青少年心肺耐力測定與相關研究進展①

吳江 吳翊馨

（1.沈陽體育學院研究生部; 2.沈陽體育學院運動人體科學學院 遼寧沈陽 110102）

青少年心肺耐力測定與相關研究進展①

吳江1吳翊馨2*

（1.沈陽體育學院研究生部; 2.沈陽體育學院運動人體科學學院 遼寧沈陽 110102）

心肺耐力是指一個人持續身體活動的能力，而反映心肺耐力的最佳指標是最大攝氧量。本文對心肺耐力的重要測試指標最大攝氧量的作用及其影響因素進行綜合分析，通過文獻綜述系統總結青少年心肺耐力的測量方法、影響因素及相關研究進展。心肺耐力訓練在很多訓練項目中占據重要地位，科學的掌握心肺耐力的訓練可以提高青少年的體質健康，同時為青少年體質健康的客觀評價和青少年體育鍛煉的科學指導提供理論依據。

青少年 心肺耐力 最大吸氧量 研究進展

心肺耐力是指一個人持續身體活動的能力，而反映心肺耐力的最佳指標是最大攝氧量。了解和掌握青少年的心肺耐力測定方法和相關研究進展，對客觀評價青少年的體質健康和科學指導青少年的體育鍛煉具有非常重要的意義[1]。

1 心肺耐力與評價指標

心肺耐力是指人體在進行持續性的體力活動時機體所表現出來的對呼吸、循環及骨骼肌系統的供氧能力[2]。人體一定程度的體適能水平是由心肺耐力所代表，而反映心肺耐力最常用的指標是最大攝氧量（VO2max）[3]。VO2max是是指人體長時間的運動中，有大批量肌肉群參與，當心肺攝取氧的能力達到人的極限水平時，每分鐘內所能攝取和利用的最大氧量[4]。最大攝氧量有兩種表示方法，即最大攝氧量絕對值（L/min）和最大攝氧量相對值（mL/min/kg）。青少年的體質發育狀況和外界環境的影響通常由最大攝氧量絕對值來評價，而不同個體在進行有氧運動能力時所表現出的差異則由最大攝氧量相對值評價。由于不同個體體重的差異會影響到機體的耗氧量，故多年來學者都以VO2max作為效標來研究心肺耐力和心肺功能。

2 青少年心肺耐力測定

青少年心肺耐力測定主要是通過運動實驗進行，然后通過推算最大攝氧量值來間接地評價心肺耐力[5]，目前，國內外有關對VO2max的測定方法有直接測定法和間接測定法種。

2.1 最大攝氧量直接測定法

VO2max直接測定通常在實驗室進行。受試者在進行極量運動時，需戴上呼吸面罩，利用氣體分析儀測出最大攝氧量，受試對象需具備良好的運動能力，因為受試者要運動至力竭的狀態。

功率自行車和跑臺是實驗室目前常用的測試方法。遞增負荷的設計方案中對最大攝氧量結果造成影響的值有初始負荷、負荷時間及負荷遞增值，故合理的設計負荷方案會增加最大攝氧量測試的準確性。遞增負荷方案有三種：(1)直接把負荷增加到最大，然后記錄運動的時間；(2)負荷被分段增加，即開始3～5min的輕度負荷，再轉到中度，最后到最大負荷；(3)負荷逐級的增加，以每分鐘至3分鐘增加25W或50W的負荷，直到受試對象做到運動力竭為止[6]。Brown采用非穩態負荷方案，讓受試者在初始坡度為0%、初始速度為6.3km/h的跑臺上先進行5min的熱身運動，在接下來的每3min內，前2min末和第3min末，使速度各遞增一次，每次遞增速度值定為1km/h，連續遞增5次，在這期間坡度保持不變；然后當速度不變時，每分鐘坡度遞增l%，直到受試者力竭為止[7]。吳景程、彭莉讓受試者在功率自行車以0W的功率先進行30min的熱身運動，以50W為起始負荷，后面每3min增加50W，要求以每分鐘55～60轉的速度運動，直到力竭[8]。楊錫讓等運用臺階、跑臺和功率自行車這三種方法，分別測試受試者的最大攝氧量并對比后發現，利用跑臺測定的最大攝氧量值是最大的，其次是功率自行車，臺階試驗測的最大攝氧量值最小[9]。Hermansen等也發現跑臺測出的最大攝氧量值比功率自行車測出的值高5%～10%[10]。

相對于跑臺，功率自行車的優勢在于：(1)功率自行車相對廉價且安全；(2)功率自行車能準確地測出功率，并且血壓、心率等生理數據容易測出；(3)方便橫向和縱向研究，因為青少年和成年人測試的機制相同。不管選擇哪一種遞增負荷，在最大攝氧量的直接測定方法中，都要求受試對象達到力竭的狀態。有關最大攝氧量的判定，目前仍沒有統一標準，有人以最大心率的出現作為達到了最大攝氧量，或者以心率為180次/min作為終止標準；也有人把呼吸商和血乳酸的固定值作為判斷標準。

2.2 最大攝氧量間接測定法

最大攝氧量的間接測定是讓受試者在實驗室進行中等負荷的上下臺階運動，然后根據心率、攝氧量等一些數值來推測最大攝氧量[11]。常用的方法有哈佛臺階試驗法、Fox公式法、卡爾普曼的PWC170測試法和12min跑法等[12]。

