20－M S T監(jiān)測心肺功能變化的有效性及敏感性研究

莫月紅

（浙江經(jīng)濟職業(yè)技術(shù)學(xué)院體育教研室，浙江杭州310018）

目前最大吸氧量（VO2m a x）是被公認(rèn)的評價人體心肺功能的客觀而又準(zhǔn)確的指標(biāo)。但直接測定VO2m a x，不僅費時費力，且難以對大樣本群體同時測定。因此，許多學(xué)者致力于研究間接測定心肺功能的機能測驗，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）、臺階試驗、12m i n跑、PWC 170、列杜諾夫聯(lián)合機能試驗等等。20－M S T是目前間接測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，兩次測量的相關(guān)系數(shù)在0.81～0.988，同時與VO2m a x存在高度相關(guān)，相關(guān)系數(shù)介于0.51～0.92，且對各年齡段測量的有效性均較高，并能表現(xiàn)出性別與年齡的差異［3，4］。加拿大、日本、美國等國家已廣泛采用20－M S T測試評價機體的有氧耐力水平，國內(nèi)學(xué)者陳佩杰也采用20－M S T測試了上海市4284名中小學(xué)生的有氧耐力水平［5］。從以往的研究看，對20－M S T的研究大多集中在橫向研究，對同一批受試對象進(jìn)行訓(xùn)練前后的縱向研究很少見報道。本研究以VO2m a x、臺階試驗指數(shù)為心肺功能指標(biāo)，12m i n跑成績?yōu)橛醒跄土χ笜?biāo)，對20－M S T分別與VO2m a x、臺階指數(shù)、12m i n跑的相關(guān)性進(jìn)行研究。對實驗組與對照組20－M S T、VO2m a x、臺階試驗、12m i n跑四項指標(biāo)在訓(xùn)練前后各自的差異、變化率進(jìn)行比較分析。從縱向的角度探索訓(xùn)練效應(yīng)的一致性及對訓(xùn)練的敏感性。

1 研究對象與方法

1研究對象

普通男性大學(xué)生32名（按身高、體重、年齡進(jìn)行配對，然后隨機分為實驗組和對照組各16名）。經(jīng)配對樣本t檢驗，三項指標(biāo)均無顯著性差異（表1）。受試者健康狀況良好，無心肺功能疾病。VO2m a x和運動負(fù)荷試驗前24h內(nèi)未從事劇烈運動。測試時著輕便服裝、運動鞋，同一天只測試一個項目，無肌肉疲勞癥狀。

表1 研究對象基本情況（M±S D）

1.2 測試儀器

身高體重計（韓國的HE LMA S）、自制臺階（40c m）、電子節(jié)拍器（北京東紅）、錄音機、磁帶、旗子、口哨、秒表、P o l a r表（T 61－C O D E D）、C O S ME D心肺測試儀（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跑步機、面罩、酒精棉球。

1.3 實驗方法

①測試項目。身高＼體重、VO2m a x、20－M S T、庫博12m i n跑、臺階試驗。

②訓(xùn)練方案。實驗組學(xué)生進(jìn)行為期8周的有氧耐力訓(xùn)練，每周訓(xùn)練3次，每次訓(xùn)練時間為1h。耐力訓(xùn)練以跑步為主，以心率控制負(fù)荷強度?？紤]到受試者基礎(chǔ)水平低，結(jié)合循序漸進(jìn)的原則，因此前兩周勻速跑時受試者運動心率控制在125b/m i n，再給予±5b/m i n的浮動范圍。每兩周調(diào)整一次訓(xùn)練強度，以每次心率增加10b/m i n。間歇訓(xùn)練運動心率要求達(dá)到150b/m i n，上下浮動5b/m i n，間歇時間視受試者心率恢復(fù)情況而定，一般心率在120b/m i n左右時開始下一組練習(xí)［6－9］。心率控制采用芬蘭產(chǎn)的P o l a r心率表，受試者訓(xùn)練時佩帶心率表，在個體規(guī)定運動心率范圍內(nèi)調(diào)整跑速。同時配合每天測量基礎(chǔ)心率，若基礎(chǔ)心率連續(xù)上升，則做相應(yīng)調(diào)整。

③訓(xùn)練條件控制。實驗組、對照組為同一個學(xué)校的學(xué)生，因此在飲食、作息時間上沒有進(jìn)行嚴(yán)格的控制。實驗組除日常訓(xùn)練外，不允許參加額外劇烈的運動；對照組進(jìn)行8周限制晨鍛煉和課外體育活動。

