在我国青少年身体素质下滑、肥胖率攀升和身体活动不足以及运动猝死事故频发的背景下,本研究以心肺功能评价的"金标准"——最大摄氧量(Maximal Oxygen Uptake,VO2max)为主题,通过人体心脏、肺功能和素质指标的测试与比较分析,从而了解大学生心肺功能现状,并进行运动干预和运动适应机制研究,旨在为青少年的体质评估和健康促进提供有价值的理论与实践的指导和新思路。目的:探究VO2max与身体成分、心输出量、肺功能以及力量柔韧素质的关联;了解不同VO2max水平受试者的器官功能和素质的差异;探讨抗阻和有氧不同训练方式对VO2max及其相关指标的影响;揭示运动适应产生的相关生理机制。方法:1)相关性实验:招募非体育专业身体健康的大学生358名(男性:151 人,23.11 岁 ±2.88,172.08cm±6.3,70.41kg±11.96;女性:207 人,22.21岁 ±2.47,159.69cm±5.43,56.83kg±7.3),进行身体成分(生物电阻抗)、VO2max(遥测心肺功能测试仪)、心脏功能(无创心输出量监测)、肺功能(呼吸振动反应成像)和力量素质(等动肌力测试)的测试。应用Spss22.0软件对测试的VO2max与各指标数据进行Person相关分析。2)比较分析实验:实验对象和测试数据同上,以VO2max正常值为界(男性:45.7 ml/kg/min;女性:39.5 ml/kg/min,根据 ACSM 和 Cooper Institute),大于该值的简称"正常组",低于该值的为"偏低组"(下同),并进行独立样本T检验比较两组间的身体成分、心输出量、肺呼吸功能和力量素质等指标的差异。3)运动干预实验:实验对象为上述自愿参加运动训练的受试者275人(男性:134人,女性141人),并按性别再分为抗阻组、有氧组和对照组。其中,男性:抗阻58人,有氧53人,对照23人;女性:抗阻54人,有氧56人,对照31人。指标测试方法同上,包括实验前(同上)和实验后(运动后),并进行实验前后数据的重复测量。训练方案:①周期时间:12周,4次/周,90min/次。②强度:抗阻训练,2-3个部位,2-3个动作/部位,3-4组/动作,65%-80%1RM(8-15次),60S、40S/大、小肌肉群间歇(以力竭监测);有氧训练,10-12拍、5-6次呼吸/10",组合间歇1-2min,55%-85%VO2max为主(以触摸桡动脉监测)。③内容:抗阻训练以胸、背、腿等大肌肉群为主,综合腰腹及核心训练;有氧训练,女生以郑多燕健身操、健美操为主要形式创编,男生以搏击操和球类为主。4)不同VO2max水平对运动干预的影响:实验对象和数据同"3)",将"3)"抗阻和有氧组受试者以VO2max等级划分为正常组和偏低组(同"2)"),即分为男性/女性抗阻正常组、抗阻偏低组、有氧正常组和有氧偏低组,再进行实验前后数据的重复测量,并做不同等级的不同方式运动干预的相应比较。5)运动适应的动物模型实验:实验动物及分组:2月龄(8周,性成熟)雄性C57BL/6小鼠40只,随机分为安静对照组(C)、耐力运动组(E)、抗阻(爬梯)运动组(R),每组各10只。统计方法:主要进行三组间各数据的独立样本T检验。训练方案:①周期时间:8周,4次/周,30min/次,晚上18:00后进行。②强度:抗阻训练,3Sets/day,3～4 Reps/Set,间隔20 s/Rep,间隔2 min/Set,负重从50%(1-2周)逐渐加到100%(第5周开始);有氧训练,0.7-0.8km/h(第 1 周),0.8-0.9(2-4 周),0.9-1.0(5-8 周)。③内容:抗阻主要以负重爬梯为训练,有氧主要为跑台改装成的动物跑台进行无负重跑台训练、。组织样本检测:A)心肌、骨骼肌(腓肠肌)和附睾体重指数统计。B)有氧代谢关键酶活性检测:玻珀酸脱氢酶、柠檬酸合酶和乳酸脱氢酶(Elisa)。C)骨骼肌和心肌蛋白 IGF-1、PI3K、AKT、mTOR、S6K、4E-BP1、TSC1/2、MHC 和 VEGF mRNA相对表达量检测(RT-PCR)。