青年男子不同強度有氧運動中最大心率與最大攝氧量的關系特征

摘要：目的：探討青年男子在有氧運動中不同運動強度下的最大心率與最大攝氧量的關系特征。方法：招募10名健康青年男性為受試者，進行一次遞增負荷心肺運動試驗，測量受試者最大心率和最大攝氧量；再分別以每個受試者 40%、60%和 80%VO2max所對應的運動強度進行運動測試，記錄所觀察到的不同強度運動下的最大心率及最大攝氧量。結果：（1）低強度和中等強度運動過程中最大心率百分比與運動強度呈線性相關；大強度運動過程中最大心率百分比與運動強度不成線性關系。（2）低強度和中等強度和大強度運動過程中最大攝氧量百分比與運動強度均呈線性相關。（3）低強度和中等強度運動過程中最大心率百分比與最大攝氧量百分比呈線性相關；大強度運動過程中最大心率百分比與最大攝氧量百分比不成線性關系；最大心率百分比與最大攝氧量百分比之間回歸方程為Y=0.846X+0.121，P＜0.05。結論：低強度和中等強度運動過程中最大心率百分比和最大攝氧量百分比成線性關系，中低強度運動中可以通過心率間接推定最大攝氧量。

關鍵詞：運動強度；心肺運動實驗；心率；最大攝氧量

Characteristics of the relationship between maximum heart rate and maximum oxygen uptake in aerobic exercise of different intensities in young men

Chen Bocheng，WuJiaxin，YuTiancheng

（School of Physical Education and Sports， Soochow University， Suzhou 215000， Jiangsu）

Abstract：Objective： To explore the relationship between maximal heart rate and maximal oxygen uptake of young men at different exercise intensities during aerobic exercise.

Methods： Ten healthy young men were recruited as subjects， and an incremental cardiopulmonary exercise test was conducted to measure the maximum heart rate and oxygen uptake of the subjects; Then， exercise tests were conducted with the exercise intensity corresponding to 40%， 60% and 80% VO2max of each subject， and the maximum heart rate and oxygen uptake observed under different intensity of exercise were recorded.

Results： （1） There was a linear correlation between the percentage of maximum heart rate and exercise intensity during low and medium intensity exercise，; There is no linear relationship between the percentage of maximum heart rate and exercise intensity during high-intensity exercise. （2） The percentage of maximal oxygen uptake during low intensity， medium intensity and high intensity exercise was linearly related to exercise intensity. （3） There was a linear correlation between the percentage of maximum heart rate and the percentage of maximum oxygen uptake during low and medium intensity exercise; There is no linear relationship between the percentage of maximum heart rate and the percentage of maximum oxygen uptake during high-intensity exercise; The regression equation between the percentage of maximum heart rate and the percentage of maximum oxygen uptake was Y=0.846X+0.121， Plt;0.05.

Conclusion： There is a linear relationship between the percentage of maximum heart rate and the percentage of maximum oxygen uptake during low and medium intensity exercise. The maximum oxygen uptake can be indirectly estimated through heart rate during low and medium intensity exercise.

Conclusion： There is a linear relationship between the percentage of maximum heart rate and the percentage of maximum oxygen uptake during low and medium intensity exercise. The maximum oxygen uptake can be indirectly estimated through heart rate during low and medium intensity exercise.

Key words： exercise intensity; Cardiopulmonary exercise test; Heart rate; Maximum oxygen uptake

人體對于身體運動會產生心率、攝氧量等生理生化方面的適應。若運動強度恒定，隨著時間推移，運動者的心率、攝氧量逐漸增加直至達到最大心率（HRmax）、最大攝氧量（VO2max）；而在不同的恒定強度下運動，運動者所能達到的最大心率與最大攝氧量也不同。在運動實踐過程中，運動強度往往因個人選擇不同而變化，而不同恒定運動強度下心率與最大攝氧量的變化關系鮮有研究，因此需要在不同恒定運動強度范圍內討論心率與最大攝氧量的變化[1]。

在評價有氧運動強度過程中，VO2max百分比和VO2儲備百分比是最重要的兩個指標。但是這兩個指標的確定都需要VO2max的測定，而VO2max的測定不僅需要專業的實驗設備以及研究人員，并且對于身體機能低下人群來說難以完成，存在風險。因此，尋找與最大攝氧量相關聯指標并建立兩者之間的關系具有重要的實踐價值。目前，有許多學者提出心率與最大攝氧量之間存在很高的相關性，使用運動狀態下心率可以相對準確地預測最大攝氧量[2，3]。在Swain[4]等人的研究中表示最大攝氧量百分比與最大心率百分比有很高的相關系數（R=0.99），呈線性相關。但是心率與最大攝氧量之間存在相關性的原因及其影響因素還有待探索。

