有氧能力的影響因素及其檢測(cè)

李賢珍

有氧能力也稱有氧耐力，是指長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行有氧供能的工作能力，其于二零一六年被美國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)評(píng)為“臨床生命特征”，隨后受到人們廣泛關(guān)注。有氧代謝能力是指機(jī)體在供氧充足的情況下，經(jīng)過(guò)能源物質(zhì)氧化分解供應(yīng)能量完成工作的能力。充足的供養(yǎng)為確保落實(shí)有氧工作的基礎(chǔ)，同樣為制約有氧工作的主要原因。所以，單位時(shí)間內(nèi)機(jī)體的最大攝氧水平以及氧利用率是評(píng)價(jià)人體有氧工作能力主要指標(biāo)[1]。近段時(shí)間，在有氧能力、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的密切關(guān)聯(lián)的全新指標(biāo)逐漸進(jìn)入人們的眼球并得以應(yīng)用，雖然在20世紀(jì)具備專家學(xué)者提出相關(guān)的指標(biāo)，出于尚未有效呈現(xiàn)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練實(shí)踐價(jià)值。該文章重點(diǎn)對(duì)有氧能力的影響因素和檢測(cè)指標(biāo)展開(kāi)研究分析。

1 有氧能力的影響因素

1.1 肺通氣、肺換氣的能力

肺呼吸是外界環(huán)境與血液氣體交換和新陳代謝所需能量運(yùn)轉(zhuǎn)的保證，一般來(lái)說(shuō)，肺呼吸運(yùn)動(dòng)包括肺通氣和肺換氣。因呼吸肌持續(xù)有節(jié)律的工作又為整個(gè)肺呼吸過(guò)程提供著動(dòng)力，所以肺呼吸能力(除組織換氣)受肺通氣與呼吸器官的影響較大。研究表明[2]，在適高海拔地區(qū)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，肺氣體擴(kuò)散會(huì)受到抑制，動(dòng)脈氧分壓一旦下降會(huì)致使氧供應(yīng)提高，運(yùn)動(dòng)能力增加，增加的氧供應(yīng)加速氧氣的擴(kuò)散，為入血提供動(dòng)力。從呼吸系統(tǒng)看，肺通氣量越大，吸入體內(nèi)的氧氣量就越多，有氧運(yùn)動(dòng)具備約好的能力。

1.2 心臟的射血能力

心臟射血能力可實(shí)現(xiàn)血液循環(huán)的促進(jìn)，可在很短的時(shí)間中，倘若提高了心臟出血量，運(yùn)送氧氣就會(huì)顯著提高。運(yùn)動(dòng)水平可影響心臟的形態(tài)，且其變化也和運(yùn)動(dòng)員的最大有氧運(yùn)動(dòng)能力緊密聯(lián)系。在體育運(yùn)動(dòng)中，人體心臟射血量的影響因素：心室體積與心肌收縮能力的變化，若心臟收縮面積擴(kuò)大，人體心臟的射血能力就會(huì)顯著增強(qiáng)。

1.3 血液的載氧能力

人體中的糖、蛋白質(zhì)和脂肪的氧化分解反應(yīng)因氧氣的參與得以順利進(jìn)行，人體自身不能生成氧氣，也不能對(duì)氧氣進(jìn)行儲(chǔ)藏，所以獲取氧氣只可借助外界空氣。機(jī)體將氧氣從空氣中輸送進(jìn)肌肉組織內(nèi)部，該過(guò)程就是血液運(yùn)輸氧氣系統(tǒng)[3]。人體肺部中的氧氣通過(guò)血紅蛋白組織傳送到人體組織細(xì)胞，若人體生理機(jī)能血紅蛋白含量增加，人體中的氧氣含量就會(huì)顯著增多。假如人體血紅蛋白降低百分之十的話，對(duì)有氧能力的影響比較明顯。

1.4 骨骼肌利用氧的能力

骨骼肌中有氧代謝能力發(fā)展為影響有氧能力的重要因素，有氧代謝中酶含量提高之后，應(yīng)用氧氣技能持續(xù)提高，其表示機(jī)體有氧代謝能力持續(xù)提升。但骨骼肌組織的有氧代謝能力、纖維種類緊密關(guān)聯(lián)，例如肌肉中紅肌纖維具備很大的占比，有氧代謝的能力就越強(qiáng)。研究表明[4]，耐力訓(xùn)練能夠讓線粒體酶活性升高，增加骨骼肌中有氧代謝酶的活性含量。酶活性的適應(yīng)性提高對(duì)運(yùn)動(dòng)員有氧代謝能力和運(yùn)動(dòng)成績(jī)的提高或許擁有決定性作用。當(dāng)下，基本表示骨骼肌應(yīng)用氧能力、心臟射血能力為影響有氧耐力重要因素。

