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運動生理週訊(第121期)

穩定狀態(steady state)的最大運動強度評量(May 14, 2002)

王順正

　　有關耐力運動表現與人體運動生理變化的相關研究方面，除了有關漸增強度的運動測驗方式，以及由固定強度下的運動表現來評估最大有氧運動能力以外，有一些研究是利用固定強度下運動時的生理反應現象，評估生理反應會出現穩定狀態(steady state)的最大運動強度。Moritani與deVries(1980)首先提出肌電圖疲勞閾值(electromyogram fatigue threshold，簡稱EMG_ft)的概念與測驗方式，來評量積分肌肉肌電圖(IEMG)不會隨著運動時間增加而增加的EMG_ft。Matsumoto等人(1991)的研究也發現，利用IEMG斜率係數(slope coefficient，簡稱SC)測驗，計算出的EMG_ft負荷與無氧閾值負荷並沒有差異且顯著相關。我們的研究(王順正與林正常，1992)卻無法證實肌電圖疲勞閾值(EMG_ft)是評估無氧閾值的有效方法。

肌電圖疲勞閾值的判定(electromyogram fatigue threshold，王順正與林正常，1992)

　　最大乳酸穩定強度(maximal lactate steady state，簡稱MLSS；Ginn與Mackinnon，1989 ；Aunola與Rusko，1992；Beneke等人，1996)也是利用固定強度運動時的血乳酸反應狀況，來評估運動時血乳酸濃度不會隨著運動時間增加而提高的MLSS負荷。

　　利用相同於EMG_ft與MLSS的評量概念，Wagner與Housh(1993)首先提出心跳穩定閾值強度(physical working capacity at the heart rate threshold，簡稱PWC_HRT)的概念，研究發現為了維持等速運動時心跳率的穩定，似乎只能在輕負荷的條件下才有可能出現。Thomas與Fregin(1990)也發現，只有在非常輕負荷的等速運動條件下，馬(horse)的心跳率與換氣量才有可能會出現穩定狀態。

　　除了心跳率以外，Overend等人(1992)發現不管是年輕或年老的受試者，在24分鐘的臨界負荷的強度下運動時，攝氧量不會隨著運動時間的增加而提高，換氣量則會隨著運動時間的增加而線性增加。Gaesser等人(1995)則發現在CP強度下運動，換氣量不會隨著運動時間增加而提高，在臨界負荷加15Watts的強度下運動，換氣量則有隨著運動時間線性上升的現象。

　　理論上來說，一個人在相同強度的運動條件下，心跳率、換氣量、攝氧量與二氧化碳產生量等呼吸循環系統的反應狀況應該相當的接近，但是，在不同強度的條件下運動時，心跳率、換氣量、攝氧量與二氧化碳產生量等呼吸循環反應增加斜率(incremental slope of cardiorespiratory response，簡稱ISCR) 趨向是否一致？1998年王順正與林正常研究發現，心跳率出現穩定狀態的跑步速度有顯著小於攝氧量與二氧化碳產生量出現穩定狀態的跑步速度之現象。四種呼吸循環變項出現穩定狀態的跑步速度中，只有攝氧量出現穩定狀態的跑步速度與5000公尺平均速度以及最大攝氧量顯著相關。對於長距離的運動表現而言，攝氧量顯然是比心跳率、換氣量與二氧化碳產生量更具有運動生理學意義的人體運動生理反應。

　　以往的研究(Hofmann等人，1997)也發現，漸增強度的腳踏車運動時，不一定會出現所謂的心跳率偏斜點。似乎利用運動時心跳率的變化狀況，來評估能夠運動到極長時間的評量方式相當值得懷疑。無論如何，儘管心跳率的測量與評估，在運動過程中是最簡單與方便的呼吸循環系統變項，但是，相當多的研究發現以心跳率反應狀況來分析最大有氧運動表現的負荷，似乎是值得考慮的評量方式。

