VO2指標性為何 | The Indexicality Of VO2

 

VO2的指標性為何？

 

當我們談論到運動時，多半都是以一般氣溫或是室內進行思考，但像是結合越野滑雪和跳躍的北歐綜合項目，需要考慮的因素就有別於其他運動，像是：環境如何影響 VO2以及隨後的有氧訓練和表現，以及這些高海拔運動員是否有任何與低海地區生活和訓練的類似運動項目運動員差異性？要了解這些問題以及進行其他思考，我們需要先更深入地了解耗氧量或VO2真正意義和價值。在許多運動當中都視VO2為重要表現指標，但這是否是能夠真實呈現運動員能力的指標？一起來看看

 

絕對與相對VO2

在最簡單的形式中，VO2是單位時間（如一分鐘）內吸入的氧氣和呼出氧氣之間的差異，而VO2max是身體能夠消耗的最大量。正如這個詞所表示一般，絕對VO2反映了身體消耗的總（絕對）氧氣量，無關乎尺寸大小、年齡或性別，而相對VO2則是根據某像參考值校正的分數，恰好為質量單位或以單一公斤表現。計量單位均為公制：

絕對VO2 = 升/每分鐘(L/min)

相對VO2 =毫升/每公斤/每分鐘（質量單位），寫作單位為mL/kg/min（1,000 mL = 1.0 L）。舉例來說，如果A體重為220磅（100 kg），其最大攝氧量為4.0 L/min，相對最大攝氧量為40 mL/kg/min（見下表）。

 

絕對和相對VO2測量消耗的卡路里

絕對和相對VO2都能提供有價值訊息，考慮到氧氣在新陳代謝（即燃燒燃料）當中的作用，量化消耗的氧氣總量就能估算出消耗卡路里。實際應用上，我們可以使用VO2來得知代謝當量以更加清楚自身減重情況。雖然這並非完全精準的數字，但科學家們平均使用平均每消耗一公升氧氣能造成5卡路里消耗，因此當B在跑步機上跑步並消耗2.0升/分鐘，將會以每分鐘消耗10大卡或是會在20分鐘內消耗200大卡。

 

計算相對和絕對分數

不過絕對分數無法用作於比較個人之間或規範（即職業要求）因為這之中存在許多因素造成差異，特別是在體重方面（較重的人在休息時燃燒更多的氧氣）。因此，出於比較性目的，絕對VO2數值被轉換為相對數值。舉例來說，A體重為220磅（100 kg），其大攝氧量為4.0 L/min，與體重125磅（56.8 公斤）的B，其最大攝氧量為2.5 升/分鐘，是否來得更為健康？

 

為什麼VO2max可能不是運動表現的有效衡量標準

VO2max一直以來被認為是最大運動表現的預測指標（即較高的VO2max數值代表著更好的運動表現）。然而，這並非是一個有效的衡量標準，因為VO2峰值或VO2max是一次性最佳表現，且在漸進式實驗室測試下並無法代表可持續強度，而這才是所有耐力型運動所需要的。下圖為VO2與工作斜率，顯示了與增量工作（A-B）的某種線性關係，直到達到次最大閾值點（B），之後 VO2趨於平穩。 但是仍可以執行額外工作強度（B-C）。曲線圖內的平原被視為代表線粒體氧化能力的最大能力或已無法再透過血液進一步向線粒體供氧[4]。

 

呼吸代償點（Respiratory Compensation Point）和血乳酸堆積起始值（Onset Of Blood Lactate）

上述證據使得人們開始改變想法，將測量標記點稱為呼吸代償點（RCP）或血乳酸堆積起始值（OBLA）並用作可持續表現的預測指標，而非使用VO2max。這些標記代表了一個人可以隨時間維持的最高強度，通常被稱為乳酸閾值（LT），但其實這並不正確。相反地，LT值表示了運動強度，此時血乳酸量開始不成比例地升高到正常靜息值以上。並且通常發生於中等到劇烈運動強度的早期階段。

 

影響VO2的因素

VO2受到其他因素相互影響，包括[5]：

• 年紀－在二十幾甚至十幾歲就逐漸下降，雖然很多世界級運動員會在二十甚至三十出頭年紀達到頂峰。
• 性別－男性有更多的血紅蛋白來攜帶氧氣，且有更多的肌肉細胞可用於線粒體氧化。
• 遺傳－可能是這當中最具影響力的
• 體能程度－VO2max通常會隨訓練而逐步提升
• 海拔高度及溫度－將在後續仔細探討
• 生理差異－呼吸肌、肌纖維類型、氧化酶含量等
• 運動經濟性－有經驗跑者會比新手跑得更有效率，跑步與自行車相比需要更多肌肉活動（即上肢參與）。

 

VO2max為整體健康而非表現指標

雖然最大攝氧量做為績效評估值的價值有限，但其作為整體整體健康預測指標和確定各領域的工作能力標準確實具有重要價值。身體活躍者通常具有較高VO2max數值，並且具有較低發病及死亡率風險。由此可知，VO2反映了工作能力，許多對於體能要求較高職業（如消防及軍事）就能仰賴這個分數作為衡量個人安全和是否能勝任工作職責的能力。

 

