運動生理週訊(第311期)
心血管循環轉變對運動心跳率判定運動強度的影響(November.16.2014)
王順正、林玉瓊
運動生理週訊第218期「
運動時的心血管循環轉變 (cardiovascular drift)」(王予仕，2006) 一文中指出，耐力性運動員在身體缺水的狀態下長時間運動，會因為總血液量 (Blood Volume, BV)、平均動脈壓 (Mean Arterial Pressures, MAPs)、心輸出量 (Cardio Output)、心臟每跳輸出量 (Stroke Volume, SV) 的下降，造成運動時心跳率 (Heart Rate, HR) 上升 (Coyle & Gonzalez-Alonso, 2001)。這種長時間運動時的心跳率隨運動時間增加現象，稱為心血管循環轉變 (CV
drift) 或稱為心臟循環轉變 (cardiac drift)。Coyle與Gonzalez-Alonso (2001) 提出運動時心血管循環轉變的原因，跟皮膚血流量、交感神經活動、身體的核心溫度、總血量的變化有關，進而造成心臟每跳輸出量與平均動脈壓降低，形成運動心跳率的上升現象 (上右圖)。
由於運動訓練時經常會採用運動心跳率進行運動強度判定，再加上心跳率監測設備 (例如心跳錶) 與軟體 (例如App心跳率監測軟體) 的發展，讓運動心跳率來判定運動強度的方法，經常被推薦與使用。可是也有很多使用心跳率判定運動強度的疑問。在運動生理週訊第218期網頁中，網友留言如下：「本人30歲、168 cm、72 kg、polar 心跳表上顯示出最高心跳率191 bpm、直立心跳率55 bpm、休息心跳率44 bpm，用公式算出來的最大心跳率為220-30 (歲) = 190 bpm，可是在公路車比賽後心跳錶上的記錄著100%~105%可以維持60~90分鐘，當然早已超出極限值，請問這代表什麼?????????」。這種高強度長時間運動時，運動心跳率偏高問題，跟心血管循環轉變有密切的關係。由此可見，使用運動心跳率作為運動強度判定、運動訓練處方基礎的方法，具有實際應用上的問題。
Wingo等 (2005) 針對健康的志願參與者，在室溫35°C 、40%濕度的環境下，進行63%VO
2max的長時間原地腳踏車運動，研究發現在第15分鐘、第45分鐘時的心跳率分別為151.1±8.5 bpm、169.3±9.7 bpm，心跳率增加了12%、心臟每跳輸出量減少了16% (右圖)；以心跳率進行運動強度判定時，第15分鐘、第45分鐘的心跳率是最大心跳率的80.0±3.7%、89.6±3.9%，但是以攝氧量進行運動強度判定時，第15分鐘、第45分鐘的攝氧量是最大攝氧量的62.7±4.0%、63.7±3.9%。在熱環境下運動時，運動心跳率評量運動強度的百分比顯然會有高估現象，而且運動時間越長高估的幅度越明顯。
Lafrenz等 (2008) 針對經常訓練的長跑選手，探討熱 (35 ℃) 與冷 (22 ℃) 、濕度40%環境下，以60% VO
2max強度持續運動，第45分鐘運動時的心跳率比第15分鐘時多了11% (35 ℃) 與2% (22 ℃) ，心臟每跳輸出量則分別減少了11% (35 ℃) 與2% (22 ℃)，最大攝氧量則降低了15% (下圖左)。Wingo與Cureton (2006) 則以經常運動的志願受試者為對象，在運動開始後第8分鐘至第18分鐘加入風扇 (fan airflow, 4.5 m/s) 散熱與否的條件，對於在熱環境下進行60% VO
2max強度持續運動時，會有顯著的運動心跳率差異 (下圖右)。由此可見，當環境溫度增加、沒有使用散熱設備的情境下，運動心跳率確實會逐漸增加，提高了運動心跳率判定運動強度的困難度。
熱環境下 (35℃) (Lafrenz等, 2008) 與風扇使用 (Wingo與Cureton, 2006) 對於運動心跳率的影響
運動心跳率在運動時的變動性高，當運動時間增加、環境溫度提高、沒有散熱設備的情境下，運動心跳率會隨著運動時間的增加而提高，因此，使用運動心跳率判定運動強度、或者以運動心跳率控制運動強度時，有必要針對環境溫度、濕度等，可能影響運動心跳率高低的變項，提出必要的說明，做為高估運動強度幅度的判定依據。
上述「公路車比賽後心跳錶上的記錄著100%~105%可以維持60~90分鐘，當然早已超出極限值，請問這代表什麼?????????」的問題，當然就是台灣夏季氣候、高溫潮濕環境下的正常運動生理現象，運動心跳率隨著運動時間的增加而提高。運動參與者如果擁有監控運動時心跳率變化的工具 (例如心跳錶)，建議以運動開始後3至5分鐘的心跳率為運動強度判定依據，當運動的時間越長時，高估運動強度的現象就越明顯。
引用文獻
王予仕 (2006)。運動時的心血管循環轉變(cardiovascular drift)。運動生理週訊，218，
http://www. epsport.idv.tw/epsport/week/show.asp?repno=218
Coyle, E. F., & Gonzalez-Alonso, J. G. (2001). Cardiovascular drift during prolonged exercise: new perspective. Exercise and Sports Science Reviews, 29(2), 88-92.
Lafrenz, A. J., Wingo, J. E., Ganio, M. S., & Cureton, K. J. (2008). Effect of ambient temperature on cardiovascular drift and maximal oxygen uptake. Medicine and Science in Sports and Exercise, 40(6), 1065-1071.
Wingo, J. E., & Cureton, K. J. (2006). Body cooling attenuates the decrease in maximal oxygen uptake associated with cardiovascular drift during heat stress. European Journal of Applied Physiology, 98, 97-104.
Wingo, J., Lafrenz, A. J., Ganio, M. S., Edwards, G. L., & Cureton, K. J. (2005). Cardiovascular drift is related to reduced maximal oxygen uptake during heat stress. Medicine and Science in Sports and Exercise, 37(2), 248-255.
