三種間接推算VO2max方法的研究

胡 翔，陳 建

1 研究對象與方法

1.1 測試對象

武漢輕工大學，武漢體育學院普通大學生349名，其基本身體特征如下表：

表1 受試者的身體特征

1.2 研究方法

1.2.1 測試時間

測試時間共3周，第1周采用35、40cm臺階實驗方法，第2周測試采用2步臺階實驗方法，第3周采用美國的ACSM測試方法。在這測試的3周內受試者身體條件基本一致。受試者運動前身體無任何不適現象。

1.2.2 測試前準備

受試者在測試前2h禁止進食任何食物，測試前48h避免劇烈運動，測試前靜坐休息5min再開始測試。

1..2.3 實驗器材

踏凳高：男—40cm，女—35cm；18cm兩步臺階一個；瑞典產polar表4個；Monak818功率自行車2臺。

1.2.4 測試方法

1）1步臺階實驗法

運動持續時間為3min，受試者跟著節拍器上下臺階，節拍器的頻率為120次/min，運動結束后坐位姿勢休息4min，每個受試者配戴polar表，記錄整個實驗過程的心率。最大攝氧量推算公式如下：

臺階指數=100×運動時間（s）/（2×運動停止后第 2、3、4min前30s心率之和）

2）2步臺階實驗法

運動持續時間為3min，受試者跟著節奏上下臺階，節奏的頻率為134次/min，運動結束后站立1min，每個受試者配戴polar表，記錄整個實驗過程的心率。最大攝氧量推算公式如下：

VO2max（ml/kg.min）=HRmax×VO2/HR（HRmax（男）=220-年齡，HRmax（女）=210-年齡；VO2為運動強度，以 134 次/min頻率上下臺階時運動強度為28.9ml/kg.min；HR=運動結束后10s的心率×6）。

3）ACSM功率自行車方案

表2 實驗方案

表3 方案的選擇

受試者首先根據自己的實際情況選擇好運動方案 （表中活動積極是指在近3個月來每周活動3次，每次至少20min）。運動前受試者根據自己的身高調整好功率自行車的座位高度。用polar表記錄每個運動階段最后15s的心率（在本實驗中記錄整個過程當中的心率），然后乘以4得出每階段的心率。在計算最大攝氧量之前首先要推算出機體所能輸出的最大功率，其方法是由最后兩個階段的心率，功率以及年齡預測的最大心率通過畫圖法或者預測公式推算出最大功率，最后由以下公式求的最大攝氧量，V02max（ml/kg.min）=（預測的最大功率/體重）×10.8+7。

2 研究結果

表4 三種測試方法所推算的最大攝氧量多重比較檢驗

表5 三種方法推算最大攝氧量的相關性

3 分析與討論

圖1、圖2顯示了在運動剛開始時受試者的起始平均心率都在80次/min左右，比國內文獻報道安靜狀態下心率要高，這符合運動生理學規律。運動生理學認為在比賽或運動之前，幾乎所有的器官、系統都發生一定程度的機能變化，如中樞神經系統和肌肉的興奮性提高，物質代謝和體溫升高，心率和呼吸頻率加快，動脈血壓和肺通氣量增加等等，因此運動前脈搏適應性的增加是正常的生理反應。圖1反映男生三種測試方法心率變化，無論從平均心率，還是從最高心率都可看出1步臺階負荷最高，2步臺階次之，ACSM功率自行車方案最低。圖2顯示女生心率變化，其反映的三種方法的運動負荷情況基本和男生相同。

3.1 男生測試結果的分析與討論

李紹榮、馬英華、喬居庫分別報道直接法測定普通大學生最大攝氧量平均值為 47.0ml/kg.min、47.74ml/kg.min、47.5ml/kg.min。在本實驗中，1步臺階實驗法推算出男生最大攝氧量（37.96±1.77ml/kg.min）比國內所報道低，這可能是此測試方法實驗負荷過高的原因造成的，洪芝文等人報道動態機能臺階實驗適宜負荷量為運動后即刻的心率在140-160次/min之間，而表4顯示男生1步臺階實驗法運動后即刻的平均心率達167.47次/min，超出了臺階實驗所要求的適宜負荷范圍。因此所推算最大攝氧量比所國內報道的直接法測試平均值小。

