算我雞婆
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運動生理週訊(第108期)
無氧閾值的問題(November.23.2001)
王順正
每一位參與過慢跑的運動參與者都知道，以很慢的速度持續跑步一段距離以後，人體的呼吸、心跳等生理反應都會達到穩定狀態(steady state)，也就是呼吸、心跳等都會相當穩定。在這種呼吸、心跳穩定的狀態下，若增加一點跑步的速度，馬上就會有呼吸、心跳加快的生理反應，如果此時的速度沒有太快(當然是有個別差異)，那麼呼吸、心跳等就會達到另一個穩定狀態。有時候，慢跑的速度增加一些，很快的就會感覺呼吸急促、心跳過快，不得不減慢跑步的速度，否則很快就會感覺疲勞而停下腳步。
無氧閾值(anaerobic threshold，簡稱AT)就是指透過人體運動時的各項生理反應判定，確認人體由「有氧運動」，開始有「無氧性能量」參與的運動強度。一般來說，AT是判斷一個人有氧運動能力的有效指標之一。人體在AT以下的強度進行運動時，他所進行的運動稱為「有氧運動」，在AT以上的強度進行運動時，就是有「無氧性能量」參與運動時的能量需要，容易產生疲勞。由此可見，AT可以用來判定你進行的運動是否為有氧運動。
在運動生理學的實際應用上，通常，AT代表一個人的訓練狀況與訓練效果指標，因為，AT相較於最大攝氧量的比例，可以看出一個人使用氧氣的效率高低。對於一般社會大眾來說，AT大約是最大攝氧量的55%至65%，耐力項目運動員的AT則往往大於最大攝氧量的80%。由於，耐力項目運動員的最大攝氧量都顯著大於一般社會大眾，再加上AT比例上的差距，一般人與耐力項目運動員在AT時的攝氧量，往往具有二倍以上的差異。假設一般人的最大攝氧量為40ml/min/kg，耐力運動員的最大攝氧量為70ml/min/kg，那麼兩者在AT時的攝氧量即是24ml/min/kg與56ml/min/kg的差別。
早期，AT的概念是由OBLA(onset of blood lactate accumulation)的概念而來。由於乳酸的產生與「無氧性能量」代謝密切關連，因此透過血乳酸濃度在達到2mM/L或4mM/L時的運動強度，來代表一個人「無氧性能量」代謝「開始」參與的時機。隨著AT相關研究的發展，判定AT的生理變項已包括心跳、呼吸、血乳酸、肌電圖、以及自律神經系統反應、……等。整體而言，這種透過漸增(incremental)負荷運動方式評量的AT，以呼吸及血乳酸的生理反應現象較受肯定，因此，最近二十年來，漸有以換氣閾值(ventilatory threshold)、乳酸閾值(lactate threshold)或個體無氧閾值(評量血乳酸，individual anaerobic threshold，簡稱IAT)取代無氧閾值名稱的趨勢。基本上，透過血乳酸的評量，測量到血乳酸急速增加的運動強度稱為乳酸閾值或IAT，透過換氣的分析與評量，測量到換氣量或二氧化碳產生量急遽增加時的運動強度稱為換氣閾值。
除此之外，人體在固定運動強度下、進行等速度運動時，人體的各項生理反應的變化狀況是否會有穩定狀態出現，也是相當受到注意的研究主題。基本上，在無氧閾值的運動強度下持續運動一段時間，人體的各項生理反應應該會出現穩定狀態才對。因此，最大呼吸穩定強度(maximum ventilatory steady state)與最大乳酸穩定強度(maximum lactate steady state)的研究，也是無氧閾值的相關研究主題之一。事實上，這類固定強度的持續運動方式，反而比漸增強度的運動方式更接近實際的運動比賽狀況，其實，這種找出可以持續運動較長時間或血乳酸與換氣狀況不會隨運動時間增加的最大運動強度，反而是比較受到教練與運動員注意的研究課題。
整體而言，以往有關AT的研究發現，以不同的身體生理變項(心跳、血乳酸、換氣、肌電圖、自律神經系統反應)進行AT的評量時，會出現不同的評量結果，特別是在心跳、肌電圖、以及自律神經系統反應等生理變項的研究上，評量的結果更不一致。很顯然的，以AT這種概括的方式說明一個人的身體生理活動狀況處於「有氧」或「無氧」的生理現象，是相當不客觀的說法。
