山东省赛艇运动员最大摄氧量回归方程的初步研究

张太来，张 翔，张 杰

(山东省体育科学研究中心，山东 济南 )

VO2max是指人达到极限水平时，心肺转运氧和肌肉吸收、利用氧的最大能力，是反映运动员有氧能力及运动潜能最重要的指标[1]，同时也是心血管健康的独立预测指标[2]。直接测试法是测定VO2max的金标准方法[3]，但其所需设备仪器较为昂贵，且对测试环境要求较高，在大样本量测试时受到一定的限制。为了更便捷的获得测试对象的VO2max，使用推算公式的间接测试法是一种简单易行的方法。目前，VO2max的间接推算的回归方程有很多，但其影响指标较多，针对的人群也不同。赛艇是一项以有氧供能为主的运动，其比赛过程中有氧代谢供能占70%～87%[4]。对赛艇项目进行选材时，VO2max是一个权重较大的指标，且该指标主要由遗传因素决定，后期受训练的改变程度较小[5]。但现今尚缺乏有关赛艇运动员VO2max的间接推算回归方程。本研究选取山东省99名赛艇集训运动员为研究对象，基于影响VO2max的因素，建立赛艇运动员VO2max的推算方程，为运动员有氧能力的简易评测方法提供参考依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取99名赛艇集训运动员，纳入标准：(1)均为二级运动员；(2)自愿接受本测试；(3)身体健康状况良好；(4)测试前3h未进食者。排除标准：(1)测试前48h参加大强度运动、熬夜者；(2)测试前患有呼吸系统、心血管系统疾病者；(3)近期服用影响心肺功能的相关药物者。对上述运动员采用计算机随机编号分为2组，其中79名运动员为建模组，20名运动员为检验组，两组队员的年龄、性别、体重等基本资料的差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

表1 两组赛艇运动员的基本资料比较

1.2 VO2max测试

1.2.1 测试仪器

气体代谢分析仪(德国“JAEGER”便携心肺功能仪)，测功仪(Concept2赛艇测功仪)，polar心率带(H10，胸带式)。

1.2.2 测试方法

测试前所有运动员统计年龄、性别、身高、体重，形态学测试按照《人体测量学》的相关要求进行，测量3次取平均值。由专业人员向测试者介绍测试须知，包括测试目的、测试流程、可能出现的不适(若出现，及时告知测试人员)等。测试均由相同的实验操作人员实施，由相同的技术人员进行监督，并于相同实验环境下采用相同的实验设备进行测试。所有接受测试的运动员于测试前1天无大强度的运动。测试方案如下：

运动员佩戴呼吸面罩在测功仪上进行递增负荷测试。其中，男子起始功率为[体重(kg)*2.5]W，女子起始功率为[体重(kg)*2]W。每2min 递增30W，直至运动员无法坚持递增负荷上的功率为止，此阶梯负荷为Wstep，并记录运动时间。递增负荷停止后休息1min，然后进行2min的全力划，该2min的平均功率记录为W2min。每5s记录一次摄氧量、心率、呼吸交换率等指标。测试结束后，询问受试者的主观疲劳感觉等级(RPE)，并采集结束后第3min、5min的耳血进行血乳酸测试，记录心率恢复到120次/min的时间。该方案由乌克兰国立体育大学国家重点实验室提供，经乌克兰、意大利、德国等国家历经多年实践完善，具有较高的科学性、可行性和实用性。

试验终止标准[6]：(1)随着负荷增加，受试者的摄氧量出现平台期；(2)呼吸商>1.14；(3)心率≥峰值心率 (220-年龄)；(4)RPE≥9；(5)受试者力竭，于测试人员鼓励下不能坚持。同时满足上述其中4个条件时可判定达到最大摄氧量要求。若遇特殊情况，如受试者出现胸闷、恶心、心绞痛、眩晕等不良反应时，立即终止测试。

1.3 推算方程的建立及回代检验

采用多重线性回归，以运动员的VO2max(相对摄氧量)为因变量，以受试者(运动员)的年龄、性别、身高、体重、安静心率、Wstep、W2min、全程时间等作为自变量进行逐步回归，建立回归方程。建立回归方程后，将20名检验组的相关测量数据带入回归方程进行回代检验，将推算出的VO2max与实际佩戴面罩的测量值进行比较，并分析相关性。