在2步臺階實驗法中男生運動停止后即刻最高心率是143.1次/min，正好在臺階實驗所適宜負荷范圍內，但所推算的最大攝氧量也比所報道的低，這有可能是推算公式原因造成的。在此公式當中認為所有人以134次/min頻率上下臺階時其負荷量為28.9ml/kg.min，然而在實際的受試者中每個人的體重并不都一樣，當以一樣的頻率上下臺階時，所做的功不同，所消耗的能量也就不同，因此這有可能是其測試結果與國內所報道平均水平有差異的原因。

在本實驗中ACSM功率自行車方案推算出最大攝氧量高于國內所報道的平均值，這可能是由于負荷量過低的原因造成的。在ACSM方案中停止運動的標志是要求受試者的心率達到年齡預測最大心率的85%，而在本實驗中男生終止時最高心率才達到123.33次/min差不多為年齡預測最大心率的60%，沒有達到ACSM方案的要求。因此推算出的最大攝氧量高于國內所報道的平均值，這種研究結果與國外的研究結果也是相符合的。Greiwe等研究報道由ACSM方案推算出最大攝氧量高于直接法的測定值，他們也認為是ACSM方案負荷量偏低的原因造成的，實驗終止時受試者心率只有年齡預測最大心率的65%-70%，此外他們還認為ACSM方案高估最大攝氧量還與其推算公式有關，在推算機體最大輸出功率時沒有考慮到無氧供能的部分，也就是把機體無氧供能部分也算進有氧供能，因此這也可能是推算出的最大攝氧量偏高的原因。

表4顯示了三種測試方法推算出的男生最大攝氧量情況，ACSM功率自行車方案推算出最大攝氧量最大，而1步臺階實驗法推算出最大攝氧量最小。對三種方法所測出的男生最大攝氧量結果進行方差檢驗發現三種測試方法的結果存在顯著性差異。進一步作多重比較檢驗，兩種臺階實驗方法推算出最大攝氧量并無顯著性差異，而這兩種方法與ACSM方案推算最大攝氧量差異具有顯著性。表5顯示了三種測試方法的相關性，其中兩種臺階實驗的測試方法具有高度的相關性，且其相關性具有高度的顯著性，而ACSM方案與兩種臺階實驗只有低度相關。以上的統計結果表明兩種臺階實驗測試方法在測試最大攝氧量方面有相同的效果，而由ACSM方案測試的最大攝氧量與兩臺階測試結果是有差別的，但由于兩種臺階實驗測試方法測試結果比所報道的直接法測試平均水平低，因此這兩種測試方法有待進一步研究，在1步臺階實驗法測試強度方面及2步臺階實驗法推算公式方面需作改進，才能更加準確地反映我國大學生的有氧耐力水平。

目前在我國大學生體質測試中大多采用1步臺階實驗法，與2步臺階實驗法相比較，后者測試中所用的時間更短，如果兩種測試方法經改進后，后者將更適用于大樣本體質測試調查與研究。在美國ACSM方案中，如果增加一定的負荷量使最后終止階段的心率達到預測最大心率的85%，并且能推算出機體最大功率中無氧功的比率，然后減去這部分的無氧功，這樣推算出的最大攝氧量可能更接近于真實的最大攝氧量，但由于此方案所用時間長以及實驗儀器的限制，也不宜作為大樣本測試，只適宜用于評估個體健康狀況以及制定個人的運動處方。

3.2 女生測試結果的分析與討論

表4顯示了三種測試方法所推算的女生最大攝氧量值，與男生一樣由ACSM方案推算出最大攝氧量最大，而35cm臺階推算出最大攝氧量最小。表4顯示三種測試方法推算結果，經方差檢驗差異具有顯著性，經多重比較法檢驗每兩種方法推算結果之間差異都具有顯著性。由于國內直接法測定女生最大攝氧量所報道平均值相差比較大 （蔡秋報道40.50ml/kg.min，李紹榮報道33.52ml/kg.ml）因此不好與全國水平作比較。

