第2章-心血管适能

1、第第二二章章 心血管适能是健康体适能最重要的组成成分之一，心血管适能是健康体适能最重要的组成成分之一，它反映由心脏、血液、血管和肺组成的呼吸和血它反映由心脏、血液、血管和肺组成的呼吸和血液循环系统向肌肉运送氧气和能量物质，维持机液循环系统向肌肉运送氧气和能量物质，维持机体从事运动的能力体从事运动的能力。由于由于拥有良好心肺适能的人通常也具有较好的运拥有良好心肺适能的人通常也具有较好的运动耐力或有氧运动能力，因此，心血管适能有时动耐力或有氧运动能力，因此，心血管适能有时又被称为心血管耐力（又被称为心血管耐力（cardiovascular cardiovascular enduranceendur

2、ance）或者有氧适能（）或者有氧适能（aerobic fitnessaerobic fitness）。）。一、血液运输系统一、血液运输系统（一）呼吸系统功能能力（一）呼吸系统功能能力人体运动等各种生命活动所需要的氧气和新陈代谢产人体运动等各种生命活动所需要的氧气和新陈代谢产生的二氧化碳气体等代谢产物均离不开肺与组织的气生的二氧化碳气体等代谢产物均离不开肺与组织的气体交换体交换。安静状态下，人体每分钟肺通气量约为安静状态下，人体每分钟肺通气量约为6 68L8L，极限，极限运动时的最大肺通气量可高达运动时的最大肺通气量可高达150L150Lminmin-1-1以上，而判以上，而判断最大吸氧量的肺

3、通气量标准通常为断最大吸氧量的肺通气量标准通常为110110120L120Lminmin-1-1，故通常情况下肺通气功能具有较大的功能储备，一般故通常情况下肺通气功能具有较大的功能储备，一般不构成对心血管适能的明显影响。不构成对心血管适能的明显影响。血液是由血浆和血细胞组成，在机体物质运输、内环境稳定的维持和血液是由血浆和血细胞组成，在机体物质运输、内环境稳定的维持和机体的防御和保护等方面发挥着重要作用。机体的防御和保护等方面发挥着重要作用。血液氧气的运输与红细胞中的血红蛋白与氧气结合成氧合血红蛋白的血液氧气的运输与红细胞中的血红蛋白与氧气结合成氧合血红蛋白的数量有关，研究发现数量有关，研究发

4、现1g1g血红蛋白可与血红蛋白可与1.34-1.36ml1.34-1.36ml的氧气结合，所以的氧气结合，所以红细胞数量越多或者血红蛋白浓度越高，所能携带的氧气就越多。正红细胞数量越多或者血红蛋白浓度越高，所能携带的氧气就越多。正常情况下，成年男性血红蛋白的浓度约为常情况下，成年男性血红蛋白的浓度约为12-16g12-16g100ml100ml-1-1，成年女性，成年女性约为约为11-15 g11-15 g100ml100ml-1-1 。运动生理学研究表明，长期从事耐力性运动。运动生理学研究表明，长期从事耐力性运动能够增加血液血红蛋白的含量和血氧运输能力，从而改善外周肌肉的能够增加血液血红蛋白

5、的含量和血氧运输能力，从而改善外周肌肉的氧气供应，提高肌肉活动的耐力等。除此以外，滥用促红细胞生成素氧气供应，提高肌肉活动的耐力等。除此以外，滥用促红细胞生成素（EPOEPO）也能明显增加血液血红蛋白的含量，这是国际奥委会严格禁）也能明显增加血液血红蛋白的含量，这是国际奥委会严格禁止的违规行为。止的违规行为。（1）血液循环系统是由心脏和血管组成。）血液循环系统是由心脏和血管组成。1、心脏功能、心脏功能心脏功能是影响心血管适能的最主要生理学因素。心脏作为心心脏功能是影响心血管适能的最主要生理学因素。心脏作为心血管系统的动力器官，其主要生理功能是收缩射血，推动全身血管系统的动力器官，其主要生理功能

