山東省賽艇運(yùn)動(dòng)員最大攝氧量回歸方程的初步研究

張?zhí)珌恚瑥?翔，張 杰

(山東省體育科學(xué)研究中心，山東 濟(jì)南 )

VO2max是指人達(dá)到極限水平時(shí)，心肺轉(zhuǎn)運(yùn)氧和肌肉吸收、利用氧的最大能力，是反映運(yùn)動(dòng)員有氧能力及運(yùn)動(dòng)潛能最重要的指標(biāo)[1]，同時(shí)也是心血管健康的獨(dú)立預(yù)測指標(biāo)[2]。直接測試法是測定VO2max的金標(biāo)準(zhǔn)方法[3]，但其所需設(shè)備儀器較為昂貴，且對(duì)測試環(huán)境要求較高，在大樣本量測試時(shí)受到一定的限制。為了更便捷的獲得測試對(duì)象的VO2max，使用推算公式的間接測試法是一種簡單易行的方法。目前，VO2max的間接推算的回歸方程有很多，但其影響指標(biāo)較多，針對(duì)的人群也不同。賽艇是一項(xiàng)以有氧供能為主的運(yùn)動(dòng)，其比賽過程中有氧代謝供能占70%～87%[4]。對(duì)賽艇項(xiàng)目進(jìn)行選材時(shí)，VO2max是一個(gè)權(quán)重較大的指標(biāo)，且該指標(biāo)主要由遺傳因素決定，后期受訓(xùn)練的改變程度較小[5]。但現(xiàn)今尚缺乏有關(guān)賽艇運(yùn)動(dòng)員VO2max的間接推算回歸方程。本研究選取山東省99名賽艇集訓(xùn)運(yùn)動(dòng)員為研究對(duì)象，基于影響VO2max的因素，建立賽艇運(yùn)動(dòng)員VO2max的推算方程，為運(yùn)動(dòng)員有氧能力的簡易評(píng)測方法提供參考依據(jù)。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選取99名賽艇集訓(xùn)運(yùn)動(dòng)員，納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)均為二級(jí)運(yùn)動(dòng)員；(2)自愿接受本測試；(3)身體健康狀況良好；(4)測試前3h未進(jìn)食者。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)測試前48h參加大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)、熬夜者；(2)測試前患有呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)疾病者；(3)近期服用影響心肺功能的相關(guān)藥物者。對(duì)上述運(yùn)動(dòng)員采用計(jì)算機(jī)隨機(jī)編號(hào)分為2組，其中79名運(yùn)動(dòng)員為建模組，20名運(yùn)動(dòng)員為檢驗(yàn)組，兩組隊(duì)員的年齡、性別、體重等基本資料的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表1。

表1 兩組賽艇運(yùn)動(dòng)員的基本資料比較

1.2 VO2max測試

1.2.1 測試儀器

氣體代謝分析儀(德國“JAEGER”便攜心肺功能儀)，測功儀(Concept2賽艇測功儀)，polar心率帶(H10，胸帶式)。

1.2.2 測試方法

測試前所有運(yùn)動(dòng)員統(tǒng)計(jì)年齡、性別、身高、體重，形態(tài)學(xué)測試按照《人體測量學(xué)》的相關(guān)要求進(jìn)行，測量3次取平均值。由專業(yè)人員向測試者介紹測試須知，包括測試目的、測試流程、可能出現(xiàn)的不適(若出現(xiàn)，及時(shí)告知測試人員)等。測試均由相同的實(shí)驗(yàn)操作人員實(shí)施，由相同的技術(shù)人員進(jìn)行監(jiān)督，并于相同實(shí)驗(yàn)環(huán)境下采用相同的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行測試。所有接受測試的運(yùn)動(dòng)員于測試前1天無大強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)。測試方案如下：

運(yùn)動(dòng)員佩戴呼吸面罩在測功儀上進(jìn)行遞增負(fù)荷測試。其中，男子起始功率為[體重(kg)*2.5]W，女子起始功率為[體重(kg)*2]W。每2min 遞增30W，直至運(yùn)動(dòng)員無法堅(jiān)持遞增負(fù)荷上的功率為止，此階梯負(fù)荷為Wstep，并記錄運(yùn)動(dòng)時(shí)間。遞增負(fù)荷停止后休息1min，然后進(jìn)行2min的全力劃，該2min的平均功率記錄為W2min。每5s記錄一次攝氧量、心率、呼吸交換率等指標(biāo)。測試結(jié)束后，詢問受試者的主觀疲勞感覺等級(jí)(RPE)，并采集結(jié)束后第3min、5min的耳血進(jìn)行血乳酸測試，記錄心率恢復(fù)到120次/min的時(shí)間。該方案由烏克蘭國立體育大學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供，經(jīng)烏克蘭、意大利、德國等國家歷經(jīng)多年實(shí)踐完善，具有較高的科學(xué)性、可行性和實(shí)用性。