1.5 肌糖原含量

肌糖原為人肌肉有氧代謝影響因素，具有轉(zhuǎn)化效率高的特征。運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)消耗了特別多的血糖，肌糖原擁有分解技能，不可以直接將其劃分為葡萄糖，歷經(jīng)分解可獲得乳酸，通過(guò)血液進(jìn)入人體肝臟中，在肝臟中轉(zhuǎn)換為合成葡萄糖或肝糖原。在很長(zhǎng)時(shí)間的高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)前肌糖原儲(chǔ)量決定了感覺(jué)力竭的時(shí)間，基于此肌糖原針對(duì)耐力運(yùn)動(dòng)、極量運(yùn)動(dòng)全部為必備能源。實(shí)現(xiàn)身體肌糖原儲(chǔ)量的提升，降低運(yùn)動(dòng)過(guò)程中利用糖原的速率，提高運(yùn)動(dòng)之后糖原的恢復(fù)能力，且落實(shí)超量恢復(fù)，對(duì)提升耐力運(yùn)動(dòng)能力具備特別重要的意義。降低機(jī)體氧氣消耗量后，代謝過(guò)程中形成的產(chǎn)物會(huì)排出到身體之外，不會(huì)在體內(nèi)堆積，對(duì)身體形成不利的影響。基于此，在肌肉下具備更高的糖原，就具備更多的有氧供能潛力。

2 有氧能力檢測(cè)指標(biāo)

2.1 最大攝氧量

最大攝氧量(VO2max)主要指人體在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，人體肌肉與心肺功能中氧氣能力達(dá)到最高的水平，人體技能在短時(shí)間內(nèi)獲取的氧氣含量，同時(shí)被稱為最大吸氧量或耗氧量。它能夠反映人體機(jī)能氧氣運(yùn)輸、吸收、利用的技能，發(fā)展為有氧工作能力評(píng)判的主要指標(biāo)[5]。VO2max是評(píng)判心肺功能和有氧能力的金指標(biāo)，其于19世紀(jì)20年代被Hill和Lupton發(fā)現(xiàn)并定義[6]，而后在世界各國(guó)的運(yùn)動(dòng)生理實(shí)驗(yàn)室得到普遍使用，且做出了許多研究。研究表明，攝氧量越高，反映出運(yùn)動(dòng)員有氧功能水平較高，運(yùn)動(dòng)員的耐力水平就越高，主要以耐力性強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目為主，如游泳、馬拉松、足球、滑雪等均以提高運(yùn)動(dòng)員的VO2max為關(guān)鍵目標(biāo)。VO2max是反映有氧能力的關(guān)鍵指標(biāo)，并不適用于運(yùn)動(dòng)員有氧能力的動(dòng)態(tài)檢測(cè)[7]。當(dāng)前，測(cè)量VO2max的方式有多種，主要可以分為直接測(cè)試法和間接測(cè)試法。

2.1.1 直接測(cè)試法

直接測(cè)試法是指運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地或在實(shí)驗(yàn)室使用運(yùn)動(dòng)跑臺(tái)、功率自行車等進(jìn)行逐級(jí)遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)，并利用氣體分析儀直接測(cè)定攝氧量。最大攝氧量的判斷標(biāo)準(zhǔn)：(1)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)后，攝氧量差小于1.5ml/kg/min；(2)呼吸商成人大于1.1,少兒大于1,心率>95%最大心率(220-年齡)，血乳酸大于7～8mmol/L；(3)體力消耗完畢后，無(wú)法保持原本的運(yùn)動(dòng)速度；(4)攝氧量伴隨提高運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度產(chǎn)生平臺(tái)或降低。其中，滿足以上3項(xiàng)即可判定達(dá)到VO2max。

2.1.2 間接測(cè)試法

間接測(cè)試法是指受試者進(jìn)行亞極限強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)，依據(jù)心率等數(shù)據(jù)運(yùn)算出最大攝氧量的方法，該方法簡(jiǎn)便、易于接受、可適用于不同人群，但精確度不高，誤差較大。在應(yīng)用一樣模式獲得結(jié)果后，對(duì)比相同受試成員身體機(jī)能改變上則體現(xiàn)較好的作用。

