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1、运动心肺功能测试技术在体育科研与训练中的应用,魏文哲,运动心肺功能测试技术在体育领域的主要应用范围,耐力项目运动员的选材比赛及训练强度的判定阶段性训练效果的评价动作经济性的相关研究控重负荷的制定与判断,通过呼气分析研究能量代谢的基本原理,人体活动所需要的能量最终都来源于糖、脂肪和蛋白质。由于这三种物质在体内氧化时耗氧量和CO2的排出量不同，因此，可以通过分析人体呼出的二氧化碳和摄入的氧的比值（即呼吸商）的变化来判断不同运动负荷时能量代谢特点。这种分析方法常用于运动负荷的制定、控体重、营养品的开发等领域。,呼吸商与不同物质的能量代谢,代谢产生的CO2和所消耗的O2体积的比值称作呼吸商。由于1克分
2、子的任何气体的容积均相同，因此：纯碳水化合物供能时，C6H1206+6O26CO2+6H2O呼吸商=66=1.0纯脂肪供能时，2C51H9806+145O2 102CO2+98H20呼吸商=102145=0.703纯蛋白质供能时，一般通过间接的方式计算。由于蛋白质供能非常有限（最大时不足5），因此通常可以忽略不计。呼吸商0.8,最大摄氧量,最大摄氧量是Hill于 1923年提出的，指单位时间内运动到活动肌肉而被肌肉所利用的最大氧量，生理学界已公认它为最大有氧能力的有效指标。最大摄氧量=接近力竭时的通气量（VE）吸气时的氧浓度（F1O2）-呼气时氧浓度（FEO2）,最大摄氧量的测试方法,主要有直
3、接测试法和间接测试法两种方式。由于间接测试法误差较大，因此需要精确值时一般都采用直接测试法。直接测试法是指通过场地运动或利用功率自行车、跑台等仪器进行力竭性递增运动，用气体分析仪直接测得最大摄氧量的方法。,不同运动方式对最大摄氧量的影响(1),注：以跑台的测试值为100%基准。,不同运动方式对最大摄氧量的影响(2),普通人及非长跑项目运动员采用倾斜跑所测出的最大摄氧量较大，而长跑运动员采用平地跑测出的最大摄氧量较大。专业自行车运动员用功率自行车测得的最大摄氧量要高于用跑台测得的最大摄氧量。专业划船运动员用划船测功仪测得的最大摄氧量接近于用跑台测得的最大摄氧量。,常见项目最大摄氧量测试的起始负荷
4、,基本以心率在120140bpm时的速度实地测试 普 通 人：120100s/400m 长跑运动员：10090s/400m跑台测试 普 通 人：速度：89km/h；坡度：01 长跑运动员：速度：910km/h；坡度：0功率自行车测试 普 通 人：阻力：060w；转数：5070rpm自行车运动员：阻力：60w；转数：90rpm,划船项目最大摄氧量测试的起始负荷,最大摄氧量测试的负荷递增方式,实地测试:速度每400m快24s跑台测试:每分钟递增0.81.0km速度或0.5 1.0坡度功率自行车测试:阻力每分钟递增2030w划船测功仪测试:速度每分钟递增610s/km,最大摄氧量测试的力竭标志,受试
5、者不能保持规定的运动速度或功率摄氧量不再增加而出现平台呼吸商成人大于1.10，少儿大于1.00 运动后血乳酸大于8mmol/l运动中心率大于180bpm,最大摄氧量的判定方法,最大摄氧量与运动能力评价,最大摄氧量越大，其最大有氧供能能力越好，但不能简单地把最大摄氧量的大小与耐力运动项目成绩等同起来。对马拉松成绩在2h10min到4h以内的75名运动员进行的先行研究表明，在全体运动员的最大摄氧量和竞技记录之间具有显著的相关性。但若只采用成绩在2h30min以内的运动员则不具备显著的相关性。也就是说，当被测者的最大摄氧量或竞技记录水平差距不大时，单独采用最大摄氧量并不能准确地反映运动员的竞技水平。