1.4 數(shù)據(jù)處理

20－M S T完成等級、VO2m a x、臺階指數(shù)、12m i n跑成績在訓(xùn)練前后各自的差異及實驗組和對照組各指標(biāo)間的差異采用M±S D進(jìn)行配對樣本t檢驗；訓(xùn)練前后四項指標(biāo)的變化率計算方法為：（訓(xùn)練后值－訓(xùn)練前值）/訓(xùn)練前值；實驗組、對照組各指標(biāo)的變化率采用獨立樣本t檢驗；實驗組各指標(biāo)變化率間的差異采用單因素方差分析；20－M S T在訓(xùn)練前后分別與VO2m a x、臺階指數(shù)、12m i n跑成績進(jìn)行P e r as o n相關(guān)分析。以上數(shù)據(jù)處理均由S P S S 11.5統(tǒng)計軟件進(jìn)行。顯著水平，p＜0.05；非常顯著水平，p＜0.01。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 訓(xùn)練前后基礎(chǔ)、安靜心率的變化

訓(xùn)練前，實驗組、對照組基礎(chǔ)心率、安靜心率分別進(jìn)行配對樣本t檢驗，統(tǒng)計結(jié)果顯示兩者均無顯著性差異（P＞0.05）。訓(xùn)練后，實驗組的基礎(chǔ)心率、安靜心率均比訓(xùn)練前顯著降低（P＜0.05）。而對照組各指標(biāo)則在訓(xùn)練前后不存在顯著性差異（P＞0.05）。

表2 研究對象心率在訓(xùn)練前后的變化情況（M±S D）

注：＊為訓(xùn)練前后各指標(biāo)進(jìn)行t檢驗，＊為P＜0.05；△為實驗組和對照組進(jìn)行t檢驗，△為P＜0.05

以上試驗結(jié)果表明，實驗組被試訓(xùn)練后基礎(chǔ)心率和安靜心率下降。業(yè)已證明，長期有規(guī)律的訓(xùn)練可以使心肌收縮能力增強，心臟容積增大，每搏輸出量增加，故基礎(chǔ)心率和安靜心率下降。結(jié)果表明，本實驗訓(xùn)練設(shè)計安排合理，實驗組被試心臟功能對運動訓(xùn)練產(chǎn)生了良好適應(yīng)，心臟功能有顯著提高。

2.2 訓(xùn)練前后實驗組、對照組20－M S T、VO2m a x、臺階指數(shù)、12m i n跑的變化情況

訓(xùn)練前后，分別取實驗組、對照組20－M S T完成等級、VO2m a x、臺階指數(shù)、12m i n跑成績進(jìn)行配對樣本t檢驗，統(tǒng)計結(jié)果顯示，訓(xùn)練前實驗組、對照組各指標(biāo)間均無顯著性差異（P＞0.05）；訓(xùn)練后實驗組各指標(biāo)均存在不同程度的遞增，各指標(biāo)分別與訓(xùn)練前存在顯著性差異，同時與對照組訓(xùn)練后各指標(biāo)也存在非常顯著性差異（P＜0.01）。對照組20－M S T完成等級、臺階指數(shù)、VO2m a x、12m i n跑成績在訓(xùn)練前后均沒有統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

練后，實驗組各指標(biāo)均比訓(xùn)練前有顯著性遞增，20－M S T遞增幅度最大，增加了14.5％，VO2m a x、臺階指數(shù)、12m i n跑成績分別增長了6.1％、12.7％、10.9％。對照組8周后20－M S T、VO2m a x、12m i n跑成績略有下降。臺階指數(shù)略有增長，增長了0.36％（表4）。對實驗組、對照組各指標(biāo)變化率進(jìn)行獨立樣本t檢驗，發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練組20－M S T、VO2m a x、臺階指數(shù)、12m i n跑成績與對照組各指標(biāo)都存在非常顯著性差異（P＜0.01）。

表3 20－M S T完成等級、VO2m a x、臺階指數(shù)、12m i n跑成績在訓(xùn)練前后的變化（M±S D）

表4 實驗組、對照組各指標(biāo)在訓(xùn)練前后的變化率比較（M±S D）

圖1

2.4 實驗組各指標(biāo)在訓(xùn)練前后各自的變化率之間的差異情況

20－M S T完成等級、VO2m a x、臺階指數(shù)、12m i n跑成績在訓(xùn)練前后各自的變化率采用單因素方差分析。從表5、6可知，20－M S T完成等級變化率與VO2m a x變化率存在顯著性差異（P＜0.05），與臺階指數(shù)、12m i n跑成績變化率無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。VO2m a x變化率與臺階指數(shù)、12m i n跑成績變化率亦沒有顯著性差異（P＞0.05）。