6、是收缩射血，推动全身的血液循环，以适应劳动、运动等不同体力活动和其他生命活的血液循环，以适应劳动、运动等不同体力活动和其他生命活动的需要。动的需要。通常情况下，心脏功能的强弱主要反映在心输出量（通常情况下，心脏功能的强弱主要反映在心输出量（cardiac output, CO）的大小，后者是每搏输出量（）的大小，后者是每搏输出量（stroke volume, SV）和每分钟心率（和每分钟心率（heart rate, HR）的乘积）的乘积。运动生理学研究证明运动生理学研究证明，运动过程中，运动过程中CO的虽然受的虽然受HR和和SV的共同的共同影响，但影响，但SV的影响更为主要。这一方面是因为的影

7、响更为主要。这一方面是因为CO的变化只是的变化只是在一定的范围内与在一定的范围内与HR的改变具有良好的线性相关关系，的改变具有良好的线性相关关系，HR过过快并明显影响心室舒张和心室血液充盈时，反而会造成快并明显影响心室舒张和心室血液充盈时，反而会造成CO下下降；另一方面，影响降；另一方面，影响SV大小的心脏射血分数、心室腔容积和心大小的心脏射血分数、心室腔容积和心肌收缩力等都具有明显的运动适应性，它们是长期体育锻炼情肌收缩力等都具有明显的运动适应性，它们是长期体育锻炼情况下导致况下导致CO增加的主要生理学因素。增加的主要生理学因素。血管血管是由一系列复杂分支的管道组成，主动脉等血管的管壁富含弹

8、性是由一系列复杂分支的管道组成，主动脉等血管的管壁富含弹性纤维，具有明显的可扩张性和弹性，它不仅担负运输血液的任务，而纤维，具有明显的可扩张性和弹性，它不仅担负运输血液的任务，而且可在左心室射血时贮存部分血液，缓冲动脉血压的巨大波动，使间且可在左心室射血时贮存部分血液，缓冲动脉血压的巨大波动，使间断性的心室射血变为连续的血流；小动脉的末稍和微动脉，管壁富含断性的心室射血变为连续的血流；小动脉的末稍和微动脉，管壁富含平滑肌，受神经和体液调节而产生明显的舒缩活动，是造成血流阻力平滑肌，受神经和体液调节而产生明显的舒缩活动，是造成血流阻力的主要部分。它对调节各器官的血流量和动脉血压起着重要作用；毛的

9、主要部分。它对调节各器官的血流量和动脉血压起着重要作用；毛细血管，其管壁仅由单层内皮细胞构成，通透性很大，故气体和小分细血管，其管壁仅由单层内皮细胞构成，通透性很大，故气体和小分子物质可通过管壁，成为血管内外物质交换的场所；而静脉血管数量子物质可通过管壁，成为血管内外物质交换的场所；而静脉血管数量较多、口径较粗、管壁较薄，故容量较大，故承担了血液贮存库的作较多、口径较粗、管壁较薄，故容量较大，故承担了血液贮存库的作用。用。运动生理学研究表明，血管功能改变对心血管适能的影响主要是通过运动生理学研究表明，血管功能改变对心血管适能的影响主要是通过以下几种机制实现的。一是运动时外周血管阻力下降，减少了

10、心室射以下几种机制实现的。一是运动时外周血管阻力下降，减少了心室射血的后负荷，使得心室射血变得更加顺畅，血的后负荷，使得心室射血变得更加顺畅，COCO增加；二是运动时骨骼增加；二是运动时骨骼肌小动脉血管反射性舒张，内脏和皮肤小动脉血管反射性收缩，从而肌小动脉血管反射性舒张，内脏和皮肤小动脉血管反射性收缩，从而使血流分布模式发生改变，使得运动肌获得更多的血液，更好地满足使血流分布模式发生改变，使得运动肌获得更多的血液，更好地满足其活动的需要；三是受长期体育锻炼和运动训练的影响，外周肌细胞其活动的需要；三是受长期体育锻炼和运动训练的影响，外周肌细胞毛细血管分布的密度增加，这一变化有助于改善肌肉组织

