最大攝氧量研究綜述

傅 國

1 最大攝氧量的提出

早在1913年，丹麥生理學家Krogh和Lindhad就已經進行關于人體在功率車上運動時的呼吸系統和循環系統的研究[1]。隨后英國的Hill教授與他的同事通過實驗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行運動并施加設計好的負荷，運用道格拉斯氣袋收集氣體，再用Haldane氣體分析儀和Tissot容量計對收集的氣體進行氣體成分和具體容量的分析，首次提出機體在利用氧氣能力方面存在上限。在后續研究中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系統的限制，達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到了極限[2]。在我國的生理教科書當中，把最大攝氧量定義為：人體在進行有大量肌肉群參加的長時間劇烈運動中，當心肺功能和肌肉利用氧的能力達到人體的極限水平時，單位時間內(通常以分為單位)所能攝取的氧量稱為最大攝氧量[3]。

2 最大攝氧量的應用

通過最大攝氧量的數值能夠很好的評價一個人有氧能力的好壞。人體的有氧運動能力是指人體在氧氣充足的情況下，機體從外界攝取氧氣到體內，并在毛細血管中通過紅細胞的運輸把氧氣運送到機體的各個部位，與身體內的化學物質發生反應產生能量維持機體運動的能力。最大攝氧量的提出成為評價人體有氧能力的金指標，在最大攝氧量提出的起始階段主要是針對運動員的研究，人們通過對運動員最大攝氧量的測量來反映運動員心肺功能的強弱，一個運動員在生理允許范圍內，他的最大攝氧量越大說明他在單位時間內能獲取更多的氧氣，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動員好。最大攝氧量在運動員的應用領域主要是在運動員身體機能評價的應用以及運動員體能訓練的應用兩方面。

在身體機能評價方面，最大攝氧量是一個非常重要的指標，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，還能反映出機體利用氧的能力。氧氣在人體的反應過程首先是將外界的氧氣通過呼吸道運輸到肺部，在肺泡和毛細血管中進行氣體交換，與血液中的血紅蛋白相結合，運輸到全身各處需要氧氣的地方，與相應部位的線粒體進行化學反應，從而釋放能量使人體能夠從事各種各樣的活動。

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

在大眾健身領域，最大攝氧量強度常被用作制定有氧運動處方的參考強度，美國運動醫學會提出健康人群當運動強度維持在50%VO2max以上時，才會產生健身效應。國外學者對18名有過適度鍛煉的自行車騎手進行Fatmax(脂肪氧化速率的運動強度)研究發現，當運動強度處于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練計劃。現代醫學領域中，在對心血管疾病患者進行檢查時，也常常將最大攝氧量作為診斷指標，來判斷患者的病情，還可以根據最大攝氧量強度來為患者制定康復運動處方。

3 最大攝氧量的測試方法

從1913年開始，丹麥哥本哈根大學的生理學家Krogh與Lindhard對人體在運動時呼吸系統和循環系統進行了初步研究[1]，到現在各種測試最大攝氧量儀器的出現，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來使自身達到極限運動的狀態，通過氣體分析儀器測得人體在極限運動時所能吸入最大氧量的方法[8]。常用的功率計有運動跑臺、功率自行車、手搖功率計和等動測試系統。氣體分析儀器主要有美國場Physio-dyne公司生產的Max-II運動心肺功能測試系統，還有德國Cortex公司生產的Metalyzer系列心肺功能測試儀等。隨著科學技術的進步，運動過程中呼吸機能的測試方法由初始的道格拉斯氣袋法(Douglas-bag)發展到混合氣室法(Mixing Chamber)，進而發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越來越精確，對于運動員訓練計劃、方案的設計和運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行亞極量運動，根據攝氧量、心率等數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，包括臺階實驗、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]。

臺階實驗是讓受試者在規定時間內，跟著節拍器的節奏上下臺階，上下臺階過程結束后要求受試者靜坐休息規定的時間，記錄整個過程受試者的心率，再將所測得心率數據代入最大攝氧量的推算公式。

通過臺階實驗測量最大攝氧量的優點在于所用器材簡單、容易操作、價格便宜、方便基數大的人群進行測試，受試者損傷風險小。缺點在于上下臺階的負荷較難控制，一些節奏較差的受試者不能很好的根據要求完成測試，導致所測得最大攝氧量值精確度較低，對后期的數據處理影響較大。

功率車和跑臺主要是通過受試者按照預先設計好的測試方案進行測試，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行折返跑、規定距離的計時跑及規定時間的距離跑，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，臺階實驗由于其設備簡單、資金成本低、不受場地限制等特點適用于學生體質測試。功率車和跑臺的測試設備資金成本較高，受到環境的限制，不適用于大規模的人群測試，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監測中大多是采用場地測試的方式(男1000米，女800米)。

4 結語

最大攝氧量從提出到現在已經有無數學者對其進行研究，主要的研究領域有最大攝氧量的發現及發展，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域的應用，影響最大攝氧量的因素以及生理機制等方面。不論從哪種方向入手，最終的指向都是為了提高人體的機能素質，讓人體的運動能力更進一步。

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