運動生理學網站　攝氧量動力學(oxygen uptake kinetics)

運動生理週訊(第169期)

攝氧量動力學(oxygen uptake kinetics)(July.07.2004)

王錠堯

　　評量最大有氧運動能力的主要指標大致有下列五種：(1).最大攝氧量(maximal oxygen uptake)：從事最激烈的運動，組織細胞所能消耗或利用氧的最高值，是評估個人有氧作業能量與心肺耐力的最佳指標。(2).運動經濟性(exercise economy)：在一絕對運動強度下，所需要的攝氧量較少(較低的VO₂max百分比)，即代表運動的經濟性較好。運動經濟性的進步可以增進脂肪代謝的比率，研究推測可能與肌肉的彈性與運動時的流暢性有關。(3).最大攝氧量的速度(the velocity at VO₂max，V-VO₂max)：最大攝氧量與跑步經濟性的綜合指標。(4).乳酸/換氣閾值(lactate/ventilatory threshold)：血乳酸隨運動強度上升的轉折點；換氣狀況隨運動強度上升的轉折點。高於LT/VT的運動強度會產生生理機能的壓力，進而導致快速的疲勞及加速肌肉肝醣的消耗。LT/VT通常在50-80％VO₂max時出現。最大乳酸穩定強度(the maximal lactate steady state，MLSS)(運動生理週訊電子報第121期「穩定狀態(steady state)的最大運動強度評量(May.14.2002)」)是耐力運動能力的重要標準，與臨界負荷(critical power，CP)及臨界速度(critical velocity，CV)概念相似。(5).攝氧量動力學(oxygen uptake kinetics)：在特定的強度下運動3-6分鐘間的VO₂上升斜率，與有氧運動能力(VO₂max)呈現負相關(Jones & Carter, 2000)。

　　在這些指標中，最大攝氧量、最大攝氧量的速度、乳酸/換氣閾值皆需要透過漸增負荷運動測驗獲得，受試者皆須運動至接近衰竭，雖然是代表有氧運動能力的最佳指標，但因為需要昂貴儀器以及高運動強度，導致實際的應用性不高。運動經濟性是透過固定負荷的運動，觀察攝氧量的變化，以相對的概念比較心肺適能的優劣。攝氧量動力學同樣是以特定的強度，觀察從開始運動至攝氧量穩定間的3-6分間攝氧量的上升狀況，其具有測驗時間不長、運動強度不高的特點，且對於心肺適能的具有相當的效度，但其依舊需要透過昂貴的儀器進行測試。

　　以攝氧量動力學(oxygen uptake kinetics)一詞在SPORTDiscus進行搜尋可以發現83篇的相關文獻，該名詞最早出現在Oxygen uptake kinetics for various intensities of constant-load work.(Whipp & Wasserman, 1972)，該研究探討在不同運動強度下的攝氧量動力學的情況，由文獻的年代可以發現，攝氧量動力學是近幾年來運動生理學界熱門的研究主題。

　　攝氧量動力學的測量方式，主要是在固定的運動強度下，觀察攝氧量到達穩定前的變化狀況，一般來說攝氧量的變化情形，是以指數的型態增加，所以方程式主要的形式為： VO₂(t)= VO₂b+A×(1 - e ^-t/τ)，其中VO₂(t)隨時間變化的攝氧量，VO₂b是安靜時的攝氧量，A為穩定時攝氧量與運動開始時攝氧量的差，τ為時間常數，A與τ的高低便決定了心肺適能的優劣，以不同運動強度進行攝氧量動力學測試的結果發現，常數A(amplitudes)會隨著運動強度的增加而隨之增加，而τ(time constant)在超過乳酸閾值的運動強度沒有顯著差異(Carter, Pringle, Jones & Doust, 2002)，所以透過攝氧量動力學的評量結果，可以有效瞭解受試者在某種運動強度下的心肺適能狀況。