試驗(yàn)終止標(biāo)準(zhǔn)[6]：(1)隨著負(fù)荷增加，受試者的攝氧量出現(xiàn)平臺(tái)期；(2)呼吸商>1.14；(3)心率≥峰值心率 (220-年齡)；(4)RPE≥9；(5)受試者力竭，于測試人員鼓勵(lì)下不能堅(jiān)持。同時(shí)滿足上述其中4個(gè)條件時(shí)可判定達(dá)到最大攝氧量要求。若遇特殊情況，如受試者出現(xiàn)胸悶、惡心、心絞痛、眩暈等不良反應(yīng)時(shí)，立即終止測試。

1.3 推算方程的建立及回代檢驗(yàn)

采用多重線性回歸，以運(yùn)動(dòng)員的VO2max(相對(duì)攝氧量)為因變量，以受試者(運(yùn)動(dòng)員)的年齡、性別、身高、體重、安靜心率、Wstep、W2min、全程時(shí)間等作為自變量進(jìn)行逐步回歸，建立回歸方程。建立回歸方程后，將20名檢驗(yàn)組的相關(guān)測量數(shù)據(jù)帶入回歸方程進(jìn)行回代檢驗(yàn)，將推算出的VO2max與實(shí)際佩戴面罩的測量值進(jìn)行比較，并分析相關(guān)性。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

將測試所得數(shù)據(jù)采用雙人雙錄入的方式錄入Microsoft Excel 2010，并以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。應(yīng)用SPSS21.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。應(yīng)用Pearson相關(guān)系數(shù)評(píng)價(jià)VO2max及其影響因素的關(guān)系。采用回歸系數(shù)R2來評(píng)價(jià)影響因素對(duì)VO2max的解釋強(qiáng)度。應(yīng)用配對(duì)t檢驗(yàn)分析實(shí)測值與預(yù)測值的差異，顯著性水平為P<0.05。

2 結(jié)果

2.1 模型組VO2max及相關(guān)指標(biāo)情況

79名運(yùn)動(dòng)員均完成測試，VO2max相對(duì)值為56.00±7.13 ml/min/kg，Wstep、W2min分別為287.17±51.18 W、295.91±63.53 W，最大心率為189.68±9.38次/min，全程時(shí)間為1561.60±198.29 s。男隊(duì)員、女隊(duì)員在Wstep、W2min、全程時(shí)間方面的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，在最大心率方面的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表2。

表2 模型組VO2max及相關(guān)指標(biāo)情況

2.2 模型組的各指標(biāo)與VO2max相關(guān)性分析

經(jīng)相關(guān)性分析顯示，性別、年齡、體重、Wstep、W2min、全程時(shí)間均與VO2max有相關(guān)性(P<0.05)。最大心率與VO2max無相關(guān)性(P>0.05)。見表3。

表3 模型組的各指標(biāo)與VO2max相關(guān)性分析

2.3 推測VO2max方程的建立

在逐步回歸分析中，性別、年齡、體重、Wstep、W2min、全程時(shí)間進(jìn)行回歸方程，回歸分析結(jié)果見表4、表5。

表4 回歸模型匯總

表5 方程六中相關(guān)系數(shù)