因此，本研究決定從不同運動強度的角度，通過心肺運動試驗和運動測試的方法，收集青年男子不同運動強度、心率和最大攝氧量，嘗試探索不同運動強度下最大心率與最大攝氧量的變化關系。

1研究對象與方法

1.1研究對象

1.1.1納入標準

受試者為健康成年男性，年齡20-30歲；無心血管疾病史；無肢體畸形，無運動功能障礙，試驗當天無任何身體不適；知情同意，自愿參加本次試驗。

1.1.2一般資料

共招募10名健康成年男性作為受試者，平均年齡為25.40±3.17歲，平均身高為

176.60±7.41厘米，平均體重為78.50±10.81千克，平均BMI為25.81±3.33。

1.2研究方法

1.2.1實驗儀器

心肺運動試驗（Cardiopulmonary Exercise Testing，CPET）可以將人體從靜息狀態、熱身運動狀態、再逐漸遞增功率至最大極限運動狀態及隨后逐漸恢復靜息狀態全過程的呼吸、氣體交換指標進行連續動態監測，將人體功能一體化和整體調控的理念應用其中，是人體整體功能學檢測最重要的方法 [5]。本研究最大攝氧量的測試采用CareFusion心肺運動試驗系統；心率測試采用Polar H10心率帶。

1.2.2實驗流程

（1）最大攝氧量測試

最大攝氧量測試時間約為40分鐘。在最大攝氧量基線測定3天后，根據受試者測定的最大攝氧量，進行最大攝氧量強度標定，得到不同運動強度下的峰值攝氧量，并以此計算每個受試者不同運動強度下達到的最大攝氧量百分比，每個不同強度至少隔一天進行測試[6]。

最大攝氧量基線測定首先進行最大攝氧量測定。試驗所在環境符合以下要求：1、采光充分；2、通風充分；3、衛生清潔；4、室內溫度20-25℃；5、室內濕度40-60%。

進行心肺運動試驗，運動負荷從0watt開始，以30watt/分的方案遞增負荷。負荷遞增過程中需注意觀察心肺運動試驗終止指標是否出現，關注受試者RPE。在受試者機體達到最大攝氧量后停止測試，最大攝氧量的確定標準如下：1、心率達到年齡預測的±10次/分；2、RQ＞1.10；3、隨著負荷增加，VO2停止線性增加并達到一個平臺或緩慢下降；4、RPE≥18；5、受試者力竭且經鼓勵仍無法保持預定負荷[7]。以上標準滿足3個或3個以上即可判斷達到最大攝氧量。

最大攝氧量基線測定3天后再進行最大攝氧量強度標定。根據受試者達到VO2max的運動強度，確定各位受試者40%、60%、80%VO2max時的運動強度，分別對應低強度運動、中等強度運動和大強度運動[8]。之后根據此運動強度確定每位受試者不同運動強度下的自行車運動負荷，在接下來自行車運動中，運動負荷保持不變，直至受試者攝氧量不再增加并穩定在一個平臺，即達到峰值攝氧量。記錄此數值，峰值攝氧量與最大攝氧量的比值即為該強度下最大攝氧量百分比。熱身階段與恢復階段同上述最大攝氧量測試。每個不同強度測試會至少隔天進行，測試前一天保持正常的飲食和日常生活活動，以避免運動疲勞導致的誤差[9]。

（2）最大心率測試

最大心率測試與最大攝氧量測試同時同步測量。Polar H10心率帶放置在乳頭下1cm處，貼緊皮膚，但不要使受試者感到不適。

1.2.3數據處理

測試產生的數據使用Microsoft Excel 2019和 SPSS 26.0 統計分析軟件進行處理。所有測試數據均用平均值±標準差（± s）表示。使用一元線性回歸進行數據分析，P＜0.05表示結果具有顯著統計學意義。

2研究結果

2.1不同運動強度下最大心率的變化

三次運動測試所得到的最大心率百分比（%HRmax）分別為49%±3%、73%±3%、89±3%，結果見表格 1。

不同強度運動過程中峰值攝氧量與心肺運動試驗最大攝氧量比值，%Watts不同運動強度下運動負荷與心肺運動試驗最大負荷的比值。

不同強度運動中%Watts與%HRmax具有相關性，Pearson相關性分別為0.812、0.816、0.371，其中大強度運動與最大心率百分比無相關性。結果見表格 2。