1.4 统计学分析

将测试所得数据采用双人双录入的方式录入Microsoft Excel 2010，并以平均值±标准差表示。应用SPSS21.0软件对数据进行统计学分析。应用Pearson相关系数评价VO2max及其影响因素的关系。采用回归系数R2来评价影响因素对VO2max的解释强度。应用配对t检验分析实测值与预测值的差异，显著性水平为P<0.05。

2 结果

2.1 模型组VO2max及相关指标情况

79名运动员均完成测试，VO2max相对值为56.00±7.13 ml/min/kg，Wstep、W2min分别为287.17±51.18 W、295.91±63.53 W，最大心率为189.68±9.38次/min，全程时间为1561.60±198.29 s。男队员、女队员在Wstep、W2min、全程时间方面的差异有统计学意义(P<0.05)，在最大心率方面的差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表2 模型组VO2max及相关指标情况

2.2 模型组的各指标与VO2max相关性分析

经相关性分析显示，性别、年龄、体重、Wstep、W2min、全程时间均与VO2max有相关性(P<0.05)。最大心率与VO2max无相关性(P>0.05)。见表3。

表3 模型组的各指标与VO2max相关性分析

2.3 推测VO2max方程的建立

在逐步回归分析中，性别、年龄、体重、Wstep、W2min、全程时间进行回归方程，回归分析结果见表4、表5。

表4 回归模型汇总

表5 方程六中相关系数

最终得到可推测赛艇运动员VO2max方程有：

方程一：VO2max=31.077+0.016*全程时间；

方程二：VO2max=43.138+0.015*全程时间-0.134*体重；

方程三：VO2max=62.642 -0.000018*全程时间-0.528*体重+0.113*W2min；

方程四：VO2max=62.613-0.528*体重+0.113*W2min；

方程五：VO2max=59.310 -0.555*体重+0.077*W2min+0.055*Wstep；

方程六：VO2max=60.893-0.546*体重+0.057*W2min+0.049*Wstep+3.689*性别(女=1，男=2)。

由表4可知，当VO2max为因变量，体重、W2min、Wstep、性别为自变量时建立的方程六的R值为0.823大于其它五个方程，提示自变量与因变量之间有较为紧密的关系。R2为0.677>0.64，证实该方程有效，自变量对因变量能够进行有效的解释。且表5显示，方程六中自变量对应回归系数P<0.05，提示具有显著性意义，可有效预测因变量的变化。因此，可将方程六作为推算赛艇运动员VO2max的方法。同时推测方程六中F值=39.912，P<0.001，有极其显著性差异。这提示体重、W2min、Wstep、性别与VO2max为存在明确的线性关系，以上指标可作为因变量推测VO2max。表4中的Durbin-Watson指数为1.887<2，提示回归模型中的误差项独立性较好。由图1可见，推算的VO2max与实测的VO2max线性关系较好。

图1 方程六推算的VO2max与实测VO2max之间的散点图

2.4 回代检验

将检验组实测的VO2max与通过方程六进行推测的VO2max进行效度检验，通过两组数据的配对样本t检验以及相关性分析，结果发现，两组数据的差异无统计学意义(P>0.05)，且存在相关性(P<0.05)，见表6。

表6 VO2max实测值与推测值的差异及相关性

3 讨论

赛艇是一项以高强度有氧耐力为基础的周期性运动项目，对运动员的有氧运动能力有较高的要求[7]。有氧训练在国际优秀赛艇运动员的日常训练中占有重要的地位，青少年赛艇运动员训练初期有氧耐力训练的占比也较高[8]。有氧运动能力能够准确反映人体心血管和呼吸系统的整体功能状况[9]，被美国运动医学学会视为第五大生命体征[10]。1923年，Hill提出了VO2max的概念[11]，生理学界普遍认为，VO2max是评价人体有氧工作能力的主要指标，也是评定运动员机能状态、运动选材以及评定训练效果方面的有效指标。有学者指出，VO2max是青少年心肺功能和有氧耐力最好的选材指标[12]。