最終得到可推測賽艇運(yùn)動(dòng)員VO2max方程有：

方程一：VO2max=31.077+0.016*全程時(shí)間；

方程二：VO2max=43.138+0.015*全程時(shí)間-0.134*體重；

方程三：VO2max=62.642 -0.000018*全程時(shí)間-0.528*體重+0.113*W2min；

方程四：VO2max=62.613-0.528*體重+0.113*W2min；

方程五：VO2max=59.310 -0.555*體重+0.077*W2min+0.055*Wstep；

方程六：VO2max=60.893-0.546*體重+0.057*W2min+0.049*Wstep+3.689*性別(女=1，男=2)。

由表4可知，當(dāng)VO2max為因變量，體重、W2min、Wstep、性別為自變量時(shí)建立的方程六的R值為0.823大于其它五個(gè)方程，提示自變量與因變量之間有較為緊密的關(guān)系。R2為0.677>0.64，證實(shí)該方程有效，自變量對(duì)因變量能夠進(jìn)行有效的解釋。且表5顯示，方程六中自變量對(duì)應(yīng)回歸系數(shù)P<0.05，提示具有顯著性意義，可有效預(yù)測因變量的變化。因此，可將方程六作為推算賽艇運(yùn)動(dòng)員VO2max的方法。同時(shí)推測方程六中F值=39.912，P<0.001，有極其顯著性差異。這提示體重、W2min、Wstep、性別與VO2max為存在明確的線性關(guān)系，以上指標(biāo)可作為因變量推測VO2max。表4中的Durbin-Watson指數(shù)為1.887<2，提示回歸模型中的誤差項(xiàng)獨(dú)立性較好。由圖1可見，推算的VO2max與實(shí)測的VO2max線性關(guān)系較好。

圖1 方程六推算的VO2max與實(shí)測VO2max之間的散點(diǎn)圖

2.4 回代檢驗(yàn)

將檢驗(yàn)組實(shí)測的VO2max與通過方程六進(jìn)行推測的VO2max進(jìn)行效度檢驗(yàn)，通過兩組數(shù)據(jù)的配對(duì)樣本t檢驗(yàn)以及相關(guān)性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩組數(shù)據(jù)的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，且存在相關(guān)性(P<0.05)，見表6。

表6 VO2max實(shí)測值與推測值的差異及相關(guān)性

3 討論

賽艇是一項(xiàng)以高強(qiáng)度有氧耐力為基礎(chǔ)的周期性運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，對(duì)運(yùn)動(dòng)員的有氧運(yùn)動(dòng)能力有較高的要求[7]。有氧訓(xùn)練在國際優(yōu)秀賽艇運(yùn)動(dòng)員的日常訓(xùn)練中占有重要的地位，青少年賽艇運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練初期有氧耐力訓(xùn)練的占比也較高[8]。有氧運(yùn)動(dòng)能力能夠準(zhǔn)確反映人體心血管和呼吸系統(tǒng)的整體功能狀況[9]，被美國運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)視為第五大生命體征[10]。1923年，Hill提出了VO2max的概念[11]，生理學(xué)界普遍認(rèn)為，VO2max是評(píng)價(jià)人體有氧工作能力的主要指標(biāo)，也是評(píng)定運(yùn)動(dòng)員機(jī)能狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)選材以及評(píng)定訓(xùn)練效果方面的有效指標(biāo)。有學(xué)者指出，VO2max是青少年心肺功能和有氧耐力最好的選材指標(biāo)[12]。

由于VO2max直接測試法存在較多的局限性，隨之出現(xiàn)了較多間接推算法。有研究發(fā)現(xiàn)[13]，用間接推算法推測的VO2max與實(shí)測值有±10%～15%的誤差。VO2max有絕對(duì)值和相對(duì)值兩種形式，前者的單位為L/min，是指每分鐘攝取氧量的最大值；后者為L/min/kg，是指每千克體重每分鐘攝取氧量的最大值。由于需氧量與體重有密切的關(guān)系，單純通過絕對(duì)值對(duì)個(gè)體的VO2max進(jìn)行橫向比較是不適宜的。本研究也是針對(duì)VO2max的相對(duì)值進(jìn)行回歸模型的研究。

