关键术语
心肺适能（Cardiorespiratory Fitness） 主要反映心脏、血管和肺脏等器官向运动的肌肉组织提供氧的能力。
最大摄氧量（maximum oxygen uptake）：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，单位时间所能摄取的氧量称为最大摄氧量。
乳酸阈（lactate threshold）：特指人体在完成递增强度的运动负荷运动中，血乳酸浓度由缓慢递增开始快速递增的临界血乳酸浓度或者运动强度，该指标在一定程度上反映外周肌肉氧利用能力。
摄氧量储备（VO2R） 最大摄氧量（VO2max）与安静时摄氧量（VO2rest）的差值。
最大心率（Maxmal Heart Rate，HRmax） 每个人的心率增加都有一定的限度，这个限度叫最大心率，又称极限心率。通常，最大心率（beats/min）＝220－年龄。 心率储备（HRR） 最大心率（HRmax）与安静时心率（HRrest）的差值。
主观用力感觉尺度 (The Scale for Ratings(R) of Perceived(P) Exertion(E)) 可被应用于绝大多数身体活动中的一种帮助个体预测和调控运动强度的简单方法。其中的数字6到20对于中年人来说，大体上相当于其心率的60 beats/min到200beats/min。
心脏康复(Cardiac Rehabilitation) 冠心病患者通过有处方的运动锻炼，医疗、营养措施，心理、职业教育和社会咨询指导重新获得正常或接近正常的活动状态的综合方案，其中以运动锻炼为核心内容。
第一部分 心肺适能
第一节 心血管适能概述
一、心血管适能的定义
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。由于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，心血管适能有时又被称为心血管耐力（cardiovascular endurance）或者有氧适能（aerobic fitness）。
二、影响心血管适能的因素
（一）生理学因素
心血管适能是人体呼吸、血液和循环系统功能的综合表现，受以上各个组成系统功能能力的直接影响。
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1．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。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（stroke volume, SV）和每分钟心率（heart rate, HR）的乘积。例如，健康成年男性在安静状态下的CO约为5L•min-1，（4.5-6.0-20L•min-1）,女性比同体重男性约低10%；缺乏训练的健康人在剧烈运动时CO的峰值一般为15-20L•min-1，而有良好训练的耐力运动员在剧烈运动时CO的峰值则可高达每分钟20-35升。运动生理学研究证明，运动过程中CO的虽然受HR和SV的共同影响，但SV的影响更为主要。这一方面是因为CO的变化只是在一定的范围内与HR的改变具有良好的线性相关关系，HR过快并明显影响心室舒张和心室血液充盈时，反而会造成CO下降；另一方面，影响SV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况下导致CO增加的主要生理学因素。
2．血管功能
血管是由一系列复杂分支的管道组成，人体除角膜、毛发、指甲、牙质及上皮等处外，血管遍及全身。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。此外，营养心脏的血液来自主动脉根部发出的左、右冠状动脉。它们位于冠状沟内，在沟内反复分支进入心壁形成毛细血管网，经静脉汇合于冠状窦，进入右心房。这个独立的循环系统是保证心肌氧气、营养物质供应和心脏收缩射血的重要条件。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，减少了心室射血的后负荷，使得心室射血变得更加顺畅，CO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。
3．呼吸与血液
人体运动等各种生命活动所需要的氧气和营养物质以及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呼吸以及血液的运输作用。安静状态下，人体每分钟肺通气量约为6－8L，极限运动时的最大肺通气量可高达150L•min-1以上，而判断最大吸氧量的肺通气量标准通常为110－120L•min-1，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。相反，在组织呼吸方面，由于长期从事体育锻炼或耐力训练能够明显增加肌肉线粒体数量和氧化能力，因此能够在一定程度上增加外周肌肉的氧利用能力，从而影响肌肉运动的耐力等。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1g血红蛋白可与1.34-1.36ml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。正常情况下，成年男性血红蛋白的浓度约为12-16g•100ml-1，成年女性约为11-15 g•100ml-1 。运动生理学研究表明，长期从
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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（EPO）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。
（二）遗传
遗传因素是影响心血管适能的重要因素。以最大吸氧量为例，有人通过对单卵双胎和双卵双胎受试者最大吸氧量（maximum oxygen uptake，VO2max）的研究发现，单卵双胎受试者间的VO2max差异较小，而双卵双胎受试者间的差异较大，证明遗传因素对VO2max有较大的决定作用。此外，还有人研究发现，在影响VO2max的各种因素中，遗传因素的影响度也是最大的，约为25-50%。在长期耐力训练的影响下，机体的VO2max也产生相应变化，但个体差异较大（0~50%），目前认为造成这一现象的原因也与遗传因素有关。此外，最大通气量、红细胞和血红蛋白、慢肌纤维的百分比等都与遗传有关。
（三）年龄和性别
如图6-1所示，发育过程中，VO2max的绝对值（L•min-1）随年龄增长而增加，男子约在16岁时达到顶峰，女子约在14岁时达到顶峰。14岁时，男女VO2max绝对值的差异约为25%，16岁时高达50%。但如以相对值表示（ml•kg-1•min-1），男性在6-16岁期间VO2max稳定在53 ml•kg-1•min-1水平，而女性则从52.0 ml•kg-1•min-1逐渐下降到40.5 ml•kg-1•min-1，这一差距可能与女性体内脂肪贮量岁年龄增长而增加有关。25岁以后，VO2max以约每年1%的速度递减，55岁时VO2max较20岁时平均减少约27%。然而，也有研究指出，30岁以后，活动少的人VO2max每10年降低8～10％，而活动多的人，每10年只下降4～5％。长期坚持耐力运动者，每10年甚至只降低1～2％。女子VO2max较男子小，与女子心泵功能不如男子，血红蛋白含量低于男子以及体脂含量多于男子等因素有关。
VO2max的性别差异还取决于VO2max的表示方法，如表6-1所示，当以绝对值表示VO2max
时，其性别差异为43%，以体重相对值表示时差异为20%，而当以瘦体重相对值表示时，差异只有9%。
图6-1 VO2max与年龄、性别的关系
表6－1 VO2max的表示方法及性别差异
L•min-1 ml•kg-1•min-1
ml•kg-1LBM-1•min-1
体重，kg 体脂，% 瘦体重，kg 女性 2.0 40 53.3 50 25 37.5
男性 3.5 50 58.8 70 15 59.5 差异％ -43 -20 -9 -29 +10 -37 （四）训练
心血管适能明显受运动训练的影响。以不同项目运动员的VO2max为例，短距离、爆发力项目运动员VO2max较低，而长距离、耐力性项目较高。以往研究发现的VO2max最高的人为一名越野滑雪运动员，其绝对值为7.4L•min-1，相对值为94 ml•kg-1•min-1。运动生理学研究表明，有氧训练可使受训者VO2max增高，其增高的程度与训练前的VO2max水平有关，训练前的VO2max水平低，其增进效果明显。无训练者或心血管适能低下者在刚开始训练时，最大摄氧量的增进明显，其后增进逐渐趋向缓慢。研究认为造成运动训练早期VO2max增加
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的主要原因是心肺功能的改善。而当VO2max增加到一定水平后，CO增加已经达极限，VO2max-小幅度的改变主要是依靠肌肉对氧利用的改善而实现的。
（四）体脂
VO2max相对值是以kg体重为单位计算的，如果体重增加，心血管适能就会下降。30岁以后心血管适能随年龄增长而降低，有一半是由体脂的增加造成的。所以，保持或改善心血管适能水平的最简易方法就是减少多余的脂肪。
第二节 心血管适能的测评
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，因此成为当前心血管适能测评的常用手段。
一、心血管适能的间接测评
（一）最大运动试验
1．Bruce跑步试验
Bruce跑步试验（Bruce treadmill protocols）是最为常用的冠心病诊断和VO2max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6－2）在跑步机上完成跑步运动，直至运动耗竭，记录受试者最大持续运动时间（min），然后分别依据以下的预测公式计算VO2max：
经常运动的男性：VO2max＝3.778×（运动持续时间）＋0.19 不经常运动的男性：VO2max＝3.298×（运动持续时间）＋4.07 心脏病人：VO2max＝2.327×（运动持续时间）＋9.48
健康成年人：VO2max＝6.70—2.82×（性别）＋0.056×（运动持续时间）
其中，VO2max的单位为ml·kg-l·min-l；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；健康成年人的运动持续时间单位为秒。男性为1，女性为2。
表6－2 Bruce试验运动负荷方案
阶段 1
2 3 4 5 6 7
持续时间（min）
3 3 3 3 3 3 3
速度（mph）
1.7 2.5 3.4 4.2 5.0 5.5 6.0
坡度（％）
10 12 14 16 18 20 22
Bruce等研究发现，采用该运动程序和预测公式获得的VO2max预测值与实测值之间高度相关（正常女性0.93，正常男性0.87）；Foster等研究发现两者的相关系数高达0.96 ,测试误差为0.6 ml·kg-l·min-l。可见，采用Bruce方案预测VO2max具有较高的内部效度。
2．Balke跑试验
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Balke跑试验（Balke protocol）是一种恒定跑速的最大运动负荷试验。最初的Balke跑试验开始时，受试者以3.3mph（90 m·min-l）的速度开始跑动，之后每间隔1分钟递增坡度1％，直至运动时的HR达到180bpm，记录最后达到的坡度值。然后，按照以下公式计算VO2max：
