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運動生理週訊(第201期)

固定心跳率跑速變異評估3000公尺跑步成績之研究(July.06.2005)

林必寧、王錠堯、王彥欽、楊群正、呂盈賢、王順正

摘要

　　3000公尺跑步是國軍基本體能檢測項目之一，以評量國軍的心肺適能優劣。固定心跳率跑速變異 (running speed variance，RSV) 類似心跳率動力學 (heart rate kinetics，固定強度運動的心跳率變異) ，代表人體在固定心跳率下，跑步速度會隨運動時間增加而下降的特殊運動生理現象。目的：探討固定心跳率 (80%最大心跳率，maximal heart rate，HRmax) RSV與3000公尺跑步成績的相關，並比較不同距離評量固定心跳率RSV的差異。方法：以海軍軍官學校學生34名為對象，年齡為19.26±1.90歲、身高為172.65±4.37公分、體重為64.74±6.26公斤，依平衡次序原則，進行最大努力3000公尺跑步、與80%HRmax (以220-年齡來代表) 的固定心跳率3000公尺跑步。進行每增加400公尺為一個階段，記錄至2800公尺止之階段跑步時間，計算五個階段距離與跑步時間成正比的數學關係，獲得不同距離評量的固定心跳率RSV。以積差相關檢定固定心跳率RSV與3000公尺跑步成績的相關，以相依樣本變異數比較不同距離固定心跳率RSV的差異。結果：不同距離固定心跳率RSV_400m-1200m(2.98±0.38m/s)、RSV_400m-1600m(2.92±0.32 m/s)、RSV_400m-2000m(2.88±0.30 m/s)、RSV_400m-2400m(2.87±0.30 m/s)、RSV_400m-2800m(2.85±0.29 m/s) 與3000公尺跑步成績 (794.09±48.53 sec) 皆顯著相關 (-0.60、-0.69、-0.70、-0.72、-0.76) ，不同距離固定心跳率RSV之間皆具備顯著相關(0.90至0.98之間)，且相互間沒有顯著差異。結論：固定心跳率 (80%HRmax)RSV可以有效評量3000公尺跑步成績；實際進行固定心跳率RSV測驗時，可以採用1600公尺進行測驗。

關鍵詞：固定心跳率跑速變異、3000公尺跑步、耐力運動表現

研究背景

　　自民83年起國軍推行國軍基本體能檢測制度(國軍體育總會, 1994)，測驗項目分別為一分鐘仰臥起坐、一分鐘引體向上、3000公尺跑步，分別針對腹部肌耐力、上肢肌力、心肺耐力等適能實施測驗，以評估官兵體能狀況，作為策進訓練作為之參考。但近十年來，無論是學生或是在營資深軍、士官，因社會進步、生活水準提高，健康狀況如心血管疾病、肥胖等疾病體能狀況日漸低落，這些學生因兵役關係進入軍中，資深軍、士官繼續留營，此類患者或隱性患者，成為部隊訓練與測驗的危險族群，3000公尺跑步測驗與訓練強度極高，若因而造成訓練危安事件，對部隊執行訓練影響甚鉅。

　　目前針對心肺耐力檢測評量方式，對於跑者的努力程度，仍存在無法控制的缺點。部分評量方式需要精密儀器，對實際於室外實施測驗的需求，有其限制存在，綜整發現目前對心肺適能測驗方法的缺點，有以下幾點：
1、固定負荷(跑步機跑速固定)、固定運動時間(12分鐘跑)造成受試者有不盡力的現象，所獲成績可能失真。
2、為獲得實驗數據，需歷經多次距離、強度不等的實驗步驟，耗費時間與人力，並考量測驗者之配合度。
3、負荷過大、強度過高，不適合年長或年幼者，如最大攝氧量測驗需跑至衰竭(高齡)、登階測驗階梯高度過高(年幼)等。
4、無法預防隱性心血管疾病患者，因最大努力運動狀態下，導致病發的危險。

　　研究指出，在未經訓練或一般訓練者中，運動強度超過40%最大攝氧量時，心臟每跳輸出量就不會增加，因此運動功率大於40%最大攝氧量時，心輸出量的上昇，只能單靠心跳率增加而達成(Power & Howley, 2002)，因此以運動心跳率控制運動強度，是目前較為簡易且廣為利用的運動強度控制手段。

