国外1英里跑最大摄氧量估测方程比较研究

孙忠伟，张 冰，马永平

(1.新疆大学体育教学研究部，新疆乌鲁木齐830046;2.清华大学体育与健康科学研究中心，北京100084)

心肺健康是体质健康的重要组成部分，同中等到大强度的长时间运动能力密切相关。通常认为如果心肺功能过低则发生过早死亡的风险就越高，而心肺健康水平提高可以降低许多疾病的患病风险及死亡率。已有研究表明要想获得高水平的心肺功能需要保持规律的身体活动习惯，形成这种习惯可获得许多健康效益。目前关于心肺功能评价的最好指标为最大摄氧量，美国运动医学会在运动测试与运动处方指南中认为最大摄氧量是心肺适能的测量指标，由最大新排出量(L/min)和最大静脉氧差(ml O2/L)决定，其与心脏的功能密切相关。［1］也可以认为心肺耐力代表着人体心血管系统、呼吸系统和吸收利用氧气、进行新陈代谢并产生能量的能力。

关于最大摄氧量的测试方法也比较多，包括直接测试法及间接测试法。直接测试法是采用开放式肺活量测试仪，将测试者用鼻塞阻塞鼻孔，通过其口进行呼吸并测量呼出空气O2和CO2及肺通气量，并打印出详细的测试结果。［2］直接测试法对仪器、场地、工作人员等要求较高，一般主要用于医疗或实验室研究。同时，可以采用次极量负荷的运动测试来进行最大摄氧量的间接测试，具体包括电动跑台测试、机械负荷功率自行车测试、台阶测试和场地测试。

相比，室外场地测试比较经济、容易操作、仪器设备要求低，是一种可以对大规模人群进行普测的测量方法。所以研究拟对国外经典室外场地的1英里跑相关的估测方程进行梳理，然后采用中国大学生样本进行实验室直接测试及室外测试，以期比较和验证这些方程对于估测中国大学生最大摄氧量是否具有原方程的信效度。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

国外经典1英里最大摄氧量的估测方程。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

通过中国知网、万方数据、维普、Web of Science、EBSCO Sport及谷歌学术等数据库及检索引擎进行研究的文献检索，充分了解国内外相关研究现状，为研究奠定理论基础。

1.2.2 实验法

通过实验室进行直接测试，采用德国的p/h/cosmos跑台及美国的Max II运动心肺测试仪进行测试。选取清华大学40名本科学生(其中男女各20人)作为测试对象，并在一周内利用Polar心率表、秒表对40名学生在标准400 m田径场进行了1 600 m跑测试，并记录完成时间及即刻心率等指标。

1.2.3 统计分析法

通过SPSS11.0、MedCalc11.4和Excell2003对相关回归方程及实验数据进行统计分析。

2 研究结果与分析

2.1 国外1英里跑的最大摄氧量估测方程筛选

通过文献检索分析发现，国外最大摄氧量的田径场估测方程相对研究较多，如1英里走/跑、1.5英里跑、库珀研究所的12分钟跑，以及其他长距离跑的相关方程。考虑到测试简单、易操作，要求测试者容易参与，所以选择距离最短的1英里跑的回归方程，也就是1 600 m跑的回归方程。通过进一步的文献分析发现，目前引用比较多、准确度相对较高的1英里跑的方程主要有3个，具体如下:

1995年，美国乔治大学运动科学系的Cureton教授等［3］通过对753名8—25岁的人群进行研究，其中男性490人，女性263人，并进一步将样本划分两个样本，样本A为495人，样本B为258人，其中利用样本A测试后构建最大摄氧量回归方程，具体指标包括性别、年龄、BMI、1英里跑步时间。具体方程如下:

其中Time(时间)为完成1英里跑得时间，BMI为身体体重指数［体重/身高2(kg/m2)］，Sex(性别)0为女，1为男。

该方程通过样本构建后的相关系数r为0.71，SEE为4.8ml/Kg/min，通过样本②来对方程进一步的验证，结果显示其相关系数r为0.72，SEE为4.8ml/Kg/min，预测结果具有较好的效度，可以用来进行大学生人群以及成人的最大摄氧量估测。有学者进一步研究认为该方程相对其他方程具有较好的精确度。［4］

1993年，美国杨百瀚大学体育教育系的James等人［5］对149名18—29岁的大学生进行了最大摄氧量的研究，其中男性88人，女性61人，所有测试者均通过实验室运动跑台及运动心肺仪进行了最大摄氧量的测试，为了避免疲劳影响，在2周内分别进行了1英里和1.5英里跑测试，其中106人测试了1英里慢跑，96人参加了1.5英里跑测试。因为1.5英里跑要求最大速度进行测试，与本研究要求不符。所以重点分析1英里(1 600 m)慢跑测试，跑前要求2～3 min的慢跑进行热身，不要太剧烈。具体测试过程要求测试者选择一个稳定的、次大强度进行测试，并要保证测试完成时间女性≥9 min，男性≥8 min，并且测试完成后的最大心率要≤180次/min。该实验106名测试者中有3人的数据超出了上述范围。测试完成后将106样本划分为2个子样本，子样本A为54人(其中男31人、女23人)，子样本B为52人(其中男32人、女20人)，利用子样本A建立回归方程，具体指标包括性别、年龄、体重、慢跑时间和跑后的即刻心率，并通过子样本B进行验证，然后同实验室跑台测试进行统计分析，具体方程如下:

其中Mass(体重)为千克(kg)，Time(慢跑时间)为分钟(min)，Hr(心率)为次/min。

通过统计分析显示，其相关系数r为0.87，SEE为3.0 ml/kg/min，具有较好的准确度，并认为该方程针对大学生进行测试，所以并没有将年龄列入到方程中，如果针对其他人群可将年龄列入方程进行扩展。该方程最大的特点为次大强度的稳定速度进行测试，实际测试时容易操作，测试者愿意尝试，容易普及，估测结果准确性相对较好。

1987年，美国运动医学会(ACSM)也提出了通过田径场不同距离的跑步来估测最大摄氧量的方程［6］，具体见表 1:

表1 ACSM1.609 km跑估算最大摄氧量

2.2 国外1英里跑的最大摄氧量估测方程的的验证分析

本次测试首先在实验室采用德国h/p/cosmos跑台、美国APE的MaxII运动心肺测试仪对40名学生的最大摄氧量进行了直接测试，用作对比分析标准。然后到田径场进行1 600 m跑测试，要求保持自己最大速度的匀速来完成测试，测试结束后的即刻心率采用Polar表进行数据采集。测试结果见表2所示:

测试后将所有测试信息进行统计，并通过三个估测方程进行计算，如表3所示，Jog方程计算的最大摄氧量均值和实验室直接测试的均值比较接近，为49.75和49.16，而BMI方程的均值相比实验室测试也是差异不大，相比ACSM方程与实验室测试的结果差异较大。

表3 实验室测试和三个估测方程估测结果

表4 实验室和三个估测方程的相关分析

通过SPSS11.0统计软件对三个方程与实验室直接测试结果进行线性相关分析发现，如表4，三个方程同实验室直接测试均呈现出显著的相关关系，P值均小于0.01，相比原方程的推导时的验证的相关系数，Jog方程与BMI方程验证r系数均与原研究的0.87和0.72类似，分别为0.859和0.738。而ACSM测试结果相对其方程相关系数r=0.95差异较大，验证值为0.718。进一步分析ACSM可以发现，其方程要求测试1 600 m的最快速度，然后计算其平均速度带入方程计算，而本实验要求以本人最大的匀速度进行测试，估计是因为测试方式的差异导致相关系数较低。

虽然三个方程均与实验室测试表现出非常显著的相关性，但进一步通过独立t检验发现，Jog方程和BMI方程同实验室测试结果之间并没有显著性差异，而ACSM方程测试结果与实验室测试结果呈现出显著性的差异。可见Jog方程和BMI方程作为估测最大摄氧量的方程，将其用在中国大学生进行估测，具有与原方程接近的效度。

2.3 国外1英里跑的最大摄氧量估测方程的一致性分析

为了进一步分析估测方程之间的差异，采用Medcalc11.4软件对三个方程的估测结果进行Bland-Altman分析，通过图1～3可见，其X轴为最大摄氧量范围的均值，Y轴为估测方程与实验室测试的差值，中间的实线用来表示估测方程与实验室测试的均值的差值，而两条虚线分别表示Mean±1.96SD，即估测方程和实验室测试方法差值的95%置信区间。研究结果显示，Jog方程、BMI方程、ACSM方程和实验室测试法的差值在95%置信区间意外点数的比例均为7.5%，都显示在可以接受的范围之内。此外，差值的实际均值与理论均值之间的距离表示估测偏倚程度，按照图示顺序依次为-12.5～14.1、-13.0～18.6、-7.4 ～24.1，总体上看，Jog方程、BMI方程与实验室测试呈现出的一致性相对较好。一般认为预测方程的偏倚度、最大差值及95%置信区间外的散点越少越理想。综合来看，Jog方程的预测效果在三个方程中是最理想的一个。

图1 实验室测试和Jog方程的Bland-Altman散点图

图2 实验室测试和BMI方程的Bland-Altman散点图

图3 实验室测试和ACSM方程的Bland-Altman散点图

3 结论

通过实验室测试验证了国外的经典室外估测回归方程准确性，发现室外1 600 m跑测试法适合大样本人群进行测试，都具备较好的相关性，其相关系数均在0.7以上，其中 Jog方程的准确度最高，r=0.859，P＞0.01，其差值的实际均值与理论均值之间的偏倚程度为-12.5～14.1，相比其他两个方程准确度最高，可以应用慢跑方程应用到中国大学生最大摄氧量的估测。

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