VO2max＝跑速×[0.073+(坡度%/100)×1.8
式中，VO2max的单位是ml·kg-l·min-l；跑速为m·min-l；坡度％为运动试验最后达到的坡度值。
3．20米往返跑法
20m往返跑测验（20 Meter shuttle test,20-MST）是Leger等于1982年提出的以渐增负荷方式运动来评估最大吸氧量的方法。Leger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。因此设计了以渐增负荷方式来评估最大吸氧的20m往返跑测验。大量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。
20m往返跑方法是让受试者在两条相距20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8km/h，每1min增加一级（即增加0.5km/h），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Leger回归方程式：
VO2max（ml/kg/min）=31.025+3.238 VO2max -3.248A+0.1536×A×VO2max 其中：VO2max（最大跑速km/h）=8+0.5×最高级别；A—年龄（岁）。
国外有学者研究发现，20-MST与VO2max的相关系数较高。其中，8－19岁组的相关系数为0.89，20－45岁组为0.95。我国学者陈嵘等通过比较研究发现，20米往返跑与以绝对值、体重相对值和去脂体重相对值表示的VO2max的相关系数分别为0.796、0.799和0.698，相关程度明显优于台阶指数。王翔等以20米往返跑的最后一级跑速（最大有氧速度，MAS）
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为自变量，建立了适合于我国学生的VO2max预测公式，即：VO2max（ml·kg·min）=
•-21.672+5.691×MAS（km·h）。以上研究为在我国建立更加合理和有效的心血管适能现场评价方法和标准提高了重要的科学依据。
运动生理学研究发现，最大运动负荷试验较之亚最大运动负荷试验对VO2max的预测效度更高，但是，与此同时这类试验对心血管系统的负荷也明显大于亚最大运动试验。因此，该类运动试验比较适合健康青年人和运动员人群，而被用于心脏病患者的检测时应倍加注意。
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（二）亚最大运动试验 1．l2min跑
12min跑（12min running）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12min，记录其跑的总距离（m），如果受试者完成12min跑很吃力，可以根据自身体能状态，采用“跑”或“跑走交替”的方式完成。之后可按以下公式推算VO2max和按照表6－3提供的标准评价其心血管适能水平。
VO2max（ml·kg-l·min-l）＝35.97×距离（英里）－11.29
例如某女性在12min内跑完1.2英里，其V02max为：
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V02max（ml·kg·min）=35.79（1.2）-11.29=31.9
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库珀的研究表明，12min跑成绩与用直接法测得的每kg体重的最大摄氧量呈高度相关，相关系数达0.897；日本学者浅见以日本人为研究对象的研究结果也证实它们之间的相关系数可达0.87。蔡秋以体育系男女大学生为研究对象，也得出它们之间的相关系数为0.87。但是，由于该预测公式是根据对男性受试者研究获得的，因此，也有一些研究发现其与V02max的相关系数较低。此外，该预测公式并为考虑年龄和体重因素的作用。
采用库珀12min跑预测的V02max评价不同年龄和性别受试者心血管适能的标准参见表6－3。
表6-3 不同年龄、性别的心血管适能分类
性别
等级
13-19
男子 1.很低
2.低 3.一般 4.高 5.很高 6.超优秀
女子 1.很低
2.低 3.一般 4.高 5.很高 6.超优秀
＜35.0 35.0～38.3 38.4～45.1 45.2～50.9 51.0～55.9 ＞56.0 ＜25.0 25.0～30.9 31.0～34.9 35.0～38.9 39.0～41.9 ＞42.0
20-29 ＜33.0 33.0～36.4 36.5～42.4 42.5～46.4 46.5～52.4 ＞52.5 ＜23.6 23.6～28.9 29.0～32.9 33.0～36.9 37.0～40.9 ＞41.0
年龄（岁） 30-39 ＜31.5 31.5～35.4 35.5～40.9 41.0～44.9 45.0～49.4 ＞49.5 ＜22.8 22.8～26.9 27.0～31.4 31.5～35.6 35.7～40.0 ＞40.1
40-49 ＜30.2 30.2～33.5 33.6～38.9 39.0～43.7 43.8～48.0 ＞48.1 ＜21.0 21.0～24.4 24.5～28.9 29.0～32.8 32.9～36.9 ＞37.0
50-59 ＜26.1 26.1～30.9 31.0～35.7 35.8～40.9 41.0～45.3 ＞45.4 ＜20.2 20.2～22.7 22.8～26.9 27.0～31.4 31.5～35.7 ＞35.8
60＋ ＜20.5 20.5～26.0 26.1～32.2 32.3～36.4 36.5～44.2 ＞44.3 ＜17.5 17.5～20.1 20.2～24.4 24.5～30.2 30.3～31.4 ＞31.5
2．Balke 15min跑法
Balke15min跑法是根据受试者在15min内跑和走的最大距离，并通过以下关系计算VO2max的：
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跑速为150m·min时的平均V02 为33.3ml·kg·min；
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跑速超过150m·min部分，跑速每增加1.0m·min，V020.178 ml·kg·min；
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例如某人在15min内跑完2918m，则其平均跑速为194.5 m·min，超过平均跑速
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150m·min部分为44.5 m·min，这部分的为V0244.5×0.178=7.92 ml·kg·min，此人
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的V02max=33.3 ml·kg·min+7.92 ml·kg·min=41.22 ml·kg·min。
3．Astrand-Ryhming列线图法
这一方法是瑞典学者Astrand和Ryhming对年龄在18-30岁青年受试者在完成亚最大负荷时VO2max与HR之间的关系基础上建立的一种预测方法。该方法的运动负荷试验既可以是台阶试验，也可以是自行车功量计试验。
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在台阶试验中，男子在40cm高的台阶上，女子在33cm高的台阶上，以22.5次•分的频率上下台阶5min，测量运动结束后第一个10sec的HR，然后乘以6转换为bpm，作为恢复期第1min的HR，在列线图上（图6－2）将受试者的体重（Kg）与心率相连，交VO2max斜线上的点即为该受试者的VO2max。例如某女性，体重61kg，台阶试验后恢复器地1min的HR为156bpm，连接两点，相交VO2max斜线的值是2.4L•min-1。
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在自行车功量计试验中，让受试者以某一输出功率的负荷强度，以50或60rpm的频率连续踏车6min，记录第5-6min的HR。受试者的负荷强度可视其身体健康或体能受平而确定，通常情况下需要是受试者在完成运动负荷试验时的HR介于130-170bpm之间。运动负荷试验结束后，连接受试者HR于自行车功量计的输出功率，交VO2max斜线上的点，即为该受试者的VO2max。例如某40岁的男性，以200W负荷强度进行踏车运动时第5-6minHR为166bpm则其VO2max为3.6 L•min-1；某25岁的女性以100W负荷强度进行踏车运动时第5-6min的HR为156bpm则其VO2max为2.4L•min-1。
注意通过Astrand-Ryhming列线图法获得的VO2max还应通过年龄系数进行校正，因为VO2max随年龄增大而减小。在以上的例子中，某40岁男性的实际VO2max=3.6×0.83=2.99 L•min-1；而25岁女性的VO2max=2.4×1.0=2.4 L•min-1。年龄校正系数见图6-2和表6－4。
Astrand等最初通过对比研究发现，采用列线图方法预测获得的VO2max与采用自行车功量计为运动负荷功率直接测量获得的VO2max之间的相关系数介于0.71-0.78之间。之后，更多的研究发现其间的相关系数通常介于0.69-0.92之间，初步证明Astrand-Ryhming列线图法是一种较为理想的VO2max间接预测方法。但是，也有研究发现采用这种方法往往低估了运动很少和很有训练的两个极端人群的VO2max，而高估了女性人群的VO2max。
4．台阶试验
（1）哈佛台阶试验（Harvard step test） 通过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Bill博士及其同事共同建立的，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7mph的跑速持续运动5分钟。运动结束后，检测恢复期第1-1.5分钟、2-2.5分钟和4-4.5分钟的HR，然后根据以下公式计算评价指数，用以评价心血管系统的功能：
评价指数＝运动负荷的持续时间（秒）×100/2（1-1.5分钟HR＋2-2.5分钟HR＋3-3.5分钟HR）
1943年，哈佛疲劳实验室的Brouha及其同事依据同样的原理以上下小登（高度50.8cm）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6－5）。
Brouha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VO2max的相关系数介于0.35-0.77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VO2max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。
（2）Queens学院台阶试验 该台阶试验是由McArdle等于1972年建立的短时间台阶试验。该试验要求女性大学生受试者在3分钟时间内以22次/分钟的频率上下高度为41.3cm的台阶，运动试验结束后检测恢复期5－20秒的HR，然后转换成每分钟HR，按照以下公式计算VO2max：
VO2max＝65.81-（0.1847×恢复期心率bpm）
之后，McArdle等进一步将试验用于男性大学生，蹬台阶的频率改为24bpm，VO2max
的预测公式如下：
