基于现场的次最大强度登楼测试用于估计中老年成人有氧能力与下肢力量的可行性

《Clinical Physiology and Functional Imaging》：Feasibility of a field-based submaximal stair ascent test for estimating aerobic capacity and lower-limb strength in middle-aged and older adults

　　

背景

功能能力评估是运动测试的关键组成部分，并可为成人群体的健康状况提供重要信息。然而，准确评估通常需要基于实验室的最大强度测试。本先导研究考察了基于现场、按自定节奏进行的次最大强度登楼测试，是否能够可行地评估中年和老年成人的有氧能力及下肢力量。

方法

28名参与者（女性20名，男性8名），年龄40至70岁，完成了最大强度跑台测试和等长腿举测试，分别用于评估最大摄氧量（VO₂max）和下肢力量。参与者还分别完成了4层和6层楼梯的两次自定节奏登楼。记录指标包括登楼时间、平均垂直功率，以及测试后的主观用力感等级（RPE）、绝对心率和相对心率。

结果

登楼时间和平均垂直功率与VO₂max及下肢力量相关，其标准化回归系数分别为?0.61至?0.27和0.41至0.73。然而，在控制年龄和性别后，这些相关性减弱且不再具有统计学显著性。基于最小绝对收缩与选择算子回归（LASSO）筛选出的两个表现最佳的登楼预测指标所建立的预测模型，对VO₂max显示出弱至中等的预测能力（R²?=?0.21–0.52），且交叉验证后的模型性能显著高于零。相比之下，这些模型对下肢力量的预测并不显著。

结论

这些初步结果提示，简短的自定节奏登楼测试可能为估计中老年成人有氧能力提供一种可行的现场评估方法。然而，其预测准确性似乎有限，仍需在更大样本中进一步检验。

该研究发表于《Clinical Physiology and Functional Imaging》，围绕“自定节奏次最大强度登楼测试能否作为中老年人功能能力现场评估工具”这一问题展开，重点考察其对有氧能力与下肢力量的估计价值。研究背景在于，功能能力是维持日常生活活动和独立性的核心基础，其中有氧能力与神经肌肉功能尤其关键。既往研究已充分表明，较高的有氧能力与较低的心血管疾病、2型糖尿病和死亡风险相关，同时下肢力量对抗重力支撑体重、反复完成日常功能动作也至关重要。然而，这两类能力的准确测量通常依赖实验室最大强度测试，例如VO₂max测试和最大力量测试。这类方法虽然精确，但成本较高、场地要求严格，且对体能较低、健康风险较高或不适于完成高强度测试的人群并不理想，因此亟需更加安全、便捷、低设备依赖的现场次最大强度评估方法。

在这一背景下，研究人员将楼梯上行这一日常生活中常见、同时兼具较高代谢负荷和机械负荷的动作，作为潜在评估任务加以检验。与平地步行相比，登楼需要反复将身体质量向上抬升，对心肺适能、下肢肌力和神经肌肉控制均提出更高要求；而与传统台阶试验相比，真实楼梯上行更贴近日常动作模式，也避免了高台阶和后退下台等可能对中老年人不利的设计。因此，开展该研究的必要性在于：验证一种简短、可自我控制强度、具现实生态效度的登楼测试，是否能够用于中老年人的功能能力筛查，尤其是有氧能力评估。

研究人员招募了40–70岁的健康、久坐型中老年成人，共纳入28人，样本来源为芬兰Jyv?skyl?地区工作场所公告板与社交媒体招募。研究设计包括两次实验室访问，约间隔1周。研究人员首先通过双侧最大等长腿举测试测量下肢力量，通过改良Balke跑台方案结合气体代谢分析测量VO₂max；随后在同一室内楼梯环境中进行4层与6层楼梯自定节奏次最大强度登楼。测试中记录登楼时间、平均垂直功率、测试后主观用力感等级（RPE）及心率指标，并采用线性回归分析、LASSO回归筛选预测变量，再以留一法交叉验证（LOOCV）和Bootstrap方法评估模型性能。上述方法构成了本研究的关键技术路径。

从整体结果看，研究得出的核心结论是：自定节奏登楼测试对有氧能力具有一定现场估计潜力，但其预测精度有限；对下肢力量则难以形成有效预测。研究结果还显示，登楼时间和平均垂直功率在未校正模型中与VO₂max和下肢力量均存在关联，但在控制年龄与性别后，这些关联不再显著，说明其解释力较大程度上受年龄和性别这一背景因素影响。这一发现提示，登楼表现虽与功能能力相关，但未必能够独立反映个体内在生理能力，尤其在样本量较小的先导研究中更应谨慎解读。

关于研究方法的简要概括如下：研究人员在芬兰Jyv?skyl?地区招募40–70岁健康久坐成人28名，进行两次实验室访问。采用改良Balke跑台气体代谢测试测量VO₂max，采用双侧最大等长腿举测定相对下肢力量；在室内楼梯完成4层和6层自定节奏次最大强度登楼，并记录登楼时间、平均垂直功率、RPE、绝对与相对心率。统计学上使用线性回归分析关联，采用LASSO回归筛选最佳预测指标，并通过LOOCV与1000次Bootstrap评估预测模型稳健性。

