摘 要： 研究目的:探索以跳绳运动作为评估青少年心肺功能(最大摄氧量)间接测试方法的可行性,并建立推算最大摄氧量的回归方程,旨在为青少年体质测试研究提供新的参考方法和依据。研究方法:研究共招募58名初中生(年龄13.8±1.1岁),分别进行3min跳绳测试和最大摄氧量测试。根据跳绳运动中(第15s、30s、45s、60s、120s和160s)和恢复期(第15s、20s、60s、120s和160s)的心率数据,以及其他相关自变量(性别、BMI、体脂百分比、MVPA等),与直接测得的最大摄氧量做相关分析,并建立多元线性回归模型,推算出基于跳绳运动来预测最大摄氧量的方程。研究结果:3min跳绳结束后恢复期的第15s和20s心率与最大摄氧量有高度相关性,并得到相关推算方程为:VO2max (ml·kg-1·min-1)=70.422+(7.542*性别)+(0.126*MVPA)-(0.470*BMI)-(0.167*20s PHR)。研究结论:本研究证实了利用跳绳运动作为间接测试方式来预测初中生最大摄氧量的可行性,并基本建立有效的VO2max预测回归方程。研究为青少年群体中间接推测最大摄氧量的测试方法提供了一种新的探索方向。
关键词： 最大摄氧量; 青少年; 跳绳;
Abstract： Objective:The purpose of this study was to develop a prediction model of maximal oxygen uptake from a sub-maximal rope skipping test for secondary school students. Methods:Fifty-eight participants(age=13.8±1.1 years) were recruited and completed a graded maximal treadmill test and a trial of 3-min submaximal rope skipping test with free skipping style. The exercise heart rates(EHR), immediate post-exercise heart rates(PHR) and recovery heart rates were measured during the rope skipping test. Other confounding variables including age, gender(1 for boy and 0 for girl), BMI, percent of body fat, and PA level(MVPA in min/day) were also collected and entered into stepwise regression for analysis together with all HR responses during skipping. Results:This study indicated that the relatively more accurate and practical equation was VO2max = 70.422 +(7.542* gender) +(0.126*MVPA) –(0.470*BMI)-(0.167 * PHR)(R =.870, R2=.870, SEE = 4.54 ml·kg-1·min-1) by adopting rope skipping. Conclusion:This is the first study attempt to develop a prediction equation of VO2max via rope skipping exercise. In summary, the sub-maximal rope skipping exercise was an acceptable exercise mode to accurately predict aerobic fitness of secondary school children.
Keyword： VO<sub>2</sub>max; adolescents; rope skipping;
0 、前 言
