攝氧量評定與應(yīng)用的研究現(xiàn)狀與展望

董亞南1，2覃飛2瞿超藝2，3韓知凝1徐旻霄2，3王中瑋2，3趙杰修2

1曲阜師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院（曲阜 273165）2國家體育總局體育科學(xué)研究所 3上海體育學(xué)院運動科學(xué)學(xué)院

最大攝氧量（VO2max）作為運動生理學(xué)評判心肺功能和有氧能力的金指標，一直是競技體育及大眾健身領(lǐng)域的研究熱點。2016年有氧能力被美國運動醫(yī)學(xué)學(xué)會（ACSM）評為“臨床生命體征”，得到廣泛關(guān)注。為加強對VO2max這一指標的認識，本文采用文獻綜述法，對VO2max在競技體育、大眾健身及健康促進等領(lǐng)域的應(yīng)用，人體及實驗大鼠VO2max的實踐應(yīng)用、評定方法進行綜述。結(jié)果顯示：應(yīng)加強不同運動項目專項化測試方案的探究，考慮加入其它派生指標，提高訓(xùn)練方法的應(yīng)用價值。人體及實驗大鼠的VO2max測試方法均需考慮“群體特征”滿足不同群體的測試需求。

最大攝氧量；評定；應(yīng)用；人體；實驗動物

最大攝氧量（maximal oxygen uptake，VO2max）一詞在19世紀20年代由Hill和 Lupton創(chuàng)造并定義[1]，之后被世界各地的運動生理實驗室廣泛應(yīng)用并做了大量研究。由于其在評判心肺功能上的重要價值，一直受到競技體育、大眾健身領(lǐng)域的重視。近幾年，有關(guān)VO2max與健康關(guān)系的提出，引發(fā)了大量流行病學(xué)相關(guān)研究[2-4]，用于評判疾病特征、疾病預(yù)防及病后康復(fù)等方面。基于VO2max在應(yīng)用領(lǐng)域價值的不斷提升，理論研究也隨之成為研究熱點。因此，有必要總結(jié)目前VO2max的實踐應(yīng)用及評估方法，促進VO2max這一指標的推廣與應(yīng)用。

1 最大攝氧量與競技體育

1.1 最大攝氧量在機能評價中的應(yīng)用

VO2max是決定耐力性運動能力的主要因素之一[5]，是評價心肺功能和有氧耐力的金指標。因此，馬拉松、中長跑、足球、網(wǎng)球等耐力性運動項目的訓(xùn)練都以提高運動員的VO2max為主要目的。大量實證性研究表明，不同運動項目運動員的VO2max的測試方式有所不同，因此，各測試方法的合理性及其測試結(jié)果的準確性已成為運動訓(xùn)練領(lǐng)域關(guān)注的焦點，例如：體育科研工作者普遍采用20米折返跑（20-m shuttle run test，20-m SRT）的方法對網(wǎng)球、足球運動員進行VO2max的間接測試[6-9]。然而Kavcic等用20-m SRT對足球運動員進行VO2max預(yù)測時發(fā)現(xiàn)，直接測試的VO2max值顯著高于20-m SRT的預(yù)測值（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)僅為0.58。提示：基于20-m SRT的VO2max間接測試方法無法準確評估足球運動員有氧能力[9]。針對固有測試方法測試結(jié)果的不準確性，后期研究者提出了一些新的更加專項化的測試方法。如：Girard等選用FT法（fitness test，F(xiàn)T）重復(fù)效仿網(wǎng)球比賽中加速過程，對網(wǎng)球運動員進行有氧耐力測試，結(jié)果顯示，F(xiàn)T比跑臺測試（treadmill test，TT）測得更大的VO2max值，F(xiàn)T比TT能夠更好地反映網(wǎng)球運動員的有氧能力水平[7]。另外，F(xiàn)argeas-Gluck等采用NAVTEN法（navette-tennis or shuttle-tennis，NAVTEN），一種特殊的網(wǎng)球場外測試方式，與20-m SRT進行對比測試，雖然結(jié)果中兩次測試測得的VO2max、最大心率等均沒有表現(xiàn)出顯著性差異，但作者指出，NAVTEN法要比20-m SRT更具體地評估網(wǎng)球運動員的有氧能力，其評估結(jié)果對運動員本身后期訓(xùn)練更具參考性[8]。針對以上研究，我們建議，不同運動項目運動員在VO2max測試時要對比已有的測試方式，結(jié)合自身項目特點進行合理選擇。FT法、NAVTEN法在網(wǎng)球有氧能力測試中的成功應(yīng)用提示我們：以提高測試準確性為目的測試，可根據(jù)項目自身特點，針對測試方法存在的不足加以修改或創(chuàng)新。

