運動生理週訊(第466期)
登階可當規律的運動嗎？(May.27.2021)
林正常
忘不了的哈佛登階測驗
1970年代，在臺灣師大體育研究所就讀碩士學位的人，對於登階運動一定有很深的印象。那時候，原地跑步機 (treadmill) 與固定腳踏車 (bicycle ergometer)，雖已經問世，但仍不普遍，不少人就用登階運動做為誘發生理反應的運動工具或心肺適能評估工具。
筆者讀碩士時，就利用50.8公分高 (20吋) 的台階，每分鐘上下30次的運動頻率，踩踏5分鐘，即所謂的「哈佛登階測驗」，評估受試對象的心肺適能，觀察生理與生化反應 (心跳率、血中葡萄糖、丙酮酸與乳酸) 與心肺適能 (登階指數) 的關係。登階運動做為體能測試的方式，國內朋友一定不會陌生。體育主管單位，利用35公分高，每分鐘24次 (1分鐘96拍) 的頻率，持續踩踏3分鐘，作為心肺適能的檢測項目，因為測試對象範圍相當廣，登階測驗的強度相對較低。
圖1 登階設備擺置圖 圖2 節拍器
登階在生理研究上的應用
登階運動曾經被使用過一段時間，有運動工具，才能研究不同強度運動的生理生化反應，以及對於運動訓練的適應現象的探討。相較於原地跑步機與固定腳踏車，登階運動造價低廉、容易移動，可以逐步加高，同時有使用全身肌肉的優點。讀者可能不知道，測試最大攝氧量時，可以使用登階運動，登階運動所測出的最大攝氧量還高於固定腳踏車 (稍低於原地跑步機)。不可否認的，運動中要持續追蹤血壓、心跳率或甚至採血，由於身體震動幅度大於固定腳踏車，登階運動才沒有像固定腳踏車般的受重用。
登階運動還有一優點，是容易計算運動的作功。人有體重，登階時，將人抬高，位移距離就等於台階的高度，由於登階還依一定的頻率踩踏，因此，總運動的作功可以計算。登階的潛在缺點是運動到後半段，身體姿勢可能會因疲勞而改變，如上階時，上半身未能充分挺直，或如老年人或身體情況較差的人，身體重心，沒有能夠充分移到台階上，運動節奏也可能改變等。協助過體適能檢測的人，一定經歷過測試「要不要喊停」的尷尬場面。美國運動醫學會的預測公式雖然有這些潛在問題，美國運動醫學會曾經推出「登階運動的能量消耗公式」。按該公式，登階的能量消耗如下：
VO2 (ml/kg/min) =0.2 (steps/min) + (step height, m × steps/min × 2.4 ) + 3.5
| 註： | 上式中，登階水平動作耗能約0.2 ml/kg/min；垂直向心與離心成分耗能，約2.4 ml/kg/min；3.5 ml/kg/min為安靜代謝值。 |
依美國運動醫學會的預測公式，25公分高，每分鐘上下24次耗氧量為：VO
2 (ml/kg/min) = 0.2 (steps/min) + (step height, m × steps/min × 2.4 ) + 3.5 = 0.2 × 24 + 0.25 × 24 × 2.4 + 3.5 = 4.8 + 14.4 + 3.5 = 22.7 ml/kg/min。
一個人如82公斤，30分鐘的耗氧量=22.7 ml/kg/min × 82 kg × 30 min = 55,842 ml = 55.842公升氧。因為1公升氧的消耗，相當於5千卡 (2153 kgm)，這個人有279.21千卡的能量消耗。
預測公式是可以信賴的
Latin等 (2001) 曾經檢核此一預測公式的準確度，使用0.1 m, 0.2 m與0.3 m 等3種高度，每1分鐘20與25次上下之頻率，總共6種組合。招募55位19-35歲受試對象 (男29位，女26位) 參與此一實驗 (參閱：Med. Sci. Sports Exerc., Vol. 33, No. 10, 2001, pp. 1785–1788.)。
