正如那句名言所说："无法测量，就无法改进。" 这篇文章就来给大家详细讲解，都有哪些生理测试可以帮助我们评估运动表现。
心肺代谢测试
心肺代谢测试，也叫 VO 2 max 测试或气体代谢测试，能够测量我们在运动过程中心肺功能和代谢指标的变化情况。
测试原理
具体来说，给受测运动员戴上专业面罩后，就可以直接测量吸入和呼出气体的体积和浓度。
这包括摄氧量（VO 2）、二氧化碳排出量（VCO 2）以及通气量（VE，也就是与外界交换的总空气量）。
把这三个核心的心肺代谢参数结合起来分析，我们就能评估一个人的心肺反应能力、能量消耗情况（也就是单位时间内消耗了多少千卡热量），还能确定两大主要燃料来源——碳水化合物和脂肪——各自对供能的贡献比例。
心肺功能分析
在代谢测试中测量摄氧量（VO 2），能让我们了解身体吸收、运输和利用氧气来重新合成 ATP（三磷酸腺苷，细胞的能量货币）的能力。而最大摄氧量，就是我们常说的 VO 2 max。
代谢测试的方案设计都是让运动强度逐步递增。通过这种递增方案，我们可以捕捉到气体交换曲线（VO 2 和 VCO 2）以及通气反应曲线（VE）斜率的转折点，这就是所谓的"通气阈"。
VO 2 是氧气摄取量（Oxygen Uptake/Consumption）的缩写，表示单位时间内人体摄取和利用的氧气量。
VCO 2 是二氧化碳排出量（Carbon Dioxide Output）的缩写，表示单位时间内人体通过呼吸排出的二氧化碳量。
低强度阶段的呼吸特征
在运动强度较低的阶段（训练强度一区和二区），通气量 VE 会随着 VO 2 和 VCO 2 线性增长。
这时 VE 的增加主要靠潮气量（每次呼吸的空气量）增加来实现。简单说，这个阶段你的呼吸频率还比较稳定，只是每次呼吸吸入的氧气更多了。
第一通气阈（VT 1）
超过二区强度后，二氧化碳的产生速度开始超过氧气的消耗速度。
由于通气量（VE）主要由输送到肺部的二氧化碳来调节，为了避免二氧化碳过度堆积，VE 相对于 VO 2 的增长就会变得不成比例——涨得更快。
第一通气阈（VT 1）就标志着从二区到三区的过渡点。
脂肪燃烧与碳水消耗
通常情况下，最大脂肪氧化强度（Fatmax，即脂肪燃烧效率最高的强度点）会出现在 VT 1 之前。
需要注意的是，即使在一区和二区，身体也已经在消耗相当多的碳水化合物了。
超过 VT 1 后，代谢需求增加，无氧糖酵解系统变得更加活跃，乳酸生成开始增多。
第二通气阈（VT 2）
到了第二通气阈 VT 2 这个强度，身体的碳酸氢盐缓冲系统已经无法应对持续增加的氢离子（H+）产生。
这会导致氢离子逐渐堆积，也就是出现代谢性酸中毒（Wasserman, Karlman et al.，2011）。此时，VE 相对于 VCO 2 和 VO 2 的增长都会急剧加速。
超过 VT 2 后，呼吸频率和分钟通气量（每分钟呼吸的空气总量）会相对于摄氧量的增加出现不成比例的飙升。这意味着你开始呼吸得更急促，但每次呼吸摄入的氧气反而变少了。
心肺代谢测试中通气参数的理论变化曲线
测试方案设计
递增幅度（瓦/分钟或瓦/级）和起始功率需要精心设计，确保整个测试时长足够长，能清晰辨别气体交换和通气曲线的变化（比如至少 10 分钟左右）。
但又不能太长，否则可能无法达到真正的 VO 2 max。
之后每次重测时，都要采用相同的测试方案，这样才能确保结果具有可比性。
运动经济性评估
心肺功能分析还能测量运动经济性（骑行或跑步经济性），也就是在特定速度或功率下的能量消耗。
同样的强度下, 两个运动员的能量消耗可能完全不同。良好的经济性是耐力运动表现的关键因素之一。
要知道，经济性的提升是独立于其他表现指标（VO 2 max、阈值）的，所以它对于完善你的能力档案、追踪训练进步来说必不可少。
代谢分析
把三个核心的心肺代谢参数（VO 2、VCO 2、VE）结合起来，我们就能评估一个人的代谢能力。
代谢指的是身体分解营养物质、形成细胞可用能量化合物的过程。
能量消耗与燃料利用
通过心肺代谢测试，我们可以测量运动中的能量消耗（单位时间内消耗多少千卡），从而确定碳水化合物和脂肪这两大燃料来源各自的供能贡献。
对于耐力运动来说，高效利用脂肪是提升表现的关键因素。因为身体的脂肪储备几乎是无限的，而碳水化合物储备却很有限。
