賀曉玉 溫英英

廣東省體育科學(xué)研究所（廣州510663）

心肺適能（cardiorespiratory fitness，CRF）被認(rèn)為是全因死亡率和心血管疾病死亡率的最佳個人預(yù)測指標(biāo)之一[1]。目前，最廣泛認(rèn)可的CRF測量方法是評估有氧能力[2]。最大攝氧量（maximal oxygen uptake，VO2max）是評價心肺功能和有氧能力的金指標(biāo)[3]，也是影響耐力運(yùn)動表現(xiàn)的重要因素[4]，常用于評價訓(xùn)練計劃的有效性，評估運(yùn)動員體能或耐力表現(xiàn)改善的效果。如何準(zhǔn)確地測量VO2max尤為重要。遞增負(fù)荷運(yùn)動測試（grad?ed exercise test，GXT）是最常用于測定VO2max的方法。VO2平臺是判定VO2max的金標(biāo)準(zhǔn)，然而，文獻(xiàn)[5]報道VO2平臺的標(biāo)準(zhǔn)不一，其發(fā)生率極不一致。另有學(xué)者[6]對VO2平臺出現(xiàn)的必要性提出質(zhì)疑。若GXT 未出現(xiàn)VO2平臺，需要使用次級指標(biāo)判定受試者是否力竭，以確定VO2max。次級指標(biāo)如最大呼吸商（maximal respiratory exchange ratio，RERmax）、最大心率（maximal heart rate，HRmax）、最大血乳酸（maximal blood lactate concentra?tion，BLAmax）和主觀體力感覺等級（rate of perceived exertion，RPE）在受試者間存在較大的個體差異性，受試者可能在力竭之前達(dá)到一個或數(shù)個次級指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，造成VO2max的低估，因此受到研究人員質(zhì)疑。

基于上述判定方法的缺陷，有學(xué)者提出運(yùn)用verifi?cation phase來判定VO2max，并在運(yùn)動生理學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行了研究，初步證實(shí)verification phase 可以作為判定VO2max的新方法[7-9]。目前國內(nèi)關(guān)于這方面的研究鮮有報道，國外學(xué)者研究verification phase 的相關(guān)結(jié)論是否適用于國內(nèi)人群尚不得而知。

本研究運(yùn)用verification phase 對13 名男大學(xué)生的VO2max進(jìn)行判定，為verification phase的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 對象與方法

1.1 研究對象

招募13 名廣東體育職業(yè)技術(shù)學(xué)院的男大學(xué)生作為受試者，要求身體健康，無心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、代謝性疾病等。至少每周3 次、每次30min、中等強(qiáng)度及以上體力活動。受試者基本情況見表1。受試者了解測試內(nèi)容并明確其中風(fēng)險與義務(wù)后，自愿參與本實(shí)驗并簽訂知情同意書。

表1 受試者基本情況（n=13）

1.2 實(shí)驗器材

無線遙測運(yùn)動心肺測試儀（Cosmed k5，Italy）、運(yùn)動跑臺（H/p/comos，German）、乳酸分析儀（EKF Bio?sen C line，German）、人體成分分析儀（InBody770，Ko?rea）、心率帶（Garmin，USA）等。

1.3 觀察指標(biāo)

最大攝氧量（VO2max）、相對最大攝氧量（VO2max/kg）、最大心率（HRmax）、最大呼吸商（RERmax）、最大血乳酸（BLAmax）、Borg 疲勞指數(shù)（RPE）、最大通氣量（VEmax）及運(yùn)動時間（Time）等。

1.4 實(shí)驗方法

1.4.1 測試方案和環(huán)境

受試者需要來實(shí)驗室2次，第1次完成基本數(shù)據(jù)采集以及熟悉跑臺、心肺儀和測試程序等。第2 次正式測試，需連續(xù)4天內(nèi)完成，測試時間為上午9:30～11:30、下午14:30～17:00。受試者到達(dá)實(shí)驗室后，拉伸和準(zhǔn)備活動5 min，然后佩戴Garmin 心率帶，穿戴Cosmed k5主機(jī)及采樣裝置，達(dá)到測試要求后開始測試。

受試者先進(jìn)行GXT，休息20 min，再進(jìn)行verifica?tion phase。告知受試者測試前24 h 禁止大強(qiáng)度運(yùn)動和熬夜，禁止吸煙和攝入酒精性飲品，6 h 內(nèi)不要攝入咖啡因，測試前2 h完成進(jìn)食。

