國外1英里跑最大攝氧量估測方程比較研究

孫忠偉，張 冰，馬永平

(1.新疆大學(xué)體育教學(xué)研究部，新疆烏魯木齊830046;2.清華大學(xué)體育與健康科學(xué)研究中心，北京100084)

心肺健康是體質(zhì)健康的重要組成部分，同中等到大強(qiáng)度的長時間運動能力密切相關(guān)。通常認(rèn)為如果心肺功能過低則發(fā)生過早死亡的風(fēng)險就越高，而心肺健康水平提高可以降低許多疾病的患病風(fēng)險及死亡率。已有研究表明要想獲得高水平的心肺功能需要保持規(guī)律的身體活動習(xí)慣，形成這種習(xí)慣可獲得許多健康效益。目前關(guān)于心肺功能評價的最好指標(biāo)為最大攝氧量，美國運動醫(yī)學(xué)會在運動測試與運動處方指南中認(rèn)為最大攝氧量是心肺適能的測量指標(biāo)，由最大新排出量(L/min)和最大靜脈氧差(ml O2/L)決定，其與心臟的功能密切相關(guān)。［1］也可以認(rèn)為心肺耐力代表著人體心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)和吸收利用氧氣、進(jìn)行新陳代謝并產(chǎn)生能量的能力。

關(guān)于最大攝氧量的測試方法也比較多，包括直接測試法及間接測試法。直接測試法是采用開放式肺活量測試儀，將測試者用鼻塞阻塞鼻孔，通過其口進(jìn)行呼吸并測量呼出空氣O2和CO2及肺通氣量，并打印出詳細(xì)的測試結(jié)果。［2］直接測試法對儀器、場地、工作人員等要求較高，一般主要用于醫(yī)療或?qū)嶒炇已芯?。同時，可以采用次極量負(fù)荷的運動測試來進(jìn)行最大攝氧量的間接測試，具體包括電動跑臺測試、機(jī)械負(fù)荷功率自行車測試、臺階測試和場地測試。

相比，室外場地測試比較經(jīng)濟(jì)、容易操作、儀器設(shè)備要求低，是一種可以對大規(guī)模人群進(jìn)行普測的測量方法。所以研究擬對國外經(jīng)典室外場地的1英里跑相關(guān)的估測方程進(jìn)行梳理，然后采用中國大學(xué)生樣本進(jìn)行實驗室直接測試及室外測試，以期比較和驗證這些方程對于估測中國大學(xué)生最大攝氧量是否具有原方程的信效度。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

國外經(jīng)典1英里最大攝氧量的估測方程。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻(xiàn)資料法

通過中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)、維普、Web of Science、EBSCO Sport及谷歌學(xué)術(shù)等數(shù)據(jù)庫及檢索引擎進(jìn)行研究的文獻(xiàn)檢索，充分了解國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀，為研究奠定理論基礎(chǔ)。

1.2.2 實驗法

通過實驗室進(jìn)行直接測試，采用德國的p/h/cosmos跑臺及美國的Max II運動心肺測試儀進(jìn)行測試。選取清華大學(xué)40名本科學(xué)生(其中男女各20人)作為測試對象，并在一周內(nèi)利用Polar心率表、秒表對40名學(xué)生在標(biāo)準(zhǔn)400 m田徑場進(jìn)行了1 600 m跑測試，并記錄完成時間及即刻心率等指標(biāo)。

1.2.3 統(tǒng)計分析法

通過SPSS11.0、MedCalc11.4和Excell2003對相關(guān)回歸方程及實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 國外1英里跑的最大攝氧量估測方程篩選

通過文獻(xiàn)檢索分析發(fā)現(xiàn)，國外最大攝氧量的田徑場估測方程相對研究較多，如1英里走/跑、1.5英里跑、庫珀研究所的12分鐘跑，以及其他長距離跑的相關(guān)方程?？紤]到測試簡單、易操作，要求測試者容易參與，所以選擇距離最短的1英里跑的回歸方程，也就是1 600 m跑的回歸方程。通過進(jìn)一步的文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，目前引用比較多、準(zhǔn)確度相對較高的1英里跑的方程主要有3個，具體如下:

1995年，美國喬治大學(xué)運動科學(xué)系的Cureton教授等［3］通過對753名8—25歲的人群進(jìn)行研究，其中男性490人，女性263人，并進(jìn)一步將樣本劃分兩個樣本，樣本A為495人，樣本B為258人，其中利用樣本A測試后構(gòu)建最大攝氧量回歸方程，具體指標(biāo)包括性別、年齡、BMI、1英里跑步時間。具體方程如下:

其中Time(時間)為完成1英里跑得時間，BMI為身體體重指數(shù)［體重/身高2(kg/m2)］，Sex(性別)0為女，1為男。

該方程通過樣本構(gòu)建后的相關(guān)系數(shù)r為0.71，SEE為4.8ml/Kg/min，通過樣本②來對方程進(jìn)一步的驗證，結(jié)果顯示其相關(guān)系數(shù)r為0.72，SEE為4.8ml/Kg/min，預(yù)測結(jié)果具有較好的效度，可以用來進(jìn)行大學(xué)生人群以及成人的最大攝氧量估測。有學(xué)者進(jìn)一步研究認(rèn)為該方程相對其他方程具有較好的精確度。［4］

1993年，美國楊百瀚大學(xué)體育教育系的James等人［5］對149名18—29歲的大學(xué)生進(jìn)行了最大攝氧量的研究，其中男性88人，女性61人，所有測試者均通過實驗室運動跑臺及運動心肺儀進(jìn)行了最大攝氧量的測試，為了避免疲勞影響，在2周內(nèi)分別進(jìn)行了1英里和1.5英里跑測試，其中106人測試了1英里慢跑，96人參加了1.5英里跑測試。因為1.5英里跑要求最大速度進(jìn)行測試，與本研究要求不符。所以重點分析1英里(1 600 m)慢跑測試，跑前要求2～3 min的慢跑進(jìn)行熱身，不要太劇烈。具體測試過程要求測試者選擇一個穩(wěn)定的、次大強(qiáng)度進(jìn)行測試，并要保證測試完成時間女性≥9 min，男性≥8 min，并且測試完成后的最大心率要≤180次/min。該實驗106名測試者中有3人的數(shù)據(jù)超出了上述范圍。測試完成后將106樣本劃分為2個子樣本，子樣本A為54人(其中男31人、女23人)，子樣本B為52人(其中男32人、女20人)，利用子樣本A建立回歸方程，具體指標(biāo)包括性別、年齡、體重、慢跑時間和跑后的即刻心率，并通過子樣本B進(jìn)行驗證，然后同實驗室跑臺測試進(jìn)行統(tǒng)計分析，具體方程如下:

其中Mass(體重)為千克(kg)，Time(慢跑時間)為分鐘(min)，Hr(心率)為次/min。

通過統(tǒng)計分析顯示，其相關(guān)系數(shù)r為0.87，SEE為3.0 ml/kg/min，具有較好的準(zhǔn)確度，并認(rèn)為該方程針對大學(xué)生進(jìn)行測試，所以并沒有將年齡列入到方程中，如果針對其他人群可將年齡列入方程進(jìn)行擴(kuò)展。該方程最大的特點為次大強(qiáng)度的穩(wěn)定速度進(jìn)行測試，實際測試時容易操作，測試者愿意嘗試，容易普及，估測結(jié)果準(zhǔn)確性相對較好。

1987年，美國運動醫(yī)學(xué)會(ACSM)也提出了通過田徑場不同距離的跑步來估測最大攝氧量的方程［6］，具體見表 1:

表1 ACSM1.609 km跑估算最大攝氧量

2.2 國外1英里跑的最大攝氧量估測方程的的驗證分析

本次測試首先在實驗室采用德國h/p/cosmos跑臺、美國APE的MaxII運動心肺測試儀對40名學(xué)生的最大攝氧量進(jìn)行了直接測試，用作對比分析標(biāo)準(zhǔn)。然后到田徑場進(jìn)行1 600 m跑測試，要求保持自己最大速度的勻速來完成測試，測試結(jié)束后的即刻心率采用Polar表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。測試結(jié)果見表2所示:

測試后將所有測試信息進(jìn)行統(tǒng)計，并通過三個估測方程進(jìn)行計算，如表3所示，Jog方程計算的最大攝氧量均值和實驗室直接測試的均值比較接近，為49.75和49.16，而BMI方程的均值相比實驗室測試也是差異不大，相比ACSM方程與實驗室測試的結(jié)果差異較大。

表3 實驗室測試和三個估測方程估測結(jié)果

表4 實驗室和三個估測方程的相關(guān)分析

通過SPSS11.0統(tǒng)計軟件對三個方程與實驗室直接測試結(jié)果進(jìn)行線性相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，如表4，三個方程同實驗室直接測試均呈現(xiàn)出顯著的相關(guān)關(guān)系，P值均小于0.01，相比原方程的推導(dǎo)時的驗證的相關(guān)系數(shù)，Jog方程與BMI方程驗證r系數(shù)均與原研究的0.87和0.72類似，分別為0.859和0.738。而ACSM測試結(jié)果相對其方程相關(guān)系數(shù)r=0.95差異較大，驗證值為0.718。進(jìn)一步分析ACSM可以發(fā)現(xiàn)，其方程要求測試1 600 m的最快速度，然后計算其平均速度帶入方程計算，而本實驗要求以本人最大的勻速度進(jìn)行測試，估計是因為測試方式的差異導(dǎo)致相關(guān)系數(shù)較低。

雖然三個方程均與實驗室測試表現(xiàn)出非常顯著的相關(guān)性，但進(jìn)一步通過獨立t檢驗發(fā)現(xiàn)，Jog方程和BMI方程同實驗室測試結(jié)果之間并沒有顯著性差異，而ACSM方程測試結(jié)果與實驗室測試結(jié)果呈現(xiàn)出顯著性的差異?？梢奐og方程和BMI方程作為估測最大攝氧量的方程，將其用在中國大學(xué)生進(jìn)行估測，具有與原方程接近的效度。

2.3 國外1英里跑的最大攝氧量估測方程的一致性分析

為了進(jìn)一步分析估測方程之間的差異，采用Medcalc11.4軟件對三個方程的估測結(jié)果進(jìn)行Bland-Altman分析，通過圖1～3可見，其X軸為最大攝氧量范圍的均值，Y軸為估測方程與實驗室測試的差值，中間的實線用來表示估測方程與實驗室測試的均值的差值，而兩條虛線分別表示Mean±1.96SD，即估測方程和實驗室測試方法差值的95%置信區(qū)間。研究結(jié)果顯示，Jog方程、BMI方程、ACSM方程和實驗室測試法的差值在95%置信區(qū)間意外點數(shù)的比例均為7.5%，都顯示在可以接受的范圍之內(nèi)。此外，差值的實際均值與理論均值之間的距離表示估測偏倚程度，按照圖示順序依次為-12.5～14.1、-13.0～18.6、-7.4 ～24.1，總體上看，Jog方程、BMI方程與實驗室測試呈現(xiàn)出的一致性相對較好。一般認(rèn)為預(yù)測方程的偏倚度、最大差值及95%置信區(qū)間外的散點越少越理想。綜合來看，Jog方程的預(yù)測效果在三個方程中是最理想的一個。

圖1 實驗室測試和Jog方程的Bland-Altman散點圖

圖2 實驗室測試和BMI方程的Bland-Altman散點圖

圖3 實驗室測試和ACSM方程的Bland-Altman散點圖

3 結(jié)論

通過實驗室測試驗證了國外的經(jīng)典室外估測回歸方程準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)室外1 600 m跑測試法適合大樣本人群進(jìn)行測試，都具備較好的相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)均在0.7以上，其中 Jog方程的準(zhǔn)確度最高，r=0.859，P＞0.01，其差值的實際均值與理論均值之間的偏倚程度為-12.5～14.1，相比其他兩個方程準(zhǔn)確度最高，可以應(yīng)用慢跑方程應(yīng)用到中國大學(xué)生最大攝氧量的估測。

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