跳繩運(yùn)動(dòng)作為評(píng)估青少年心肺功能的可行性研究

高偉棟，鄭盼盼

(1.浙江體育科學(xué)研究所，浙江 杭州 310004；2.浙江金融職業(yè)學(xué)院 體育軍事部,浙江 杭州 310018)

0 前 言

最大攝氧量(VO2max)是身體活動(dòng)能力和心肺功能主要的預(yù)測(cè)指標(biāo)，VO2max的測(cè)定有直接測(cè)定法和間接測(cè)定法兩種。直接測(cè)試法通常在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)借助心肺功能測(cè)定儀完成，由于測(cè)量VO2max不但需要受試者盡最大努力、具有潛在的危險(xiǎn)性，同時(shí)需要特殊的方法和設(shè)備，如跑臺(tái)、自行車或者氣體分析儀，所以VO2max的直接測(cè)量方案很少應(yīng)用于普通大眾[1-3]。間接測(cè)定法雖然沒有直接測(cè)定法準(zhǔn)確，但在測(cè)試過程中不需要配置昂貴的儀器設(shè)備，且方法簡(jiǎn)便易行，適于用于大樣本人群的測(cè)定。

迄今為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)于間接測(cè)定VO2max已經(jīng)有很多相關(guān)研究，歐美國(guó)家起步較早，研究類型也較豐富，包括跑步機(jī)間接測(cè)試[4-6]，功率車間接測(cè)試[7-8]臺(tái)階測(cè)試[9-11]，實(shí)地測(cè)試[12-14]，甚至非運(yùn)動(dòng)測(cè)試[15-17]。國(guó)內(nèi)近年來針對(duì)該領(lǐng)域也有不少研究[18-21]，但目前還沒有關(guān)于跳繩運(yùn)動(dòng)作為亞極量間接評(píng)價(jià)方式的研究。

跳繩作為《國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》的測(cè)試項(xiàng)目，具有突出的鍛煉身體的價(jià)值。跳繩運(yùn)動(dòng)在學(xué)校體育教學(xué)中也是不可或缺的組成部分。另外，在競(jìng)技運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中也采用跳繩作為輔助訓(xùn)練項(xiàng)目，提高運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)水平。

因此，本研究擬通過研究跳繩運(yùn)動(dòng)測(cè)試以及實(shí)驗(yàn)室逐級(jí)遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)，探索以跳繩運(yùn)動(dòng)作為評(píng)估青少年心肺功能(VO2max)間接測(cè)試方式的可行性，并以心率、身體素質(zhì)參數(shù)等數(shù)據(jù)為自變量，建立簡(jiǎn)單易行的推算最大攝氧量相對(duì)值的回歸方程，用于間接評(píng)價(jià)青少年的最大有氧活動(dòng)能力，為青少年體質(zhì)測(cè)試研究提供新的參考方法和依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究對(duì)象

58名初中學(xué)生(男38名,女20名；平均身高=161.7±6.95cm;平均體重=52.9±14.17kg;平均年齡為13.8±1.1y)成功完成本研究的全部測(cè)試，所有受試者均來自浙江省的初中生。所有的測(cè)試程序、基本原理和指導(dǎo)方針都向受試者及其監(jiān)護(hù)人進(jìn)行了說明。所有受試者及其監(jiān)護(hù)人簽署知情同意書。所有受試者被要求完成《運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備問卷》(加拿大運(yùn)動(dòng)生理學(xué)學(xué)會(huì)，2002年)和《兒童疾病問卷》。此外，為了了解受試者的日常運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)通過問卷記錄了每個(gè)受試者的中高強(qiáng)度體力活動(dòng)(MVPA)情況(以分鐘為單位)[22]。

1.2 跳繩測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

本實(shí)驗(yàn)通過結(jié)合其他類似的VO2max的間接測(cè)試方法(臺(tái)階試驗(yàn)、PWC170實(shí)驗(yàn)等)，來制定跳繩測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)過前期預(yù)實(shí)驗(yàn)，確定采用受試者在節(jié)拍器(60次/min)的口令下跳繩，連續(xù)進(jìn)行3min。在整個(gè)跳繩測(cè)試過程中，受試者全程佩戴心率帶(Polar, T31，芬蘭)，并且記錄運(yùn)動(dòng)中(第15s、30s、45s、60s、120s和160s)及恢復(fù)階段(第15s、20s、60s、120s和160s)的心率。