因此，确定你的 Fatmax 占 VO 2 max 的百分比（也就是脂肪燃烧效率最高的强度区间），以及你的 Fatmax 绝对值（克/分钟，即每分钟最多能燃烧多少克脂肪），都非常有价值。
根据你的训练目标，可以有针对性地提升其中一项或两项。
效率分析
能量消耗分析还能测量总效率，也就是做功（功率输出）与代谢能量总消耗之间的比值。
换句话说，就是你的"能量转化效率"有多高。那些没有转化为机械功的能量，都以热量的形式散失了。
效率越高的运动员，在耐力项目中往往能取得更好的成绩。
总的来说，心肺代谢测试在国内还远远没有得到充分利用。以前这类测试主要在医院进行，目的是评估你是否适合运动，测试内容也比较简单，没有充分挖掘代谢测试的全部价值。现在，一些专业的运动表现实验室开始提供高水平的心肺代谢测试服务，使用医疗级别的设备，目的就是全面评估你的运动表现。因此，这类专业测试的分析深度要远超传统的医疗运动测试。
血乳酸测试
血乳酸测试是最容易获得、最简单实用的生理指标测试，可以客观反映你的生理状态。
乳酸的生成与清除
血乳酸水平反映的是乳酸生成和清除（利用）之间的动态平衡（Brooks, G A.，1985）。
乳酸的生成取决于糖酵解系统的活跃程度，而乳酸的清除则取决于乳酸穿梭机制的数量以及有氧氧化系统的能力。
乳酸仪上的读数告诉我们的，是乳酸生成速度和清除速度之间的差值。基于这个数据，我们可以确定两个乳酸阈值，它们对应前面提到的两个通气阈。
两个乳酸阈值
乳酸阈 1（LT 1）标志着乳酸生成速度开始超过清除速度的那个强度点。这是血乳酸曲线上的第一个拐点。
乳酸阈 2（LT 2）标志着乳酸生成急剧增加的强度点。超过这个强度，就无法再维持稳态了。
血乳酸会持续上升，随着时间推移，你会不可避免地被推向 VO 2 max 强度。
测试要点
要让乳酸测试准确有效，每个强度级别的持续时间必须足够长，让乳酸有充足时间从肌肉扩散到血液循环中。
只要满足这个条件，血乳酸就是运动强度的可靠指标。它特别适合用来划分训练区间、追踪训练进步。
血乳酸测试还有个优势：不需要做到力竭，所以可以在训练周期的任何阶段进行，不用担心疲劳或状态影响测试结果。
血氧饱和度测试
VO 2 max 是决定表现的关键因素，而现在我们已经可以评估是什么在限制它的提升。
从 Hill 的理论说起
VO 2 max 概念的提出者 Archibald Hill，当年的研究是基于 20 世纪初的技术条件。
他计算得出，运动时动脉血（携带氧气输送到肌肉的血液）的氧饱和度约为 90%，而静脉血（从肌肉返回、氧气被消耗后的血液）的氧饱和度约为 10-30%，并认为这个数值对所有运动员都适用（Bassett, D. R., Jr, & Howley, E. T., 1997）。
这个假设意味着动静脉氧差（动脉血氧含量减去静脉血氧含量）基本是固定的，因此心输出量就成了决定 VO 2 max 的主要因素，这也是 Hill 的核心观点。
新技术带来的新发现
如今，我们有了 Hill 那个年代没有的新研究成果和新技术，比如可以同时测量脉搏血氧饱和度（SpO 2）和肌肉血氧饱和度（SmO 2）。
因此我们发现，不同运动员在最大强度运动时的动脉血氧饱和度存在个体差异（通过 SpO 2 测量），工作肌肉利用氧气的能力也各不相同（通过 SmO 2 测量）。
这意味着，我们不能再简单地认为所有运动员的动静脉氧差都是一样的。
VO 2 max 的多重限制因素
这就为我们打开了新的研究方向：除了最大心输出量，VO 2 max 还可能受到其他因素的限制。
比如肺部气体交换能力的限制，或者骨骼肌氧化代谢能力的限制。
这些个体化的限制因素差异，可以解释为什么不同运动员对同样的训练计划会产生截然不同的反应（Prampero PE, 2003）。
近红外光谱技术（NIRS）
能够帮助我们评估这些个体差异的技术，就是近红外光谱技术（NIRS）。
配备 NIRS 技术的传感器会发射近红外光，光线穿透皮肤进入肌肉组织，与肌肉发生相互作用后，再反射回传感器的探测器。
来自 Upside Strength 的 Sean Seale 是法国顶尖的 NIRS 专家之一