表5 20－M S T、VO2m a x、臺階指數(shù)、12m i n跑在訓(xùn)練后各增長率的方差分析

表6 20－M S T、VO2m a x、臺階指數(shù)、12m i n跑在訓(xùn)練后各增長率的方差分析結(jié)果

2.5訓(xùn)練前后實驗組、對照組20－M S T與VO2m a x、臺階指數(shù)、12m i n跑的相關(guān)研究

從表7可知，實驗組與對照組在訓(xùn)練前后20－M S T完成等級與VO2m a x、12m i n跑成績均存在非常顯著性相關(guān)（P＜0.01）；與臺階指數(shù)存在顯著性相關(guān)（P＜0.05）。12m i n跑是反映有氧耐力的有效指標(biāo)，同時也能間接的評價心肺功能水平。20－M S T與12m i n跑存在非常顯著相關(guān)，提示20－M S T是評價有氧耐力的有效指標(biāo)。

表7 訓(xùn)練前后20－M S T完成等級與VO2m a x、臺階指數(shù)、12m i n跑的相關(guān)研究

3 討 論

VO2m a x是反映人體在極量運動負(fù)荷時心肺功能水平高低的一個主要指標(biāo)，它對反映運動訓(xùn)練引起機體適應(yīng)性變化的敏感性眾多報道不盡一致。席翼［10］對新兵進(jìn)行18周的耐力訓(xùn)練后，發(fā)現(xiàn)VO 2m a x絕對值增加了1.56％（P＜0.01），而相對值則無顯著性改變。李之俊［11］對優(yōu)秀游泳運動員進(jìn)行為期兩年的系統(tǒng)訓(xùn)練后，發(fā)現(xiàn)男女運動員VO2m a x絕對值和相對值都無顯著性變化。但多數(shù)研究報告指出，通過適當(dāng)?shù)挠?xùn)練，VO2m a x能增加5％～30％［12］。從訓(xùn)練的強度看，很多研究認(rèn)為，運動心率在120～150次/m i n，訓(xùn)練20～60m i n/次，2～5次/周，能夠改善心肺功能；從訓(xùn)練時間看，綜合國內(nèi)外的一些文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)，短的只要幾周就能見效，而長的則需要幾個月，甚至幾年都不見增長。國內(nèi)學(xué)者姚寶元［13］指出，要使心臟功能呈顯著性增強，在訓(xùn)練強度保證的情況下，需要一個訓(xùn)練時間閾值，這個閾值是至少6周。其他研究表明［14－17］，持續(xù)8周或以上的有氧訓(xùn)練能使受試者迷走神經(jīng)緊張性增強、交感神經(jīng)活動減弱。郭紅［18］的研究指出，通過8周的耐力訓(xùn)練，每搏輸出量有顯著的增加。本試驗結(jié)果顯示，8周訓(xùn)練后實驗組VO2m a x存在顯著性增長，而對照組在訓(xùn)練前后則無顯著性差異。因此，本研究表明8周有氧耐力訓(xùn)練已可觀察到心肺功能的增進(jìn)。這從本研究實驗組基礎(chǔ)、安靜心率在訓(xùn)練后的反應(yīng)上得到驗證。業(yè)已證明，安靜心率低者，其每搏輸出量增大，心臟機能貯備增強。

國內(nèi)外關(guān)于20－M S T對反映訓(xùn)練敏感性的研究相對匱乏。A z i z A R［19］報道5周訓(xùn)練后，優(yōu)秀足球運動員20－M S T成績就已顯著提高。S a i d B［20］對20－M S T的訓(xùn)練效應(yīng)也作過相關(guān)研究，S a i d B以通氣無氧閾作為訓(xùn)練強度，發(fā)現(xiàn)患有輕度哮喘的青少年訓(xùn)練了兩個月后，20－M S T呈顯著性增長（增長了10.4％）。在本試驗中，實驗組各項指標(biāo)均存在顯著性增長，而對照組則無顯著性變化。對實驗組中各自的增長率進(jìn)行進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，20－M S T的增長率高于臺階試驗、VO2m a x和12m i n跑的增長率。對四者的變化率進(jìn)行方差分析顯示，20－M S T與VO2m a x存在顯著性差異?？梢姡?0－M S T對運動訓(xùn)練引起的心肺功能的適應(yīng)性變化的敏感性優(yōu)于VO2m a x。許多研究報道臺階指數(shù)對反映心臟功能的最大耗氧量、最大心輸出量之間無高度相關(guān)，但對運動訓(xùn)練的適應(yīng)性變化較為敏感。在本研究中，觀察到臺階指數(shù)的增長率高于VO 2m a x，但未有顯著性差異。這可能與受試者的心肺功能的基礎(chǔ)水平有關(guān)。一般認(rèn)為，心肺功能水平差的人，訓(xùn)練導(dǎo)致VO2m a x的變化顯著；基礎(chǔ)水平高的人，訓(xùn)練引起VO2m a x的變化不顯著，本研究中受試者基礎(chǔ)水平相對較差。

