20－M S T监测心肺功能变化的有效性及敏感性研究

莫月红

（浙江经济职业技术学院体育教研室，浙江杭州310018）

目前最大吸氧量（VO2m a x）是被公认的评价人体心肺功能的客观而又准确的指标。但直接测定VO2m a x，不仅费时费力，且难以对大样本群体同时测定。因此，许多学者致力于研究间接测定心肺功能的机能测验，如20－M S T（20m et e r m u l t i s t a g e s h u t t l e r u n t e s t，20－M S T）、台阶试验、12m i n跑、PWC 170、列杜诺夫联合机能试验等等。20－M S T是目前间接测定心肺功能的最有效方法。已有研究表明［1，2］，20－M S T具有很高的信度和效度，两次测量的相关系数在0.81～0.988，同时与VO2m a x存在高度相关，相关系数介于0.51～0.92，且对各年龄段测量的有效性均较高，并能表现出性别与年龄的差异［3，4］。加拿大、日本、美国等国家已广泛采用20－M S T测试评价机体的有氧耐力水平，国内学者陈佩杰也采用20－M S T测试了上海市4284名中小学生的有氧耐力水平［5］。从以往的研究看，对20－M S T的研究大多集中在横向研究，对同一批受试对象进行训练前后的纵向研究很少见报道。本研究以VO2m a x、台阶试验指数为心肺功能指标，12m i n跑成绩为有氧耐力指标，对20－M S T分别与VO2m a x、台阶指数、12m i n跑的相关性进行研究。对实验组与对照组20－M S T、VO2m a x、台阶试验、12m i n跑四项指标在训练前后各自的差异、变化率进行比较分析。从纵向的角度探索训练效应的一致性及对训练的敏感性。

1 研究对象与方法

1研究对象

普通男性大学生32名（按身高、体重、年龄进行配对，然后随机分为实验组和对照组各16名）。经配对样本t检验，三项指标均无显著性差异（表1）。受试者健康状况良好，无心肺功能疾病。VO2m a x和运动负荷试验前24h内未从事剧烈运动。测试时着轻便服装、运动鞋，同一天只测试一个项目，无肌肉疲劳症状。

表1 研究对象基本情况（M±S D）

1.2 测试仪器

身高体重计（韩国的HE LMA S）、自制台阶（40c m）、电子节拍器（北京东红）、录音机、磁带、旗子、口哨、秒表、P o l a r表（T 61－C O D E D）、C O S ME D心肺测试仪（意大利）、C o s m e d Q u a r k b 2、T r e a d m i l l T 150s p o r t跑步机、面罩、酒精棉球。

1.3 实验方法

①测试项目。身高＼体重、VO2m a x、20－M S T、库博12m i n跑、台阶试验。

②训练方案。实验组学生进行为期8周的有氧耐力训练，每周训练3次，每次训练时间为1h。耐力训练以跑步为主，以心率控制负荷强度。考虑到受试者基础水平低，结合循序渐进的原则，因此前两周匀速跑时受试者运动心率控制在125b/m i n，再给予±5b/m i n的浮动范围。每两周调整一次训练强度，以每次心率增加10b/m i n。间歇训练运动心率要求达到150b/m i n，上下浮动5b/m i n，间歇时间视受试者心率恢复情况而定，一般心率在120b/m i n左右时开始下一组练习［6－9］。心率控制采用芬兰产的P o l a r心率表，受试者训练时佩带心率表，在个体规定运动心率范围内调整跑速。同时配合每天测量基础心率，若基础心率连续上升，则做相应调整。

③训练条件控制。实验组、对照组为同一个学校的学生，因此在饮食、作息时间上没有进行严格的控制。实验组除日常训练外，不允许参加额外剧烈的运动；对照组进行8周限制晨锻炼和课外体育活动。

1.4 数据处理

20－M S T完成等级、VO2m a x、台阶指数、12m i n跑成绩在训练前后各自的差异及实验组和对照组各指标间的差异采用M±S D进行配对样本t检验；训练前后四项指标的变化率计算方法为：（训练后值－训练前值）/训练前值；实验组、对照组各指标的变化率采用独立样本t检验；实验组各指标变化率间的差异采用单因素方差分析；20－M S T在训练前后分别与VO2m a x、台阶指数、12m i n跑成绩进行P e r as o n相关分析。以上数据处理均由S P S S 11.5统计软件进行。显著水平，p＜0.05；非常显著水平，p＜0.01。

2 实验结果与分析

2.1 训练前后基础、安静心率的变化

训练前，实验组、对照组基础心率、安静心率分别进行配对样本t检验，统计结果显示两者均无显著性差异（P＞0.05）。训练后，实验组的基础心率、安静心率均比训练前显著降低（P＜0.05）。而对照组各指标则在训练前后不存在显著性差异（P＞0.05）。