最大摄氧量(VO2max)是身体活动能力和心肺功能主要的预测指标,VO2max的测定有直接测定法和间接测定法两种。直接测试法通常在专业实验室内借助心肺功能测定仪完成,由于测量VO2max不但需要受试者尽最大努力、具有潜在的危险性,同时需要特殊的方法和设备,如跑台、自行车或者气体分析仪,所以VO2max的直接测量方案很少应用于普通大众[1,2,3]。间接测定法虽然没有直接测定法准确,但在测试过程中不需要配置昂贵的仪器设备,且方法简便易行,适于用于大样本人群的测定。
迄今为止,国内外对于间接测定VO2max已经有很多相关研究,欧美国家起步较早,研究类型也较丰富,包括跑步机间接测试[4,5,6],功率车间接测试[7,8]台阶测试[9,10,11],实地测试[12,13,14],甚至非运动测试[15,16,17]。国内近年来针对该领域也有不少研究[18,19,20,21],但目前还没有关于跳绳运动作为亚极量间接评价方式的研究。
跳绳作为《国家学生体质健康标准》的测试项目,具有突出的锻炼身体的价值。跳绳运动在学校体育教学中也是不可或缺的组成部分。另外,在竞技运动训练中也采用跳绳作为辅助训练项目,提高运动员的运动水平。
因此,本研究拟通过研究跳绳运动测试以及实验室逐级递增负荷运动试验,探索以跳绳运动作为评估青少年心肺功能(VO2max)间接测试方式的可行性,并以心率、身体素质参数等数据为自变量,建立简单易行的推算最大摄氧量相对值的回归方程,用于间接评价青少年的最大有氧活动能力,为青少年体质测试研究提供新的参考方法和依据。
1、 研究方法
1.1、 研究对象
58名初中学生(男38名,女20名;平均身高=161.7±6.95cm;平均体重=52.9±14.17kg;平均年龄为13.8±1.1y)成功完成本研究的全部测试,所有受试者均来自浙江省的初中生。所有的测试程序、基本原理和指导方针都向受试者及其监护人进行了说明。所有受试者及其监护人签署知情同意书。所有受试者被要求完成《运动准备问卷》(加拿大运动生理学学会,2002年)和《儿童疾病问卷》。此外,为了了解受试者的日常运动强度,实验通过问卷记录了每个受试者的中高强度体力活动(MVPA)情况(以分钟为单位)[22]。
1.2、 跳绳测试标准
本实验通过结合其他类似的VO2max的间接测试方法(台阶试验、PWC170实验等),来制定跳绳测试标准。进过前期预实验,确定采用受试者在节拍器(60次/min)的口令下跳绳,连续进行3min。在整个跳绳测试过程中,受试者全程佩戴心率带(Polar, T31,芬兰),并且记录运动中(第15s、30s、45s、60s、120s和160s)及恢复阶段(第15s、20s、60s、120s和160s)的心率。
1.3 、最大摄氧量测试标准
本研究最大摄氧量测试采用的测试标准为青少年跑台测试方案[23]。测试中采用修订后的主观疲劳感觉等级RPE量表。在整个测试过程中,受试者需要携带便携式气体代谢分析仪(Cosmed,K4b2,意大利),并通过标准面罩呼吸。
为了确保VO2max测试的有效进行,达到VO2max的判断标准如下: ①运动心率不小于根据年龄预测的最大心率的90%;②呼吸交换比率R等于或不低于1.10;③RPE达到 10。至少有两个符合以上三个标准[24]。
1.4、 测试过程
受试者先进行身体成分测试(Inbody720, 韩国)。测试后进行5～10min的热身,再进行3min的跳绳测试。完成后测试后充分休息,适量饮水,再进行最大摄氧量测试。
1.5、 统计分析
使用SPSS 20.0进行相关数据统计分析,选取P<0.05为显着性水平,P<0.01为非常显着性水平。采用Pearson相关性分析。采用逐步回归分析方法确定能预测VO2max值的显着变量(如性别、年龄、体脂百分比、身高、体重、恢复期心率)的统计效度和贡献。再对这些重要的自变量进行线性回归分析,得到最准确的能预测VO2max值的多元线性回归方程,并得出相关系数(R值)、估计标准差(SEE)。
2、 结 果
根据表1可知本研究所有描述性数据结果。
为了确定与VO2max数值相关性最高的跳绳心率变量,采用Pearson相关分析,将跳绳运动开始第15s、30s、45s、60s、120s和160s的心率,以及恢复阶段的第15s、20s、60s、120s和160s的心率数据分别与最大摄氧量做相关性分析(见表2)。结果表明,15s-PHR(r=-0.608,P<0.01)和20s-PHR(r=-0.591,P<0.01)两个心率变量与最大摄氧量的相关系数最高。此外,表3显示其他预测变量与最大摄氧量之间的Pearson相关性,说明体重、身高、性别、BMI、体脂百分比、中高强度运动时间MVPA与最大摄氧量之间存在显着相关性。值得注意的是,性别、BMI、体脂百分比与测量的VO2max呈负相关,MVPA与VO2max呈正相关。而年龄变量与最大摄氧量无显着相关性。
表1 测试结果数据表
