不同強度跑臺運動心率與最大攝氧量相關研究①

藺海旗

(華南理工大學體育學院 廣東廣州 510641)

在運動負荷評定過程中,最大攝氧量(VO2max)是評價人體有氧工作能力和運動強度的重要指標。盡管這一指標具有科學性,但是其測試對儀器設備和和操作人員專業技術都具有很高的要求,不利于普及開展。尋找方便、簡易的間接測定VO2max的方法是運動科學研究者關注的熱點。本文以男子不同強度跑臺運動為例,分析最大心率百分比與最大攝氧量百分比間的相關性,旨在為用最大心率百分比間接代替最大攝氧量百分比用于評定運動強度提供實驗依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

廣州體育學院男生2名,身體健康狀況良好。實驗前受試者填寫知情同意書,均自愿參加該研究,基本情況見表1。

1.2 最大攝氧量測定

采用MAX-II運動心肺功能測試系統和遞增負荷跑臺力竭運動方案直接測試VO2max。室溫20～25℃,濕度40%～50%。準備活動5min,起跑速度為9.0km/h,2min之后,每1～2min遞增0.8km/h和相應坡度,測試過程不斷鼓勵受試者,直至力竭。VO2max判定標準:(1)心率≥180bpm;(2)RER＞1.1;(3)隨著負荷的增加,攝氧量停止增加并達到一個平臺,最后兩值的差異小于±150ml/min;(4)受試者已盡最大能力,經激勵無法保持預定負荷。以上滿足3個或3個以上即可判斷達到其VO2max。

1.3 不同強度跑臺運動

根據受試者VO2max強度,確定兩位各自50%VO2max、70%VO2max、90%VO2max、100%VO2max對應的運動強度,找到各強度所對應的速度,制定出每位受試者相對應強度的跑臺速度。每個強度的運動方法為:準備活動5min,然后依制定的相應強度跑臺速度運動,期間速度不變,直至心率或攝氧量停止增加并達到一個相對穩定的平臺,停止運動。為了保證VO2max測試結果不受其他運動疲勞的影響,在正式測試前一天,受試者避免大強度運動,保持正常的飲食和一般日常活動。兩個強度間至少隔天進行測試。測試前,詳細講述該實驗的目的、注意事項及可能容易出現的問題。

1.4 數據處理

利用SPSS 15.0進行統計,數據以平均值±標準差表示。采用單因素方差分析和一元線性回歸方程進行數據分析,顯著性水平為P<0.05,非常顯著性水平為P<0.01。

2 結果

不同強度跑臺運動后,受試者最大攝氧量及心率等相關指標測量統計結果見表2。由表2可見,受試者達最大心率(195.8±1.7)次/min,較安靜心率(59次/min)具有非常顯著性差異(P<0.01);最大攝氧量較安靜時(VO2rest)具有非常顯著性差異(P<0.01)。呼吸商(RER)達1.15,最大攝氧量速度(vVO2max)為16.8Km/h左右。

由表3可見,不同強度跑臺運動50%VO2max、70%VO2max、90%VO2max、100%VO2max與其對應HRmax%呈高度相關性,且二者相關性隨著運動負荷強度的遞增而增加(P<0.01)。

如圖1所示,受試者最大心率百分比與最大攝氧量百分比的散點圖。通過一元回歸分析,最大心率百分比與最大攝氧量百分比的回歸方程Y=0.461X+0.567,P=0.000＜0.01,系數具有非常顯著性差異,方程可靠。

3 分析與討論

在運動負荷監控中,VO2max是評價人體有氧工作能力的重要指標。最大攝氧量是指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本人極限水平時,單位時間內所能攝取的氧氣量[1]。它反映了機體吸入氧、運輸氧和利用氧的能力。

采用直接測定法測試VO2max其結果精確可靠,能綜合地評定心肺功能和有氧工作能力。盡管VO2max在運動負荷評定中具有很高的利用價值,但它也具有一定的局限性,例如直接測試其需要精密的儀器設備,儀器設備費用昂貴,測試方法比較繁瑣,特別是帶著設備機體負荷大,運動員比較難以認同與接受等,甚至有時還伴有一定的危險性,因此采用直接測試VO2max的方法難以推廣和應用。因而,尋找簡便,受試者容易接受,精效度較高的間接推測VO2max的方法已成為眾多運動科學研究者努力探索的目標,大致思路是探索與VO2max高度相關的一些生理指標來間接確定VO2max強度。研究發現,心率這一簡單、實用、無創的生理指標在運動訓練和比賽中不僅能夠反映機體運動強度和負荷量,而且也能反映機體代謝情況,其已在運動中被廣泛應用。有人提出用預測最大心率與安靜心率的比值去推測VO2max,但其測得的最大心率和安靜心率是在運動實驗的過程中的測定,其準確性還有待確定[2]。

研究報道,87人年輕自行車選手的最大攝氧量與心率之間呈高度相關,但存在一定的標準估計誤差(6%～11%)。而另有報道顯示,跑臺運動過程中VO2max與心率具有相關性,標準誤差為10%。Swain等[3]報道,跑臺運動過程中對男子(26人)和女子(24人)進行最大攝氧量和心率的相關性測試,發現最大攝氧量百分比與最大心率百分比的相關系數很高(R=0.990),表明使用心率間接推測最大攝氧量強度是可行的。本研究結果顯示,不同強度跑臺運動50%VO2max、70%VO2max、90%VO2max、100%VO2max與其所對應HRmax%呈現高度相關性,且二者相關系數隨著運動負荷強度的遞增而增加(R分別為0.788,0.867,0.907,0.936,P<0.01)。運動負荷強度越大,相關性越高。通過一元回歸分析,最大心率百分比與最大攝氧量百分比的回歸方程Y=0.461X+0.567,P=0.000＜0.01,系數具有非常顯著性差異,方程可靠,本研究結果與Swain等人一致。本研究盡管樣本量很小,但最大攝氧量百分比與最大心率百分比兩者之間具有較高的相關性(R=0.936),在進一步研究中,應擴大樣本量,減少年齡、性別等其他因素影響。

4 結語

不同強度跑臺運動最大心率百分比與最大攝氧量百分比呈高度線性相關(R=0.936,P＜0.01),且二者的相關性隨著運動負荷強度的遞增而增加,運動負荷強度越大,相關性越高。同時,因為心率對運動負荷的應激反應較為敏感,能夠確切地反映機體運動負荷的變化。用心率監控運動負荷強度不僅能夠在實驗室內進行,更重要的是能夠在運動現場測定和實時測定,易于對測試結果進行評價和分析,并易于應用于運動實踐,提高運動負荷評定的實效性。所以,用相應最大心率百分比間接代替最大攝氧量百分比測試,用于監控機體運動負荷強度是科學合理的。但本研究受試者數量有限,同時需考慮到人群、年齡、性別等因素的影響,有待于進一步深入探討。

表1 受試者基本情況

表2 不同強度跑臺運動最大攝氧量及心率等相關指標測量統計結果

表3 不同強度跑臺運動VO2max%與HRmax%相關性

圖1 最大心率百分比與最大攝氧量百分比的散點圖

[1]王瑞元.運動生理學[M].北京:人民體育出版社,2009.

[2]宋剛,許春艷,嚴翊,等.應用心率表間接測定的最大攝氧量[J].中國臨床康復,2006,9(43):25-27.

[3]Swain DP,Leutholtz BC, King ME, et al.Relationship between% heart rate reserve and% VO2reserve in treadmill exercise[J].Medicine and science in sports and exercise,1998,30(2):318-321.