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如何根据呼吸数据计算 VO₂ 和 VCO₂

VO₂ 表示身体消耗的氧气量，VCO₂ 表示身体产生的二氧化碳量。本指南介绍计算这两个数值所需的测量、公式和检查步骤。

VO₂ 和 VCO₂ 的含义

VO₂ 是身体在一段时间内摄取的氧气体积。VCO₂ 是同一时间内释放的二氧化碳体积。两者通常以升/分钟或毫升/分钟表示。

仅凭饮食记录无法准确计算这些数值。通常需要测量呼吸的空气量，以及空气中氧气和二氧化碳的比例。这种方法称为间接量热法，因为它通过气体交换来推算能量消耗。

计算需要吸气和呼气的气流数据，以及两者各自的氧气和二氧化碳比例。气体比例以小数表示，因此以百分比记录的读数在代入公式前必须除以 100。所有气流数据都必须对应相同的时间长度。

气体体积会随温度、压力和水蒸气含量变化。因此，吸入和呼出的体积需要先换算到相同的参考条件下，再进行比较。实际使用中，配置正确的测量系统通常会在处理数据时完成这些修正。

许多开放式系统会直接测量呼气流量，但不会以同样的方式测量吸气流量。这时可以假设进入和离开身体的氮气量不变，并据此估算吸入体积。这种方法称为哈尔登变换。

先用 1 减去氧气和二氧化碳的比例，计算氮气比例。随后按公式 VI = VE × (1 − FEO₂ − FECO₂) ÷ (1 − FIO₂ − FICO₂) 计算吸入体积。所有气体比例都要用小数表示，并且在中间计算步骤中不要四舍五入。

获得在相同条件下测得的 VI 和 VE 后，可按公式 VO₂ = (VI × FIO₂) − (VE × FEO₂) 计算摄氧量。二氧化碳产生量可按公式 VCO₂ = (VE × FECO₂) − (VI × FICO₂) 计算。如果气流以升/分钟输入，计算结果也以升/分钟表示。

吸入二氧化碳这一项有时非常小，但除非计算方法明确将其视为可忽略，否则不应去掉。保留实测值可以让公式保持一致。计算时始终使用未四舍五入的气体比例，只在最后将结果四舍五入到合适的小数位数。

将升/分钟换算为毫升/分钟，可乘以 1,000。要计算相对于体重的 VO₂，用升/分钟表示的 VO₂ 乘以 1,000，再除以体重（千克）。结果以毫升/千克/分钟表示。

相对值有助于比较体型不同的人所测得的数据，但这个计算无法解释结果之间的所有差异。运动强度、呼吸模式、近期进食情况，以及读数是否稳定，都可能影响数值。只有在测量条件大致相似时，才比较不同读数。

用 VCO₂ 除以 VO₂，可得呼吸交换比，通常简称 RER。这个比值反映当时身体利用的碳水化合物和脂肪的比例，但不能直接反映最近吃下的食物。高强度运动、强度变化以及呼吸模式不稳定，都会让短时间的读数更难解读。

饮食记录记录的是摄入的能量和营养素，而 VO₂ 和 VCO₂ 描述的是测量期间的气体交换。蛋白质和碳水化合物每克约提供 4 千卡，脂肪每克约提供 9 千卡，但这些教科书中的换算系数不能用来还原精确的气体交换结果。应把呼吸数据计算和饮食记录视为相互补充的背景信息，而不是可以互换的测量结果。