1.2 最大攝氧量在體能訓(xùn)練中的應(yīng)用

體能訓(xùn)練是專項技術(shù)訓(xùn)練的基礎(chǔ)和保障，運動員若沒有好的體能，技戰(zhàn)術(shù)水平就不能得到充分的發(fā)揮。在競技體育體能訓(xùn)練過程中，通常運用最大攝氧量百分比（VO2max%）強度進行訓(xùn)練監(jiān)控[10]。Vollaard等的研究顯示，以70%VO2max強度對受試者進行6周的耐力訓(xùn)練后，各種耐力方面的參數(shù)指標的平均值得到了改善，但個體的反應(yīng)差別很大，有些人的參數(shù)指標甚至表現(xiàn)出對訓(xùn)練的消極反應(yīng)[11]?；诶肰O2max界定運動強度的這一方法在訓(xùn)練過程中存在的個體差異問題，人們在后期訓(xùn)練研究過程中不斷總結(jié)，提出了一系列監(jiān)控VO2max的派生指標，如最大攝氧量速度（velocity as?sociated with VO2max，vVO2max）：產(chǎn)生最大攝氧量時的最小速度，代表肌肉系統(tǒng)利用氧的最高效率[12]、最大攝氧量持續(xù)時間（time that VO2max was sustained，Tlim）：運動者保持vVO2max時所能運動的最長時間[13]、最大攝氧量平臺時間（VO2max plateau duration，VO2maxPD）：遞增強度運動過程中維持在VO2max水平的持續(xù)時間[14]等，各派生指標的應(yīng)用豐富了訓(xùn)練手段，也彌補了以VO2max%定義運動強度所存在的缺陷性。如，Billat等對中長跑運動員的研究發(fā)現(xiàn)：具有相同VO2max的個體之間的Tlim存在差異，但個體內(nèi)Tlim的重復(fù)性較好（分別為404±101 s和402±113 s；r=0.86；P＜0.05）[15]，同樣關(guān)于vVO2max的研究中也指出了同樣的結(jié)論[16]。提示：可以應(yīng)用這些派生指標表現(xiàn)出的個體差異進行個性化訓(xùn)練。在應(yīng)用方面，目前流行的高強度間歇訓(xùn)練（ high-intensity interval training，HIIT）中普遍以vVO2max、Tlim百分比來制定運動強度，用于自行車[17-20]、足球[21]、跑步[22]等有氧項目的訓(xùn)練中。張勇對HIIT在自行車運動中的相關(guān)研究做了總結(jié)得出，以100%vVO2max強度、60%Tlim持續(xù)時間、120%Tlim間歇恢復(fù)時間制定的訓(xùn)練手段可大幅度提高優(yōu)秀自行車運動員的耐力水平[23]。

綜上所述，VO2max作為評價有氧耐力的主要指標，在競技體育機能評價過程中應(yīng)關(guān)注不同運動項目VO2max測試方式的科學(xué)性及測試值的準確性，在選擇合理測試方法的同時可探究并發(fā)展結(jié)合自身項目特點的測試方法。此外，VO2max作為體能訓(xùn)練過程中界定強度的主要指標，單純的VO2max%的應(yīng)用已無法滿足現(xiàn)有的訓(xùn)練要求，針對個體差異的訓(xùn)練應(yīng)注重VO2max派生指標的應(yīng)用，根據(jù)項目特點及運動員自身情況合理運用相關(guān)指標制定更加精準、專項化的訓(xùn)練方案，以增強訓(xùn)練效果，提高運動成績。

2 最大攝氧量與健身體育和生命健康

2.1 最大攝氧量在運動健身中的應(yīng)用

運動健身多數(shù)推崇以有氧運動為主。運動強度的選擇依健身人群以及健身目的而定。VO2max作為評定運動強度的重要指標，在各類人群運動處方的編訂及試驗中廣泛應(yīng)用。ACSM指出多數(shù)健康人群和運動缺乏人群分別以50%VO2max和40%VO2max作為起始運動強度，可產(chǎn)生健身效應(yīng)。Swain等研究結(jié)果顯示，運動愛好者和運動缺乏者以45%VO2max和30%VO2max分別作為起始運動強度，可產(chǎn)生健康效應(yīng)，此強度也被認為是有效改善心肺功能的最小強度[24]。

