跳繩運動作為評估青少年心肺功能的可行性研究

高偉棟，鄭盼盼

(1.浙江體育科學研究所，浙江 杭州 310004；2.浙江金融職業學院 體育軍事部,浙江 杭州 310018)

0 前 言

最大攝氧量(VO2max)是身體活動能力和心肺功能主要的預測指標，VO2max的測定有直接測定法和間接測定法兩種。直接測試法通常在專業實驗室內借助心肺功能測定儀完成，由于測量VO2max不但需要受試者盡最大努力、具有潛在的危險性，同時需要特殊的方法和設備，如跑臺、自行車或者氣體分析儀，所以VO2max的直接測量方案很少應用于普通大眾[1-3]。間接測定法雖然沒有直接測定法準確，但在測試過程中不需要配置昂貴的儀器設備，且方法簡便易行，適于用于大樣本人群的測定。

迄今為止，國內外對于間接測定VO2max已經有很多相關研究，歐美國家起步較早，研究類型也較豐富，包括跑步機間接測試[4-6]，功率車間接測試[7-8]臺階測試[9-11]，實地測試[12-14]，甚至非運動測試[15-17]。國內近年來針對該領域也有不少研究[18-21]，但目前還沒有關于跳繩運動作為亞極量間接評價方式的研究。

跳繩作為《國家學生體質健康標準》的測試項目，具有突出的鍛煉身體的價值。跳繩運動在學校體育教學中也是不可或缺的組成部分。另外，在競技運動訓練中也采用跳繩作為輔助訓練項目，提高運動員的運動水平。

因此，本研究擬通過研究跳繩運動測試以及實驗室逐級遞增負荷運動試驗，探索以跳繩運動作為評估青少年心肺功能(VO2max)間接測試方式的可行性，并以心率、身體素質參數等數據為自變量，建立簡單易行的推算最大攝氧量相對值的回歸方程，用于間接評價青少年的最大有氧活動能力，為青少年體質測試研究提供新的參考方法和依據。

1 研究方法

1.1 研究對象

58名初中學生(男38名,女20名；平均身高=161.7±6.95cm;平均體重=52.9±14.17kg;平均年齡為13.8±1.1y)成功完成本研究的全部測試，所有受試者均來自浙江省的初中生。所有的測試程序、基本原理和指導方針都向受試者及其監護人進行了說明。所有受試者及其監護人簽署知情同意書。所有受試者被要求完成《運動準備問卷》(加拿大運動生理學學會，2002年)和《兒童疾病問卷》。此外，為了了解受試者的日常運動強度，實驗通過問卷記錄了每個受試者的中高強度體力活動(MVPA)情況(以分鐘為單位)[22]。

1.2 跳繩測試標準

本實驗通過結合其他類似的VO2max的間接測試方法(臺階試驗、PWC170實驗等)，來制定跳繩測試標準。進過前期預實驗，確定采用受試者在節拍器(60次/min)的口令下跳繩，連續進行3min。在整個跳繩測試過程中，受試者全程佩戴心率帶(Polar, T31，芬蘭)，并且記錄運動中(第15s、30s、45s、60s、120s和160s)及恢復階段(第15s、20s、60s、120s和160s)的心率。

1.3 最大攝氧量測試標準

本研究最大攝氧量測試采用的測試標準為青少年跑臺測試方案[23]。測試中采用修訂后的主觀疲勞感覺等級RPE量表。在整個測試過程中，受試者需要攜帶便攜式氣體代謝分析儀(Cosmed，K4b2，意大利)，并通過標準面罩呼吸。

為了確保VO2max測試的有效進行，達到VO2max的判斷標準如下： ①運動心率不小于根據年齡預測的最大心率的90%；②呼吸交換比率R等于或不低于1.10；③RPE達到 10。至少有兩個符合以上三個標準[24]。

1.4 測試過程

受試者先進行身體成分測試(Inbody720， 韓國)。測試后進行5～10min的熱身，再進行3min的跳繩測試。完成后測試后充分休息，適量飲水，再進行最大攝氧量測試。

1.5 統計分析

使用SPSS 20.0進行相關數據統計分析，選取P<0.05為顯著性水平，P<0.01為非常顯著性水平。采用Pearson相關性分析。采用逐步回歸分析方法確定能預測VO2max值的顯著變量(如性別、年齡、體脂百分比、身高、體重、恢復期心率)的統計效度和貢獻。再對這些重要的自變量進行線性回歸分析，得到最準確的能預測VO2max值的多元線性回歸方程，并得出相關系數(R值)、估計標準差(SEE)。

2 結 果

根據表1可知本研究所有描述性數據結果。

為了確定與VO2max數值相關性最高的跳繩心率變量，采用Pearson相關分析，將跳繩運動開始第15s、30s、45s、60s、120s和160s的心率，以及恢復階段的第15s、20s、60s、120s和160s的心率數據分別與最大攝氧量做相關性分析(見表2)。結果表明，15s-PHR(r=-0.608，P<0.01)和20s-PHR(r=-0.591，P<0.01)兩個心率變量與最大攝氧量的相關系數最高。此外，表3顯示其他預測變量與最大攝氧量之間的Pearson相關性，說明體重、身高、性別、BMI、體脂百分比、中高強度運動時間MVPA與最大攝氧量之間存在顯著相關性。值得注意的是，性別、BMI、體脂百分比與測量的VO2max呈負相關，MVPA與VO2max呈正相關。而年齡變量與最大攝氧量無顯著相關性。

