周在平，任占兵

(廣州體育學院運動訓練系，廣東廣州 510500)

在體能的諸多要素中，最重要的要素之一便是最大攝氧量(˙VO2max)所代表的心肺功能。˙VO2max是反應人體有氧功能的重要指標，無論是在競技體育還是在全民健身領(lǐng)域，該指標被廣泛應用在評價人體的心肺系統(tǒng)以及代謝系統(tǒng)的功能［1-4］。但是，˙VO2max的直接測試需要具備一定的實驗設(shè)備，例如肺功能儀、跑臺等，尤其是肺功能儀，價格昂貴，數(shù)量有限，普通人群很難有機會去接觸;而且˙VO2max的直接測試程序復雜，測試強度較大，一般需要受試者運動達到力竭，在競技體育訓練中不能頻繁使用，有研究者提出了利用心率控制˙VO2max來提高訓練水平的方法［5］。當前，跑臺和心率測試系統(tǒng)已經(jīng)比較普遍，比如利用心率測試功能的運動手表就可以測試運動中的心率。那么，˙VO2max是否可以選擇通過在次最大強度下的跑步速度、心率和體重等指標來預測呢?喬治(George，1993)［6］通過對129名受試者(男性84人，女性45人)研究發(fā)現(xiàn)，通過次最大強度固定速度下跑步的速度、心率和體重可以預測˙VO2max(見公式1)。本研究將喬治提出的通過性別、跑步速度、心率和體重等指標預測˙VO2max的方法稱之為˙VO2max喬治預測法。喬治預測法具有重要的應用價值，即教練員如果想獲得關(guān)于有氧耐力的訓練效果，可以選擇讓運動員在次最大強度固定速度下跑步，測試運動員在該跑步速度下的心率就可以通過喬治預測法獲取˙VO2max。另外，普通人群也可以借助心率測試手表和普通跑臺來預測自己的健身效果。但是，利用喬治預測法評估˙VO2max的可靠性如何?迄今為止，尚未發(fā)現(xiàn)相關(guān)成果。研究發(fā)現(xiàn)［7-12］，跑步經(jīng)濟性(RE，Running Economy)是指在次最大強度固定速度下跑步，攝氧量達到穩(wěn)定狀態(tài)時每單位體重的攝氧量，RE主要用來評價運動員的有氧代謝能力，目前，在評價運動員訓練方法效果方面比較常見［13，14］。RE測量選擇的強度是次最大強度的固定速度，本研究主要利用RE測試過程中的跑步速度、運動心率(HR，Heart Rate)和受試者體重等指標通過喬治預測法來評估˙VO2max，然后，基于Bland-Altman分析方法比較喬治預測法與實驗室測試法的一致性，探索˙VO2max喬治預測法的可靠性。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象選擇8名受過良好中長跑訓練的運動系學生，受試者的基本情況:年齡(21.50±0.53)歲、身高(172.2±3.89)cm、體重(63.2±3.72)kg。為了保證RE測試結(jié)果不受訓練疲勞的影響，在正式測試前1天，所有受試者停止高強度訓練，但保持正常的飲食和一般日?；顒印y試前，詳細說明該實驗的目的、注意事項以及可能出現(xiàn)的問題，受試者填寫知情同意書，志愿按照實驗要求配合工作人員進行測試。

1.2 ˙VO2max和RE實驗室測試法

第一天測試身高、體重，緊接著在跑臺測試˙VO2max，具體方案為:第一分鐘坡度為1%，速度逐漸增加到8.0km·h-1，保持1分鐘;之后，保持坡度1%，以1km·h-1的速度遞增，直到速度增加到18km·h-1后，坡度每分鐘增加1%，速度均保持18km·h-1，視個人能力坡度逐級遞增，直至力竭。隔日在跑臺以次最大強度下測試跑步經(jīng)濟性(RE)以及用Polar表測試HR，強度控制在12km·h-1(7.46miles·h-1)，HR在180b·m-1以內(nèi)，在此強度下跑5min，最后2min的HR平均值作為研究指標。

1.3 ˙VO2max喬治預測法

喬治通過多元回歸計算，得出˙VO2max與運動員在次最大強度下的跑步速度(miles·h-1)、HR(b·m-1)和體重(kg)間關(guān)系的公式:

˙VO2max=54.07+7.062*性別(0=女;1=男)-0.1938*體重+4.47*速度-0.1453*心率 (公式1)

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

采用SPSS19.0對各項測量指標的平均數(shù)和標準差進行描述性統(tǒng)計，顯著性水平a=0.01，采用配對樣本t檢驗分析兩種方法獲得結(jié)果之間的差異。采用Bland-Altman圖形分析研究兩種方法“是否可以相互替代”。Bland-Altman分析方法最初是由Bland和Altman提出的［15］，因此稱之為Bland-Altman分析方法。它的主要思路是通過計算機計算出兩種不同測量的一致性界限，然后繪制出一致性界限圖形，利用圖形的方法反映出兩種測量結(jié)果的一致性界限。最后結(jié)合實際情況對測量方法的一致性做出判斷，探索˙VO2max喬治預測法的可靠性。