VO2max＝111.33-（0.42×恢复期心率bpm）
Queens学院台阶试验评价标准相见表6－6。
（3）Siconolfi台阶试验 是Siconolfi等于1985年的建立的一种用于评价心血管适能
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的多阶段台阶试验（multistage step test）。该台阶试验要求受试者完成3个阶段的蹬台阶运动，台阶高度25.4cm，每阶段运动3分钟。第一阶段的蹬台阶频率为17次•min-1，记录最后30秒钟心跳次数。第一阶段蹬台阶运动结束后，坐位休息1分钟，同时检测HR。如果恢复末期HR低于65％最大心率（最大心率＝220－年龄），然后开始下一阶段练习；如果恢复末期HR大于65％最大心率，停止试验。第二阶段的蹬台阶频率为26次•min-1，记录最后30秒钟心跳次数。第二阶段蹬台阶运动结束后，坐位休息1分钟，同时检测HR。如果恢复末期HR低于65％最大心率，继续进行下一阶段练习；如果恢复末期HR大于65％最大心率，停止试验。第三阶段的蹬台阶频率为34次•min-1，记录最后30秒钟心跳次数。
通过Siconolfi台阶试验预测VO2max包括以下三个步骤。首先确定最后阶段的耗氧量
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绝对值，其方法是将三个阶段的耗氧量标准值（第一阶段16.29ml·kg·min；第二阶段
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24.91ml·kg·min；第三阶段33.53ml·kg·min）按照以下的公式换算成绝对值：
最后阶段耗氧量绝对值＝（最后阶段耗氧量相对值×体重kg）/1000
然后，根据Astrand-Ryhming列线图连接台阶试验最后阶段的耗氧量绝对值与最后阶段心率值，在VO2max测度线上确定其VO2max绝对值。最后，根据以下公式进行年龄校正：
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VO2max（L·min）＝0.302×（列线图显示的VO2max绝对值）－0.019×年龄＋1.593 例如，某20岁女性受试者，体重55kg，最后阶段（第二阶段）运动最后30秒心率为
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148bpm。其最后运动阶段耗氧量绝对值为：VO2＝（24.91ml·kg·min×55）/1000＝1.37
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L·min。通过Astrand-Ryhming列线图连接台阶试验最后阶段的耗氧量绝对值（1.37 L·min）
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与最后阶段心率值（148bpm），在VO2max测度线上确定的VO2max绝对值为2.4 L·min。最
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后，通过年龄校正获得的VO2max为：VO2max＝0.302×（2.4 L·min）－0.019×20＋1.593
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＝1.94 L·min。
5．PWC170机能试验
PWC170机能试验表示HR达到170次/min时受试者的身体作功能力。该试验有多种运动负荷方式，目前常用的有McMaster提出的亚最大连续踏车运动和二次运动负荷试验。前者是一个渐增强度的运动负荷试验，其起始负荷一般为25瓦特，每级运动持续2min，递增幅度为25瓦特（女生）或者50瓦特（男生），于每次负荷后即刻测定HR；后者是一种间断性运动负荷试验，每次负荷持续3-5min（以负荷时HR相对稳定为依据，一般3min即可），两次负荷休息之间5min。于每次负荷后即刻测定HR。第一次负荷的强度应使HR达到120次/min左右为宜，第二次负荷应使受试者的HR尽可能接近170bpm。然后，通过作图法（图6－3）或者计算法获得HR达到170bpm时的机体做功功率。通常，PWC170越大，表示受试者身体包括心脏的做功能力越强。
PWC170机能试验的概念最初由Wahlund于1948年提出，之后形成多种运动试验方法。由于该试验是根据受试者不同强度运动时的HR一项参数反应来评价身体做功能力的，因而方便易行。但是，同样由于HR测定易受运动以外的情绪、环境温度等因素影响，其评价效度相对较低。如在心脏运动应激能力下降（如窦房结功能低下）时，也可能出现较高的PWC170，应结合其它检查方法进行综合评价。
图6－2 Astrand-Ryhming列线图
表6－4 年龄、心率校正摄氧量指数表
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年龄 15 25 35 40 45 50 55 60 65
指数 1.1 1 0.87 0.83 0.78 0.75 0.71 0.68 0.65
心率 210 200 190 180 170 160 150 140 130
指数 1.12 1 0.93 0.83 0.75 0.69 0.64 0.68 0.65
表6－5 哈佛台阶试验评价标准
台阶指数 大于90 80－89 65－79 55－64 小于55
表6－6 Queens学院台阶试验评价标准
分值 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50
恢复期心率
128 140 148 162 156 158 160 162 163 164 166
分值 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
恢复期心率
168 170 171 172 176 180 182 184 196 216
评价等级 优秀 良好 较好 一般 较差
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图6－3 PWC170机能试验测定原理
S1：受试者1； S2：受试者2
二、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VO2max、无氧阈、有氧运动效率和COmax等。由于COmax的准确测定通常需要昂贵设备和有损性操作，故在体适能研究领域较为少见。
（一）VO2max的直接测定
最大吸氧量（maximal oxygen intake，VO2max），又称最大有氧功率（maximal aerobic power），是指人体在进行有大肌肉群参加的力竭性运动过程中，当有氧运输系统的心泵功能和肌肉的氧利用能力达到本人的极限水平时，单位时间内所能摄取的最大氧量，通常以O2L·min-1或O2L·kg-1体重·min-1表示，前者是VO2max绝对值表示法，后者是相对值表示法。由于人体的氧运输系统不能大量贮存氧，所以通常情况下，最大吸氧量等同于最大耗氧量（maximal oxygen consumption），并均以VO2max表示。
VO2max可以通过心输出量和动静脉氧差的分析以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（cardiovascular measurements），后者叫呼吸测定法（respiratory measurements）。心血管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VO2max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上测量VO2max的，因而是一种非损伤性的直接检测法。目前，实验室内的VO2max的检测多采用后者。
呼吸测定法通常是在实验室条件下进行的，测定时让受试者在一定的负荷工具上进行渐增强度的运动负荷试验（graded exercise testing，GET）。运动过程中收集并定量分析呼出气体的容量即肺通气量和O2及CO2的气体含量，计算各级运动时的吸氧量，然后根据VO2max的判别标准确定VO2max。一般情况下，GET中VO2是否达到最大值，一般是以VO2-负荷强度关系曲线上VO2达到平台（plateau）或平降（leveling）为判别依据的（图6-4），但是在实际检测中发现，只有不足5%的人能够达到这一标准。大部分人在GXT终止时，VO2处于峰值状态，即峰吸氧量（VO2peak）。在此条件下，V02max的判别还应负荷以下标准：（a）GXT
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终止后恢复期第二分钟[Bla]>10mmol·l；（b）呼吸商达到或接近1.15；（c）HR达到本人最高值。
不同年龄和性别人群VO2max的评价标准参见表6－7。
吸入和呼出气体O2及CO2的气体含量的测定方法和模式是影响VO2max直接测定的重要因素。早期的呼出气体搜集通常是采用道格拉斯气袋（Dagaalas bag）进行的，O2及CO2的气体含量的测定一般使用化学分析方法，整个过程耗时而繁琐。由于这种分不能做到测试数据的实时分析，于是有人就提出呼出气的动态混合概念，即混合气袋法（mixing-bag），借助于当时的计算机、电子气体浓度分析器和流速传感器，实现了气体代谢测试技术的一次大的飞跃。 之后， 随着气体浓度分析器分析速度的不断提高，研究人员发现只要提高采样速度就可以减少混合室的大小，同样可以获得和传统大的混合室法一致的测试结果，于是就出现了一口气接一口气测试方法（breath by breath），即分析每一口呼出气的气体成分和通气量，这样大大改善了其物理混合室分析的动态性能，克服了传统混合室法反应迟钝等缺点，从而使气体代谢测试技术产生第二次大的飞跃。目前，一口气接一口气测试方法在经历了二十多年的发展后，在技术上更加成熟，成为VO2max直接测定的主要方法。
图 6－4 GXT过程中的机体吸氧量动态变化示意图
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表6－7 不同年龄和性别人群VO2max的评价标准
（男子ml/kg/min）
年龄 优秀 良好 较好 一般 较差 差
非常差
18-25 26-35 36-45 46-55 56-65 65+ >60
>56
>51
>45
>41
>37
52-60 49-56 43-51 39-45 36-41 33-37 47-51 43-48 39-42 35-38 32-35 29-32 42-46 40-42 35-38 32-35 30-31 26-28 37-41 35-39 31-34 29-31 26-29 22-25 30-36 30-34 26-30 25-28 22-25 20-21 <30
<30
<26
<25
<22
<20
（女子ml/kg/min）
年龄 优秀 良好 较好 一般 较差 差
非常差
18-25 26-35 36-45 46-55 56-65 65+ >56
>52
>45
>40
>37
>32
47-56 45-52 38-45 34-40 32-37 28-32 42-46 39-44 34-37 31-33 28-31 25-27 38-41 35-38 31-33 28-30 25-27 22-24 33-37 31-34 27-30 25-27 22-24 19-22 28-32 26-30 22-26 20-24 18-21 17-18 <28
<26
<22
<20
<18 <17