11、的微循环状毛细血管分布的密度增加，这一变化有助于改善肌肉组织的微循环状态，从而增强肌肉耐力等。态，从而增强肌肉耐力等。VO2max指人体在进行有大量肌肉参加的长时间激烈运动中，心肺功能和肌肉利用氧的能力达到本人极限水平时，单位时间（min）所能摄取的最大氧气量。VO2max是健康体适能水平的重要标志，其大小通常受遗传、年龄、性别和体力活动状态等因素影响。心血管适能的测评方法较多，有直接反映心脏泵血功能的最大心输出量测量和反映机体氧气摄取和利用能力的最大吸氧量，也有间接推测心血管适能的台阶试验、20米往返跑试验、12分钟跑走试验等各种运动负荷试验。由于间接测试的方法简便且易被接受，因此成为当前心

12、血管适能测评的常用手段。一、心血管适能的直接评价一、心血管适能的直接评价心血管适能的实验室直接测评通常包括最大摄氧心血管适能的实验室直接测评通常包括最大摄氧能力、外周肌肉氧利用能力和最大心输出量三个能力、外周肌肉氧利用能力和最大心输出量三个方面，常用检测指标包括方面，常用检测指标包括VO2max、无氧阈、有氧、无氧阈、有氧运动效率和运动效率和COmax等。由于等。由于COmax的准确测定通常的准确测定通常需要昂贵设备和有损性操作，故在体适能研究领需要昂贵设备和有损性操作，故在体适能研究领域较为少见。域较为少见。VO2max可以通过心输出量和动静脉氧差的分析以可以通过心输出量和动静脉氧差的分析以

13、及呼吸气体的分析分别进行直接测定，前者叫心及呼吸气体的分析分别进行直接测定，前者叫心血管测定法（血管测定法（cardiovascular measurements），），后者叫呼吸测定法（后者叫呼吸测定法（respiratory measurements）。心血管心血管测定法是在获取最大心输出量和动静脉氧测定法是在获取最大心输出量和动静脉氧差的基础上测量差的基础上测量VO2max的，因此具有一种有损伤的，因此具有一种有损伤性；而呼吸测定法则是通过对呼出气体分析基础性；而呼吸测定法则是通过对呼出气体分析基础上测量上测量VO2max的，因而是一种非损伤性的直接检的，因而是一种非损伤性的直接检测法。

14、目前，实验室内的测法。目前，实验室内的VO2max的检测多采用后的检测多采用后者。者。11 吸吸氧氧量量4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5无坡无坡坡度坡度1坡度坡度3坡度坡度4坡度坡度5坡度坡度6坡度坡度2 最大摄氧量最大摄氧量(峰值峰值)L.min_1最最大大摄摄氧氧量量平平台台递增负荷运动测定最大摄氧量递增负荷运动测定最大摄氧量,同时表示最大摄氧量平台同时表示最大摄氧量平台有氧运动效率（有氧运动效率（aerobic exercise economy）特指人体在有）特指人体在有氧代谢条件下运动时单位耗氧量下的运动表现，通常氧代谢条件下运动时单位耗氧量下的运动表现，通常以每以每升耗

15、氧量的做功能力表示升耗氧量的做功能力表示。研究发现，有氧运动效率与人。研究发现，有氧运动效率与人体运动能耗和耐力成绩密切相关。一名有氧运动效率较低体运动能耗和耐力成绩密切相关。一名有氧运动效率较低的人在相同运动速度条件下的能量消耗将明显高于有氧运的人在相同运动速度条件下的能量消耗将明显高于有氧运动效率高的人。在其他因素相同的条件下，有氧运动效率动效率高的人。在其他因素相同的条件下，有氧运动效率高的人在完成耐力性运动时更容易战胜效率低的人高的人在完成耐力性运动时更容易战胜效率低的人。此外此外，基础研究还发现，生产发育过程中人体最大吸氧量，基础研究还发现，生产发育过程中人体最大吸氧量的相对值并无明