2.2不同強度下最大攝氧量的變化

三次運動測試所得到的最大攝氧量（VO2max）百分比分別為43%±3%、72%±2%、87%±3%，結果見表格 1。

不同強度運動中%Watts與%VO2max具有相關性，Pearson相關性分別為0.671、0.869、0.916。結果見表格 3。

2.3不同強度下心率與最大攝氧量的變化關系

根據三次運動測試數據，不同強度運動中%HRmax與%VO2max具有相關性，Pearson相關性分別為0.841、0.919、0.551，結果見表格 4。

不同運動強度下的%Watts與%HRmax之間的回歸方程為Y=0.846X+12.1，P＜0.05。不同運動強度下%Watts與%HRmax散點圖見圖 1。

3分析與討論

本研究以10位受試者最大攝氧量基線測定以及最大攝氧量強度標定結果參考指標，使用不同運動強度下最大心率和最大攝氧量百分比代表心率與最大攝氧量的變化。如表格 4所示，在低、中等運動強度下最大心率百分比與最大攝氧量百分比的相關性具有統計學意義，而大強度運動過程中最大心率百分比與最大攝氧量百分比之間的相關性沒有統計學意義。并且由表格 1顯示，這10位受試者最大心率百分比隨著最大攝氧量增加而增加。

在低強度運動范圍內，李闖濤[10]利用多元線性回歸模型方法建立了使用心率、體重和瘦體重預測最大攝氧量，其表示方程在低負荷下預測精度具有一定局限性。如表格 4所示，本研究低強度運動過程中Pearson相關系數（0.841）與R2（0.707）均低于中等強度運動過程中Pearson相關系數（0.919）與R2（0.845）。其可能與心率與攝氧量均容易受到多因素影響有關。攝氧量會受到諸如心肺功能、血紅蛋白攜氧能力、組織的氣體交換能力及肌肉量等方面的影響；除此之外，由于本文研究對象為青年男性，青年時期機體機能指標不斷完善的特點也會對有氧能力造成一定程度的影響[11]；并且在試驗前期，由于“起跑點心率”[12]的一種條件反射，受試者在開始試驗前受心理、情緒等因素影響，心率開始增快，影響低強度運動過程中心率與最大攝氧量的相關性。

如表格 4所示，中等強度運動時最大心率百分比與最大攝氧量百分比高度相關，呈線性變化。近年來有許多學者關注中等運動強度范圍內最大攝氧量的預測，RPE聯合HR進行最大攝氧量的推測是比較受歡迎的方向。Danielle M Lambrick[13]等人研究中等強度運動中RPE與心率的變化，發現RPE輔助心率可以更加準確地推算機體最大攝氧量。但是由于RPE為運動者主觀感受，在運動實踐中會受到環境、運動者心理狀態等諸多因素影響，RPE聯合心率預測最大攝氧量存在一些局限性，因此對于中等強度運動過程中影響心率與攝氧量關系的因素需要進一步探索。

本研究中大強度運動時心率與最大攝氧量之間的線性變化關系相關性沒有統計學意義（P=0.10），而在秦捷[14]的研究中，使用心率等相關指標建立的預測方程具有高于ACSM攝氧量推算公式的精確度，表示在大強度運動中心率與最大攝氧量也具有一定的聯系。而本研究出現在大強度范圍內心率與最大攝氧量百分比的變化關系不具有統計學意義，其可能原因是在大強度運動過程中，機體內環境如pH值增高、代謝產物堆積等變化都有可能影響心率以及峰值攝氧量[15]。在接下來的研究中，應當建立更加精確且完善的疲勞評價指標，并且延長每次運動測試之間的時間間隔。

4結論

本研究從不同運動強度角度下探究心率與最大攝氧量的變化特征，得到中低運動強度下最大心率百分比、最大攝氧量百分比與運動強度呈線性相關、中低強度運動下最大心率百分比與最大攝氧量百分比呈線性相關的結論。最大攝氧量是反映運動強度最重要的指標，本研究得到它們之間存在高度線性關系的結論，希望能夠對運動實踐中最大攝氧量進行更加精確且簡便的評價，提高運動健身的有效性與科學性。

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作者簡介：陳博誠（2000～），男，在讀碩士研究生，研究方向：運動康復理論與實踐