所有測試在廣東省體育科學(xué)研究所生理實(shí)驗室完成，測試時環(huán)境溫度控制在22℃～26℃，相對濕度控制在50%～60%。

1.4.2 兩次力竭運(yùn)動測試

GXT：設(shè)定跑臺初始速度為8 km/h、初始坡度為0.5%，速度每級遞增0.6 km/h，坡度每級遞增0.5%，每級維持1 min，達(dá)到14.6 km/h時只遞增坡度，至受試者力竭。

Verification phase：GXT結(jié)束后，休息20 min，保持完成GXT 的最大坡度不變；以50%完成GXT 的最大速度維持2 min，以70%完成GXT 的最大速度維持1 min，以完成GXT 的最大速度+0.6 km/h 的速度至受試者力竭[7，10]。

1.4.3 測試指標(biāo)采集

測試前將Cosmed k5 開機(jī)預(yù)熱30 min，按照儀器使用說明進(jìn)行流量定標(biāo)、CO2歸零、標(biāo)準(zhǔn)氣體定標(biāo)以及呼吸延遲時間校準(zhǔn)等調(diào)試。采用每口氣法（breath by breath）對整個測試過程進(jìn)行呼吸氣體分析，實(shí)時監(jiān)測VO2、RER、VE、HR 等指標(biāo)。記錄每級末、運(yùn)動結(jié)束即刻RPE值。受試者力竭、經(jīng)鼓勵無法繼續(xù)運(yùn)動時，操作Omnia 系統(tǒng)終止測試。在測試結(jié)束1 min 內(nèi)進(jìn)行血乳酸測試，拭去手指第1 滴血后再采集測定，測試前對EKF Biosen C line乳酸分析儀進(jìn)行預(yù)熱和校準(zhǔn)。

1.4.4 VO2max判定指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)

VO2max現(xiàn)行判定指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)[5]：①出現(xiàn)VO2平臺，VO2值相差≤2.1 ml·kg-1·min-1；②HRmax≥（220－年齡）bpm；③RERmax≥1.10；④BLAmax≥8 mmol·L-1；⑤RPE≥18。

Verification phase 判定VO2max 的標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)文獻(xiàn)[8]，并參考廠商報告Cosmed K5的測量誤差，將verifica?tion phase測試的最大攝氧量（VO2verif）與GXT測試的最大攝氧量（VO2GXT）差異，即△VO2（100%）在±3.0%范圍內(nèi)（△VO2<±3.0%）作為判定標(biāo)準(zhǔn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

1.5.1 最大值取值

參考文獻(xiàn)[9，11]，采用15s 間隔平均法對GXT 的VO2原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將兩個連續(xù)最高VO2值的平均值作為最大攝氧量的取值；同法處理其他呼吸氣體代謝指標(biāo)。采用5 s 間隔平均法對GXT 的HR 原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將最高值作為最大心率的取值。同樣方法處理verification phase的原始數(shù)據(jù)，得出各指標(biāo)的最大值。

1.5.2 統(tǒng)計學(xué)分析

數(shù)據(jù)表示為均值±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s），采用GraphPad Prism 8、SPSS 22.0 進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，統(tǒng)計方法采用配對t檢驗，P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 GXT與verification phase力竭狀態(tài)下觀察指標(biāo)比較

由表2可知，在GXT和verification phase 兩次力竭測試中，VO2max的絕對值和相對值均無顯著性差異（P>0.05），HRmax、RERmax、BLAmax、RPE、VEmax均無顯著性差異（P>0.05）。GXT 的力竭時間顯著長于verification phase（P<0.05）。

表2 GXT和verification phase力竭狀態(tài)下觀察指標(biāo)比較（n=13）

2.2 現(xiàn)行判定指標(biāo)與verification phase達(dá)標(biāo)結(jié)果分析

在GXT中，13名受試者均出現(xiàn)VO2平臺（發(fā)生率為100%）。9 名（69.2%）受試者達(dá)到HRmax 判定標(biāo)準(zhǔn)，8名（61.5%）受試者的RERmax大于1.10，12 名（92.3%）受試者的BLAmax超過8 mmol·L-1，另1名受試者的BLAmax為6.39 mmol·L-1。7 名（53.8%）受試者的RPE≥18，其余6名受試者的RPE為15～17。11名（84.6%）受試者達(dá)到△VO2<±3.0%的判定標(biāo)準(zhǔn)，另2 名受試者的△VO2分別為3.1%和3.4%。具體判定情況見表3。