取自：www.brianmac.demon.co.uk/vo2max.htm
（二）无氧阈的测定
无氧阈（anaerobic threshold，AT）概念是由Wasserman等于1964年提出的，它特指人体进行渐增强度的运动时，体内的能量代谢由以有氧代谢为主转向更多地依赖无氧代谢的临界点，由于该代谢供能模式的转变是以缺氧导致乳酸生成并继发性的引起肺通气快速增加为依据进行判别的，故取名无氧阈并以此来反映骨骼肌的氧利用能力。
40多年来，研究人员一方面研究发现，AT的检测对于评价人体有氧运动能力和确定最佳有氧练习强度确有重要的实用价值；另一方面也发现Wasserman等在最初提出AT时的许多设想如肌肉缺氧是不存在的，由此提出废除AT概念，而以乳酸阈、通气阈、最大血乳酸稳态等来刻划GXT中肺通气和血乳酸浓度的动态变化特征。目前，学术界仍在使用无氧阈这一术语，并以此作为乳酸阈、通气阈、心率阈、肌电阈等的上位概念，但在定义上放弃了缺氧导致乳酸生成的核心内容，而是更加注重从观测指标的变化特征上进行定义，如Wasserman等在1986年对所谓无氧阈作了如下新的定义：人体在长时间亚最大运动负荷过程中保持血乳酸浓度以及血乳酸/丙酮酸比值不持续增加的最高氧耗值。
目前，根据检测内容的差异，无氧阈检测方法主要分为乳酸阈、通气阈和心率阈三类，各类方法又依判别方法及标准的不同，分为许多种。其中，常见的乳酸阈检测方法包括血乳
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酸拐点法、4.Ommol·L法(OBLA)和个体无氧阈（IAT）法；通气阈检测方法包括 Wasserman法、Davis法和容积斜率法等；而心率阈的检测则主要依据Conconi等人的方法进行。
1．乳酸阈检测
乳酸阈检测方法是一种依据GET中的乳酸浓度的特征性变化进行判别的有损伤性无氧阈检测方法。最初乳酸阈的判别是依据渐增强度运动负荷中血乳酸浓度呈突然增加、非线性增加、毛细血管血乳酸轻度增加或呈指数函数增加为判别依据的。但为了克服上述各种方法
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存在的多次取血方面的问题，Sjodin等在其研究的基础上提出了以[Bla]达到 4.0mmol·L
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时运动强度表示乳酸阈的方法，称之为血乳酸开始累积点（Onset of blood lactate Accumulation ,OBLA）或4.0mmol乳酸阈，并认为该[Bla]浓度可以反映定量亚极量连续运动时血乳酸的来源与消除的最大平衡。1985年，Heck等在对此方法进行研究时，发现4.0mM
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乳酸阈可以反映最大乳酸稳态，但其个体差异相差较大（3-5.5mmol·L）。1981年，Stegmann
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等认为以4.0mmol·L标准判定乳酸阈，没有考虑到血乳酸代谢动力学的个体差异，从而引进个体无氧阈（Individnal anaerobic threrhold,IAT）概念并建立了相应的检测方法。研
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究证明被试以IAT强度进行运动，50min内Bla浓度可维持稳态，而以 4.0mmol·L强度运
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动时平均运动持续时间为14.4min，且Bla浓度可升高至 9.6mmol·L，说明IAT更能代表个人的乳酸阈。IAT的判别方法见图6-5。
2．通气阈检测
通气阈检测方法是最早的依据GET中某些肺通气参数的特征性变化进行判别的非损伤性无氧阈检测方法。最初Wasserman 等曾以渐增强度运动负荷中呼吸商（RQ）的转折性变化作为通气阈的判别标准。至1973年，提出了新的判别标准，即：（1）VE非线性增加；（2）VC02非线性增加；（3）PETO2增加而 PETCO2不变；（4）RQ快速增加。1979年，Davis等在他们研究的基础上，又提出了一个更易操作而准确的判别标准，即：（1）VE/VO2系统增加，而 VE/VCO2不变；（2）PETO2系统增加，而 PETCO2并未下降。除以上标准以外，还有人以VE随 VO2呈非线性增加、VE/VO2最小值点以及VCO2随VO2增加呈非直线性变化点（即容积斜率法）作为通气阈的判别标准。
3．心率阈检测
心率阈（HR threshold, HRT）检测是一个由Conconi等人在1982年依据人体在不同跑速下运动时心率与跑速间的关系确定无氧阈值的方法，后被人们称为Conconi测验（Conconi Test），它特指渐增强度运动中，心率与运动强度开始呈非直线性变化时的运动强度值。1987年，Maffulli等提出了确定HRT的标准，即：（1）心率与运动强度开始呈非直线性增加点；（2）心率维持一或二个运动强度不变；（3）运动强度增加而心率下降；（4）心率在一或二个强度的运动负荷时呈非直线性增加。测试过程中，凡HR附合上述四项标准中的任何一项，即可确定为HRT。
目前，有许多研究证实 HRT 的大小与耐力性项目运动成绩之间有较高的相关且HRT测量也有很好的重复性。另外也有一些研究表明在正常情况下HRT与乳酸阈呈高度正相关，故可作为乳酸阈预测的指标。心率无氧阈的判别方法见图6-6。
图6－5 IAT的判别方法
图6-6 心率无氧阈的判别方法
（三）有氧运动效率测定
有氧运动效率（aerobic exercise economy）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，通常以每升耗氧量的做功能力表示。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，有氧运动效率高的人在完成耐力性运动时更容易战胜效率低的人。此外，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动如跑步、骑车和游泳等的运动速
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度与稳态耗氧量关系曲线的基础上进行的。以跑步为例（图6－7），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，然后绘制跑速－耗氧量关系曲线。图中受试者A在各种跑速条件下的耗氧量均大于B，证明A的有氧运动效率优于B。
图6－7 跑速－耗氧量关系曲线
第三节 体力活动对心血管适能的影响
作为实现人体运动的生理支持系统之一，心血管系统的功能对于包括体育锻炼、运动训练等在内的一切体力活动起着至关重要的作用。心血管系统的活动不仅可以向运动肌输送所需要的氧气、营养物质和运走肌肉代谢所产生的代谢废物，而且其活动对于调节体温、血压等均发挥重要的作用。
一、心血管功能对体力活动的急性反应 （一）心输出量
心输出量对急性体力活动有着极为敏感的反应，其目的在于迅速适应机体活动的需要。安静状态下，人体心输出量相对稳定，约为5L·min，相当于每分钟为机体提高了1000ml氧气（5L·min×200 ml·L）。由于安静状态下机体的耗氧量为250 ml·mn，故此时只有月四分之一的氧气资源得到了机体的使用，而另外四分之三构成了安静状态下的氧气资源储备。此外，经常运动与不经常运动的人相比，前者安静时的心率较低（约为50bpm），后者相对较高（约为70bpm），故两类人群在安静状态下具有不同的搏出量（stroke volume, SV）水平，分别是100 ml·mn和71 ml·mn，这是经常参加运动对安静状态下心血管适能影响的一个基本特征。
运动时，心输出量开始增加且其增加的模式和幅度与运动强度等因素的变化有关。在增加模式方面，运动初期心输出量快速增加，之后缓慢递增并逐渐达到稳定，此时机体血流状态与肌肉活动的代谢需求达到相对平衡的状态。在增加幅度方面，不经常参加运动的人，完成最大运动时心输出量的增加为安静时的4倍以上，达到20 L·min－22 L·min，最大HR约为195bpm，SV水平介于103 ml－113 ml之间。而世界上顶级的耐力运动员心输出量的增加约为其安静状态的8倍，达到35 L·min－40 L·min，SV更是高达179ml－210ml，但最大HR水平与无训练者相似。显然，SV增加是决定运动对心输出量影响的决定性因素。
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（二）血流重新分配
人体各器官的血流分配与其代谢活动状态相适应并受体力活动的明显影响。如图6－8所示，安静状态下大约15％－20％的血液分布在骨骼肌，相当于每100g肌肉组织获得4ml－7ml的血液，大部分血液分布在消化系统、肝、脑和肾等。而剧烈运动时，流向骨骼肌的血流量高达80％－85％，相当于每100g肌肉组织获得50ml－75ml的血液，个别有氧代谢活动特别剧烈的肌肉组织甚至可以达到300 ml·100g·min－400 ml·100g·min 。但是，流向心脏和大脑的血液并不减少。如研究发现，剧烈运动时心脏做功增加，冠状动脉血流量可从安静状态下的200 ml·min增加到1000ml·min，脑血流量也较安静状态增加20％－30％。
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图6－8 安静与运动时机体血流分布模式图
运动生理学研究表明，运动时机体血流分布的改变是肌肉局部代谢调节因素、机体神经和体液调节等共同作用的结果。安静状态下，骨骼肌毛细血管大约有20％－25％处于开放状态，血流量约为700 ml·min－10000ml·min。运动时，局部肌肉组织的氧分压下降、局部组织温度升高、二氧化碳和酸性代谢产物、钾离子、腺苷以及一氧化氮浓度增加等，这些局部性因素的改变一方面可以通过自动调节机制（auto-regulatory mechanism）引起局部肌肉毛细血管舒张和局部肌肉血流增加；另外，还可以通过外周化学感受器及其相应传入途径，引起后续的中枢神经系统对肾上腺髓质激素分泌的反射性控制。此外，运动引起的交感神经系统兴奋，一方面可以直接引起皮肤、肾脏和内脏的外周血管阻力增加，使这些区域的血流减少；直接增强肌肉的胆碱能舒血管神经的活动，使骨骼肌血管舒张，增加肌肉血流量。另一方面，交感神经系统兴奋还可以刺激肾上腺髓质分泌大量的肾上腺素和少量的去甲肾上腺素，它们随着血液循环可以激活骨骼肌和心肌血管的相应受体，使血管舒张，外周阻力减小，增加骨骼肌和心肌血流量。但研究表明，由肾上腺髓质分泌激素对机体血流分布的作用远不及局部代谢产物和交感舒血管神经的直接作用。
运动时机体血流重新分配具有主要的生理学意义，它可以通过减少对不直接参与运动的器官血流量，保证运动肌、大脑和心脏获得更多的血液，以维持机体的运动能力。有人推算，剧烈运动时通过血流重新分配可以使运动肌从Co中多获得3L的血液，在不增加Co的条件下，每分钟为运动肌额外提供了600ml的氧气，相当于正常VO2max的15％。
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（三）耗氧量
耗氧量作为心血管活动与急性体力活动之间关系的一项重要参数，其在不同强度体力活动时的反应主要反映了机体能量代谢的性质和生理负荷强度的大小。
