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健康體能

2019-08-14 18:42:50

提升最大攝氧量,提升你的運動能力也改善你的健康!

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哪個跑步者不夢想跑得更遠、更快、更省力?事實上,大多數跑步者都知道練習和訓練會讓你跑得更好,但變好的原因似乎難以捉摸。科學家們已經做了很多的研究來解釋這些跑步能力的提升,在很大的程度上跑步的進步可以歸結為一個簡單但重要的生理因子:最大攝氧量(VO2 Max)。

 

什麼是最大攝氧量?

當你開始跑步時,你的身體會進行一系列的生理變化,這些生理變化是用來支持你身體運動強度的增加,兩個最明顯的生理變化是-心跳和呼吸。當你的運動強度增加,心臟開始加快跳動時,你的呼吸也會變得更為急促,你需要同時增加呼吸和心跳的頻率(你的心臟幫浦含氧血液到你工作的肌肉)是因為你的身體需要足夠的氧氣來創造能量以維持心肺的運作。

 

當你可以有效消耗和使用的氧氣越多,在一定強度下運動就會越容易,這就是訓練提高最大攝氧量的好處。

 

 

在運動科學的領域中,一般認為VO2 Max是有氧運動體適能中最根本的測量依據。事實上,身體運用氧氣的能力非常重要,氧氣會用來分解碳水化合物以及脂肪來轉化為肌肉組織可以使用的燃料。

 

接著,我們來了解一下VO2 Max的意義,VO2 Max的單位值是ml/min/kg,代表每公斤的體重在每分鐘的最大耗氧量。世界級的耐力型運動員多半會有非常高的VO2 Max。優秀長跑選手的VO2 Max大都高於70 ml/min/kg。一般沒在訓練的普通人,最大攝氧量大多落在40ml/min/kg。所以可想而知要成為一位優秀的跑者,VO2 Max是關鍵數值之一。這就好比一台跑車,要有一個較大的油箱來提升續航力,也才能為強大的引擎提供充沛的能量,最終才能跑得更快。

 

Mary Hardin-Baylor大學運動科學教授Jamey Plunk博士說:「VO2 Max是衡量心肺適能鍛煉最大氧氣輸送和利用的指標,它是可訓練的並且在某種程度上,它受遺傳學控制 - 任何個體只能通過訓練達到其遺傳最大潛在的VO2 Max。」因此,雖然每個人都可以透過訓練提高他們的VO2 Max,但不是每個人都有Eliud Kipchoge的遺傳潛力。

 

發生在運動員身上的生理變化,主要來自心血管系統、呼吸系統、代謝反應,以及肌肉進化的綜合反應,最早也最明顯的變化是VO2 Max的增加。這可以透過費式方程式(Fick principle)說明

 

VO2 Max = MHR x SVmax x AVO2 difference

 

  • MHR:最大心跳率
  • SVmax:最大心搏量是指『每次心跳最大血液輸送量』
  • AVO2 difference:動靜脈含氧量差是指『動脈與靜脈裡最大含氧量的差異』

 

簡單的說,VO2 Max是呼吸、循環、肌肉這幾個系統協力運作,吸入氧氣輸送並使用的結果。一般來說肺循環氣體交換能力及血紅素在健康的人身上是不太有問題的,但是心臟收縮的能力,微血管的密度,血液的容積等等因素都會是影響最大攝氧量是否達到一個跑者遺傳極限的因素。

 

經過訓練之後,血液的容積會增加,可以增加氧氣運輸的總量;心肌會變得肥大、心室的容積增加,冠狀動脈變粗(心臟的血液循環系統,供給心臟的營養),代表著心臟每一次的跳動可以打出更多血液,這也是為什麼許多耐力運動員在休息的時候,可以有低於一般人的心跳;進入肌肉的微血管密度也變得更高,方便血液的進出跟廢物的排出。

 

 

 由於缺乏動機或缺乏訓練知識,很少有人達到最大遺傳潛力的最大攝氧量。如果你想在一段時期內看到最大的改進,你必須知道如何有效地訓練這個項目。 

 

提高VO2 Max的好處 

增加VO2 Max最明顯的好處是你可以在跑步成績方面看到進步。例如,如果你希望在半馬減少秒數,那麼增加VO2 Max可以幫助你實現目標,部分原因是由於你在訓練VO2 Max時必須增加無氧閾值(anaerobic threshold)。 

 

所謂的無氧閥值,是你的運動強度太高而無法滿足僅通過氧氣消耗來提供運動所需的能量需求的臨界點(有氧意味著“帶氧”)。即使你越來越努力地呼吸,你開始感覺你的工作肌肉在燃燒,這表明你沒有獲得足夠的氧氣來產生維持你所付出的努力所需的能量。你的身體已經開始使用厭氧系統(厭氧意味著“沒有氧氣”)來幫助你繼續前進。最終,你必須減速或停止,恢復到有氧程度。

 

較高的VO2 Max也表明有較高的無氧閾值,根據定義,其表示較高水平的乳酸耐受性。從功能上來說,這意味著過去一段時間用於生產乳酸的厭氧和短程運動,現在可以變成有氧運動,而持續更長的時間。換句話說,如果保持每公里5分鐘(5分速)的速度跑8公里,當你的VO2 Max越大,你能夠保持5分速超過8公里或在相同的時間內提高速度的可能性就越大。

 

即使你沒有任何重大的表現性能提升目標,改善VO2 Max也可以為一般健康帶來實際好處這種改進減少了心臟的日常工作量,VO2 Max的提升基本上可以改善因應任何類型工作的心肺適能。基於心血管疾病仍然是大部份國家的主要死亡原因,大多數人的心臟在日常活動中會因降低負擔而受益。

 

 

 

如何提高你的VO2 Max? 

