郭 輝，孫景權(quán)，張一民

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六分鐘上下樓梯試驗(yàn)與攝氧量的相關(guān)性研究

郭 輝1，孫景權(quán)2，張一民2

目的：對(duì)六分鐘上下樓梯試驗(yàn)(6-minutes stairs climbing and descending test，6MSCDT)的臺(tái)階數(shù)、峰值攝氧量(VO2peak)與Bruce方案測得的最大攝氧量(VO2max)進(jìn)行相關(guān)性分析，并建立推測最大攝氧量的回歸方程。探討6MSCDT能否準(zhǔn)確反映人體心肺耐力，為今后完善簡易心肺耐力測定方法提供一點(diǎn)新的思路。方法：隨機(jī)招募69名志愿者，進(jìn)行6MSCDT和最大攝氧量的測試，計(jì)算6MSCDT測試結(jié)果，然后比較其與逐級(jí)遞增負(fù)荷試驗(yàn)(Graded Exercise Testing，GXT)最大攝氧量的相關(guān)性并進(jìn)行逐步回歸分析。結(jié)果：6MSCDT的峰值攝氧量與GXT的最大攝氧量存在高度相關(guān)關(guān)系(r=0.911,P<0.01)；6MSCDT的臺(tái)階數(shù)與相對(duì)峰值攝氧量存在高度相關(guān)關(guān)系(r=0.751,P<0.01)；6MSCDT的臺(tái)階數(shù)與GXT中的最大攝氧量存在高度相關(guān)關(guān)系(r=0.556,P<0.01)。得到了以體重、臺(tái)階數(shù)和性別為自變量的推測最大攝氧量回歸方程(r=0.888，R2=0.789，調(diào)整R2=0.779，SEE=0.408L/min)。結(jié)論：6MSCDT可以用來推測最大攝氧量，并且可以成為一種評(píng)價(jià)心肺耐力的方法。

上下樓梯；逐級(jí)遞增負(fù)荷試驗(yàn)；心肺耐力；最大攝氧量；次極量運(yùn)動(dòng)；峰值攝氧量

要評(píng)價(jià)人的心肺耐力，需要在指定的時(shí)間或指定的距離內(nèi)進(jìn)行一段運(yùn)動(dòng)[1-6]，通過運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)來反應(yīng)人的心肺耐力[2, 4, 5, 7-9]。反應(yīng)心肺耐力的最常用指標(biāo)是最大攝氧量[1-6, 10-16]。推測最大攝氧量時(shí)經(jīng)常用到場地測試[2, 4, 5, 7-9, 13]，因?yàn)樗且环N比較簡便易行的方法，特別是在不具備專業(yè)儀器設(shè)備時(shí)，這種測試方法是大眾應(yīng)用中的首選方式。已有的測試方案[8-9]中，均需要一定的儀器設(shè)備才能完成。為了大眾健身的廣泛開展，有必要研制一種更為簡便易行的心肺耐力測評(píng)方法。上下樓梯是常見的身體活動(dòng)方式[17-21]。上下樓梯可以起到健身的作用，也可以開發(fā)成一種有效的檢測心肺耐力的方法[17]。六分鐘上下樓梯試驗(yàn)易用性好，操作簡便，費(fèi)用低，更接近日常活動(dòng)，并且可作為一種次極量的運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)。然而6MSCDT能否有效評(píng)價(jià)心肺耐力，需要探討6MSCDT與攝氧量之間的相關(guān)性，并建立推測最大攝氧量的回歸方程。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

本試驗(yàn)的受試者共69人，其中男性31名，女性38名，年齡24.4±2.4歲；身高168.4±7.3cm；體質(zhì)量61.1±11.0kg。通過健康測試和醫(yī)學(xué)問卷排除不能參加高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的受試者。測試期間受試者身體狀況良好，測試前均已了解六分鐘上下樓梯試驗(yàn)和逐級(jí)遞增負(fù)荷試驗(yàn)的測試方法[1]，并于測試之前簽署知情同意書。

1.2 測試方案

采用便攜式氣體代謝分析儀實(shí)時(shí)檢測氣體交換參數(shù)，按Bruce方案進(jìn)行逐級(jí)遞增負(fù)荷試驗(yàn)(Graded Exercise Testing，GXT)，檢測每位受試者的最大攝氧量，再進(jìn)行6MSCDT，測量每位受試者的上下臺(tái)階數(shù)和峰值攝氧量。