　　攝氧量動力學一開始是為了瞭解心臟病患者的心肺適能，後來逐漸的應用到一般人甚至運動員身上， Wang and Chen(1992)以40％VO₂max的固定強度進行測試，研究發現VO₂上升至穩定VO₂一半所需的時間(VO₂half-time)與VO₂max具有顯著負相關(r=-0.732)，VO₂half-time也可以代表個體的有氧運動表現；攝氧量動力學的現象，也存在於高強度的原地跑步機測驗結果，而且在相同的乳酸濃度之下，跑步機運動的攝氧量斜率顯著小於腳踏車運動(Jone & McConnell, 1999)；受過相同訓練的運動員，在運動初期攝氧量的上升速率與最大攝氧量達顯著正相關(Powers, Dodd & Beadle, 1985)；年長者及一般健康男性透過耐力訓練可以降低時間常數τ，增加攝氧量到達穩定狀態的速率(Babcock, Paterson & Cunningham, 1994; Yoshida, Udo, Ohmori, Matsumoto, Uramoto & Yamamoto, 1992)，但是對於青春期前的兒童而言，耐力訓練並不會影響攝氧量動力學的特徵(Cleuziou, Lecoq, Candau, Courteix, Guenon & Obert, 2002)；青少年男、女以相對於VO₂max的相同速度進行原地跑步機測驗時，相同VO₂max者有著相同的攝氧量動力學特性，也就是說攝氧量動力學的測驗不會受到性別的影響(Cempla, 1994; Fawkner, Armstrong, Potter & Welsman, 2002)，但是時間常數τ會受到年齡的影響，出現成年人高於兒童的現象(Fawkner, Armstrong, Potter & Welsman, 2002)；進行攝氧量動力學測驗的時間對於適當強度(換氣閾值以下)以及高強度(換氣閾值與最大攝氧量之間)的攝氧量與運動開始時攝氧量的差沒有影響，但是安靜時攝氧量會受到測驗時間的影響(Carter, Jones, Maxwell & Doust, 2002)。總括來說，大部分的研究皆顯示攝氧量動力學可以有效的評估心肺適能，而且攝氧量動力學的特徵指標具有不受性別影響、可以反映出年齡大小、任何固定的運動強度都具有代表性、測驗時間的早晚不影響測驗結果以及可以顯示出心肺適能在耐力訓練後所產生的改變(青少年與成年人)諸多優點。

　　國內目前進行有關攝氧量動力學的相關研究較少，但是攝氧量動力學簡易且對於心肺適能代表性高的特性，值得國內運動生理學者進行更深入的研究。未來也應該參考運動時攝氧量與心跳率變化的高相關性，瞭解心跳率在運動剛開始時的動力變化是否如同攝氧量一般，如此一來，今後的運動參與者或許就能透過心跳記錄器，瞭解自己心肺適能的狀況。

參考資料

Babcock, M. A., Paterson, D. H., & Cunningham, D. A. (1994). Effect of aerobic endurance training on gas exchange kinetics of older men. Medicine and science in sports and exercise, 26, 447-452.

Carter, H., Jones, A. M., Maxwell, N. S., & Doust, J. H. (2002). The effect of interdian and diurnal variation on oxygen uptake kinetics during treadmill running. Journal of sports sciences, 20, 901-909.

Cempla, J. (1994). Oxygen uptake in boys and girls during 2-min supramaximal running. Biology of sport, 11, 43-48.

Cleuziou, C., Lecoq, A. M., Candau, R., Courteix, D., Guenon, P., & Obert, P. (2002). Kinetics of oxygen uptake at the onset of moderate and heavy exercise in trained and untrained prepubertal children. Science sports, 17, 291-296.

Fawkner, S. G., Armstrong, N., Potter, C. R., & Welsman, J. R. (2002). Oxygen uptake kinetics in children and adult after onset of moderate-intensity exercise. Journal of sports sciences, 20, 319-326.

Jone, A. M., & McConnell, A. M. (1999). Effect of exercise modality on oxygen uptake kinetics during heavy exercise. European journal of applied physiology and occupational physiology, 80, 213-219.

Jones, A. M., & Carter, H. (2000). The effect of endurance training on parameters of aerobic fitness. Sports medicine, 29, 373-386.

Powers, S. K., Dodd, S., & Beadle, E. E. (1985). Oxygen uptake kinetics in trained athletes differing in VO2max. European journal of applied physiology and occupational physiology, 54, 306-308.

Wang, C., & Chen, J. (1992). Oxygen uptake kinetics characteristics of 40 percent VO2max constant work rate and aerobic performance. Sport science Beijing, 12, 58-62.

Whipp, B. J., & Wasserman, K. (1972). Oxygen uptake kinetics for various intensities of constant-load work. Journal of applied physiology 33, 351-356.

Yoshida, T., Udo, M., Ohmori, T., Matsumoto, Y., Uramoto, T., & Yamamoto, K. (1992). Day-to-day changes in oxygen uptake kinetics at the onset of exercise during strenuous endurance training. European journal of applied physiology and occupational physiology, 64, 78-83.