最大累积氧亏：测试方案比较及应用研究进展

杨俊超 路明月 陈君颖 许春艳 邱俊强

北京体育大学（北京100084）

1 最大累积氧亏概念的起源和发展

1920年，Krogh和Lindhard最早提出氧亏为实测摄氧量与稳态摄氧量（需氧量）之间的差值[1]。1969年，Hermansen以需氧量曲线与摄氧量曲线所围成的面积之差计算氧亏[2]，但该面积实际上是累积氧亏[3]。1984年，Hermansen 定义最大累积氧亏（maximal accumulated oxygen deficit，MAOD）是一次性超大强度运动中累积氧亏达到的最大值，并提倡采用MAOD评价无氧能力[4]。

1988年，检测最大累积氧亏的原始方案问世[5]，其测量结果主要用于反映无氧能力，同时该方案还能测量运动经济性、最大摄氧量和一次性超大强度运动有氧供能比例等指标。MAOD测试包括恒定负荷测试和超大强度测试两个核心部分：（1）恒定负荷试验，即在坡度为6°（10.5%）的跑台上完成20 次（35%～90%VO2max），每次持续10 min 的亚极限测试，以此建立摄氧量-输出功率线性关系；（2）超大强度测试，持续时间2～3 min的恒定输出功率全力测试。该原始方案是设计新MAOD方案最为重要的参考依据。

经过多年的发展，MAOD 已成为评价无氧能力的“金标准”[6]。其测试没有通用的方案，与原始方案相比，新方案除恒定负荷次数以及恒定负荷运动时间的不同外，运动模式、亚极限负荷强度、最大摄氧量测试方案和超大强度测试等方面可能也存在差异。无论如何设计新的MAOD 方案，均遵循2 个假设：（1）中等强度运动中的无氧供能忽略不计，以需氧量-中等运动强度线性相关推算无氧供能参与的超大强度的需氧量。（2）恒定负荷运动过程中，即使疲劳的情况下，ATP 的周转效率依然保持恒定。

2 MAOD测试的常规程序

MAOD 方案常规程序包含2 个步骤：摄氧量-输出功率相关测试（恒定负荷测试）和超大强度测试，见图1。

图1 最大累积氧亏法示意图（Medbø等[5]）

2.1 摄氧量-输出功率相关测试

摄氧量-输出功率相关测试也被称为恒定负荷测试或亚极限运动测试，目的是通过测试获得多个（X输出功率，Y摄氧量）点，由这些已知点模拟摄氧量-输出功率线性方程，包含亚极限强度、运动次数、运动时间和间歇时间4个要素。

2.1.1 亚极限强度

亚极限负荷强度通常设定为35%～90%最大摄氧量对应的负荷强度，当强度低于35%时，需氧量可能会不成比例地增加[5]。不同强度的测试顺序，可以根据实际条件选择从低到高、随机分配或自由组合。需要注意的是，以乳酸阈强度、通气阈强度或专项成绩作为亚极限强度参考标准时，可能超出35%～90%最大摄氧量强度范围，造成偏倚。

原始报告中最大摄氧量的测试方法是哈佛体能测试（Harvard fitness test）[5]，但这种方法并没有被广泛沿用。实验室测试最大摄氧量最常使用功率自行车和跑台。功率自行车的重要参数为转速和功率，跑台的重要参数为坡度和速度。令人遗憾的是，MAOD 测试方案中的最大摄氧量测试并没有统一标准，例如负荷方案、运动方式、VO2max判定指标等。另外，在摄氧量-输出功率相关测试结束后进行的VO2peak测试同样标准不一。不同的测试方法影响VO2max测试结果[7]，进而影响MAOD测试结果。不同运动项目专项化测试方案同样值得探究[8]。

有研究者以乳酸阈强度对亚极限强度进行设定，例如：将60%VO2peak作为初始强度运动4 min 后，每级递增5%至90%VO2peak，测试受试者热身和每级负荷后血乳酸浓度，定义乳酸阈为血乳酸浓度相对于基线大于1 mmol/l 的拐点[9]。另外，也可以100 W 开始运动，每5 min 增加50 W 直到力竭，采集每5 分钟最后30 s期间血样，根据南澳洲体育机构标准判定乳酸阈[10]。以通气阈作为参考标准时，递增负荷方案与最大摄氧量方案相同[3，11，12]，可根据Onorati 等[13]的研究判断呼吸代偿点，并根据内插法计算通气阈（VT）发生时的负荷。