表2 研究对象心率在训练前后的变化情况（M±S D）

注：＊为训练前后各指标进行t检验，＊为P＜0.05；△为实验组和对照组进行t检验，△为P＜0.05

以上试验结果表明，实验组被试训练后基础心率和安静心率下降。业已证明，长期有规律的训练可以使心肌收缩能力增强，心脏容积增大，每搏输出量增加，故基础心率和安静心率下降。结果表明，本实验训练设计安排合理，实验组被试心脏功能对运动训练产生了良好适应，心脏功能有显著提高。

2.2 训练前后实验组、对照组20－M S T、VO2m a x、台阶指数、12m i n跑的变化情况

训练前后，分别取实验组、对照组20－M S T完成等级、VO2m a x、台阶指数、12m i n跑成绩进行配对样本t检验，统计结果显示，训练前实验组、对照组各指标间均无显著性差异（P＞0.05）；训练后实验组各指标均存在不同程度的递增，各指标分别与训练前存在显著性差异，同时与对照组训练后各指标也存在非常显著性差异（P＜0.01）。对照组20－M S T完成等级、台阶指数、VO2m a x、12m i n跑成绩在训练前后均没有统计学意义（P＞0.05）。

练后，实验组各指标均比训练前有显著性递增，20－M S T递增幅度最大，增加了14.5％，VO2m a x、台阶指数、12m i n跑成绩分别增长了6.1％、12.7％、10.9％。对照组8周后20－M S T、VO2m a x、12m i n跑成绩略有下降。台阶指数略有增长，增长了0.36％（表4）。对实验组、对照组各指标变化率进行独立样本t检验，发现训练组20－M S T、VO2m a x、台阶指数、12m i n跑成绩与对照组各指标都存在非常显著性差异（P＜0.01）。

表3 20－M S T完成等级、VO2m a x、台阶指数、12m i n跑成绩在训练前后的变化（M±S D）

表4 实验组、对照组各指标在训练前后的变化率比较（M±S D）

图1

2.4 实验组各指标在训练前后各自的变化率之间的差异情况

20－M S T完成等级、VO2m a x、台阶指数、12m i n跑成绩在训练前后各自的变化率采用单因素方差分析。从表5、6可知，20－M S T完成等级变化率与VO2m a x变化率存在显著性差异（P＜0.05），与台阶指数、12m i n跑成绩变化率无统计学意义（P＞0.05）。VO2m a x变化率与台阶指数、12m i n跑成绩变化率亦没有显著性差异（P＞0.05）。

表5 20－M S T、VO2m a x、台阶指数、12m i n跑在训练后各增长率的方差分析

表6 20－M S T、VO2m a x、台阶指数、12m i n跑在训练后各增长率的方差分析结果

2.5训练前后实验组、对照组20－M S T与VO2m a x、台阶指数、12m i n跑的相关研究

从表7可知，实验组与对照组在训练前后20－M S T完成等级与VO2m a x、12m i n跑成绩均存在非常显著性相关（P＜0.01）；与台阶指数存在显著性相关（P＜0.05）。12m i n跑是反映有氧耐力的有效指标，同时也能间接的评价心肺功能水平。20－M S T与12m i n跑存在非常显著相关，提示20－M S T是评价有氧耐力的有效指标。

表7 训练前后20－M S T完成等级与VO2m a x、台阶指数、12m i n跑的相关研究

3 讨 论

VO2m a x是反映人体在极量运动负荷时心肺功能水平高低的一个主要指标，它对反映运动训练引起机体适应性变化的敏感性众多报道不尽一致。席翼［10］对新兵进行18周的耐力训练后，发现VO 2m a x绝对值增加了1.56％（P＜0.01），而相对值则无显著性改变。李之俊［11］对优秀游泳运动员进行为期两年的系统训练后，发现男女运动员VO2m a x绝对值和相对值都无显著性变化。但多数研究报告指出，通过适当的训练，VO2m a x能增加5％～30％［12］。从训练的强度看，很多研究认为，运动心率在120～150次/m i n，训练20～60m i n/次，2～5次/周，能够改善心肺功能；从训练时间看，综合国内外的一些文献资料发现，短的只要几周就能见效，而长的则需要几个月，甚至几年都不见增长。国内学者姚宝元［13］指出，要使心脏功能呈显著性增强，在训练强度保证的情况下，需要一个训练时间阈值，这个阈值是至少6周。其他研究表明［14－17］，持续8周或以上的有氧训练能使受试者迷走神经紧张性增强、交感神经活动减弱。郭红［18］的研究指出，通过8周的耐力训练，每搏输出量有显著的增加。本试验结果显示，8周训练后实验组VO2m a x存在显著性增长，而对照组在训练前后则无显著性差异。因此，本研究表明8周有氧耐力训练已可观察到心肺功能的增进。这从本研究实验组基础、安静心率在训练后的反应上得到验证。业已证明，安静心率低者，其每搏输出量增大，心脏机能贮备增强。