近年來，隨著老年人和肥胖人群比例不斷上升，有關(guān)老年人運動健身以及肥胖人群運動減肥的研究成為熱點。王正珍在對老年人適宜運動強度的研究中得出：①30%～45%的FC（functional capacity，F(xiàn)C是以MET為單位表示的人體VO2max的方式，1 MET等于人體安靜時的攝氧量）可以作為61～65歲老年女性健身鍛煉的起始強度范圍，作為以提高心肺功能、減少心血管疾病危險因素為主要健身目的適宜運動強度；②46%～75%和61%～75%的 FC可以分別作為61～65歲老年女性以降低血壓和提高去脂體重為主要健身目的適宜運動強度[25]。此外，Huang等和Lemura等在對老年人（60歲以上）健身運動的研究中得出：以60%～70%VO2max訓(xùn)練強度堅持訓(xùn)練能夠明顯提高老年人心肺功能[26，27]。

目前，在肥胖人群運動健身中，最大脂肪氧化（maximal fat oxidation，MFO）強度研究是一個研究熱點[28-33]。Achten等研究顯示，適度訓(xùn)練的自行車騎手引起MFO的運動強度（FatMax）為64% ± 4%VO2max，脂肪氧化速率在峰值速率的10%的強度范圍處于55%±3%到72% ±4%VO2max之間。運動強度在89%±3%VO2max時，脂肪氧化速率幾乎為零[31]。提示：運動強度在FatMax值左右大范圍內(nèi)，脂肪氧化率均可保持較高水平，而當(dāng)運動強度高于FatMax時，脂肪氧化率明顯下降。Dandanell采用兩種不同方式對肥胖人群脂肪氧化速率進行了測試，結(jié)果顯示，F(xiàn)atMax分別出現(xiàn)在42% ±2%和45% ±2%VO2max之間[33]。與Achten的研究結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，兩組實驗的FatMax存在明顯差異，提示FatMax的個體化研究及相關(guān)界值研究應(yīng)得到重視。此外，Grediagin在確定運動強度對身體成分的研究中，將12名未經(jīng)訓(xùn)練、中度肥胖的女性隨機分為高強度（80%VO2max）和低強度（50%VO2max）組，分別進行了12周運動量相等的訓(xùn)練后，結(jié)果顯示，兩組脂肪消耗量相同（5.0磅）[29]。此現(xiàn)象產(chǎn)生的機制尚不明確，但在早期Romijn等的相似研究中發(fā)現(xiàn)在高強度運動（85%VO2max）恢復(fù)過程中，盡管脂肪分解速率立即降低，但脂肪酸釋放到血漿中的速率增加[28]。以上現(xiàn)象出現(xiàn)恰好與當(dāng)前大量有關(guān)HIIT對減肥作用的研究相融合，提示我們，HIIT這種高強度間歇運動或許是同時將FatMax強度與高強度運動相結(jié)合，在達到最大脂肪氧化速率的同時加快了脂肪酸釋放到血液的速率從而更有效地促進了脂肪的徹底氧化，獲得減肥效果。近期，有相關(guān)實驗針對HIIT中主動恢復(fù)時間長短對VO2max獲取值大小的影響進行了研究，對比發(fā)現(xiàn)，在以90%最大速度進行的4×4 min HIIT訓(xùn)練中，主動恢復(fù)時間無論采用2 min、3 min還是4 min均能達到其有氧功能上線并不會影響恢復(fù)期間攝氧量水平，另外，文章指出與較長時間（4 min）的恢復(fù)時間相比，短時間（2 min）恢復(fù)時間可喚起更大的心血管和代謝應(yīng)激，并且在更大程度上激活厭氧糖酵解[34]。以上結(jié)論的得出可為后期運動減肥提供詳實參考。