实际上，部分专项测试的平均输出功率或速度也能作为亚极限负荷强度的参考标准，例如静水皮艇运动员全力划120 s 测试结果[14]，轮椅竞速运动员1500 m测试速度[15]。

2.1.2 亚极限运动时间

若想得到可靠的稳态摄氧量，原始方案建议每级恒定负荷至少运动10 min[5]。但缩短亚极限每级负荷时间的争议与证论从未停止。早期研究报告表明6 min就可以达到摄氧量稳态[16]，因此多数MAOD方案将亚极限负荷运动时间缩短至6[17，18]或7 min[19，20]。有研究者建议简化实验过程，可将每次亚极限运动持续时间缩短到4～6 min[21]，但这可能会低估MAOD值[22，23]。

另外，根据遥测实时数据图形判断摄氧量稳态也被应用到简化MAOD 方案中，摄氧量到达稳态的时间从4 min 到10 min 不等，虽然已有研究证明这种方法是可靠的[3，24，25]，但仍需更多的研究加以证明。稳态VO2判定标准与最大摄氧量平台标准类似，如亚极限负荷最后2 min，VO2上升≤100 ml[26]。

需要明确的是，虽然有MAOD简化方案选择4 min[27]或3 min[9]，但目前尚未见证据表明受试者以恒定负荷进行运动且能在4 min 内即达到摄氧量稳态是可信的。

2.1.3 亚极限运动次数

减少亚极限运动次数是简化MAOD方案的常用手段，例如仅使用3 次[28]、4 次[29]、5 次[21，30]或6 次[31，32]，与原始方案中推荐的8～10次差异很大[5]。另外，考虑到受试者运动水平不同，选择4～6次[18]或6～9次[33]，无法坚持即可停止测试或当运动后乳酸达到4 mmol/l即停止恒定负荷测试[34]。

利用MAOD 方法计算有氧无氧供能比例时，特别是在减少亚极限运动次数时，Russell 等[25]建议用有氧无氧供能比例的95%置信区间长度作为衡量估计值精度的标准。减少亚极限运动次数是否对MAOD值产生影响，仍然需要更多的研究论证。

2.1.4 相邻亚极限运动间歇时间

MAOD原始方案并没有对间歇时间进行明确的要求，但当时研究者用了3 周时间完成20 个亚极限测试[35]，如此大的时间跨度对如今的研究者来说充满挑战。Pizza 等[29]认为两级间歇时间应至少30 min，以消除运动后过量氧耗的影响。有研究者采用的标准是受试者在完成一级运动后，其摄氧量恢复至与前一级测试开始前的摄氧量差值在3 ml/kg/min 以内，即可开始下一级运动[3]。在简化方案中报告的间歇时间有20 min[27]、15 min[19]，也有根据强度的增加而递增间歇时间5～9 min[17]。或当运动后血乳酸浓度达到4 mmol/l，至少需要休息20 min[36]。运动后摄氧量受运动方式、强度和时间等因素的影响。

2.2 超大强度测试

超大强度测试需要考虑运动时间、运动模式和运动条件。超大强度测试的持续时间可影响MAOD 值，推荐时长为2～3 min[5]。在确定恒定输出功率强度时，可根据预实验结果进行调整，使受试者力竭时间在2～3 min 之间以获得MAOD 值[37]。Weber 等[38]的研究表明运动员进行恒定输出功率的运动强度设置为110%或120% VO2max时，测试所得的MAOD 值具有可重复性。累积氧亏会随着跑步机坡度的增加而增加[39]，也会因踏板频率的改变而改变[10]，因此在超大强度测试中，坡度和踏板频率应保持恒定。除此之外，超大强度测试可由专项测试代替，包括全力200 m、400 m、800 m、1500 m 和3000 m 田径跑[17，18，33，40]，静水皮艇500 m[14]，200 m自由泳[41]以及训练有素的自行车运动员模拟实际比赛时的配速策略进行测试[10]等。