表3 現(xiàn)行指標(biāo)與verification phase判定受試者VO2max情況

2.3 Verification phase判定VO2max

所有13 名受試者均完成GXT 和verification phase共兩次力竭測試，典型受試者在GXT、verification phase中的VO2反應(yīng)如圖1所示。其中11名受試者兩次力竭測試的△VO2在±3.0%內(nèi)，符合verification phase 判定VO2max的標(biāo)準(zhǔn)，即11名（84.6%）受試者通過GXT測定出真實(shí)的VO2max。另外2名受試者兩次力竭測試的△VO2分別為3.1%和3.4%。13 名受試者兩次力竭測試VO2max 的個體值和均值如圖2 所示。據(jù)此初步判定，達(dá)標(biāo)的11 名受試者的VO2max可取值為GXT、verifica?tion phase 兩次測試VO2max 的均值或任一測試的VO2max值，即1/2（VO2verif＋VO2GXT）或VO2verif或VO2GXT；另2 名受試者的VO2max 可取值為verification phase 測 試的VO2max值或GXT、verification phase 兩次測試VO2max的均值，即VO2verif或1/2（VO2verif＋VO2GXT）。

圖1 典型受試者在GXT和verification phase中的VO2反應(yīng)

圖2 13名受試者經(jīng)GXT、verification phase測定的VO2max

3 討論

3.1 VO2max現(xiàn)行判定指標(biāo)的缺陷

VO2平臺是判定VO2max的金標(biāo)準(zhǔn)，但文獻(xiàn)[5]報道VO2平臺的標(biāo)準(zhǔn)不一，VO2平臺的出現(xiàn)率也極不一致。研究[3，12-14]表明，除VO2平臺標(biāo)準(zhǔn)外，受試者年齡與運(yùn)動方式、VO2數(shù)據(jù)處理方法、受試者體能，以及GXT 負(fù)荷方案等因素均會影響VO2平臺的出現(xiàn)率。Mier 等[15]報道35名大學(xué)生運(yùn)動員完成跑臺GXT，僅有5人出現(xiàn)VO2平臺。本研究采用VO2值相差≤2.1 ml·kg-1·min-1作為判斷VO2平臺的標(biāo)準(zhǔn)，證實(shí)13名受試者均出現(xiàn)VO2平臺，與Mier等報道的VO2平臺出現(xiàn)率相差較大?？赡芘c選擇不同的VO2平臺標(biāo)準(zhǔn)、VO2數(shù)據(jù)處理方法等有關(guān)。有研究者[6]對VO2平臺出現(xiàn)的必要性提出質(zhì)疑。當(dāng)GXT未出現(xiàn)VO2平臺時，需要使用次級指標(biāo)判斷受試者是否力竭，以判定VO2max。目前，次級指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，且在受試者間存在較大的個體差異性。Poole等[16]發(fā)現(xiàn)7名受試者的RERmax為1.24，VO2max為4.03 L·min-1。若以RERmax≥1.10 作為標(biāo)準(zhǔn)，則VO2為2.97 L·min-1；以RERmax≥1.15 為標(biāo)準(zhǔn)，則VO2為3.41 L·min-1，均明顯低于受試者的真實(shí)VO2max。研究還發(fā)現(xiàn)有1 名受試者未達(dá)到任何次級指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)卻出現(xiàn)VO2平臺。Midgley 等[7]報道有4名受試者的RERmax≥1.10，12 名受試者的HRmax≥90%（220-年齡），均只達(dá)到90%VO2max；有4名受試者RERmax≥1.15，8 名受試者HRmax≥95%（220-年齡），卻只達(dá)到95%VO2max。Magnan 等[17]報道，93.7%的受試者達(dá)到RPE≥18，卻僅有59%的受試者出現(xiàn)VO2平臺。這些研究表明，可能有受試者已達(dá)到次級指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)卻未力竭，導(dǎo)致受試者VO2max被低估。而另有受試者已經(jīng)力竭卻未達(dá)到次級指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，而且次級指標(biāo)無法區(qū)分受試者是否出現(xiàn)VO2平臺。本研究中13名受試者均出現(xiàn)VO2平臺，卻只有9 人達(dá)到HRmax標(biāo)準(zhǔn)，8 人達(dá)到RERmax標(biāo)準(zhǔn)，12人達(dá)到BLAmax標(biāo)準(zhǔn)，7人達(dá)到RPE標(biāo)準(zhǔn)，這也反映出有受試者達(dá)到力竭卻不滿足次級指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，以及次級指標(biāo)不能辨別受試者是否出現(xiàn)VO2平臺。一項針對運(yùn)動生理學(xué)領(lǐng)域的問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，52%的受訪者依據(jù)“自身想法、慣例”等主觀概念進(jìn)行VO2max評估和數(shù)據(jù)處理，認(rèn)為次級指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的選擇依據(jù)缺乏客觀性[12]。