2.2 最大攝氧量在預(yù)測生命健康中的應(yīng)用

2016年，美國醫(yī)學(xué)界正式將心肺適能（cardiorespi?ratory fitness，CRF）列為“臨床生命體征”，其中VO2max作為評價CRF的重要指標，成為臨床評估患者狀態(tài)、康復(fù)治療效果、預(yù)測生命健康的重要參數(shù)。有文獻記載，VO2max是選擇心肺移植病例時，評估患者最大運動耐受性的最可靠參數(shù)[35]。目前，在巴西已出現(xiàn)了大樣本量、跨年齡段的基于VO2max的心肺健康分類[36]。另外，在其他報道中，更有大量有關(guān)VO2max評判心肺功能、監(jiān)測減肥和改善心血管疾病[2-4]的相關(guān)流行病學(xué)調(diào)查和實驗研究。在此基礎(chǔ)上，美國心血管協(xié)會得出以下結(jié)論：①CRF低下會導(dǎo)致人群易患心血管疾病，全因死亡率增加；②CRF作為健康風(fēng)險指標可對健康進行有效評估，其數(shù)值的變化要比吸煙、高血壓、高血脂和2型糖尿病等危險因素更加準確地預(yù)測死亡；③CRF能夠幫助醫(yī)務(wù)人員對病人的健康風(fēng)險進行準確劃分，對病人生活方式進行干預(yù)和科學(xué)管理，更大程度地降低病人患心血管及其他慢性疾病的患病風(fēng)險[37]。這些結(jié)論的提出進一步肯定了VO2max在預(yù)測生命健康中的應(yīng)用價值。

目前，關(guān)于運動提高CRF、改善生活質(zhì)量、延長壽命的相關(guān)研究已成為研究熱點。Ross研究表明，功能能力（functional capacity，F(xiàn)C）可作為預(yù)測死亡的風(fēng)險因子，F(xiàn)C每增加1 MET可降低13%～35%的死亡風(fēng)險[37]。然而FC的提高主要通過有氧運動增加VO2max值來實現(xiàn)，其中最簡單的有氧運動就是跑步運動。近期由愛荷華州大學(xué)的Lee和新奧爾良心臟病專家Lavie共同完成的一項關(guān)于跑步運動的研究表明，長時間堅持適量的跑步運動可明顯增強心肺功能，對健康非常有益，提出跑步是延長壽命的關(guān)鍵因素：跑步1小時，延長壽命7小時的結(jié)論[38]。因此，我們可將跑步運動作為提高VO2max、延長壽命的運動方式。

3 最大攝氧量的評定方法

鑒于VO2max在競技體育和大眾健身中的特殊地位，研究者往往期待所獲得的測試結(jié)果具有更高的準確性和可信度，這就對測試方法及具體測試方案的選擇提出了一定的要求。目前，VO2max的測量方法多種多樣，主要可以分為直接測量法和間接測量法。

3.1 直接測試法

VO2max的直接測試是通過呼吸氣體測定儀，直接對受試者在力竭運動中的呼吸氣體進行監(jiān)測，然后按照既定的標準，確定受試者的VO2max。直接測試方式需要進行極量運動，要求受試者具有較強的耐受能力和協(xié)作精神，不適合老、弱、病、幼等特殊人群測試，但由于其測試的準確性，仍然被多數(shù)研究者所采用。

3.1.1 運動方式

目前，VO2max直接測試的測試工具有固定跑臺、功率自行車、臺階、手搖功率計等，由于不同運動方式下所調(diào)動的肌肉群不同，所以測試值也有所不同。楊錫讓等通過不同運動方式對同一批人進行了VO2max測試，測量值按大小依次為固定跑臺、功率自行車和臺階[39]。其中最常用的為固定跑臺和功率自行車。同時有人測得跑臺運動測得的VO2max、VO2peak比自行車運動測得的高10%左右[40]。這可能是由于兩種運動方式產(chǎn)生的生理反應(yīng)不同等原因造成的，例如自行車運動只調(diào)動了下肢肌肉，易造成肺通氣被抑制[41，42]。

3.1.2 負荷方案

我們總結(jié)彭莉綜述中的研究得出：持續(xù)運動測得的VO2max和VO2peak值高于間歇運動的測試值[43]；遞增負荷運動與低于100%VO2max固定負荷運動測得的VO2max因固定運動所選負荷大小不同而表現(xiàn)出不一致的結(jié)果[43]。其中，有研究表明，用超最大強度（105%、110%VO2max強度）固定負荷與遞增負荷進行力竭運動所測得的VO2max值未表現(xiàn)出顯著性差異[44，45]；關(guān)于遞增負荷形式的研究眾說不一，每級遞增負荷的時間長短對測試值的影響尚不確定[43]，如：在諸多跑臺研究中有觀點認為，坡度、速度同時遞增的方式要比單純只遞增坡度或只遞增速度所測得的VO2max值更大[46，47]。另外，ACSM建議跑臺測試中每級負荷至少持續(xù)3 min。綜上所述，我們發(fā)現(xiàn)，在過往VO2max負荷方案的研究中得到不少有價值的結(jié)論，但由于梳理以上研究結(jié)果時忽略了很多其他影響因素，比如：間歇運動與持續(xù)運動對比的過程中間歇運動的間歇時間、遞增負荷與固定負荷對比的過程中遞增負荷下不同的遞增形式以及VO2max判定標準的選取都可能會影響測試值。因此，諸多VO2max負荷方案僅供參考，在日后的研究中具體的方案選擇應(yīng)結(jié)合受試者的情況、研究目的與需求等進行合理選擇。