　　Clark等人(1996)的研究也發現，在漸增強度的跑步運動過程中，換氣量與二氧化碳產生量間的並沒有顯著的關連，造成運動過程中VE增加的原因，並不是因為二氧化碳產生量的產生量提高所形成，造成換氣量在運動過程中提高的因素，可能還需要進一步的探討。Riley等人(1996)的研究則發現，呼吸系統的攝氧量與二氧化碳產生量反應並無法立即有效的反應肌肉的的代謝狀況。似乎由呼吸系統的二氧化碳產生量反應來評估運動時的人體生理現象，有其限制存在。整體而言，攝氧量顯然是比換氣量與二氧化碳產生量更適合用來評量運動時人體生理穩定狀態反應的生理變項，值得運動生理學研究者與運動教練們推展採用。

　　無論如何，透過各種生理變項出現穩定狀態的最大運動強度評量，將有助於說明無氧閾值僅以「漸增負荷」強度評量才會出現的缺陷，再加上大部分的運動參與者或運動員，都會習慣性的以某一個運動強度跑步、走路、騎車、游泳、……，進而提高了評量最大穩定狀態強度的應用性與實用程度。

參考資料

Aunola,S. and Rusko,H. (1992). Does anaerobic threshold correlate with maximal lactate steady-state?. Journal of Sports Science,10(4):309-323.

Beneke,R., Heck,H., Schwarz,V. and Leithauser,R. (1996). Maximal lactate steady state during the second decade of age. Medicine and Science in Sports and Exercise,28(12):1474-1478.

Clark,A.L., Volterrani,M., Piepoli,M. and Coats,A.J.S. (1996). Factors which alter the relationship between ventilation and carbon dioxide production during exercise in normal subjects. European Journal of Applied Physiology,73(1/2):144-148.

Gaesser,G.A., Carnevale,T.J., Garfinkel,A., Walter,D.O. and Womack,C.J. (1995). Estimation of critical power with nonlinear and linear models. Medicine and Science in Sports and Exercise, 27(10):1430-1438.

Ginn,E.M. and Mackinnon,L.T. (1989). The equivalence of onset of blood lactate accumulation, critical power and maximal lactate steady state during kayake ergometry. Abstract. Proceedings of the First IOC world Congress on Sport Sciences:34.

Hofmann,P., Plkan,R., Von Duvillard,D.P., Seibert,F.J., Zweiker,R. and Schmid,P. (1997). Heart rate performance curve during incremental cycle ergometer exercise in healthy young male subjects. Medicine and Science in Sports and Exercise,29(6):762-768.

Matsumoto,T., Ito,K. and Moritani,T. (1991). The relationship between anaerobic threshold and electromyographic fatigue threshold in college women. European Journal of Applied Physiology,63:1-5.

Moritani,T. and deVries,H.A. (1980). Anaerobic threshold determination by surface electromyography. Abstract. Medicine and Science in Sports and Exercise,12:86.

Overend,T.J., Cunningham,D.A., Paterson,D.H. and Smith,W.D.F. (1992). Physiological responses of young and elderly men to prolonged exercise at critical power. European Journal of Applied Physiology,64:187-193.

Riley,M., Wasserman,K., Fu,P.C. and Cooper,C.B. (1996). Muscle substrate utilization from alveolar gas exchange in trained cyclists. European Journal of Applied Physiology,72(4):341-348.

Thomas,D.P. and Fregin,G.F. (1990). Cardiorespiratory drift during exercise in the horse. Abstract. Equine Veterinary Journal. Supplement,(9):61-65.

Wagner,L.L. and Housh,T.J. (1993). A proposed test for determining physical working capacity at the heart rate threshold. Research Quarterly for Exercise and Sport,64(3):361-364.

Wang,S.C. and Lin,J.C. (1998). Steady running speeds of different cardiorespiratory responses during prolonged running. 1998 Asian Conference of Sport Science and Physical Education, Taipei, Taiwan.

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