由于VO2max直接测试法存在较多的局限性，随之出现了较多间接推算法。有研究发现[13]，用间接推算法推测的VO2max与实测值有±10%～15%的误差。VO2max有绝对值和相对值两种形式，前者的单位为L/min，是指每分钟摄取氧量的最大值；后者为L/min/kg，是指每千克体重每分钟摄取氧量的最大值。由于需氧量与体重有密切的关系，单纯通过绝对值对个体的VO2max进行横向比较是不适宜的。本研究也是针对VO2max的相对值进行回归模型的研究。

VO2max的影响因素较多，当前已有相关领域学者基于VO2max的相关机制及影响因素构建了预测模型，其中以多元线性回归算法为主[14]。目前，VO2max的预测变量主要集中在心功能、血液生化指标、体成分、运动试验成绩等。如杨慧君[15]基于心功能、血液、体成分指标对大学生VO2max的进行预测，其模型拟合优度R2=0.803，能够准确预测VO2max；但其研究中并未明确说明对“锻炼人群的划分”，且该模型涉及的一些指标需检测成分较高，使其应用有一定的局限性。王念辉等[16]采用肺活量、体表面积等推算大学生VO2max的回归方程，虽然指标简单易得，但男性、女性R2分别为0.484、0.035，预测精度难以保证。LI等人[17]通过3min递增负荷构建VO2max预测模型，虽然获得了较为满意的R2(0.631)，但该模型的目标人群为40～50岁，且对递增步频未有统一要求。以上研究都有目标人群，不适用于运动员。有研究[18]对运动员的VO2max间接测定法进行了比较，结果推荐预测回归模型的拟合优度最高的前两项——12 min跑和 20 米折返跑作为预测运动员VO2max的间接测定方式。但该研究选择的体育大学运动系的学生，缺乏对专项选择的精准性，且评估方案也缺乏对专项的针对性。也有研究[19]对不同专项运动员的VO2max的影响因素进行探索，通过分层回归分析发现血红蛋白(Hb)对 VO2max限制作用较大，其中爆发力项目R2=0.699，混合供能组项目R2=0.778，耐力型项目R2=0.760。但该研究中耐力型项目选择为铁人三项，研究对象的训练水平较高，为国家健将、国家一级运动员，均以成年(年龄≥18岁)，其结果模型可能并不适用于青少年赛艇运动员。

本研究以赛艇集训队运动员为研究对象，对所收集的指标与VO2max强度相关性进行分析，由结果得出性别、年龄、体重、Wstep、W2min、全程时间均与VO2max有相关性(P<0.05)，并最终选择了这些变量作为回归方程的自变量。全程时间与VO2max有一定的相关性，但该指标由于与其他指标之间存在多重共线性，在逐步回归分析过程中被剔除了。通过对六个方程中的复相关系数R，决定系数R2进行比较，推荐方程六作为赛艇运动员作为VO2max的推算方程，即VO2max=60.893 -0.546*体重+0.057*W2min+0.049* Wstep+3.689*性别(女=1，男=2)，且该方程经过了信度和效度的检验。因此，以体重、性别、W2min、Wstep为自变量，推测VO2max具有较好的精度。此次测试所采用的方案由乌克兰国立体育大学国家重点实验室提供，是经过实践证实的适用于赛艇项目的专项能力评估方案。该方案既可用于阶段性评估运动员的有氧运动能力，以助于教练员对无氧阈强度至VO2max强度进行有效掌握，有效调整训练模式，不断提高赛艇运动员的有氧能力，又有利于运动潜力的挖掘。且建立的VO2max推算方程指标简单易得，使用方便，对于赛艇项目的中级选材有一定的应用价值。

本研究推测的方程亦存在一定的局限性，如纳入研究的样本量有待扩充，所涉及的可能影响VO2max的因素也有待进一步完善，如瘦体重、血红蛋白、肺活量等，研究结果可能存在一定偏倚。如刘敏[19]认为，在较高VO2max区间，骨骼肌利用氧的能力是VO2max的主要影响因素。加之部分集训队员对测试存在认知偏差，导致并未出现VO2max的平台，这些都在一定程度上影响到推算方程的精度。在将来的研究中，将加强对赛艇集训队员的测试密度，扩大样本量，同时密切与队伍科医工作人员的沟通，收集队员生理、生化数据，尽可能完善影响因素的研究，以期进一步提高推算方程的精度。

综上所述，使用体重、功率、性别能够建立山东省赛艇运动员的最大摄氧量推算方程，该方程可用于有氧能力的选材。