最大攝氧量研究綜述

傅 國

1 最大攝氧量的提出

早在1913年，丹麥生理學(xué)家Krogh和Lindhad就已經(jīng)進(jìn)行關(guān)于人體在功率車上運(yùn)動時的呼吸系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)的研究[1]。隨后英國的Hill教授與他的同事通過實(shí)驗(yàn)對最大攝氧量開展了一系列的研究。他們使受試者在功率車上進(jìn)行運(yùn)動并施加設(shè)計(jì)好的負(fù)荷，運(yùn)用道格拉斯氣袋收集氣體，再用Haldane氣體分析儀和Tissot容量計(jì)對收集的氣體進(jìn)行氣體成分和具體容量的分析，首次提出機(jī)體在利用氧氣能力方面存在上限。在后續(xù)研究中Hill和他的同事率先提出了較為清晰的最大攝氧量理論：最大攝氧量受到呼吸和循環(huán)系統(tǒng)的限制，達(dá)到其極限后不管跑速如何增加，攝氧量都不會在上升，心肺輸送氧和肌肉利用氧的能力都達(dá)到了極限[2]。在我國的生理教科書當(dāng)中，把最大攝氧量定義為：人體在進(jìn)行有大量肌肉群參加的長時間劇烈運(yùn)動中，當(dāng)心肺功能和肌肉利用氧的能力達(dá)到人體的極限水平時，單位時間內(nèi)(通常以分為單位)所能攝取的氧量稱為最大攝氧量[3]。

2 最大攝氧量的應(yīng)用

通過最大攝氧量的數(shù)值能夠很好的評價一個人有氧能力的好壞。人體的有氧運(yùn)動能力是指人體在氧氣充足的情況下，機(jī)體從外界攝取氧氣到體內(nèi)，并在毛細(xì)血管中通過紅細(xì)胞的運(yùn)輸把氧氣運(yùn)送到機(jī)體的各個部位，與身體內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生能量維持機(jī)體運(yùn)動的能力。最大攝氧量的提出成為評價人體有氧能力的金指標(biāo)，在最大攝氧量提出的起始階段主要是針對運(yùn)動員的研究，人們通過對運(yùn)動員最大攝氧量的測量來反映運(yùn)動員心肺功能的強(qiáng)弱，一個運(yùn)動員在生理允許范圍內(nèi)，他的最大攝氧量越大說明他在單位時間內(nèi)能獲取更多的氧氣，能為身體提供更多的能量，從而他的心肺功能就會比相同條件下最大攝氧量小的運(yùn)動員好。最大攝氧量在運(yùn)動員的應(yīng)用領(lǐng)域主要是在運(yùn)動員身體機(jī)能評價的應(yīng)用以及運(yùn)動員體能訓(xùn)練的應(yīng)用兩方面。

在身體機(jī)能評價方面，最大攝氧量是一個非常重要的指標(biāo)，它不僅能夠在一定程度上反映人體從外界吸入氧氣的能力，還能反映出機(jī)體利用氧的能力。氧氣在人體的反應(yīng)過程首先是將外界的氧氣通過呼吸道運(yùn)輸?shù)椒尾?，在肺泡和毛?xì)血管中進(jìn)行氣體交換，與血液中的血紅蛋白相結(jié)合，運(yùn)輸?shù)饺砀魈幮枰鯕獾牡胤剑c相應(yīng)部位的線粒體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而釋放能量使人體能夠從事各種各樣的活動。

在體能訓(xùn)練方面，最大攝氧量強(qiáng)度被廣泛的應(yīng)用到體能訓(xùn)練的計(jì)劃中，有很多研究已經(jīng)證實(shí)以最大攝氧量強(qiáng)度進(jìn)行有氧耐力訓(xùn)練，能夠有效的提高運(yùn)動員的成績，也已經(jīng)被廣大教練員應(yīng)用到實(shí)際訓(xùn)練當(dāng)中。一些教練員還通過設(shè)定不同的最大攝氧量強(qiáng)度百分比，制定出更符合專項(xiàng)耐力的訓(xùn)練方法，使訓(xùn)練更加的科學(xué)合理。最大攝氧量這一指標(biāo)對于體能訓(xùn)練的影響是非常大的，但并不是唯一的指標(biāo)，有很多通過VO2max衍生出來的指標(biāo)也為體能訓(xùn)練計(jì)劃制定提供了不可或缺的幫助。這些指標(biāo)包括最大攝氧量速度(vVO2max)、tlimvVO2max、最大攝氧量平臺(VO2maxPD)等[4][5][6]。