一般情况下，不同强度的体力活动过程中，耗氧量变化基本遵循饱合曲线的变化特征（图6－9），并且一定范围内的耗氧量大小与体力活动强度成正比。其中，当运动的耗氧量能够满足其需氧量时，形成的耗氧量稳态曲线是一种真是有氧代谢意义上的稳定状态，此时机体活动的能量需要主要来自于能源物质的有氧代谢。而当运动的耗氧量无法满足其需氧量时，尽管这时的耗氧量曲线能够稳定在较高的最大吸氧量的水平上，但无氧代谢提供能量的数量不断增加，此时机体处于一种假的有氧代谢意义上的稳定状态，氧亏（oxygen deficit）累积不断增加。
（四）心率
HR是反映体力活动过程中心血管系统活动水平和机体生理负荷强度的常用生理学指标。
研究表明，稳态条件下的HR与耗氧量在较大的有氧运动范围内呈高度的线性相关；此外，HR也与跑步速度、踏车功率和台阶高度等运动负荷大小成线性相关。因此，检测现场运动过程中的HR变化常被用于大致估计体力活动的生理负荷强度和能量消耗，日常体育锻炼等体力活动过程中运动强度的检测通常就是按照这一方法进行的（表6－8）。但是，将此方法用于研究的目的尚未得到认可。研究发现，HR－VO2关系曲线受练习种类、练习方式、环境温度、受试者情绪、是否进食和体位等多种因素影响，建立预测效度高和重复性好的预测模型需要综合考虑以上各项干扰因素的作用。
（五）血细胞
运动时红细胞的数量增加，血液浓缩，这主要与释放入循环中的储存血液较浓 和大量出汗减少了体内水分等因素有关。运动后即刻白细胞总数增加，增加的程度与运动量有关，运动量越大，增加越明显。而大运动量训练后白细胞可下降，约1—2天后上升恢复
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到正常值。这1-2天中容易感冒等感染性疾病，称为“开窗期”。运动时血小板的数量和活性增加，血液凝固系统和纤溶系统活性加强。
（六）血压
运动时动脉血压的变化取决于心输出量和外周阻力二者变化之间的关系并与运动强度和运动方式等有关。渐增强度的运动开始阶段，收缩压由安静状态迅速升高，之后随着运动强度的增加而增加，最高可达到200mmHg以上，尽管此时总外周阻力有所下降；而舒张压维持稳定或者轻度增加（图6－10）。持续性中小强度运动后恢复期，高血压患者和血压正常的人的收缩压都表现出暂时性的收缩压降低现象，持续时间可长大12小时。目前认为造成这一运动后低血压反应（hypotensive response）的原因可能是大量血液滞留与运动肌，减少了机体的中心循环血量所致。
在运动方式方面，运动生理学研究发现，动力性运动时，由于心输出量增加，外周总阻力变化不大，故血压升高，但以收缩压升高为主；静力性运动时，心输出量增加幅度较小，但由于肌肉持续收缩压迫血管和腹腔内脏血管收缩，使外周总阻力升高，故血压升高时，以舒张压为明显（图6－10）。此外，与下肢大肌群的运动相比，机体在完相同最大吸氧量强度的上肢运动时动脉血压变化明显加强（表6－9）；与直立相比，倒立运动时收缩压和舒张压明显增高（收缩压从114 mmHg增加到140 mmHg，舒张压从76 mmHg增加到91mmHg）。以上结果提示那些患有高血压和冠心病等心血管系统疾病的患者运动时应尽量采用下肢大肌群活动为主的走路、慢跑和踏车等，而尽量避免上肢用力和倒立运动。
图6－9 定量运动时机体耗氧量变化示意图
图6－10 渐增强度运动过程中动脉血压的变化
表6－8 HR与关系 %HRmax 50 60 70 80 90 100
表6－9 上、下肢运动时动脉血压变化的比较
VO2max％ 25 40 50 75
收缩压mmHg 上肢 150 165 175 205
下肢 132 138 144 160
舒张压mmHg 上肢 90 93 96 103
下肢 70 71 73 75
%VO2max 28 40 58 70 83 100
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（七）运动各阶段心血管功能的改变
（1）准备阶段：在运动还没有正式开始的准备阶段，即已出现HR加快，CCO增加，动脉血压升高等反应。这些反应与大脑皮层活动有关，属条件反射，其生理意义在于缩短运动时心血管系统活动进入工作状态所需的时间。（2）开始阶段：运动一旦开始，心血管系统的活动在几秒到十几秒时间内出现快速加强。在这之后3-5min时间内，心血管活动出现较缓慢加强直到最高值。（3）稳定阶段：在亚最大有氧运动时，经过一段进间后，心血管活动可达到较高的稳定状态。这时肌肉的供氧和耗氧达到平衡。而在最大无氧运动时，心血管功能可达最高水平而不再变化，但机体供氧量不能满足需氧量。（4）持续运动阶段：长时持续运动时体温逐步升高，可引起血液在各器官重新分配的变化，即皮肤血流量在心输出量中所占比重增加，以利散热。随运动时间延长心率进一步加快，每搏输出量逐渐减少，心输出量变化不大。而动脉血压多因外周血管阻力减小而出现下降。
二、心血管适能对体力活动的慢性适应
长期坚持体育锻炼和运动训练可引起心血管系统的形态、功能和调节能力产生多种良好的适应性改变，从而提高人体运动能力和身体健康水平。
（一）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70bpm－80bpm之间，10周耐力训练后安静时HR可以减少到60bpm－70bpm。而训练有素的耐力运动员安静时心率通常在50bpm以下，有些甚至在40bpm以下。研究表明，运动引起的安静时心率缓慢是心脏活动良性适应的表现，不属于病理性心动徐缓（bradycardia）的范围，它可以提高人体在从事剧烈运动时的HR变化范围（即心率贮备增加），主要原因是支配心脏的副交感神经紧张性增强，而交感神经紧张性下降。
此外，经常参加运动还可以使人体在完成定量亚最大运动时的HR减慢，恢复期HR恢复速度加快。但是，运动不能够改变人体的最大心率水平。
（二）心脏壮大
长期的体育锻炼或运动训练引起的以心腔扩大与心壁增厚为主要的心脏壮大（heart enlargement）称为运动性心脏壮大，也称运动员心脏（athlete’s heart），它不属于病理性心脏肥大的范围，是心血管系统对长期运动训练良性适应的结果。
运动性心脏壮大在一定程度上具有运动专项特异性（图6－11）。通常，耐力运动员心室腔扩大明显，心室壁轻度增厚，而力量和速度型运动员主要是心室壁增厚，心室腔扩大较少。耐力运动，如长跑、游泳、自行车、越野滑雪等，在运动中需要很高的心输出量，心室腔扩大，有利于增加每搏输出量和最大心输出量。而力量和速度性运动，如投掷、举重、摔跤、短跑等，在运动中由于肌肉持续强烈收缩或屏气使血管外周阻力增加。心壁增厚使心肌收缩力增强，收缩时可产生较大压力以克服外周阻力，以维持有效的射血量。
耐力运动员 非运动员 力量项目运动员
图6－11 耐力项目运动员与非运动员和非耐力项目运动员心脏形态的比较
（三）心脏储备功能
安静状态下，常人与运动员CO无多大区别。但在进行最大运动时，运动员（特别是耐力项目运动员）的CO要明显高于常人，证明运动员具有较高的CO储备能力。
安静时运动员的HR较低，心率贮备增加，另外运动员由于心室容积增加和心肌收缩力
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量增加而使每搏输出量可增加的幅度明显提高，它们的综合结果成为最大心输出量高的主要原因。
在运动强度相同的亚极量运动中，运动员CO增加的程度较常人低，表现出明显的能量节省化特征，表明长期坚持训练能够使心脏活动更为经济有效。
除此以外，运动生理学研究还发现，长期坚持体育锻炼和从事体力活动还可以刺激和改善冠状动脉血液循环和外周毛细血管物质交换过程、增加心肌线粒体密度、提高氧化代谢酶活性和优化心室肌收缩蛋白构成模式等，这些变化不仅能够进一步提高健康人群的心血管系统功能能力，还可以有效预防心脏病患者的心脏功能衰退。
（四）冠心病与体力活动不足
1954年，毛瑞斯和瑞弗发表了著名的对伦敦公车司机的研究报告。他们比较了公车司机和售票员的冠状动脉疾病（coronary artery disease, CAD）发病率，发现售票员的活动比司机多，而CAD的发病率比司机低30%。此后，更多的研究还表明，人体死亡危险率和第一次CAD发生率与参加体育锻炼的多少成反比；经常运动可以优化动物心肌的蛋白质组成，同时可以校正因高血压等原因引发的心肌蛋白质组成异常。1993年美国心脏协会指出“不活动是CAD发展的一个危险因素”，并将缺少体育活动与三大危险因素—吸烟、高血脂高胆固醇和高血压相提并论。
目前认为，体力活动的保健作用不仅局限于对CAD的一级预防作用，而且可以用于二级预防。研究发现，经常参加体力活动可以减轻心绞痛患者或者心肌梗塞患者的症状，明显改善其功能能力；此外，在性急梗塞后参加运动可降低死亡率；甚至有人研究还指出，即使是少量的参加体力活动也有助于降低心脏病发作的危险性。
第二部分 心肺适能的训练
第一节 心肺适能的训练原则
心肺适能（Cardiorespiratory Fitness），它主要反映心脏、血管和肺脏等器官向运动的肌肉组织提供氧的能力。长期参加心肺适能训练会有很多益处，这可用生理指标反映出来。例如，心肺机能能力的提高、运动中向骨骼肌供氧及骨骼肌利用氧能力的增加、运动后恢复快以及身体成分的改变等。通常心肺适能与有氧工作能力是同义词。心肺适能训练应遵守循序渐进原则、超负荷原则和个体化原则。
一、循序渐进原则（Principle of Gradual Advance）
开始训练时，训练者应根据自己的健康和体能狀況从事适当的运动，而后逐渐增加运动时间和強度；此时仍应避免一次运动量太大，或运动负荷增加太多，其目的在于防止发生运动损伤。
二、超负荷原则（Principle of Progressive Overload）
超负荷原则亦称“过负荷”原则。所谓超负荷是指当人体内的某一组织或器官对某一负荷刺激基本适应后，必须适时、适量地增大负荷使之超过原有负荷，这一组织或器官的机能能力才能继续增长。这个超过原有负荷的负荷即为超负荷。
心肺适能训练的目的在于通过系统地施加运动负荷，使训练者的有氧工作能力获得不断增长，实质上就是对抗负荷能力的提高。因此，在心肺适能训练中要不断精心地调控训练负荷。
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三、个体化原则（Principle of Individualization）
在训练实践中，教练员、健康指导员等人应该充分认识到，每个训练者都是一个独特的个体，没有一个万能的训练计划能够适用于所有训练者。因此，在制定训练计划时，教练员、健康指导员必须严格按照每个训练者所具有的身体能力、潜质、学习特征以及从事的专项等各方面特点，设计出适合他们各自特点的个体化方案，争取获得最佳训练效果。
此外，还应注意，要有一个总体计划且按照该计划安排训练，但训练计划必须根据训练者所处的特定环境的变化（例如，该训练者对计划负荷发生的反应是否理想，完成负荷是否吃力，机体是否适应，恢复情况如何等）随时进行相应调整。因此，上述的在个体化基础上制定的训练计划并不是一劳永逸的。
第二节 心肺适能训练的手段和方法
心肺适能训练的主要方式是有氧运动。某些球类活动和我国传统的体育运动也有提高心肺适能的作用。近年来，小负荷的力量练习也逐渐被应用到提高心肺适能的训练中来。
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。
一般来说，有氧代谢运动对技巧的要求不高。在有氧运动过程中，机体吸入的氧气量与所消耗的氧气量基本相等，故处于“有氧”的状态之下。此时略感气喘，又不至于上气不接下气；稍微出汗，又不至于大汗淋漓；感到全身舒展，但不觉得肢体劳累。这样的运动能有效地改善心、肺与血管的机能，提高肌肉利用氧的能力，对人的健康起到良好的促进作用。这一类运动主要包括有：走步、跑步、踏自行车、蹬楼梯、游泳等。多种活动形式的存在使训练者在技能和兴趣等方面增加了选择性，因此他们长期坚持运动的可能性也将有所增加。不同健康状况或运动水平的人可选用不同运动形式进行心肺适能的训练（见表14-2-1）。一个刚开始参加训练的人应从1组里选择适当的运动形式，然后循序渐进。
