我国普通男性青年跑节省化（RE）测试方法的建立

王国军，席 翼，武雅琼

Daniels于1974年提出，跑节省化（Running Economy，以下简称RE）是给定一个标准化的亚极限跑速下处于稳定状态时的摄氧量［14］。国内、外的研究成果证明：RE是继最大摄氧量（max）、无氧阈后又一评价人体有氧耐力水平的优异指标［2，9，19］。随着研究的进一步深入，越来越多的研究成果显示：RE在预测同质人群（同一水平、性别等）中长跑耐 力 水 平 时，比max更 准 确［13，25］；RE 的 可塑性好于max［2，7］。由此，自20世纪80年代以来，国际上已将表达杰出耐力表现的关注点转移到跑节省化。近些年，国外丰硕的RE研究成果逐渐引起国内学者的关注，并一致认为，RE在竞技体育和国民体质领域有着广阔的 前景［1，4，7］。 但 是 ，在 运 用 RE 之 前 ，首 先 要 解 决 测 试 方法，否则，将很大程度上阻碍RE的研究和应用。

过去RE相关研究中，RE测试方式基本无异议：除了偶有研究采用功率自行车方式外，均采用活动跑台［10］。

每个运动负荷持续时间选择上，存在着4～7min各种不同情况［24，33］。已有研究总结指出：过去有关RE测试持续时间，大都集中在4～10min内，这样的持续时间足够达到生理学规定的稳定状态，测试的RE准确有效［16］，因此，持续时间只要保证4～10min即可。

鉴于理论依据和研究方法的差异，负荷标准的选择成为争议的焦点：自 Krahenbuhl确定241m／min、268m／min、295m／min 3个跑速作为亚极限负荷以来［13］，多数研究者在测定RE时沿用了3负荷方法，但跑速各有不同［12，13，17，32］。 也 有 学 者 采 用1个 跑 速［35，38］或2个 跑 速［36］测定RE。多样化的跑速不利于后续研究工作的开展。由此，提出本研究目的1：建立一个既能简化实验程序又能准确反映中长跑耐力水平的有效负荷强度。

虽然RE的研究在国外自20世纪80年代以来一直备受关注，但有关RE气体计算标准至今尚无定论：过去的研究到底是计算末尾1min、末尾2min还是末尾3min的所得均值作为RE值存在各种不同的算法，甚至少数研究只计算末尾30s、45s的均值作为RE值［11，20，31，33］。 气 体 计 算 方 法 的 不 一 致 性 让 后 续 研 究 者 心 存疑虑，亟待解决，基于此，提出研究目的2：依据收集时是否处于稳定状态以及计算不同时间下的与中长跑耐力水平相关关系确定一个标准统一的气体计算方法。

鉴于上述目的，本研究以37名未经训练的新兵为实验对象，测定其55%、60%、65%和70%max对应跑速下的RE值，以5km跑成绩为因变量，分别以上述4个RE值为自变量进行积差相关分析，并应用r2判定系数法判断RE与5km跑成绩线性关系，找出评定RE水平的适宜负荷，并测试同质群体但不同个体（另外26名新兵）在此适宜负荷下的RE以及5km成绩，分析其相关性，以检验此负荷推广的有效性。另外，通过随机抽样进行重测并运用Pearson相关法检验其可靠性，最终建立一套完整的RE测试方法，以期为RE未来在国民体质以及运动训练等领域的应用提供一定的方法学参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

63名受试者来自武警8634部队新兵营（处于学习跑步的初级训练阶段）。排除来自大山或高海拔地区的、从事过专门体能训练的、长期从事体力劳动的士兵以保证受试者属于普通人群体。研究对象均知晓实验目的和内容。

根据研究需要，将受试者分成两组：A组37名，年龄（20.5±1.5）岁，身高（172.9±5.7）cm，体重（65.2±9.2）kg，目的在于测试受试者RE并计算各RE值与5km跑的相关系数，得出RE测试的适宜负荷；B组26名，年龄（18.3±1.2）岁，身高（173.2±6.4）cm，体重（64.4±6.4）kg，目的在于对筛选出的RE适宜负荷进行有效性检验。本实验均在天津体育学院运动人体科学实验室完成。

