孫忠偉，張 冰，馬永平

(1.新疆大學體育教學研究部，新疆烏魯木齊830046;2.清華大學體育與健康科學研究中心，北京100084)

心肺健康是體質(zhì)健康的重要組成部分，同中等到大強度的長時間運動能力密切相關(guān)。通常認為如果心肺功能過低則發(fā)生過早死亡的風險就越高，而心肺健康水平提高可以降低許多疾病的患病風險及死亡率。已有研究表明要想獲得高水平的心肺功能需要保持規(guī)律的身體活動習慣，形成這種習慣可獲得許多健康效益。目前關(guān)于心肺功能評價的最好指標為最大攝氧量，美國運動醫(yī)學會在運動測試與運動處方指南中認為最大攝氧量是心肺適能的測量指標，由最大新排出量(L/min)和最大靜脈氧差(ml O2/L)決定，其與心臟的功能密切相關(guān)。［1］也可以認為心肺耐力代表著人體心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)和吸收利用氧氣、進行新陳代謝并產(chǎn)生能量的能力。

關(guān)于最大攝氧量的測試方法也比較多，包括直接測試法及間接測試法。直接測試法是采用開放式肺活量測試儀，將測試者用鼻塞阻塞鼻孔，通過其口進行呼吸并測量呼出空氣O2和CO2及肺通氣量，并打印出詳細的測試結(jié)果。［2］直接測試法對儀器、場地、工作人員等要求較高，一般主要用于醫(yī)療或?qū)嶒炇已芯?。同時，可以采用次極量負荷的運動測試來進行最大攝氧量的間接測試，具體包括電動跑臺測試、機械負荷功率自行車測試、臺階測試和場地測試。

相比，室外場地測試比較經(jīng)濟、容易操作、儀器設(shè)備要求低，是一種可以對大規(guī)模人群進行普測的測量方法。所以研究擬對國外經(jīng)典室外場地的1英里跑相關(guān)的估測方程進行梳理，然后采用中國大學生樣本進行實驗室直接測試及室外測試，以期比較和驗證這些方程對于估測中國大學生最大攝氧量是否具有原方程的信效度。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

國外經(jīng)典1英里最大攝氧量的估測方程。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法

通過中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)、維普、Web of Science、EBSCO Sport及谷歌學術(shù)等數(shù)據(jù)庫及檢索引擎進行研究的文獻檢索，充分了解國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀，為研究奠定理論基礎(chǔ)。

1.2.2 實驗法

通過實驗室進行直接測試，采用德國的p/h/cosmos跑臺及美國的Max II運動心肺測試儀進行測試。選取清華大學40名本科學生(其中男女各20人)作為測試對象，并在一周內(nèi)利用Polar心率表、秒表對40名學生在標準400 m田徑場進行了1 600 m跑測試，并記錄完成時間及即刻心率等指標。

1.2.3 統(tǒng)計分析法

通過SPSS11.0、MedCalc11.4和Excell2003對相關(guān)回歸方程及實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 國外1英里跑的最大攝氧量估測方程篩選

通過文獻檢索分析發(fā)現(xiàn)，國外最大攝氧量的田徑場估測方程相對研究較多，如1英里走/跑、1.5英里跑、庫珀研究所的12分鐘跑，以及其他長距離跑的相關(guān)方程?？紤]到測試簡單、易操作，要求測試者容易參與，所以選擇距離最短的1英里跑的回歸方程，也就是1 600 m跑的回歸方程。通過進一步的文獻分析發(fā)現(xiàn)，目前引用比較多、準確度相對較高的1英里跑的方程主要有3個，具體如下:

1995年，美國喬治大學運動科學系的Cureton教授等［3］通過對753名8—25歲的人群進行研究，其中男性490人，女性263人，并進一步將樣本劃分兩個樣本，樣本A為495人，樣本B為258人，其中利用樣本A測試后構(gòu)建最大攝氧量回歸方程，具體指標包括性別、年齡、BMI、1英里跑步時間。具體方程如下:

其中Time(時間)為完成1英里跑得時間，BMI為身體體重指數(shù)［體重/身高2(kg/m2)］，Sex(性別)0為女，1為男。

該方程通過樣本構(gòu)建后的相關(guān)系數(shù)r為0.71，SEE為4.8ml/Kg/min，通過樣本②來對方程進一步的驗證，結(jié)果顯示其相關(guān)系數(shù)r為0.72，SEE為4.8ml/Kg/min，預測結(jié)果具有較好的效度，可以用來進行大學生人群以及成人的最大攝氧量估測。有學者進一步研究認為該方程相對其他方程具有較好的精確度。［4］

1993年，美國楊百瀚大學體育教育系的James等人［5］對149名18—29歲的大學生進行了最大攝氧量的研究，其中男性88人，女性61人，所有測試者均通過實驗室運動跑臺及運動心肺儀進行了最大攝氧量的測試，為了避免疲勞影響，在2周內(nèi)分別進行了1英里和1.5英里跑測試，其中106人測試了1英里慢跑，96人參加了1.5英里跑測試。因為1.5英里跑要求最大速度進行測試，與本研究要求不符。所以重點分析1英里(1 600 m)慢跑測試，跑前要求2～3 min的慢跑進行熱身，不要太劇烈。具體測試過程要求測試者選擇一個穩(wěn)定的、次大強度進行測試，并要保證測試完成時間女性≥9 min，男性≥8 min，并且測試完成后的最大心率要≤180次/min。該實驗106名測試者中有3人的數(shù)據(jù)超出了上述范圍。測試完成后將106樣本劃分為2個子樣本，子樣本A為54人(其中男31人、女23人)，子樣本B為52人(其中男32人、女20人)，利用子樣本A建立回歸方程，具體指標包括性別、年齡、體重、慢跑時間和跑后的即刻心率，并通過子樣本B進行驗證，然后同實驗室跑臺測試進行統(tǒng)計分析，具體方程如下:

其中Mass(體重)為千克(kg)，Time(慢跑時間)為分鐘(min)，Hr(心率)為次/min。

通過統(tǒng)計分析顯示，其相關(guān)系數(shù)r為0.87，SEE為3.0 ml/kg/min，具有較好的準確度，并認為該方程針對大學生進行測試，所以并沒有將年齡列入到方程中，如果針對其他人群可將年齡列入方程進行擴展。該方程最大的特點為次大強度的穩(wěn)定速度進行測試，實際測試時容易操作，測試者愿意嘗試，容易普及，估測結(jié)果準確性相對較好。

1987年，美國運動醫(yī)學會(ACSM)也提出了通過田徑場不同距離的跑步來估測最大攝氧量的方程［6］，具體見表 1:

表1 ACSM1.609 km跑估算最大攝氧量

2.2 國外1英里跑的最大攝氧量估測方程的的驗證分析

本次測試首先在實驗室采用德國h/p/cosmos跑臺、美國APE的MaxII運動心肺測試儀對40名學生的最大攝氧量進行了直接測試，用作對比分析標準。然后到田徑場進行1 600 m跑測試，要求保持自己最大速度的勻速來完成測試，測試結(jié)束后的即刻心率采用Polar表進行數(shù)據(jù)采集。測試結(jié)果見表2所示:

測試后將所有測試信息進行統(tǒng)計，并通過三個估測方程進行計算，如表3所示，Jog方程計算的最大攝氧量均值和實驗室直接測試的均值比較接近，為49.75和49.16，而BMI方程的均值相比實驗室測試也是差異不大，相比ACSM方程與實驗室測試的結(jié)果差異較大。

表3 實驗室測試和三個估測方程估測結(jié)果

表4 實驗室和三個估測方程的相關(guān)分析

通過SPSS11.0統(tǒng)計軟件對三個方程與實驗室直接測試結(jié)果進行線性相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，如表4，三個方程同實驗室直接測試均呈現(xiàn)出顯著的相關(guān)關(guān)系，P值均小于0.01，相比原方程的推導時的驗證的相關(guān)系數(shù)，Jog方程與BMI方程驗證r系數(shù)均與原研究的0.87和0.72類似，分別為0.859和0.738。而ACSM測試結(jié)果相對其方程相關(guān)系數(shù)r=0.95差異較大，驗證值為0.718。進一步分析ACSM可以發(fā)現(xiàn)，其方程要求測試1 600 m的最快速度，然后計算其平均速度帶入方程計算，而本實驗要求以本人最大的勻速度進行測試，估計是因為測試方式的差異導致相關(guān)系數(shù)較低。

雖然三個方程均與實驗室測試表現(xiàn)出非常顯著的相關(guān)性，但進一步通過獨立t檢驗發(fā)現(xiàn)，Jog方程和BMI方程同實驗室測試結(jié)果之間并沒有顯著性差異，而ACSM方程測試結(jié)果與實驗室測試結(jié)果呈現(xiàn)出顯著性的差異?？梢奐og方程和BMI方程作為估測最大攝氧量的方程，將其用在中國大學生進行估測，具有與原方程接近的效度。

2.3 國外1英里跑的最大攝氧量估測方程的一致性分析

為了進一步分析估測方程之間的差異，采用Medcalc11.4軟件對三個方程的估測結(jié)果進行Bland-Altman分析，通過圖1～3可見，其X軸為最大攝氧量范圍的均值，Y軸為估測方程與實驗室測試的差值，中間的實線用來表示估測方程與實驗室測試的均值的差值，而兩條虛線分別表示Mean±1.96SD，即估測方程和實驗室測試方法差值的95%置信區(qū)間。研究結(jié)果顯示，Jog方程、BMI方程、ACSM方程和實驗室測試法的差值在95%置信區(qū)間意外點數(shù)的比例均為7.5%，都顯示在可以接受的范圍之內(nèi)。此外，差值的實際均值與理論均值之間的距離表示估測偏倚程度，按照圖示順序依次為-12.5～14.1、-13.0～18.6、-7.4 ～24.1，總體上看，Jog方程、BMI方程與實驗室測試呈現(xiàn)出的一致性相對較好。一般認為預測方程的偏倚度、最大差值及95%置信區(qū)間外的散點越少越理想。綜合來看，Jog方程的預測效果在三個方程中是最理想的一個。

圖1 實驗室測試和Jog方程的Bland-Altman散點圖

圖2 實驗室測試和BMI方程的Bland-Altman散點圖

圖3 實驗室測試和ACSM方程的Bland-Altman散點圖

3 結(jié)論

通過實驗室測試驗證了國外的經(jīng)典室外估測回歸方程準確性，發(fā)現(xiàn)室外1 600 m跑測試法適合大樣本人群進行測試，都具備較好的相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)均在0.7以上，其中 Jog方程的準確度最高，r=0.859，P＞0.01，其差值的實際均值與理論均值之間的偏倚程度為-12.5～14.1，相比其他兩個方程準確度最高，可以應(yīng)用慢跑方程應(yīng)用到中國大學生最大攝氧量的估測。

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