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健康體能

2019-11-24 15:39:29

最大攝氧量(VO₂ Max)對健康的重要性

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什麼是最大攝氧量?

最大攝氧量(VO₂max)是指一個人每公斤體重在每分鐘的最大耗氧量。

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。它是最大心跳率(MHR)、最大心搏量(SVmax)和動靜脈含氧量差(AVO₂ difference)的乘積,是人體心肺(有氧)適能的黃金標準量度 [1]。

 

VO₂ Max = MHR x SVmax x AVO₂ difference

 

VO₂ Max 指的是在最強烈、最大努力的期間(通常超過一分鐘),一個人可以利用的最大氧氣量。

心肺適能與一個人長時間進行大肌肉群進行中到高強度身體活動的能力有關,因此,它表達了心肺系統和肌肉系統運輸和利用氧氣獲得能量的能力。

 

最大攝氧量(VO2 Max)對健康的重要性│揪健康

 

VO₂ Max 也是人類生理學最基本的衡量標準之一,與健康、生活品質、工作耐力與表現有明顯的關聯 [1-5]。

通常在實驗室環境中分析下,在最大運動強度期間所吸入和呼出的氣體容積來直接測量 VO₂max,並且表示為每分鐘絕對最大氧氣量(L / min)或相對於個體體重,每分鐘每公斤所使用的最大毫升氧氣量(ml/kg/min)

除氧氣消耗(VO₂)外,身體活動的能量消耗也可用代謝當量(Metabolic Equivalent of Task , MET)表示。

 

什麼是代謝當量(MET)?

 

MET 被定義為特定身體活動期間代謝率(也就是能量消耗率)與休息代謝率的比率。

1 MET 定義為 1 kcal / kg / hr或 3.5 ml / kg / min,約相當於安靜坐著的消耗能量。

人類的 VO₂max 值從心臟病患約 10 ml /  kg  / min(~ 3 MET)到世界級耐力運動員接近 90 ml / kg / min(~ 26 MET)。

 

因此可從上述發現,人類的體能不同,會有不同的代謝當量。

 

不同年齡組的男性和女性的平均值,已被用來建立參考的心肺適能評量與類別表,而心肺適能水準通常也會隨年齡增加而下降 [1,6]。

現實生活中的一般場域若能準確測量 VO₂max,會對大眾非常有幫助,畢竟實驗室的測試通常是針對較特殊受試者群體,且實驗室測試需要昂貴的設備和訓練有素的操作人員,因此執行起來不但貴又困難,並不適合大規模使用,也無法頻繁追蹤氧適能狀態。

因此,若是現實生活中的一般場域能提供準確的心肺適能評量,將能應用在更多具參考價值的領域。

例如:評估不同人群中當前的心肺適能評量來激勵身體活動、提供特定訓練課程或長期進展的回饋、幫助選擇合適的鍛鍊模式,甚至用於規劃完整的培訓計劃。

 

 

現代人生活忙碌,久坐和缺乏運動已是常態

 

心肺適能評量低是缺乏運動和久坐不動的生活方式的必然結果,一些專家認為這是 21 世紀最重要的公共衛生問題 [7]

缺乏運動、身體適能不佳與若干健康問題息息相關,例如:

心血管疾病、新陳代謝失調(例如超重,肥胖,糖尿病)、肌肉骨骼疾病、肺部疾病、癌症、心理問題等 [ 2,3]。

 

因此,低水準的心肺適能也與過早死亡的風險顯著增加有關(如圖一)[8,9]。

 

圖一、針對3120名女性和10224名男性心肺適能(cardio-respiratory fitness; CRF)高低與的全因死亡率的研究。[8]

 

南卡羅來納大學教授,心肺適能與健康之間關係的領先研究者布萊爾博士說,心肺適能低是造成心血管疾病死亡的更大危險因素,而我們的醫學專業通常更專注於肥胖、高血壓、糖尿病、高膽固醇、吸煙等問題。這些患者平均被追蹤了 16 年。(如圖二)[7]

 


圖二、心肺適能低是造成心血管疾病死亡的更大危險因素 [7]

 

改善心肺適能可有效降低全因死亡率

 

正面的是,心肺適能的改善已被證實可以降低全因死亡率 [9,10]。

儘管心肺適能一般會隨著年齡的增長而下降,但屬於較高心肺適能的族群在老年或退休期間可以更好地保持身體功能 [11],因此對於一個身體素質較差的人來說,增加 10%的最大攝氧量可以使死亡風險降低 15 %,並享有 10 年以上的優質生活。

 

心肺適能與工作能力有關

 

心肺適能又稱心肺功能,意想不到的是竟然與個人因應工作需求的能力有關!