2.2 無(wú)氧閾

無(wú)氧閾(AT)[8]為在遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)，其為有氧代謝功能更改為無(wú)氧代謝供能的轉(zhuǎn)折。該指標(biāo)反映了人體在漸增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中血乳酸開(kāi)始積累時(shí)的最大攝氧量百分利用率，關(guān)鍵是反映骨骼肌對(duì)氧的使用能力。經(jīng)剖析看出[9-10]，伴隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的變化，最大攝氧量雖停止增加，但最大攝氧量還會(huì)不斷提高，訓(xùn)練實(shí)踐也證實(shí)了AT強(qiáng)度監(jiān)控訓(xùn)練是發(fā)展有氧運(yùn)動(dòng)能力最有效方法。

2.2.1 通氣閾

人體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，會(huì)提高負(fù)荷，應(yīng)用通氣改變拐點(diǎn)測(cè)量乳酸閾，將其當(dāng)做通氣閾。 通氣閾為判斷乳酸閾的非損傷性模式，在判斷過(guò)程中，其模式應(yīng)用通氣量大量提高的開(kāi)始點(diǎn)進(jìn)行確定。確定肺通氣閾的方式主要有氣體交換率(RQ)、V-slop法、EQ法。其中，RQ法為無(wú)創(chuàng)確定無(wú)氧閾最簡(jiǎn)單的模式。RQ為CO2排出量和O2攝入量的比重，按照糖供能化學(xué)定比關(guān)系而言，脂肪功能過(guò)程中，1000ml氧氣可形成7000ml二氧化碳，該時(shí)期的氣體交換比率是0.7；氨基酸供能下RQ=0.8，糖有氧代謝供能RQ=1。出于提升了運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，提升人體下的H+濃度，乳酸中緩沖物與生成乳酸鈉能夠分解出大量的二氧化碳，該時(shí)期RQ會(huì)超出1。實(shí)際無(wú)氧閾下RQ=1,實(shí)際數(shù)值取決于運(yùn)動(dòng)過(guò)程中代謝容量、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。

V-slop法：Beaver等分析表示，倘若VCO2比VO2大，人體會(huì)形成代謝性酸中毒。Beaver明確表示，運(yùn)動(dòng)開(kāi)始后的某時(shí)間中，遞增功率會(huì)導(dǎo)致組織二氧化碳的溶解不具備線性關(guān)系。與此同時(shí)，較大強(qiáng)度負(fù)荷檢測(cè)下，人體代謝性酸中毒呼吸代償和二氧化碳降低會(huì)導(dǎo)致通氣時(shí)難以排盡廢棄物質(zhì)，V-slop法與標(biāo)準(zhǔn)碳酸氫根逐漸降低，動(dòng)脈血乳酸數(shù)值大于1mmol/L時(shí)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值[11]。

2.2.2 心率無(wú)氧閾

Conconi等[12]研究表明，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度增加后運(yùn)動(dòng)員的心率、跑速表現(xiàn)出線性提高，實(shí)現(xiàn)某速度后，會(huì)降低人心率，產(chǎn)生平臺(tái)態(tài)勢(shì)。Conconi將跑速、心率產(chǎn)生的非線性點(diǎn)當(dāng)其當(dāng)做心率閾值，該方式為“Conconi test”。

2.2.3 積分肌電

Chaffin、光益宮下表明，在開(kāi)展遞增負(fù)荷訓(xùn)練時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度不斷提高，人體肌肉中積肌電值表現(xiàn)出遞增的線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)最大負(fù)荷情況下，提高IEMG值會(huì)造成偏離非線性的情況，該偏離現(xiàn)狀被當(dāng)做積分肌電閾。積分肌電閾作為確認(rèn)無(wú)氧閾的主要方法，檢測(cè)方法較為簡(jiǎn)便、可接受程度較高。學(xué)者吳紀(jì)堯應(yīng)用積分肌電閾檢測(cè)方法對(duì)江西賽艇二十五名運(yùn)動(dòng)員的無(wú)氧閾測(cè)試評(píng)定,結(jié)果表明積分肌電閾與乳酸無(wú)氧閾、3000米跑成績(jī)、6分鐘最大功有密切聯(lián)系。