6、,最大摄氧量与选材,最大摄氧量虽不是决定耐力性运动项目成绩的唯一因素，但却是必要因素。其遗传度约在5090%的范围内，而通过训练可改变的最大摄氧量约在2030%。因此，最大摄氧量可以作为耐力性运动项目选材的一个重要指标。,最大摄氧量与选材,世界一流长跑马拉松运动员 女子：相对摄氧量在65ml/kg/min以上 男子：相对摄氧量在75ml/kg/min以上世界一流划船运动员 女子：绝对摄氧量在4000ml/min以上 男子：绝对摄氧量在5000ml/min以上,最大摄氧量速度的概念与测试方法,最大摄氧量速度是指渐增负荷中最大摄氧量最初出现时的速度或功率，是评价运动员动作经济性的重要指标。它与运动
7、员长跑成绩关系密切。最大摄氧量速度的测试程序与最大摄氧量测试程序相同。,最大摄氧量速度的判定方法,最大摄氧量速度与运动能力评价,在最大摄氧量相同的情况下，最大摄氧量速度越高，说明动作经济性也就越强。1500m以上项目的平均跑速与最大摄氧量速度具有显著的相关性，而800m以下则不具有这种相关性。即使成绩上下限范围很小，最大摄氧量速度也能反映10km跑的平均跑速。,最大摄氧量速度持续时间,最大摄氧量速度持续时间是指被测者在最大摄氧量速度上能维持的最长时间。最大摄氧量速度持续时间作为耐乳酸能力和高速运动稳定性的评价指标受到广泛的重视。它与无氧阈、耐力项目竞技记录及比赛中的平均跑速有着极其密切的联系。
8、,最大摄氧量速度持续时间的测试方法,在场地或跑台、功率自行车等仪器设备上用最大摄氧量速度运动，直至不能坚持这个速度为止，所得出的时间即为最大摄氧量速度持续时间。大部分被测者的最大摄氧量速度持续时间约在58min左右，优秀耐力项目运动员的最大摄氧量速度持续时间约78min左右。,研究表明，最大摄氧量速度越快,且最大摄氧量速度持续时间越长,其1500m以上距离的比赛成绩越好。最大摄氧量速度持续时间的改变程度，反映耐乳酸能力和高速运动稳定性的改善程度。,最大摄氧量速度持续时间与运动能力评价,无氧阈,无氧阈的概念是Wasserman于1964年提出的。无氧阈并不是有氧与无氧的分界点。它是指随着运动强度
9、的增大而开始发生乳酸积累、二氧化碳排出量和通气量激增的临界点。无氧阈速度：达到无氧阈时的速度无氧阈摄氧量：达到无氧阈时的摄氧量无氧阈心率：达到无氧阈时的心率,无氧阈的测试方法,在渐增负荷运动中，随着运动强度的增大血乳酸值急剧上升的开始点为乳酸无氧阈。从通气动态看到的VE，VCO2等指标发生激增的临界点为通气性无氧阈。心率开始脱离与运动强度的直线关系，斜率变小的临界点为心率无氧阈。肌电图的积分值的增加率开始上升的临界强度为疲劳性无氧阈。,不同方法测得的无氧阈的优缺点,乳酸无氧阈：虽然直观地反映了血中乳酸的变化，但受肌肉中乳酸的扩散率、消却率等因素的影响，有时不能准确地反映肌肉乳酸激增的临界负荷功
