关于最大耗氧量(VO2max)
许多人平时喜欢耐力型运动的锻炼,比如说长跑。在长跑锻炼时,大家的耐力有很大差别,造成长跑能力的差别。而这种长跑能力的差别,笼统地说,是个体最大耗氧量的差别所造成。最大耗氧量的定义是,在海平面呼吸空气的条件下,一个人在持久高强度运动时所能消耗的最大氧气量。
任何耐力运动项目,依赖于机体有效的有氧代谢以持续提供所需的能量。当机体的耗氧量达到最大耗氧量的大约75%时,将自动触发无氧代谢过程。虽然无氧代谢也可提供能量,但这个过程中产生的许多代谢产物,首先是乳酸,当然还包括其它的许多物质,反过来影响肌肉的活动,使运动不能在原有的水平持续下去。据此,一个人的最大耗氧量越高,他运动时触发无氧代谢的域值也就越高,或者说他在接近自己75%最大耗氧量时,肌肉的输出功率越大,因此他的耐力就越好,运动成绩越出色。
个体的最大耗氧量由以下几个因素构成;
a. 心脏的供血能力,以每分钟的心脏输出量代表
b. 血红蛋白的携氧能力,主要取决于血红蛋白含量
c. 肌肉的用氧能力,依赖于肌肉线粒体的氧代谢能力,肌肉内毛细血管的发达程度,和肌肉的总量
肺脏的通气和换气能力对氧的摄入也非常重要。但是正常情况下,肺功能有巨大的储备。血液通过肺循环的时间大约是1秒,而肺只须约300毫秒,就能完成肺换气过程。所以,当接近运动极限时,心率达到每分钟180到200次,血流速为静息时的约3倍,血液通过肺循环的时间缩短为静息时的三分之一,血红蛋白仍能达到或接近100%氧饱和。一般认为,呼吸系统的能力并不构成对最大耗氧量的限制。
在海平面常压环境下,动脉血的氧分压接近100毫米汞柱,血红蛋白接近100%氧饱和,这时每克血红蛋白可大约携氧1.36毫升。假设每百毫升血液含15克血红蛋白,则每百毫升动脉血可把约20毫升氧气运送至全身组织。一个70公斤体重的未经过系统耐力训练的正常成年男子,假设他静息时的心输出量为每分钟5升,根据以上数据计算,他每分钟供氧为1000毫升。离开组织的混合静脉血的氧分压为40毫米汞柱,约相当于血氧饱和度75%。也就是说,有25%,或250毫升氧气被全身组织利用。因此,正常成年男子静息时的耗氧量大约为每分钟250毫升,或每分钟每公斤体重约3到4毫升(3-4 mL/min/kg),一般不超过5mL/min/kg。由于身体的肌肉含量低,女子的耗氧量略低于男子。
现在看一看这个正常成年男子的最大耗氧量。最大耗氧量的测定一般采用蹬车实验。受试者带鼻夹,通过一个2-way非重复呼吸口瓣呼吸,吸气侧吸进空气,氧含量是已知的;呼气侧连续监测通气量和呼出气氧含量,通过计算机系统对气压,湿度,和室温的数据的校正,分析每一个时点吸入气体和呼出气体含氧总量的差别,这个差别就是在每个时点的耗氧量。蹬车的负荷从零负荷开始进行性增加,每个负荷大约持续一到两分钟。耗氧量随负荷的增加而上升,二者呈直线正相关。最后进一步增加运动负荷不能继续提高耗氧量,理想的情况是耗氧量对运动负荷作图形成一个小平台,这个转折点的耗氧量就是受试者的最大耗氧量。一个未经过系统耐力训练的正常成年男子的最大耗氧量大致在40mL/kg/min左右,随年龄的增长而下降。经过比较系统的耐力训练,这个"正常成年男子"的最大耗氧量有可能达到50mL/kg/min,但绝少可能通过训练而超过65mL/kg/min。换句话说,不是什么人只要苦练都能成为奥运会冠军,遗传因素起了很大的作用。但是这只是运动生理学的理论,这也是为什么马俊仁随便从村里弄出一个小女孩,就练成了世界长跑冠军,让田径界和运动生理界的专家们大跌眼镜的原因。
一个经过系统耐力训练的男运动员,他的静息耗氧量可能比一般人略高一点。最大的区别是最大耗氧量。下面看看从事各种运动项目的世界级运动员的最大耗氧量(男子):
乒乓球 45mL/kg/min
羽毛球 55mL/kg/min
棒球 58mL/kg/min
排球 60mL/kg/min
篮球 60mL/kg/min
美式足球 60mL/kg/min
足球 65mL/kg/min
游泳 70mL/kg/min
赛艇皮划艇 70-75mL/kg/min
长跑 70-75mL/kg/min
马拉松 80-85mL/kg/min
越野滑雪 90mL/kg/min
由此看来,越野滑雪运动员的最大耗氧量最高,最高的记录来自一个长距离越野滑雪的奥运会冠军,他的最大耗氧量曾达到94mL/kg/min的惊人高度。举重选手的最大耗氧量并不高,据说和乒乓球运动员差不多。篮排足运动员的最大耗氧量也相差不远,但从运动的角度,好像应该是足球明显大于篮球大于排球。
对顶尖级的运动员来说,心血管系统功能大概是最大耗氧量,因此也是运动成绩的限制因素。首先,当心率达到一定值时,每分钟心输出量的增加主要靠增加每搏输出量。虽然训练可以增加每搏心输出量,但由于有心包膜的限制,而且每次心脏收缩终末总要有一定的心室血液(大于10%)不能排空,所以每分钟心输出量的增加是有限度的。从另一方面看,动脉血压,作为血流的驱动压,也不可能无限制的增加。
对于一个未经过系统耐力训练的人,最大耗氧量的限制因素不是心血管系统,而往往可能是肌肉的用氧功能。这在蹬车实验时表现的比较明显。一般人达到运动极限时,耗氧量仍在上升,并没有形成像运动员那样的耗氧量平台(最大耗氧量)。缺乏系统耐力训练的受试者停止蹬车时的主诉几乎无一不是leg muscle fatigue,而顶尖运动员停止蹬车时的主诉甚至可以是"呼吸困难",这和一些有心肺疾患的病人达到蹬车运动终点的主诉差不多。
(有点无聊,码个这个玩玩。所用数据不一定100%准确,但差也差不太远)