NIRS 的测量原理
传感器采集原始数据后，通过 Beer-Lambert 定律的算法进行处理，可以得出总血红蛋白含量（THb，反映传感器光路范围内的血红蛋白总量，可以作为血容量的参考指标）。
以及氧合血红蛋白占总血红蛋白的百分比（也就是肌肉血氧饱和度 SmO 2）。
这些数据的原理是：氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白对光的吸收光谱不同——简单说就是"颜色"不同。
个性化训练方案
把脉搏血氧饱和度（SpO 2）和肌肉血氧饱和度（SmO 2）结合起来，我们就能测算出最大动静脉氧差，并据此制定针对性的训练方案。
比如一个运动员的 SmO 2 最低值是 10%，SpO 2 最低值是 97%，那他的最大动静脉氧差就是 87%。
这个运动员要想提高 VO 2 max，已经无法通过增加动静脉氧差来实现了（因为已经接近极限）。根据 Fick 方程（VO 2 = 心输出量 × 动静脉氧差），他需要提高心输出量，特别是每搏输出量。
相反，如果一个运动员的 SmO 2 最低值是 36%，SpO 2 最低值是 98%，那他要提高 VO 2 max，就需要增大动静脉氧差。
针对提升肌肉氧气利用能力的训练，很可能会有效提升他的 VO 2 max。
而对于那些在最大强度时 SpO 2 会降到 90%以下的运动员，则应该重点加强呼吸系统的训练。
因此，NIRS 测量可以用来观察肌肉的氧气供应和氧气消耗之间的平衡关系。
这让 NIRS 传感器成为评估表现两大核心要素——氧气输送能力和氧气利用能力——的绝佳工具。
肺功能测试
肺功能测试可以评估呼吸系统的能力，特别是肺容量和呼气功率。
呼吸系统的双重功能
呼吸系统有两大核心功能：从空气中摄取氧气，以及排出体内的二氧化碳。
但呼吸本身也是要消耗能量的，因此它也可能成为限制运动肌肉最大摄氧量的因素。
氧气的"争夺战"
实际上，在最大强度运动时，呼吸肌做功消耗的氧气大约占 VO 2 max 的 15%。
所以可以说，运动肌肉和呼吸肌肉之间存在"氧气争夺战"。
由于呼吸肌肉对生命至关重要，当氧气供应不足时，身体会让运动肌肉的血管收缩，以确保继续向呼吸肌肉供氧。
这种血管收缩现象在超过第二阈值的高强度运动中尤为明显，其结果就是限制了运动肌肉的氧气供应。
参与做功的肌肉得到的氧气少了，功率输出自然就会下降。
呼吸效率的关键要素
因此，参与呼吸的肌肉（膈肌、肋间肌、颈部肌肉和腹部肌肉）必须足够强壮、有耐力。
这些肌肉之间还要有良好的协调性，再加上良好的胸廓活动度，才能保证呼吸效率。
肺功能测试这个指标，可以帮助我们判断是否有必要在训练计划中加入呼吸肌训练，以此来提升运动表现。
总结
评估运动表现，需要在内部指标（生理指标）和外部指标（功率、速度）之间找到平衡。单纯的功率测试是不够的。
功率数据的局限性
功率数据只是身体内部各种供能系统协同工作的最终结果，它无法描绘出运动员的完整能力画像。
这就好比我们测量骑行速度来推算功率一样——结果会受到坡度、风阻、路面摩擦等诸多因素影响。
宏观与微观的结合
评估表现还需要在宏观指标（血乳酸、气体代谢）和微观指标（肌肉血氧、脉搏血氧（NIRS）、肺功能）之间综合分析。
把所有这些指标结合起来，我们才能更准确地找出真正限制运动员进步的关键因素。
参考文献
Bassett, D. R., Jr, & Howley, E. T. (1997). Maximal oxygen uptake: « classical » versus « contemporary » viewpoints. Medicine and science in sports and exercise, 29(5), 591–603. https://doi.org/10.1097/00005768-199705000-00002
Prampero PE (2003) Factors limiting maximal performance in humans. Eur J Appl Physiol 90 (3-4): 420-9
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