表4顯示女生三種負荷方法的最高心率，其中2步臺階實驗法與ACSM方案的最高心率分別為 159.5次/min，與140.0次/min。2步臺階實驗法的最高心率是在臺階實驗所要求的負荷范圍之內，其負荷是適宜的；而ACSM方案的最高心率是低于實驗所要求的年齡預測最大心率的85%，因此負荷過低，這與國外的一些研究報道也是一致的。Greiwe、Kaminsky等研究發現當受試者以年齡預測心率65%-75%終止運動時，推算出的最大攝氧量無論男女都高于實際值的25%。此外Richard等研究發現女性采用此方案來預測其最大攝氧量時與直接法測試的結果相關性也不高，相關性的變化范圍是-0.22-0.38。2步臺階實驗法雖然負荷是適宜的，但其推算公式同樣存在與男生推算公式一樣的問題，公式中以定量的耗能來規定每個人相同運動條件下的耗能量是不適合的。由于這兩種測試方法都有不足之處，因此雖然表5統計結果顯示這兩種測試方法推算結果有中度的相關性，且相關性具有高度的顯著性，但這種結果有可能是偶然性的。

女生1步臺階實驗法最高心率達到167.5次/min高于臺階實驗所要求的最大負荷，因此1步臺階實驗法負荷對于女生來說也過高，而且與另外兩種負荷方式相比，此方法的負荷量也是最高的。這也可能是1步臺階實驗法推算出的最大攝氧量明顯比2步臺階實驗法和ACSM方案推算出的最大攝氧量小的原因。此外其推算結果與2步臺階實驗法和ACSM方案推算結果的差異也具有顯著性，相關性也不高。所以此方法也有待于進一步研究，需要在運動量方面加以改進，才能更加準確地反應女生的最大攝氧量。

4 小結

1）在男生測試中，1步臺階實驗法與2步臺階實驗法在推算男大學生最大攝氧量時低于國內報道的平均值，但這兩種方法測試結果差異無顯著性，而且有高度的相關性，其相關性具有顯著性。而兩種臺階實驗與ACSM功率自行車方案測試結果差異有顯著性，且相關性不高。2）在女生測試中，1步臺階實驗法、2步臺階實驗法和ACSM功率自行車方案三種運動方式推算女生最大攝氧量結果差異都具有顯著性，但2步臺階實驗法與ACSM方案測試結果有中等的相關性，且其相關性具有顯著性。而兩種臺階實驗測試結果呈低度相關，顯著性也不高。3）1步臺階實驗法無論對男生還是女生運動量都過高，而ACSM功率自行車方案無論對男生還是女生來說運動量過底，2步臺階實驗運動量對于男女生都適宜。

［1］Vivian.H.Heyward Advanced Fitness Assessment and Exercise Prescription［M］.Human Kinetics，2002.

［2］中國國民體質監測系統課題組國家體育總局科教司.中國國民體質監測系統的研究［M］.北京：北京體育大學出版社，2000.

［3］李紹榮.部分大學生體質評定的初步探討［J］.體育科學，1982（2）.

［4］邱少霖，敖運忠，向宗明.Pwc170臺階實驗、15min跑和12min跑與間接推算 VO2max的研究［J］.北京體育大學學報，2001，24（1）.

［5］洪之文，朱福武，陸 軍.青少兒心臟機能臺階試驗方法及評定標準的研究［J］.武漢體育學院學報.1984（4）:79-85.

［6］LANG,P.B.,R.W.LATIN,K.E.BERG,and M.B.MELLION.The accuracy of the ACSM cycle ergometry ergometry equation.Med.sci［J］.Sports Exerc,1992，24（2）.

［7］LATIN,R.W.and K.E.BERG.The accuracy of the ACSM and a new cycle ergometry for young women［J］.Med.Sci.Sports Exerc,1994，26（5）.

［8］GREIWEM,J.S.,L.A.KAMINSKY,M.H.WHALEY..Evaluation of the ACSM submaximal ergometer test for estimating VO2max［J］.Med.Sci.Sports Exerc,1995,27(9).