3.2 間接測試法

VO2max間接測試包括場地測試和基于不同運動器械（臺階、跑臺、功率自行車）采用不同運動方式的多種測試方法。各測試方法因其自身特點在后期應(yīng)用中表現(xiàn)出明顯的優(yōu)缺點（見表1），因此，研究者開始針對性地將不同測試方法應(yīng)用于不同的人群。

表1 VO2max不同間接測試方法比較

3.2.1 場地測試

場地測試方法主要有12 min跑（Cooper's 12-min?ute run test，CRT）、1000（800）米跑、20-m SRT和6min步行，它們根據(jù)限定時間內(nèi)的跑步距離或者完成固定距離測試所用時間的長短對VO2max進行預(yù)測。目前CRT和1000（800）米跑主要應(yīng)用于大學(xué)生體質(zhì)監(jiān)測，有研究指出CRT比1000（800）米跑更適合用于評定普通高校大學(xué)生的有氧能力[14，48]。國外更有一些研究將CRT應(yīng)用于哮喘兒童[49]和肥胖兒童[50]的心肺功能評定中，同樣肯定了其測試價值。但也有相反的研究結(jié)果對CRT的測試效果提出了質(zhì)疑。Bandyopadhyay等對久坐不動的大學(xué)生進行VO2max測試時發(fā)現(xiàn)，VO2max的直接測量值和用CRT獲得的預(yù)測值之間存在顯著差異性（39.8± 4.0 ml/kg/min VS 42.8± 4.0 ml/kg/min）[51]。以上研究提示：CRT測試在預(yù)測VO2max的有效性上優(yōu)于1000（800）米跑，可用于評判大學(xué)生的心肺功能，但其預(yù)測值的準確性會因測試對象的不同有所差異。

20-m SRT是另一種應(yīng)用廣泛的場地測試方法，在前文VO2max與競技體育的研究中[6-9]，我們肯定了其測試價值，尤其是在網(wǎng)球、足球等需要協(xié)調(diào)性、節(jié)奏感的項目中。另外，有研究將其應(yīng)用于大學(xué)生及健康成年人的體能測試，發(fā)現(xiàn)20-m SRT要比CRT具有更好的評估效果且測試結(jié)果更具實用性，比如，研究證實20-m SRT在預(yù)測VO2max的同時還可以預(yù)測vVO2max值，而vVO2max值的獲得可以為后期運動訓(xùn)練制定合理的運動強度[52，53]。因此，目前歐洲、美國和加拿大等國家將其列為青少年體能測試的方法之一。

6 min步行測試主要根據(jù)6 min時間內(nèi)測試者的步行距離以及自身基礎(chǔ)指標來推算VO2peak，用于評定老年人和某些臨床病人（慢性心衰[54]或肺部疾病[55，56]病人）心肺能力的一項測試。由于近幾年心肺功能與身體健康相關(guān)關(guān)系的證實（如前文最大攝氧量與身體健康部分所述），引發(fā)了各類人群對自身心肺功能狀況的關(guān)注，而6 min步行也因測試方法簡單、安全性高等特點，受到諸多疾病患者的采用。2017年Jones等對符合納入標準的618名老年人（71.2±6.1歲）進行了6 min步行測試，并隨機抽取20名進行了步進率較高的重復(fù)測驗，實驗結(jié)果顯示，前后預(yù)測的VO2max值均顯示良好的一致性，值得一提的是，步行率與測量的VO2和峰值心率的測試之間存在較強的正相關(guān)性。實驗結(jié)果進一步肯定了6 min步行對老年人有氧運動能力的評估價值[57]。

3.2.2 臺階測試和其他基于器械的測試

最初的臺階實驗由哈佛疲勞實驗室建立，通過運動負荷的方法檢測有氧工作能力及疲勞恢復(fù)能力。但在應(yīng)用過程中，很多研究者對臺階測試的效度提出了質(zhì)疑。而目前的相關(guān)研究中臺階測試的臺階高度、上下臺階頻率等都在具體應(yīng)用時根據(jù)不同的人群進行了改良。

