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運動能力的黃金標準|最大攝氧量 尖峰攝氧量

運動能力的黃金標準|最大攝氧量 尖峰攝氧量


因為實習治療師教學與心臟復健工作坊擔任講師的緣故,跟幾位在台灣與港澳執業的物理治療師保持聯繫,在臨床問題上互相切磋,進步得很快。
那天,一位曾經在振興醫院實習的治療師向我提出問題,我跟他聊了很多很深入,也在思考,物理治療師將運動處方視為工作的重要內涵,也認同亞健康族群需要直接照會而不是上醫院轉介到復健部門;假設有這麼一天,每一位治療師都能夠以專業角度去開個人化有氧運動處方,我相信台灣的執業環境會更接近我們的理念,我相信任何一位懷抱有理想的治療師都會更能發揮專才服務民眾。
在有了這個概念之後,我規劃了給運動專家閱讀的系列文章,可能會持續很長一段時間。我的計畫是要深入討論各種有氧運動的面向與要素,都會採用有公信力的參考文獻,除了深入,也要能夠淺出,以提供給臨床經驗尚淺的新進治療師做為入門磚。
既然討論到運動處方,就必須要先從運動能力說起,知道一個人的真實能力才能夠給處置。而運動能力的黃金標準就是今天的主角:最大攝氧量

▎最大攝氧量是什麼?

運動強度增加時,攝氧量也開始快速上升,一直到無法負荷的運動強度,運動測試終止。


VO2 = CO * C(a – v)O2 = HR * SV * C(a – v)O2
CO, Cardiac Output, 心輸出量
C(a – v)O2, ArterioVenous O2 Content difference; 動靜脈氧差
HR, Heart Rate, 心率
SV, Stroke Volume, 心搏量

最大攝氧量的定義

當運動功率增加到一定程度,雖然功率繼續增加,但攝氧量卻不再上升,進入平原期的時候,測得的攝氧量為最大攝氧量。
最大攝氧量代表一個人在全身運動時,能夠從呼吸的空氣中得到的氧氣量的最大值,也就是有氧運動能力與心肺適能的黃金指標

要受測者完全盡力才有機會達到攝氧量上升的平原期,要確認是否達到完全盡力的狀態,可以從以下四個指標來判斷,至少一個以上條件達成:
l  Failure of VO2 and/or heart rate to increase with further increases in work rate.
l  Peak respiratory exchange ratio (VCO2 / VO2) >= 1.10–1.15.
l  Postexercise blood lactate concentration >= 8 mmol/dl.
l  Rating of perceived exertion >= 8 (on the 10-point Borg scale). 
(補充:不建議以RPE作為判斷盡力與否的單一指標)

攝氧量受到哪些因素控制?

從攝氧量的生理公式 VO2 = HR * SV * C(a – v)O2,我們可以知道影響人體呼吸與周邊灌流的各種因素,都可能影響攝氧量高低。
一個外呼吸從腦部結構啟動呼吸動作控制開始,吸氣肌群做功,胸腔與腹腔壓力改變,空氣流動到肺部填充肺泡。在這個層面來說,呼吸控制肺部的可擴張性會影響攝氧量高低。
在肺泡結構要進行內呼吸,得先從心臟幫浦獲得足夠的血液灌流,通氣與灌流吻合的情況,能夠使肺泡有效率地交換氧氣與二氧化碳。在這個層面來說,有兩大種類因素會影響氧氣利用效率:一是氧氣運輸功能(包含心臟輸出能力、血液攜帶氧氣能力);二是肺部結構的氣體交換功能
血管輸送氧氣到正在運動的肌肉,在周邊的肌肉受到組織的灌流能力以及擴散能力影響,擷取氧氣的能力有高有低。
盡力與否也會影響利用氧氣的多寡,不僅止於受測者的主觀盡力程度,若有神經肌肉骨骼系統的限制,也會使的周邊利用氧氣的能力受限。