在大眾健身領(lǐng)域，最大攝氧量強(qiáng)度常被用作制定有氧運(yùn)動處方的參考強(qiáng)度，美國運(yùn)動醫(yī)學(xué)會提出健康人群當(dāng)運(yùn)動強(qiáng)度維持在50%VO2max以上時，才會產(chǎn)生健身效應(yīng)。國外學(xué)者對18名有過適度鍛煉的自行車騎手進(jìn)行Fatmax(脂肪氧化速率的運(yùn)動強(qiáng)度)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)運(yùn)動強(qiáng)度處于55%±3%到72%±4%VO2max之間時，脂肪氧化速率最高[7]，因此最大攝氧量還以用作減肥訓(xùn)練計(jì)劃?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，在對心血管疾病患者進(jìn)行檢查時，也常常將最大攝氧量作為診斷指標(biāo)，來判斷患者的病情，還可以根據(jù)最大攝氧量強(qiáng)度來為患者制定康復(fù)運(yùn)動處方。

3 最大攝氧量的測試方法

從1913年開始，丹麥哥本哈根大學(xué)的生理學(xué)家Krogh與Lindhard對人體在運(yùn)動時呼吸系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了初步研究[1]，到現(xiàn)在各種測試最大攝氧量儀器的出現(xiàn)，主要的測試方式大概有兩種：一是直接測定法，二是間接測定法。

3.1 直接測定法

直接測定法是指被試人員使用跑臺、功率自行車以及其他各種功率計(jì)來使自身達(dá)到極限運(yùn)動的狀態(tài)，通過氣體分析儀器測得人體在極限運(yùn)動時所能吸入最大氧量的方法[8]。常用的功率計(jì)有運(yùn)動跑臺、功率自行車、手搖功率計(jì)和等動測試系統(tǒng)。氣體分析儀器主要有美國場Physio-dyne公司生產(chǎn)的Max-II運(yùn)動心肺功能測試系統(tǒng)，還有德國Cortex公司生產(chǎn)的Metalyzer系列心肺功能測試儀等。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，運(yùn)動過程中呼吸機(jī)能的測試方法由初始的道格拉斯氣袋法(Douglas-bag)發(fā)展到混合氣室法(Mixing Chamber)，進(jìn)而發(fā)展到一口氣接一口氣分析法(Breath by Breath)；最大攝氧量的測試技術(shù)越來越精確，對于運(yùn)動員訓(xùn)練計(jì)劃、方案的設(shè)計(jì)和運(yùn)動成績的提升都有很大的幫助。

3.2 間接測定法

間接測試法是受試者進(jìn)行亞極量運(yùn)動，根據(jù)攝氧量、心率等數(shù)值推算最大攝氧量的方法。間接測試法的測試方式也有很多種，包括臺階實(shí)驗(yàn)、功率車、跑臺及場地測試等。常用的方法有PWC170法、Astrand列線圖法、Fox法、12 min跑法、丁振平法、陳文堉法[8]。

臺階實(shí)驗(yàn)是讓受試者在規(guī)定時間內(nèi)，跟著節(jié)拍器的節(jié)奏上下臺階，上下臺階過程結(jié)束后要求受試者靜坐休息規(guī)定的時間，記錄整個過程受試者的心率，再將所測得心率數(shù)據(jù)代入最大攝氧量的推算公式。

通過臺階實(shí)驗(yàn)測量最大攝氧量的優(yōu)點(diǎn)在于所用器材簡單、容易操作、價格便宜、方便基數(shù)大的人群進(jìn)行測試，受試者損傷風(fēng)險小。缺點(diǎn)在于上下臺階的負(fù)荷較難控制，一些節(jié)奏較差的受試者不能很好的根據(jù)要求完成測試，導(dǎo)致所測得最大攝氧量值精確度較低，對后期的數(shù)據(jù)處理影響較大。

功率車和跑臺主要是通過受試者按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的測試方案進(jìn)行測試，測得不同階段受試者的心率，再將所測心率代入方程，推算出最大攝氧量的值。場地測試法是讓受試者進(jìn)行折返跑、規(guī)定距離的計(jì)時跑及規(guī)定時間的距離跑，記錄不同階段受試者的心率，代入公式算出的數(shù)值就是受試者最大攝氧量的值。不同的測試方式適合不同的測試人群，臺階實(shí)驗(yàn)由于其設(shè)備簡單、資金成本低、不受場地限制等特點(diǎn)適用于學(xué)生體質(zhì)測試。功率車和跑臺的測試設(shè)備資金成本較高，受到環(huán)境的限制，不適用于大規(guī)模的人群測試，功率車的安全性相對較高，因此適用于老年人以及對身體控制能力較差的人群。場地測試通常耗時較長，一般有跑動和步行兩種方式，在我國的青少年體質(zhì)監(jiān)測中大多是采用場地測試的方式(男1000米，女800米)。

4 結(jié)語

最大攝氧量從提出到現(xiàn)在已經(jīng)有無數(shù)學(xué)者對其進(jìn)行研究，主要的研究領(lǐng)域有最大攝氧量的發(fā)現(xiàn)及發(fā)展，如何提高人體最大攝氧量，最大攝氧量的測定方法，最大攝氧量在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，影響最大攝氧量的因素以及生理機(jī)制等方面。不論從哪種方向入手，最終的指向都是為了提高人體的機(jī)能素質(zhì)，讓人體的運(yùn)動能力更進(jìn)一步。

表1 為最大攝氧量不同測試方法的比較[9][10][11][12][13][14][15]