在測試過程中，首先對(duì)受試者進(jìn)行身高、體重等靜態(tài)指標(biāo)的測量。然后對(duì)符合條件的受試者按Bruce運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行逐級(jí)遞增負(fù)荷試驗(yàn)，用便攜式氣體代謝分析儀(CORTEX MetaMax 3B)實(shí)時(shí)檢測受試者運(yùn)動(dòng)過程中的攝氧量、相對(duì)攝氧量、心率、呼吸商等指標(biāo)。運(yùn)動(dòng)終止標(biāo)準(zhǔn)：出現(xiàn)呼吸困難、表情痛苦、紫紺、面色蒼白、身體搖晃等癥狀；受試者提出停止試驗(yàn)；達(dá)到攝氧量平臺(tái)；運(yùn)動(dòng)負(fù)荷增加時(shí)，心率達(dá)到平臺(tái)。達(dá)到以上任何一項(xiàng)終止標(biāo)準(zhǔn)即刻停止試驗(yàn)。最大攝氧量的判斷標(biāo)準(zhǔn)為以下四項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到三項(xiàng)[11, 15]：①運(yùn)動(dòng)負(fù)荷增加，攝氧量不變或下降；②心率≥180次/分；③呼吸商(RER)≥1.15；④受試者已發(fā)揮最大力量并無力保持規(guī)定的負(fù)荷。

受試者在完成最大攝氧量的測試一周后進(jìn)行6MSCDT。場地是符合國家建筑標(biāo)準(zhǔn)的一層樓梯(一層樓梯有兩段階梯，每段階梯11個(gè)臺(tái)階，每個(gè)臺(tái)階16cm)。在六分鐘時(shí)間內(nèi)，讓受試者用一步一個(gè)臺(tái)階的方式[17, 19-22]盡可能快的上下兩段階梯，記錄上下樓梯的往返數(shù)和最后一個(gè)往返完成的臺(tái)階數(shù),然后計(jì)算完成的總臺(tái)階數(shù)(計(jì)算總臺(tái)階數(shù)舉例，如一位受試者在6分鐘時(shí)間內(nèi)完成了18個(gè)往返，又完成11個(gè)臺(tái)階。每層樓梯是22個(gè)臺(tái)階，一個(gè)往返就是44個(gè)臺(tái)階，總臺(tái)階數(shù)=44*18+11=803)。在進(jìn)行測試前給受試者佩戴上心率表和便攜式氣體代謝分析儀，并說明測試的過程和注意事項(xiàng)。試驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)采集呼吸氣體參數(shù)和心率。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包對(duì)兩種試驗(yàn)的測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。試驗(yàn)結(jié)果采用“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。將6MSCDT中的峰值攝氧量、臺(tái)階數(shù)等指標(biāo)和GXT中的最大攝氧量進(jìn)行相關(guān)性分析和多元逐步回歸分析。顯著性檢驗(yàn)水平以P<0.05表示差異具有顯著性，P<0.01表示具有非常顯著性差異。

2 研究結(jié)果

2.1 樣本描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

受試者各指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)見表1，其中年齡的范圍為20-29歲，六分鐘上下樓梯試驗(yàn)中的峰值攝氧量、相對(duì)峰值攝氧量、最大攝氧量時(shí)心率、呼吸商、主觀疲勞感覺等級(jí)(RPE)和臺(tái)階數(shù)用平均值進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)。GXT中男性最大攝氧量和相對(duì)最大攝氧量的平均值高于女性。六分鐘上下樓梯試驗(yàn)中男性的峰值攝氧量、相對(duì)峰值攝氧量、峰值攝氧量時(shí)心率、臺(tái)階數(shù)平均值高于女性，而男女的呼吸商和主觀疲勞感覺等級(jí)基本相同。逐級(jí)遞增負(fù)荷試驗(yàn)中的最大攝氧量為2.757±0.869L/min，六分鐘上下樓梯試驗(yàn)中的峰值攝氧量為2.538±0.745L/min。6MSCDT的峰值攝氧量明顯小于最大攝氧量，為最大攝氧量92%。六分鐘上下樓梯試驗(yàn)中的最大心率為173±12b/min。六分鐘上下樓梯試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的主觀疲勞感覺等級(jí)(RPE=15±2)。

表1 受試者各指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)Table 1 Descriptive statistics of subjects’indexes