2.3 血氧飽和度

血氧飽和度(SpO2)主要指人體血紅蛋白中能夠和氧氣結(jié)合的含量與所有血紅蛋白結(jié)合的比率，也就是血液中血液和氧氣的濃度。一般人的動(dòng)脈血液中氧氣的飽和度為百分之九十八，靜脈血液濃度為百分之七十五。在正常大氣壓下運(yùn)動(dòng)時(shí)，正常功能的肺可以很好地完成動(dòng)脈血和氧結(jié)合，即使在大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)脈的血氧飽和度仍可維持在較高的水平。機(jī)體在正常大氣壓下運(yùn)動(dòng)時(shí)，肺部能將氧氣與動(dòng)脈血管融合起來(lái)，雖然運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度有所提高，動(dòng)脈的血氧飽和度仍可維持在較高的程度。當(dāng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度大時(shí)，血氧飽和度未出現(xiàn)明顯降低，但可判斷肺部毛細(xì)血管中血液流動(dòng)速度會(huì)不斷提高，紅細(xì)胞經(jīng)過(guò)時(shí)間很短，血氧結(jié)合時(shí)間會(huì)縮短，所以肺泡中的動(dòng)脈血也許不易達(dá)到絕對(duì)平衡。在大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)，和正常個(gè)體相比較，因優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員有更高的最大心輸出量，讓其肺毛細(xì)血管紅細(xì)胞運(yùn)輸時(shí)間縮短，從而導(dǎo)致氧氣和血液融合的時(shí)間較短，血氧飽和度更易降低。

2.4 肌氧飽和度

肌氧飽和度(SmO2)主要是指部分肌肉組織中氧氣與血紅蛋白的濃度所占的比率，它能反映肌肉內(nèi)的氧濃度，其變化在一定程度上可反映人體局部肌肉的氧供應(yīng)和氧利用的平衡。在一定范疇內(nèi)，SmO2和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)分布，即是運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度顯著提高，那么SmO2降低，個(gè)體不同的SmO2可隨運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度而存在顯著差異變化。通過(guò)近紅外光譜技術(shù)能高效、便捷、連續(xù)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)肌肉的肌氧的含量，氧氣在人體中運(yùn)輸需要經(jīng)過(guò)和血液下血紅蛋白融合的氧合血紅蛋白，近紅外光譜應(yīng)用無(wú)損測(cè)氧技術(shù)過(guò)程中出于具備不同含量的血紅蛋白氧氣,近紅外光 (600～1000nm) 下吸收譜落實(shí)氧代謝。身體骨骼肌中，除卻血紅蛋白吸收光之外，肌紅蛋白同樣會(huì)參與吸收光,其兩者實(shí)現(xiàn)了光譜的有效重疊，并且針對(duì)所有的吸收貢獻(xiàn)均為25%、75%，與此同時(shí)皮下組織、黑色素、脂肪在吸收光中均為恒定的數(shù)量。基于此，在骨骼肌下，血紅蛋白、氧結(jié)合為改變組織下氧飽和程度的第一因素。肌氧含量可評(píng)定機(jī)體有氧能力、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、機(jī)體運(yùn)動(dòng)后的恢復(fù)能力、判斷運(yùn)動(dòng)性疲勞和監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練效果，其可作為一項(xiàng)連續(xù)、靈敏評(píng)定機(jī)體有氧能力的新指標(biāo)。

2.5 臨界功率

于20世紀(jì)60年代，臨界功率由Scherrer和Monodz最初提出，首先，運(yùn)動(dòng)符合固定時(shí)達(dá)到最大運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，肌肉所做的功與最大持續(xù)時(shí)間之間的線性關(guān)系，也就是肌肉在很長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)并不疲憊的情況下，其時(shí)間、功會(huì)實(shí)現(xiàn)最大比率，并且其全部表示CP可對(duì)人有氧能力進(jìn)行評(píng)定。CP理論的提出為人體機(jī)能評(píng)定方法的研究開(kāi)辟了新的規(guī)模。Fahimed[13]通過(guò)高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練對(duì)最大耗氧量的影響進(jìn)行了探究,并得出最大耗氧量在經(jīng)過(guò)10周的訓(xùn)練后得到了明顯提高。臨界功率當(dāng)下已經(jīng)發(fā)展為有氧能力重要指標(biāo)，并且針對(duì)訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)員具備顯著的含義。