除以上間接測試方法外，還有基于功率自行車進行次極量運動的Astrand-Rhyming法、Fox法、陳文堉法等。相對于其他間接測試方法，這幾種方法能夠精確負荷大小，提供動態(tài)心電圖和血壓監(jiān)控（測試過程中受試者位置固定）。因此有研究將Astrand-Rhyming法應(yīng)用于老年人[58]、乳腺癌[59]和精神分裂癥[60]等病人心肺功能的測試中，其測試結(jié)果的可靠性均得到認可。

綜上所述，目前VO2max的測試方法已基本滿足不同人群的測試需求，各測試方法優(yōu)劣并存；無論是直接測試還是間接測試，運動方式、運動負荷方案的選擇都會影響測試結(jié)果。因此，關(guān)于運動方案的選取，我們建議：根據(jù)受試者狀況、測試目的選擇恰當(dāng)?shù)臏y試方式，再根據(jù)具體要求選擇合適的運動負荷方案以確保測試結(jié)果的準確性；關(guān)于各測試方案的后續(xù)研究，我們建議：在不斷簡化測試方案，提高測試方案準確性的同時，根據(jù)測試人群的不同，對測試方案進行個性化處理，制定更多具有針對性的測試方案服務(wù)于不同的測試對象。

4 實驗動物的最大攝氧量評定

目前，在生理學(xué)以及運動醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)研究和機制研究中仍以動物實驗為主，運動干預(yù)相關(guān)實驗主要以實驗大鼠為研究對象，以VO2max百分比制定運動強度。因此，要求我們保證動物實驗VO2max測試方法的可靠性，提高VO2max值的準確性，以精確運動強度。這將有利于基礎(chǔ)研究更好地過渡到應(yīng)用研究，為競技體育、體育健身以及流行病學(xué)的相關(guān)研究提供科學(xué)合理的運動強度參考。

4.1 實驗動物最大攝氧量的實踐應(yīng)用

4.1.1 運動強度的界定

大鼠作為實驗對象的自身特點，限制了以血乳酸、心率等作為運動強度劃分指標的使用，提高了VO2max%的應(yīng)用范圍。早期，在Bedford有關(guān)大鼠VO2max的一系列研究中，將58.4% ±1.7%VO2max劃定為中等強度，74.3% ±2.9%、81.0% ±3.5%、89.9% ±2.2%VO2max劃定為高強度，并提供了各強度下的具體負荷方案（如表2）[61]，這成為此后基礎(chǔ)實驗研究中重要的運動強度參考標準。但由于時代久遠、鼠種進化，人們對此負荷方案的可靠性提出了質(zhì)疑。

表2 Bedford不同運動強度建議負荷方案[61]

4.1.2 評估不同干預(yù)模式對大鼠有氧能力的影響

現(xiàn)有研究表明，耐力訓(xùn)練可以提高有氧能力，增加氧耗，通過VO2max來衡量[62-65]。2001年Wisloff等在研究高強度跑臺訓(xùn)練對大鼠VO2max和心臟影響的研究中得出：為期8周、每周2小時的8 min 85%～90%VO2max負荷和2 min 50%～60%VO2max負荷相互循環(huán)的耐力訓(xùn)練，可提高大鼠VO2max 60%～70%；大鼠心室質(zhì)量和心肌細胞長度分別增加20%～30%和6%～12%；大鼠工作經(jīng)濟性、氧脈沖和基礎(chǔ)心率全部得到改善，以指示實質(zhì)性心血管適應(yīng)[64]。2015年許杰進一步探討了不同強度運動對大鼠心肺耐力的影響，12周的跟蹤測試表明：小強度（50%VO2max）、中等強度（65%VO2max）、大強度（80%VO2max）訓(xùn)練均能有效提升VO2max值，值得注意的是，只有大強度訓(xùn)練可顯著改善心肺功能且小強度訓(xùn)練組VO2max提升速度較慢[66]。另外，有研究探討不同強度組合的HIIT運動效應(yīng)。近期，梁春瑜關(guān)于不同時長HIIT與中等強度持續(xù)訓(xùn)練對VO2max影響的對比研究中指出：10周HIIT組（以50%VO2max、70%VO2max、90%VO2max強度交替訓(xùn)練）VO2max顯著高于安靜對照組和中等強度運動組（以60%～70%VO2max強度持續(xù)訓(xùn)練），并且HIIT組的VO2max值在每兩周測試一次的10周內(nèi)呈現(xiàn)時序性顯著增加趨勢[67]。提示：10周HIIT相對于傳統(tǒng)中等強度持續(xù)有氧運動對提高骨骼肌氧化能力和機體心肺耐力更為快速有效。