2 研究結(jié)果

2.1 V˙O2max喬治預測法和實驗室測試法的結(jié)果比較

在本研究實驗室測試法中˙VO2max的判定標準，用以下4種情況任何3種同時出現(xiàn)時來確定:①相連兩次間˙VO2的變化在5%以下或 mL·kg-1·min-1或2mL·kg-1·min-1以下;②呼吸交換率(RER)大于1.15;③心率(HR)大于180b·min-1;④Borg主觀體力感覺等級(Ratings of Perceived Exertion，RPE)(6～20)超過17級［16］。表1是采用實驗室測試法達到˙VO2max時對應指標。

通過喬治預測法得到8名受試者的˙VO2max值為(61.30±3.02)mL·kg-1·min-1，通過實驗室測試法獲得8名受試者的˙VO2max值為(59.38±6.05)mL·kg-1·min-1，從圖1可以發(fā)現(xiàn)，除受試者1和受試者2之外，其余6位受試者˙VO2max的預測值均比實驗測試值略高，但通過配對樣本t檢驗發(fā)現(xiàn)(圖2)，當顯著性水平a=0.01時，兩組數(shù)據(jù)之間的差異不具有顯著性(p=0.306(0.01)。

2.2 喬治預測法和實驗室測試法的一致性

圖3是Bland-Altman圖以圖形的方式反映采用喬治預測法和實驗室測試法獲得的˙VO2max一致性界限。橫坐標表示兩種方法測量˙VO2max的均值，縱坐標表示兩種方法獲得的˙VO2max差值，圖3中上下兩條水平虛線代表95%一致性界限的上下限，中間實線代表˙VO2max差值的均數(shù)。兩種方法的一致程度越高，代表˙VO2max差值均數(shù)的實線越接近差值均數(shù)0。本研究Bland-Altman圖形分析顯示兩種方法的絕對誤差為1.9mL·kg-1·min-1，一致性界限為 11.5 ～ -7.7 mL·kg-1·min-1，所有8個值均位于95%一致性界限以內(nèi)，˙VO2max喬治預測法和實驗室測試法的平均差異值分布顯示沒有系統(tǒng)性誤差，一致性較好。

2.3 心率隨攝氧量變化趨勢個案分析

本研究將跑步經(jīng)濟性(RE)測試過程中的HR數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù)應用在喬治預測法的公式(1)中，RE測試的強度為65%˙VO2max，對應速度為12km·h-1，該速度換算為英里值為7.46miles·h-1，該強度對于本研究受試者來講，屬于較低和中等的工作強度，Whipp等(1972)［17］發(fā)現(xiàn)，在較低和中等的工作強度下，在3分鐘之內(nèi)受試者的˙VO2即可達到“穩(wěn)定狀態(tài)”。圖3是受試者1在5min內(nèi)的˙VO2、HR變化趨勢圖，通過圖3我們可以發(fā)現(xiàn)，受試者1從2:00開始，˙VO2已經(jīng)開始出現(xiàn)一個“穩(wěn)定狀態(tài)”的平臺，這個穩(wěn)定平臺基本上一直持續(xù)到5:00，在這個過程中˙VO2整體上沒有繼續(xù)增加;而從大約2:30，HR也開始處于一個穩(wěn)定的平臺(圖3所示)，HR基本穩(wěn)定在155b·min-1左右，本研究將最后2min的HR平均值作為研究對象。

表1 達到˙VO2max時的HR、RER、˙VO2變化等指標

圖1 不同受試者˙VO2max預測法和測試法的結(jié)果比較

圖2 預測法和測試法配對樣本t檢驗

圖3 預測法和測試法測量均值系統(tǒng)性誤差

圖4 受試者HR隨攝氧量變化趨勢

3 分析與討論

由于V˙O2max與心臟功能直接相關(guān)，因此V˙O2max指標不僅在體育領(lǐng)域重要，而且在醫(yī)學臨床領(lǐng)域也具有重要意義。V˙O2max表達了個體的最大攝氧能力，可以反映出心臟的最大排血量，通過預測的方法獲取V˙O2max值的大小，對評估人體心血管系統(tǒng)功能具有現(xiàn)實意義。實驗室測試法判定運動員達到V˙O2max的標準一般要求出現(xiàn)一個V˙O2不再增加的平臺，如果沒有出現(xiàn)這個V˙O2平臺，可能歸因于運動員在V˙O2max的測試過程中并沒有盡力［18］;相反，也有研究者指出［19，20］，在實驗室測試法過程中，盡管受試者盡力參與測試還是很難真正達到攝氧量平臺;也有可能歸因于V˙O2max測試方法與判定標準不完善［21］。這些都有可能是本研究中采用喬治預測法比實驗室測試法獲得的V˙O2max略微大的原因(圖2)，即受試者已經(jīng)盡力，但可能還沒有真正達到攝氧量平臺?？傊?，由于“平臺現(xiàn)象”難以把握［16］，本研究實驗室測試法對V˙O2max的判定主要依據(jù)相連兩次間V˙O2的變化、HR、RER以及RPE等級。從表1結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，受試者1-8的RER均超過了1.15，HR均大于180b·min-1，相連兩次間吸氧量的變化均在2mL·kg-1·min-1以下，RPE等級均大于17(注:16-17級“累”;18級“很累”;19級“極累”;20級“精疲力竭”)，綜上所述，本研究實驗室測試法獲得的V˙O2max在實驗程序上達到要求。