10、率，可重复性也稍差。通气性无氧阈：能准确地反映肌肉乳酸激增的临界负荷功率，可重复性也非常好，但判断时会掺进主观因素，需要丰富的经验。,不同方法测得的无氧阈的优缺点,心率无氧阈需要的设备和方法都非常简单，但它的出现率仅为80%左右，又由于心率容易受外界环境的影响，所以心率无氧阈的可重复性较差。疲劳性无氧阈需要的设备比较昂贵，操作也比较复杂，先行研究相对较少，但其优点也非常明显：被测者的运动负荷非常小，而且可根据不同运动项目的特点进行针对性的测试。,通气无氧阈判断实例,无氧阈与运动能力评价,一般人在长时间的耐力训练后，相对于训练前，无氧阈水平会提高。而一流的中长跑选手与一般的中长跑选手相比，具有更
11、高的无氧阈水平。无氧阈的改变反映乳酸分解能力的改善程度。无氧阈摄氧量越高、无氧阈速度越快，其有氧运动能力就越强。,最大脂肪氧化强度,是指在匀速运动中脂肪消耗量最大的运动强度。最大脂肪氧化强度常出现在呼吸商为0.800.85且负荷最大时。,最大脂肪氧化功率的测试与判定方法,跑台及实地测试：首先进行安静状态下的测试，之后从中速走或慢跑开始，每24分钟或每400m递增一级，呼吸商达到1.0时停止测试。功率自行车测试：首先进行安静状态下的测试，之后规定转数为5070rpm，起始阻力060w，每24分钟递增一级，呼吸商达到1.0时停止测试。判定方法：呼吸商在0.800.85时完成的最大负荷为最大脂肪氧化
12、功率。,最大脂肪氧化的运动负荷,这时的心率大部分在110140bpm，无氧阈心率越高的被测者，这一心率也越高。主要运动方式为：快走、慢跑、爬山、慢节奏舞蹈、自行车慢骑、慢节奏游泳等。运动量为每日40分钟以上，强度越低，运动时间应越长。,有氧能力的综合评价,有氧能力的综合评价,最大有氧供能能力 在最大摄氧量的大小排序中，越是靠前，说明其最大有氧供能能力越大。动作经济合理性 在最大摄氧量速度的大小排序中，越是靠前，且与自身在最大摄氧量的排名相比靠前的，说明动作经济合理性较好。在低于最大摄氧量强度的运动中，在相同的速度或功率下，耗氧量越少，动作就越经济。,有氧能力的综合评价,乳酸产生速度及乳酸分解能
13、力 在无氧阈速度的大小排序中，越是靠前，且与自身在无氧阈摄氧量的排名相比靠前的，说明其乳酸的产生速度慢或乳酸的分解能力强。有氧训练水平 在无氧阈摄氧量和最大摄氧量的比值的大小排序中，越是靠前，说明相对自身的先天素质而言，其有氧训练水平越高。,有氧能力的综合评价,最大摄氧量速度发展空间 在无氧阈速度与最大摄氧量速度比值的大小排序中，越是靠前，说明其最大摄氧量速度发展空间越大。耐乳酸能力 能够维持自身最大摄氧量速度的时间越长，说明其耐乳酸能力越强。,不同环境中有氧能力测试的注意点,高原环境中有氧能力测试的注意点,校准与常氧环境相同；由于环境缺氧，会造成运动能力显著下降。因此首先应大致了解环境造成的
14、运动能力下降幅度，之后再规定起始负荷；由于对环境适应度的不同，在高原训练的不同时期有氧能力变化幅度较大，因此在以指导训练为目的时，应避免在高原适应期（上高原后47天）进行测试；由于在下高原初期人体也有一个脱习服过程，因此，应避在这一时期（下高原后前3天）进行测试。,在高原环境中比赛成绩的差异,在高原环境中部分指标的差异,人工低氧环境中有氧能力测试的注意点,校准与常氧环境不同，应在常氧环境下进行校准后再进入人工低氧环境或采用特殊校准配置；由于环境缺氧，会造成运动能力的显著下降。因此，首先应大致了解低氧将造成的运动能力下降幅度，之后在规定起始负荷。,高湿环境中有氧能力测试的注意点,除非研究需要，应