表14-1 发展心肺适能的运动 运动特征 运动形式
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1组 运动强度和能量消耗 走、跑、踏车（特别是在跑台和 较恒定，容易控制 自行车测功计上进行） 2组 能量消耗与技能有关 游泳、滑雪等 但运动强度仍较恒定 3组 运动技能和强度的可变性 网球、篮球等 很大，健康状况差者不宜
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（一）走步（Walking）
走步的运动强度较小，容易调节。走步时腿和手臂持续的运动能促使血管弹性的增加，特别是腿的持续运动，可促使更多的血液回到心脏，改善血液循环，提高心脏的工作效率。因此，很多人采用这种运动形式进行训练以达到增进健康和提高心肺适能的目的。走步训练时要求身体放松，呼吸自然抬头挺胸收腹,重心落在脚掌，两臂自然摆动。走步训练可采用以下的方式进行。
1. 散步
散步是一种步法轻松、步幅小（50—60 cm），步速慢（25—30 m/min），运动量较小的走步方法。这种方法适合老年人、身体虚弱者、慢性病患者。散步锻炼可根据自身的体质选择不同的速度和步长。例如，速度60m/min, 步幅约66cm，步数每分钟90步，此时耗能约0.33 kJ/（kg·min）；或速度80m/min, 步幅约70cm，步数每分钟110步，此时耗能约0.41kJ/（kg·min）。
对于健康状况较差者来说，即便进行的是慢走（小于3.2km/h，代谢当量约为2 METs），从负荷量上来看他们仍可谓是从事了适宜的运动训练。
2.快步走
快步走是一种步幅适中、步频加快、步速较快，运动量稍大的走步。适合于体质较好的老年人、中年人和青年及儿童。快步走的步频一般要大于每分钟140步。可以采用每分钟186步，70cm步幅的组合，以达到130m/min的速度。快步走的运动强度足以使人达到提高心肺适能及中年脑力工作者减重和减脂的目的。4.6-6.2km/h 的快步走对50岁以上的健康人所产生的有氧训练刺激相当于50% HRR或70% HRmax的运动。
3.大步走
大步流星的走。摆臂配合步伐加大幅度。有人建议采用130m/min的速度,步数每分钟108步，步幅约120cm。
4.踏步走
原地走步或稍向前移动的特殊走法。这是一种非常安全的锻炼方法，其动作要领是：双腿交替屈膝抬腿至髋高、全脚或前脚掌着地。双臂协同双腿前后直臂或屈臂摆动。
5.倒步走
即反向行进，人倒退着走步。有研究资料表明，倒步走比正向行走的氧气消耗量高30%，心跳快15%，出现这种生理现象的原因是增加了走步动作的难度，如脚着地的方式、维持平衡等，使人消耗更多的氧气和热量。
另外，负重走（3-6kg的背包）、水中行走（游泳池）和北欧行走（Nordic walking）等为试图减重或减脂及提高心肺适能的人提供了在运动形式上的额外选择。
（二）跑步（Running）
人在进行一定强度的跑步运动时，动员了人体各器官、系统的活动，尤其是动员、调节呼吸循环系统的功能。跑步时人体对氧的需求量很高，肺通气量比安静时增加10-15倍以上。平时不被打开的肺泡得到利用，这样就促进了呼吸活动的加强，锻炼了其通气功能。此时，心血管系统的活动亦有所加强，促进全身的血液循环，及时供给组织细胞的能量和氧气，及时排出汗液和二氧化碳。因此，通过健身跑运动可有效的提高心肺适能。跑步时头部和上体保持正直稍向前倾, 颈部肌肉放松，腹部微收, 双手不要紧握拳头，肘关节弯屈约90度左右，以肩关节为轴手臂前后自然摆动，用前脚掌或用前脚掌外侧着地过渡到全脚掌，重心移动平稳；呼吸自然，有适宜的深度，节奏与跑的节奏相协调，可用鼻子吸气，嘴呼气，也可口鼻兼用。
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1.走跑交替
适合于体弱者、老年人和缺乏锻炼的人。方法是先走100m - 200m，然后慢跑300m - 500 m，重复数次。也可以走1min，跑1min，•交替进行；逐渐缩短走的时间，加大慢跑时间，直到可以完成持续慢跑。
2.匀速跑
适合有锻炼基础者或体质较好者。方法是根据自己的体力合理地选择速度，进行持续跑，例如：第一周用6-8分钟跑1000 m，2周后加1000 m，再过2周再加1000 m，直至5000 m - 6000m。
3. 变速跑
在跑的过程中快跑一段距离后，再慢跑一段距离，快跑和慢跑交替进行。这是适合体质较好的长跑爱好者的锻炼方法。
4.原地跑
（1）原地提足跑：高抬腿使足离地20cm以上，每次10 min，节奏：每分钟70-80步（单脚）
（2）原地数息跑：脚尖轻着地，脚跟不着地。数息不是数呼吸次数、是数着跑步步数。呼吸随跑步节奏，可以是3：3呼吸法，即吸-吸-吸-呼-呼-呼。
跑步的动作熟练后、即可开始练习闭眼原地慢跑。待闭眼跑能保持平衡后、便可正式进行原地数息慢跑。
（三）踏自行车（Cycling）
踏自行车与走步、跑步一样，具有锻炼内脏器官的耐力和提高心肺功能的作用。
1.匀速踏车
踏车频率控制在每分钟75-100次，一般连续运动30 min左右，其间注意加深呼吸，以便有效地提高心肺机能。
2.快慢交替踏车
先慢踏几分钟，再快踏几分钟，然后再慢，再快，如此交替循环锻炼，可以有效地锻炼人的心肺机能。
一般人在从事2组和3组的运动形式前，通过走、跑、踏车等运动其心肺适能都会有一定程度的提高。
（四）蹬楼梯（Stair Climbing）
蹬楼梯是一种比较激烈的有氧运动形式，受训者应具备较好的健康状态，并具有一定的训练基础。运动前先计算要蹬的梯段共有多少层，多少台阶，作到心中有数。然后根据自己的体力确定运动量，选择适合的锻炼方式，如可在楼梯上进行走、跑、跳等健身练习。运动时精力要集中，眼睛始终注视前方，抬脚要利落到位，落脚要稳定、准确和缓慢。
1. 自由蹬
以适中强度进行蹬楼梯，以不感紧张吃力为度，一次上一层楼梯。正常人上一层楼梯热量消耗约为0.18 Kcal，下一层楼梯热量消耗约为0.068 Kcal。为保护膝关节，可以在下楼时采用倒走的形式，但最好扶着扶手，以保证安全。
2. 跑楼梯
如果健康状况良好，或有较好的锻炼基础，体力达到能连续进行6 min-7 min蹬楼梯时，可进行跑楼梯锻炼。或走跑交替进行。
（五）游泳（Swimming）
游泳时，人体几乎所有的肌肉群和呼吸循环器官都参与了运动，使身体得到全面锻炼。游泳是在水这个特殊的环境中进行的(水的导热性和密度分别是空气的26倍和820倍)。人
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一接触比自己体温低的水时，因受到冷的刺激，便会不自主的进行一次深呼吸；介质阻力的加大有利于增强呼吸肌的收缩能力。经过长期游泳锻炼，呼吸肌会逐渐强壮起来，呼吸功能将大大提高。
二、球类活动（Ball Games）
一些球类运动，如其强度和持续时间得当，则也有发展有氧工作能力的作用。常用于心肺适能训练的球类项目有：非竞赛性的篮球、排球、足球、羽毛球、乒乓球、网球，及适于老年健身用的地掷球、门球等。球类活动趣味性和娱乐性较强，但运动强度变化较大，受个人身体素质、运动技巧及活动时同伴的表现等因素的影响。作为提高心肺适能的手段，球类活动一般适合于身体素质较好，有一定运动水平的人群。
三、我国民族传统体育运动（Martial Arts and Folk Dance）
适宜的气功、太极拳、太极剑、自我按摩、舞蹈、扭秧歌等活动都有提高心肺适能的作用。由于其活动的强度较小，因此更适合于老年人进行健身锻炼。
身体碰撞较多的运动会增加损伤的可能性，重复率高的单一运动也有此趋势，特别是那些体重超重者和初参加训练的人更是如此。理想的训练应由多种运动形式构成，这样既尽可能多的动员了体内的肌群参与工作使其得到锻炼，同时又减少了单一重复运动对局部造成得过分紧张。
第三节 发展心肺适能的运动负荷
一次运动训练的全部热能消耗是由运动强度和持续时间决定的。随训练目的的不同，运动的强度和持续时间也会有所变化。例如，以增进健康为目的时，其训练可采用低强度长时间的运动方式；然而为了提高心肺适能，其训练则应采用高强度较长时间的运动方式，而且训练者应为健康状况良好、训练动机较高的人。对于大多数人来说，从事中等或稍高运动强度持续时间较长（长于20 min）的运动是较为适宜的。
一、运动强度（Exercise Intensity）
提高或保持心肺适能的运动强度因人而异。例如，健康状况较差者仅用40%至49%的HRR或64%至70% HRmax的强度进行训练即可见效；VO2max小于40 ml/（kg·min）的人为了提高VO2max，训练中的强度不应低于30% VO2R；VO2max大于40 ml/（kg·min）的人为了达到上述目的，其运动强度应超过45% VO2R。而那些已有训练基础的人为了进一步提高心肺适能，训练中则需要更高些的运动强度。对于大多数人来说，60%至80%的HRR或77%至90%的HRmax可被视为提高心肺适能的有效强度。此时再配以适宜的运动持续时间和练习频率，则有望达到训练的最终目的。
(一) 用摄氧量标定运动强度（Intensity Prescription by VO2）
传统上运动强度的范围，如ml/（kg·min）或代谢当量METs，是根据VO2max的百分数制定的。例如，一个人的VO2max为40 ml/（kg·min），相对于VO2max的60%和80%，此人运动强度的下限应为24 ml/（kg·min）；上限应为32 ml/（kg·min）。美国运动医学会(American College of Sports Medicine,ACSM)建议：运动强度可用摄氧量储备的百分数表示（%VO2R）。VO2R是VO2max与安静时摄氧量（VO2rest）的差值。
当运动强度是依VO2R设定时其百分数的选用与HRR方法中百分数的选用是一致的。但是从摄氧量计算的准确性考虑，尤其是针对健康状况较差者，使用VO2R要优于使用HRR。利用下列方程可由VO2R推算出运动中的靶摄氧量。
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靶摄氧量= [（VO2max- VO2rest）х百分强度]+ VO2rest。
这个公式与用HRR推算靶心率的形式相同。在靶摄氧量公式中VO2rest为3.5 ml/（kg·min）等于1MET，运动强度为50%至80%（健康状况较差者，其下限可为40%）。一个VO2max为17.5 ml/（kg·min）的人，运动强度为VO2R的40%时靶摄氧量的计算是：
-1-1
靶摄氧量（ml·kg·min）= [（17.5-3.5）х0.40]+3.5 =[14.0х0.40]+3.5
=5.6+3.5
=9.1 ml/（kg·min）
一旦靶摄氧量（METs）被确定，以何种形式运动以及如何能达到相应的强度则可根据代谢公式或各种活动的METs对应表求出（Ainsworth et al., 2000）。但是，应用摄氧量设定运动强度在某些时候会有不便。例如，球类运动受多种因素的影响（本人水平、本人动机、对手水平等），其运动强度如用摄氧量标定显然难以兑现。因此，对于提高和保持心肺适能，通常采用的方法是用心率和主观用力感觉（RPE）来标定运动强度。
（二）心率法（Heart Rate Methods）
运动中心率和摄氧量的增加存在着相对的线性关系，因此在设定运动强度时心率是一个重要的指标。最大心率（HRmax）随年龄增长有所下降，而且在任何年龄段HRmax在个体间都存在着可见的差异（见图14-1）。因此，在可用来准确预测HRmax的多元回归方程建立之前，我们建议从递增负荷实验中直接获得HRmax。