該耗氧量的實測，利用SensorMedics V29 Series Metabolic Cart。發現公式預測的誤差範圍，在1.3-2.5 ml/kg/min間，所有負荷組合的總和誤差是1.9 ml/kg/min。此一誤差大致上為0.5 MET。實測與公式預測的相關r = 0.95 (p ≦ 0.05)，估計標準誤為1.7 ml/kg/min。本研究證實預測公式的準確性是可以接受的。
可以上網輸入計算能量消耗
許多狀況都依賴上網的年代，人們只要有需要，就可以上網查詢。在登階方面，只要輸入體重、階高與踩踏速率，就能得到能量消耗的數據。筆者試過，ExRx.net網頁 (圖3)，顯示出的卡路里數與手算的結果一樣 (網頁不顯示小數點以下之數字)。此網頁依據美國運動醫學會的公式，才會有吻合的結果。
圖3 上網輸入數據，可迅速算出能量消耗。
圖3最右邊顯示出METs、氧消耗量 (VO
2 ml/kg/min) 與卡路里數 (Calories)。其中METs指代謝當量，意指運動的強度是安靜代謝的倍數，氧消耗量是每1分鐘每1公斤體重的氧消耗量。有些人運動目的，可能意在體重控制，斤斤計較吃與運動的能量數據時，卡路里數就有參考應用的價值。本文的重點在於登階運動是否適合當作規律運動的一種選擇。答案是肯定的。從心跳率反應可知，依筆者嘗試的運動強度，25公分高，每1分鐘24次，強度為中等 (moderate) 運動強度，屬於「夠強卻又不太強」的運動強度，可以連續踩踏30分鐘。
規律登階訓練的安全考量
登階作為運動工具的優點，筆者覺得最重要的是它動員了全身的肌肉。訓練效果應優於固定腳踏車 (或飛輪)。作為規律運動的選擇時，應該注意的，包括：一些安全顧慮，如可能腳尖踢到台階，或身體在上下階過程中，失卻平衡，有跌倒的問題。此外，訓練過度時，可能發生膝關節或下肢骨骼肌的傷害。
筆者多次試驗的結果，沒有任何副作用。附錄顯示登階運動的心跳率反應是2天內連續測試出的。為安全起見，注意事項包括：
| | 台階前面可以放置扶手，如椅背，必要時可以攙扶。 |
| | 腳踏的地上放置可以減少震動的瑜珈墊。 |
| | 穿著可以減少地面震動的運動鞋子。 |
| | 使用節拍器 (圖2)，強度先保守設定。一般人每分鐘24次上下，台階高度25公分，前幾次先踩踏3-5分鐘 (幾次後可再增加)。 |
| | 動作熟練之後，可以增加到連續踩踏10分鐘，休息5分鐘後，再踩第2回合10分鐘。年輕朋友也可以進階，提升台階高度，如30公分或35公分。 |
| | 年長者使用5公分或10公分台階高度，當然皆無不可。 |
| | 勿忘熱身與運動後伸展。 |
附錄：不同時間登階的運動心跳率反應
左圖為30分鐘登階，右圖為20分鐘登階，運動時間相隔1天。運動中心跳率上升趨勢大致上相似，運動時間長的，最大心跳率稍高 (147：136)，平均心跳率稍高 (128：123)。心跳率反應皆顯示隨運動時間的延長而增加心跳率反應。
左：5月26日 (30min, 25cm, 24 time/min)消耗236千卡 。
右：5月27日 (20min, 25cm, 24 time/min)消耗145千卡。
| 註： | 運動時間拉長，由於體溫增加、代謝物質堆積，組織水分流失與血中酸鹼值改變、即使同樣強度，心跳率會隨時間的經過而提高。有些人在做訓練效果的研究時，會做心跳率的追蹤觀察，在心跳率±差異達 ± 5次時，調整訓練強度；另一些人，則依原先訂定的訓練強度 (心跳率值)，不做強度的更動，兩種應該都可接受。 |
