CS-200运动心肺功能测试系统在机能评定中的应用

杨淑媛，吕婵

（哈尔滨体育学院，黑龙江 哈尔滨 150008）

心肺功能评价是世界各国各种形式的体质研究和健康体能评价系统中最为重要的内容之一，也是运动员机能评定中重要的指标。心肺运动试验是一种评价心肺储备功能和运动耐力的无创性检测方法，它综合应用呼吸气体监测技术、电子计算机和活动平板或踏车技术，实时检测在不同负荷条件下，机体耗氧量和二氧化碳排出量的动态变化，从而客观、定量地评价心肺储备功能和运动耐力［1］,是人群普查研究、体能评估和运动处方制定的基本评价手段［2-5］。目前，该试验广泛应用于指导运动实践中，使训练计划的安排更符合运动员自身的特点，更具科学性。

文章主要介绍该系统的使用方法和在运动实践中的应用，使相关教练员、科研人员更加了解该系统，使其更好地为教学、训练、科研服务。

1 使用方法

该系统使用前需对仪器进行环境、容量和气体定标，定标通过后方可进行测试。测试前需要录入受试者姓名、性别、年龄、身高、是否佩戴心脏起搏器、有无疾病等基本信息，然后让受试者熟悉跑台、调节面罩松紧度、佩戴电极片、血压带,查看呼吸商指标，符合要求后，开始测试。测试采用递增负荷运动进行，使用的是Bruce运动方案，根据受试者的自我表现及运动过程中氧摄入的变化情况，决定何时终止运动。运动过程中，仪器不断收集受试者呼出气体并输入分析泵，定点取样分析。通过与之配套的软件，两个电脑屏幕实时显示受试者心肺功能指标。指标主要包括运动时间、负荷、呼吸频率、心率、血压、每分通气量、摄氧量、二氧化碳排出量、呼吸商、氧脉搏以及各指标的动态变化曲线等。另外，该系统可以进行安静状态下的最大肺活量、补呼气量、深吸气量、潮气量等指标的测定。

2 常用指标及意义

2.1 摄氧量和最大摄氧量

摄氧量（oxygen uptake , VO2）是指单位时间内，机体摄取并被实际消耗或利用的氧量。通常以L/min或ml/kg/min或MET(1个MET相当于3.5ml/kg/min)表示。最大摄氧量（maximal oxygen uptake,VO2max）是指在进行有大量肌肉群参加的长时间剧烈运动中，当心肺功能和肌肉利用氧的能力达到本人极限水平时，单位时间内（通常以每分钟为计算单位）所能摄取的氧量，其数值取决于循环、呼吸、运动三大系统的生理功能及耦联活动。它的意义在于反映人体有氧代谢能力，反映心肺功能转运氧和二氧化碳的能力［6］。在运动实践中，最大摄氧量：（1）作为评定运动能力变化的指标。VO2max的增加与运动员运动能力的提高或运动成绩的好坏是一致的，耐力运动项目尤为明显；（2）作为科学选材的生理指标。VO2max明显受遗传的影响，并且从童年到成年该指标具有很好的稳定性，所以可以根据儿童的VO2max来预测其成年的心肺功能，从而进行科学的选材；（3）可以反映运动在不同训练状态时心肺功能的变化，从而评定训练状态的好坏。当由于训练过度等原因引起心肺功能下降时，运动负荷量尚未达到极量，摄氧量已达到极限。所以完成负荷时，呼吸频率快而表浅。而训练良好的运动员，伴随着负荷的增加，心输出量和肺通气量增加，氧利用率提高，呼吸深且频率较慢，代谢产物乳酸在体内积累较少，训练后恢复较快；（4）指导训练计划的制定。VO2max大小与训练项目有关，经常进行400m、800m、1500m跑训练容易发展VO2max，因此其他项目的可以通过针对性训练来发展心肺功能。在运动实践中，跟踪检测VO2max变化，可以评价训练效果，适时调整训练计划。

2.2 个体乳酸阈和呼吸商

个体乳酸阈（AT）是运动心肺功能检测中一个非常重要的指标，是指人体在递增强度时，由有氧代谢供能开始转换成无氧代谢供能的临界点，也就是有氧代谢尚不需要无氧代谢补充供能时的最大VO2值，在运动训练中常用于评价机体有氧代谢能力，其值越高说明有氧代谢能力越好。