除此之外，人體在安靜休息狀態下，並不是沒有乳酸的產生，而是乳酸的產生與排除達到平衡狀態。而且，人體在高強度的運動狀況下，肌肉並非處於「無氧」的狀態，而是來不及使用肌肉內或人體內的氧氣(來不及的原因可能是有氧代謝必須在肌肉細胞的粒腺體內進行)。事實上，人體的運動並沒有全然有氧與無氧性運動，主要是程度上的能量參與比例差異。
最特別的是，對於Mcardle病患不會產生乳酸的AT研究發現，儘管換氣的狀況已經大量的增加，患者體內的血乳酸濃度並沒有顯著改變。顯然，有一些人，並沒有血乳酸隨著運動強度的增加而改變的現象。
無氧閾值似乎很難(也可能沒有辦法)界定清楚「有氧」與「無氧」界線的人體生理反應特徵，而且，隨著運動時間的增加，體溫的上升、肌肉的疲勞、心理上的煩躁等，都可能顯著影響無氧閾值相關研究的客觀性。無論如何，筆者仍然相信這種特定強度「界線」的人體特殊運動生理現象，只是未來還需要更多更完整的研究來確認。
運動生理週訊(第49期)
臨界速度在耐力訓練上的應用(March.17.2000)
林正常
耐力訓練是運動訓練上，相當重要的一個部分，幾乎一半以上的選手，經常要從事耐力訓練。尤其是一些耐力運動項目之運動選手，用在耐力跑的訓練，恐怕要佔訓練時間的大半。「有氧運動」、「每週三次、每次20至60分鐘的耐力運動」等，更是社會大眾耳熟能詳的運動參與方式。由此可見，耐力訓練確實是相當重要且基礎的運動方式。本文介紹一個在運動生理學上，近年來研究頗為熱絡的一個主題 － 「臨界速度」的概念，希望同好，能夠加以應用，以將耐力訓練，科學地定質與定量。
什麼是「臨界速度」呢？
臨界速度是能夠長時間持續運動不致疲勞的最高速度，英文稱為「critical velocity，簡稱CV」。中文定義上具有耐力、穩定與最高的涵義。臨界速度與臨界動力(critical power，簡稱CP)共通地使用，因訓練的方式之不同而異。
知道無氧閾值概念的人都明白，無氧閾值與臨界速度的概念幾乎一樣。無氧閾值(anaerobic threshold) 是能夠維持穩定狀態的最大運動強度。無氧閾值與臨界速度(動力)的概念，前者指「生理反應上的穩定」，後者指「運動能力上不疲勞」。
希望運動教練與一般社會大眾們，不要因為上述意義上的辨識，而如丈二和尚摸不著頭腦，搞昏了頭。事實上，它的應用相當容易，更重要的是它也相當有用。在此必須說明的是，速度與動力是不一樣的，用於跑步、游泳時明顯的，單位是速度，至於原地腳踏車測力器時，則單位必須換成動力，此點是大家首先要認識清楚的。以下主要在說明跑步，因此單位大致上用速度來表達。
臨界速度有何用？
臨界速度在訓練上可以「小兵立大功」來形容。以下簡要說明之。
1.評估心肺耐力
評量心肺功能的最佳指標是最大有氧能量，也就是最大攝氧量的評量。由於此種評量需要昂貴的測量硬體，有一些預估方法逐漸應運而生，如登階測驗、固定腳踏車與耐力跑測驗等相繼發展出來。
以跑步運動來說，1984年Hughson等人探討6名長距離選手，每人在原地跑步機上作 6個速度的最大耐力跑，由最大持續時間計算臨界速度，同時將臨界速度與最大攝氧量求相關，結果兩者的相關係數達0.84(P<.05)。1991年Housh也是利用原地跑步機，觀察10名男性選手的臨界速度與最大攝氧量的相關，發現兩者的相關達0.86(P<0.5) 。Pepper等人(1992)則發現兩者的相關為0.81。早期國外學者的研究結果顯示，臨界速度對心肺功能(最大攝氧量)的解釋量在66%至74%間。最近幾年的研究結果則發現，利用適當的數學計算模式評量的臨界速度，對於心肺功能的解釋量可達85%以上。
2.預測耐力跑速度
對於運動選手而言，預測耐力運動表現可能比預測心肺功能較有意義，也較有興趣。臨界速度預測耐力跑運動能力的功能，可謂無出其右。臨界速度與運動表現的相關，可參考下表。
跑步能力與臨界速度的相關
測量項目 效度係數 研究者
400公尺跑 0.84 王順正,林正常(1996)
800公尺跑 0.95 (同上)
1500公尺跑 0.99 (同上)
