有氧運動的歷史
——歷經50年，仍在前進中

Kenneth H.Cooper（美），朱為模 （譯）

我年輕的時候在競技體育方面取得了較好的成績，特別是在籃球和田徑方面。我作為中長跑運動員獲得了俄克拉荷馬大學（University of Oklahoma，以下簡稱OU）的徑賽獎學金。在OU的3年里（1949—1952年），我可以保持經濟狀態且長跑距離可達2英里（約3.2km）。在那期間，我的體重穩定在 168～170 磅（約 76～77 kg）。進入醫學院后，我很快就發現了“最常見的壓力表現形式是肥胖”。在我為期4年的醫學院學習和隨后一年的實習期間，睡眠不足是很常見的事情，而我則通過進食來保持清醒。在完成學業和實習的5年后不久我便結婚了。在大約8年的時間里，我沒有參加任何運動，之后我報名參加了滑水項目，并且嘗試參與滑水障礙賽，這些項目在8年之前我都曾成功地完成。但處于超重狀態的我，在滑水時出現了心律失常的癥狀，并感到惡心和頭暈。當到達岸邊時，我立即被送到附近的急救中心，而那時，我的心率過速（高達180次/分鐘）已恢復正常。

初步檢查和之后更深入的心血管檢查結果顯示沒有心臟異常，最終的診斷結果為 “室上性心動過速”。大多數人將這種情況稱作陣發性房性心動過速，而這種現象在女性中比男性更常見。由于這次可怕的經歷，我在6個月內減輕了體重并在不久后第一次參加了馬拉松比賽（波士頓馬拉松比賽）。

我在減肥和健身時身體上發生了一些變化，我的糖尿病病兆消失了，血壓趨于正常，最讓我感慨的一件事就是自我感覺好多了 （后來我們發現了一個身體健康的人得憂郁癥的概率較低，對生活的態度更積極）。在那之前，我的目標是在完成2年強制性兵役要求后，開始進行與和居民有關的項目，為成為普通的醫務工作者進行準備。但當發現生活方式的重大變化對我的影響之后，我意識到一個被忽視的重要醫學領域，即“預防醫學”，而非“初級護理醫學”，后者可能會造成“過度護理之后才發現為時已晚”的后果。我在學醫期間（1952—1956年）被提醒過，預防醫學是醫學專業的“灰姑娘”，因為在健康人的身上不會產生利潤，只有疾病才可以。

根據這一經驗，我決定不按照計劃的時間（1959年9月）離開軍隊，而是轉到美國空軍。在兩年的軍隊生涯中，我曾當過空軍外科醫生，我對飛行深感著迷，并決定考慮成為一名宇航員。那時，美國空軍有一個載人軌道實驗室計劃需要醫療援助，但在獲得該職位資格之前，我需要獲得預防/航空航天的醫學執照，該執照需要花一年的時間獲得公共衛生的碩士學位，并再進行一年的美國空軍培訓。所以，我選擇了于1961年9月入學哈佛大學公共衛生學院，也就是在這期間，我參加了兩次波士頓馬拉松，分別在1962年4月和1963年4月。第一次波士頓馬拉松我以3 h 54 min成績得到了第101名，雖然只有150人參加。第二年，我訓練得更加努力，用時減少了大約30 min，但成績只比前一年進步了一點，得到了第98名，那是1964年東京奧運會的前一年，有450人參加了比賽。

在哈佛大學公共衛生學院學習一年后，我得到了公共衛生碩士學位，但我向美國空軍請求增加學習1年，以便在這期間攻讀運動生理學科學博士學位（Doctorate of Science，DSc）。該請求獲得了批準，而我就是在那里獲得了運動生理學方面的知識，并完成了包括閱讀、理解德語和俄語醫學文獻在內的所有要求。我通過了口語資格考試，但在回到美國空軍全職工作之前，由于缺少足夠的時間而無法按要求完成論文，我一直都沒能獲得理學博士學位。然而，哈佛公共衛生學院允許我使用1968年3月出版的《有氧運動》一書進行答辯，認為這本書的內容有資格作為畢業所要求的論文，但答辯必須在1970年之前完成。但隨著我對有氧運動的興趣以爆炸式速度增長，我幾乎沒有時間完成論文以獲得理學博士學位。這是我回顧自己的職業生涯時認為我本來能夠完成的一件事。

