最大攝氧量

(一)最大攝氧量的概念及正常值

    最大攝氧量( maximal oxygen uptake, VO2max，其中2為下角標）是指人體在進行有大量肌肉群參加的長時間劇烈運動中,當心肺功能和肌肉利用氧的能力達到人體極限水平時,單位時間內(常以每分鐘為計算單位)所能攝取的氧量,也稱最大耗氧量( maximal oxygenmo)。它反映了機體吸入氧、運輸氧和利用氧的能力,是評定人體有氧工作能力的重要指標之一。

    最大攝氧量以VO2mas表示。其中O2表示氧;V表示單位時間內的容積( volume perine),max表示最大( maximum)。

VO2max的表示方法有絕對值和相對值兩種。

   絕對值是指機體在單位時間(1分鐘)內所能吸入的最大氧量,通常以L/min(升/分)為單位。由於人的個體間身高及體重差異較大,因此,用最大攝氧量的絕對值進行個體間比較是不適宜的。

   相對值則是按每千克體重計算的最大攝氧量,以ml/(kg·min)[毫升/(公斤體重・分)為單位。最大攝氧量相對值消除了體重的影響,在個體間進行比較更有實際意義。

我國正常成年人得最大攝氧量：

男子最大攝氧量絕對值為3.0~3.5L/min，相對值為50-55ml/(kg·min);

女子較男子略低,其絕對值為2.0-2.5L./min,相對值為40-45ml/(kg·min)。

最大攝氧量受遺傳因素的影響較大,並依年齡、性別和訓練等因素的不同而有所差異。

（二)最大攝氧量的測量

1.直接測量法

直接測量最大攝氧量必須滿足如下條件:

(1)進行大肌肉群參與的運動,且運動募集達到全身肌肉質量的50%,如跑步、蹬自行車、划船等。常用的實驗方法有跑臺運動實驗、功率自行車運動實驗。實驗中跑臺

的速度和坡度以及功率自行車的速度和阻力是可控的。

(2)除特殊專項外,運動實驗不應受到受試者體型、力量和速度素質以及運動技巧

的影響。

(3)實驗應持續足夠長的時間以充分調動呼吸、心血管系統機能。一般而言,實驗

需持續6-12分鐘。

(4)要求受試者運動耐受性良好。受試者應提前接受醫學檢査,運動過程中應有心

電監控。

由於實驗要求受試者在規定時間內完成強度遞增的運動,可以導致通氣量及吸入

氣和呼出氣中O2和CO2濃度的進行性增加。這些變量通過與受試者呼吸面罩相連的氣體分析儀及電腦計算。當繼續增加運動強度(負荷)而攝氧量不再增加,即出現攝氧

量穩態時,此時的攝氧量水平被認為是最大攝氧量(圖12-3)。

實驗室條件下直接測定的最大攝氧量儘管其數據可靠、重複性好,並能準確客觀地評定有氧工作能力,但是要求通過強烈的運動刺激來充分調動呼吸、循環機能。並非所有人群都能耐受這一刺激,如老年人及呼吸、循環系統器質性或功能性病變不能耐受者;此外,實驗室條件下直接測定最大攝氧量實驗儀器昂貴、方法複雜,這些都限制了最大攝氧量直接測定法的普及。

2.最大攝氧量的間接推算法

目前比較流行的最大攝氧量的間接推算法如下。

(1) Astrand- Ryhmin列線圖法

受試者進行亞極量運動時,根據其心率及達到某一特定心率的做功量來推算或預測

出最大攝氧量(圖12-4)。

功率自行車運動,保持腳踏轉速50次/分,在300-1500kpm/min範固內選擇使運動後即刻心率在120～170次/分範圍內的功率輸出。連接 Astrand- Ryhmin a列線圖中運動後郎劉心率與功率值對應的兩點,該連線與攝氧量列線相交的那一點對應的數値即為推最大攝氧量值。圖示為25歲健康女性受試者在60kpm/min下蹬功率自行車6分鐘,其運動後即刻心室162次/分。心率軸女性一側數值162與功率軸女性一側數值600連線與最大攝氧量軸交點數值2,即為受試者推算最大攝氧量。kpm/min為功率單位開磅米分。1kpm=9.8066J。

(2) Cooper實驗

通過計算全力12分鐘跑的運動距離推算最大攝氧量。

VO2max 【ml/(kg.min)】=(d12-S05)/45

d13為12分鐘跑的運動距離(米)