1.3 最大攝氧量測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

本研究最大攝氧量測(cè)試采用的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為青少年跑臺(tái)測(cè)試方案[23]。測(cè)試中采用修訂后的主觀疲勞感覺等級(jí)RPE量表。在整個(gè)測(cè)試過程中，受試者需要攜帶便攜式氣體代謝分析儀(Cosmed，K4b2，意大利)，并通過標(biāo)準(zhǔn)面罩呼吸。

為了確保VO2max測(cè)試的有效進(jìn)行，達(dá)到VO2max的判斷標(biāo)準(zhǔn)如下： ①運(yùn)動(dòng)心率不小于根據(jù)年齡預(yù)測(cè)的最大心率的90%；②呼吸交換比率R等于或不低于1.10；③RPE達(dá)到 10。至少有兩個(gè)符合以上三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)[24]。

1.4 測(cè)試過程

受試者先進(jìn)行身體成分測(cè)試(Inbody720， 韓國(guó))。測(cè)試后進(jìn)行5～10min的熱身，再進(jìn)行3min的跳繩測(cè)試。完成后測(cè)試后充分休息，適量飲水，再進(jìn)行最大攝氧量測(cè)試。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

使用SPSS 20.0進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，選取P<0.05為顯著性水平，P<0.01為非常顯著性水平。采用Pearson相關(guān)性分析。采用逐步回歸分析方法確定能預(yù)測(cè)VO2max值的顯著變量(如性別、年齡、體脂百分比、身高、體重、恢復(fù)期心率)的統(tǒng)計(jì)效度和貢獻(xiàn)。再對(duì)這些重要的自變量進(jìn)行線性回歸分析，得到最準(zhǔn)確的能預(yù)測(cè)VO2max值的多元線性回歸方程，并得出相關(guān)系數(shù)(R值)、估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差(SEE)。

2 結(jié) 果

根據(jù)表1可知本研究所有描述性數(shù)據(jù)結(jié)果。

為了確定與VO2max數(shù)值相關(guān)性最高的跳繩心率變量，采用Pearson相關(guān)分析，將跳繩運(yùn)動(dòng)開始第15s、30s、45s、60s、120s和160s的心率，以及恢復(fù)階段的第15s、20s、60s、120s和160s的心率數(shù)據(jù)分別與最大攝氧量做相關(guān)性分析(見表2)。結(jié)果表明，15s-PHR(r=-0.608，P<0.01)和20s-PHR(r=-0.591，P<0.01)兩個(gè)心率變量與最大攝氧量的相關(guān)系數(shù)最高。此外，表3顯示其他預(yù)測(cè)變量與最大攝氧量之間的Pearson相關(guān)性，說明體重、身高、性別、BMI、體脂百分比、中高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)間MVPA與最大攝氧量之間存在顯著相關(guān)性。值得注意的是，性別、BMI、體脂百分比與測(cè)量的VO2max呈負(fù)相關(guān)，MVPA與VO2max呈正相關(guān)。而年齡變量與最大攝氧量無顯著相關(guān)性。

表1 測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)表

注:MVPA=中高強(qiáng)度體力活動(dòng)(以min/d為單位),EHR=運(yùn)動(dòng)中心率,PHR=運(yùn)動(dòng)后心率

表2 Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果表(跳繩心率變量和VO2max)

注:*表示P<0.05，**表示P<0.01，下同

表3 Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果表(其他變量和VO2max)

注:性別變量中1=男性，0=女性

ACSM運(yùn)動(dòng)測(cè)試與運(yùn)動(dòng)處方指南(ACSM,2000)和其他相關(guān)研究[25]強(qiáng)調(diào)中高強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度應(yīng)保持在相當(dāng)于最大儲(chǔ)備心率(HRR)的40%～80%之間。根據(jù)指南，最好選擇保持在40%～80%最大儲(chǔ)備心率的心率數(shù)據(jù)作為間接預(yù)測(cè)VO2max的變量來做進(jìn)一步的回歸分析。因此，一些在該范圍外的心率變量數(shù)據(jù)應(yīng)該被剔除，跳繩運(yùn)動(dòng)后第15s(15s PHR)和20s(20s PHR)的心率數(shù)據(jù)符合范圍，分別進(jìn)入回歸分析，因此有兩個(gè)心率變量。同時(shí)體脂百分比和BMI兩個(gè)變量也需要分別獨(dú)立進(jìn)行分析。因此共有4個(gè)回歸分析模型，計(jì)算4個(gè)逐步線性回歸分析(如表4)。