哈佛臺階試驗要求受試者進行3min上下臺階運動，頻率為30次/mim，男生臺階高度為50.8cm，女生為42.0cm，恢復期的心率記錄下來后，代入公式計算出體能指數。心肺功能的基本原理是通過定量運動后心率恢復的快慢進行評價。心率恢復越快，心肺功能越好。早在1984年，我國學者根據中國7～16歲青少年的特點就對臺階高度進行了修訂，并通過大樣本測試數據制定了一個心功能評價等級。

Fox公式法是讓受試者利用功率自行車進行測試，把功率保持在150W、運動負荷時間為5min、心率要記錄第5min的，最后通過公式VO2max=6300-19.26×心率計算出最大攝氧量。如果是不足5min的運動時間，心率就記錄最后1min的。

PWC170是指受試者單位時間內所做的功。條件是心率達到170次/min時，心率在120～180次/min之間時，心率和功率在一定范圍內具有明顯的線性關系。故受試者要完成心率為120次/min和接近170次/min的兩次不同負荷的運動，心率為170/min時做的功可以通過兩次負荷的功率和心率計算出。

12min跑是在20世紀60年代由美國庫珀博士提出的。前提是指人的心率在不超過180次/min下，12min跑出的最長距離。庫珀的研究結果中指出，12min跑成績與最大攝氧量相對值存在高度相關關系，但12min跑目前只適用于成年人中。

2.3 最大攝氧量的影響因素

內因和外因是影響青少年最大攝氧量的兩大因素。年齡、性別和體格狀況等屬于內因，生活環境因素、飲食因素、遺傳因素和鍛煉因素等屬于外因。

遺傳因素是決定心血管能力的主要因素，一些優秀運動員之所以能取得優異的成績，除了自身的訓練和智力外，遺傳因素也起到了決定性因素。

在年齡和性別方面，青春期前男女性的最大攝氧量不會表現出明顯的不同，12～13歲后開始表現出明顯的差異性，均表現出女生低于男生。最大攝氧量峰值到達時間與持續時間，男女子也不同，男子峰值一般出現在18～20歲并持續到30歲左右，女子峰值出現在14～16歲并持續到25歲左右。之后，最大攝氧量值將隨著年齡的增加而開始降低，其中男子最大攝氧量值每年降低的速率為2%，女子降低速率為2.5%。

體育鍛煉是提高最大攝氧量的最有效辦法。體育鍛煉的初期最大攝氧量的增加主要是心輸出量的增大引起的，體育鍛煉的后期最大攝氧量的增加主要是肌肉組織利用氧的能力增大引起的。而怎樣增加受試者的心肺耐力水平或采取什么樣的運動強度，要根據不同的人群來來設定。Midgley研究發現，對于優秀的長跑運動員和中等水平長跑運動員，把訓練強度分別設定為90%～100%VO2max和70%～80%VO2max時即可以提高其VO2max需要[13]。

在環境方面，人體在高原環境中運動時最大攝氧量結果偏低的原因是這種環境下血液的粘滯性會受到影響，降低了人體內氧的運輸能力。閆天慶、葛淼等人通過對中國不同地區的成年人進行最大攝氧量測試，發現地區和環境影響最大攝氧量值顯著[14]。

3 青少年心肺耐力的相關研究

Fbortega等人使用功率自行車對歐洲青少年進行最大攝氧量相對值的測試，結果為男生(44.3±7.5)mL/kg·min、女生(37.1±5.6)mL/kg·min[15]。張濤通過對小學生有氧耐力測試方法的比較研究得出，男生和女生跑臺測試、20mMSRT測試和50m×8測試時，VO2max測試值沒有顯著性差異(P＞0.05)，但VO2max測試值間有高的相關性[16]。張峰通過研究網球運動對兒童少年心肺耐力的影響得出，24周的網球運動干預可顯著提高男女少年兒童的心肺耐力等素質[17]。張海平等對青少年肥胖學生的身體形態、心肺機能和身體素質的一些相關的指標進行測試，得出肥胖學生比正常學生的肺活量大，但肺活量/體重值小于正常學生；肥胖學生比正常學生的最大攝氧量小，且心率儲備也不及正常學生[18]。高宇的青少年體格發育與心肺耐力發展研究顯示，男生安靜SBP、即刻SBP、VO2max、VO2max/BW和運動持續時間均顯著高于女生(P＜0.01)；男、女生肥胖組安靜SBP均顯著高于正常組(P＜0.01)，VO2max/BW均顯著低于正常組(P＜0.01)[19]。劉笑把13～15歲兒童青少年的1000(800)m跑和20mSRT測試VO2max的測試結果與跑臺直接測試法測得的VO2max的進行相關分析，其相關系數介于0.440～0.765之間[20]。張嘉鑫以青少年籃球運動員為研究對象，1000m跑與最大攝氧量的相關性小于12min跑與最大攝氧量的相關性，且12min跑成績與最大攝氧量平臺相關性無統計學意義[21]。

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G804

A

2095-2813(2017)10(a)-0017-03

10.16655/j.cnki.2095-2813.2017.28.017

國家科技部科技支撐計劃課題(編號：2012BAK21B02-02)；遼寧省社會科學規劃基金項目(編號：L15BTY007)；沈陽體育學院重點資助學科研究方向建設項目資助。

吳江(1992，12—)，男，漢族，內蒙古包頭人，碩士研究生，研究方向：運動人體科學。

吳翊馨(1973，4—)，女，漢族，遼寧沈陽人，博士，副教授，研究方向：體質與健康、運動對老年常見疾病的康復與治療，E-mail：yixin0414＠163.com。