D)骨骼肌和心肌蛋白p-S6、S6、p-4E-BP1和AKT含量检测(Webstern Blotting)。E)骨骼肌和心肌形态学检测:HE染色,免疫组化(细胞色素C氧化酶和血小板-内皮细胞贴附因子CD31)。结果:1)相关性结果:大学生(男性和女性)的VO2max(ml/kg/min)水平,①与其体重、BMI以及脂肪%、去脂肪重、肥胖率等显著性负相关。②与安静状态下心脏泵血功能、最大每搏量显著性正相关;与安静心率负相关;与最大心率关联不大。③与肺活量和肺的最大通气水平显著性正相关;与呼吸商显著性负相关;与呼吸肌收缩力量关联较小。④与力量和柔韧素质显著性正相关,其中,女性仅在背部力量有显著性正相关。2)比较分析结果:与大学生正常组相比,V02max偏低组的①体重、BMI和脂肪%等显著偏高,其中,男性受肥胖影响的程度更大。②最大每搏量和最大肺通气能力较低;男性的安静心脏泵血功能较差,女性两组间差距较小。③男性肺活量和肺呼吸强度较低,低于呼吸强度正常值的受试者百分比和啰音出现百分比较高;女性仅肺活量较低。④背部、腹部和腿部力量以及柔韧素质均较差,且男性之间差距更大。3)运动干预结果:12周的抗阻和有氧训练后,大学生的①脂肪%、肥胖率和腰臀比均显著性下降。②最大摄氧量、最大通气量和最大每搏量显著性提高,有氧训练的提升幅度更大;最大心率和呼吸商变化较小。③安静心脏泵血功能显著提高;呼吸强度和肺活量显著提高,且呼吸强度偏低和出现啰音百分比下降。④背部、腹部、腿部、握力和柔韧性显著提高,抗阻训练提升幅度更大。4)不同VO2max水平对运动干预影响的结果:经过12周的抗阻和有氧训练,与正常组相比,V02max偏低组大学生的①脂肪%、BMI下降幅度更大,抗阻对女大学生的减脂效果更好(包括正常组)。②最大心肺功能提高更大,有氧训练提高幅度更大;安静心脏泵血功能提高更大,有氧训练对男大学生改善更好,抗阻对女大学生更好。③呼吸肌力量和肺活量水平提升较小。④力量和柔韧素质提高更大,抗阻训练提升略好。5)动物运动干预实验结果:八周的抗阻和有氧训练后,①小鼠的体重增长显著,且有氧组增长幅度更大;抗阻对骨骼肌肥大显著,有氧对心肌肥大显著。②玻珀酸脱氢酶、柠檬酸合酶和乳酸脱氢酶的活性均显著提高。③抗阻组的骨骼肌和心肌的IGF-l/PI3K/Akt/mT0R蛋白翻译合成信号通路明显上调,有氧训练的这一趋势不明显或受到抑制。④骨骼肌和心肌线粒体的数量和血管新生水平显著性增加。结论:1)从参与本研究的大学生受试者看,大学生(男性和女性)体质现状不容乐观,其中,VO2max低于正常水平的接近60%,优良水平的不超过15%。2)脂肪%和BMI是最大摄氧量(ml/kg/min)重要影响因素,从心肺功能评价角度应该加以界定;从健康角度,其会给人体有氧工作能力带来负面影响。3)最大摄氧量不仅与心脏泵血和肺呼吸功能直接相关,而且与肌肉力量和柔韧素质存在关联;同时,有氧水平较低的大学生在心脏和肺功能以及力量素质上明显较差,这在一定程度上说明最大摄氧量不仅受心脏和肺等主要器官功能影响,而且与肌肉质量紧密关联。4)65-85%lRM(8-15次)的抗阻训练和(55-85%VO2max)中高强度的有氧训练均能优化大学生的身体成分,提高最大摄氧量水平以及心脏和肺功能,提高肌肉力量和柔韧素质。相比之下,抗阻训练对力量素质提高更明显,有氧训练对心脏和肺功能提升更明显。5)本研究结果发现,相比有氧水平正常组,较低组的大学生通过抗阻和有氧训练,其VO2max、心脏和肺功能以及力量素质均有更大水平的提高,这对青少年体质健康促进和全民健身运动具有重要的指导意义。6)8周的抗阻和有氧训练使小鼠产生的骨骼肌和心肌的肥大、线粒体增多等形态学上的有利变化,为人体研究中的心脏、肺功能和V02max的提高提供了最直接的证据。同时,有氧代谢关键酶活性提高和血管新生增加又进一步揭示了运动训练对氧气利用提高的内在生理适应。而蛋白合成信号通路的表达趋势则又从机制上揭示了抗阻和有氧两种不同训练方式在某一阶段产生的不同运动适应。