1963年9月，我從波士頓搬回了得克薩斯州的圣安東尼奧市，為獲得我的預防/航空航天醫學執照資格，在當地完成了一年的培訓，然后被分配到位于圣安東尼奧拉克蘭空軍基地的威爾福德霍爾醫院航空航天醫學實驗診所（Aerospace Medical Laboratory Clinic at Wilford Hall Hospital）。我仍然對可能成為一名科學家宇航員以及在該領域的廣泛工作感興趣，比如為宇航員開發進入失重空間之前的理想訓練計劃，以及設計飛行中的訓練項目，讓宇航員在有氧機能極易流失的失重空間中也能保持他們的有氧能力。那時我的同事是比爾桑頓博士（Dr.Bill Thornton）成為了美國國家航空航天管理局的宇航員。

我們與5個美國空軍基地的所有27 000名男性和女性一起工作了兩年，以滿足飛行前訓練的要求，來確定大樣本人群有氧能力測量的最佳方式，并制定培訓計劃。首先，我們必須確定適合宇航員的最佳訓練計劃。不同類型的訓練包括：有氧、無氧、靜力、等長和等速訓練。我們很快了解到所有這些類型的訓練都是有價值，但唯一有可能延長壽命并提供明確的有氧益處的就是有氧運動，但新的問題又產生了，比如如何比較運動項目？運動量如何確定？

為了確定大樣本的最佳現場測量方法，我們比較了 600碼（約 0.55 km）跑，計時 1英里（1.6 km）跑，20 min跑，15 min跑，以及12 min跑。但 600碼跑和1英里跑“太過無氧”，也就是說，可以在極短時間的訓練后獲得相當高的運動表現，而15 min和20 min跑的距離過長。所以，我們決定采用12 min跑作為測量方法，該測試結果與實驗室確定的最大耗氧量相關，這些結果于1968年1月15日發表在《美國醫學協會雜志》一篇題為 “一項評估最大攝氧量的方法”的文章中[1]。

使用以下公式計算庫珀12 min跑中的最大攝氧量（Maximal oxygen consumption，VO2max）：

英里：VO2max=（35.97×d12）-11.29

其中d12為12 min跑的英里數

其中d12為12 min跑的米數

表1 心血管健康水平標準Table I The Level of Cardiovascular Fitness were Determined

我們發現12 min跑的距離和在實驗室跑步機平板測試中確定的VO2max之間的相關系數為0.897。12 min跑被認為是最佳現場測試，但問題在于確定參與者在12 min內的確切跑動距離 （當時沒有GPS）。我們很快發現1.5英里跑（約2.4 km）的時間與12 min跑高度相關，同時驗證了1.5英里跑在大群體中進行測試的容易程度。我訪問了5個美國空軍基地，曾多次監督和參與1.5英里跑測試，其中包括總共15 000名健身參與者和12 000名對照參與者。

我們在未使用的跑道上建立一個1.5英里的賽道，參與者將跑完0.75英里（約1.2 km），再轉身跑回。通過這種方式，可以在一天內輕松監控數千個跑者。我還記得，因為飛行員中的大多數都不是經驗豐富的跑者，我曾經試圖通過設置1.5英里的速度來向這些飛行員展示如何調節步伐，使其可以在一天內參加6個1.5英里跑。因此，在獲得1.5英里跑的基線結果后，下一個必須回答的問題是：“如何比較有氧活動？”