以下结合论文结果部分各小标题进行解读。

3.1 Study population and stair ascents
该部分首先描述研究样本与登楼测试的基本特征。参与者年龄范围40–70岁，平均54岁，女性平均年龄略高于男性。总体BMI均值为26.3 kg·m^?2，处于轻度超重水平。男性和女性的VO₂max存在明显差异，男性平均为41 mL·min^?1·kg^?1，女性为29 mL·min^?1·kg^?1，提示样本内部体能水平受性别影响较明显。登楼测试方面，4层与6层登楼平均耗时分别为57 s和94 s，男性整体上楼速度快于女性。4层和6层测试后的平均RPE分别为11.5和14.5，测试后心率分别为134 bpm和138 bpm，说明两种登楼任务均实现了次最大强度负荷，而6层登楼主观负荷更高。这一部分结果为后续分析提供了样本功能水平与登楼行为表现的基础背景。

3.2 Associations between stair ascent measures and functional capacity
该部分主要回答“哪些登楼指标与功能能力相关”。研究人员发现，在未校正模型中，登楼时间越短、平均垂直功率越高，个体的有氧能力和下肢力量越好，这一模式在4层和6层测试中均存在。具体而言，登楼时间与功能能力呈负相关，平均垂直功率与功能能力呈正相关，说明个体自选的登楼速度和单位时间内克服重力所做的功，能够在一定程度上反映体能状态。相比之下，测试后RPE、绝对心率和相对心率与功能结局变量并无显著相关，仅RPE和相对心率的效应量略强于绝对心率。

但该部分最重要的发现是：当研究人员将年龄和性别纳入校正后，原有相关性明显减弱且不再显著。这说明未校正状态下的关联，较大程度上可能源于年龄和性别同时影响登楼表现与功能能力。换言之，登楼快、垂直功率高的人，也往往是较年轻或男性，而这些特征本身就与较高VO₂max和较强下肢力量有关。此外，研究还指出，所有模型中，登楼指标与异速缩放（allometrically scaled）的VO₂max关联强于与按体质量比值校正的VO₂max关联，这为后续模型结果提供了重要解释基础。

3.3 Using stair ascent measures to estimate functional capacity
该部分进一步考察“登楼指标能否建立预测模型”。研究人员通过LASSO回归从多个登楼指标中筛选出最佳预测组合，结果显示较优组合主要包括平均垂直功率联合RPE，或平均垂直功率联合相对心率。基于拟合样本的表观性能分析，这些模型对有氧能力表现出中等解释能力，尤其对异速缩放VO₂max的解释度较高，R²约为0.53–0.60；而对按体质量校正的VO₂max，解释度略低；对相对下肢力量的解释度最低，仅约0.23–0.29。这表明登楼测试对有氧能力的反映强于对下肢力量的反映。

进一步采用LOOCV评估模型泛化能力后，研究人员发现模型对异速缩放VO₂max仍保持中等预测能力，R²约为0.43–0.52；对按体质量校正的VO₂max则为弱至中等预测，R²约为0.21–0.34，其中仅“6层登楼的平均垂直功率+RPE”模型的R²显著高于零。与之相对，所有模型对下肢力量的预测均无显著意义。由此可见，自定节奏登楼测试在估计有氧能力方面具有一定可行性，尤其是较长的6层登楼任务和以异速缩放方式表达VO₂max时表现更优，但它尚不足以作为下肢力量的可靠替代评估工具。

讨论部分围绕结果机制与研究局限进行了总结。研究人员认为，参与者自选的登楼节奏与其有氧能力和下肢力量有关，这与既往关于日常功能动作完成方式会反映体能水平的文献一致。但RPE和心率未显示独立关联，可能与测试指令要求参与者以“自选但较快的次最大强度”完成有关，即不同体能水平者倾向于选择各自相近的相对强度；此外，登楼持续时间较短，不足2 min，心率与主观用力感的动力学响应可能滞后，导致测试后单次记录的绝对或相对心率难以准确代表生理强度。研究人员据此指出，RPE和心率虽对单独关联有限，但与反映动作表现的平均垂直功率结合后，仍可提高对有氧能力的估计价值，因为这种组合同时整合了动作输出与主观/生理负荷信息。

研究还对为何异速缩放VO₂max预测优于按体质量标准化的VO₂max进行了阐释。由于平均垂直功率与体质量直接相关，而传统按体质量比值校正VO₂max可能引入系统偏倚，因此采用体质量^2/3异速缩放后，模型表现更合理。此外，6层登楼略优于4层登楼，提示更长持续时间的任务可能更能反映有氧供能成分。至于下肢力量未能被准确预测，研究人员认为原因在于该次最大强度登楼任务对健康中老年人而言力量要求仍偏低，每条腿约40–60次重复更接近低强度重复性任务，而非最大力量挑战。因此，登楼测试中捕捉到的RPE和心率更可能主要反映心肺与代谢负荷，而非下肢骨骼肌疲劳。

研究结论部分可译为：本先导研究提供了初步证据，表明自定节奏登楼测试可能是一种可行的中老年成人有氧能力现场评估方法。尤其是登楼时间和平均垂直功率与有氧能力及下肢力量均存在关联，提示这些简便指标可在一定程度上反映功能能力。此外，纳入登楼过程中的主观及相对生理强度信息，可能进一步增强对有氧能力的评估，但对下肢力量的信息增益较小。然而，鉴于样本量较小，这些结果需要谨慎解读，未来仍需在更大样本中加以验证，并建立同时纳入相关个体特征的稳健预测模型。

总体而言，该研究的重要意义在于为中老年人功能能力现场评估提供了一种具有现实生活情境基础的新思路。研究结果支持自定节奏次最大强度登楼测试作为有氧能力粗略筛查工具的潜力，尤其适合设备有限、需要较高可及性与可操作性的场景。但现阶段证据仍属初步，且受年龄、性别及样本构成影响较大，因此其应用更适合作为实验室评估之外的补充性工具，而非替代标准测量。