海拔高度及溫度對VO2的影響

海拔升高通常會降低環境溫度，兩者都會對運動表現產生負面影響。常見的誤解是由於高海拔地區空氣中含氧量較少，造成呼吸困難，進而降低運動能力。但其實問題並不在於氧氣濃度，而是環境空氣壓力的降低將氧氣推入肺部和血液才是問題關鍵。道爾頓分壓定律是指氣體總壓力是各種氣體（例如氧氣、二氧化碳）分壓的總和[1-2]。在更高處的大氣總壓下降，因此氧氣分壓也下降。

舉例來說，在海平面的大氣總壓為760毫米汞柱，氧氣佔20.93%，其分壓為 159毫米汞柱（760 x 0.2093 = 159毫米汞柱）。但在14,000 英尺（4,267 米）處，大氣總壓僅為447毫米汞柱，氧氣仍佔20.93%，其分壓為94毫米汞柱（447 x 0.2093 = 94 毫米汞柱），這意味著進入肺部和血液的氧氣會更少。

 

紅血球生成（Erthropoiesis）

較低的壓力會降低氧氣從肺部進入血液並與血紅蛋白結合以輸送到細胞的能力，導致可用於線粒體氧化的氧氣減少。為了補償這種減少，身體在到達海拔高度後不久就開始產生額外的紅細胞，在海拔高度暴露大約 7天後，血液中就會出現成熟的紅血球（血紅細胞）[6]。這個過程被稱為紅血球生成，由紅血球生成素（Hormone Erythropoietin/EPO）*所調節。

這有助於解釋為何傳統上讓運動員進行高海拔移地訓練，在回到低海拔進行比賽，因為將會讓他們有更多的紅血球來攜帶氧氣。但這種效果持續不長，因為紅血球的壽命大約只有4週。不過這種方式不能保證運動表現會改善，因為要真正改善表現不僅僅需要增加身體的攜氧能力。

*EPO的合成替代品在耐力運動中非常普遍，造成一些運動員可能會選擇使用作弊。

 

冷空氣造成的影響

在到達高海拔時，呼吸機制會產生巨大變化。空氣更冷更乾燥，在進入人體時必須加溫加濕。這會導致重要液體更快流失及脫水，甚至是造成潛在支氣管痙攣，這可能會抵消運動期間釋放腎上腺素和去甲腎上腺素[1]時發生的正常支氣管擴張作用。而液體流失會減少我們的血容量，進而減少每搏輸出量或每次收縮時的心臟射血量。為了補償和維持心輸出量（衡量心臟工作強度的指標），心跳會因此加快，可能造成限制更高強度運動能力的問題出現。

 

通氣值與血乳酸

在高海拔地區經歷的另一個適應是通氣量。為了要解決較低的氧分壓，深體會增加潮氣量，即正常呼吸時移動的空氣量。這將產生更用力的呼氣（過度換氣），以將更多的二氧化碳（CO2）從我們的肺部和血液中排出。考量到CO2 在調節呼吸和血液pH值方面的作用，身體會做出產生更多CO2的反應，就會使用珍貴的乳酸庫存並減少可用於高強度工作的數量。在高海拔開始訓練時，運動員通常會經歷明顯更高的血乳酸值以及高強度工作的能力下降。當運動員回到較低海拔時，減少的血乳酸含量也會損害其近似最大運動表現。

但在高海拔地區數週後，身體的心肺系統會進行多次調節以嘗試恢復到正常狀態，不過現今科學的共識逐漸走向，高海拔移地訓練可能不像人們過去認為的那樣有益。

因此改良的策略也因應出現：

• 低氧睡眠倉讓運動員可以在休息時呼吸較低的氧氣濃度來模擬海拔高度，但仍在低海拔高度進行訓練。
• 使用間歇性低氧暴露，如在鹽湖城和帕克城之間海拔相差3,000 英尺（800 公尺），運動員在兩地通勤來回達到間歇暴露。
• 在高海拔地區生活非訓練時間內使用氧氣補充。

 

其他在高海拔和寒冷地區影響運動表現的因素

其他可能需要應對的生理因素如下[1]：

• 溫度調節，正確選擇衣物和多層穿法以確保除去多餘熱能，但避免濕衣物與皮膚接觸引發體溫過低狀態。
• 脂肪酸動員減少，低溫造成外周血管收縮，造成皮下脂肪儲存的游離脂肪酸動員減少，這可能會減少將脂肪作為肌肉細胞燃料的可用性，並迫使更快的糖原利用率和消耗的可能性。
• 神經和肌肉生理功能改變、肌纖維徵召模式改變以及肌肉收縮速度和發力率降低，這些都會降低肌肉力量及爆發力。

 

內文文獻

• Pocari J, Bryant CX, and Comana F, (2015). Exercise Physiology. Philadelphia, PA. F.A. Davis Company.
• Katch VA, McArdle Wd and Katch FI, (2011). Essentials of Exercise Physiology (4th).Baltimore, MD. Lippincott, Williams and Wilkins.
• Kenny WL, Wilmore JH, and Costill DL, (2015). Physiology of Sports and Exercise (5th).Champaign, IL. Human Kinetics.
• Tipton CM (Ed), (2006). ACSM’s Advanced Exercise Physiology. Baltimore, MD. Lippincott, Williams and Wilkins
• Noakes T, (2003). The Lore of Running. (4th ed.).Champaign, IL. Human Kinetics.
• Robergs RA, and Roberts SO (1997). Exercise Physiology – Exercise Performance and Clinical Applications. St. Louis, MO., Mosby Year Book, Inc.