通過測試在實驗室跑步、走路和在現場騎自行車，并與其他訓練類型的相關科學文獻結果進行比較，我們很快就開發了一個基于活動強度和持續時間的評分系統。41種運動項目被歸類為有氧運動，其中前5名的項目如下：（a）越野滑雪；（b）游泳；（c）慢跑或跑步；（d）騎自行車；（e）步行。 之所以這樣劃分，是因為幾乎任何人，無論年齡或性別，都可以輕松參與這些項目并獲得有氧分數。根據在運動期間使用的氧氣量打分，分數為7 mL/kg/min的倍數（每公斤體重1 min使用7 mL氧氣）。這是超過靜息耗氧量所使用的氧氣量。例如，如果在18 min內走了1英里，就獲得1分，因為那段時間內的平均能量成本超過了靜息狀態7 mL/kg/min。但如果你在不到8 min的時間里跑了1英里，你將獲得5分，因為8 min內的平均氧氣利用率為35 mL/kg/min。所以，就如前文所提到的，我們進行了步行和跑步的實驗室測試和現場測試，以及自行車的戶外測試來作為有氧評分系統的開發基礎，然后通過對科學文獻的研究，我們對41個有氧運動進行了評分。

最終目標是確定要達到一定水平的最大耗氧量需要多少分數，因為我們測試的美國空軍平均年齡為28歲，確定目標分數應該是瑞典軍隊正在使用的42 mL/kg/min（斯堪的納維亞人早在我們之前很多年就一直在使用科學的方法來評價他們軍隊的健康狀況）。這些研究的結果是，每周年齡小于30歲的飛行員如果可以在12 min內完成1.5英里跑，即達到42 mL/kg/min的 VO2max，得到 30分。

因此，在接下來的兩年中，我們在美國空軍的5個基地進行了后續測試，我們發現了超過80%至少經歷過一次“每周得30分”訓練計劃的人員很容易實現12 min內完成1.5英里的目標。但是回到1966年，我參與了臥床休息的研究，在兩周內將功率自行車放置于飛行員的床尾。臥床休息是為了模擬空間的失重，我們很快發現了無論是實驗組還是對照組，每天兩次在功率自行車上鍛煉20 min的受試者，如果鍛煉時能達到至少65%的最大心率，將會對減少與失重有關的不良問題所產生的重大影響。

當我參與威爾福德霍爾美國空軍醫院（Wilford Hall USAF Hospital）的那些研究時，來自 《大眾機械》（Popular Mechanic）的一位名為凱文·布朗（Kevin Brown）的記者采訪了我。他對于我們把健身和有氧訓練項目的現場測試與臥床研究相結合的研究感到非常興奮，他為《家庭周刊》（Family Weekly）撰寫了一篇標題為《像宇航員一樣鍛煉》的文章。在這篇文章里，“有氧運動”一詞第一次被使用。文章發布后，很快有至少5家出版商聯系了我，想盡快針對這個主題出一本書。與凱文·布朗先生一起工作兩年后，我終于得到了美國空軍參謀長——麥康奈爾將軍（General McConnell）的批準來出版這本書，該書于1968年4月問世。然后，紐約的出版商（M.E-vans and Company），決定了書的標題——《有氧運動》。在書稿中，當我處理各類運動的章節時，我需要描述一種對氧氣量需求極大的運動類型。我知道“有氧”意味著“生活在空氣中或生活在氧氣中”，這也正是訓練的目標，所以我把形容詞“有氧的（aerobic）”，加上一個“s”，使它成為一個名詞，并將書中的一個章節命名為“有氧運動”。在那段時間《靜力鍛煉法（Isometrics）》一書已經開始流行，因為“有氧運動”是一個獨特的詞，出版商認為應該由它作為書名。但我對此并不認同：“人們不會讀，不會寫，也記不住這個詞”。但與我的預期相反，這本書實際上非常受歡迎。

但有一個預測是正確的，那就是如果這本書成功了，將這本書翻譯成其他語言會很難。這本書最終以不同形式被翻譯成41種語言，其中也伴隨著一些翻譯問題。例如，在德國它被叫做“Bewegens Training”，而這個詞的意思是“運動訓練”；在俄語中，它被翻譯為“Аэробика”或“Aerobika”，而“New Aerobics” 被 翻 譯 為 “Hовый Аэробика” 或 “Aerobika Novvy”；在巴西，他們無法翻譯這個詞，所以他們把有氧運動叫做“庫珀訓練”；法國版本則翻譯為“Oxygen a la Carte”。

