六分钟上下楼梯试验与摄氧量的相关性研究

郭 辉，孙景权，张一民



六分钟上下楼梯试验与摄氧量的相关性研究

郭 辉1，孙景权2，张一民2

目的：对六分钟上下楼梯试验(6-minutes stairs climbing and descending test，6MSCDT)的台阶数、峰值摄氧量(VO2peak)与Bruce方案测得的最大摄氧量(VO2max)进行相关性分析，并建立推测最大摄氧量的回归方程。探讨6MSCDT能否准确反映人体心肺耐力，为今后完善简易心肺耐力测定方法提供一点新的思路。方法：随机招募69名志愿者，进行6MSCDT和最大摄氧量的测试，计算6MSCDT测试结果，然后比较其与逐级递增负荷试验(Graded Exercise Testing，GXT)最大摄氧量的相关性并进行逐步回归分析。结果：6MSCDT的峰值摄氧量与GXT的最大摄氧量存在高度相关关系(r=0.911,P<0.01)；6MSCDT的台阶数与相对峰值摄氧量存在高度相关关系(r=0.751,P<0.01)；6MSCDT的台阶数与GXT中的最大摄氧量存在高度相关关系(r=0.556,P<0.01)。得到了以体重、台阶数和性别为自变量的推测最大摄氧量回归方程(r=0.888，R2=0.789，调整R2=0.779，SEE=0.408L/min)。结论：6MSCDT可以用来推测最大摄氧量，并且可以成为一种评价心肺耐力的方法。

上下楼梯；逐级递增负荷试验；心肺耐力；最大摄氧量；次极量运动；峰值摄氧量

要评价人的心肺耐力，需要在指定的时间或指定的距离内进行一段运动[1-6]，通过运动学参数来反应人的心肺耐力[2, 4, 5, 7-9]。反应心肺耐力的最常用指标是最大摄氧量[1-6, 10-16]。推测最大摄氧量时经常用到场地测试[2, 4, 5, 7-9, 13]，因为它是一种比较简便易行的方法，特别是在不具备专业仪器设备时，这种测试方法是大众应用中的首选方式。已有的测试方案[8-9]中，均需要一定的仪器设备才能完成。为了大众健身的广泛开展，有必要研制一种更为简便易行的心肺耐力测评方法。上下楼梯是常见的身体活动方式[17-21]。上下楼梯可以起到健身的作用，也可以开发成一种有效的检测心肺耐力的方法[17]。六分钟上下楼梯试验易用性好，操作简便，费用低，更接近日常活动，并且可作为一种次极量的运动试验。然而6MSCDT能否有效评价心肺耐力，需要探讨6MSCDT与摄氧量之间的相关性，并建立推测最大摄氧量的回归方程。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本试验的受试者共69人，其中男性31名，女性38名，年龄24.4±2.4岁；身高168.4±7.3cm；体质量61.1±11.0kg。通过健康测试和医学问卷排除不能参加高强度运动的受试者。测试期间受试者身体状况良好，测试前均已了解六分钟上下楼梯试验和逐级递增负荷试验的测试方法[1]，并于测试之前签署知情同意书。

1.2 测试方案

采用便携式气体代谢分析仪实时检测气体交换参数，按Bruce方案进行逐级递增负荷试验(Graded Exercise Testing，GXT)，检测每位受试者的最大摄氧量，再进行6MSCDT，测量每位受试者的上下台阶数和峰值摄氧量。

在测试过程中，首先对受试者进行身高、体重等静态指标的测量。然后对符合条件的受试者按Bruce运动方案进行逐级递增负荷试验，用便携式气体代谢分析仪(CORTEX MetaMax 3B)实时检测受试者运动过程中的摄氧量、相对摄氧量、心率、呼吸商等指标。运动终止标准：出现呼吸困难、表情痛苦、紫绀、面色苍白、身体摇晃等症状；受试者提出停止试验；达到摄氧量平台；运动负荷增加时，心率达到平台。达到以上任何一项终止标准即刻停止试验。最大摄氧量的判断标准为以下四项指标达到三项[11, 15]：①运动负荷增加，摄氧量不变或下降；②心率≥180次/分；③呼吸商(RER)≥1.15；④受试者已发挥最大力量并无力保持规定的负荷。