1.2 实验方法

1.2.1 5km 跑 测 试

严格按照田径测试方法在400m标准塑胶跑道上进行5km跑测试。测试前48h内不参加任何大负荷运动。测试中，由连长以及士官亲自督促，并给予相同的口头鼓励。2周内共测试3次，取最好一次成绩作为5km跑成绩。

1.2.2 体成分测试

采用韩国Salus体成分测定仪。受试者空腹，测试前用酒精将脚掌擦拭干净，然后，双脚平稳站立于仪器上20s，得出测量结果，数据包括：体重（W）、瘦体重（LBW）等，在每次max测试前即早晨7：00～9：00进行。

具体过程为：测试前2min内将跑台速度增至4km／h，坡度为0，让受试者尽可能地走起来。第4min时将跑速增至8.5km／h，之后以1km／min的速度递增，直至速度到13.5km／h（此种负荷递增方式的另一个目的在于根据max的百分比强度确定对应的跑速）。此时，以1°／min的速度增加跑台坡度，且不时通过主观感觉评分表（RPE）询问受试者主观感觉。max判断标准参照《运动生理学》［3］，获 取 数 据 有 绝 对 值 （A－max，即 L／min）和相对值（R－max，即 ml／kg／min）。

1.2.4 RE测试

测试数据有绝对值（A－RE，L／min）、体重相对值（RRE，即 ml／kg／min）、瘦体重相对值（r－RE，即 ml／kg／min）和修正值（C－RE，即 RE／max）。

1.3 统计学分析

采用SPSS 11.5for Windows软件包处理数据：1）采用Pearson相关法检验RE各值与5km跑成绩的相关性；2）判断4个RE相对值与5km跑成绩的线性关系（linear correlation），应用r2判定系数法寻找最佳拟合优度。在判定线性拟合优度时，r2判定系数和F是评价曲线拟合优度的关键参数，r2和F越大说明拟合优度越好，即线性模型与实际越接近，从而找出拟合度最优的曲线；3）采用曲线拟合方法（curve fitting）验证所确定的RE占max百分比是否为最佳点。曲线拟合时，先做散点图，若通过散点图仍不确定是何种曲线时，试探性地进行11种曲线拟合，然后根据曲线拟合评价参数确定最优曲线。

1.4 最佳RE负荷有效性检验

测试方法及注意事项同上述“1.2.4”所述，但此项实验只由B组受试者完成已成功筛选出的最佳RE跑速测试。数理统计时，采用Pearson相关法检验最佳RE跑速下的RE值与5km跑成绩的相关性；B组与A组RE结果、5km成绩采用独立样本t检验进行比较。

1.5 RE重测可靠性检验

在不进行任何实验干预，不考虑年龄、性别等其他干扰因素前提下，一项好的测试指标和实验程序应具有重复测量的高度可靠性和稳定性。为验证RE指标重测可靠性，从B组中随机抽取13名受试者，按照上述“1.2.4”所述测试方法及注意事项，在不同日期但在同一时间段内以上述所筛选出的最适宜RE跑速进行RE重测可靠性检验。采用“标准差／均值×100%”计算变异系数以检验最适宜跑速的稳定性。采用配对t检验观察同一批受试者2次测量结果的差异，采用Pearson相关法检验重测可靠性。

上述数理统计应用时，均选取P＜0.05为显著性水平。

2 研究结果

2.1 RE各值及其与5km跑成绩的相关性

测试结果显示：A组受试者5km跑成绩为（22.2±1.1）min；A－max和 R－max分别为（3.8±0.4）L／min和（57.8±3.8）ml／kg／min；55%、60%、65%和70%max对应的速度均值 V1、V2、V3、V4分别为：（9.7±0.8）km／h、（10.6±1.0）km／h、（11.5±0.9）km／h、（12.4±0.9）km／h；以 V1、V2、V3、V44个速度进行跑台运动测试 RE1、RE2、RE3、RE4（表1）。

表1 RE各值分别与5km的相关关系一览表Table 1 Results of the Correlativity between RE Values and 5km Repectively （n＝37）

