心肺運動試驗的最佳跑步機坡度！

最大坡度測試中不同跑步機坡度對最大攝氧量和通氣閾值的影響

摘要：

用於心肺運動試驗（cardiopulmonary exercise testing, CPET）的坡度測試缺乏細致的方案，包括最佳跑步機坡度。目的：研究CPET中所采用的跑步機坡度對最大攝氧量（VO2max）🚆、通氣閾值（VT1/VT2）以及VO2max與工作負荷關系的影響。（註：VT1代表在不影響運動連續性前提下，二氧化碳濃度相對於VO2的突然增加👱‍♂️。VT2被公認為是最大乳酸值穩定的標誌，因此代表了從高運動強度到極限運動強度的過渡，反映了不能長時間維持劇烈運動的情況。）方法：21名健康男性和12名健康女性在跑步機上以相同的速度增量、不同的坡度（CPET 0%👩‍🎓、CPET 2%、CPET 3.5%和CPET 5.5%）進行CPET。結果：盡管隨著跑步機坡度的增加，CPETs的持續時間有所縮短（CPET 0%🫵🏽：12.7分鐘；CPET 2%：9.1分鐘；CPET 3.5%🔐：8.0分鐘🦶🏼👨‍💼；CPET 5.5%：6.6分鐘；p＜0.01）🙍🏿‍♂️，但是各測試方案中的VO2max趨於一致（42.8-43.2ml/kg/min）。VT1所對應的最大攝氧量百分比（%VO2max）在CPET 0%中最低（63.6%），在CPET 5.5%中最高（75.8%）🧛🏽，而在其它兩個坡度中分別為67.8%（CPET 2%）和69.5%（CPET 3.5%；p＜0.05）；然而🧚‍♂️，VT2並不受跑步機坡度的影響（95.1-95.8% VO2max；p＞0.05）。不同跑步機坡度☞🤘🏿、相同起始/最終速度下的CPET中🤽🏼‍♂️，VO2max、通氣閾值幾乎一致。然而😐，與較大坡度相比（CPET 3.5%、CPET 5.5%），較小坡度（CPET 0%、CPET 2%）下CPET的標識線與工作量和攝氧量之間的回歸線更加接近。結論：對於健康的青年👩🏿‍🦲，CPET坡度設置為0%-2%更為合適👴🏽。

關鍵詞：有氧運動💁🏿‍♂️、心肺運動測試、心肺生理學🚒、健康

一、前言（Introduction）

（一）坡度測試（Ramp protocols）

“坡度測試”是指以小幅度和持續加快的跑動速率進行的心肺運動測試，通常測試總時間為8-12分鐘。在一般情況下🎚，與多級CPET相比，坡度測試被認為可以通過降低神經疲勞👩🏻‍🦲，從而限製意誌疲勞🚵🏽，因此使受試者的最大攝氧量數據更精確。跑步機坡度的設置是坡度CPET的一個重要特征🧕🏻🫛，並影響神經疲勞和測試持續時間🧳。如果坡度過大👨‍👩‍👧‍👧，與高傾斜角度相聯的速度的上升可能需要大幅度增加髖關節🖕🏽、膝關節和踝關節的屈曲角度📤，並因此導致過早的疲勞⛹🏽。一些研究分析表明，在實際應用中👩🏿‍💼，坡度通常設為每分鐘增加1.4°〰️，在持續10分鐘的測試內總傾斜度為14°。

（二）研究假設（Hypothesis）

本研究假設由於CPET期間神經疲勞程度的變化，極限和次極限呼吸反應都會受到跑步機坡度的影響🔟。另外，本研究假設VT1反映的是一個強度範圍，而不是一個定值🚺，我們可以推測，盡管跑步機坡度的變化可能會影響這個特定的閾值👷‍♀️，但從實際情況來看🧏🏽‍♂️，它的數值在預期的強度範圍內。簡而言之，10%以內坡度的變化可能不會影響到有氧訓練的模式。