身體的攝氧能力可以分為心肺端肌肉端。心肺端主要跟肺臟的大小以及氣體擴散交換能力、心臟與血管功能(血液幫浦與運輸量的大小)與紅血球的攜氧能力有關,它們會影響引擎的進氣效率。肌肉端則跟肌肉裡的紅肌比例及微血管與粒線體的密度有關,影響的是引擎的燃氧效能。 

 

1.  如果你是一位入門跑者,一開始要提升最大攝氧量的方式,不是練那種跑到很喘的高強度間歇運動,而是先從低強度長距離慢跑(Long Slow Distance; LSD)開始,其運動強度則設定在60~75% MHR的有氧燃脂區間。LSD有氧低強度的跑步,對於肌肉微血管密度的增加的效果遠比高強度運動顯著。只要持續LSD一段時日,雖然沒有練到太多心肺適能,但肌肉端的有氧能力變好之後,VO2 Max也會與時俱進。一開始會進步很快,過了一段時間若VO2 Max不再提升時,就表示你肌肉端的有氧體能基礎已經建立得差不多了,此時就可以開始從事心肺端的鍛鍊了。 

 

2.  已長跑多年的跑者接受高強度間歇訓練(HIIT)被認為是增加VO2 Max的最佳方法之一研究後確認此類HIIT訓練可有效提高你的VO2 Max。這是因為HIIT會讓你在恢復到較低的有氧強度之前暫時超過你的無氧閥值。這種類型的過載導致你的心肺去適應它們被要求的強度。為了刺激身體的最大攝氧量,跑者必須在高強度下維持3分鐘以上才有效果。 

 

衍伸閱讀:高強度間歇訓練(HIIT)的七大好處!/陳風河博士

 

HIIT的做法可以如下,在充分熱身之後,將訓練分若干單元,每個單元分為兩個相等的時段,一個時段至少為3分鐘,最多不超過5-6分鐘。跑者先在約為90% MHR的強度下持續運動一個時段,然後休息一個時段,然後再緊接下一個相同的單元(如圖一,這是風哥利用跑步機的訓練紀錄,我的最高心率是171bpm)。要注意的是,這裡的休息是放慢速度,而不是停止運動。每個單元的長度和進行單元的數量跑者的運動水準而定。可以先從3分鐘一個時間段,即運動3分鐘,休息3分鐘,且從2個單元開始。

 

圖一:HIIT鍛鍊心率紀錄by JoiiSports

 

提高VO2 Max的過程類似於增加肌力強度,我們都知道肌肉的強度只對當它被要求提升時才會增加。一般的需求下,它不會變得更強。這同樣適用於VO2 Max。如果對心肺系統有更高的要求時,那麼因應這些需求的能力將提升到遺傳極限。這個概念解釋了為什麼在完全相同的時間內以完全相同的速度與距離持續跑步不會幫助你提升VO2 Max

 

其實除了HIIT,任何規律性並能對心肺系統提出更高與持續需求的鍛鍊都會增加你的VO2 Max。關鍵是你的鍛鍊強度應該恰好落在稍低於你的無氧閥值(你開始感覺你的工作肌肉中會產生乳酸的程度),你應該在這個強度水平上運動至少15分鐘。除了間歇運動,連續的山坡地衝刺,節奏跑,飛輪鍛鍊或任何交叉訓練活動,都能對你的心肺系統提出類似的要求。 

 

小結

無論選擇哪種方法,關鍵都是要堅持下去。增加你的VO2 Max不會在一夕之間發生,你越健康,你就需要越多時間才能看到因為鍛鍊帶來的提升。如果你的身體狀況不佳或是普通,你可能會在短短四到六週內就看到改善,如果你已經是非常健康,可能需要長達四到六個月的時間訓練才會看到效果。 雖然VO2 Max受遺傳限制,但我們很少有人是因為遺傳而限制我們的潛力,大多數時候是紀律或動機,或兩者兼而有之。

 

參考資料:

[1] 徐國峰、莊茗傑,跑者都該懂的跑步關鍵數據 出版社:臉譜 出版日期:2017/05
[2] Helgerud J, et al, Aerobic high-intensity intervals improve VO2max more than moderate training. Med Sci Sports Exerc. 2007 Apr; 39(4):665-71.
[3] https://www.runnersworld.com/training/a26066029/increase-vo2-max
[4] Roy Benson & Declan Connolly, 心跳率,你最好的運動教練,出版社: 臉譜出版日期:2015/03

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