对希尔(Hill)最大摄氧量理论的质疑


近年来，有学者对这一运动科学的经典理论 提出了挑战。 Noakes 是最坚决的反对者，他认为， Hill 对 其实验数据的最初解释就是错误的，在此错 误 基 础 上 建 立 的 Hill 的 平 台 现 象 (plateauphenomenon) 理论也是完全错误的， 但却作为运动科学的一个基本原理存在了70 多年。
对希尔(Hill)最大摄氧量理论的质疑

看来摄氧量理论之争仍将继续下去。 无论 Noakes 对最大摄氧量理论的否定最 终是对还是错，他这种善于思考，勇于 挑战经典理论的科学精神是值得运动生 理学工作者学习的。
對“氧債”概念的質疑


随着科学技术的发展，维克司(Vicksi)等人 用放射性同位素研究了运动后乳酸代谢的 命运。 布鲁克司在 1973-1980 年间，用衰竭的鼠 注入同位素 14C 标记的乳酸钠，在不同的 恢复阶段，测量了血液、心、肝、肾和肌 肉中的乳酸，并用二维空间 X 线照相技术， 看到在恢复期内乳酸的通路是多途径的。
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我们在大样本测定最大摄氧量的基础上，也发现 并不是所有的受试者都能出现摄氧量平台。 有训练者更易出现“标准”的平台现象。 而无训练者往往未出现平台前就因为疲劳而不得 不终止实验程序。 我们认为（時慶德），摄氧量的极限是普遍存在 的，但最大摄氧量对运动能力的重要性有赖于个 体训练程度。
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Hill 和 Lupton 推断他们在最快跑速时 (16km／hr) 测 得的摄氧量代表一种表面的，而不是真正的稳定态。 Noakes 认为 Hill 得出这一结论的基础仅是一种循环 推论，而循环推论则是基于Hill潜意识中对运动性疲 劳的解释。 Hill潜意识中认为运动性疲劳是由氧缺乏引起的，他 自然将其对结果的解释局限在这一框架内(图2)。
對“氧債”概念的質疑
體溫的升高 1977年．布鲁克司(Brooks)用很多实验证 明，运动时最大的代谢废物是热，热在运 动散发到体外，但同时提高了体温，当体 温升高1cC时，身体的代谢率可增加到13 ％。 此時肌肉细胞内的线粒体消耗的氧量最多， 故其有人体发动机之称。
對“氧債”概念的質疑
16km/hr
12.1km/hr
10.9km/hr
Time(secs) 圖1
Hill以3種不同速度完成4min跑時的攝氧量
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作者这样解释其数据：“受试者以一定速率运动时， 运动肌乳酸含量从起始时的低值逐渐增高。 乳酸含量升高会增加氧化速率，因此如果最终氧供 应充足，将达到乳酸氧化清除率和生成速度平衡的 稳定态。 只要运动保持恒定速度，肌肉中乳酸浓度也将保持 恒定。下方的三条曲线代表真正的稳定态，上方的 曲线仅是一种表面的稳定，其氧摄取已达到最大， 氧债迅速增加”。
對有氧與無氧代謝能力某些問題的 質疑與思考
--------探索與分析
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1922年，Archibald Vivian Hill凭借对两 栖类动物离体肌肉能量代谢的出色研究， 获得了当年的诺贝尔生理和医学奖。
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第二年， Hill 等人进行了一系列人体实验， 发表了一篇关于肌肉运动、乳酸及氧的供 应和利用的论文，首次提出机体利用氧的 能力存在上限的观点。 他认为：摄氧量在运动中会达到一个最大 值，由于循环和呼吸系统的限制，摄氧量 不会无限制的增加。



根据赫勃格 (Hubeger)，运动后恢复期耗氧 量恢复曲线的慢成分，有60％-70％可归于 肌温升高的原因。 运动后肌温不可能立刻下降到安静时水平 的情况，导致肌肉的代谢仍维持在较高水 平。 实验证明，运动后恢复期内耗氧量的恢复 曲线，与体温和肌肉温度的恢复曲线是十 分一致的。
對“氧債”概念的質疑
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Hill 进一步推论：“氧摄取会达到极限，并保持基 本恒定，这是因为循环和呼吸系统的限制摄氧量不 能继续增加”(有人称其为假稳定状态)。 Hill等人在这些及以后的研究中没能同时测定氧债 或肌肉／血乳酸水平，也没能使他们的假说接受进 一步的检验。 从逻辑上讲，应再测定跑速在 16km／hr 以上的摄 氧量，如果摄氧量同 16kin／hr 时相同甚至更低， 才会支持其理论。
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因此在递增负荷运动时，即刻摄氧量并不是按照 负荷递增而准确地呈线性增加，而是以相对更无 规律的模式变化。 当取样间隔时间延长后，摄氧量的可变性减小。 当取样时间间隔大于 60 秒后，摄氧量表现为随 工作负荷递增而线性增加。
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Myers等人认为，在递增负荷运动中，摄氧量变化 的速率是不稳定的，经常在次最大强度时会出现短 暂的负向变化，从而表现为“平台现象”。 他们提出：“当工作强度变化时，摄氧量随之发生 的变化有相当大的可变性。表明摄氧量平台 ( 定义 为最大强度运动时摄氧量变化斜率基本为零 ) 不是 一个标志最大努力程度的可靠的生理学指标”。


