該如何利用「儲備心率」來定義五種訓練強度?

羅譽寅
發表於2015/07/07
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穿戴式裝置一直是科學化訓練的的關鍵(圖片來源:羅譽寅)

監控訓練強度一直是科學化訓練十分重要的一環,運動強度太高或太低也都無法達到良好的訓練效果,所謂的訓練主要是由「訓練時間」與「訓練強度」所構成。訓練時間非常容易量化,例如持續10分鐘、多跑1分鐘、休息15秒,只要有時鐘在旁就可以輕鬆掌控訓練時間,然而訓練強度的量化就不是那麼容易了,不同人對於不同運動強度皆有不同的定義,或是根本不知道該如何去定義,因此耐力網推出了一系列的能力檢測系統,希望透過《Daniels’ Running Formula》中的五種訓練強度,幫助大家釐清各種強度的定義,並讓訓練變得更有效率。

直到目前為止,監控訓練強度方式有很多種,包括:
耗氧量(oxygen consumption)
血乳酸濃度(blood lactate concentration)
心跳率(heart rate)
自覺運動強度(RPE)
功率計(power measurement)
訓練配速(pace)

其中以監控「耗氧量」為最精確的監控方式,耗氧量(或稱攝氧量)是指我們在運動時所消耗/攝取的氧氣量,隨著運動強度的增加,耗氧量也會以同樣的比例上升,但監察耗氧量的缺點是必須透過實證室的設備才能準確測量,而且每個人的耗氧量皆有一個最大值(VO2max),這個數值也都需要親身到實證室進行特定的步驟才能得知,因此到目前仍未普及於日常訓練上;而有使用過耐力網心率檢測系統的人會發現,目前我們主要是以最大心率的百分比來定義訓練強度,主要是因為監控心跳的設備在目前已經算十分普及,而且心跳率之百分比與耗氧量百分比具有密切的關聯性1,因此對於一般大眾甚至是專業運動員來說,心跳率可以說是監控訓練強度非常合適的數據。


目前市面上量測心率較為準確的方式為配戴心率帶(圖片來源:羅譽寅)

以下為美國肌力與體能訓練協會(NSCA)所出版的《Essentials of Strength Training and Conditioning 3rd Edition》中,有關於耐力運動之訓練強度(Training Intensity)以及心率的描述:

The most accurate methods for regulating exercise intensity are to monitor oxygen consumption during exercise to determine its percentage of VO2max or to periodically measure the blood lactate concentration to determine the relationship to the lactate threshold. Until recently, obtaining accurate maximal oxygen uptake values required access to a laboratory. If VO2max testing is not available, exercise prescriptions can use heart rate, ratings of perceived exertion, metabolic equivalents, or exercise velocity to monitor exercise intensity.  Heart rate is likely the most frequently used method for prescribing aerobic exercise intensity. The reason is the close relationship between heart rate and oxygen consumption, especially when the intensity is between 50% and 90% of functional capacity(VO2max), also called heart rate reserve(HRR), which is the difference between an athlete’s maximal heart rate and his or her resting HR. The most accurate means of regulating intensity using this methods is to determine the specific HR associated with the desired percentage of VO2max or the HR associated with the lactate threshold.

譯文: 
最精準監控運動強度的方法是在運動時監控氧氣消耗量,再來決定最大攝氧量之百分比,或是定時測量血液中的乳酸濃度來決定乳酸閾值。直到目前為止,要取得準確的最大攝氧量值需要到實驗室進行。如果無法進行最大攝氧量測試,運動處方(訓練計劃)可以使用心跳率、自覺運動強度、代謝當量、或是運動速度來監控運動強度。 

心率也許是最常用來定義運動強度的方法,理由在於心率和耗氧量之間有密切的關係,特別是當運動強度是處於最大攝氧量或是儲備心率(最大心率與安靜心率之差)的50%-90%之間。最精確的運用此方法來制定運動強度的方式是要找出心率與最大攝氧量百分比之間的關聯,或是心率與乳酸閾值間的關聯。

出處:Thomas R. Baechle, & Roger W. Earle (2008). Essential of strength training and conditioning 3rd edition., 493. National Strength and Conditioning Association(U.S.): Human Kinetics.