表1显示，与5km成绩相关关系总体特征表现为（r表 示与 5km 的 相 关 系 数 ）：rA－RE＜rr－RE＜rR－RE；rR－RE（3min）＜rR－RE（1min）＜rR－RE（2min）。C－RE 与 5km 成 绩 呈 低 度 相 关 （CRE2最高，r＝0.458，P＝0.004）。

2.2 应用r2判定系数法确定最佳R－RE值

R－RE与5km成绩的曲线拟合结果显示该曲线趋向于线性模型。对线性拟合下的4个R－RE值再作进一步分析（图1）。图1显示：R－RE3的r2判定系数值以及F均最高，故RE3所对应曲线最能体现RE与5km跑成绩之间的关系。因此，判定RE3时的负荷11.5km／h应为评价有氧能力的适宜亚极限跑速。

图1 R－RE值的r2和F值比较结果示意图Figure 1. Comparation Results between r2 of R－RE Values and FValues

2.3 对最适宜RE负荷的验证

RE1、RE2、RE3和 RE4占max的 百 分 比 分 别 为59.2%、63.1%、67.1%和71.3%，且 RE 各 值 与5km 跑成绩对应 的 相 关 系 数r1、r2、r3、r4分 别 为0.612、0.759、0.797、0.752（表1）。以 R－RE所占max的百分比为自变量，相关系数为因变量，进行11种可能的曲线拟合。排除P＞0.05的曲线，经比较得到了最为合理的一种方程，其拟合结果如下：

方差分析表：F＝717.69，P＝0.026；判定系数：r2＝0.999；自变量 X 检验：t＝16.991，P＝0.0300；拟合方程：Y＝－18.528＋57.0666X＋（－42.476×X2）。图2显示，二次曲线开口向下，应有最大值（顶点），应用二次函数求顶点对应横坐标公式（x＝－b／2a）求得顶点对应的横坐标为67.2%max，即 在 67.2%max负 荷 时，RE与5km跑成绩相关系数最大。此结果与RE3实际对应的67.1%max极为接近，表明2.2中确定的 RE3时的负荷11.5km／h是适宜的。

2.4 11.5km／h下血乳酸浓度、心率测试结果

抽取B组受试者耳血所测得的血乳酸浓度为（3.59±0.65）mmol／L，总体低于无氧阈浓度。心率值为154.76±8.6次／min。

图2 各个RE所占max百分比与对应的相关系数拟合曲线图Figure 2. Fitting Curve Chart between themax Percent of Every RE and Its Corresponding Coefficient

2.5 RE负荷有效性检验

B组受试者5km跑成绩为（23.1±2.4）min，与 A组（22.2±1.1）min无统计学显著差异（P＞0.05）；B组 RE测试结果为（38.80±3.1）ml／kg／min，与 A 组测试结果（38.84±2.6）ml／kg／min无统计学显著差异（P＞0.05），这提示：在11.5km／h负荷下，普通人的R－RE值大约为38.8ml／kg／min左右。

11.5 km／h下的RE值与5km跑成绩呈高度相关（r＝0.729，P＜0.001）。

2.6 RE重测可靠性检验

从B组随机抽取出的13名受试者RE结果为（38.21±3.4）ml／kg／min，配对t检验结果显示：t＝－0.925，P＝0.373＞0.05，两组无统计学显著差异。重测可靠性检验，两次测试结果高度相关（r＝0.918，P＝0.000）。

3 讨论

3.1 RE负荷之“最适宜”的讨论

过去有关RE的研究中，存在多种不同的实验负荷，如Krahenbuhl等选择了134m／min、154m／min、174m／min 3个负荷［21］；陈忠庆等选择了143m／min、172m／min、204 m／min作为RE负荷［12］；Paavolainen等在他的研究中仅仅使用3.67m／s和4.17m／s了两个负荷［30］，而 Allor等选择了惟一的147m／min负荷［8］。显然，负荷选择的多样性，加上过去许多研究在实验负荷使用上都是直接引用，并未给出合理的解释，让后续研究者心存疑虑，一定程度上影响了RE相关研究的可持续发展。