Noakes认为，只有Myers等人的研究直接测定是 否在递增负荷运动中会出现摄氧量平台，“所有 运动科学工作者都有必要阅读这篇文献”。 Myers 等人测定了稳态 (steady—state) 运动和递 增负荷运动时的摄氧量。他们连续计算了运动过 程中摄氧量变化的速率和方向，发现以一次呼吸 (breath—to—breath)或较短时间取样计算出的摄 氧量有相当大的可变性，这主要是潮气量变化所 致。
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Hill的最大摄氧量理论被广泛应用，大多数有关运 动员运动能力的研究文献中都有最大摄氧量的指 标。 人们认为最大摄氧量即“机体在运动时单位时间 内能摄取并利用的氧的最大值”的大小以及它对 运动训练的适应性对运动有重要意义。 它反映了机体运输氧及利用氧的能力，也就是呼 吸系统、心血管以及线粒体的功能和能力，是决 定运动员的运动能力和成绩的重要因素。 最大摄氧量理论是运动科学的基础之一。
對“氧債”概念的質疑

氧债学说认为，运动后恢复期的额外氧耗与运动过程中的 氧亏是相等的，即B=對“氧債”概念的質疑


图示在剧烈的长时间运动后，恢复期的额 外氧耗可以持续24小时以上，甚至有人观 察到，跑完马拉松恢复期的第80分钟时， 其耗氧量仍高出安静时的70％。 为此，并不能用运动时的氧亏量解释运动 后的过量氧耗。 另外，如上所述，在运动后恢复期的过量 氧耗也不能用乳酸的积累去解释。
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Hill及其同事在1924年发表的另一部专著中又详细 探讨了最大摄氧量的问题，确立了最大摄氧量理论。 Hill 提出，最大摄氧量受到心血管和呼吸系统的限 制，“超过此限度后，无论跑速如何增加，摄氧量 都不会再增长，心脏、肺和氧至运动肌纤维的扩散 都已达到极限。 此时机体对氧的需求……不能得到满足，乳酸堆积， 氧债连续增加，疲劳和力竭开始”。
对希尔(Hill)最大摄氧量理论的质疑
Hill認爲：缺氧引 起運動疲勞 因此：疲勞時缺氧
跑速為16km/hr是疲勞
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Noakes 认为 Hill 是从在 16km／hr 跑至疲 劳时的主观感受出发，得出了氧必定缺乏 的主观结论。 因 此 ， Hill 等 人 推 测 “ 在 跑 步 这 种 运 动 中……很明显每一个体都存在某一临界速 度 ……在此速度之上，最大摄氧量是不够的， 乳酸堆积，氧债连续增加，疲劳和力竭开 始”。
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对无训练者来说，最大摄氧量并不是运动 能力的决定因素。在动用到最大的摄氧能 力之前，已有其它因素使受试者达到疲劳， 无法继续运动程序，因此仅表现为摄氧量 随运动强度递增而增加，而不会出现平台 对于有训练者，其它限制运动成绩的因素 可能已经因训练而产生适应，摄氧量对机 体运动能力的限制才会表现出来。
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然而，Hill等人并未作进一步研究，因此不 能推断摄氧量会有“平台”现象，以及摄 氧量在16km／hr最大。 所以他们主要的结论，即在递增强度运动 中摄氧量会出现平台并未得以证实。
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对Hill假说可从两方面提出质疑。 • 首先，代表最大摄氧量的平台现象是否真正存在； • 第二，运动时无氧代谢逐渐增加，以及导致运动 终止的生理生化变化就是由无氧代谢引起的这一 经典观点也值得推敲。 • Hill和Lupton没有解释他们所提出的最大摄氧量强 度或更高强度运动时疲劳产生的机制。他们仅认 为乳酸在这一过程中起作用，但没有回答肌肉或 血乳酸浓度升高怎样引起疲劳的问题。
儿茶酚胺的影响 儿茶酚胺是由肾上腺髓质所分泌，它与交 感神经系统的活动密切相关，运动的强度 愈大儿茶酚胺分泌就越多。 运动后，儿茶酚胺的浓度仍保持在较高水 平上，它的去甲肾上腺进细胞膜上的 Na、 K泵的活动增强，从而消耗过多的氧。 革尔登 (Golden) 报告，给狗去甲肾上腺素， 可使狗的耗氧量增加40％。
對“氧債”概念的質疑

如果在剧烈运动中，测出恢复期早期血 乳酸的浓度没有改变，只表明此时进入 和排除的血乳酸的速率相等，是维持在 高水平上的动态平衡，而绝不能认为乳 酸未参加代谢，恰恰相反，乳酸是一种 积极参与代谢的活泼物质。
對“氧債”概念的質疑



这样看来，乳酸与过量氧耗的关系并不密 切，因此也就谈不上还债的问题了。 最明显的实例是麦克阿特症患者的病例。 患这种病的人肌肉中缺乏磷酸化酶，故这 类患者肌肉丧失生成乳酸的能力，但在实 验中仍可见到这类患者在运动之后的恢复 期，同样出现过量氧债。即非偿还乳酸之 债; 氧债的概念可以废除。