為什麼「儲備心率法」比「最大心率法」更好?
我們為求更準確地利用心率來監控訓練強度,認為最大心率之百分比(%MHR)確實難以根據每個人不同的體能狀況加以修正(因為當我們直接拿最大心率百分比來監控訓練強度時,我們是從心跳為零開始算起,那就會產生誤差;當然只使用%MHR來監控強度也有其好處,就是省去測量安靜心率的步驟),因此我們希望可以透過儲備心率(Heart Rate Reserve, 簡稱HRR)來定義出原有的五種訓練強度,儲備心率的概念最初是由卡蒙內(Karvonen)等人首先提出,其計算公式如下:

目標訓練強度心率 = 目標訓練強度百分比 × (最大心率 – 安靜心率) + 安靜心率

由於安靜心率可以作為個人有氧適能(aerobic fitness)的指標,體能越佳者其安靜心率越低,體能越差者(或未經訓練者)則安靜心率會越高;因此以儲備心率來設定訓練強度就能夠考慮到個別運動員的體能差異,讓每一位運動員不會受到個別的體能差異而影響訓練的強度;假設現在有A、B兩名運動員,他們的最大心率同樣是200bpm,但A運動員經過長時間的耐力訓練,安靜心率為50bpm,而B運動員卻才剛接觸耐力訓練,所以他的安靜心率為較高的80bpm,在這種情況下,如果只採用最大心率的百分比(%MHR)來計算強度,兩位運動員會得出同樣的結果:

強度
%MHR
下限
上限
有氧耐力(E)
65 – 79%
130
158
有氧動力(M)
79 – 89%
158
178
乳酸閾值(T)
89 – 92%
178
184
無氧耐力(A)
92 – 97.5%
184
195
無氧動力(I)
97.5 – 100%
195
200

但我們都知道,由於A運動員之體能較佳,其儲備心率(200-50=150)會比B運動員的(200-80=120)還要高,也就是說其實A、B兩位運動員在運動時心率的起始點本來就不一樣,所以在同樣的訓練強度下兩者的心跳率應該會是不一樣才對,如果我們只採用%MHR來判定訓練強度的話,兩位運動員會得到一樣的結果,可知%MHR並不是界定訓練強度最好的方法。

如何定義儲備心率的百分比
但問題就來了,我們從《Daniels’ Running Formula》中知道了E、M、T、I各訓練強度的%MHR區間,但書中其實並沒有對儲備心率有太多的描述,因此我們並不知道這幾種訓練強度的%HRR區間範圍是多少,那麼到底要如何使用儲備心率來安排這五種強度上呢?

上文提到,NSCA最新版的教科書指出:「心跳率百分比與耗氧量百分比具有高度的關聯性」,其中書上更列出了在不同強度下VO2max、HRR與MHR之間的關係,從表中可見%VO2max與%HRR兩者間的百分比完全吻合:

(圖片來源:羅譽寅)

摘自Thomas R. Baechle, & Roger W. Earle (2008). Essential of strength training and conditioning 3rd edition., 493. National Strength and Conditioning Association(U.S.): Human Kinetics.

既然我們知道%VO2max與%HRR有如此大的關聯性,也就說如果我們得知《Daniels’ Running Formula》中五種訓練強度的%VO2max後,便可以推斷出各強度的%HRR為何。而我們發現在Daniels的書中正好有五種強度的%VO2max(見下圖左欄);根據前面提到%VO2max與%HRR之間的密切性,所以我們認為各強度的%VO2max區間應該可以直接轉換成%HRR,並用來作為訓練時的依據。

下圖摘自《Daniels’ Running Formula》3rd Edition五種強度所對應的%VO2max:

(圖片來源:羅譽寅)

摘自Jack Daniels, PhD(2013). Daniels’ Running Formula Third Edition., 48. United States of America: Human Kinetics.

