決戰終點線 最大攝氧量與跑者最快速度的重要性

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本篇文章是單篇研究討論佐以最大攝氧量的慢速組成文獻寫成,我寫的是羅曼蒂克,還是天方夜譚?!讓有興趣的你,繼續看下去。

照片來源:bleacherreport
照片來源:bleacherreport

喂,其實是想順著上一篇『挪威的森林』討論中長距離選手的訓練,這一篇想討論深入一點的生理機制與訓練的重點該如何判斷。1500公尺是一項非常艱難的項目,大概僅次於800公尺。因為它包含了許多複雜因素,配速策略,無氧閾值速度,關鍵衝線技巧,跑步經濟效益等等,比賽之所以困難在於時間在3-4分鐘不等,代表著身體能量區間有氧(備註1)與無氧(備註2)正在天人交戰中,因為菁英選手的速度都會在四百公尺平均60-62秒維持,就以這種速度而言,身體的慢速收縮纖維與快速收縮纖維都必須在高張力的狀態下保持,且喘到不行的呼吸下保持身體不過分扭轉,按照我們一般人來說,可能早就已經虛脫了。當然也有例外的,像是我們可以在2016年的里約奧運看見很神奇的比賽,當前三圈之前都以四百公尺65秒維持,沒有人願意出來當兔子時,突然在最後六百公尺大家像是掙脫牢籠的野獸般往前猛衝,甚至完成的速度比往年的奧運冠軍成績相差有18-20秒之多,卻必須在最後一圈以約略四百公尺50秒速度衝線,可以說這場比賽把所有的體能發揮到極致。

究竟在1500公尺項目的生理條件,是最大攝氧量重要?乳酸閾值速度重要?最大攝氧量的速度重要?亦或者是其他因素呢?2013年有一篇文獻,研究者認為好的選手運動表現應該會是快速攝氧量動力學,攝氧量的規律慢速震幅,高能力的肌肉氧氣分解,高血液乳酸堆積,於是他們也分別針對這些因素做檢測。他們找了八位1500公尺選手,成績分別在3:44’-3:50’00’’正負6.9秒,每週訓練在8-11次,周跑量落在120-140公里,最好的1500公尺平均速度在時速23.1正負0.7公里。實驗流程簡介如下:三分鐘休息狀態擷取安靜時攝氧量,三分鐘以時速4公里在跑步機走路,跑一分鐘時速14-15公里暖身,接著每一分鐘都會1公里時速,直到時速19公里,接著加時速0.5公里直到時速21公里,最後會以加時速0.2公里直到體能耗竭為止。

此外,本篇研究的重要性莫過於使用『近紅外光譜儀』,主要可以偵測肌肉裡血紅素與肌紅素,這兩者在運動過程中扮演著重要角色,利用一張圖作講解。身體在運轉時,血紅素負責運送氧氣,肌紅素負責儲存氧氣,因此,從上圖可以明顯看見當運動強度上升時,肌紅素必須快速儲存氧氣提供身體使用,血紅素則是藉由本身帶有的以及後來經過身體氣體循環交換後,漸漸上升。這也代表著肌紅素與血紅素的比例在激烈運動時氧合過程越好,能力表現越穩定,在我目前能力所及與所看的文獻中,第一次讀到有研究者使用這儀器。

進入到重點與討論,還記得之前曾經討論過『跑步經濟性』,但因為族群屬於同質性高時,顯著差異並不明顯。然而,就以這篇文獻中,極力找到1500公尺與這些生理效應的關鍵因子,使用了我只有在研究所會讀的統計分析與多元線性迴歸(現在都忘光了,等待有神人跳出來解答),Levenberg–Marquardt method(備註3)與the least squares residuals method,主要透過這兩種非線性迴歸計算方式,讓樣本數不夠多的數據呈現與生理上非常容易出現非線性現象的變項(例如:最大攝氧量),再利用Cook’s distance and DFFITS(備註4),可以透過計算找出異常數據並且排除,減少誤差,最後利用多元回歸方程式做各項數據的比較。研究結果有幾個重點顯示:

  1. 最大攝氧量(9%)與跑者最快速度(6%)兩者組合在一起對1500公尺的表現有互相呼應的效果。
  2. 乳酸最大累積濃度(19%)與身體脫氧反應(17%)兩者組合在一起對1500公尺的表現有互相呼應的效果。
  3. 氣體交換效率的穩定狀態在測驗速度的時速19.8公里出現,與最大攝氧量的相對應數值來到89.4正負3.9%。
  4. 最大攝氧量與受試者在持續跑測驗中可以耐受最大攝氧量狀態多久的時間是呈現負相關的。
  5. 乳酸最大累積濃度與持續跑測驗可以耐受最大攝氧量狀態多久的時間是呈現正相關。
訓練與未訓練者呼吸能量的振幅差異
訓練與未訓練者呼吸能量的振幅差異

因此,研究者做了更深入的討論。成績較好的1500公尺選手往往在攝氧量慢速組成中有更穩定的振幅,舉例來說:一般人在進行長距離運動時,容易在持續的過程中漸進通往穩定攝氧量的狀態,甚至有時候與實際的攝氧量狀態未達到真正的最大刺激,優秀選手可以在長距離運動中,『更快』地達到穩定的攝氧量狀態,甚至在振幅的狀態是小的!講白話一點就是,

『以決戰終點線的車手而言,運動員可以在短時間內將引擎熱開,加足馬力,一般人卻熱機時間長,還容易出現突然冷卻。運動員可能像是尼基勞德,對事情執著,不苟言笑,在與死神搏鬥。一般人偶爾像是詹姆斯杭特,談笑用兵,把酒言歡,在與時間進退。』

這樣的差異性,也同時影響了肌紅素與血紅素在持續跑測驗最末端乳酸累積時所造成的解離狀態,而解離時,又會因為血液中酸鹼值改變,進而使得肌紅素必須更渴望與氧氣結合。這也直接影響一般人與優秀選手之間的差異性!此外,根據作者所做的數據顯示優秀的1500公尺跑者也會有較多的乳酸最大濃度堆積,尤其是在持續跑測驗時更是明顯,但這並不是真正影響優秀選手跑不好的原因,反倒因為乳酸堆積的過程,對於無氧代謝能量有更好地適應能力,簡單來說『因為可以忍受更多,相對可以維持更快的速度更久』,這些維持狀態來自於肌肉乳酸產生,乳酸從肌肉外排至血液,血液將乳酸清除的能力!

光是這樣可能無法提升我們對於優秀選手跟一般人的差異在哪,舉例來說:

最好的與最差的跑者在持續跑測驗的最後階段的乳酸堆積濃度會相差到7 mmol/L,相對應於在血液裡乳酸堆積過程中能量產生會來到21 mL O2/kg,這也代表著如果同樣是62.4公斤的跑者,好的跑者會在無氧能量代謝中產生1.31 L O2,相較於最差的跑者,光是這數字呈現就令人感到驚訝!

最好的與最差的跑者在持續跑測驗的最後階段的肌紅素與血紅素的脫氧反應會有40%的差異,使得兩者的速度落差達到1.02 km/h,綜合上述的乳酸堆積濃度達到7 mmol/L的差異,也會讓兩者的速度落差達到1.21 km/h,在實務上,被認為只要能夠增加跑步速度達到2.5 km/h,便可以使得他們的1500公尺的運動表現降低至28秒!

最後,我以為這篇研究令我驚豔的是:持續跑測驗中,能夠維持最久的時間的跑者往往乳酸堆積程度是最高的,倒是顛覆了自己本來的想法,一直以為是最大攝氧量與無氧閾值速度,提醒著我們,只要願意在乳酸訓練多待久一點,仍有機會突破自己的困境。

補充一些觀念:

  1. 最大攝氧量在菁英的跑者往往有最大的差異,但不代表最大攝氧量在他們之中是重要的。反倒是業餘者(小於最大攝氧量60 ml/min/kg),追求最大攝氧量是基本需求,最大攝氧量在人體的耐力運動上扮演重要角色,我們可以說跑步經濟效益與最大攝氧量都很重要,甚至很多研究也認為跑步經濟效益會因為肌力訓練,增強訓練,伸張縮短循環等等刺激而改變,然而,如果我們以跑步經濟效益與最大攝氧量的組合因素,做個體對比,可能相較於最大攝氧量對比於個體,反倒來的影響小。換句話說,我們以為的影響,是多面向,但如果考慮單一面向,並不代表它不重要,畢竟『基礎生理』架構並沒有不見,跑步經濟效益卻是多元因素影響,攝氧量永遠需要維持與刺激。
  2. 一般人如果比較體重,身型,最大攝氧量等數據,利用異速生長(備註5)討論是非常有價值,生物學上曾經發現在各種昆蟲種類研究上,即整個身體中的某個小部位的變化,能夠導致四肢附件如腿、觸角等呈現巨大的不成比例的變化,講白話一點在人類身上就是『當運動到某種程度,代謝效率與體型相對會產生變化,而那跟時間軸有關,甚至不成比例的變化是存在的』。
  3. 中長距離(800/1500公尺)選手,只有女性的最大攝氧量對於運動表現是有顯著影響的,男性卻會因為無氧閾值速度產生運動表現的落差。這數據也同樣呈現在異速生長模組上,當參與運動年齡越久的中長距離選手,無氧閾值速度在選手之間不成比例的狀態越明顯,亦就是他們相對在無氧環境中,運動表現可以持續。
  4. 另外,我實在很好奇攝氧量的Slow Component效益,繼續追根究底,根據一篇文獻,有氧能量的產生會跟工作項目有關,無氧能量的產生會跟工作階段有關,什麼意思?例如:我騎腳踏車,到河濱公園散步,路途中,開始覺得流汗與發熱,有一隻野狗開始咆哮追過來,於是站起來抽車,遠離了之後開始慢下來,剛剛的抽車還心有餘悸,冒了一堆汗,突然想換個風景到山頂繞繞,努力地踩上去,腳有酸的感受了!下山後,立馬停下來到小七喝罐冰涼的飲料解渴,坐了幾分鐘,分享動態到臉書『今天順利被狗追還上山採藥』,賦歸。等等,好像沒有解釋到的感覺又戳到點,但我猜你如果讀到這裡應該多少有點懂了。有氧能量在持續強度的運動中,不論性別與體能狀態,肌肉的氣體交換程度與攝氧量狀態模式是一樣的,但如果換到運動強度循序漸進上升的?無氧能量的變動性卻非常多變。然而,亦就是說因為Slow Component跟攝氧量的Steady-States很相近,甚至可以說他們都很接近在個體最大攝氧量的程度,Slow Component能以振幅形式來描述,也就是說『能量的穩定性』,一般人之所以光是騎車上山就喘得要命,運動員卻穩如泰山,動如脫兔,理由便在於換氣能力,尤其是當時間拉長,坡度變陡,但換氣程度提高無氧能量,肌肉纖維徵招使用到大肌肉,運動員可以因為抵達最大攝氧量之前,穩定換氣效率,一般人卻已經達到最大攝氧量,呼吸頻率超快,呈現短吸短吐,於是非常容易耗能,這也是為什麼『更應該訓練最大攝氧量』,因為即便我們在有氧運動過程中,都選擇一樣的運動,卻非常容易在工作階段產生變化時,在無氧能量的變動,使得肌肉纖維提早徵招的疲勞,但如果攝氧量是穩定的,可以避免掉能量的轉換上的差異產生的損失。

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最近關於一些事情很困擾,我並不是最聰明的人,只是喜歡整理,也不為了特定對象整理資料,我之所以可以達到某些狀態是因為我很努力,我知道自己對於數據解讀不一定正確,所以我更渴望有人直接指正我,哥我——大學學力測驗數學只有4級分,高中大學研究所都有學統計,但很快就還給老師了,英文程度好一點點,願意花時間學習,希望把科學研究與實務作結合,如果很想切磋指教,或者剛好粉專有同好或者對議題有興趣的,請直接在文章下留言,往後將不再回覆『私訊』。

共勉之!有興趣觀賞2016里約奧運1500公尺影片的,也歡迎按底下連結。

備註:

https://zh.wikipedia.org/wiki/有氧运动
https://zh.wikipedia.org/wiki/无氧运动
https://zh.wikipedia.org/wiki/莱文贝格-马夸特方法
https://zh.wikipedia.org/wiki/最小二乘法
https://zh.wikipedia.org/wiki/异速生长
參考資料:
Time Course of Oxygen Uptake at Exercise. 作者:Stéphane PERREY
Determinants of performance in 1,500-m runners. 作者Ferri A, Adamo S, La Torre A, Marzorati M, Bishop DJ, Miserocchi G.

內容來源:Jogging Running Sprinting行動跑步教室

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