綜上所述，VO2max在實驗動物有氧能力評估、運動強度界定以及探索不同訓(xùn)練手段對心肺功能干預(yù)效果等方面發(fā)揮著重要作用。目前VO2max作為評定心肺功能的指標可以有更多研究空間，如：通過合理運動干預(yù)，以VO2max作為監(jiān)測指標，對心血管疾病進行預(yù)防或治療等。

4.2 實驗動物最大攝氧量的評定方法

1979年Bedford采用密閉能量代謝倉對大鼠進行了一系列的平板跑臺實驗，制定出了一套可靠的用于測量大鼠VO2max的實驗方案（如表3）[61]。該方案采用遞增負荷方式，分10個階段，速度從8.2 m/min遞增到43.8 m/min，坡度由0°遞增到15°，每個階段保持3～4分鐘，直到大鼠力竭。實驗表明，以該方案測試未經(jīng)訓(xùn)練的SD大鼠VO2max一般在第五至六階段，測試時間20分鐘左右大鼠力竭，即可達到大鼠的VO2max值。此后研究人員在Bedford的基礎(chǔ)上制定了一系列的VO2max測試方案[62，63，65，68，69]。其中，Tanaka等[70]與 Geor?gieva等[69]分別用不同的的測試方案對11周齡雄性Wi?star大鼠進行了VO2max測試，具體方案見表4和表5，兩種方案均采用了速度、坡度遞增的方式，以大鼠力竭無法保持原有的速度為達到VO2max的判定標準，值得注意的是，兩個方案中的起始強度相差1倍，且后期每階段的遞增強度也相差近1倍，由于方案差異太大，因此我們不能確定兩者所測到的VO2max是否存在假性數(shù)值，無法對測試結(jié)果進行對比。?strand等指出最大有氧能力受跑臺坡度的影響[71]。

表3 Bedford大鼠VO2max跑臺負荷方案[61]

續(xù)表3

表4 Tanaka大鼠VO2max跑臺負荷方案[70]

表5 Georgieva大鼠VO2max跑臺負荷方案[69]

已有部分研究發(fā)現(xiàn)，坡度作為誘導(dǎo)大鼠VO2max的因素，是方案設(shè)計的重要影響因素。Wisloff等采用固定坡度、只遞增速度的方式測試了大鼠VO2max，分別測試 5種不同固定坡度（0°，15°，20°，25°，30°）下的VO2max，結(jié)果證明跑步機的坡度對VO2max的值具有顯著影響，固定坡度在0°～25°之間時，測得的VO2max值會隨所選坡度的增加而增加，在坡度為25°時獲得VO2max值最大，而坡度升至30°時，VO2max值普遍下降，針對這一現(xiàn)象，作者指出跑臺坡度在30°或更高時會導(dǎo)致過強的肌肉收縮，阻止局部血液流動，從而限制了外周氧運輸和峰值氧耗的到達[64]。在此基礎(chǔ)上，Le?andro等用雄性Wistar大鼠做了類似研究，測試方案如表6，固定跑臺測試實驗結(jié)果支持了Wisloff的結(jié)論[65]。值得一提的是，與所測得固定坡度下的VO2max值相比，20°與25°組合坡度的測試方案測得了VO2max的最大值，提示我們一成不變的跑臺坡度可能會讓大鼠產(chǎn)生一定的坡度適應(yīng)，不能很好地誘導(dǎo)出VO2max值。這一結(jié)論重新引起了研究者在大鼠VO2max測試方案擬定過程中對坡度組合的重視。

表6 Leandro大鼠VO2max跑臺負荷方案[65]

綜上所述，關(guān)于大鼠VO2max的測試方案還未形成標準，速度、坡度雙遞增的測試方式比固定跑臺坡度的測試方案具有更好的測試效果?？偨Y(jié)現(xiàn)有研究，我們建議：在大鼠VO2max遞增負荷測試方案的設(shè)計中，速度應(yīng)該保持在0～60 m/min，遞增速度范圍每2～4 min增加3～5 m/min為宜，遞增坡度不宜超過25°，測試時間在30分鐘以內(nèi)最佳。