16、显增加，甚至下降，但是此刻的有氧耐力的相对值并无明显增加，甚至下降，但是此刻的有氧耐力运动成绩仍有所提高。研究发现这一现象与儿童少年的有运动成绩仍有所提高。研究发现这一现象与儿童少年的有氧运动效率提高有关。氧运动效率提高有关。通常情况下人体有氧运动效率的检测是在绘制某种运通常情况下人体有氧运动效率的检测是在绘制某种运动如跑步、骑车和游泳等的运动速度与稳态耗氧量关动如跑步、骑车和游泳等的运动速度与稳态耗氧量关系曲线的基础上进行的系曲线的基础上进行的。以以跑步为例（图跑步为例（图24），首先测定受试者在水平角度），首先测定受试者在水平角度跑步机上完成不同跑速稳态运动条件下的吸氧量，然跑步机上完成不

17、同跑速稳态运动条件下的吸氧量，然后绘制跑速耗氧量关系曲线。图中受试者后绘制跑速耗氧量关系曲线。图中受试者A在各种在各种跑速条件下的耗氧量均大于跑速条件下的耗氧量均大于B，证明，证明A的有氧运动效的有氧运动效率优于率优于B。1、Bruce跑步跑步试验试验Bruce跑步试验（跑步试验（Bruce treadmill protocols）是最为常用的冠心）是最为常用的冠心病诊断和病诊断和VO2max预测试验。该试验要求受试者按照预先设定好预测试验。该试验要求受试者按照预先设定好的运动负荷程序（表的运动负荷程序（表22）在跑步机上完成跑步运动，直至运）在跑步机上完成跑步运动，直至运动耗竭，记录受试者最

18、大持续运动时间（动耗竭，记录受试者最大持续运动时间（min），然后分别依），然后分别依据以下的预测公式计算据以下的预测公式计算VO2max：经常运动的男性：经常运动的男性：VO2max3.778（运动持续时间）（运动持续时间）0.19不经常运动的男性：不经常运动的男性：VO2max3.298（运动持续时间）（运动持续时间）4.07心脏病人：心脏病人：VO2max2.327（运动持续时间）（运动持续时间）9.48健康成年人：健康成年人：VO2max6.702.82（性别）（性别）0.056（运动（运动持续时间持续时间）其中，其中，VO2max的单位为的单位为mlkglminl；经常运动的男性、不

19、经；经常运动的男性、不经常运动的男性和心脏病人的运动持续时间单位为分钟；健康成常运动的男性和心脏病人的运动持续时间单位为分钟；健康成年人的运动持续时间单位为秒。男性为年人的运动持续时间单位为秒。男性为1，女性为，女性为2。Bruce等研究发现，采用该运动程序和预测公式获等研究发现，采用该运动程序和预测公式获得的得的VO2max预测值与实测值之间高度相关（正常预测值与实测值之间高度相关（正常女性女性0.93，正常男性，正常男性0.87）；）；Foster等研究发现两等研究发现两者的相关系数高达者的相关系数高达0.96 ,测试误差为测试误差为0.6 mlkglminl。可见，采用。可见，采用Bru

20、ce方案预测方案预测VO2max具有较具有较高的内部效度。高的内部效度。Balke跑试验（跑试验（Balke protocol）是一种恒定跑速的最大运）是一种恒定跑速的最大运动负荷试验。最初的动负荷试验。最初的Balke跑试验开始时，受试者以跑试验开始时，受试者以3.3mph（90 mminl）的速度开始跑动，之后每间隔）的速度开始跑动，之后每间隔1分钟分钟递增坡度递增坡度1，直至运动时的，直至运动时的HR达到达到180bpm，记录最后，记录最后达到的坡度值。然后，按照以下公式计算达到的坡度值。然后，按照以下公式计算VO2max：VO2max跑速跑速0.073+(坡度坡度%/100)1.8 式

21、中，式中，VO2max的单位是的单位是mlkglminl；跑速为；跑速为mminl；坡；坡度为运动试验最后达到的坡度值。度为运动试验最后达到的坡度值。20m往返跑测验（往返跑测验（20 Meter shuttle test,20MST）是）是Leger等于等于1982年提出的以渐增负荷方式运动来评估最年提出的以渐增负荷方式运动来评估最大吸氧量的方法。大吸氧量的方法。Leger等认为以往的方法均为非渐增等认为以往的方法均为非渐增负荷运动，因而不能充分发挥受试者心肺耐力的潜力。负荷运动，因而不能充分发挥受试者心肺耐力的潜力。因此设计了以渐增负荷方式来评估最大吸氧的因此设计了以渐增负荷方式来评估最大