“有氧運動”的官方定義發表于1986年的牛津英語詞典：“aerobics（?rōbiks），名詞，一種通過活動滿足適量氧氣攝入的增加及維持并在呼吸和循環系統中產生有益變化的體育鍛煉方法。”因此，全世界對有氧運動的接受程度遠遠超過了期望，但庫珀12 min跑或1.5英里跑步測試能快速成為國際標準測試，是由于1968—1970年我在巴西隊所做的工作，這些工作據說幫助他們贏得了1970年墨西哥世界杯冠軍。

而在美國的批評聲遠遠超過恭維。事實上，我在醫學報紙上看到過類似于 “如果美國人聽從庫珀的建議，大街上將充滿了很快就要死去的慢跑者，心臟病的發病率也將迅速增加”的新聞標題。1968年蓋洛普民意調查（Gallup poll）顯示，曾參與任意類型的常規體育活動的成年人不到24%，其中慢跑者不到10萬。但到了1984年，同樣的民意調查表明鍛煉人數增加到了59%，而慢跑者增加到了3 400萬。但是，心臟病造成的死亡人數是否也如同批評者認為的那樣有所增加？為了回答這個問題，我在此引述著名的“醫學雜志”——《華爾街日報》于1984年的報道：“美國的冠心病死亡率在20世紀40年代開始崛起并在1968年達到頂峰，然后神秘地開始下降。”到1990年，至少有45%的人口在進行鍛煉，慢跑人數超過2 400萬。而在那段時間內，心臟病死亡率下降了48%，這是有史以來第一次。

這種下降也使得美國人口平均壽命增長了6年，該增長來自1946—1964年嬰兒潮時期出生的7 600萬人。那一代人似乎把健康掌握在自己手中，他們大量戒煙，開始監測血壓并使血壓得到更好的控制，改變了自己的飲食習慣并使血液膽固醇水平有所下降，開始學習壓力的有害影響和如何控制壓力，很多人一直在鍛煉身體。不幸的是，在1990年之后，這種趨勢沒有繼續下去，這也成為美國肥胖流行的開端。美國疾病控制和預防中心的數據表明在1976—1980年期間，15%的成年人患有肥胖[體重指數（Body Mass Index，BMI） 超過 30]，5.5%的 2～19 歲的青少年兒童患有肥胖。但到1999—2000年，成人肥胖已增加到35.5%，兒童肥胖則增加至13.9%。到2015—2016年，39.8%的成年人和18.5%的兒童患有肥胖[2-3]。

如果估算超重或肥胖的成人和兒童的總人數（例如，成人BMI大于25），那么得出的數字需要加倍。那意味著在2015—2016年，高達80%的美國成年人和37%的兒童被歸類為超重或肥胖。這種肥胖流行的原因主要是飲食習慣的改變以及缺乏活動。就像消費的食物類型改變一樣，食物份量的增加也是一個主要原因——即“快速食物生成”，含糖飲料似乎也是罪魁禍首之一。無論原因如何，肥胖的流行對各年齡層美國人的健康都有重大影響，但我過去10年的主要興趣一直都在關注兒童肥胖問題。從歷史上看，減肥計劃對成年人來說并不成功，這就是成人肥胖問題繼續增長的原因，所以正如我多次強調那樣，在孩子們成為肥胖的成年人之前，我們還有機會去做點什么。

2017年11月29日Zachary Ward博士和哈佛公共衛生學院的研究員T.H.Chan在 《新英格蘭醫學雜志》發表一篇文章，預測如果繼續放任肥胖的流行，將有57%的孩子到35歲就會患肥胖[6]！肥胖癥常伴隨的一個主要問題是糖尿病。過去兒童患糖尿病是非常罕見的，而現在已經變得非常普遍，甚至出現在5～7歲的兒童中。