訓(xùn)練前后分別對20－M S T與VO2m a x進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，訓(xùn)練前后20－M S T與VO2m a x均存在非常顯著性相關(guān)（P＜0.01）。由此筆者認(rèn)為20－M S T能夠有效的監(jiān)測心肺功能的適應(yīng)性變化。這一結(jié)果與A h m a i d i S B［21］的結(jié)論一致，他對患有哮喘的孩子進(jìn)行12周的有氧訓(xùn)練后，20－M S T與VO2m a x均有顯著提高，且兩者的相關(guān)系數(shù)為0.84，得出20－M S T能有效的監(jiān)測心肺功能的改善。本試驗結(jié)果也顯示20－M S T與臺階指數(shù)在訓(xùn)練前后均存在顯著性相關(guān)。臺階試驗是根據(jù)運動后恢復(fù)期內(nèi)心率恢復(fù)速度來評價心肺功能。心率恢復(fù)的快慢在一定程度上能夠反映心臟的功能，因此也間接說明了20－M S T在一定程度上能夠評價心肺功能。本研究同時發(fā)現(xiàn)，8周有氧訓(xùn)練后12m i n跑成績顯著提高，12m i n跑是評價有氧運動能力的客觀指標(biāo)，表明8周的耐力訓(xùn)練改善了有氧運動能力。20－M S T與12m i n跑在訓(xùn)練前后均存在顯著相關(guān)，因此筆者認(rèn)為20－M S T也是反映有氧運動能力、判斷訓(xùn)練效果的有效指標(biāo)。

20－M S T是一種亞極限負(fù)荷的有氧能力推廣測試方法［22］，在原理上接近心肺功能的實驗室測試，它與直接測定VO2m a x存在著相似性，都是遞增負(fù)荷運動，在此過程中人體攝取氧、利用氧的能力逐漸升高直至達(dá)到頂峰。許多研究指出，運動時間是能否調(diào)動受試者心肺功能達(dá)到最佳水平的重要影響因素之一。從目前測定心肺功能的方案看，理想的運動時間已證明以持續(xù)8～12m i n為宜，延長時間并不能增加評價的精確性，同時不利于運動耐量的評估。H o l t m a n n教授提出的時間為5～10m i n。后來國際運動生理會議提出，運動負(fù)荷的時間應(yīng)不少于6m i n，但不要超過12m i n［23］。本試驗結(jié)果顯示，受試者完成20－M S T持續(xù)運動時間約7～13m i n左右（20－M S T測試方案采用L e g e r 1988年的改良方案，每分鐘遞增一級負(fù)荷，因此運動時間就相當(dāng)于運動即刻所達(dá)到的等級水平）。因此，筆者認(rèn)為20－M S T是一種測定心肺功能的理想運動測驗。此外，20－M S T測試過程中跑速有信號控制引導(dǎo)且多名受試者同時進(jìn)行測試，激發(fā)了受試者興趣，降低了受試者內(nèi)部動機對試驗結(jié)果的影響。這些結(jié)果為20－M S T最終成為人體心肺功能簡便有效的評價方法提供了關(guān)鍵性的實驗證據(jù)。

4 結(jié) 論

4.1 經(jīng)8周的耐力訓(xùn)練后，20－M S T、VO2m a x、臺階指數(shù)、12m i n跑成績均有顯著提高，20－M S T提高幅度最大；各自的變化率與對照組各變化率存在顯著性差異，提示8周的耐力訓(xùn)練可以提高心肺功能和有氧運動能力。

4.2 20－M S T能監(jiān)測心肺功能的改善，對運動訓(xùn)練的敏感性優(yōu)于VO2m a x。

4.3 實驗組20－M S T在訓(xùn)練前后均與VO2m a x、12m i n跑成績存在顯著性相關(guān)，提示20－M S T對評價訓(xùn)練導(dǎo)致心肺功能和有氧運動能力的變化具有一致性?？梢?，20－M S T是評價心肺功能、判斷訓(xùn)練效果的理想的運動負(fù)荷試驗。

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［21］A h m a i d i S B，V a r r a y A L，S a v y－P a c a u x AM，P r e f a u t C G.C a r d i o r e s p i r a t o r y f i t n e s s e v a l u a t i o n b y t h e s h u tt l e t e s t i n a s t h m a t i c s u b j e c t s d u r i n g a e r o b i c t r a i n i n g［J］.C h e s t，1993，103（4）：1135－1141.

［22］N o o n a n V，D e a n E.S u b m a x i m a l e x e r c i s e t e s t i n g：C l i ni c a l a p p l i c a t i o n a n d i n t e r p r e t a t i o n.P h y s i c a l T h e r ap y，2000，80（8）：782－796.

［23］黃從新.活動平板負(fù)荷試驗的進(jìn)展［J］.中華心律失常學(xué)雜志，1999（3）：227－229.