　　王順正與林正常(1998)的研究指出，人體在固定負荷下持續運動時，心跳率會隨著時間逐漸增加，而心跳率增加的速度快慢與其體能狀況有關；心跳率動力學(heart rate kinetics ) ：代表固定強度運動的心跳率變異(Bearden & Moffatt, 2001; Engelen等, 1996)，實驗進行的方式係於實驗室中，以跑步機固定速度，並測量其心跳變異情形。固定心跳率跑速變異(running speed variance，RSV)概念，其意義是代表人體在固定心跳率下，跑步速度會隨運動時間增加而下降的特殊運動生理現象，即心肺功能好者速度下降率較低，適合配戴心跳記錄器於室外實施，所以本研究採用類似於心跳率動力學(Heart rate kinectics)的概念，以固定心跳率跑速變異(running speed variance，RSV)來評估與3000公尺跑步成績相關。

　　除了固定在非最大運動強度下跑步以外，如果跑步的距離可以減少，而且評量心肺功能的效度也不會降低時，將可以使得測驗的方法更方便、更簡要。因此，本研究將以不同距離的固定心跳率跑速變異評量結果為為依變項，進行3000公尺跑步成績的相關考驗，以便確認跑步距離縮短對於測驗效度的影響。事實上，針對部隊中不適宜進行最大運動測驗的危險族群或高齡者，設計一套安全、有效、不需昂貴設備、無須於實驗室環境中進行的心肺適能測驗方式，相當具有實用價值。

研究目的

　　本研究目的探討固定心跳率跑速變異與3000公尺跑步成績的相關情形，同時比較不同距離評量固定心跳率(80% HRmax)跑速變異的差異。

研究方法

一、研究對象

　　以海軍軍官學校學生34名為對象，年齡為19.26±1.90歲、身高為172.65±4.37公分、體重為64.74±6.26公斤。

二、實驗步驟

　　依平衡次序的原則，進行最大努力3000公尺跑步與80%最大心跳率 (maximal heart rate，HRmax；以220-年齡的公式來評估)固定心跳率3000公尺跑步兩種測驗。

(1).最大努力3000公尺跑步

　　本研究於標準四百公尺田徑場跑道，進行3000公尺跑步測驗，受測學生以最大努力完成，並列入其學期成績，以符合測驗常態，獲得實際測驗成績。

(2).固定心跳率跑速變異測驗

　　實驗進行前，依據受試者的年齡，計算個人最大運動心跳率及80％HRmax與50% HRmax。實驗仍於標準的四百公尺田徑場跑道上進行，測驗前，讓受試者配戴心跳記錄器，並設定80％HRmax ± 5次運動時目標心跳範圍警示，以利受測者自我控制。配戴好心跳記錄器後，受試者先行進行熱身，並於熱身完畢後，待心跳率下降至50% HRmax後實施測驗，以避免因熱身所造成疲勞，導致所獲數據失真。

　　在80％HRmax±5次心跳數強度範圍內，於標準400公尺跑道進行3000公尺跑步，前400公尺為調整期，以達到目標心跳率，並維持至全程結束。自400公尺以後，每400公尺記錄通過時間，並以跑步距離與跑步時間的線性模式，計算受試者的固定心跳率跑速。實際資料的採用是依據跑步距離：400、800、1200、1600、2000、2400、2800公尺的總跑步時間(皆由開始跑步的時間算起)成正比關係(至少三個距離，如：400-800-1200公尺)的數學評量，以便獲得不同距離評量固定心跳率跑速變異量。

三、統計方法

　　以積差相關檢定固定心跳率跑速變異與3000公尺跑步成績的相關，以單因子重複量數變異數分析比較不同距離固定心跳率跑速變異的差異。

結果

一、不同距離固定心跳率RSV的差異性

　　不同距離固定心跳率(80%HRmax)RSV的測量結果如下表所示。各測量值之間並沒有顯著差異。

表一、不同距離固定心跳率RSV測驗結果。

不同距離固定心跳率RSV	平均數±標準差
RSV_400-1200	2.98±0.38 m/s
RSV_400-1600	2.92±0.32 m/s
RSV_400-2000	2.88±0.30 m/s
RSV_400-2400	2.87±0.30 m/s
RSV_400-2800	2.85±0.30 m/s