VO2max的影響因素較多，當(dāng)前已有相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者基于VO2max的相關(guān)機(jī)制及影響因素構(gòu)建了預(yù)測模型，其中以多元線性回歸算法為主[14]。目前，VO2max的預(yù)測變量主要集中在心功能、血液生化指標(biāo)、體成分、運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)成績等。如楊慧君[15]基于心功能、血液、體成分指標(biāo)對(duì)大學(xué)生VO2max的進(jìn)行預(yù)測，其模型擬合優(yōu)度R2=0.803，能夠準(zhǔn)確預(yù)測VO2max；但其研究中并未明確說明對(duì)“鍛煉人群的劃分”，且該模型涉及的一些指標(biāo)需檢測成分較高，使其應(yīng)用有一定的局限性。王念輝等[16]采用肺活量、體表面積等推算大學(xué)生VO2max的回歸方程，雖然指標(biāo)簡單易得，但男性、女性R2分別為0.484、0.035，預(yù)測精度難以保證。LI等人[17]通過3min遞增負(fù)荷構(gòu)建VO2max預(yù)測模型，雖然獲得了較為滿意的R2(0.631)，但該模型的目標(biāo)人群為40～50歲，且對(duì)遞增步頻未有統(tǒng)一要求。以上研究都有目標(biāo)人群，不適用于運(yùn)動(dòng)員。有研究[18]對(duì)運(yùn)動(dòng)員的VO2max間接測定法進(jìn)行了比較，結(jié)果推薦預(yù)測回歸模型的擬合優(yōu)度最高的前兩項(xiàng)——12 min跑和 20 米折返跑作為預(yù)測運(yùn)動(dòng)員VO2max的間接測定方式。但該研究選擇的體育大學(xué)運(yùn)動(dòng)系的學(xué)生，缺乏對(duì)專項(xiàng)選擇的精準(zhǔn)性，且評(píng)估方案也缺乏對(duì)專項(xiàng)的針對(duì)性。也有研究[19]對(duì)不同專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員的VO2max的影響因素進(jìn)行探索，通過分層回歸分析發(fā)現(xiàn)血紅蛋白(Hb)對(duì) VO2max限制作用較大，其中爆發(fā)力項(xiàng)目R2=0.699，混合供能組項(xiàng)目R2=0.778，耐力型項(xiàng)目R2=0.760。但該研究中耐力型項(xiàng)目選擇為鐵人三項(xiàng)，研究對(duì)象的訓(xùn)練水平較高，為國家健將、國家一級(jí)運(yùn)動(dòng)員，均以成年(年齡≥18歲)，其結(jié)果模型可能并不適用于青少年賽艇運(yùn)動(dòng)員。

本研究以賽艇集訓(xùn)隊(duì)運(yùn)動(dòng)員為研究對(duì)象，對(duì)所收集的指標(biāo)與VO2max強(qiáng)度相關(guān)性進(jìn)行分析，由結(jié)果得出性別、年齡、體重、Wstep、W2min、全程時(shí)間均與VO2max有相關(guān)性(P<0.05)，并最終選擇了這些變量作為回歸方程的自變量。全程時(shí)間與VO2max有一定的相關(guān)性，但該指標(biāo)由于與其他指標(biāo)之間存在多重共線性，在逐步回歸分析過程中被剔除了。通過對(duì)六個(gè)方程中的復(fù)相關(guān)系數(shù)R，決定系數(shù)R2進(jìn)行比較，推薦方程六作為賽艇運(yùn)動(dòng)員作為VO2max的推算方程，即VO2max=60.893 -0.546*體重+0.057*W2min+0.049* Wstep+3.689*性別(女=1，男=2)，且該方程經(jīng)過了信度和效度的檢驗(yàn)。因此，以體重、性別、W2min、Wstep為自變量，推測VO2max具有較好的精度。此次測試所采用的方案由烏克蘭國立體育大學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供，是經(jīng)過實(shí)踐證實(shí)的適用于賽艇項(xiàng)目的專項(xiàng)能力評(píng)估方案。該方案既可用于階段性評(píng)估運(yùn)動(dòng)員的有氧運(yùn)動(dòng)能力，以助于教練員對(duì)無氧閾強(qiáng)度至VO2max強(qiáng)度進(jìn)行有效掌握，有效調(diào)整訓(xùn)練模式，不斷提高賽艇運(yùn)動(dòng)員的有氧能力，又有利于運(yùn)動(dòng)潛力的挖掘。且建立的VO2max推算方程指標(biāo)簡單易得，使用方便，對(duì)于賽艇項(xiàng)目的中級(jí)選材有一定的應(yīng)用價(jià)值。

本研究推測的方程亦存在一定的局限性，如納入研究的樣本量有待擴(kuò)充，所涉及的可能影響VO2max的因素也有待進(jìn)一步完善，如瘦體重、血紅蛋白、肺活量等，研究結(jié)果可能存在一定偏倚。如劉敏[19]認(rèn)為，在較高VO2max區(qū)間，骨骼肌利用氧的能力是VO2max的主要影響因素。加之部分集訓(xùn)隊(duì)員對(duì)測試存在認(rèn)知偏差，導(dǎo)致并未出現(xiàn)VO2max的平臺(tái)，這些都在一定程度上影響到推算方程的精度。在將來的研究中，將加強(qiáng)對(duì)賽艇集訓(xùn)隊(duì)員的測試密度，擴(kuò)大樣本量，同時(shí)密切與隊(duì)伍科醫(yī)工作人員的溝通，收集隊(duì)員生理、生化數(shù)據(jù)，盡可能完善影響因素的研究，以期進(jìn)一步提高推算方程的精度。

綜上所述，使用體重、功率、性別能夠建立山東省賽艇運(yùn)動(dòng)員的最大攝氧量推算方程，該方程可用于有氧能力的選材。