15、尽量避免在高湿环境中进行测试，高湿环境中的有氧能力会有一定幅度的下降，但下降幅度会因人而异；在高湿环境中进行有氧能力测试，其最大的问题会来源于采样管。采样管的干燥功能下降将导致测试结果失真，因此，在高湿环境下每测12人就应更换采样管。,寒冷环境中有氧能力测试的注意点,除非研究需要，应尽量避免在寒冷环境中进行测试，寒冷环境中的有氧能力会有一定幅度的下降，但下降幅度会因人而异；在寒冷环境中进行有氧能力测试，其最大的问题会来源于涡轮传感器。在寒冷环境中，涡轮传感器管壁会形成雾气，直接导致采集光线屏蔽，会严重干扰通气量的采集，进而造成所有测试结果失真。因此，在寒冷环境进行测试时，应尽可能在涡轮传感器管
16、壁喷洒少量的防雾剂。,部分有氧能力指标在训练实际中的应用,比赛强度的判定,比赛对运动员运动能力的要求决定着运动员的训练内容。因此，认清比赛中所需要的能力，并以此为长期目标进行系统的科学训练是运动员获得优异成绩的根本保证。由于每名运动员的训练水平不同，用绝对强度来评价其承受的生理负荷是非常困难的。而采用有氧能力指标等生理强度指标，则很容易解决这一问题。,第28届奥运会10000m冠军运动员在比赛中的速度变化,训练强度的判定,无氧阈强度和最大摄氧量强度是目前在耐力项目中常用的相对运动强度的判定标尺。由于无氧阈水平和最大摄氧量水平会因机能状态的波动而有所变化，因此，为了保障对训练完成情况的准确评价，
17、应采用与运动负荷相对应的运动中心率进行监控。下表分别为国家女子长跑队20km递增跑训练课和大强度间歇训练课的监控实例。,大运动量训练课监控实例,大运动量训练课评价,从上表的运动中心率观察，前2km由于是有氧系统的调动阶段，3名运动员的平均强度在目标强度以下（是教练员有意安排），从第3km到第14km均在较好有氧能力训练的有效强度范围内（90100无氧阈强度）。而最后6km，除西某某外，其他2人稍高于训练目标心率值，说明当日的训练强度基本对心脏起到了良好的训练作用，但还可以略微降低最后几公里的跑速。,最大摄氧量强度训练课监控实例,最大摄氧量强度课评价,从上表观察，3名运动员间歇期的最低心率基本在
18、120bpm左右，达到了其个体的45%以上的最大摄氧量速度对应的心率，间歇期时间控制的较为合理，有利于高质量地完成下一组的训练；从完成的每组平均心率来看，所有队员在组内的平均心率尚未达到100%的最大摄氧量速度对应心率，强度完成情况稍差，离训练要求还有一定的距离，为了提高训练效果，应进一步提高训练强度。,训练效果的评价,对同一运动员进行有氧能力各项指标的纵向观察，可以发现运动员目前各项能力的发展情况，从而判断当前训练计划是否合理，并确定下一阶段的训练重点。,包某某运动能力生理参数的比较,评价,可以看出，包某某2006年01月与4年前的2002年12月测试相比，各项指标均稳步改善，说明经过4年的
19、专业训练，该运动员的最大有氧供能能力、动作经济性、乳酸分解能力以及心脏的泵血机能等都得到了显著的提高。而2006年01月的测试结果与2005年12月相比，最大摄氧量及其速度明显提高，力竭后血乳酸下降，无氧阈摄氧量及其对应速度变化不大，说明经过一个月的训练（每周3次，每次60分钟的无氧阈强度训练以及每周2次，每次25分钟左右的最大摄氧量强度训练），该队员的最大有氧供能能力得到提高，动作经济性得到显著改善，乳酸分解能力得到提高。说明当前包某某的训练计划安排得相对合理。,国家女子长跑队部分重点运动员与世界一流运动员的比较与建议,最大摄氧量强度在间歇性大强度训练实际中的应用,间歇性大强度训练的训练方法