受试者在完成最大摄氧量的测试一周后进行6MSCDT。场地是符合国家建筑标准的一层楼梯(一层楼梯有两段阶梯，每段阶梯11个台阶，每个台阶16cm)。在六分钟时间内，让受试者用一步一个台阶的方式[17, 19-22]尽可能快的上下两段阶梯，记录上下楼梯的往返数和最后一个往返完成的台阶数,然后计算完成的总台阶数(计算总台阶数举例，如一位受试者在6分钟时间内完成了18个往返，又完成11个台阶。每层楼梯是22个台阶，一个往返就是44个台阶，总台阶数=44*18+11=803)。在进行测试前给受试者佩戴上心率表和便携式气体代谢分析仪，并说明测试的过程和注意事项。试验过程中实时采集呼吸气体参数和心率。

1.3 统计学分析

采用SPSS16.0统计学软件包对两种试验的测试结果进行统计分析。试验结果采用“平均数±标准差”表示。将6MSCDT中的峰值摄氧量、台阶数等指标和GXT中的最大摄氧量进行相关性分析和多元逐步回归分析。显著性检验水平以P<0.05表示差异具有显著性，P<0.01表示具有非常显著性差异。

2 研究结果

2.1 样本描述性统计结果

受试者各指标描述性统计见表1，其中年龄的范围为20-29岁，六分钟上下楼梯试验中的峰值摄氧量、相对峰值摄氧量、最大摄氧量时心率、呼吸商、主观疲劳感觉等级(RPE)和台阶数用平均值进行描述性统计。GXT中男性最大摄氧量和相对最大摄氧量的平均值高于女性。六分钟上下楼梯试验中男性的峰值摄氧量、相对峰值摄氧量、峰值摄氧量时心率、台阶数平均值高于女性，而男女的呼吸商和主观疲劳感觉等级基本相同。逐级递增负荷试验中的最大摄氧量为2.757±0.869L/min，六分钟上下楼梯试验中的峰值摄氧量为2.538±0.745L/min。6MSCDT的峰值摄氧量明显小于最大摄氧量，为最大摄氧量92%。六分钟上下楼梯试验中的最大心率为173±12b/min。六分钟上下楼梯试验结束时的主观疲劳感觉等级(RPE=15±2)。

表1 受试者各指标描述性统计Table 1 Descriptive statistics of subjects’indexes

2.2 建立回归方程

通过表2，可以定量地观察各指标与摄氧量之间的相关性，六分钟上下楼梯台阶数与峰值摄氧量具有显著相关性(r=0.635,P<0.01)；六分钟上下楼梯台阶数与相对峰值摄氧量具有显著相关性(r=0.751,P<0.01)；六分钟上下楼梯台阶数与GXT中的最大摄氧量具有显著相关性(r=0.556,P<0.01)；六分钟上下楼梯台阶数与GXT中相对最大摄氧量具有显著相关性(r=0.609,P<0.01)。6分钟上下楼梯过程的峰值摄氧量与GXT的最大摄氧量具有显著相关性(r=0.911,P<0.01)，统计结果表明，在两种测试方案下获得的摄氧量存在高度相关关系。

表2 6MSCDT各指标与GXT最大摄氧量相关性Table 2 Correlation of the 6MSCDT indexes with maximal oxygen uptake

图1 6MSCDT峰值摄氧量与GXT最大摄氧量散点图Graph 1 Scatter diagram of the 6MSCDT VO2max and the GXTVO2max

6分钟上下楼梯试验峰值摄氧量与GXT的最大摄氧量相关关系如图1所示，两种测试方法得到的摄氧量高度相关。

根据表2中所描述的相关系数及其显著性水平可以看出，台阶数与最大摄氧量的相关性较高。由表3可知，采用逐步法进行多元线性回归，以绝对最大摄氧量为因变量，把体重、上下台阶数、性别依次加入模型中从而共形成了三个模型。由表3和表4可得到以绝对最大摄氧量为因变量，以体重、上下台阶数和性别为自变量最优的回归模型。回归方程如下：