2.2 建立回歸方程

通過表2，可以定量地觀察各指標(biāo)與攝氧量之間的相關(guān)性，六分鐘上下樓梯臺(tái)階數(shù)與峰值攝氧量具有顯著相關(guān)性(r=0.635,P<0.01)；六分鐘上下樓梯臺(tái)階數(shù)與相對(duì)峰值攝氧量具有顯著相關(guān)性(r=0.751,P<0.01)；六分鐘上下樓梯臺(tái)階數(shù)與GXT中的最大攝氧量具有顯著相關(guān)性(r=0.556,P<0.01)；六分鐘上下樓梯臺(tái)階數(shù)與GXT中相對(duì)最大攝氧量具有顯著相關(guān)性(r=0.609,P<0.01)。6分鐘上下樓梯過程的峰值攝氧量與GXT的最大攝氧量具有顯著相關(guān)性(r=0.911,P<0.01)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在兩種測試方案下獲得的攝氧量存在高度相關(guān)關(guān)系。

表2 6MSCDT各指標(biāo)與GXT最大攝氧量相關(guān)性Table 2 Correlation of the 6MSCDT indexes with maximal oxygen uptake

圖1 6MSCDT峰值攝氧量與GXT最大攝氧量散點(diǎn)圖Graph 1 Scatter diagram of the 6MSCDT VO2max and the GXTVO2max

6分鐘上下樓梯試驗(yàn)峰值攝氧量與GXT的最大攝氧量相關(guān)關(guān)系如圖1所示，兩種測試方法得到的攝氧量高度相關(guān)。

根據(jù)表2中所描述的相關(guān)系數(shù)及其顯著性水平可以看出，臺(tái)階數(shù)與最大攝氧量的相關(guān)性較高。由表3可知，采用逐步法進(jìn)行多元線性回歸，以絕對(duì)最大攝氧量為因變量，把體重、上下臺(tái)階數(shù)、性別依次加入模型中從而共形成了三個(gè)模型。由表3和表4可得到以絕對(duì)最大攝氧量為因變量，以體重、上下臺(tái)階數(shù)和性別為自變量最優(yōu)的回歸模型?；貧w方程如下：

VO2max(L/min)= -1.092+0.002×臺(tái)階數(shù)+0.667×性別+0.036×體重(kg)

r=0.888，R2=0.789，調(diào)整R2=0.779，SEE=0.408(L/min)，性別：女=0，男=1。

因此，在應(yīng)用六分鐘上下樓梯試驗(yàn)推測20-29歲人群最大攝氧量時(shí)，建議使用此方程進(jìn)行計(jì)算。

表3 6MSCDT推測最大攝氧量逐步回歸分析Table 3 Stepwise regression analysis of the speculated 6MSCDTVO2max

表4 6MSCDT推測最大攝氧量回歸模型擬合情況Table 4 Fitting of the speculated the 6MSCDTVO2max

3 分析與討論

本研究以20-29歲的青年人群為被試，探討了六分鐘上下樓梯試驗(yàn)與GXT中最大攝氧量的相關(guān)性。結(jié)果顯示，運(yùn)動(dòng)過程中兩試驗(yàn)的攝氧量相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.911(P<0.01)，可以用上下樓梯試驗(yàn)來評(píng)價(jià)心肺耐力。

本研究與六分鐘步行試驗(yàn)比較發(fā)現(xiàn)，6MSCDT的臺(tái)階數(shù)與GXT最大攝氧量的相關(guān)性高于6分鐘步行試驗(yàn)距離與最大攝氧量的相關(guān)性[4, 13]。馬明等[13]對(duì)25名大學(xué)生的研究得出，六分鐘步行距離和最大攝氧量無明顯相關(guān)，但得到了六分鐘做功和最大攝氧量明顯相關(guān)。這可能跟研究對(duì)象的年齡有關(guān)，對(duì)20多歲的大學(xué)生而言，步行的強(qiáng)度太低，反應(yīng)不出心肺耐力水平。如果運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度太低，就很難區(qū)別個(gè)體之間心肺耐力的差異，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)強(qiáng)度太低不能充分動(dòng)員心血管系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)功能。而6MSCDT要克服自身的重力，與六分鐘步行試驗(yàn)相比大大的增加了運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，可以更好的反映心肺耐力。