3.2 Verification phase判定VO2max的標(biāo)準(zhǔn)

由于VO2平臺與次級指標(biāo)存在上述缺陷，導(dǎo)致研究人員對現(xiàn)行判定指標(biāo)的有效性產(chǎn)生質(zhì)疑。研究人員從規(guī)避上述缺陷的角度考慮，提出并證實(shí)verification phase可以作為判定VO2max的新方法[7-9]。目前，verifica?tion phase 判定VO2max的標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，大部分文獻(xiàn)通過對GXT、verification phase 兩次測試的VO2max 進(jìn)行整體統(tǒng)計分析，若兩者無顯著性差異（P＞0.05），則判定所有受試者通過GXT 獲得真實(shí)的VO2max。Noakes 等[18]認(rèn)為整體分析可能掩蓋GXT未能激發(fā)出受試者真實(shí)VO2max的情形，造成假陽性結(jié)果，提出個體比較是最合適的方法。此說法得到越來越多研究者們的認(rèn)同。Balady 等[19]認(rèn)為生物變異性對GXT 影響的通?？山邮芊秶鸀?%～4%。Beltz 等[3]認(rèn)為verification phase 與GXT 的間隔時間短，則生物變異性不占VO2max總變異的重要部分。Weatherwax 等[20]認(rèn)為，verification phase與GXT 間隔20 min，生物變異性對VO2max的影響可忽略。因此，大多數(shù)研究者通常將運(yùn)動心肺測試系統(tǒng)的測量誤差作為verification phase判定VO2max的標(biāo)準(zhǔn)。本研究也采用該判定標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)廠商報告運(yùn)動心肺測試儀的測量誤差為<3.0%，將△VO2<±3.0%作為verifica?tion phase 判定VO2max的標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果顯示有11 名（11/13）受試者通過GXT 測定出真實(shí)的VO2max，這與Sedge?man 等[21]采用相同判定標(biāo)準(zhǔn)所獲得的研究結(jié)果相似。Weatherwax等[20]以△VO2<±3.0%為判定標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)所有24 名（18 男、6 女）受試者均通過GXT 測定出真實(shí)的VO2max，可能與該研究選取專業(yè)耐力運(yùn)動員作為受試者等因素有關(guān)，并提示運(yùn)用verification phase 判定VO2max不存在性別差異。本研究中另有2名受試者在GXT中出現(xiàn)VO2平臺，但△VO2分別為3.1%和3.4%，提示受試者即使在GXT 中出現(xiàn)VO2平臺，可能也并不一定達(dá)到真實(shí)的VO2max。有必要對GXT 中出現(xiàn)VO2平臺的受試者也進(jìn)行verification phase。這與Scharhag-Rosenberg?er等[9]的觀點(diǎn)一致。使用verification phase判定VO2max，受試者的VO2max最終如何取值，鮮有研究者在文獻(xiàn)中提及。Midgley等[22]報道4名中長跑運(yùn)動員在GXT時均出現(xiàn)了VO2平臺，但△VO2≥3.5%，超過△VO2≤2%的判定VO2max的標(biāo)準(zhǔn)，此時可選擇VO2verif或1/2（VO2verif＋VO2GXT）作為受試者的VO2max取值。因此，本研究提出受試者的VO2max取值方案為：達(dá)標(biāo)的11名受試者的VO2max可取值為1/2（VO2verif＋VO2GXT）或VO2verif或VO2GXT；另2名受試者的VO2max可取值為VO2verif或1/2（VO2verif＋VO2GXT）。