在人口結構不斷變化、退休年齡越來越高以及平均壽命越來越長的現在,這一點就尤其重要。根據國際標準建議,工作所要求的攝氧量不應超過最大攝氧量的 50 % [12]。

但是,在對於不同的工作之間,要充分執行工作任務所需要的身體能力變化有可能從最低到最高。

因此特別要靠體力的工作,心肺適能評量是影響個人執行所需任務能力的關鍵因素

 

 

這得出了一個結論,隨著身體心肺適能評量下降(通常隨著年齡的增長),工作的要求也應該要被降低,或是為了滿足工作要求,需要通過身體活動鍛鍊來維持或改善心肺適能水準。

 

除了對健康和工作能力的影響外,最大攝氧量也是耐力表現的關鍵因素 [5,13]。

 

VO₂max 決定了身體活動中新陳代謝的上限,因為超過 VO₂max 的 100 %是不可能長時間運動的,因為氧氣輸送到運動肌肉被視為 VO₂max 的主要限制因素 [5]。

此外,長時間的高強度運動(如長跑)的能力取決於脂肪氧化、緩衝乳酸的能力、跑步性能經濟性以及在給定速度下 VO₂max 的部分利用 [5,13]。


如何評估健康和心肺適能

 

VO₂max 可以用來表示總體心肺功能的健康狀態,也可以透過不同的訓練方案來監測健康的進展。

由於心肺適能評量與健康狀況和執行日常任務的能力密切相關,因此可以用於監測身體和功能的能力及其變化。

 

VO₂max 訊息可用於指導營養介入或運動訓練計劃,以實現個人的目標。例如提高心肺耐力、改變身體組成或改善生活品質

如上所述,VO₂max 可以表示為 ml / kg / min,但這個數值可能會使不熟悉的人感到困惑。因此,VO₂max 通常被表示為相對於相同年齡與性別的參考群組的個人心肺適能評量。

下方表一和表二顯示了不同年齡層的男女最大攝氧量的心肺適能評量分類,而通常人們在 20歲 左右 VO₂max 數值會達到最高,之後開始下降。[14]

另外由於身體大小、身體組成和血容量的差異,男性的 VO₂max 比女性高約 20 %左右。 [15]

 

表一、不同年齡層的男性最大攝氧量的心肺適能評量分類



表二、不同年齡層的女性最大攝氧量的心肺適能評量分類

 

目前的科學證據支持的觀點:

無論活動強度如何,男性和女性的 VO₂max 平均每十年會下降 10 % [11,16]。

 

最大攝氧量下降速度

 

一些研究也發現,活躍個體的 VO₂max 下降速度會低於不活躍的人 [17]。

可能的解釋是:

在全年齡範圍裡,最大攝氧量的變化可能是曲線變化的。

 

活躍的人只要保持運動最大攝氧量就緩慢下降,不活躍的人則在 20 - 30 年內迅速下降,而最大攝氧量的下降速度隨著年齡更增長而趨緩 [16,17]。

儘管如此,為了能夠在年老時執行日常任務並保持身體功能,對於每個人來說,足夠的心肺適能仍然非常重要

 

最大攝氧量對健康的效應

 

關於 VO₂max 對健康的效應,進行了 23 項研究結果的綜合分析。

研究主題為休閒時的身體活動和心肺適能水準分別對冠心病(CHD)和(或)心血管疾病(CVD)風險的影響 [18]。

該研究發現,提高心肺適能評量比提高身體活動程度,可以更顯著降低疾病風險(圖三)。

 


圖三、身體活動程度與心肺適能評量對罹患冠心病或心血管疾病的相對風險(對於最不活躍或最心肺適能最低的人群,風險= 1)

 

透過提升心肺適能相對於透過身體活動所降低風險的程度幾乎達到兩倍。

研究也發現,相較於心肺適能差的族群,有較好心肺適能的人,即使是超重或肥胖也有較好的心臟保護作用。

實際上,一項針對 14,345 名男性的縱向研究發現,不管體重指數(BMI)如何變化,在 6.3 年的時間內,能保持或改善心肺適能與 CVD 的死亡率顯著下降有關 [19]。