1000公尺跑 0.75 Kolbe等人(1994)
10000公尺跑 0.85 (同上)
21.1公里跑 0.79 (同上)
表中之資料得知，800 公尺跑與1500公尺跑相關最高，距離太短的與太長的，如21.1公里跑，或許因為其他如心理、溫度等因素，相關係數又開始下降了。
3.設定耐力訓練強度
對運動選手來說，臨界速度的最大用途，或許在耐力訓練強度設定方面。在此方面的應用，臨界速度有相當大的潛力。競賽選手要測量數個距離(通常三個距離)的成績相當容易。在臨界速度算出之後，耐力性跑者可依臨界速度的85% 的速度來訓練，事實上，85% 至100%範圍內都可以嚐試。臨界速度 85%的跑步可算相當有氧，不太堆積乳酸，100%大致稍稍無氧，乳酸些微增加。超過100%對純粹有氧的訓練可能開始不利了。
4.臨界速度的計算
臨界速度是利用數學模式代入公式計算出來的，數學模式雖有好幾種，結果的相關極高，數值的大小卻有些許不同。由於計算的方式複雜，無法在此詳細說明，應用時可按下表循例計算，就可用小計算機輕易算出。
下表中，D、T、Σ與M 分別代表距離(distance)、時間(time)、總和與平均(mean)之意。跑者可測量400、800與1500公尺的最佳成績，先將成績填入下表之時間欄，循序計算即可獲得臨界速度。上例如測量 800、1500、3000公尺，或1000、2000、或4000公尺，或甚至測四、五個距離都可。不過，必須注意的是，距離太短無氧因素介入，太長則浪費時間，心理因素也介入，都會影響對臨界速度的測量。
臨 界 速 度 計 算 實 例
距離(D) 時間(T) (T－MT) (D－MD) (T－MT)2 (T-MT)(D-MD)
400公尺 53.90秒 －84.01 －500公尺 7057.68秒 42005
800公尺 115.78秒 －22.14 －100公尺 486.74秒 2213
1500公尺 244.04秒 106.14 600公尺 11265.74秒 63684
總和2700公尺 413.72秒 18813.12秒 107902
平均 900公尺 137.91秒
Σ(T-MT)(D-MD) 107902公尺
臨界負荷＝ --------------------------- ＝ ----------------------- ＝ 5.74 公尺/秒
Σ(T－MT)2 18813.12秒
上述實例，臨界速度算出來的結果是每秒5.74公尺，表示此選手如以此速度跑步，可以長時間持續不會疲勞，可用此來訓練有氧耐力或與他人比較有氧耐力。不過，此計算方式雖然簡單，卻也有高估臨界速度的缺陷，實際採用時，有必要瞭解高估的事實。
臨界速度(負荷)的概念可以說是近年來運動科學繼無氧閾值之後的重大發展，數學的原理頗為複雜，但計算並不困難。運動選手，尤其是耐力項目的選手，可以用臨界速度評估心肺功能或耐力，預估耐力，或用來作耐力跑訓練處方之依據。
參考資料
Hughson RL, Orok CJ and Staudt LE (1984) A high velocity treadmill running test to assess endurance running potential. IJSM,5:23-25.
Housh TJ, Johnson GO, McDowell,SL, Housh DJ and Pepper M (1991) Physiological responses at the fatigue threshold. IJSM,12:305-308.
Pepper ML, Housh TJ and Johnson GO (1992) The accuracy of the critical velcoity test for predicting time to exhaustion during treadmill running. IJSM,13:121-124.
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