国内外关于20－M S T对反映训练敏感性的研究相对匮乏。A z i z A R［19］报道5周训练后，优秀足球运动员20－M S T成绩就已显著提高。S a i d B［20］对20－M S T的训练效应也作过相关研究，S a i d B以通气无氧阈作为训练强度，发现患有轻度哮喘的青少年训练了两个月后，20－M S T呈显著性增长（增长了10.4％）。在本试验中，实验组各项指标均存在显著性增长，而对照组则无显著性变化。对实验组中各自的增长率进行进一步分析发现，20－M S T的增长率高于台阶试验、VO2m a x和12m i n跑的增长率。对四者的变化率进行方差分析显示，20－M S T与VO2m a x存在显著性差异。可见，20－M S T对运动训练引起的心肺功能的适应性变化的敏感性优于VO2m a x。许多研究报道台阶指数对反映心脏功能的最大耗氧量、最大心输出量之间无高度相关，但对运动训练的适应性变化较为敏感。在本研究中，观察到台阶指数的增长率高于VO 2m a x，但未有显著性差异。这可能与受试者的心肺功能的基础水平有关。一般认为，心肺功能水平差的人，训练导致VO2m a x的变化显著；基础水平高的人，训练引起VO2m a x的变化不显著，本研究中受试者基础水平相对较差。

训练前后分别对20－M S T与VO2m a x进行相关性分析发现，训练前后20－M S T与VO2m a x均存在非常显著性相关（P＜0.01）。由此笔者认为20－M S T能够有效的监测心肺功能的适应性变化。这一结果与A h m a i d i S B［21］的结论一致，他对患有哮喘的孩子进行12周的有氧训练后，20－M S T与VO2m a x均有显著提高，且两者的相关系数为0.84，得出20－M S T能有效的监测心肺功能的改善。本试验结果也显示20－M S T与台阶指数在训练前后均存在显著性相关。台阶试验是根据运动后恢复期内心率恢复速度来评价心肺功能。心率恢复的快慢在一定程度上能够反映心脏的功能，因此也间接说明了20－M S T在一定程度上能够评价心肺功能。本研究同时发现，8周有氧训练后12m i n跑成绩显著提高，12m i n跑是评价有氧运动能力的客观指标，表明8周的耐力训练改善了有氧运动能力。20－M S T与12m i n跑在训练前后均存在显著相关，因此笔者认为20－M S T也是反映有氧运动能力、判断训练效果的有效指标。

20－M S T是一种亚极限负荷的有氧能力推广测试方法［22］，在原理上接近心肺功能的实验室测试，它与直接测定VO2m a x存在着相似性，都是递增负荷运动，在此过程中人体摄取氧、利用氧的能力逐渐升高直至达到顶峰。许多研究指出，运动时间是能否调动受试者心肺功能达到最佳水平的重要影响因素之一。从目前测定心肺功能的方案看，理想的运动时间已证明以持续8～12m i n为宜，延长时间并不能增加评价的精确性，同时不利于运动耐量的评估。H o l t m a n n教授提出的时间为5～10m i n。后来国际运动生理会议提出，运动负荷的时间应不少于6m i n，但不要超过12m i n［23］。本试验结果显示，受试者完成20－M S T持续运动时间约7～13m i n左右（20－M S T测试方案采用L e g e r 1988年的改良方案，每分钟递增一级负荷，因此运动时间就相当于运动即刻所达到的等级水平）。因此，笔者认为20－M S T是一种测定心肺功能的理想运动测验。此外，20－M S T测试过程中跑速有信号控制引导且多名受试者同时进行测试，激发了受试者兴趣，降低了受试者内部动机对试验结果的影响。这些结果为20－M S T最终成为人体心肺功能简便有效的评价方法提供了关键性的实验证据。

4 结 论

4.1 经8周的耐力训练后，20－M S T、VO2m a x、台阶指数、12m i n跑成绩均有显著提高，20－M S T提高幅度最大；各自的变化率与对照组各变化率存在显著性差异，提示8周的耐力训练可以提高心肺功能和有氧运动能力。

4.2 20－M S T能监测心肺功能的改善，对运动训练的敏感性优于VO2m a x。

4.3 实验组20－M S T在训练前后均与VO2m a x、12m i n跑成绩存在显著性相关，提示20－M S T对评价训练导致心肺功能和有氧运动能力的变化具有一致性。可见，20－M S T是评价心肺功能、判断训练效果的理想的运动负荷试验。

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