综上所述，在条件允许时首选Medbø[5]开发的原始方案对受试者进行MAOD测试。如果想建立更加准确的摄氧量-输出功率曲线，则在亚极限负荷测试中，受试者需运动8～10 级（强度：35%～90% VO2max），且每级持续时间为10 min。超大强度测试可以将专项作为测试形式，例如进行田径400 m 跑[18]而不进行2～3 min（强度：110%～120% VO2max）的力竭测试。当前，很难推荐一种标准化的MAOD 简化方案，但建议使用那些以MAOD原始方案测试结果作为“金标准”验证过的简化技巧，如模拟摄氧量-输出功率曲线时以安静站立的摄氧量为截距[3]或设置令受试者感到更加轻松的（＜乳酸阈强度）亚极限负荷强度[42]。

3 MAOD在不同专项中的测试与应用

3.1 不同专项下的MAOD测试方案

MAOD 原始方案使用跑台作为基本运动模式[5]。以此为模板，衍生出其他场地专项运动模式，包括田径跑、游泳、皮划艇、越野滑雪、乒乓球等。不同运动模式的MAOD方案，除在专项场地测试摄氧量的不便之外，其难点在于如何模拟和重现竞赛环境，使受试者运动表现达到最佳。专项全力测试持续时间范围不是在2～3 min 内所计算的累积氧亏，严格意义上并不能称为MAOD[5]。

3.1.1 田径跑

田径跑项目涉及200 m、400 m、800 m、1500 m和3000 m以及400 m栏，利用MAOD 法计算供能比例在该项目中的应用也最为广泛[17，18，33，40，43]。

恒定负荷测试：在400 m跑道上，受试者完成4～6级亚极限强度运动，每级时长6 min，休息时长递增3～8 min[17，18]。超大强度田径跑测试有两种方案：一种在跑台上模拟实际比赛的配速策略进行全力测试[17]，另一种即让运动员在田径跑道上完成全力专项跑[40，43]。另外，在场地跑测试中如何使受试者跑速控制在恒定水平是一大难点，可采用计算机软件程序下的扬声器发出固定频率声音[18]或让业余自行车选手根据心率表上的速度显示在受试者前2 m处骑自行车带动受试者跑[44]进行速度控制。

3.1.2 皮划艇

皮划艇专项测试MAOD 方案[45]：所有受试者共需要3 次皮划艇测试，为了减少天气的影响，3 个测试时段尽量在2小时内完成。领航船与皮划艇需要有足够的距离，以避免波浪妨碍受试者。测试时，控制船上有3 位实验者，分别监控皮艇速度、负责气体代谢分析仪和采血。最大摄氧量测试：以8 km/h 为初始速度，每2 min增加1 km/h，直到力竭。恒定负荷测试：4～6个6 min 亚极限负荷测试[（45% ± 5%）～（85% ± 5%）VO2max]，递增休息3～8 min。根据摄氧量-速度线性关系计算500 m和1000 m全力划的累积氧亏（AOD）。

3.1.3 越野滑雪

在实验室使用滚轴滑雪跑步机改变坡度可以模拟起伏地形上的越野滑雪[46]，包括滑行（flat double pol⁃ing，DP） 和登山（uphill diagonal stride，DS）滑雪技术。DP和DS技术固定坡度分别为1°和7°。恒定负荷方案：5×4 min，初始速度设置为18.0（DP）和7.5（DS）km/h，每级增加1.0（DP）和0.5（DS）km/h。另外，Karls⁃son 等研究者[47]使受试者完成6 个亚极限运动，包括3个滑行和3 个上坡。滑行实验中，速度为4.5、5.5 和6.5 m/s（1°），使用V2 技术（two pole plants for two ski pushes）；上坡实验中，速度为1.5、1.75 和2 m/s（8°），使用V1 技术（one pole plant for two ski push⁃es）。超大强度测试：受试者完成越野滑雪计时赛。例如在1300 m 计时赛中[46]，赛程包含70%的滑行（1°）和30%的登山（7°），共分为5段（S1-S5），其中S1、S3和S5使用DP技术，S2和S4使用DS技术。

注意事项：滑雪者可以通过调整跑步机上的位置来控制速度，滑雪者向前或向后移动，跑步机的速度分别增加（0.68 km/h/s）或减少（0.40 km/h/s）。不同静摩擦系数的滚轴滑雪板的经济性不同，若实验选择的滚轴滑雪板不当，可能会影响实验结果[48]。