本研究中采用Bland-Altman方法的基本思想是通過采用喬治預測法和實驗室測試法計算出V˙O2max結(jié)果的一致性界限，并用Bland-Altman圖形的方法直觀地反映這個一致性界限。采用喬治預測法和實驗室測試法計算V˙O2max時，本研究選擇同一批受試對象進行研究。研究發(fā)現(xiàn)，兩種方法獲得的V˙O2max結(jié)果并不是完全相同，采用喬治預測法獲得8名受試者的V˙O2max預測值比實驗測試值略高，進一步對兩種方法計算結(jié)果V˙O2max差值的均數(shù)進行估計，研究發(fā)現(xiàn)，V˙O2max差值的分布服從正態(tài)分布，所有的差值數(shù)據(jù)均位于d-1.96SD和d+1.96SD之間，這個區(qū)間被稱之為95%的一致性界限，由于兩種方法的V˙O2max差值均位于95%的一致性界限以內(nèi)(圖3)，因此，V˙O2max喬治預測法和實驗室測試法具有較好的一致性，這兩種方法可以互換使用。

本研究發(fā)現(xiàn)，在顯著性水平a=0.01的情況下，采用喬治預測法和實驗室測試法獲得的V˙O2max差異并不具有顯著性，而且兩種方法的V˙O2max差值均位于95%的一致性界限以內(nèi)，兩種方法可以互相使用。其原因之一應歸因于研究對象的同質(zhì)性。˙VO2max喬治預測法在建立回歸方程的過程中，選擇的受試者是同質(zhì)性較好且年齡在19-29歲之間的大學生，而本研究選擇的也是年齡在19-22歲之間的大學生且專項一致，研究發(fā)現(xiàn)，年齡與最大攝氧量之間呈現(xiàn)負相關(guān)［22-24］，因此，˙VO2max喬治預測法時要注意年齡的因素。原因之二應歸因于˙VO2max喬治預測法指標選擇的一致性。這種一致性即預測法中的˙VO2max和HR均可以反應出人體的有氧耐力狀況，例如，研究人員已經(jīng)將HR應用在耐力項目的訓練監(jiān)控過程［25，26］。雖然在公式(1)是多元回歸方程，公式中有諸多因素，例如性別、速度、心率以及體重等，其實，我們在應用˙VO2max喬治預測法的時候，性別、體重這兩個指標是已經(jīng)確定好的，基本不會發(fā)生較大的變化，速度是人為控制的，選定后也不會再變化，而HR是不確定的，這種不確定性正好對應了˙VO2max的不確定性，公式(1)實質(zhì)上是HR與˙VO2max之間的關(guān)系。本研究HR選擇的是RE測試過程中攝氧量達到穩(wěn)定狀態(tài)時的HR值(圖4)，因此，采用˙VO2max喬治預測法要基于以下假設(shè):首先，運動要達到穩(wěn)定狀態(tài);其次，HR和˙VO2之間存在一種線性關(guān)系;另外，受試者年齡相似，HRmax比較接近，運動效率一致等。

用較低強度的HR值可以預測˙VO2max，而且采用喬治預測法評估得到的˙VO2max與實驗室測試法得到˙VO2max差異在統(tǒng)計學上不顯著，也歸因于人體的內(nèi)穩(wěn)態(tài)機制。內(nèi)穩(wěn)態(tài)是由生物系統(tǒng)的各種調(diào)節(jié)機制調(diào)控而維持的一種動態(tài)平衡，是生物系統(tǒng)從進化適應中獲得的維持整個生物系統(tǒng)生存的基本條件［27］，研究發(fā)現(xiàn)［28］［29，30］，運動員在某一種跑步速度下經(jīng)濟的話，那么在其它跑速下也經(jīng)濟。因此，用一種強度下的指標去預測另外一種強度下的指標具有一定的合理性;另外，本研究圖4也啟發(fā)我們，當˙VO2達到一個穩(wěn)定平臺的時候，HR也幾乎同時達到一個穩(wěn)定平臺，說明，HR與˙VO2之間有著密切的關(guān)系，因此，用HR去預測˙VO2max也存在著合理性。

4 研究結(jié)論

本研究采用Bland-Altman方法通過比較˙VO2max喬治預測法與實驗室測試法，研究發(fā)現(xiàn)兩種方法獲得的˙VO2max一致性較好，并且采用兩種方法獲得的˙VO2max數(shù)據(jù)差異不具有顯著性，研究認為采用喬治預測法評估˙VO2max信度比較可靠，即當實驗室直接測試˙VO2max條件不具備的情況下，可以用喬治預測法來評估˙VO2max。但是，喬治預測法畢竟是通過回歸方程進行預測的結(jié)果，因此在實際操作應用的時候，還要結(jié)合研究對象的年齡(喬治預測法的適宜年齡為18～29歲)和性別差異等。

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