VO2max(L/min)= -1.092+0.002×台阶数+0.667×性别+0.036×体重(kg)

r=0.888，R2=0.789，调整R2=0.779，SEE=0.408(L/min)，性别：女=0，男=1。

因此，在应用六分钟上下楼梯试验推测20-29岁人群最大摄氧量时，建议使用此方程进行计算。

表3 6MSCDT推测最大摄氧量逐步回归分析Table 3 Stepwise regression analysis of the speculated 6MSCDTVO2max

表4 6MSCDT推测最大摄氧量回归模型拟合情况Table 4 Fitting of the speculated the 6MSCDTVO2max

3 分析与讨论

本研究以20-29岁的青年人群为被试，探讨了六分钟上下楼梯试验与GXT中最大摄氧量的相关性。结果显示，运动过程中两试验的摄氧量相关系数高达0.911(P<0.01)，可以用上下楼梯试验来评价心肺耐力。

本研究与六分钟步行试验比较发现，6MSCDT的台阶数与GXT最大摄氧量的相关性高于6分钟步行试验距离与最大摄氧量的相关性[4, 13]。马明等[13]对25名大学生的研究得出，六分钟步行距离和最大摄氧量无明显相关，但得到了六分钟做功和最大摄氧量明显相关。这可能跟研究对象的年龄有关，对20多岁的大学生而言，步行的强度太低，反应不出心肺耐力水平。如果运动强度太低，就很难区别个体之间心肺耐力的差异，因为运动强度太低不能充分动员心血管系统和呼吸系统功能。而6MSCDT要克服自身的重力，与六分钟步行试验相比大大的增加了运动强度，可以更好的反映心肺耐力。

6MSCDT的台阶数与最大摄氧量的相关性高于台阶试验指数与最大摄氧量的相关性[16]。分析原因可能是因为台阶指数反应心肺耐力的有效性较低。台阶试验起源于美国，是一项国内、外广为使用的心肺耐力试验[23]。台阶试验指数的影响因素较多，如上下台阶的节奏、下肢的长度、测试环境的温度，受试者的心情等。台阶试验的运动强度属于外控运动强度，而本试验的运动强度属于自控运动强度。在自己能力范围内可以发挥出更高的水平。楼梯台阶的高度(16cm)明显小于台阶试验台阶的高度(男40cm，女35cm)，减小了下肢长度对试验的影响。台阶试验指数只依据恢复期心率变化计算而来[23]，而心率受多种因素的影响。本试验的主要评价指标台阶数受外界的干扰较小。

本研究对总样本进行逐步回归分析，建立了推测最大摄氧量的回归方程。最终只有性别、体重和台阶数进入回归方程。虽然身高和BMI与最大摄氧量之间具有一定的相关性，但与体重存在多重共线性问题，在预先的逐步回归过程中被剔除。从方程的复相关系数R、决定系数R2、调整R2和标准误(SEE)可以看出，模型的拟合效果较好。

在场地测试方案中，推测最大摄氧量的回归方程的复相关系数R在0.72-0.92之间的高相关，也有在0.47-0.64之间的低相关[24-25]。而本实验的回归方程的R值为0.888；从SEE来看，本实验为0.408L/min，预测准确性稍差一些但尚可接受。总体来看，本实验中所得到的回归方程与国内、外类似实验相比还是具有一定的推测精度的。也希望今后的相关研究能对方程的推测精度做进一步的验证。

本研究与台阶试验有相似之处，但也有区别。相似之处是都以上下台阶的方式评价人的心肺耐力。不同之处：(1)6MSCDT上下多个台阶，而台阶试验只是一个台阶反复上下。本试验先上22个台阶，后下22个台阶，这样为一个往返。本试验要求在能力范围内尽可能快，这就类似于高强度间歇运动[26]；(2)台阶的高度不同，6MSCDT的台阶高度是16cm，而台阶试验台阶高度是男40cm，女35cm。上下楼梯的方式与台阶试验相比更安全、更为大众所接受；(3)6MSCDT的时间是6分钟，而台阶试验是3分钟。6分钟的运动与3分钟相比能更好的反应人的心肺耐力；(4)6MSCDT属于自控运动强度，而台阶试验属于外控运动强度；(5)评价指标不同，6MSCDT用台阶数来评价，而台阶试验用台阶实验指数(依据恢复期心率变化)来评价。