3.3 Verification phase的負(fù)荷方案

Verification phase 的負(fù)荷方式、運(yùn)動時間、運(yùn)動強(qiáng)度以及verification phase 與GXT的間隔時間是verifica?tion phase負(fù)荷方案的開展要素。文獻(xiàn)[9，11]報道，采用矩形波式、多級式負(fù)荷方案進(jìn)行verification phase，均能判定VO2max。Faisal 等[23]報道，預(yù)先的中等強(qiáng)度和大強(qiáng)度運(yùn)動可以加快攝氧動力學(xué)。Jones 等[24]認(rèn)為，預(yù)先的大強(qiáng)度運(yùn)動可以改善隨后超最大強(qiáng)度時的運(yùn)動表現(xiàn)。為使受試者在verification phase 中持續(xù)運(yùn)動足夠長時間以激發(fā)出VO2max，避免力竭前因疲勞而終止運(yùn)動，本研究采用多級式負(fù)荷方案。Midgley 等[7]報道，10 名男性跑步運(yùn)動員完成跑臺多級式verification phase 的時間為4.5 min，本研究中13 名受試者完成verification phase 的時間為5.04 min，與Midgley 等報道相近。No?lan 等[8]報道，以105%GXT 最大強(qiáng)度進(jìn)行跑臺多級式verification phase，判定全部12 名（6 男、6 女）受試者經(jīng)GXT 測定了真實(shí)的VO2max；以110%GXT 最大強(qiáng)度進(jìn)行跑臺多級式verification phase，證實(shí)8 名（性別不詳）受試者經(jīng)GXT 測定了真實(shí)的VO2max，表明選擇不同的運(yùn)動強(qiáng)度會影響verification phase判定VO2max的結(jié)果。文獻(xiàn)[25]報道男性受試者進(jìn)行verification phase 的運(yùn)動強(qiáng)度一般為：坡度維持在0.4%～1%，比受試者完成GXT的最大速度快0.5～1.6 km/h 的速度。而本研究中9 名受試者完成GXT的最大坡度為4.5%或5%，1名受試者完成GXT 的最大坡度達(dá)6%，與文獻(xiàn)報道相差較大，所以本研究中verification phase 的運(yùn)動強(qiáng)度設(shè)定為：完成GXT 的最大坡度和比受試者完成GXT 的最大速度快0.6 km/h的速度，結(jié)果顯示11名（11/13）受試者經(jīng)GXT測定了真實(shí)的VO2max，另2名受試者是否存在比本研究更適合的運(yùn)動強(qiáng)度需要進(jìn)一步探究。Sedgeman等[21]發(fā)現(xiàn)，分別以次最大強(qiáng)度、超最大強(qiáng)度進(jìn)行功率車verifi?cation phase，均證實(shí)10 名（10/13）受試者通過GXT 測定了真實(shí)的VO2max。采用次最大強(qiáng)度、超最大強(qiáng)度進(jìn)行跑臺verification phase 能否取得類似的判定結(jié)果，有待下一步研究。

Verification phase與GXT的間隔時間過短，受試者可能得不到充分恢復(fù)，導(dǎo)致疲勞提早發(fā)生，從而影響verification phase 對VO2max的判定。Nolan 等[8]報道12名體力活動活躍者完成坡度GXT 后，分別間隔20 min、60 min再進(jìn)行verification phase，發(fā)現(xiàn)兩種時間間隔對VO2max的判定無明顯影響，并提出對于體力活動活躍者，20 min 恢復(fù)時間是足夠的。有文獻(xiàn)[26]報道12 名訓(xùn)練有素的男運(yùn)動員在跑臺GXT 結(jié)束3 min 后，以超過完成GXT 的最大速度1.6 km/h 的速度進(jìn)行verifica?tion phase，發(fā)現(xiàn)12 名受試者均經(jīng)GXT 測定了真實(shí)的VO2max。本研究中13名受試者在GXT結(jié)束20 min后均完成了verification phase，并判定11名受試者經(jīng)GXT測定了真實(shí)的VO2max，也支持了Nolan 等[8]關(guān)于verifica?tion phase與GXT的間隔時間的結(jié)論，可能與研究對象相似有關(guān)。然而，verification phase 與GXT的間隔時間若更短些（如10 min），是否會影響verification phase的判定結(jié)果，需要進(jìn)一步研究。

4 總結(jié)

運(yùn)用verification phase 可判定男大學(xué)生采用GXT測定出的VO2max的真實(shí)性。Verification phase 作為判定VO2max的新方法，或許能規(guī)避VO2max現(xiàn)行判定指標(biāo)的缺陷，從而更準(zhǔn)確地判定和反映受試者的真實(shí)VO2max。

本研究仍存在一些不足：受試者性別單一，均為男性，且樣本數(shù)量相對較少，結(jié)論仍不夠完善。需要在擴(kuò)大樣本量、調(diào)整運(yùn)動負(fù)荷方案、增加運(yùn)動方式等方面進(jìn)一步研究。