最大攝氧量主要限制因素的研究進(jìn)展

裴慶

摘 ?要：最大攝氧量作為評價有氧能力的“金標(biāo)準(zhǔn)”，在體育競賽、大眾健康與臨床醫(yī)療等方面的應(yīng)用都十分廣泛。而有氧能力的主要限制因素一直具有爭議，本文從血液運(yùn)氧能力、心臟泵血功能、換氣能力及肌肉對氧的利用能力四個方面總結(jié)目前已有的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：最大攝氧量，限制因素，心肺功能，氧利用率

中圖分類號：G80 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ：A ? ? 文章編號：1002-7475（2019）02-074-02

1最大攝氧量的提出和定義

所謂最大攝氧量，其主要指的是人體在單位時間以內(nèi)人體經(jīng)過長時間劇烈運(yùn)動的過程中肌肉以及心肺等對于氧氣的獲取能力所達(dá)到的極限水平，通常最大攝氧量往往也被人們稱為最大吸氧量以及最大耗氧量，此參數(shù)通常由VO2max來進(jìn)行表示[1]。

最早是由學(xué)者Hill和Herbst在1920年發(fā)現(xiàn)并定義“最大攝氧量（VO2max）”的概念[2]，至今已經(jīng)有80多年。這一概念隨即被許多世界著名的運(yùn)動生理學(xué)家驗(yàn)證[3-7]，并且被深入挖掘和拓展。

Hill等人認(rèn)為最大攝氧量的基本定義存在于四個方面：（1）雖然人體的VO2max水平可以通過訓(xùn)練有所提高，但是只能在一定范圍內(nèi)提高，并且一定存在著上限;（2）VO2max存在個體差異性，并且受到遺傳的影響;（3）VO2max水平是耐力性項(xiàng)目取得成績的關(guān)鍵因素;（4）VO2max并非可以無限提升的，通常是受到心肺系統(tǒng)為肌肉在輸送氧氣方面的能力所影響。

自從最大攝氧量這種概念被人們認(rèn)識到以來，最大攝氧量相關(guān)理論在體育界里面被廣泛應(yīng)用。特別是最近時間段，最大攝氧量被美國心臟病學(xué)會列為與呼吸、脈搏、體溫、血壓同等重要的人體基本生命體征之一[8]。對于普通大眾和健身人群，最大攝氧量可以用來制定運(yùn)動處方、評價運(yùn)動強(qiáng)度和身體的有氧適應(yīng);對于運(yùn)動員選材可以測量評價青少年運(yùn)動員有氧能力、運(yùn)動潛力和心肺功能;對于臨床患者可以評定其器官功能狀態(tài)、康復(fù)治療效果。其同年齡、身高以及體重等均作為針對人體生理特征進(jìn)行描述的參數(shù)變量指標(biāo)。

2最大攝氧量的限制因素

氧氣從大氣到線粒體的途徑包含一系列步驟，每個步驟都可能對氧氣的通過產(chǎn)生限制和障礙?？梢韵拗芕O2max的生理因素包括：肺擴(kuò)散能力、骨骼肌特征、最大心輸出量以及血液攜氧能力。除了骨骼肌屬于外周因素以外，其余三個因素均屬于中心因素。

2.1肺擴(kuò)散能力

有研究顯示在零海拔維度運(yùn)動的普通受試者中，實(shí)驗(yàn)人員動脈血液其氧飽和度并沒有呈現(xiàn)下降趨勢，即便出現(xiàn)極限強(qiáng)度條件下，實(shí)驗(yàn)人員在動脈氧飽和度方面（%SaO2）仍保持在95%左右。Hill等人預(yù)測，即使在極限強(qiáng)度的運(yùn)動中動脈飽和度也不會出現(xiàn)顯著下降。但是由于紅細(xì)胞在毛細(xì)血管中以高工作速率通過，肺泡的氣體交換過程可能并不完整[9]。