注:MVPA=中高强度体力活动(以min/d为单位),EHR=运动中心率,PHR=运动后心率
表2 Pearson相关性检验结果表(跳绳心率变量和VO2max)
表3 Pearson相关性检验结果表(其他变量和VO2max)
注:性别变量中1=男性,0=女性
ACSM运动测试与运动处方指南(ACSM,2000)和其他相关研究[25]强调中高强度有氧运动的强度应保持在相当于最大储备心率(HRR)的40%～80%之间。根据指南,最好选择保持在40%～80%最大储备心率的心率数据作为间接预测VO2max的变量来做进一步的回归分析。因此,一些在该范围外的心率变量数据应该被剔除,跳绳运动后第15s(15s PHR)和20s(20s PHR)的心率数据符合范围,分别进入回归分析,因此有两个心率变量。同时体脂百分比和BMI两个变量也需要分别独立进行分析。因此共有4个回归分析模型,计算4个逐步线性回归分析(如表4)。
表4 相关变量预测VO2max的逐步回归模型分析表
注:方程1=58.715+(8.604*gender)+(0.132*MVPA)-(0.153*15sPHR),方程2=58.715+(8.604*gender)+(0.132*MVPA)-(0.153*15sPHR),方程3=68.046+(5.269*gender)+(0.131*MVPA)-(.215*bodyfat)-(0.179*20sPHR),方程4=70.422+(7.542*gender)+(.126*MVPA)-(0.470*BMI)-(0.167*20sPHR)
3、 分析与讨论
在本研究中,规定节拍(60次/min)的3min跳绳运动测试后的第15s心率(15s-PHR)和第20s心率(20s-PHR)数据与测得的VO2max数值有高度的相关性,也是评估初中学生有氧能力的有效预测变量。如表4,在模型1和模型2中,最大摄氧量与体脂百分比和BMI没有相关性。预测方程中只有三个变量(性别、MVPA和15s-PHR)和最大摄氧量相关。模型1和模型2具有相同的预测变量和相同的常数项,得到相同的方程,即:VO2max (ml·kg-1·min-1)= 58.715 + (8.604 * 性别) + (0.132 * MVPA) – (0.153 * 15s PHR)。当使用这个公式(R = 0.849,SEE = 4.751)时,不需要参数BMI和体脂百分比,因此更加简便快速,即不需要体成分测试仪和身高、体重数据。
而在模型3中,R值较高(R=0.860),预估标准误差较低(SEE=4.69379),方程为:VO2max (ml·kg-1·min-1)=68.046+(5.269*性别)+(0.131*MVPA)-(0.215*体脂百分比)-(179*20sPHR)。模型4的R值最高,SEE值最低,方程为:VO2max(ml·kg-1·min-1)=70.422+(7.542*性别)+(0.126*MVPA)-(0.470*BMI)-(0.167*20sPHR)。在模型3和模型4之间,虽然模型3也显示出较高的准确性和较低的误差,但是模型3需要对体脂百分比变量进行测量,这需要专门的设备。模型4中需要的BMI值可以通过非常简单的身高、体重计算获得,而且模型4中的R值和SEE值更好,因此该模型是在实验中预测最大摄氧量模型中最准确实用的。换而言之,方程4可以作为间接测试中学生最大摄氧量的方法。
从目前的结果来看,跳绳运动测试作为一种间接测试青少年有氧能力的方式是被证实有效和适用的。3min跳绳测试更加实用和方便,不需要大型的场地、实验室和专业的设备,只需要一根跳绳,以及BMI、MVPA、性别、20s PHR这些简单数据,就可以推算学生的最大摄氧量。
综上所述,本研究证实了在利用跳绳运动作为间接测试方式来预测初中生最大摄氧量的可行性,并且基本建立了有效的VO2max预测回归方程VO2max(ml·kg-1·min-1)=70.422+(7.542*性别)+(0.126*MVPA)-(0.470*BMI)-(0.167*20s PHR))。本研究为间接推测最大摄氧量提供了一种新的探索方向。这种新的间接测试方法具有高效、低成本、快速、方便的优点,只需要简单的测量和适度的运动强度。
4、 不足与展望
本研究受试者仅局限于初中三个年级的学生,样本量较少。后续研究中需要进一步扩大样本量,增加样本量的的年龄分层。另外,本研究没有将不同的跳绳方式以及不同的跳绳节拍作为变量进行相关性研究,未来研究应更全面地考虑这些因素,建立最优的跳绳测试标准和最佳的推算公式。
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