【健康】最大攝氧量(VO2 Max)對健康的重要性

陳風河博士
發表於2019/11/28
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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。

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。

 

VO2 Max也是人類生理學最基本的衡量標準之一,與健康、生活質量、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。

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

 人類的VO2max值從心臟病患約10ml/kg/min(~3MET)到世界級耐力運動員接近90ml/kg/min(~26MET)。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,心肺適能水準通常也會隨年齡增加而下降。

 現實生活中的一般場域若能準確測量VO2max對大眾是非常有幫助的,畢竟實驗室的測試通常是針對較特殊受試者群體,而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。

 

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。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。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)。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)

現代人生活忙碌,久坐和缺乏運動已是常態

 正面的是,心肺適能的改善已被證實可以降低全因死亡率。此外,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。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。

 

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。

 

 

圖二:心肺適能低是造成心血管疾病死亡的更大危險因素

 

心肺適能,又稱心肺功能,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%。

 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水平變化有可能從最低到最高。因此,特別要靠體力的工作中,心肺適能評量是影響個人執行所需任務能力的關鍵因素。這得出了一個結論是,隨著身體心肺適能評量下降(通常隨著年齡的增長而發生),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。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。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(例如,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。

 

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。

 此外,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質量。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。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。[14]通常,在20歲左右VO2max數值達到最高,之後開始下降。 

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

 

此外,由於身體大小、身體組成和血容量的差異,男人的VO2max比女人高約20%[15]。目前的科學證據支持這樣一種觀點,即無論活動強度如何,男性和女性的VO2max平均每十年下降10%[11,16],一些研究也發現,活躍個體的VO2max下降速度低於不活躍的人[17]。

 可能的解釋是,在全年齡範圍內,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,而不活躍的人則在20和30年內迅速下降,然後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。

 關於VO2max對健康的效應,進行了23項研究結果的綜合分析,研究了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(如圖三所示)。 

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,風險為= 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。此外,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]。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]。在一般人群中,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中,例如在與消防、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。每工作8小時最好不要超過VO2max的30-50%,以避免過載[12]。心肺適能程度測量可用於指示個人耐力和可承受的水平。

 

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小於心肺適能較差者。

 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非常困難。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。具體且定期的回饋也會激勵訓練的持續。

 

提升最大攝氧量和心肺適能,運動強度是關鍵

 

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,久坐的人最初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,並且只有經過一段適應期間後才能再提高強度。

 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。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和死亡風險、良好的生活質量、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,較好的心肺適能降低了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,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,有人提出基於心肺適能的重要性,增加體能鍛鍊的建議應考慮如何能夠最佳地增加最大攝氧量 

 由於VO2max是人體生理學基本的指標之一,因此應該有一種簡便實用的方法來對其進行測量。JoiiSports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)來估算VO2max。此方法利用大量且可靠的數據而得出可靠的值。該方法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。

 

圖四:JoiiSports人體儀表板內的體能項目