最大摄氧量研究综述

傅 国

1 最大摄氧量的提出

早在1913年，丹麦生理学家Krogh和Lindhad就已经进行关于人体在功率车上运动时的呼吸系统和循环系统的研究[1]。随后英国的Hill教授与他的同事通过实验对最大摄氧量开展了一系列的研究。他们使受试者在功率车上进行运动并施加设计好的负荷，运用道格拉斯气袋收集气体，再用Haldane气体分析仪和Tissot容量计对收集的气体进行气体成分和具体容量的分析，首次提出机体在利用氧气能力方面存在上限。在后续研究中Hill和他的同事率先提出了较为清晰的最大摄氧量理论：最大摄氧量受到呼吸和循环系统的限制，达到其极限后不管跑速如何增加，摄氧量都不会在上升，心肺输送氧和肌肉利用氧的能力都达到了极限[2]。在我国的生理教科书当中，把最大摄氧量定义为：人体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人体的极限水平时，单位时间内(通常以分为单位)所能摄取的氧量称为最大摄氧量[3]。

2 最大摄氧量的应用

通过最大摄氧量的数值能够很好的评价一个人有氧能力的好坏。人体的有氧运动能力是指人体在氧气充足的情况下，机体从外界摄取氧气到体内，并在毛细血管中通过红细胞的运输把氧气运送到机体的各个部位，与身体内的化学物质发生反应产生能量维持机体运动的能力。最大摄氧量的提出成为评价人体有氧能力的金指标，在最大摄氧量提出的起始阶段主要是针对运动员的研究，人们通过对运动员最大摄氧量的测量来反映运动员心肺功能的强弱，一个运动员在生理允许范围内，他的最大摄氧量越大说明他在单位时间内能获取更多的氧气，能为身体提供更多的能量，从而他的心肺功能就会比相同条件下最大摄氧量小的运动员好。最大摄氧量在运动员的应用领域主要是在运动员身体机能评价的应用以及运动员体能训练的应用两方面。

在身体机能评价方面，最大摄氧量是一个非常重要的指标，它不仅能够在一定程度上反映人体从外界吸入氧气的能力，还能反映出机体利用氧的能力。氧气在人体的反应过程首先是将外界的氧气通过呼吸道运输到肺部，在肺泡和毛细血管中进行气体交换，与血液中的血红蛋白相结合，运输到全身各处需要氧气的地方，与相应部位的线粒体进行化学反应，从而释放能量使人体能够从事各种各样的活动。

在体能训练方面，最大摄氧量强度被广泛的应用到体能训练的计划中，有很多研究已经证实以最大摄氧量强度进行有氧耐力训练，能够有效的提高运动员的成绩，也已经被广大教练员应用到实际训练当中。一些教练员还通过设定不同的最大摄氧量强度百分比，制定出更符合专项耐力的训练方法，使训练更加的科学合理。最大摄氧量这一指标对于体能训练的影响是非常大的，但并不是唯一的指标，有很多通过VO2max衍生出来的指标也为体能训练计划制定提供了不可或缺的帮助。这些指标包括最大摄氧量速度(vVO2max)、tlimvVO2max、最大摄氧量平台(VO2maxPD)等[4][5][6]。

在大众健身领域，最大摄氧量强度常被用作制定有氧运动处方的参考强度，美国运动医学会提出健康人群当运动强度维持在50%VO2max以上时，才会产生健身效应。国外学者对18名有过适度锻炼的自行车骑手进行Fatmax(脂肪氧化速率的运动强度)研究发现，当运动强度处于55%±3%到72%±4%VO2max之间时，脂肪氧化速率最高[7]，因此最大摄氧量还以用作减肥训练计划。现代医学领域中，在对心血管疾病患者进行检查时，也常常将最大摄氧量作为诊断指标，来判断患者的病情，还可以根据最大摄氧量强度来为患者制定康复运动处方。

3 最大摄氧量的测试方法

从1913年开始，丹麦哥本哈根大学的生理学家Krogh与Lindhard对人体在运动时呼吸系统和循环系统进行了初步研究[1]，到现在各种测试最大摄氧量仪器的出现，主要的测试方式大概有两种：一是直接测定法，二是间接测定法。

3.1 直接测定法

直接测定法是指被试人员使用跑台、功率自行车以及其他各种功率计来使自身达到极限运动的状态，通过气体分析仪器测得人体在极限运动时所能吸入最大氧量的方法[8]。常用的功率计有运动跑台、功率自行车、手摇功率计和等动测试系统。气体分析仪器主要有美国场Physio-dyne公司生产的Max-II运动心肺功能测试系统，还有德国Cortex公司生产的Metalyzer系列心肺功能测试仪等。随着科学技术的进步，运动过程中呼吸机能的测试方法由初始的道格拉斯气袋法(Douglas-bag)发展到混合气室法(Mixing Chamber)，进而发展到一口气接一口气分析法(Breath by Breath)；最大摄氧量的测试技术越来越精确，对于运动员训练计划、方案的设计和运动成绩的提升都有很大的帮助。

3.2 间接测定法

间接测试法是受试者进行亚极量运动，根据摄氧量、心率等数值推算最大摄氧量的方法。间接测试法的测试方式也有很多种，包括台阶实验、功率车、跑台及场地测试等。常用的方法有PWC170法、Astrand列线图法、Fox法、12 min跑法、丁振平法、陈文堉法[8]。

台阶实验是让受试者在规定时间内，跟着节拍器的节奏上下台阶，上下台阶过程结束后要求受试者静坐休息规定的时间，记录整个过程受试者的心率，再将所测得心率数据代入最大摄氧量的推算公式。

通过台阶实验测量最大摄氧量的优点在于所用器材简单、容易操作、价格便宜、方便基数大的人群进行测试，受试者损伤风险小。缺点在于上下台阶的负荷较难控制，一些节奏较差的受试者不能很好的根据要求完成测试，导致所测得最大摄氧量值精确度较低，对后期的数据处理影响较大。

功率车和跑台主要是通过受试者按照预先设计好的测试方案进行测试，测得不同阶段受试者的心率，再将所测心率代入方程，推算出最大摄氧量的值。场地测试法是让受试者进行折返跑、规定距离的计时跑及规定时间的距离跑，记录不同阶段受试者的心率，代入公式算出的数值就是受试者最大摄氧量的值。不同的测试方式适合不同的测试人群，台阶实验由于其设备简单、资金成本低、不受场地限制等特点适用于学生体质测试。功率车和跑台的测试设备资金成本较高，受到环境的限制，不适用于大规模的人群测试，功率车的安全性相对较高，因此适用于老年人以及对身体控制能力较差的人群。场地测试通常耗时较长，一般有跑动和步行两种方式，在我国的青少年体质监测中大多是采用场地测试的方式(男1000米，女800米)。

4 结语

最大摄氧量从提出到现在已经有无数学者对其进行研究，主要的研究领域有最大摄氧量的发现及发展，如何提高人体最大摄氧量，最大摄氧量的测定方法，最大摄氧量在不同领域的应用，影响最大摄氧量的因素以及生理机制等方面。不论从哪种方向入手，最终的指向都是为了提高人体的机能素质，让人体的运动能力更进一步。

表1 为最大摄氧量不同测试方法的比较[9][10][11][12][13][14][15]