表1 測試結果數據表

注:MVPA=中高強度體力活動(以min/d為單位),EHR=運動中心率,PHR=運動后心率

表2 Pearson相關性檢驗結果表(跳繩心率變量和VO2max)

注:*表示P<0.05，**表示P<0.01，下同

表3 Pearson相關性檢驗結果表(其他變量和VO2max)

注:性別變量中1=男性，0=女性

ACSM運動測試與運動處方指南(ACSM,2000)和其他相關研究[25]強調中高強度有氧運動的強度應保持在相當于最大儲備心率(HRR)的40%～80%之間。根據指南，最好選擇保持在40%～80%最大儲備心率的心率數據作為間接預測VO2max的變量來做進一步的回歸分析。因此，一些在該范圍外的心率變量數據應該被剔除，跳繩運動后第15s(15s PHR)和20s(20s PHR)的心率數據符合范圍，分別進入回歸分析，因此有兩個心率變量。同時體脂百分比和BMI兩個變量也需要分別獨立進行分析。因此共有4個回歸分析模型，計算4個逐步線性回歸分析(如表4)。

表4 相關變量預測VO2max的逐步回歸模型分析表

注:方程1=58.715+(8.604*gender)+(0.132*MVPA)-(0.153*15sPHR),方程2=58.715+(8.604*gender)+(0.132*MVPA)-(0.153*15sPHR),方程3=68.046+(5.269*gender)+(0.131*MVPA)-(.215*bodyfat)-(0.179*20sPHR),方程4=70.422+(7.542*gender)+(.126*MVPA)-(0.470*BMI)-(0.167*20sPHR)

3 分析與討論

在本研究中，規定節拍(60次/min)的3min跳繩運動測試后的第15s心率(15s-PHR)和第20s心率(20s-PHR)數據與測得的VO2max數值有高度的相關性，也是評估初中學生有氧能力的有效預測變量。如表4，在模型1和模型2中，最大攝氧量與體脂百分比和BMI沒有相關性。預測方程中只有三個變量(性別、MVPA和15s-PHR)和最大攝氧量相關。模型1和模型2具有相同的預測變量和相同的常數項，得到相同的方程，即：VO2max (ml·kg-1·min-1)= 58.715 + (8.604 * 性別) + (0.132 * MVPA) - (0.153 * 15s PHR)。當使用這個公式(R = 0.849，SEE = 4.751)時，不需要參數BMI和體脂百分比，因此更加簡便快速，即不需要體成分測試儀和身高、體重數據。

而在模型3中，R值較高(R=0.860)，預估標準誤差較低(SEE=4.69379)，方程為：VO2max (ml·kg-1·min-1)=68.046+(5.269*性別)+(0.131*MVPA)-(0.215*體脂百分比)-(179*20sPHR)。模型4的R值最高，SEE值最低，方程為：VO2max(ml·kg-1·min-1)=70.422+(7.542*性別)+(0.126*MVPA)-(0.470*BMI)-(0.167*20sPHR)。在模型3和模型4之間，雖然模型3也顯示出較高的準確性和較低的誤差，但是模型3需要對體脂百分比變量進行測量，這需要專門的設備。模型4中需要的BMI值可以通過非常簡單的身高、體重計算獲得，而且模型4中的R值和SEE值更好，因此該模型是在實驗中預測最大攝氧量模型中最準確實用的。換而言之，方程4可以作為間接測試中學生最大攝氧量的方法。

從目前的結果來看，跳繩運動測試作為一種間接測試青少年有氧能力的方式是被證實有效和適用的。3min跳繩測試更加實用和方便，不需要大型的場地、實驗室和專業的設備，只需要一根跳繩，以及BMI、MVPA、性別、20s PHR這些簡單數據，就可以推算學生的最大攝氧量。

綜上所述，本研究證實了在利用跳繩運動作為間接測試方式來預測初中生最大攝氧量的可行性，并且基本建立了有效的VO2max預測回歸方程VO2max(ml·kg-1·min-1)=70.422+(7.542*性別)+(0.126*MVPA)-(0.470*BMI)-(0.167*20s PHR))。本研究為間接推測最大攝氧量提供了一種新的探索方向。這種新的間接測試方法具有高效、低成本、快速、方便的優點，只需要簡單的測量和適度的運動強度。

4 不足與展望

本研究受試者僅局限于初中三個年級的學生，樣本量較少。后續研究中需要進一步擴大樣本量，增加樣本量的的年齡分層。另外，本研究沒有將不同的跳繩方式以及不同的跳繩節拍作為變量進行相關性研究，未來研究應更全面地考慮這些因素，建立最優的跳繩測試標準和最佳的推算公式。