20、,间歇性大强度训练作为提高运动能力的有效方法，已广泛应用于各类体育项目。间歇性最大摄氧量强度训练的主要作用是通过改善肌肉末梢组织的状况，提高肌肉的最大有氧代谢水平以及消除乳酸的能力，并让机体适应内环境的大幅度变化，最终使运动能力得到提高。,最大摄氧量强度训练方式,最大摄氧量强度课的训练一般有两种方式：一种是采用95100%最大摄氧量速度，以最大摄氧量速度持续时间的6080%进行的间歇性训练。另一种是间歇性递增跑。递增跑的起始负荷为无氧阈强度，之后以5的递增幅度递增，当达到最大摄氧量强度时，再维持35分钟。间歇时间均以能够高质量的完成下一组训练为准，一般情况下运动员心率恢复到120bpm即进行下
21、一组的训练。,一次最大摄氧量强度课训练量,采用间歇性训练的目的就是为了保证大强度训练的量的最大化，且不发生身体损伤。为了既保证训练质量，又不发生身体损伤，采用一次性力竭运动维持时间的23倍是比较适宜的。一次最大摄氧量强度训练的总量应在1224分钟左右。,最大摄氧量强度训练课一周训练次数,由于过多的大强度训练会引起心肌炎等副作用，因此，在一次大强度训练课后应有较为充足的恢复时间。大强度训练引起的肌肉微损伤、能量消耗以及神经疲劳大约需要48小时以上的恢复时间。因此最大摄氧量强度课一周安排23次是比较适合的。,间歇期的强度和时间,间歇的目的是为了运动员有一定的恢复，以利于高质量地完成下一组的训练。研
22、究表明，在50%最大摄氧量强度时,乳酸的消除速度和心肌疲劳恢复速度最快。因此，在间歇期采用50%左右的最大摄氧量强度无疑是比较合适的，此时运动员的心率在120bpm左右。而心率在120bpm左右时，是运动员发挥最佳运动能力的底线。,最大摄氧量强度训练的持续天数,从文献来看，一般均采用3周左右的持续时间。其理由为：3周的大强度训练基本都能获得良好的训练效果，而训练4周后往往会出现过度疲劳现象。从实践经验来看，每周进行3次的最大摄氧量强度训练，在训练第3周运动员开始出现头痛、失眠等现象，但未发生过度疲劳现象。因此，最大摄氧量强度训练的持续天数在3周左右可能比较理想。,无氧阈强度在大运动量训练实际中
23、的应用,采用无氧阈强度的原因,作为有效提高有氧供能能力的手段，在接近于无氧阈强度的大运动量训练，是经常被采用的训练方法之一。无氧阈速度训练的主要作用可概括为：促使心脏伴有心壁增厚的离心性肥大，相关呼吸肌力的增强，运动肌中慢肌纤维参与比例的提高，慢肌纤维的选择性肥大，慢肌纤维中的线粒体数量的增多等。,无氧阈强度训练的运动方式,变速跑方式：是指间歇性地进行无氧阈强度运动和低强度运动的大运动量训练模式。适应于普通人和非耐力性项目运动员。渐增负荷方式：是指从80%无氧阈强度逐步递增到无氧阈强度的大运动量训练模式。它对一般运动员和高水平耐力运动员中都适用。恒定速度的训练方式：是指在接近于无氧阈强度下进行
24、大运动量匀速运动的训练模式。多适用于训练水平高、训练年限较长的优秀耐力项目运动员。,一次无氧阈强度课训练量,要确定一次无氧阈强度训练量，首先就要了解在这一强度上的能量代谢变化和恢复速度。在达到无氧阈时，人体的呼吸商基本在0.91.0范围内，因此在用无氧阈强度进行运动时，糖供能占主要地位，而脂肪和蛋白质参与部分供能。研究表明，在无氧阈强度下，体内糖储备的大部分会在8090min左右耗尽，且随着运动时间的延长，脂肪和蛋白质的供能增加。而被消耗的能量物质的恢复速度会因消耗的程度而发生变化。其中，当进行力竭性运动后糖的恢复最快也需要48小时，而蛋白质消耗后的恢复比之糖原需要更多的时间。,因此，若以不产