2.2最大心輸出量

希爾等人提出最大心輸出量是解釋VO2max個體差異的主要因素。1915年，Lindhard測量了運(yùn)動期間受試者的心輸出量，并證實(shí)了心輸出量與VO2之間的強(qiáng)烈線性關(guān)系[10]。今天，我們知道在久坐和訓(xùn)練有素的同齡男性和女性中觀察到的正常范圍的VO2max值主要是由于最大每搏輸出量的變化，因?yàn)樽畲笮穆屎拖到y(tǒng)性的氧氣攝入的提升空間非常微小。在去極限強(qiáng)度的運(yùn)動中幾乎所有可用的氧氣都是從進(jìn)入運(yùn)動肌肉的動脈血液中提取的。在極限強(qiáng)度運(yùn)動下的肌肉中的動靜脈氧差可以達(dá)到10倍左右[11]。

2.3血液載氧能力

另一種改變運(yùn)動中肌肉氧氣運(yùn)輸?shù)姆椒ㄊ翘岣哐褐醒t蛋白（Hb）的含量。這一方法也稱之為“血液興奮劑”或者血液回輸。血液興奮劑是通過抽取，儲存和隨后再次輸入身體增加人體總紅細(xì)胞體積的做法。Gledhill[12-13]完成了15-20項(xiàng)研究的綜合評估，這些研究檢查了血液興奮劑的影響?；剌?00-1，350mL血液方式能夠提升血液自身攜氧能力。根據(jù)雙盲研究實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該方法已顯示VO2Omax增加4-9%。

2.4骨骼肌限制

（1）外周擴(kuò)散：在關(guān)于VO2max的限制因素的專題討論會上，Honig[14]等人提出了紅色犬肌肉外周O2擴(kuò)散限制的證據(jù)，根據(jù)他們的實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型，氧氣擴(kuò)散阻滯主要部位發(fā)生在紅細(xì)胞表面和肌纖維膜之間，在這個很短的距離內(nèi)氧分壓大幅度下降。他們由此得出結(jié)論：氧氣的運(yùn)輸本身不是限制因素，而是需要一個相對于血液氧分壓更低的細(xì)胞內(nèi)氧分壓來維持氧擴(kuò)散的驅(qū)動能力，從而加強(qiáng)氧氣的傳導(dǎo)。（2）線粒體酶水平：在肌肉纖維內(nèi)，線粒體是消耗O2過程中的電子傳遞鏈上的最后位點(diǎn)。理論上，將線粒體數(shù)量增加一倍能夠提升肌肉當(dāng)中對于氧氣攝取位點(diǎn)數(shù)目，且在數(shù)量上面提升一倍。但是結(jié)合針對人體的研究工作結(jié)果顯示，即便將線粒體酶含量提升2.2倍，然而針對所測得的最大攝氧量水平僅僅存在一定提升（20-40%）[15]。 （3）毛細(xì)血管密度：安德森以及亨利金遜等人在1977年所做的研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果中顯示，當(dāng)訓(xùn)練強(qiáng)度提升的過程中人體毛細(xì)血管密度也會不斷提升[16]。但是，也有其他研究結(jié)果顯示，最大攝氧量水平同股外側(cè)毛細(xì)血管數(shù)量之間有著緊密聯(lián)系。因此，針對訓(xùn)練而言其主要作用并非增加毛細(xì)血管密度所引起，而關(guān)鍵是延長或者維持其平均通過時間。

中央或周邊限制總結(jié)：在全身運(yùn)動中VO2max主要受心輸出量的限制。對于小肌肉群的運(yùn)動，心輸出量的作用則相當(dāng)不重要[17]。關(guān)于外周限制的結(jié)論不適用于在高強(qiáng)度下的全身運(yùn)動中測量的VO2max，后面的結(jié)論與他們早期的工作沒有沖突。目前的觀點(diǎn)是，在騎自行車或跑步測試期間，最大心輸出量是VO2max的主要限制因素。

參考文獻(xiàn)：

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