最大攝氧量主要限制因素的研究進展

裴慶

摘 ?要：最大攝氧量作為評價有氧能力的“金標準”，在體育競賽、大眾健康與臨床醫療等方面的應用都十分廣泛。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目前已有的研究進展。

關鍵詞：最大攝氧量，限制因素，心肺功能，氧利用率

中圖分類號：G80 ? ? ? 文獻標識碼 ：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人體經過長時間劇烈運動的過程中肌肉以及心肺等對于氧氣的獲取能力所達到的極限水平，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，此參數通常由VO2max來進行表示[1]。

最早是由學者Hill和Herbst在1920年發現并定義“最大攝氧量（VO2max）”的概念[2]，至今已經有80多年。這一概念隨即被許多世界著名的運動生理學家驗證[3-7]，并且被深入挖掘和拓展。

Hill等人認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水平可以通過訓練有所提高，但是只能在一定范圍內提高，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水平是耐力性項目取得成績的關鍵因素;（4）VO2max并非可以無限提升的，通常是受到心肺系統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識到以來，最大攝氧量相關理論在體育界里面被廣泛應用。特別是最近時間段，最大攝氧量被美國心臟病學會列為與呼吸、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動處方、評價運動強度和身體的有氧適應;對于運動員選材可以測量評價青少年運動員有氧能力、運動潛力和心肺功能;對于臨床患者可以評定其器官功能狀態、康復治療效果。其同年齡、身高以及體重等均作為針對人體生理特征進行描述的參數變量指標。

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生限制和障礙。可以限制VO2max的生理因素包括：肺擴散能力、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肺擴散能力

有研究顯示在零海拔維度運動的普通受試者中，實驗人員動脈血液其氧飽和度并沒有呈現下降趨勢，即便出現極限強度條件下，實驗人員在動脈氧飽和度方面（%SaO2）仍保持在95%左右。Hill等人預測，即使在極限強度的運動中動脈飽和度也不會出現顯著下降。但是由于紅細胞在毛細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測量了運動期間受試者的心輸出量，并證實了心輸出量與VO2之間的強烈線性關系[10]。今天，我們知道在久坐和訓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，因為最大心率和系統性的氧氣攝入的提升空間非常微小。在去極限強度的運動中幾乎所有可用的氧氣都是從進入運動肌肉的動脈血液中提取的。在極限強度運動下的肌肉中的動靜脈氧差可以達到10倍左右[11]。

2.3血液載氧能力

另一種改變運動中肌肉氧氣運輸的方法是提高血液中血紅蛋白（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胞體積的做法。Gledhill[12-13]完成了15-20項研究的綜合評估，這些研究檢查了血液興奮劑的影響。回輸900-1，350mL血液方式能夠提升血液自身攜氧能力。根據雙盲研究實驗發現，該方法已顯示VO2Omax增加4-9%。

2.4骨骼肌限制

（1）外周擴散：在關于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擴散限制的證據，根據他們的實驗和數學模型，氧氣擴散阻滯主要部位發生在紅細胞表面和肌纖維膜之間，在這個很短的距離內氧分壓大幅度下降。他們由此得出結論：氧氣的運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胞內氧分壓來維持氧擴散的驅動能力，從而加強氧氣的傳導。（2）線粒體酶水平：在肌肉纖維內，線粒體是消耗O2過程中的電子傳遞鏈上的最后位點。理論上，將線粒體數量增加一倍能夠提升肌肉當中對于氧氣攝取位點數目，且在數量上面提升一倍。但是結合針對人體的研究工作結果顯示，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）毛細血管密度：安德森以及亨利金遜等人在1977年所做的研究實驗結果中顯示，當訓練強度提升的過程中人體毛細血管密度也會不斷提升[16]。但是，也有其他研究結果顯示，最大攝氧量水平同股外側毛細血管數量之間有著緊密聯系。因此，針對訓練而言其主要作用并非增加毛細血管密度所引起，而關鍵是延長或者維持其平均通過時間。

中央或周邊限制總結：在全身運動中VO2max主要受心輸出量的限制。對于小肌肉群的運動，心輸出量的作用則相當不重要[17]。關于外周限制的結論不適用于在高強度下的全身運動中測量的VO2max，后面的結論與他們早期的工作沒有沖突。目前的觀點是，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：

[1]王瑞元.運動生理學[M].北京：人民體育出版社，2010.

[2] Hill AV， Long CNH， Lupton H. Muscular exercise， lactic acid， and the supply and utilisation of oxygen[J]. Ergebnisse Der Physiologie， 1925，24（1）：43-51.

[3] strand ， P.-O. Experimental Studies of Physical Working Capacity in Relation to Sex and Age. [J]. Copenhagen： Ejnar Munksgaard， 1952， pp. 23-27.

[4] Costill ， D. L.， H. Thomason ， and E. R OBERTS . Fractional utilization of the aerobic capacity during distance running. [J] Med. Sci. Sports Exerc. 5：248–252， 1973.

[5] Mitchell ， J. H.， B. J. Sproule . The physiological meaning of the maximal oxygen intake test. J. Clin. Invest. 37：538–547， 1958.