目前所有应用的HRmax预测方程都存在着较大的预测标准误，后者将导致在方程应用于大众时其预测会出现不准确的结果。因此，基于特定的群体（如吸烟者、肥胖者、老年人、安静心率增高者）建立的预测方程将能提供较为准确的HRmax。然而，在仍然缺乏准确预测方法的今天，传统的基于经验获得的简便方程（HRmax＝220-年龄）仍被使用着，尽管用它进行预测存在着较大的标准差。运动中心率的反应按要求应能出现一个稳定阶段，但实际上心率会高于或低于设定的强度要求，因此我们应力争做到使运动中的平均心率尽量靠近所设定范围的中点。以下列举了几种心肺适能训练中靶心率范围的确定方法。
图14-1. 年龄与HRmax的关系
1．直接方法（Direct Method）
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获得靶心率范围的直接方法即用递增负荷实验中测得的心率在坐标图中标出相应的摄氧量（见图14-2）或运动强度。递增负荷实验中随负荷的增加可能会有某些不适的症状出现，为了安全起见训练中的心率应小于这一强度。因此，直接方法的应用可确定一个人训练时的适宜心率范围。
图14-2 靶心率范围的直接测定方法
在递增负荷实验中测得的VO2max为38 ml/（kg·min），HRmax 为184 beats/min，摄氧量与心率呈线性关系。靶心率范围如为VO2max的50%至80%，则相应的靶心率范围为
130beats/min至168beats/min。
2．最大心率百分数法（Percent of HRmax）
用最大心率百分数标定靶心率范围是一种较原始的方法。早期的研究人员和临床医生在其制定的运动处方中运动强度为个体HRmax的70%至85%。这一强度范围相当于VO2max的50%至70%，他对临床病人和健康人提高或保持VO2max都提供了所需要的生理刺激。这一方法的一个特点是计算简便。例如，一个人的HRmax是175beats/min，那么他的靶心率范围则是
123beats/min至149beats/min。但是这一方法在计算低靶心率范围时其准确性欠佳，例如在整理活动部分如果所设定的运动强度为30% HRmax(HRmax是175beats/min)，那么此时所要求的心率为53beats/min，（0.3х175=53），这通常要低于安静时的心率。
3．心率储备法（Karvonen）
心率储备（HRR）法也被称作Karvonen方法。在这一方法中HRR是由HRmax减去安静时心率（HRrest）得出的。例如HRmax是175beats/min，HRrest是70beats/min，HRR =175-70=105beats/min。如果用这一HRR 的60%和75%再加上HRrest 则可得出靶心率范围为133beats/min至beats/min（见图14-3）。
图14-3 获取60%到75%心率储备所对应靶心率的计算
对于健康状况良好的人来说，HRR的60%至80%就相当于VO2max的60%至80%。而对于整个人群来说，%HRR则更接近于%VO2R，这一点在弱势群体运动管理中显得尤为重要。
由%HRmax方法与由HRR方法推导出的靶心率范围会有一定的差异。这一差异随着所设定的运动强度的增加将有所下降。两种方法都可被用来确定提高或保持VO2max的运动强度范围，但是HRR方法则能更准确地描述强度与摄氧量的关系。我们应当记住在制定运动强度时，靶心率只应被看作是一个“guideline”，因为：
（1）有些人在训练时趋向于采用低靶心率范围而着重强调长运动时间（长于40 min）的方式以达到个人锻炼的目的，虽然现在还难以证明这样的运动能够有效的提高VO2max。随着运动持续时间的增加，心血管的漂移（如身体内部温度增加导致的心率增加、脱水以及血液的重新分配等）也会增加。因此，此时即使是降低了负荷，训练者仍有可能保持其靶心率范围。
（2）由于训练的特异性以及在不同运动方式下测得的HRmax会有所不同，故一个人对不同运动方式下所达到的相同心率会有不同的用力感觉。
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（3）将%HRmax转换成%VO2max时，其标准误为预测VO2max的±5.7%。 （4）如果HRmax是间接得出的（如用方程220-年龄），则其本身的误差将会影响到靶心率范围计算的准确性。
如果在应用心率方法时也测得了RPE，则通过个人RPE数值可对心率-摄氧量的关系进行进一步的评价，这将对监控运动强度更有帮助。尤其针对健康状况较差者、心血管或心肺疾病患者以及服用某些对心率有影响的药物（如ß-阻断剂）的病人，RPE的参与对于适宜运动强度的制定和控制有着非凡的意义。
（三）主观用力感觉 (Rating of Perceived Exertion, RPE)
瑞典斯德哥尔摩大学的心理学教授Gunnar Borg在上个世纪60年代引进了用力感觉（perceived exertion）的概念,从此开拓了应用于医学和运动学方面的生理心理学研究的新领域。他创立了评估不同工作和运动中用力感觉的方法，其中最简单实用的一种就是Borg的体力感觉等级表（the scale for Ratings of Perceived Exertion），见表14-2，其中从6到20共15级，表示疲劳感觉从极轻到极重。
表14-2 Borg的体力感觉等级表
RPE 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
主观运动感觉
安静 非常轻松
很轻松
轻松 稍费力
费力 很费力
非常费力
相对强度 (%) 0.0 7.1 14.3 21.4 28.6 35.7 42.9 50.0 57.2 64.3 71.5 78.6 85.8 95 100
90 110 130 150 170 195 最大心率 相应心率
(beats/min)
70
图14-4 显示，体力上的负荷，如负载重物，作为自变参数（IV）可导致作为因变参数（DV）的生理反应，例如心率增加、血乳酸堆积等或心理反应，例如感觉劳累。同样，精神或心理上的压力，例如焦虑、情绪激动可增加心理劳累，这通常也将产生心理和生理反应。再有，生理上的劳累也可由作为心理参数的用力感觉指标反应出来。因为，感觉指标积聚了来自于体力上、精神上和生理上的劳累信息，所以它对一个人的用力感觉评估是全方位的。
不同的运动方式在同一强度时测得的RPE可能会不完全一致。然而在心率难以测得时或在服药后心率受影响的情况下RPE在制定和执行运动处方时的作用则显得非常重要。与运动所致的生理性变化相适应的平均RPE范围是 Borg Scale中的12-16（有些累到累）。由于个体间心理生理关系的差异，对于不同的人一般应做到使其对某一特定运动方式的强度有相应的RPE，而并不能指望由所得到的RPE推测出十分准确的%HRmax或%HRR。目前,国外的运动
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医学专家认为,确定合理运动强度的最好方法,是靶心率和RPE两种方法的结合｡就是说,先按适宜的心率范围进行运动,然后在运动中结合RPE评价表来掌握运动强度｡这样,在锻炼中不用停下来测心率也能知道自己的运动强度是否合理了｡
综上所述，适宜的运动强度应为能使活动安全进行的、能使有氧工作能力（VO2max）得以提高的、能使人长期坚持活动的以及在活动中能够达到预定热量消耗的那一运动强度。
图14-4. 用力感觉形成的示意图
二、运动持续时间（Exercise Duration）
运动持续时间与强度相互搭配可构成适宜的能量消耗以达到增进健康的目的。提高心肺适能的训练通常需要每次运动持续20 min-60 min；或每次10分钟，日累积时间达20 min -60min。长期进行这样的训练，VO2max会有显著的提高。由于运动的持续时间与强度呈互补关系，因此，以低强度进行训练，其运动时间应长于30 min；而以较高强度进行训练时，其运动时间可为20 min或更少。对于大多数人来说，以60%-80%心率储备或以77%-90%最大心率的强度，不包括准备活动和整理活动，每次训练20 min-30 min一般可达到提高其心肺适能的目的。
但是，有研究显示,短时间（12 min）高强度运动或间歇训练（6-7次大于170%VO2max的20s的运动）也有提高VO2max的效果。虽然短时间高强度的训练能提高人的心肺适能，但这种运动方式对健康促进的科学依据还少见报导。此外还应注意，高强度的训练会增加机体损伤的危险性，并易使人中断训练。
在心肺适能的训练中运动强度和持续时间应逐渐增加。开始训练时，30 min的持续时间可分为数次来完成，如每次4 min -10 min；心肺适能水平较低者每次2 min -5 min，中间穿插一定时间的休息。之后，持续时间逐渐延长，直至达到训练目标。但持续时间的延长应以训练者已适应了前期的训练，且没有过度疲劳和损伤的出现为前提条件。
三、训练频率（Exercise Frequency）
训练的强度为60%-80%心率储备或77%-90%最大心率时，每周训练3天可有效的提高或保持VO2max，而以较低强度训练时，其训练频率应超过每周3天以便能够达到减重和健康促进之目的所需的热能消耗。在机能能力（Functional Capacity, FC）小于3METs时，其训练以每天进行数次短时间运动为好；当FC达到3-5 METs时，一天内可进行1至2次时间稍长的运动；对于FC大于5METs 的训练者来说适宜的训练频率为每天1次，每周3-5天，超过这一频率时，训练的额外收益并不明显，一般只适于职业运动员。肌肉损伤的危险性在训练频率超过每周6天时会有显著的增加。不应提倡每周进行7天的剧烈运动，但是每天进行30 min（或更长些时间）的中、小强度的运动对增进健康则是有益的。
显然，每周训练次数的设定要取决于热量消耗的目标、个人的习惯以及日常生活作息时间等因素。因此，最适宜的训练频率应视个人的具体情况而定。
第四节 心肺适能训练注意事项
一、训练课的形式(Format for an exercise session)
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一次训练课应由准备部分、基本部分和结束部分构成（见图14-5）。运动开始前的准备活动和运动结束后的整理活动不容忽视。运动中的心率应尽量保持在靶心率范围内。
图14-5 训练课的形式
二、走步训练注意事项（Points for Attention in Walking）
（1） 要选择安全的场地，地面要平整宽阔，最好没有车辆和行人，初练者开始锻炼时速度不宜过快。
（2）注意做好准备活动，特别是使运动器官和心肺机能得到适应。冬天进行快步走锻炼前应先慢走，待脚发热后再快走。
三、跑步训练注意事项（Points for Attention in Running）
（1） 要做好充分准备活动，防止肌肉拉伤和剧烈运动开始时出现心肌缺血。
（2）长期在水泥地跑步的人要避免小腿胫骨劳损，尽量选择在草地或泥土地跑，并要注意动作要领。
（3）冬天跑步要注意防寒，夏天跑步出汗多应适当喝些淡盐水补充，以免肌肉抽筋。跑后注意放松运动。
（4）感冒、发热、腹泻，暂不宜跑步。妇女在月经期间，也应暂停健身跑锻炼。
四、踏车训练注意事项（Points for Attention in Cycling）
（1）应避开城市繁华的街道和车流量较大的路段及溜坡滑行，以保证安全。
（2）应保持正确的骑车姿势，车座的高度应稍低于车把5厘米左右。车型大小也要适合于自己的身高，如骑车用力不当，会引起肱骨内侧擦伤或上髁炎、腓总神经麻痹等。
（3）如遇大雾、能见度很低或冬季路面结冰的天气，不宜进行骑车锻炼（有条件时可在自行车测功计上进行活动）。
（4）女子月经期一般不宜进行长距离、大运动量骑车运动。
五、蹬楼梯训练注意事项（Points for Attention in Stair Climbing）
（1）作好准备活动，特别是踝关节要充分活动开。 （2）精神一定要集中，尤其下楼时注意安全。 （3）有条件时最好下楼乘电梯，以保护膝关节。