针对这一现象，一些学者相继开展了相关研究。Helgerud等［18］于2010年对15名优秀运动员进行了递增负荷测试，发现在60%～90%max的亚极限负荷下，任何强度点的均可代表RE，即表达RE的测试负荷在一定范围里可以从一处到多处，即只要在此范围内的任一强度对应的跑速下所测得的RE值，均可准确评价人群的有氧耐力水平差异。但2010年Sawyer［34］测定了普通人，回归分析结果显示，不同速度反映RE时存在差异，这种差异表现为不同速度下测得的RE值并不是都能解释其耐力水平差异。某一阶段人体的耐力水平是固定的，耐力水平差异理应通过RE值体现出来。然而，研究结果显示，并非任一跑速下的RE都与耐力水平表现出高度一致性，只在某种特定负荷强度下测得的RE值才能体现这种一致性，即在该负荷强度下，RE结果与耐力水平具有高度相关性：在评价某人群耐力水平（如5km跑成绩）时，若耐力水平越好，其RE值越小（说明其越节省化）。1992年，Krabenbuhl的研究也得出类似结论：对于同质群体而言，理应存在一最适宜负荷［22］。另外，不同性别、不同耐力水平、不同年龄群体若使用同一跑速作为RE负荷，高估或低估现象不可避免，与事实不相符合。因此，不同人群负荷强度也理应不同。

那么，我国普通男性青年最适宜负荷应该是多少？如何确定？

Morgan等［27］综述文献后发现，有氧能力范围大约在55.5%～80.9%max之间，RE作为反映有氧耐力的指标，理应在此范围之内。1991年，Williams［37］选择了相当于50%、60%、70%max强度的跑速，并认为这些负荷均低于无氧限度，即85%max，能准确反映RE水平。故本研究将4个初始测试跑速强度定为55%、60%、65%和70%max。

本研究结果显示，4个极限下负荷的R－RE与5km跑成绩的相关系数分别为0.612、0.759、0.797和0.752（表1），与前人研究基本一致［13，17，32］。但以往研究在此基础上并未进一步筛选最佳负荷。最佳负荷不一定就是初选跑速，需要求证。此外，一个负荷显然更便于实践中应用。因此，本研究进一步分析线性拟合下的4个R－RE值，结合r2判定系数，找出拟合度最优的曲线，即R－RE3所对应曲线最能体现RE与5km跑成绩之间的关系，其对应跑速为11.5km／h；另一方面，以 R－RE所对应的%max为自变量，以相关系数为因变量进行曲线拟合，结果显示，该曲线是开口向下的抛物线，其最高点（即最大相关系数r）对应的跑速极其接近11.5km／h。由此，本研究不仅可确定适宜负荷跑速，还可以以一个跑速（11.5km／h）代表。

本研究结果显示：11.5km／h这一特定跑速相当于67.1%max。Morgan在他1995年的一篇文献报道中指出：RE值对所有级别的受试者表现出了一个较小范围的相对负荷（69.9%～71.4%max）［27］。本研究的对应强度（67.1%max）与 Morgan结论中的相对负荷强度特别接近，与其结论不谋而合。

Foster曾指出：RE跑的强度应低于无氧阈所对应的速度，因为如果超过了这个速度，将不可能达到稳定状态的条件［16］。本研究结果发现：受试者以11.5km／h跑速运动即刻的血乳酸浓度为（3.59±0.65）mmol／L，低于无氧阈浓度，符合Foster认定的原则。此外，这一结果也表明：11.5km／h负荷下的运动强度属于有氧运动范畴，从而佐证了RE是继max、无氧阈后的又一反映有氧耐力的指标。