小結一下,以下都是可能控制攝氧量的因素
1.         氧氣運輸功能Cardiac output, O2 carrying capacity of the blood
2.         肺部交換效率Mechanical pulmonary limitation, Control of breathing, Gas exchange
3.         周邊肌肉耗氧Tissue perfusion, Tissue diffusion, Neuromuscular or musculoskeletal limitation
4.         客觀盡力Effort

回到攝氧量的生理公式 VO2 = HR * SV * C(a – v)O2來探究,多數健康成人的攝氧量上限會受限於心輸出量,也就是心率與心搏量乘積,在心輸出量達到最大能力時,攝氧量會進入平原期。而患者的攝氧量受限則變化莫測,可能是上面提到的任何一種因素。

影響攝氧量高低的因素有哪些呢?

接著是一些科普數據,不難理解,跟臨床的觀察做的對比就很容易懂了。影響攝氧量高低,除了前面所提到的生理限制之外,當然還有一些人口學的因子在,像是:
1.         年齡|一個人的攝氧量會在15-30歲間達到最佳狀態,在30歲之後開始每十年約降低10%,到了在60歲時約剩下全盛期的三分之二。
2.         性別|男性的攝氧量平均值較女性高10 - 20%,主要原因包含較高的血紅素、較多的肌肉質量以及較高的心搏量。
3.         運動訓練與不活動|臥床三周會降低25%的攝氧量。而目前研究資料顯示,長跑選手有著全世界最高的攝氧量紀錄,曾經有18 - 24 METs (60 - 85 mL/kg/min)這樣的驚人數據;做個對照,健康成年男性平均攝氧量是12 METs,換成白話文,相當於用12公里每小時的速度去跑步,24 METs真是可敬可佩。
4.         體重與基因也都會影響一個人的攝氧量。

常模與估計值

目前已經有許多常模的推估模型被建立與發表,其中最被廣為應用的,還是Wasserman前輩的模型


運動能力最重要的指標,攝氧量,受到測量工具的限制,必須要備有氣體分析儀,所以也有利用運動功率來推估的方式,以達到的最大運動功率,帶入攝氧量功式來做計算。然而,這種估算的方式誤差大,與實測值往往有不小的落差

▎實際的臨床環境用的是尖峰攝氧量

從最大攝氧量的定義,我們可以知道這在真實世界並不容易達到,太超現實了,除非是超級運動員接受極限測試,否則大多數人會在攝氧量達到上限之前先因為各種不舒服的症狀而終止測試。
所以另一個比較實際的做法誕生了,我們稱之為尖峰攝氧量

尖峰攝氧量的操作型定義

大多數醫學研究與醫學會的定義都相差無幾,在漸進式運動測試(Incremental Exercise Testing)強度漸進到最後一個運動階段,最後的20-30秒的攝氧量平均值
在概念上來說,尖峰攝氧量與最大攝氧量兩者是相似的,當然前提是有盡力,兩者並不一定相等,但是在符合基本條件下,兩者可以互相通用。(不過千萬小心不要誤用了)

▎用圖來說明,最大攝氧量與尖峰攝氧量的差別

最大攝氧量


白話來說,運動強度一直增加到上限,攝氧量無法再繼續增加,達到平原期的這個時候,測得的就是最大攝氧量。

尖峰攝氧量


白話來說,運動強度增加到受到症狀而停下來,攝氧量或許還有一些增加的空間,但是臣妾做不到啊!的這個時候,最後的20-30秒平均值。

本篇文章整理了攝氧量的重要觀念,作為了解運動測試與處方的墊腳石,包含攝氧量的公式、影響攝氧量的生理因素有哪些、最大與尖峰攝氧量的差異、實測以及推估攝氧量的優劣。如果您發現本文對身邊的朋友們可能有幫助,歡迎分享本文,更歡迎先進們不吝留言分享您的經驗,讓我們共同學習成長。
運動處方系列文章的下回預告:你聽過無氧閾值嗎?呼吸代償點又是甚麼?VT1VT2差在哪裡?設定有氧運動處方不能不知道的事情下篇文章告訴你,按下追蹤與訂閱,更新不漏接。

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參考文獻
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