表4 相關(guān)變量預(yù)測(cè)VO2max的逐步回歸模型分析表

注:方程1=58.715+(8.604*gender)+(0.132*MVPA)-(0.153*15sPHR),方程2=58.715+(8.604*gender)+(0.132*MVPA)-(0.153*15sPHR),方程3=68.046+(5.269*gender)+(0.131*MVPA)-(.215*bodyfat)-(0.179*20sPHR),方程4=70.422+(7.542*gender)+(.126*MVPA)-(0.470*BMI)-(0.167*20sPHR)

3 分析與討論

在本研究中，規(guī)定節(jié)拍(60次/min)的3min跳繩運(yùn)動(dòng)測(cè)試后的第15s心率(15s-PHR)和第20s心率(20s-PHR)數(shù)據(jù)與測(cè)得的VO2max數(shù)值有高度的相關(guān)性，也是評(píng)估初中學(xué)生有氧能力的有效預(yù)測(cè)變量。如表4，在模型1和模型2中，最大攝氧量與體脂百分比和BMI沒有相關(guān)性。預(yù)測(cè)方程中只有三個(gè)變量(性別、MVPA和15s-PHR)和最大攝氧量相關(guān)。模型1和模型2具有相同的預(yù)測(cè)變量和相同的常數(shù)項(xiàng)，得到相同的方程，即：VO2max (ml·kg-1·min-1)= 58.715 + (8.604 * 性別) + (0.132 * MVPA) - (0.153 * 15s PHR)。當(dāng)使用這個(gè)公式(R = 0.849，SEE = 4.751)時(shí)，不需要參數(shù)BMI和體脂百分比，因此更加簡(jiǎn)便快速，即不需要體成分測(cè)試儀和身高、體重?cái)?shù)據(jù)。

而在模型3中，R值較高(R=0.860)，預(yù)估標(biāo)準(zhǔn)誤差較低(SEE=4.69379)，方程為：VO2max (ml·kg-1·min-1)=68.046+(5.269*性別)+(0.131*MVPA)-(0.215*體脂百分比)-(179*20sPHR)。模型4的R值最高，SEE值最低，方程為：VO2max(ml·kg-1·min-1)=70.422+(7.542*性別)+(0.126*MVPA)-(0.470*BMI)-(0.167*20sPHR)。在模型3和模型4之間，雖然模型3也顯示出較高的準(zhǔn)確性和較低的誤差，但是模型3需要對(duì)體脂百分比變量進(jìn)行測(cè)量，這需要專門的設(shè)備。模型4中需要的BMI值可以通過非常簡(jiǎn)單的身高、體重計(jì)算獲得，而且模型4中的R值和SEE值更好，因此該模型是在實(shí)驗(yàn)中預(yù)測(cè)最大攝氧量模型中最準(zhǔn)確實(shí)用的。換而言之，方程4可以作為間接測(cè)試中學(xué)生最大攝氧量的方法。

從目前的結(jié)果來看，跳繩運(yùn)動(dòng)測(cè)試作為一種間接測(cè)試青少年有氧能力的方式是被證實(shí)有效和適用的。3min跳繩測(cè)試更加實(shí)用和方便，不需要大型的場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)室和專業(yè)的設(shè)備，只需要一根跳繩，以及BMI、MVPA、性別、20s PHR這些簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)，就可以推算學(xué)生的最大攝氧量。

綜上所述，本研究證實(shí)了在利用跳繩運(yùn)動(dòng)作為間接測(cè)試方式來預(yù)測(cè)初中生最大攝氧量的可行性，并且基本建立了有效的VO2max預(yù)測(cè)回歸方程VO2max(ml·kg-1·min-1)=70.422+(7.542*性別)+(0.126*MVPA)-(0.470*BMI)-(0.167*20s PHR))。本研究為間接推測(cè)最大攝氧量提供了一種新的探索方向。這種新的間接測(cè)試方法具有高效、低成本、快速、方便的優(yōu)點(diǎn)，只需要簡(jiǎn)單的測(cè)量和適度的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。

4 不足與展望

本研究受試者僅局限于初中三個(gè)年級(jí)的學(xué)生，樣本量較少。后續(xù)研究中需要進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，增加樣本量的的年齡分層。另外，本研究沒有將不同的跳繩方式以及不同的跳繩節(jié)拍作為變量進(jìn)行相關(guān)性研究，未來研究應(yīng)更全面地考慮這些因素，建立最優(yōu)的跳繩測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和最佳的推算公式。