二、研究方法（Methods）

（一）實驗方法（Experimental approach to the problem）

每位受試者到實驗室參觀4次，測試間隔48-72小時分散進行🪠。受試者被要求在CPET測試前24小時內禁止飲用酒、咖啡因🌾、功能飲料和進行運動𓀖🚣🏽‍♂️。在第一次參觀時🫕，受試者進行了身體測量，並進行了坡道CPET，跑步機坡度等級設置為0%（CPET0%）👨🏼‍🌾。在第二、三💸🧚🏼‍♀️、四次參觀中，受試者進行極限強度CPET👩‍🦽‍➡️，跑步機坡度分別設定為2%（CPET2%）♑️、3.5（CPET3.5%）和5.5%（CPET5.5%），並以隨機順序進行。圖1闡明出了實驗設計，同其他實驗一樣，包括從CRF確定最大運動能力的程序，以及通過美國運動醫學3377跑步公式計算工作速率增量👨🏿‍🦲。

圖1 方案設計示意圖

（二）受試者（Subjects）

21名男性(年齡33±8歲;身高176.6±5.8 cm;體重80.4±8.7 kg;體脂12.4%±6.4%;VO2max在CPET0% 中44.9±5.7 ml/kg/min)和12名女性(年齡29±7歲;身高163.3±6.7 cm;體重56.6±6.3 kg;體脂19.1±4.4%;CPET0%中VO2max 39.4±4.9ml/kg/min)被招募參加研究📥。排除標準包括👩‍🎓：(a)使用心血管或新陳代謝藥物；(b)吸煙，或使用可能影響運動表現的功能性藥物👩🏿‍💻；(c)可能限製運動表現的心血管👩🏽‍⚕️、呼吸🚓、骨骼🔼、肌肉或關節問題。且受試者都簽署了知情同意書。

（三）實驗過程（Procedures）

1.確定實驗方案

CPET 0%是指在跑步機傾角設置為0%的情況下所進行的測試，並在10分鐘內根據受試者能力增加跑動速率，得出受試者的耐力極限。考慮到由CRF問卷估計的100%和50%坡度測試，最終速度和初始速度使用美國運動醫學3377的跑步機跑步方程確定。在以下4個標準中至少有3個標準存在時，數據才被認作可靠。(a) Borg CR-10評分表上的10分所反映的是最大主觀疲勞程度；(b)≥95%的預測HRmax(220—年齡)或存在心率穩定(連續2次工作速率之間的ΔHR≤4 b/min)；(c)存在VO2穩定(連續2次工作速率之間的ΔVO2＜2.1 ml/kg/min)🪪；以及(d)呼吸交換率＞1.15👨🏿‍💼。受試者通過受到言語上的激勵力求達到極限疲勞🤗，且跑動時不允許扶著跑步機的側面欄桿或前欄桿。

2.實驗設備與環境

使用Super-ATL跑步機進行測試，平均每30秒記錄一次VO2🫃🏼👅。30秒間歇時間提供了一個很好的折中方案，既能消除VO2數據中的幹擾數據🦫，又能使數據保持基本的趨勢。氣體交換是通過VO2000分析儀來評估的👩‍🏭，該分析儀用經認證的標準氧氣(17.01%)和二氧化碳(5.00%)與氮氣進行混合。用3L的註射器測量呼吸流量計中氣體的流量和體積。使用Polar S-810設備持續評估心率🏍。CPET期間的平均環境溫度和相對濕度分別為22.0±2.08°C（範圍18-23）和62.9±4.5%（範圍50-75%）🏃🏻‍➡️。