个体乳酸阈测试评价方法有有创法和无创法两种。有创的方法通过测定血乳酸来评定，通常以乳酸浓度达到4mmol/L时对应的运动强度、功率、耗氧量或VO2max来表示。也可以通过测试安静、各级运动负荷后即刻、运动后2、5、8、10、15、18min的血乳酸值，绘制曲线，确定个体乳酸阈。本系统可以通过气体交换率法即采用呼吸商法确定个体乳酸，该方法无创，易接受。呼吸商（respiratory exchange ratio: RQ值）又称呼吸交换率，是机体摄氧量与二氧化碳排出量的比值（RQ=VCO2/VO2），为运动时利用何种物质为能量来源的指标（完全脂肪供能的情况下，RQ=0.7；由氨基酸供能时，RQ=0.8），在一般强度不是很大的运动中，主要是糖与脂肪的混合供能，RQ通常只有0.85左右；随着运动强度的增大，糖供能的比例不断增加，RQ值为1时，表明已全部由糖供能；若大于1则表明二氧化碳有了额外的增多,意味着能量主要由无氧代谢供给，故RQ值为1时的运动强度即为个体乳酸强度。AT的检测对耐力的评定、训练强度控制、运动处方制定有重要的价值。（1）评定耐力水平。运动员的耐力水平不仅取决于心血管系统，还和骨骼肌氧化代谢能力有关，而AT与肌纤维中线粒体的数目、体积、氧化酶的活性、毛细血管的发达程度密切相关，能够反映肌肉的氧化能力，因此可以用来评价运动员的耐力水平；（2）制定训练强度。利用AT为基准的强度进行训练，可抑制肌肉组织中代谢性酸中毒的过早出现。Wasserman等［7］常用AT强度进行训练，可以发展最大有氧能力，有效提高耐力项目成绩；（3）运动处方的制定。有氧代谢运动没有乳酸堆积且又不易发生过度通气，对于增强心肺机能，防治高血压、肥胖、高血脂等效果良好，因此被用于健身和康复的运动处方的制定［8］。

2.3 氧脉搏

氧脉搏（oxygen pulse）是指心脏每次搏动输出的血量所摄取的氧量，即每分摄氧量除以每分心率（VO2/HR）。而摄氧量等于心输出量（cardiac output = heart rate × stroke volume）乘以动、静脉血氧差(A-V) O2，故氧脉搏等于stroke volume ×(AV) O2。氧脉搏越高说明心肺功能越好、工作效率越高。因此氧脉搏是评估心脏输送氧气至周边组织的效率的最佳指标。如果个体外周组织摄氧能力正常，则氧脉搏可以代表stroke volume的能力，即可间接推测左心室功能的好坏。

2.4 血压

体循环动脉血压简称血压（blood pressure，BP）。血压是血液在血管内流动时，作用于血管壁的压力，它是推动血液在血管内流动的动力。心室收缩，血液从心室流入动脉，此时血液对动脉的压力最高，称为收缩压（systemic blood pressure，SBP）。心室舒张，动脉血管弹性回缩，血液仍慢慢继续向前流动，但血压下降，此时的压力称为舒张压（diastolic blood pressure，DBP）。正常人运动中SBP均会升高，DBP会下降，然而运动中SBP过度增高提示血管内皮功能障碍，可作为血管功能下降的早期预警提示［9］。该系统可以进行监测运动过程每个负荷起始、结束时及运动恢复期血压变化，进而反映受试者血管功能的好坏。在运动实践中，通过监测运动后恢复期血压变化情况，可以反映机体的恢复能力。

2.5 心肺训练及减体重心率范围

心率 (Heart Rate)即心脏每分钟跳动的次数,是最常用、最简单、容易测得的可以反映运动强度的指标。CS-200运动心肺功能系统通过测试根据个体乳酸阈时的心率值，确定有氧运动和无氧运动的临界心率值，进行健康训练指导，界定出受试者适合心肺训练、减体重的心率范围，用心率这个直观的指标帮助受试人群制定运动处方、指导锻炼，并根据恢复期心率变化评定机体的恢复能力。

3 小结

CS-200运动心肺功能测试系统能有效地监测训练进程，通过对不同训练阶段运动员的系统追踪比较，评估训练方法和技术对运动员运动能力的效果，确立训练和练习的适当强度，调节个体训练过程中的参数，完善训练计划，预防过度训练和运动损伤。另外，该系统可以帮助制定运动处方，使参加体育锻炼的人员选择更适合目的、符合自身身体情况的强度进行运动；此外，还可帮助教练员进行科学选材，尤其是有氧耐力性运动项目；通过监测运动过程中心电、血压的变化，可以帮助早发现心血管方面的疾病。

［1］McFlroy PA, Janicki JS, Weber KT. Cardiopulmonary exercise testing in congestive heart failure［J］. Am J cardiol, 1988, 62: 35A-40A.

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［3］Oren A, Sue DY, Hansen JE, et al. The role of exercise testing in impairment evaluation［J］. Am Rev Respir Dis, 1987, 135: 203-235.

［4］Sue DY. Evaluation of impairment and disability:the role of cardiopulmonary exercise testing［M］.Switzerland: Karger, 2002: 217-230.

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［7］Wassermar K, Beave W L. Exercise physiology in health and disease［J］. AM Rev Respir Dis,1975, 112: 219-249.

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［9］苏海.探讨运动血压反应的临床价值［J］.中华高血压杂志, 2008, 16 (8) : 675-678.