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user: 5. 生理学指标在运动处方中的应用 5.1. 运动处方的流程 中国体育科学学会近期组织了全国体育与医学及相关领域的专家开展了运动处方标准体系的研究，并针对我国国民的体质特点与特征制定了“运动处方制定与实施规范”，为运动处方的制定和实施提供了工作程序和技术标准 [ 4 ]。“运动处方制定与实施规范”核心内容是运动处方制定与实施的流程，主要包括九个环节：健康信息筛查、医学检查、运动风险评价、体质测试及评价、制定运动处方、实施过程监控、实施效果评价、运动处方的调整、实施效果再评估。 5.2. 运动处方中基础性的生理学指标 5.2.1. 体力活动和体适能 体力活动(Physical activity)是指任何引起骨骼肌收缩并在静息能量消耗基础上引起能量消耗增加的活动。体力活动这一术语是以美国为主的国际主流研究的称谓习惯，我国习惯将之称为“身体活动” [ 5 ]。日常生活的体力活动可以分为体育运动、工作、家务和娱乐活动等四类。体育运动是指有计划、有组织、可重复以保持和/或提高体适能为目的的体力活动。从概念来看，两者属于从属关系，运动属于体力活动，是体力活动的一种表现形式。从健身的角度和目的来看，除了科学的运动，合理的工作、家务和娱乐活动等其他三类体力活动，同样具备刺激人体而增加能量消耗的效果。体适能(Physical Fitness)一词最早源于美国，常被用于表达身体对某种事物的适应能力。德国人将体适能更多的称为工作能力，法国人称之为身体适性，日本人称之为体力。体适能是指人体所具备的有充足的精力从事日常工作(学习)而不感疲劳，同时有余力享受休闲活动的乐趣，能够适应突发状况的能力。体适能的内容包括“健康体适能”和“技能体适能”。技能体适能是指灵敏、平衡、协调、速度、爆发力和反应时间。我们国内学者所常用的“体能”是指通过力量、速度、耐力、柔韧和灵敏等五个基本身体素质所表现出来的运动能力，偏重于运动能力，接近于“技能体适能”的概念。本书的科学健身内容主要发展的是“健康体适能”，包括心肺耐力、肌肉力量和耐力、柔韧性和身体成分四个方面。 5.2.2. 最大摄氧量 最大摄氧量(VO 2 max)也被称为最大吸氧量或最大耗氧量，是人体在进行大量肌肉参与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。VO 2 max是运动生理学评估心肺功能和有氧耐力的经典指标，成为评估心肺耐力的最可靠参数。VO 2 max有绝对值和相对值两种表达形式，绝对值是指机体在单位时间内所能吸的最大氧量，通常以1 L/min (升/分)为单位；相对值则按每千克体重来计算最大摄氧量，以ml/kg/min (毫升/公斤/体重/分)为单位。VO 2 max通常用相对值表示，因为个体的氧和能量消耗与体重相关。VO 2 max的制约因素有：1) 年龄、性别因素；2) 遗传因素；3) 训练因素；4) 环境因素。VO 2 max的测量方法：1) 直接测量法。又称做实验室测试，所使用的工具和仪器有负荷工具(如跑台和功率自行车等)、呼出气采集装置(如面罩)和及气体分析装置。受试者戴上呼出气采集装置进行运动直至力竭，然后将受试者呼出的气体纳入气体分析仪进行分析，直接测定出VO 2 max。2) 间接测试法。其依据是人体的耗氧量与本身完成的功率和运动时的心率密切相关，因而通过运动时的心率和运动完成的功推测受试者的最大摄氧量。 5.2.3. 心率、最大心率、储备心率和靶心率 心率(HR)是指正常人安静状态下每分钟心跳的次数，可因年龄、性别或其他生理因素产生个体差异。心率对心血管疾病发生、发展及预后有着重要的影响，它是全因病死率和心血管疾病病死率的独立预测因子，同时也是心血管疾病的独立危险因素。心率在运动实践中最常用来反映运动强度和生理负荷量。最大心率(HRmax)指的是进行运动负荷时，随着运动量的增加，在最大负荷强度时，耗氧量和心率不能继续增加时心率达到的最高水平。通过递增负荷测试确定最大心率是制订个体化运动处方中测定最大负荷能力的基础之一，但针对普通健康人群，在不具备测试条件时，通常需要通过经验公式推算。当然，目前随着科技的高速发展，使得测量心率从专业到普通运动设备(心率带、光电心率表)上都有望得以实施，每个人都可能比较准确地测量到自己的静息心率和最大心率。储备心率(HRR)的概念最初是由卡蒙内(Karvonen)等人首先提出，其计算公式如下：储备心率 = 最大心率 – 安静心率。储备心率百分比与运动强度百分比相对最大心率具有更高的关联性，作为监测指标在把控运动强度时，储备心率法比最大心率法更加准确。因为，直接拿最大心率的百分比来监控训练强度时，我们是从心跳为零开始算起，并且没有考虑到安静心率的个体差异，必然就会产生较大的误差。举例说明：有A、B两位男士，他们的最大心率同样是200，但A经过长时间的耐力训练，安静心率为50，而B却才刚接触耐力训练，他的安静心率为较高的70，在这种情况下，如果只采用最大心率的百分比来计算强度，两位运动员会得出同样的结果。但由于两位男士在运动时心率的起始点本来就不一样，A的体能较佳，其储备心率(200 − 50 = 150)比B (200 − 70 = 130)高，所以，如果用最大心率法来界定他们的训练强度就会忽略了个体差异。