然而，研究RE的根本目的在于其能准确地反映中、长跑耐力水平，那么，是否计算末尾1min、末尾2min和末尾3min时，其与5km成绩相关度一样呢？本研究结果显示：采用计算不同时间段下的且使用ml／kg／min表示时（即R－RE），R－RE各值与5km均存在不同程度的相关性（表1），且具有统计学显著意义（P＜0.05）。这提示：收集和计算末尾1min、末尾2min和末尾3min都能够反映中、长跑耐力水平，前人收集和计算方法的合理性再次得到证实。但是，本研究针对3种不同的收集和计算方法进行进一步探究，结果显示：3个不同时间段收集和计算R－RE时，与5km的相关系数表现为一定的差异：计算末 尾2min时 的与5km 成 绩 相 关 度 最 高 （rR－RE（3min）＜rR－RE（1min）＜rR－RE（2min））。可 能 的 原 因 是：在 以 11.5km／h 跑速维持6min钟跑时，前4min仍处于克服心肺等脏器的惰性，表现为快速增长状态，而并未表现出稳定状态，但随着时间的推移，呼吸节奏、跑步技术的调整等因素逐渐趋于稳定，也随之而出现平台，真实地展示出人体的氧利用能力。计算末尾3min所得均值小于计算末尾1min和末尾2min所得均值（表1），原因就在于处于一个递增期，第4min时的值小于第5min和第6min值，从而使得末尾3min的均值变小。

综上可知，无论是出自稳定状态的原则还是反映5km耐力水平的能力，可以认为：在反映5km耐力水平时，存在一个最好的表达方式，即收集和计算末尾2min均值最佳。

3.3 RE测试有效性和可靠性检验

3.3.1 RE负荷的有效性

研究结果显示：在B组同属普通青年男性且与A组属同质人群（两组5km成绩与RE测试结果无统计学显著差异，表明耐力水平属同一层次）条件下，B组受试者的RE与5km成绩呈高度相关（r＝0.729，P＜0.001），与 A组的结果表现出高度一致性。因此，可以认为：对于我国普通男性青年而言，11.5km／h的跑速能有效表达其耐力水平，今后可以用11.5km／h作为普通男性青年的RE测试负荷。

3.3.2 RE重测可靠性

采用11.5km／h的负荷对同一群受试者按照同一实验程序和控制条件在不同日期但在同一时间段内进行RE重复测试，结果证实：重复测量可靠性高（r＝0.918，P＝0.000），且表现出较好的稳定性（两次RE测试结果无统计学显著差异）。此结论进一步支持Williams的研究结果：在连续3天和非连续5天测试中，RE的稳定性达到90%～98%［37］。

另外，统计学中对于标准差的大小，原则上应该控制在均值的12%以内，如果标准差过大，将直接影响研究的准确性［5］。A组和B组RE均值变异系数分别为6.7%和7.9%，小于统计学规定的12%。因此，说明RE测试的准确性高。

3.4 RE实验条件控制

RE测试前1周内，受试者必须进行跑台体验，目的在于有利于步伐稳定，还可避免心理上对跑台测试的恐惧和不适。适应时间没有明确规定，直至感觉能轻松自如地完成RE正式实验时的负荷为止［29］。RE测试前24h，要求受试者不得参加大体力活动，以保证处于非疲劳状态；测试前6h禁食［28］。

正式实验时，RE跑台测试要求在一个室温能控制的实验室环境中进行，室内温度21℃～23℃，相对湿度35%～50%［8］。

McMiken和Daniels认为，达到稳定状态时的判定标准为：呼吸商（RQ）≤ 0.95、1min前后差值不超过150 ml、血乳酸低于4mmol／L［26］。本研究证实了 Mcmiken和Daniels的结论：第5min和第6min的差异为（0.14±0.02）L，即小于150ml／min；呼吸商（RQ）为0.88±0.04，其中最大值为0.93；血乳酸浓度为3.59±0.65mmol／L，低于4mmol／L，研究结果再次证实达到稳定状态时的判断标准。

4 结论

1.对我国普通男性青年而言，11.5km／h的速度为RE最适宜负荷，单位使用ml／kg／min表示。

2.标准的实验方法是跑台坡度设定为0°，启动跑台，1min内让受试者走动起来，到第2min将速度增加到8.5 km／h，让受试者跑起来，第3min时将跑台速度增加到11.5km／h，跑过程中给予所有受试者相同的口头鼓励。计算末尾2min所得均值作为RE值。处于稳定状态的标准是：呼吸商（RQ≤0.95）、每分钟差值不超过150ml、血乳酸低于4mmol／L。

3.该RE指标在普通男性青年中具有较高的有效性和重测可靠性。

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