心肺功能訓練

前言超載原則如何進行心肺功能訓練擬定訓練強度運動方式參考資料

心肺適能是健康體能中最重要的要素,是各種生理功能綜合表現的結果;然而,心肺適能隨著年齡增長而逐漸衰退,卻也是不爭的事實。研究發現,心肺適能的發展約自16歲開始逐漸衰退,廿五歲以後呈現每年平均約1%衰退的現象McArdle et al., 1991)。而鑑於國內運動人口年齡層分佈有趨向於高齡化的情形及國人缺乏規律運動習慣比例有偏高的事實(方進隆,民82;王瑞霞,民83),將不難理解國人的健康問題,會是以心肺適能的衰退最為嚴重,因此有必要正視改善心肺適能的問題。

 

一、超載原則

增強心肺耐力的訓練必須遵循超載原則(overload principle),應用超載原則的基礎在於設定運動負荷,運動負荷是以運動者的體重(公斤)×距離×(公尺)/單位時間來計算。如果體重愈大或運動距離愈遠,運動者所承受的運動負荷將會愈大,當然相對要求的心肺耐力水準會更高,否則就會發生健康或活動效率的問題,這也正是心肺耐力可被訓練及必須訓練的理由。

 

二、如何進行心肺功能訓練呢?

 

(一)了解訓練器材設計原理

以室內運動輔助器材:原地跑步機與原地腳踏車為例說明。

原地跑步機或原地腳踏車是根據功(power)的原理來設計的運動輔助器材,原地跑步機可自由控制它的速度及坡度;原地腳踏車可自由調節它的速度及阻力。利用這些運動輔助器材的最大好處,就是使用者可以依本身的需要,運用超載原則隨時調整運動訓練負荷量。原地跑步機或原地腳踏車「功」的計算,等於運動者體重與身體移動的垂直距離之乘積。垂直距離的獲得需涉及角度,所以原地跑步機的基本構造,包括速度控制及角度控制兩部分;原地腳踏車的構造,則直接以踏板間的距離來換算功率,而以輪子的周長及旋轉速率之乘積為距離。

 

(二)最大耗氧量或最大心跳率預測

能從事長時間身體活動而不感到疲勞,是多數人運動訓練的目的,這種能力稱之為有氧能力,以單位體重及單位時間的耗氧量(VO2ml.kg-1.min-1)為代表,然而在研究及比較上通常是採用最大值(最大耗氧量,VO2max)作為心肺功能的指標。最大耗氧量可以透過原地跑步機或原地腳踏車實施衰竭運動獲得準確的資料,然而對中老年人而言,衰竭運動的方式不僅危險而且也不太需要,尤其是患有心血管疾病的人更是不能斷然實施,因此建議採用最大耗氧量及最大心跳率預測方法評估之。

 

由於最大耗氧量會隨著年齡的增加而逐漸降低,利用預測方法評估中老年人最大耗氧量時會有高估的情形,因此獲得最大耗氧量預測值之後,需要進一步做心跳或年齡的校正(如表一、表二)。例如:61公斤女性運動者,預測的最大耗氧量為2.4公升。如果年齡是15歲,其耗氧量應為:2.4公升×1.1=2.64公升;如果年齡為55歲,其耗氧量應為:2.4公升×0.71=1.704公升。例如:61公斤女性運動者,運動時其最大耗氧量為2.4公升。如果最大心跳數為210次,其耗氧量為2.4公升×1.12=2.688公升。如果最大心跳數為170次,其耗氧量為2.4公升×0.75=1.8 公升。

 

表一 年齡校正耗氧量指數表

 

年齡

指數

15

1.10

25

1.00

35

0.87

40

0.83

45

0.78

50

0.75

55

0.71

60

0.68

65

0.65

 

表二 心跳率校正耗氧量指數表

 

心跳率

指數

210

1.12

200

1.00

190

0.93

180

0.83

170

0.75

160

0.69

150

0.64

140

0.68

130

0.65

 

以走路方式在盡可能的最短時間內完成1英哩距離(1.6公里),而且運動時的心跳率必須提升到每分鐘120次以上。然後將完成距離的時間、運動後瞬間心跳數及基本資料代入公式,計算最大耗氧量預估值,方法如下(Kline et al., 1987):

1.建立基本資料
W:體重,以磅為單位,可將「公斤」換算成「磅」的單位(1公斤=2.2磅)。
A:年齡,計算足歲。
G:性別指數,男性為1;女性為0。
2.測驗資料
T:完成1英哩走路的時間,以分鐘為單位計算至小數點以下二位,如15分25秒計為15+(25/60)=15.42。
H:運動後計算15秒的瞬間心跳數,再乘以4,換算成一分鐘的心跳數。
3.代入最大耗氧量預測公式
VO2max(ml.kg-1.min-1)=132.853-(0.0769×W)-(0.3877×A)+(6.315×G)-(3.2649×T)-(0.1565×H)
 