靶心率(THR)是指运动时以心率监控目标强度的心率范围值，也可称为目标心率。每次练习对于靶心率的确定，既可以保证运动处方有效的目标强度，又可以保证我们在运动时机体的安全(尤其是心血管循环系统)。很多人惯用的计算公式为：靶心率 = 目标运动强度百分比(5个级别) × 最大心率。如上段文字所述，这种最大心率计算法显然不如储备心率法合理，不能体现运动处方个性化的原则。所以，大家在给自己制定靶心率时，应采用的计算公式为：靶心率 = 目标运动强度百分比(5个级别) × 储备心率 + 安静心率。 5.2.4. 代谢当量 代谢当量(Metabolic equivalent of energy， METs)是指运动时代谢率对安静时代谢率的倍数。常使用它来评定一个人活动时的氧气消耗量，是运动能量的消耗单位，常用于评估心肺功能，同时也是表示运动强度的常用指标。1 MET被定义每公斤体重每1分钟消耗3.5毫升氧气或每公斤体重每分钟消耗1.05千卡能量时，所对应的运动强度 [ 6 ]。1 MET = 3.5 ml/kg/min。1 MET的活动强度，相当于健康成年人安静坐位时的代谢水平，稍高于基础代谢水平，相当于安静时消耗能量1.05 kcal//kg/hr。比如，一个5 METs的活动表示运动时氧气的消耗量是安静状态时的5倍。当然，对于不同的个体来说，1 MET并不完全是3.5 mL/kg/min，其标准差在0.5左右，男性比女性略高，并随着年龄和体重的增加而略有下降。一般可将体力活动分为轻(<3 METs)、中(3~6 METs)、重(>6 METs) 3个等级，健康的体力劳动者负荷能力可达16 METs以上，而8 METs则可作为评价大多数冠心病患者运动强度的上限。 5.2.5. 力量练习强度 力量训练的强度评价体系(RMS)即最大重复次数的评价体系，这一体系较好地反映了力量训练中做功的大小，也兼顾了评价力量训练强度时必须考虑个体差异的需求。1 RM表示健身者以正确的动作只能重复1次动作的最大阻力，同样的，10 RM表示健身者以正确的动作最多重复10次动作的最大阻力。心率可以作为许多运动的强度评价指标，但是力量训练的特点是做功时间相对较短、运动不持续，因此心率很难作为评价力量训练强度的主要指标。最大重复次数体系是迄今为止相对科学的控制力量训练强度的指标体系 [ 7 ]。理解和掌握最大重复次数体系，有助于教练员在力量训练时把握力量训练的方向，较精确地控制力量训练的强度。 5.3. 运动处方中新近性的生理学指标 5.3.1. 表面肌电 肌电信号(electromyography， EMG) 在运动人体科学、基础医学、临床医学和康复医学领域中有着越来越多的应用，它表达了肌纤维的动作电位在时空上的叠加，与肌肉收缩和肌肉力量息息相关。针电极深入肌肉内部所得到的肌电信号比较精确、易于检测和识别，但它的创伤性特征不易被人们接受。而表面肌电信号(surface EMG， sEMG)是指通过皮肤表面的电极来检测神经肌肉活动的电信号，是多个运动单元的动作电位在时间和空间上叠加的综合结果，也可以定量地记录神经肌肉活动的电生理特征、肌肉的疲劳程度和神经传导速度。sEMG的检测手段操作相对简单，具有无创性的特征，因此，它对运动人体科学、人机工效学和康复医学等领域备受重视，具有重要的应用和学术价值，有着广阔的推广前景。表面肌电信号分析包括时域分析与频域分析。时域分析是将肌电信号看作时间的函数，通过分析得到肌电信号的某些统计特征。频域分析常常是通过傅立叶变换而把肌电的时域特征转换为频域信号的频谱或功率谱来进行分析。时域分析参数包括振幅(AMP)、积分肌电值(iEMG)、均方根值(RMS)、时程(DUR)等，频域分析参数包括平均功率频率(MPF)、中位频率(MF)、中心频率(CF)等。上述指标是反映肌电信号频率特征的生物物理指标，其数值与肌纤维的构成比、解剖结构、肌肉收缩的贡献率、运动单位的同步化程度和募集能力有着较强的相关性 [ 8 ]。 5.3.2. 脉搏波 脉搏波是人体心脏有节律的收缩射血，血液流经弹性管道所产生的波动。脉搏波由心脏搏动射血产生的振动经弹性管道传播产生，传递过程中会受到心脏本身和各级动脉血管阻力、血管壁弹性和血液粘性、交感、副交感神经活动张力等因素的影响，表现出不同波形特征，能反映人体多种病理生理改变。当心脏周期性地收缩和舒张时，左心室射入主动脉的血流冲击主动脉瓣和血管壁，产生的振动以波的形式自主动脉根部发出，动脉树向外周动脉传播，此波称为向前波。当向前波受到动脉分支和外周动脉等因素的作用时，产生与之相反的反射波。反射波沿动脉树向心脏方向传播，与向前波叠加后形成具有不同波形特征的脉搏波。脉搏波的传播过程不仅受到心脏本身的影响，还受到沿途动脉和周围组织器官状况的影响，使脉搏波蕴含着丰富的人体病理和生理学信息。另外，由于脉搏波的检测不需要复杂而昂贵的仪器，操作简便，而且无创，因此关于脉搏波深入细致的研究历来受到中外医学界的重视。目前，对脉搏波的分析主要是波形和传播速度的不同，或者提取时域或频域的特征参数加以分析研究。主要的分析方法包括时域分析法、频域分析法、时频联合分析法、数学建模分析法和脉搏波传播速度分析法等方面。