25、生过度疲劳为前提完成无氧阈训练总量最大化，4060min的无氧阈训练是比较合适的。而低强度课因为脂肪消耗大且糖供能减少，因此可以维持更长的运动时间，但训练效率不如无氧阈训练。,无氧阈训练持续天数的选择,文献资料和实践经验表明：若要通过无氧阈强度训练获得显著的训练效果，每周5次，每次训练时间4060min，持续时间在6周以上的训练模式是较为合理的训练方法。若要维持目前获得的训练效果，每周进行3次，每次训练时间为40min的无氧阈训练是较为合理的训练方法。,无氧阈训练的常见弊端与解决方法,以中长跑为例，无氧阈强度等低于比赛强度的平地长距离训练的最大弊端在于无法使所有参与比赛的肌肉都得到充分锻炼，且
26、随着无氧阈强度上的量的积累形成节省化，使参与比赛的肌肉动用比例进一步降低，从而阻碍成绩的进一步提高。解决的方法主要有两种：一是在丘陵等有坡度的地方进行无氧阈强度训练；二是借助力量器械、自行车等设备进行大腿和臀部大肌群充分参与的中低强度训练。实践证明，这是长跑运动员迅速摆脱成绩瓶颈的捷径。,运动心肺功能测试技术在其他方面的研究应用,能量代谢分析在控体重方面的应用,常用的方式有两种：一是通过测试获得准确的最大脂肪氧化功率，并通过在这个强度上的运动直接消耗脂肪；二是通过提高基础代谢率提高脂肪的消耗。,通过提高基础代谢率提高脂肪的消耗,基础代谢的增加，会使安静下的能量消耗增大，并诱发在安静状态下燃烧更
27、多的脂肪提供能量。也就是说，基础代谢的增加会促进脂肪的燃烧。力量训练是提高基础代谢率的有效手段。通过对不同力量训练后的基础代谢率的监测和比较，就可以获得针对性的提高基础代谢率的负荷方式。对于一般人来说，20分钟左右哑铃操（哑铃重量23kg）等小负荷力量运动会使全天的基础代谢明显升高，进而促进脂肪的消耗。而采用中枢肌肉力量训练的方式效果也很显著。,与动作经济性相关的部分研究领域,关于空气阻力与动作经济性的研究：如，顶风、顺风、领跑、跟随跑等变化与动作经济性的关系场地条件与动作经济性的研究：如，上坡、下坡、场地硬度等变化与动作经济性的关系运动形式与动作经济性的研究：如，幅度、频率、身体倾斜角度等变
28、化与动作经济性的关系局部力量与动作经济性的研究：如，主动肌、拮抗肌力量等的变化与动作经济性的关系运动装备与动作经济性的研究：如，鞋、衣、帽、器械等的设计,操作与评价方法,测试方法：在不同条件下测试时时摄氧量和总摄氧量，并进行对比，就能判断动作经济性的好坏。评价方法：在低于最大摄氧量强度的运动中，在相同的速度或功率下，耗氧量越少，动作就越经济。另外，在同等时间内完成同等距离的运动时，总耗氧量越少，动作经济性就越好。,部分研究结果部分举例,一群人跑，空气阻力减少4080%；1个人紧跟另一个人跑时，其耗氧量降低36%。在其他条件不变的情况下，以个人习惯的步幅和步频跑步最经济；若要为提高成绩而改变步幅和步频，首先应加强局部肌肉力量。在上下坡跑时，上坡时加力，下坡时减力，跑步效率更高。在顶风和顺风时，顶风时加力，顺风时减力，跑步效率更高。等等,谢谢！请多提宝贵意见！,