1.5英哩跑/走測驗是更為簡易的最大耗氧量預測方法(Brooks and Fahey, 1987)。以完成1.5英哩(約2.4公里)距離的時間(T),換算成小數點以下二位的「分」單位如15分25秒計為15+(25/60)=15.42,直接代入預測公式VO2max(ml.kg-1.min-1)=(483÷T)+3.5。

 

利用高度為16.25英吋(41.3公分)的平台木箱或階梯,進行男性每分鐘96拍,計上下階梯24次;女性每分鐘88拍,計上下階梯22次的登階測驗,共持續運動3分鐘。3分鐘時間結束後,立即以站立停止方式計算運動後第1分鐘的5至20秒心跳數,再將15秒計算所得的心跳率乘以4,便可獲得1分鐘的心跳數資料,並且直接代入預測公式求得最大耗氧量。預測公式為:

男性 VO2max(ml.kg-1.min-1)=111.33-(0.42×H)
女性 VO2max(ml.kg-1.min-1)=65.81-(0.1847×H)
 

最大心跳率資料的獲得,也是需要透過最大負荷的衰竭運動測驗,在獲得最大耗氧量的過程中同時也記錄單位時間的心跳數,而定義最大值為最大心跳率。然而如前所述,衰竭運動的方式不僅具有潛在危險,而且也不太需要,祇要利用健康促進者普遍採用的最大心跳率預測公式即可獲得(ACSM, 1995)。公式為:最大心跳率=220-年齡。

 

三、擬訂訓練強度

 

心肺適能的改善,就是在適當運動強度不斷地刺激之下,促使心血管循環效率、神經肌肉協調能力、能量代謝效率及肺換氣等生理功能,因長期調節干擾而形成新恆定狀態(homeostasis)的適應效果(Astrand and Rodahl,1986; McArdle et al., 1994)。根據美國運動醫學會建議改善心肺適能的運動處方,顯示規律的有氧運動訓練強度,應介於最大攝氧量的50%至85%或最大心跳率的55%至90%之間。並且建議在有效的運動強度範圍中,可以選擇較低負荷的運動強度,確保健康;也可以選擇較高負荷的運動強度,增強心肺適能(ACSM, 1995)。其他的相關研究也都證實改善心肺適能的運動強度,至少應在最大攝氧量的40%以上(Pollock et al.,1971; Wenger and Macnab,1975; Klinzing and Hazelton, 1982; Jette et al., 1988; ACSM, 1995; Wilmoreand Costill, 1994)。

另外一種決定運動強度的計算方法是以訓練心跳率(training heart rate, THR)為依據。訓練心跳率是利用Karvonen的計算方法來建立,其概念是以最大心跳率的保留範圍(maximal heart rate reserve)為基礎。心跳率保留範圍,意指最大心跳率與安靜心跳率之間的差距。而訓練心跳率便是以某一最大心跳率保留範圍百分比的心跳率,再加上安靜心跳率而得。研究認為,依據Karvonen方法計算的訓練心跳率運動強度,會相當於以最大耗氧量百分比為單位的運動強度(Davis and Convertino, 1975; Fahey et al., 1994)。假設甲君安靜休息的心跳次數為每分鐘70次,劇烈運動的最大心跳次數為每分鐘190次,60%THR=70次+60%(190次-70次)=142次。

上述運動強度的建立條件,大都是以跑步的運動方式為主。對中老年人而言,跑步運動具有運動性疲勞或潛在危險的可能性,因此另一個不得不考慮的重要因素是運動方式的選擇。

 

四、運動方式

 

對一般想藉著原地跑步機或原地腳踏車訓練心肺功能的中老年人來說,雖然對訓練方法及理論有概略的了解,但是在日常生活中應用起來總會感到不方便,因此既簡單又有效的訓練方法便值得推廣。茲介紹三種簡易的訓練方法如下:

(一)12分鐘跑/走訓練

以在12分鐘內所能跑或走的最長距離,做為判定心肺功能的標準。根據研究發現,每週3次,經8週訓練後,心肺功能會有顯著的進步。

(二)1.5~2英哩慢跑訓練

以完成固定距離所需的時間做為評量心肺功能的標準。這種固定距離的訓練方式,對中老年人而言比較可以配合自己的身體狀況,避免意外的發生。如每週訓練3~4次,10週後即有顯著的改善。

 

(三)PWC150(power work capacity)訓練

以心跳數在150次/每分鐘時的作業能力作為判定標準,以kg.m/min為單位表示之。PWC150是一種漸進性負荷的心血管適應訓練方式,適合中老年人。如每週訓練3次,每次訓練5分鐘,計訓練6週即有顯著的改善。

除了上述三種簡易的心肺耐力訓練方法之外,還有很多適合中老年人的訓練方式,例如15分鐘跑、登階測驗(step test)、登山及游泳等。但是根據Cooper(1970)的研究,認為12分鐘跑/走與最大耗氧量的相關較高,而且被承認在改善心肺耐力方面,要比15分鐘跑或登階測驗更為有效。不過,無論選擇何種訓練方式,應盡量避免運動傷害,尤其強調訓練前應確實做好準備活動。

 

詳細資料請參閱

林貴福著(民87):認識健康體能,台北:師大書苑有限公司出版。

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