2.6 血紅蛋白

血紅蛋白(Hb)生物學(xué)功能第一為運(yùn)載O2、CO2，緩沖酸性物質(zhì)。人活動(dòng)按照其耗氧屬性和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)劃分為無(wú)氧、有氧運(yùn)動(dòng)，其中有氧運(yùn)動(dòng)需要大量氧氣落實(shí)分解氧氣和合成代謝。針對(duì)耐力性項(xiàng)目而言，血紅蛋白為評(píng)定有氧運(yùn)動(dòng)能力、有氧能力儲(chǔ)備的主要指標(biāo)。對(duì)正常群體而言，其血紅蛋白范疇：男性120-160g/L，女性110-150g/L。針對(duì)耐力項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)成員而言，具備更高的血紅蛋白含量要求，不是越高的含量越好，由于過(guò)多的紅細(xì)胞會(huì)提高血液粘稠度，降低流動(dòng)性，制約了血液中運(yùn)輸物質(zhì)和血液的循環(huán)功能，降低了運(yùn)動(dòng)能力。當(dāng)下表示，血紅蛋白在160g/L左右情況下人可更好的發(fā)揮自身的最大有氧代謝能力。

2.7 最大通氣量

最大通氣量能決定氧量攝取的最大限度，在機(jī)體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中，為保證氧量充足，需對(duì)最大通氣量進(jìn)行保障。有研究表明了最大通氣量的決定要素：(1)呼吸機(jī)的收縮力量、胸部結(jié)構(gòu)的完整性、呼吸肌和吸氣肌是呼吸肌的組成部分。(2)呼吸道黏膜的通透性。肺內(nèi)壓關(guān)鍵是指使用大氣和肺內(nèi)壓之間的差，人體中氣體的肺泡能夠順利進(jìn)入人體組織中。在人體的呼吸結(jié)構(gòu)當(dāng)中，生理無(wú)效腔存在于人體當(dāng)中，在對(duì)該無(wú)效腔進(jìn)行解剖的時(shí)，首要過(guò)程是在吸氣的過(guò)程當(dāng)中，在上呼吸道到細(xì)支氣管當(dāng)中會(huì)存留一部分氣體。而肺泡無(wú)效腔是指：在肺部，血液的分配并不是十分均勻，與血液之間的交換存在必然的問(wèn)題。所以，存留氣體越多，交換的氣體就越少。(3)肺泡組織的彈性。肺泡的彈性首要由肺的彈性纖維和肺泡內(nèi)面液減去氣界面表面的張力組成。肺的彈性能維持肺的擴(kuò)張狀態(tài)，有益于正常呼吸運(yùn)動(dòng)的維持，使肺通氣量進(jìn)一步增加。

2.8 最大心率

個(gè)體最大心率成為判斷有氧代謝供能的主要指標(biāo)。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練量不會(huì)對(duì)心率產(chǎn)生較大的作用，但通過(guò)長(zhǎng)期訓(xùn)練能讓運(yùn)動(dòng)員安靜狀態(tài)下的心率下降[14]。隨著運(yùn)動(dòng)員心率儲(chǔ)備的提高，運(yùn)動(dòng)員的心率潛力也會(huì)得到相應(yīng)的提升。如果在最大心率不變的情況下長(zhǎng)期展開(kāi)專項(xiàng)訓(xùn)練，心臟的供氧能力會(huì)得到不斷地提高，心輸出量水平也會(huì)相應(yīng)升高。另外，運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，心率增加且隨著其心臟的適應(yīng)性改變，心肌也會(huì)不斷增厚。因此，為了提高運(yùn)動(dòng)員機(jī)體的有氧代謝能力，需要提高運(yùn)動(dòng)員的心輸出量。

3 小結(jié)

有氧能力的影響因素主要有：(1)肺通氣、肺換氣的能力；(2)心臟的射血能力；(3)血液的載氧能力；(4)骨骼肌利用氧的能力；(5)肌糖原含量。另外，年齡和性別也會(huì)對(duì)有氧能力具備影響。

有氧耐力性項(xiàng)目評(píng)價(jià)指標(biāo)為世界諸多專家學(xué)者的研究熱點(diǎn)。若能更好地使用這些檢測(cè)指標(biāo)，能夠在肯定有氧能力時(shí)更加精準(zhǔn)和全面，并且對(duì)運(yùn)動(dòng)員有氧耐力和運(yùn)動(dòng)成績(jī)的提高有著十分重要的意義。