22、吸氧的20m往往返跑测验返跑测验。大量大量的研究表明此方法具有较高的效度和可靠性。的研究表明此方法具有较高的效度和可靠性。20m往返跑可以在室内外进行，不受气候和场地差异往返跑可以在室内外进行，不受气候和场地差异的影响，而且不需要测量心率，仅需要一台录音机，的影响，而且不需要测量心率，仅需要一台录音机，比台阶实验更易实施，具有广泛的适应性。目前，该比台阶实验更易实施，具有广泛的适应性。目前，该方法是欧洲各国、加拿大和日本等许多国家所采用的方法是欧洲各国、加拿大和日本等许多国家所采用的心肺耐力评价方法。心肺耐力评价方法。20m往返跑方法是让受试者在两条相距往返跑方法是让受试者在两条相距20米的所

23、划线内来回往米的所划线内来回往返跑，跑速受录放机磁带上间隔双间指挥，初级速度为返跑，跑速受录放机磁带上间隔双间指挥，初级速度为8km/h，每每1min增加一级（即增加增加一级（即增加0.5km/h），测试过程中，受试者通），测试过程中，受试者通过间隔双音信号来控制并调整其速度，尽最大努力如果连续三过间隔双音信号来控制并调整其速度，尽最大努力如果连续三次不能跟上节拍到达终线，或确感难以完成时即停止，记录最次不能跟上节拍到达终线，或确感难以完成时即停止，记录最后阶段的速度级别。代入后阶段的速度级别。代入Leger回归方程式：回归方程式：VO2max（ml/kg/min）=31.025+3.238

24、VO2max 3.248A+0.1536AVO2max其中：其中：VO2max（最大跑速（最大跑速km/h）=8+0.5最高级别；最高级别；A年龄年龄（岁）。（岁）。 国外有学者研究发现，国外有学者研究发现，20MST与与VO2max的相关系数较高。的相关系数较高。其中，其中，819岁组的相关系数为岁组的相关系数为0.89，2045岁组为岁组为0.95。12min跑（跑（12min running）是一种无需任何专门设备简便易行的亚最大运动）是一种无需任何专门设备简便易行的亚最大运动负荷试验。测定时，要求受试者以均匀的速度，尽力连续跑负荷试验。测定时，要求受试者以均匀的速度，尽力连续跑12mi

25、n，记录其，记录其跑的总距离（跑的总距离（m），如果受试者完成），如果受试者完成12min跑很吃力，可以根据自身体能状态，跑很吃力，可以根据自身体能状态，采用采用“跑跑”或或“跑走交替跑走交替”的方式完成。之后可按以下公式推算的方式完成。之后可按以下公式推算VO2max和按和按照表照表63提供的标准评价其心血管适能水平。提供的标准评价其心血管适能水平。VO2max（mlkglminl）35.97距离（英里）距离（英里）11.29例如某女性在例如某女性在12min内跑完内跑完1.2英里，其英里，其V02max为：为：V02max（mlkg1min1）=35.79（1.2）11.29=31.9库珀

26、的研究表明，库珀的研究表明，12min跑成绩与用直接法测得的每跑成绩与用直接法测得的每kg体重的最大摄氧量呈体重的最大摄氧量呈高度相关，相关系数达高度相关，相关系数达0.897；采用库珀；采用库珀12min跑预测的跑预测的V02max评价不同年龄评价不同年龄和性别受试者心血管适能的标准参见表和性别受试者心血管适能的标准参见表23。（1）哈佛台阶试验（）哈佛台阶试验（Harvard step test） 通过通过运动负荷的方法检测和评价心血管系统的功能。运动负荷的方法检测和评价心血管系统的功能。最初是由哈佛疲劳实验室的最初是由哈佛疲劳实验室的Bill博士及其同事共同建立的，博士及其同事共同建立的