6MSCDT的臺(tái)階數(shù)與最大攝氧量的相關(guān)性高于臺(tái)階試驗(yàn)指數(shù)與最大攝氧量的相關(guān)性[16]。分析原因可能是因?yàn)榕_(tái)階指數(shù)反應(yīng)心肺耐力的有效性較低。臺(tái)階試驗(yàn)起源于美國，是一項(xiàng)國內(nèi)、外廣為使用的心肺耐力試驗(yàn)[23]。臺(tái)階試驗(yàn)指數(shù)的影響因素較多，如上下臺(tái)階的節(jié)奏、下肢的長度、測試環(huán)境的溫度，受試者的心情等。臺(tái)階試驗(yàn)的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度屬于外控運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，而本試驗(yàn)的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度屬于自控運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。在自己能力范圍內(nèi)可以發(fā)揮出更高的水平。樓梯臺(tái)階的高度(16cm)明顯小于臺(tái)階試驗(yàn)臺(tái)階的高度(男40cm，女35cm)，減小了下肢長度對(duì)試驗(yàn)的影響。臺(tái)階試驗(yàn)指數(shù)只依據(jù)恢復(fù)期心率變化計(jì)算而來[23]，而心率受多種因素的影響。本試驗(yàn)的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)臺(tái)階數(shù)受外界的干擾較小。

本研究對(duì)總樣本進(jìn)行逐步回歸分析，建立了推測最大攝氧量的回歸方程。最終只有性別、體重和臺(tái)階數(shù)進(jìn)入回歸方程。雖然身高和BMI與最大攝氧量之間具有一定的相關(guān)性，但與體重存在多重共線性問題，在預(yù)先的逐步回歸過程中被剔除。從方程的復(fù)相關(guān)系數(shù)R、決定系數(shù)R2、調(diào)整R2和標(biāo)準(zhǔn)誤(SEE)可以看出，模型的擬合效果較好。

在場地測試方案中，推測最大攝氧量的回歸方程的復(fù)相關(guān)系數(shù)R在0.72-0.92之間的高相關(guān)，也有在0.47-0.64之間的低相關(guān)[24-25]。而本實(shí)驗(yàn)的回歸方程的R值為0.888；從SEE來看，本實(shí)驗(yàn)為0.408L/min，預(yù)測準(zhǔn)確性稍差一些但尚可接受?？傮w來看，本實(shí)驗(yàn)中所得到的回歸方程與國內(nèi)、外類似實(shí)驗(yàn)相比還是具有一定的推測精度的。也希望今后的相關(guān)研究能對(duì)方程的推測精度做進(jìn)一步的驗(yàn)證。

本研究與臺(tái)階試驗(yàn)有相似之處，但也有區(qū)別。相似之處是都以上下臺(tái)階的方式評(píng)價(jià)人的心肺耐力。不同之處：(1)6MSCDT上下多個(gè)臺(tái)階，而臺(tái)階試驗(yàn)只是一個(gè)臺(tái)階反復(fù)上下。本試驗(yàn)先上22個(gè)臺(tái)階，后下22個(gè)臺(tái)階，這樣為一個(gè)往返。本試驗(yàn)要求在能力范圍內(nèi)盡可能快，這就類似于高強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)[26]；(2)臺(tái)階的高度不同，6MSCDT的臺(tái)階高度是16cm，而臺(tái)階試驗(yàn)臺(tái)階高度是男40cm，女35cm。上下樓梯的方式與臺(tái)階試驗(yàn)相比更安全、更為大眾所接受；(3)6MSCDT的時(shí)間是6分鐘，而臺(tái)階試驗(yàn)是3分鐘。6分鐘的運(yùn)動(dòng)與3分鐘相比能更好的反應(yīng)人的心肺耐力；(4)6MSCDT屬于自控運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，而臺(tái)階試驗(yàn)屬于外控運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度；(5)評(píng)價(jià)指標(biāo)不同，6MSCDT用臺(tái)階數(shù)來評(píng)價(jià)，而臺(tái)階試驗(yàn)用臺(tái)階實(shí)驗(yàn)指數(shù)(依據(jù)恢復(fù)期心率變化)來評(píng)價(jià)。