(3)Fick公式法

可通過Fick公式計算肌肉最大收縮時的最大攝氧量。

VO2max=Q(CaO2-CvO2)

Q:心輸出量,CaO2:動脈血氧含量,CvO2:靜脈血氧含量。

(4)攝氧量峰值(peak VO2)

攝氧量峰值是區別於最大攝氧量而反映有氧工作能力的另一指標。其運動模式

測定儀器、測試方法與最大攝氧量直接測定實驗相同,區別是攝氧量峰值測定的運動

時間更加取決於受試者的感受。運動過程中,當受試者感覺不適,攝氧量達到的最大

值能保持1分鐘,即可認為此攝氧量值為攝氧量峰值。攝氧量峰值小於或等於最大攝

氧量。

最大攝氧量的間接推算法及攝氧量峰值測定方法適用於運動水平較低的一般常人、

老年人及呼吸、循環系統器質性或功能性病變者。優秀運動員使用這些方法推算獲得的數值常與實測值有較大誤差。儘管應用間接法推算最大攝氧量具有簡易、經濟、快速等特點,但仍應考慮到誤差因素的影響。

(三)最大攝氧量的影響因素

有氧工作能力是肌肉攝取並利用氧的能力,因此凡是涉及肌肉攝取、利用氧的器

官、系統都會成為有氧運動能力的影響因素。其中主要包括呼吸和循環系統以及血液、肌肉等組織器官。

最大攝氧量受多種因素制約、其水平的高低主要決定於氧運輸系統或心臟的泵血功

能和肌組織利用氧的能力(圖12-5)。

1.肺的通氣與換氣功能

空氣中的氧通過呼吸器官的活動吸入肺,並通過物理彌散作用與肺循環毛細血管血

液之間進行交換。因此,肺的通氣與換氣機能是影響人體吸氧能力的因素之一。肺功能

的改善為運動時氧的供給提供了先決條件。

2.血液及循環系統運輸氧氣的能力

彌散入血的氧由紅細胞中的血紅蛋白攜帶並運輸。因此,血紅蛋白含量及其載氧的

能力與最大攝氧量密切相關。而血液運輸氧的能力則取決於單位時間內循環系統的運輸效率,即心輸出量的大小,它受每搏輸出量和心率制約。許多研究證明,運動訓練對最

高心率影響不大,所以,有訓練者與無訓練者在從事最大負荷工作時心輸出量的差異主

要是由每搏輸出量造成的。後者決定於心肌收縮能力和心容積的大小。優秀耐力專項運動員在系統訓練的影響下出現安靜心率減慢、左心室容積增大和每搏輸出量增加等一系列心臟形態機能的適應性變化,表明心臟的泵血機能和工作效率提高。由此可見,心臟的泉血機能及每搏輸出量的大小是決定最大攝氧量的重要因素。這是因為要實現肺泡氣與肺毛細血管血液間的氣體交換、除了要有一定的肺泡通氣外,還必須有相應數量的肺部血液灌流量與其相匹配。「通氣/血流比值」指每分肺泡通氣量與肺血流量(心輸出量)的比值。正常人安靜時其比值為0.84,此時通氣量與血流量匹配最合適,氣體交換

率最高。但從安靜狀態轉入最大強度運動時,其比值明顯增大。這是由於劇烈運動時人體增加心輸出量的能力遠遠眼不上肺通氣的增加,結果導致部分肺泡得不到相應的血液供應,其中的氣體不能實現與血液的交換,使氣體交換率降低。由此可見,心臟的泵血

機能是限制運動員最大攝氧量提高的重要因素。

3.肌組織利用氧能力對最大攝氧量的影響

當毛細血管血液流經組織細胞時,肌組織從血液攝取和利用氧的能力是影響最大攝

氧量的重要因素。肌組織利用氧的能力一般用氧利用率來衡量。每100毫升動脈血流經

組織時,組織所利用(或吸入)氧的百分率稱為氧利用率,可用如下公式表示:

氧利用率=(動脈血氧含量一靜脈血氧含量)/動脈血氧含量x100%1

肌組織利用氧的能力主要與肌纖維類型及其代謝特點有關。許多研究表明,慢肌纖

維具有豐富的毛細血管分布,肌纖維中的線粒體數量多、體積大且氧化酶活性高,肌紅

蛋白含量也較高。慢肌纖維的這些特徵都有利於增加慢肌纖維的攝氧能力。研究發現,

慢肌纖維的百分組成與最大攝氧量有密切關係,優秀的耐力專項運動員慢肌纖維百分比

高,並出現選擇性肥大現象,使其攝氧和利用氧的能力增加。

可見,有氧能力的好壞不僅與肺的通氣與換氣功能、氧運輸系統的機能密切相關,而且與肌組織利用氧的能力即肌纖維組成及其有氧代謝能力有密切關係。

4.其他因素對最大攝氧量的影響

（1)遺傳

通過對雙生子最大攝氧量的研究表明,最大攝氧量受遺傳因素的影響較大。克索拉

斯( Kessoulas,1972)等研究了25對雙生子(15對單卵、10對雙卵),發現最大攝氧

量的遺傳度為93、5%。許多學者的研究也指出,最大攝氧量與遺傳的關係十分密切,其

可訓練性即訓練使最大攝氧量提高的可能性較小,一般為20%-25%。

(2)年齡、性別

最大攝氧量在少兒期間隨年齡增長而增加,並於青春發育期出現性別差異,男子一

般在18-20歲時最大攝氧量達峰值,並能保持到30歲左右;女子在14～16歲時即達峰

值,一般可保持到25歲左右。以後,最大攝氧量將隨年齡的增加而遞減。若堅持體育

鍛鍊,最大攝氧量隨年齡増加而遞的幅度減小。最大攝氧量出現性別差異的主要原因

般認為和女子的心容積、血紅蛋白含量和心輸出量等均比男子低有關。

(3)運動訓練

長期系統地進行耐力性運動訓練可以提高最大攝氧量水平,戴維斯( Davis)對系統訓練的人進行了研究,受試者的最大攝氧量可提高25%,表明經訓練最大攝氧量是可以得到一定程度提高的。最大攝氧量與運動員所從事的運動項目有密切關係。橫向與縱向的研究資料都表明,越野滑雪和長跑等耐力性項目的運動員最大攝氧量最大,明顯高於非耐力性項目運動員和無訓練者。據報導,男子最大攝氧量的最高值為越野滑雪運動員,可達94ml/( kg' min),女子最高值達85.1m/( kemin)。可見,最大攝氧量的大小與耐力訓練密切相關。

在訓練引起最大攝氧量增加過程中,訓練初期最大攝氧量的增加主要依賴於心輸出

量的增大;訓練後期最大攝氧量的増加則主要依賴於肌組織利用氧的能力的增大。但由

於受遺傳因素限制,最大攝氧量提高幅度受到一定製約。

(四)最大攝氧量在運動實踐中的意義

1.最大攝氧量是評定有氧工作能力的客觀指標

最大攝氧量是反映心肺功能的綜合指標。許多學者對最大攝氧量與有氧工作能力之

間的關係進行了研究,發現耐力性項目的運動成績與最大攝氧量高度相關。如800米遊

泳成績與最大攝氧量相關係為-0.75;5000米跑成績與最大攝氧量相關係數為-0.81。

因此可以根據最大攝氧量預測耐力項目的運動成績。大量研究結果表明,最大攝氧量水

平高低是耐力性項目取得優異成績的基礎和先決條件之一。如何在先天因素的基礎上最大限度地提高一個人的最大攝氧量水平也是耐力性項目取得優異成績的重要因素之一。

2.最大攝氧量是評定心肺功能的指標

在運動過程中,人體達到最大攝氧量時,心肺的功能達到極限水平,因此,最大攝氧量的大小可較客觀地評定心肺功能。

3.最大攝氧量是選材的生理指標

最大攝氧量有較高的遺傳度,故可以作為選材的生理指標之ー。有學者指出最大攝

氧量尤其可作為兒童少年心肺功能和有氧耐力最好的選材指標。

4.最大攝氧量是制定運動強度的依據

將最大攝氧量強度作為100%最大攝氧量強度,然後根據訓練計劃制定不同百分比

最大攝氧量強度,使運動負荷更客觀更實用,為運動訓練服務。

雖然最大攝氧量在運動實踐中有較高的應用價值,但它具有一定的局限性,如受實驗設備等條件限制難以普遍推廣和應用;其數值有時並非與運動成績的提高絕對相關等。因此,最大攝氧量只是諸多影響運動員運動能力的因素之一。