六、游泳训练注意事项（Points for Attention in Swimming）
（1）忌饭前饭后游泳。空腹游泳影响食欲和消化功能,也会在游泳中发生头昏乏力等意外情况；饱腹游泳亦会影响消化功能，还会产生胃痉挛，甚至呕吐、腹痛现象。
（2）作好准备活动，不要在剧烈陆上运动后马上游泳。这样会使心脏负担加重；体温的急剧下降，
（3）游泳后应用干毛巾擦干身体，预防感冒。
（4）月经期不要进行游泳锻炼。月经期间女性生殖系统抵抗力低弱，游泳易使病菌进入子宫、输卵管等处，引起感染。
第五节 运动心脏康复
一、 心脏康复概况
冠状动脉缺血性心脏病在西方发达国家是患病率、死亡率和致残率最高的心脏疾病。因此，冠心病的康复治疗是发达国家研究较早，也较充分的一部分。
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1772年英国人Heberden记载了心绞痛患者在每日坚持30分钟的伐木工作后，症状几乎完全消失。这是目前西方文献中有关缺血性心脏病运动性康复的最早记录。Paffenbarger & Hale 1975年报导，在对San Francisco的码头工人进行了连续22年的追踪观察后他们发现，由于工种不同，工人在工作中的能量消耗也不同。而高、中、低能量消耗者冠心病发病率的比率为1：1.7：1.8，即中、低能量消耗者患冠心病的危险性要比高能量消耗者分别大70%和80%。以上情况说明适当的体力活动不但有助于减少冠心病发病的危险性，而且对冠心病的康复也有益处。
由于现代康复医学概念的引入，人们突破了生物医学的“治疗”模式，运动疗法、物理疗法以及心理疗法等措施已被应用到心肌梗塞病人的康复治疗中。长期以来，有关专家致力于心血管疾病预防及康复的研究。20世纪40年代，有人对急性心梗病人绝对卧床2个月的传统疗法提出质疑，并开始探讨对他们实施早期步行和分级运动，当时美国心脏病学专家Wenger提出的住院期心脏康复方案被认为是心血管康复医学发展的里程碑之一。20世纪50年代，德国霍尔曼研究所制定了多种疾病的运动处方，其中包含了心血管疾病。自此，以运动为核心的心脏康复对心血管的有益作用逐渐被人们所认识。研究表明在患急性心脏病人群中有2/3病患由于抢救及时、得当可存活下来，并通过适当的活动能获得较好的康复效果。西方国家近30多年来，在以早期活动为中心的急性心肌梗塞康复治疗方面已积累了不少经验，如美国在20世纪70年代末，65岁以下无并发症病例的病患，住院期已缩短到2周，85%以上办公室工作人员和机械工人，可在病后7周、重体力劳动工人可在病后13周恢复工作。缩短住院天数，减少了住院费用、同时病患从事有处方的康复活动也降低了其死亡率和致残率。
我国的冠心病康复医学自20世纪80年代以来，已逐步开展。周士枋、张宝慧、杨静宜、江钟立、郭兰等专家都进行了运动心脏康复的相关研究并取得了可喜的成绩。刘洵等人2005年报导了12周运动康复程序对急性期后心梗患者(PMIP)身体机能的影响：PMIP在康复程序后血胆固醇由5.9 mmol/L降低到5.4 mmom/L（P〈0.01）；对应跑台各级负荷时的摄氧量（VO2）、心率（HR）、心率-血压乘积（RPP）和主观用力感觉（RPE）在康复程序后有显著的下降（P<0.01 或P<0.05）；峰值HR、峰值%HRmax和峰值RPP分别增长了7.5%、8.5%和11.7%。这说明PMIP参加12周运动康复程序后，有氧工作能力有所增强、心血管机能有所改善。
世界卫生组织强调：“二级预防和康复是WHO为控制心血管疾病而制定的策略的一部分，个体的生活质量应是全社会的首要关注的问题，而增进健康则是提高生活质量的主要因素。
二、运动心脏康复的理论
运动不足是现代文明社会中妨碍人类健康的主要因素之一。已有研究证明：运动不足导致的脂肪堆积、高密度脂蛋白水平下降、低密度和极低密度脂蛋白水平上升、高血粘度、高血脂以及由此带来的心血管疾病发病率攀生，日益严重的威胁着人们的生命。冠状动脉粥样硬化易引发心肌梗塞，已发生心肌梗塞经皮腔内冠状动脉成形术（PTCA）、支架植入术后的患者冠状动脉仍有再度狭窄的危险，因而患者需长期服用降脂、扩冠及改善心功能的药物维持生存。随着用药时间的持续，不少患者抗药性加大，故需以增加用药量来保证疗效，这不可避免的会对机体其他器官造成伤害，影响生活质量。运动康复疗法可以改善冠脉循环，有益于保持冠脉通畅,减轻缺血症状。低饱和脂肪酸的饮食必须与运动相结合，才可有效的降低低密度脂蛋白水平。因而，运动心脏康复可促进动脉硬化逆转，减少PTCA、支架术后再狭窄的发生。运动康复还可以改善左心射血功能，减少心衰危险，同时对于调节和改善心脏病患者情绪抑郁，提高其自信和应激能力，起到药物不可达到的有益作用。
Taylor 等人1985年报导：冠心病人在从事了运动心脏康复后其低沉的情绪、烦躁的心情和求助的心理与未参加运动的病人相比可相对较快地得到缓解。Erdman 等人1986年也报导了与无运动干预组相比，那些坚持了6个月以上运动心脏康复的病人其焦虑心情、伤残感觉和吸烟习惯都得到了改善。这些变化对疾病的康复将起到不可低估的作用。
综上所述，进行运动训练是心脏康复的核心内容，其目的在于通过适宜的身体活动提高
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患者的运动能力，减轻疾病导致的心理负担（废人），减少和消除可使病情发展的危险因素，从而降低再发率与病死率(morbidity and mortality)，以致提高患者的生存质量，使其满意地重反社会。
目前，在工业发达国家，有处方的运动心脏康复已被溶入治疗手段之中，给无数严重的冠心病患者、PTCA支架术后及搭桥术后的病人带来满意的康复效果。
三、运动心脏康复的程序和方法
心脏康复是指冠心病病患能够通过有处方的运动锻炼、医疗教育、心理、营养、职业和社会咨询指导重新获得正常或接近正常的活动状态的综合方案，其中以运动锻炼为核心内容。
（一）运动心脏康复的分期
1. 住院期康复治疗（第一期心脏康复，分为三个阶段）
（1）心监病房（CCU）：在此阶段可进行轻微、低强度运动，其能量消耗应<2METs，活动方式宜为等张或动态运动，运动量可逐渐增加。
（2）普通病房：此阶段康复运动的能量消耗应<4METs，运动后心率不超过安静时20次，血压不超过安静时20mmHg。
（3）出院前阶段：一般在此阶段应进行机能测定。
第一期心脏康复治疗的目的是使患者适应出院后的体力活动需要（家庭日常生活的运动量一般<4METs）。
2. 出院后的心脏康复（美国、英国略有不同）
（1）美国：第二期心脏康复，约12-18周，前一段运动仍应在监护下进行；第三期心脏康复，长期维持期，无须连续监测，是以健身房或社区为基础的康复训练。
（2）英国：第二期心脏康复（一期的延续），出院后的最初几周,一般4至6周。医务人员在出诊检查是否有严重问题时（少量活动引起的心绞痛、心衰、有潜在危险的心率失常）帮助患者减轻针对一些常见的症状疲劳、左胸微痛、心率不齐等所产生的不必要的思想负担；第三期心脏康复，有指导的运动康复程序（the supervised exercise programme）。 一般持续12周左右；第四期心脏康复，长期维持期。通过长期的康复活动冠心病患者可改善自己的生活方式。健康工作者、保健医生应对他们进行定期的检查，其中包括行为、心情的变化，危险因素和服药的情况及运动程序的调整等内容。
（二）运动心脏康复的方法
1.住院或出院早期病人的适应性练习
（1）原地轻踏步30次一组，3-5组，每天可进行6-8次。
（2）慢慢缓步行走30-100米，以无症状，不气喘为限，每天走6-8次。 （3）快慢交替走：慢走1分钟，再快走半分钟；反复6-8组，每天2-3次。 （4）稍大步的走1分钟，再原地高抬腿走20步，反复6-8次，中间穿插徒手操（小幅度）每天2-3次。
（5）加大强度行走，并加入浅半蹲10次、提踵10次，上肢伸展10次，以有轻度气喘为宜。
步行时下肢肌肉交替收缩和松弛，发挥唧筒样作用，有助于血液回流，从而改善心衰症状。上述练习应在在医护人员的监护下进行，视心功能进步情况，逐步增加运动量。
2.出院后期的运动康复
运动心脏康复程序（Exercise-based Cardiac Rehabilitation Program）的构成如图14-6所示。康复活动可在康复中心进行，也可在家中或社区完成。
递增负荷实验可采用改良布鲁斯跑台方案（Modified Bruce Treadmill Protocal，见
表14-3），运动实验终止标准依American Collage of Sports Medicine guidelines，其中包括下列症状：
A：出现不正常的心电图
B：达到个人最大心率（220-年龄）
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C：出现不正常血压 D：RPE达到17 E：呼吸商>1.15 测试进行中，主试不断询问受试者感觉，并在实验前已明确告诉受试即使没有上述任何迹象出现，他们仍可在任何时候要求停止运动。
图14-6 运动心脏康复程序的构成
表14-3 改良布鲁斯跑台方案
_______________________________________________________________________ Stage Time (min) Speed (mph) Grade (%)
_______________________________________________________________________ 1 3 1.7 0 2 3 1.7 5 3 3 1.7 10 4 3 2.5 12 5 3 3.5 14 6 3 4.2 16 7 3 5.0 18 8 3 5.5 20
________________________________________________________________________
（1）康复中心活动 康复运动的初始强度是根据机能测定的结果而定的，即参考摄氧量的峰值、心电图的变化、心率和血压的反应以及病人的体征和感觉等方面的信息。康复练习器的选择视病患的具体情况而定，一般包括自行车测功计、踏步机、活动跑台、划船器、上肢练习器、哑铃等。多样的练习一方面可以提高病患的兴趣，使其最大限度地受益于康复运动，同时也可以尽量减少损伤的发生。各种练习器的负荷（速度、坡度、功率）都折合成METs值或靶心率来标定运动强度（见图14-7）。建议病患在每种练习器上活动不短于5分钟。一般从第三周起以后每两周运动强度增加1MET, 每种练习器的活动增加30秒（但强度和时间的增加还要根据病患的具体情况而定）。康复运动每周进行3次，一共持续12周，然后病患再以同样的程序进行机能测定。
图14-7 由递增负荷实验结果确定相应练习手段和强度的步骤
A.运动中每分钟的心率；B.心率的回归线；C.靶心率范围；D.训练中适宜的走跑速度；E. 训练中适宜的METs值。
（2）家庭活动 散步8分钟（40米/分钟）；徒手操：上肢伸展+弓箭步压腿+躯干伸展，5分钟；扶墙半蹲20次，两组，3分钟；立卧撑15次，两组，3分钟；大步走10分钟（快慢交替走）；放松活动。
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3.长期维持期的运动康复
此时坏死的心肌已愈合，功能已改善，应是基本无症状，运动目的是防止复发、提高生
活质量、延长寿命。其活动安排可为每周3次，隔日进行，每次20-50分钟，心率控制在110-120次/分。一次活动包括：准备活动5-10min：柔软体操、伸展运动；太极拳、老年操、骑自行车等10分钟或者走、跑交替，走速：50 m/min，跑速：100 m/min，共2000m；整理活动5分钟。
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