（1）確定通氣閾值

根據氣體交換數據確定通氣閾值🧛🏼，特別是通氣當量VO2(VE/VO2)和二氧化碳(VE/VCO2)😠，以及呼出的O2(PETO2)和CO2(PETCO2)部分。第一通氣閾值(VT1)指的是VE/VO2與PETO2同時增加👨🏿‍🍼，而VE/VCO2和PETCO2沒有成比例變化的瞬間。第二通氣閾值(VT2)對應於VE/VO2、VE/VCO2和PETO2同時增加⛵️🧗🏼‍♂️，PETCO2減少的瞬間🪕。VT1和VT2由2名之前對數據沒有任何了解的有經驗的獨立評估者以實驗者和受試者都不知道的方式確定。2名評估者獲得的VT1和VT2的平均值被記錄了下來🍘。然而，不同評價者之間的數值差異若超過10%👨🏻‍🍼，一位第三者介入🍂，並保留2個最接近值的平均值作為結果。

（2）CPET測試

CPET進行了3個坡度測試：2％，3.5％和5.5％👨🏽‍⚕️🔊。在這些測試中，初始速度和最終速度分別對應於平坡跑時VO2max的50%和100%，以估計持續時間10分鐘的增加速率計算。

3.統計分析

通過同類相關性計算VT1和VT2的評價者之間的一致性（VT1♣️：範圍0.91-0.95😤；VT2；範圍0.93-0.97；P＜0.01）。

三、結果（Results）

表1列出了CPET的總持續時間、最大心率（HRmax）🏀、VO2max、VT1和VT2（有對應的速度和VO2數據）雖然跑步機坡度增加時測試持續時間較短🤾🏻‍♂️，但VO2max或HRmax沒有發現差異。最後👱🏻‍♀️，兩測試之間沒有發現CPET結束時疲勞程度的差異🚁。

表2是通過試驗得到的VO2與工作負荷的線性關系數據。在沒有坡度的情況下進行的測試，計算的截距和斜率最接近🏇🏼👐。其他測試得到的截距和斜率與理論值的差異分別隨著跑步機坡度的增大而增大。因此，CPET2%比CPET3.5%或CPET5.5%更符合工作負荷與VO2在次極限強度的生理關系🏆。

四、討論（Discussion）

本研究調查了CPET坡度測試期間應用的跑步機傾角對男女健康成年人VO2max、通氣閾值以及VO2與工作量之間的潛在影響。在坡道測試中🚆，以對應於預估50%最大心肺能力的速度開始，固定的跑步機坡度從0到5.5%沒有影響到VO2max的結果。總的來說，CPET的持續時間建議在6-12分鐘範圍內👨🏽‍🚀。然而🌯，更大的跑步機坡度顯著縮短了測試時間（從CPET0% 到CPET2%再到CPET5.5%,分別減少了50％和30％）。對應於VT1的VO2隨著跑步機傾角略有增加（從CPET2%到CPET3.5%到PET5.5%分別增長了約10％），而對應於VT2的VO2在各測試中保持穩定。最後🧑🏻‍🎓，以同一性為參考，較低的跑步機坡度加強了VO2和工作量之間的生理關系，在設計測試時，應考慮到從漸進式次極限強度分析有氧運動學🧑‍🧑‍🧒。VO2max不受坡度的影響，但如果坡度設置過大導致測試時間太短，也無法確定最大有氧能力。

值得註意的是，在CPET2%的樣本中🌴🧑🏿‍💻，只有6%的樣本因神經疲勞而中斷測試，CPET3.5%的樣本中有8%的樣本因神經疲勞而中斷測試，CPET5.5%的樣本中有9%的樣本因神經疲勞而中斷測試🧗🏿。這些數據證實了這樣一個假設，即更大的跑步機坡度會增加神經疲勞🧟，並更容易引起CPET的過早中斷。

五🫳🔦、實踐應用（Practical Application）

本研究數據表明🥫🏊🏽，當跑步機傾角設置在2%時，持續8-12分鐘的速率遞增的CPET得到的數據更好。

Silva S C, Monteiro W D, Cunha F A, et al. Influence of Different Treadmill Inclinations on V̇o2max and Ventilatory Thresholds During Maximal Ramp Protocols[J]. The Journal of Strength & Conditioning Research, 2021, 35(1): 233-239.