 

在一項綜合分析得出的結論是,越來越多的證據表明心肺適能能改變肥胖與死亡率之間的關聯 [20]。

一般人群中,更好的心肺適能與肥胖相關的心臟代謝危險因素的改善相關,進一步凸顯了高心肺適能對健康的重要性。

 

除了對健康至關重要之外,在許多職業中,尤其是需要體力的勞動,例如與消防、建築、林業、製造、農業、運輸和護理有關的任務,都需要相對較高的VO₂max。因此建議每工作 8 小時,最好不要超過 VO2max 的 30 - 50 %,以避免過載 [12]。

 

透過訓練改善最大攝氧量

 

每個人都可以透過訓練提高心肺適能,改善的幅度主要取決於個人心肺適能的起點與訓練的強度。

 

一個人開始鍛鍊時心肺適能越差,最大攝氧量就越容易提升 [21,22]。

 

通常高強度運動比中強度運動能更有效地改善 VO₂max,在任何給定的訓練強度下,高心肺適能的人改善程度都低於心肺適能較差者。

初期的鍛鍊者的確可能會在連續訓練 4 - 10 週內將其心肺適能評量提高 10 - 20 % [21,22]。

據報導,對於一般心肺適能水準者,透過使用非常高強度間歇訓練(HIIT)10 週,最大攝氧量可以增加 44 %。[23]

 

 

但是,對於已經具有很高 VO₂max 的運動員,要在短時間內顯著改善心肺適能效果較不明顯。

因此無論如何,重要的是要定期量測 VO₂max,以評估訓練是否有效地改善了心肺適能,或者是否需要對訓練計劃進行調整,透過具體且定期的回饋也會激勵訓練的持續。

 

選擇最佳的運動強度

 

最佳運動強度是成功訓練的關鍵因素。

能引起最大攝氧量提高的訓練強度取決於初始的心肺適能水準。因此建議久坐的人,一開始的訓練從中等強度開始比較安全,這種訓練足以提高他們的最大攝氧量,並且經過一段適應期間後才能再提高強度 [22]。

 

因此,了解最大攝氧量的值,有助於以最佳的訓練強度開始,並可用於個人化訓練的設計 [22,24]。

 

如果與個體當前的心肺適能相比,訓練負荷(頻率、強度)過低,對最大攝氧量的增加沒有幫助還可能降低;如果訓練負荷過高,則心肺適能可能因超負荷而降低。

在最佳訓練負荷下,心肺適能的進展才會最大化,因此心肺適能的水準監測是培訓和指導的重要部分

 

 

結論

 

最大有氧心肺適能/最大攝氧量(VO₂max)表示個人有氧代謝的最高水準,即在最大的身體勞動中能夠利用氧氣作為能量的能力。

心肺適能與減少疾病、死亡風險、良好的生活品質以及強健的身體功能密切相關,並且是正相關 [3,4,8-10,22]。

 

根據科學研究,較好的心肺適能夠降低罹患心血管疾病的風險,並且這種降低的程度大於僅透過身體活動所獲得的 [22]。顯然地,進行常規體育鍛煉的人通常會有更好的心肺適能,但是僅以低強度進行身體鍛煉可能不會增加有氧能力。

因此,基於心肺適能的重要性,增加體能鍛鍊的建議應考慮如何最佳地增加最大攝氧量 [22]。

 

人體儀表版 隨時了解自己的心肺適能狀態

 

JoiiSports app為個人化健康促進 app,未來將運用日常生活中,一般場域的運動數據(包含心率和速度)估算 VO₂max。此方法利用大量且可靠的數據而得出可靠的值,也可以通過單獨的測試(例如每月一次)來進一步評估日常訓練的有效性。

因此JoiiSports app人體儀表板內的體能項目將  VO₂max 、安靜心率與心跳恢復率一併呈現 (如圖四),其對用戶隨時了解自己的心肺適能狀態與疾病風險,並有助於規劃更有效完整的個人化鍛鍊!

 

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圖四、JoiiSports app人體儀表板內的體能項目

 

 

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參考資料

[1] American College of Sports Medicine (2010). ACSM’s Guidelines for Exercise Testing and Prescription. Lippincott Williams & Wilkins. 8th edition.
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