自1988年首次訪問北京以來，我在中國參與了多種類型的活動。2017年4月21日，我有幸在中國南京開設了第一家庫珀有氧健康中心。它作為培訓中心成立，并面向各職業人群舉辦研討會，服務對象包括學校教師（特別是體育教師）和醫生。在習近平總書記的鼓勵下，我們接受了研究兒童人群的挑戰，因為中國城市兒童的過度肥胖比率已達到發達國家水平，肥胖已成為威脅他們健康的最可怕的敵人[4]。在某種程度上，我們試圖通過我與巴西教練員和培訓師的多次聯系來實現這個目標，即我們正在通過這些男性和女性幫助中國引進更加尖端的足球項目投放到學校的低年級。雖然這個培訓課程項目開展的時間不長，我一直對它所取得的成就感到非常高興。多年來人們一直在說 “數據驅動決策”。因此，2007年我們不僅努力使體育課重新成為學校的核心科目，還打算采用FitnessGram作為監測進度的測試手段。2007年初，我開始與位于得克薩斯州奧斯汀的得克薩斯州立法者合作，致力于實現這兩個目標。但家長們對這個項目的興趣不大，因為他們的普遍感受是：“孩子的健康不是政府的責任，而是父母的責任”。我對這一陳述的回應是：“我完全贊同你，但是面對事實吧，你已一敗涂地。”這就是美國兒童現在被列為世界上超重最嚴重的兒童的原因。因此，在回應2007年初立法機構成員的多次訪問和介紹時，至少能夠實現讓幼兒園到12年級教育階段的體育教育回到學校這一目標，但更重要的是，我們開始進行FitnessGram測試，這一項目在2007年6月下旬終止了，我雖然得到了批準立項，但沒有資金啟動這個全州項目。我們需要300萬美元來保證得克薩斯州所有9 000所學校都擁有便于FitnessGram測試的設備并對25 000名教師就如何進行測試展開培訓。因此，當得知立法機關最終通過的批示為“沒有資金授權”時，我陷入了絕境無路可走，我告訴立法機關的成員：“如果你們無法找到公共資金來支持這個非常重要的項目，我將私下籌集資金。”通過協調努力和大量的艱苦工作，我們為FitnessGram項目籌集到了330萬美元，并于2008年1月開始了我們的測試。這是參議院530號法案的一部分，在2007年6月由州長Rick Perry簽署列入法律。

表2 FitnessGram測試內容Table II The Exercise Requirement of FitnessGram

表2 FitnessGram測試內容Table II The Exercise Requirement of FitnessGram

教育階段 測試時間、頻率 測試內容幼兒園至5年級30 min，每周5次45 min，每周3次（或2周225 min）第1周：45 min每周3次第 2周：45 min 6年級至8年級但6個學期中只有4個學期是必須的9至12年級30 min，每周5次沒有體育課要求FitnessGram的測試要求從2007—2008學年開始執行，3年級到12年級的所有學生需要每年在學年中的某個時間進行測試

所以，第一次測試始于2008年1月，學年結束時，幼兒園到12年級的2 658 665名學生進行了測試。FitnessGram測試有其組成部分，包括有氧能力（即估計的最大攝氧量）、初高中步行/跑步1英里和小學20 m漸進式心血管耐力跑健康測試、腹部蜷縮、軀干伸展（引體向上）、上身俯臥撐、靈活性（后背保護）坐姿伸展，以及BMI或體脂百分比。測試結果分為“健康范圍（前80%）”或“需要改善”。我們所需要知道的只是根據學生的年齡和性別調整后分數是否在“健康范圍”內。但盡管大多數學生應該很容易完成這個目標，結果卻并不理想。我們注意到只有33.25%的三年級女生和28.6%的三年級男生可以通過所有6項FitnessGram的測試要求。這種直線下降的趨勢一直持續到12年級，在該年齡段只有8.18%的女生和8.96%的男生可以通過測試。孩子們的現狀，嚴重的肥胖對教育界和公眾來說都是一個沖擊性的事實。但在那次發現之后，教育界詢問我們是否可以展示FitnessGram測試與在校學習成績之間的關系。