研究显示，6MSCDT结果与标准试验得到的最大摄氧量相关性较高，说明此试验可以成为推测最大摄氧量的一种较好的方法，与实验室测试法相比其优点是易用性好、不需要特殊设备，与其它的场地测试法相比其优点是成本更低更易开展。在运动时间的选择上参考相关研究文献发现[1, 5, 8, 13]，反映心肺耐力的试验时间一般在6-12分钟之间，如6分钟步行试验、12分钟跑等。由于上下楼梯需要克服自身体重，若时间过长受试者的耐受力将受到很大的挑战，所以本试验时间的选择采用6分钟。采用一步一阶的方式上下楼梯具有以下优点：首先是运动强度得到控制，一步一阶的上下楼梯相比一步两个台阶的运动强度大大降低。这与6分钟步行试验(只能走而不能跑)相似；从安全的角度考虑，一步一阶是大众最易接受的，而又比较舒服的方式。研究显示，一步一阶是普遍采用的最为大众所熟悉的方式，这种方式安全性较高；从运动方案标准化的角度考虑，一步一阶与一步两阶或一步多阶相比能量消耗不同[18, 19, 21, 22]，如果运动方式不统一则不利于试验的标准化。所以要求受试者都采用一步一阶的方式上下楼梯。从表1可以看出，运动中的心率和主观疲劳感觉等级(RPE)均处于次极量强度范围。因此，六分钟上下楼梯试验是一种次极量强度的运动试验。

4 结论

本研究通过比较六分钟上下楼梯试验各参数和逐级递增负荷试验得到的最大摄氧量之间的相关性，发现六分钟上下楼梯试验测得的摄氧量与逐级递增负荷试验测得的最大摄氧量存在显著相关关系。六分钟上下楼梯试验的台阶数与最大摄氧量之间也存在显著相关关系，说明六分钟上下楼梯试验可以用来推测最大摄氧量，并且可以成为一种评价心肺耐力的方法。

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(编辑 孙君志)

Correlation of 6-minute Stairs Climbing and Descending Test with Oxygen Uptake

GUO Hui1, SUN Jingquan2, ZHANG Yimin2

Objective: to analyze the correlation of the number of steps, peak oxygen uptake (VO2peak) in 6-minute stairs climbing and descending test (6MSCDT) with the maximal oxygen uptake (VO2max) in Bruce plan and to establish the regression equation for the VO2max speculation. To explore whether 6MSCDT can accurately reflect the human heart and lung endurance so as to provide new ideas for the perfection of the simplified heart and lung endurance test method. Methods: randomly recruited 69 volunteers to receive the 6MSCDT and VO2max test, calculated the 6MSCDT results, and then compared their correlation with the VO2max in the Graded Exercise Testing (GXT) and made a stepwise regression analysis. Results: The 6MSCDT peak oxygen uptake (VO2peak)and the GXT VO2max is highly correlated (r=0.911,P<0.01); the number of steps in the 6MSCDT is highly correlated with the relative VO2peak (r=0.751,P<0.01); the number of steps in the 6MSCDT and the GXT VO2max is highly correlated (r=0.556,P<0.01). The regression equation for VO2maxspeculation, which uses weight, number of steps and gender as the variables (R=0.888,R2=0.789, Modified R2=0.779,SEE=0.408L/min), was established. Conclusion: 6MSCDT can be used to speculate the VO2max, and can be used as a method of evaluating cardiovascular endurance.

StairsClimbingandDescending;GXT;CardiopulmonaryFitness;VO2max;SubmaximalExercise;VO2peak

G804.7 Document code：A Article ID：1001-9154(2016)03-0014-05

“十二五”国家科技支撑计划项目“大众体质健康评价标准的研制与特定人群健身方法的开法”(2012BAK21B01)。

郭辉，讲师，博士研究生，研究方向：运动与体质健康促进，E-mail:guoh739@163.com。通讯作者：张一民。

1.沈阳工业大学,辽宁 沈阳 110870; 2.北京体育大学，北京 100084 1. Shenyang University of Technology，Shenyang Liaoning 110870；2.Beijing Sport University，Beijing 100084

2015-10-15

2016-02-11

G804.7

A

1001-9154(2016)03-0014-05