我們利用Daniels所提供的%VO2max區間轉換成%HRR,再重新計算A、B兩位運動員五種強度的區間(計算方式如下:59% × (200-50)+50=139,如此類推),可以發現%HRR的方式更乎合訓練的個別化原則:

A運動員的%HRR訓練區間(安靜心率=50bpm):
強度
%MHR
下限
上限
有氧耐力(E)
59 – 74%
139161
有氧動力(M)
74 – 84%
161176
乳酸閾值(T)
84 – 88%
176182
無氧耐力(A)
88 – 95%
182193
無氧動力(I)
95 – 100%
193200

B運動員的%HRR訓練區間(安靜心率=80bpm):
強度
%MHR
下限
上限
有氧耐力(E)
59 – 74%
151
169
有氧動力(M)
74 – 84%
169
181
乳酸閾值(T)
84 – 88%
181
186
無氧耐力(A)
88 – 95%186194
無氧動力(I)
95 – 100%
194200

最大心率法和儲備心率法的比較表:
訓練強度
%MHR的心率區間
%HRR of A的心率區間
%HRR of B的心率區間
E
130~158
139~161
151~169
M
158~178
161~176
169~181
T
178~184
176~182
181~186
A
184~195
182~193
186~194
I
195~200
193~200
194~200

以同樣的最大心率200bpm的AB兩位運動員為例,比較這兩種方式,我們會發現強度愈低,誤差愈大。尤其對安靜心率較低的運動員來說,使用最大心率法(%MHR)時,E/M強度的心率區間就會有較大的誤差;如下列比較表,B的最大心率為200bpm,安靜心率為50bpm時,若使用最大心率法,E心率區間是130~158bpm,但儲備心率法的E心率區間是151~169bpm,差距相當大。這也是為什麼要使用儲備心率法的緣故。但提高到了T/I強度時,心率區間的差別就不多了。

個人使用經驗分享/比較(%MHR, %HRR)
經過這篇文章的說明後相信大家都會對最大心率百分比與儲備心率百分比會有更進一步的了解,目前耐力網的工程團隊也正加緊腳步加入儲備心率強度以及其他與訓練相關的功能,敬請期待。

目前在Garmin Connect上的訓練區間設定功能已經十分方便,使用者只要先輸入自己的最大心率、安靜心率、還有各強度區間之百分比後,網頁便會自動幫你計算出各強度的心率各是多少,設定完成後再接上Garmin之相關產品,按「傳送至裝置」就可以跟裝置同步已經設定好的訓練區間;以下為我個人的設定:
只根據最大心率(%MHR)來設定的五級強度區間(不輸入靜止心率即以%MHR計算):

(圖片來源:羅譽寅)

只要輸入安靜心率(靜止心率),再更新各強度儲備心率之百分比(%HRR),網頁便會自動更新各區間該達到的心率:

(圖片來源:羅譽寅)

從上面兩個不同的設定可以看到,對我個人來說,我的%MHR跟%HRR之間比較大的差異在於E強度區間的範圍,根據%MHR的話我心率只要達到125bpm就算是處於E強度,但如果改成採用%HRR的話,要訓練E強度則心率需要達到135bpm,兩者的下限相差達10bpm,不過可見當強度越高時,兩者之差異會越來越少;實際上對我而言,在進行E長跑時如果心率都只落在125~130bpm之間的話,強度的確是太低了(速度已接近快走)。
  
無論如何,從前面A/B兩位運動員的比較表中可見,以%HRR為準的訓練強度確實會比%MHR更能夠「因人制宜」,特別是對耐力運動的新手而言,其安靜心率越高的人,以%HRR跟%MHR所算出來的訓練區間落差將會更加明顯,以%HRR將會是更為合適的強度標準。


以上內容取自羅譽寅 鐵人日記,未經同意請勿任意轉載。

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