3.1.4 游泳

通过测量受试者用力设计MAOD 方案[49]：受试者与起跑器之间由6 m 长的绳索连接，力的测量通过安装在起跑器上的压力传感器完成。最大摄氧量测试（f VO2max）：初始力设置为20 N，每3 min递增10 N，力竭后取最后一级负荷对应的力值作为f VO2max。恒定负荷方案：6级（强度：50%～90%f VO2max），每级持续时间为7 min，相邻两级间歇15 min 以便摄氧量恢复至基线水平，每天安排测试级数不超过4 级。超大强度测试以100% f VO2max强度运动至力竭，若持续时间大于2 min则不影响MAOD值。

Faina 等[50]设计的MAOD方案为：游泳运动员在一个水槽中，并安装了电动螺旋桨，可以使水流具有0～2 m/s 的流速，最小递增流速为0.01 m/s。最大摄氧量方案：初始速度为1 m/s，每2 min 递增0.05 m/s，直至力竭。恒定负荷方案：4～6 级亚极限运动（强度：30%～80% VO2max），每级持续时间5 min，间歇时间递增2～7 min。最后以VO2max进行超大强度运动，根据速度-摄氧量线性关系计算累积氧亏（AOD）。

另外，也可按照常规方案，不需要辅助工具，例如恒定负荷方案：4×4 min（强度：65%、70%、75%和80%的200 m 自由泳平均速度），间歇10 min，同时使用专门设计的通气管和低阻阀收集气体[41]。

3.1.5 乒乓球

MAOD 可以利用乒乓球发球机进行测试[51]，球速（35 km/h）和球横向震荡保持不变。最大摄氧量测试：第一级强度为30 ball/min，随后每2 min 递增4 ball/min 直至力竭。恒定负荷方案：4×7 min（强度：50%、60%、70%和80% VO2max）。超大强度测试：以110%VO2max运动至力竭。根据摄氧量-发球频率线性关系计算MAOD。另外，使球交替发到球台上两个点（两点距离为30～40 cm，且每个点距离球桌中线相等），球落点离网50～60 cm以模拟对手击球。

3.2 基于MAOD测试计算专项供能比例

通过MAOD测试可以计算专项运动的能量供应比例，计算公式为：有氧供能比例=（实际摄氧量/理论需氧量）×100%，无氧供能比例=（1-有氧供能比例）×100%。其中实际摄氧量采用气体代谢分析仪可测，理论摄氧量则由摄氧量-输出功率曲线外推。例如，Spencer 等[17]基于MAOD 测试计算的200 m、400 m、800 m 和1500 m 田径跑的有氧供能比例依次为29%、43%、66%和84%；Duffield等[33]测得3000 m跑的有氧供能比例为86%（男）和94%（女）。我国学者黎涌明认为相比于磷酸肌酸-乳酸-氧气法（phosphocreatine-lac⁃tate-oxygen，PCr-La-O2），MAOD 法可能会高估有氧供能比例[52]。

3.3 MAOD与运动表现相关

测试运动员MAOD 可以预测其运动表现。例如，以MAOD 作为预测因子预测的中短田径跑（100～1500 m）成绩与实际成绩仅相差10%左右[53]。在预测100 m 成绩时，其误差可控制在≈0.5 秒[54]或＜1 秒[55]。场地自行车个人追逐赛4000 m成绩可以由MAOD、乳酸阈强度和最大摄氧量共同预测（r=0.86，SE=5.7 s）[56]。和大多数基于实验室MAOD 测试所得到的结论不同，Reis等[57]在田径场对400 m运动员测试的累积氧亏与其运动成绩并不相关，这也显示了结合专项场地测量MAOD 的重要性。另外，MAOD 预测复杂或包含技术动作的竞技项目的运动表现可能并不理想，例如Wadley等[58]发现AOD对澳大利亚足球运动员的反复冲刺表现没有影响。