二、不同距離固定心跳率RSV與3000公尺跑步成績的相關

　　不同距離固定心跳率(80%HRmax)RSV間的相關介於0.90至0.98之間(表二)。RSV_400-1200、RSV_400-1600、RSV_400-2000、RSV_400-2400、RSV_400-2800與3000公尺跑步成績(794.09±48.53 秒)的相關分別為-0.60、-0.69、-0.70、-0.72、-0.76。

表二、不同距離固定心跳率RSV與3000公尺跑步成績之相關。

變項	RSV_400-1600	RSV_400-2000	RSV_400-2400	RSV_400-2800	3000公尺成績
RSV_400-1200	0.97*	0.92*	0.90*	0.90*	-0.60*
RSV_400-1600		0.97*	0.95*	0.96*	-0.69*
RSV_400-2000			0.97*	0.96*	-0.70*
RSV_400-2400				0.98*	-0.72*
RSV_400-2800					-0.76*

* p< .05

圖一不同距離RSV與3000公尺跑步成績之相關

討論

　　本研究結果顯示，RSV_400-1200與3000公尺跑步成績相關為-0.60(p<.05)，略小於RSV_400-1600至RSV_400-2800與3000公尺跑步成績相關-0.69(p<.05)至-0.76(p<.05)，代表在80% HRmax強度下自1600公尺至2800公尺完成的時間，均可作為3000公尺跑步測驗的替代項目。

　　RSV對3000公尺成績之解釋量，隨距離變項增加而增加，但是因為控制在較低強度下導致跑速變慢，而致使測驗時間增長，則違背了本研究尋求安全簡易評量方式的本意(距離長時測驗時間過長)，故考量RSV_400-1600與RSV_400-2000之距離變項及實際測驗時間，應該是較為可行的測驗距離選擇。

　　不同距離固定心跳率RSV，無顯著差異，顯示跑者的3000公尺跑步是在穩定的狀態下以80％ HRmax的強度完成；王順正(2000)指出除運動強度的改變會改變運動心跳率以外，「運動時間」也是相當重要的影響因素。本研究的結果證明在1600公尺至2800公尺的80％ HRmax強度下，運動心跳率的變異具備固定的趨向。依據研究結果顯示RSV_400-1600與RSV_400-2000與3000公尺跑步成績相關達-0.69與-0.70其解釋量(R²)亦達47%與48%，比對這兩個距離所耗費的時間，在縮短測驗時間實際需求下，可以作為替代項目之選擇。

　　除此之外，在降低測驗強度的需求下，若降低心跳率(70% HRmax)以較低強度以獲得運動心跳率穩定的狀態下測驗，其跑速變異是否與3000公尺成績有顯著相關，仍須研究證實。

　　本研究結果發現固定心跳率(80%HRmax)RSV，確實可以有效評量3000公尺跑步成績；實際進行固定心跳率RSV測驗時，可以採用1600公尺進行測驗。

參考文獻

Bearden, S. E., & Moffatt, R. J. (2001). VO₂ and heart rate kinetics in cycling: Transitions from an elevated baseline。Joural of Applied Physiology, 90(6), 2081-2087.

Engelen, M., Porszasz, J., Riley, M., Wasserman, K., Maehara, K., & Barstow, T. J. (1996). Effects of hypoxia on O₂ uptake and heart rate kinetics during heavy exercise。Journal of Applied Physiology, 81(6), 2500-2508.

Power, S. K., & Howley, E. (2002). 運動生理學：體適能與運動表現的理論運用 (林貴福, 徐台閣 & 吳慧君， Trans. 林正常總校閱 ed.)。台北市：麥格羅希爾國際股份有限公司。

王順正(2000)。運動心跳率的變動性。運動生理週訊，71。運動生理學網站，http://www.epsport.net/epsport/week/show.asp?repno=71。

王順正、林正常(1998)。呼吸循環穩定閾值的比較研究。我國大專運動科學86學年度研究獎助專刊，81-91。

國軍體育總會(1994)。國軍基本體能測驗。台北：國防部。