研究顯示，6MSCDT結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)得到的最大攝氧量相關(guān)性較高，說明此試驗(yàn)可以成為推測最大攝氧量的一種較好的方法，與實(shí)驗(yàn)室測試法相比其優(yōu)點(diǎn)是易用性好、不需要特殊設(shè)備，與其它的場地測試法相比其優(yōu)點(diǎn)是成本更低更易開展。在運(yùn)動(dòng)時(shí)間的選擇上參考相關(guān)研究文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)[1, 5, 8, 13]，反映心肺耐力的試驗(yàn)時(shí)間一般在6-12分鐘之間，如6分鐘步行試驗(yàn)、12分鐘跑等。由于上下樓梯需要克服自身體重，若時(shí)間過長受試者的耐受力將受到很大的挑戰(zhàn)，所以本試驗(yàn)時(shí)間的選擇采用6分鐘。采用一步一階的方式上下樓梯具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先是運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度得到控制，一步一階的上下樓梯相比一步兩個(gè)臺(tái)階的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度大大降低。這與6分鐘步行試驗(yàn)(只能走而不能跑)相似；從安全的角度考慮，一步一階是大眾最易接受的，而又比較舒服的方式。研究顯示，一步一階是普遍采用的最為大眾所熟悉的方式，這種方式安全性較高；從運(yùn)動(dòng)方案標(biāo)準(zhǔn)化的角度考慮，一步一階與一步兩階或一步多階相比能量消耗不同[18, 19, 21, 22]，如果運(yùn)動(dòng)方式不統(tǒng)一則不利于試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化。所以要求受試者都采用一步一階的方式上下樓梯。從表1可以看出，運(yùn)動(dòng)中的心率和主觀疲勞感覺等級(jí)(RPE)均處于次極量強(qiáng)度范圍。因此，六分鐘上下樓梯試驗(yàn)是一種次極量強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)。

4 結(jié)論

本研究通過比較六分鐘上下樓梯試驗(yàn)各參數(shù)和逐級(jí)遞增負(fù)荷試驗(yàn)得到的最大攝氧量之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)六分鐘上下樓梯試驗(yàn)測得的攝氧量與逐級(jí)遞增負(fù)荷試驗(yàn)測得的最大攝氧量存在顯著相關(guān)關(guān)系。六分鐘上下樓梯試驗(yàn)的臺(tái)階數(shù)與最大攝氧量之間也存在顯著相關(guān)關(guān)系，說明六分鐘上下樓梯試驗(yàn)可以用來推測最大攝氧量，并且可以成為一種評(píng)價(jià)心肺耐力的方法。

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(編輯 孫君志)

Correlation of 6-minute Stairs Climbing and Descending Test with Oxygen Uptake

GUO Hui1, SUN Jingquan2, ZHANG Yimin2

Objective: to analyze the correlation of the number of steps, peak oxygen uptake (VO2peak) in 6-minute stairs climbing and descending test (6MSCDT) with the maximal oxygen uptake (VO2max) in Bruce plan and to establish the regression equation for the VO2max speculation. To explore whether 6MSCDT can accurately reflect the human heart and lung endurance so as to provide new ideas for the perfection of the simplified heart and lung endurance test method. Methods: randomly recruited 69 volunteers to receive the 6MSCDT and VO2max test, calculated the 6MSCDT results, and then compared their correlation with the VO2max in the Graded Exercise Testing (GXT) and made a stepwise regression analysis. Results: The 6MSCDT peak oxygen uptake (VO2peak)and the GXT VO2max is highly correlated (r=0.911,P<0.01); the number of steps in the 6MSCDT is highly correlated with the relative VO2peak (r=0.751,P<0.01); the number of steps in the 6MSCDT and the GXT VO2max is highly correlated (r=0.556,P<0.01). The regression equation for VO2maxspeculation, which uses weight, number of steps and gender as the variables (R=0.888,R2=0.789, Modified R2=0.779,SEE=0.408L/min), was established. Conclusion: 6MSCDT can be used to speculate the VO2max, and can be used as a method of evaluating cardiovascular endurance.

StairsClimbingandDescending;GXT;CardiopulmonaryFitness;VO2max;SubmaximalExercise;VO2peak

G804.7 Document code：A Article ID：1001-9154(2016)03-0014-05

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“大眾體質(zhì)健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的研制與特定人群健身方法的開法”(2012BAK21B01)。

郭輝，講師，博士研究生，研究方向：運(yùn)動(dòng)與體質(zhì)健康促進(jìn)，E-mail:guoh739@163.com。通訊作者：張一民。

1.沈陽工業(yè)大學(xué),遼寧 沈陽 110870; 2.北京體育大學(xué)，北京 100084 1. Shenyang University of Technology，Shenyang Liaoning 110870；2.Beijing Sport University，Beijing 100084

2015-10-15

2016-02-11

G804.7

A

1001-9154(2016)03-0014-05