4 不同MAOD测试方案的实证研究

4.1 MAOD测试简化方案

设计简化MAOD方案，以改变摄氧量-输出功率相关测试为主，包括缩短每级运动时间和减少亚极限运动级数。Medbø[5]推荐固定Y截距，进行2～4次，每次8～10 min 的亚极限运动（70%～90%VO2max）来简化MAOD 方案。该方案被称为“步骤3”方案（2-4+Y），在1小时内即可完成。如果“步骤3”方案只测2个输出功率-摄氧量回归点，其中一个强度必须选择90%VO2max。另外Y 截距可以取5.0 ml/kg/min 或5.1 ml/kg/min，但也需要根据运动条件进行改变。有趣的是，以“5ALT+Y”法计算的AOD值与“5BLT+Y”法的值无统计学差异，其中ALT为高于乳酸阈速度，BLT为低于乳酸阈速度，但5个低于乳酸阈速度的亚极限运动，对于受试者来说更容易在一个测试时段内完成[42]。

有研究者以10×10 min 建立的预测方程为标准，与减少次数和缩短时间的预测方程进行比较，结果表明：将安静站立时的摄氧量作为Y 截距，同时与6 级亚极限负荷[固定速度（16.1 km/h）和90%、95%、110%、115%、120%AT（无氧阈强度）]和各负荷对应的遥测稳态摄氧量建立预测方程，则可以保证MAOD 的准确性并可减少58%耗时[3]。

另外，Russell 等[25]比较了“5+Y”、“5-Y”和“步骤3”三种方法预测摄氧量-输出功率方程对AOD值的影响，结果显示“5+Y”可以缩短供能比例95%置信区间长度，更为精确。需要注意的是，该方法并没有将10×10 min 的输出功率-摄氧量方程作为参考标准，因此无法证明“5+Y”方法是一种可靠的简化方案。另外，赖爱萍等[21]的研究中即采用“5+Y”法，其结论“若简化MAOD方案可将亚极限运动持续时间缩短到4～6 min”可能是不可靠的。但也不可否认，在摄氧量-输出功率预测方程中，固定Y 截距可能是提高MAOD 简化方案可靠性较好的方法之一[42]。

4.2 MAOD测试替代方案

仅通过一次超大强度测试计算最大累积氧亏的方法（MAODALT）正被广泛使用[59-62]。MAODALT相当于磷酸原（EPcr）和糖酵解（ELa）代谢的氧气当量总和。磷酸原代谢部分的供能等于运动后摄氧量快速部分的供能（EPOCFAST），EPOCFAST根据VO2动力模型计算（公式1和2）[62]，该模型省去了摄氧量动力学模型的第一阶段[63]。糖酵解（ELa）代谢氧气当量根据运动过程产生的乳酸进行换算，氧气-乳酸换算系数为3.0 ml/kg/mmol。

其中，VO2（b）为安静值，A为渐进幅度，τ为阶段对应的时间常数。A1×（1-e-（t/τ1））和A2×（1-e-（t/τ2））代表的为运动后VO2快速和慢速部分。上述公式需要利用Matlab等数学软件模拟方程，可参考以下简单方法计算，即运动后3 min的VO2即为快速部分和慢速部分VO2之和，慢速部分由运动后第2 个3 min 的VO2前推[64，65]，见图2。

图2 基于氧债快速部分计算供能比例的示意图[62]

将利用10×10 min恒定负荷试验方程外推一次性超大强度测试的MAOD值与仅通过一次超大强度测试计算的MAOD 值对比，结果显示差异无统计学意义[62]，是可靠和可重复的。但仅通过一次超大强度测试，未进行恒定负荷测试，因此无法对运动员运动经济性进行评定。

5 小结

最大累积氧亏是评价无氧能力的重要指标，MA⁃OD 法是计算专项能量供应比例的重要手段。但遗憾的是，大多数MAOD简化方案并没有进行信效度检验，形成“只简不证”的局面，导致测试结果可靠性不足。建立摄氧量-输出功率相关方程时，固定Y截距和采用遥测稳态摄氧量技术可在减少恒定负荷级数和每级运动时间的同时，保证MAOD 简化方案的可靠性。以MAOD 作为金标准，检验其他反映无氧能力指标或计算供能比例方法的可靠性时，不推荐使用MAOD 简化方案，否则可能使结论证据不足。未来的研究应加强基于不同运动模式的MAOD 简化方案的实证研究，同时探索可以替代MAOD的方法和指标。