27、，当时他们使用的运动负荷工具是跑步机，要求受试者在当时他们使用的运动负荷工具是跑步机，要求受试者在8坡度的跑步机上以坡度的跑步机上以7mph的跑速持续运动的跑速持续运动5分钟。运动结分钟。运动结束后，检测恢复期第束后，检测恢复期第11.5分钟、分钟、22.5分钟和分钟和44.5分钟的分钟的HR，然后根据以下公式计算评价指数，用以评价心血管，然后根据以下公式计算评价指数，用以评价心血管系统的功能：系统的功能：评价指数运动负荷的持续时间（秒）评价指数运动负荷的持续时间（秒）100/2（11.5分分钟钟HR22.5分钟分钟HR33.5分钟分钟HR）1943年，哈佛疲劳实验室的年，哈佛疲劳实验室的Br

28、ouha及其同事依据同样的原理以上下小及其同事依据同样的原理以上下小登（高度登（高度50.8cm）的方法取代跑步机进行运动负荷试验，并按照）的方法取代跑步机进行运动负荷试验，并按照Bill的算法计算评价指数，这一试验后来被称作哈佛台阶试验，用以评价的算法计算评价指数，这一试验后来被称作哈佛台阶试验，用以评价机体对剧烈运动的适应能力和运动后身体机能的恢复能力（表机体对剧烈运动的适应能力和运动后身体机能的恢复能力（表24）。）。Brouha等以哈佛大学的等以哈佛大学的2200名学生为实验对象，探讨台阶试验的检测名学生为实验对象，探讨台阶试验的检测效度，发现运动员人群明显高于非运动员人群、运动训练可

29、以提高台效度，发现运动员人群明显高于非运动员人群、运动训练可以提高台阶试验指数、停训可以降低台阶试验指数。这一研究结果后来也被其阶试验指数、停训可以降低台阶试验指数。这一研究结果后来也被其他许多研究所证实。然而，若以反映心血管适能的更加有效的指标他许多研究所证实。然而，若以反映心血管适能的更加有效的指标VO2max作为效标来考察台阶试验的评价效度，发现台阶试验指数与作为效标来考察台阶试验的评价效度，发现台阶试验指数与VO2max的相关系数介于的相关系数介于0.350.77之间，且各研究之间存在较大差异。之间，且各研究之间存在较大差异。此外，比较不同年龄阶段受试者的台阶试验指数及其与此外，比较不

30、同年龄阶段受试者的台阶试验指数及其与VO2max变化的变化的关系，也可以明显发现台阶试验指数不能有效反映心血管适能的增龄关系，也可以明显发现台阶试验指数不能有效反映心血管适能的增龄性变化。显然，以台阶试验指数整体性反映心血管适能尚无确切的科性变化。显然，以台阶试验指数整体性反映心血管适能尚无确切的科学依据。学依据。一、有氧运动一、有氧运动 （Aerobic Exercise）有氧运动是指以有氧代谢为主的有节律的、有全身主要肌群参与的、恒常的耐力运动。它以增加人体吸入、运输和利用氧气的能力为锻炼目的。有氧运动包含下列特性：1、长时间的运动：有氧运动应该要能持续20-60分钟。2、全身性的大肌肉活

31、动：有氧运动应该要使用近乎全身(不得少于1/6)的大肌肉。3、有稳定性：有氧运动应维持在某一个特定强度。4、有节奏性：有律动的肢体活动。二、有氧运动的活动特征二、有氧运动的活动特征1、练习形式2、强度3、运动负荷4、持续时间5、频度 6、最佳练习负荷三、有氧运动项目三、有氧运动项目一般来说，节奏性强的、以有氧供能代谢为主的、连续的、有较多大肌肉参加的且可以比较长时间进行活动都比较适合作为发展心血管适能的运动项目，如快步走、慢跑、骑自行车、游泳、舞蹈等。四、有氧练习的方法四、有氧练习的方法 1、持续训练法、 2、间歇训练法 3、重复训练法1、心率缓慢长时间的耐力训练可使安静时HR较训练前明显减慢。正常成年人安静时HR一般介于70bpm80bpm之间，10周耐力