我們的下一個研究采用原始數據庫，試圖確定各類FitnessGram測試與學業成績、學校缺勤率和學校發病問題之間的相關性。此信息發布在《運動鍛煉研究季刊》的補充內容中[5]。學業成績與有氧能力呈正相關，與BMI或體脂百分比呈負相關。曠課和紀律問題與有氧能力呈負相關。所以，這些結果引起了專業人士和大眾的注意，每年一次的FitnessGramR測試自2008年以來，已顯示出一些緩慢的改善，特別是在有氧能力和體重方面。此外，過去健康、體育和營養總統委員會 （President’s Council on Fitness,Sports,and Nutrition）使用總統 挑戰賽 （President’s Challenge）對青少年進行健康測試，而現在該測試已被FitnessGram測試取代。FitnessGramR的優勢在于它是一款與健康相關的體能測試，而不是測量自然的運動能力，而后者是影響總統挑戰賽有效性的限制因素。其他國家目前也在使用FitnessGram在學校進行測試，至少在中國進行的一項試點研究顯示，3年級至12年級兒童在有氧能力和BMI上的表現要好得多（即使那些孩子現在變得越來越胖了），但是這些孩子上身肌肉組織較弱，在有關上肢力量的測試中表現不佳。我希望FitnessGram測試將于南京庫珀健康中心的推廣和監督下在所有的中國學校中進行使用，如果能夠實現，并且結果是正面的，也許它會激勵美國人民在這方面做點什么，以改善我們孩子的健康和體質。如果不能實現，我會對未來的形勢產生擔憂，因為生活在中國的人數是美國的3倍以上。

總而言之，使用有氧運動調節和測試所有年齡段人群這一概念并沒有“褪色”，人們仍舊對它保持著興趣，甚至在很多地方出現了興趣的增長。例如，從1994年開始，國際足球聯合會（Federation of International Football Association，FIFA）已經強制要求國際足聯的裁判必須能夠在12 min內跑2.4 km，而邊裁必須能夠在12 min內跑2 km。現在，現代技術為人們提供了使用智能手機進行現場測試以衡量個人健康水平的機會。事實上，我的兒子泰勒·庫珀（Tyler Cooper），醫學博士，公共衛生碩士，目前正在開發一個使用這種技術的程序，該技術與庫珀診所健康測量指標的分化層級相結合，將為個人提供可靠、一致的預測性健康結果。該應用程序不僅能為用戶提供他們測試出的健康水平并帶來隨后的健康效益，初步的內部研究結果還顯示一個人的健康水平有可能造成醫療費用的重大差異。一項針對我們自己的員工進行的評估指出，根據數據進行健康評級后，處于評價底層兩級的人每年的醫療保險費用成本要比評價排在前四級的人群高3～5倍。

隨著醫療保健成本的上升（2016年的估計值至少為2.7萬億美元），這意味著我們在醫療保健上花的錢是世界上其他國家的兩倍，但是我們在長壽排名中仍只排到第43位，另外在過去的兩年里，人均壽命略有下降，我們需要警醒并努力防止這些問題在未來愈演愈烈。如果不這么做，從兒童開始的國人健康情況、醫療保健的費用、全世界的經濟崛起（特別是中國），可能都會結合起來，在接下來的40～50年使美國的情況變得非常糟糕。當然，在我87歲的時候，可能已不在乎這些。但我的孩子們，特別是我的孫子們，他們還需要生活下去，如果我們不能采取一些重大舉措來改變這些未來災難發生的可能，那么我對他們的健康和福利將非常擔憂。

事實上，美國人現有的76%的疾病是不良的生活方式造成的，此外，高達45%的癌癥是可以預防的，直到我生命的最后一刻，我將一直推廣這一理念。所以，我的目標是大力強調預防醫學的重要性，因為我們能夠毫無疑問地證明它更便宜，保持身體健康遠比得病后重新恢復健康的成本要低得多。