到目前為止，實驗動物VO2max的直接測試方法均采用封閉式動物能量代謝跑臺進行測試。我們發(fā)現(xiàn)與人體VO2max研究相比，實驗動物VO2max的研究相對較少，究其原因：實驗動物VO2max的測試儀器昂貴；實驗動物VO2max的評定標準未統(tǒng)一，很多大鼠偷懶成性，存在假性力竭狀態(tài)；由于動物自身問題，心率、血乳酸等指標不好監(jiān)控且監(jiān)控成本太高。目前，間接測試方法僅bedford實驗中得出以大鼠體重為自變量的VO2max預(yù)測公式，但由于鼠種、鼠齡的差異，難以滿足眾多的實驗要求。因此，在后續(xù)研究中，我們應(yīng)該制定準確的大鼠VO2max判定標準，在此基礎(chǔ)上建立合理的大鼠VO2max的測試方案，以期推算出更具實用性的大鼠VO2max預(yù)測公式。另外，有關(guān)小鼠VO2max測試的研究更少見，Chappel等[72]和 Swallow等[73]涉及到小鼠VO2max的研究均是采用零坡度、速度遞增的方式進行測試。由于小鼠在目前的動物試驗中仍存在重要價值，關(guān)于小鼠VO2max的測試方案也應(yīng)該引起重視。

5 總結(jié)

VO2max在競技體育的應(yīng)用主要集中在機能評價以及體能訓(xùn)練的運動強度制定上，其中在機能評定方面，競技體育運動項目對運動員VO2max測試值要求越來越精準，新型的測試方法更加專項化。在體能訓(xùn)練方面，VO2max%及VO2max各派生指標的應(yīng)用豐富了訓(xùn)練方法并解決了運動員運動能力存在個體差異的問題；在運動健身與身體健康方面，VO2max%作為運動強度的制定指標在老年人和肥胖群體的運動方案制定上具有相當(dāng)重要的地位，同時，VO2max作為“臨床生命體征”觀點的提出，使VO2max成為健康促進、疾病預(yù)防以及疾病治療等領(lǐng)域關(guān)注的焦點，具體可以VO2max%指導(dǎo)運動強度制定，通過有氧運動提高VO2max，增強心肺功能，實現(xiàn)促進健康，預(yù)防和治療疾病的目標。目前，人體VO2max測試方法多種多樣，直接測試、間接測試以及與根據(jù)身體基礎(chǔ)指標的預(yù)測公式相結(jié)合，可基本滿足不同人群的測試需求。然而，在動物實驗中，血乳酸、心率等測試成本昂貴，不易監(jiān)測，使得VO2max及VO2max%成為動物運動實驗中運動方案制定的重要指標且應(yīng)用廣泛，主要應(yīng)用在不同干預(yù)模式對大鼠有氧能力影響的方案制定及效果評估上；關(guān)于實驗大鼠VO2max的評定，測試方法主要為密閉跑臺測試且測試方案主要以遞增負荷方案為主，種類少，遞增方式單一，分固定坡度單純的速度遞增和坡度速度交替遞增的遞增方式，但研究相對較少，還沒形成標準，更缺乏對不同品種、不同性別、鼠齡等分類基礎(chǔ)上的研究。

6 展望

基于上述研究和總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)VO2max的應(yīng)用價值不斷提升。在競技體育中，VO2max作為評判有氧能力的金指標，研究者在已有的測試方法中追求測試值精確的基礎(chǔ)上，應(yīng)加強不同運動項目專項化測試方案的探究。而在后續(xù)新型訓(xùn)練方法的探究中，考慮加入其它派生指標，提高訓(xùn)練方法的應(yīng)用價值，豐富個性化訓(xùn)練手段，這將成為運動訓(xùn)練領(lǐng)域關(guān)注的熱點。另外，隨著健康中國計劃的實施，VO2max在預(yù)測生命健康及預(yù)防疾病等方面的應(yīng)用會受到越來越多的關(guān)注，進一步的相關(guān)研究可嘗試以不同疾病人群劃分，探究不同疾病、不同患病程度下的VO2max范圍，并在此基礎(chǔ)上尋找相對應(yīng)的可促進疾病恢復(fù)的運動強度，制定出合理的運動處方。由于應(yīng)用研究存在的局限性，建議相關(guān)問題從基礎(chǔ)研究著手，建立實驗動物VO2max測試方案，實現(xiàn)實驗動物運動強度的準確量化，豐富和完善實驗動物的運動干預(yù)方案，進而與人體實驗的運動干預(yù)方案建立可比性和關(guān)聯(lián)性，通過動物實驗探索人體運動的效應(yīng)和機制。

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2017.05.08

國家體育總局體育科學(xué)研究所基本科研 業(yè)務(wù)費專項（基本17-18和17-19），國家自然科學(xué)基金（31371195）

第1作者：董亞南，Email：791440409@qq.com；

趙杰修，Email：zhaojiexiu1@163.com