【跑者科普】跑者的引擎與耗油量:最大攝氧量與跑步經濟性

最大攝氧量(VO2 max)是指身體每分鐘所能消耗氧氣的最高值(公升/分鐘),更嚴格地說,它是指身體吸入且能運輸給肌肉使用氧氣的速率,能夠使用的氧氣量愈多,肌肉就可以在有氧的狀態下產生更多能量,跑得更快。


由於攝氧量跟個體大小有關,身體體積愈大攝氧量就愈高,所以通常還會除以體重來當作統一單位(毫升/公斤/分鐘)。以60公斤的跑者為例,如果他在測試中測量出最大攝氧量總量為2.5公升(L),換算成統一單位就是41.7毫升/公斤/分鐘(ml/kg/min)。

最大攝氧量一直以來都被認為是評估耐力運動表現與心肺能力的指標,最大攝氧量愈高代表心肺能力愈好,在耐力運動項目愈佔優勢。

一般來說,沒有運動習慣的男士通常在30~45ml/kg/min之間,有規律運動在45~55ml/kg/min之間,55ml/kg/min以上通常在業餘比賽中已經具有一定的競爭力,而國家級運動員通常會達到70ml/kg/min以上。同年齡的女性由於身體組成結構的關係,其最大攝氧量通常會比男性低約10%,女子馬拉松世界紀錄保持人Paula Radcliffe的最大攝氧量達75ml/kg/min(馬拉松PB: 2小時15分25秒)。另外,目前最大攝氧量的世界紀錄是97.5ml/kg/min,是來自挪威的前自行車選手Oskar Svendsen,目前已退役。


Oskar Svendsen正在測量最大攝氧量(照片來源)。

不過,現在大部分運動科學家與教練普遍認為最大攝氧量並非評估耐力運動表現最佳的指標。肯亞跑者在長跑方面的成就大家都有目共睹,然而有研究找來一群肯亞菁英跑者與北歐菁英跑者測量最大攝氧量,發現兩者之間並沒有明顯差異(肯亞79.9ml/kg/min vs. 北歐79.2ml/kg/min),另一研究也指出肯亞跑者與德國跑者在最大攝氧量方面並無顯著差異(肯亞71.5ml/kg/min vs. 德國70.7ml/kg/min)。不過,在接近的最大攝氧量下,肯亞跑者平均的10000公尺最佳成績卻比德國跑者快了將近2分鐘以上(肯亞28:29 vs. 德國30:39)。因此,可以確認最大攝氧量與耐力運動表現之間其實並無直接對應關係。

跑步經濟性
早在1930年,生理學家David Dill與他的同事發現在相同速度下,不同運動員所消耗的氧氣量明顯不同,並認為這種差異是造成兩名跑者的最大攝氧量相當,但耐力運動表現不同的關鍵因素,這就是所謂的跑步經濟性(Running Economy):跑者在次最大跑步速度下的耗氧量。在相同的跑步速度下消耗較少的氧氣,或是在相同的耗氧量下跑出更快的速度,跑步經濟性就較佳。

舉例,在同樣是每公里4分鐘的配速下,如果A跑者需要45ml/kg/min才能跑到,但B跑者只要花42ml/kg/min,那麼B跑者的跑步經濟性就比較好,跑起來比較省力,也因此他能夠跑得更遠,或是用多一點的氧氣跑出更快的速度,比如同樣花45ml/kg/min,但跑出3:45/公里的配速。

上圖是兩名最大攝氧量相當的跑者,在不同跑步速度下的耗氧量並不相同,三角點的跑者在不同速度下皆比正方點的跑者消耗更少的氧氣,即跑步經濟性較佳,因此其長距離跑步表現也會比較好。
(圖表來源: The Physiology of the World Record Holder for the Women's Marathon.

已經有眾多研究證實許多因素如耐力訓練、下肢肌肉特性、生物力學、心肺功能、肌肉質量分佈等皆會對跑步經濟性造成影響:
  • 循序漸進地增加跑步訓練量,將會改善跑步經濟性;因此,長年接受長跑訓練的跑者,其經濟性必定比初跑者好。 
  • 高強度(95~120%VO2max)或爬坡間歇有助於提高跑步經濟性。
  • 減少落地時的煞車作用力(Braking forces)可以提高跑步經濟性。 
  • 下肢剛性(Stiffness)較高的跑者,其跑步經濟性較好。 
  • 較差的下肢柔軟度(Flexibility)與較佳的跑步經濟性有正向的關聯性。 
  • 阻力訓練與增強式訓練(Plyometric Training)皆有助於提升跑步經濟性。 
  • 高原訓練能提高身體用氧的效率,從而提升跑步經濟性。 
  • 擁有較纖瘦修長小腿的東非跑者,對於其跑步經濟性也有著正面的影響。
影響跑步經濟性的眾多因素
(圖表譯自:Factors affecting running economy in trained distance runners.

要準確地測量跑步經濟性,我們必須要透過實驗儀器測量跑步時身體消耗了多少氧氣,所以實際上並不太可能讓跑者在訓練或比賽中隨時測量,長期下來也不知道自己的跑步經濟性有沒有隨訓練而改變。

〈跑步科學的新里程碑:Stryd與功率訓練〉中提到,功率即是身體做功的速率,而研究亦指出功率與耗氣量是呈正向關係的,所以只要透過跑步功率計,即可測量自己的跑步經濟性。只要在相同配速下的功率輸出愈低,代表跑起來愈省力,跑步經濟性就愈好。

有了跑步功率計,每個人都可以量化自己的跑步技術與跑步經濟性。

在下一篇文章,我將會介紹三個與跑步經濟性有關的數據:姿勢功率(Form Power)、下肢彈簧剛性(Leg Spring Stiffness)與跑步效能(Running Effectiveness),透過這三個數據可以量化出跑者的跑步技術與跑步經濟性,並且透過長期紀錄下來的數據,分析不同類型訓練對跑步經濟性的助益,從而找出日後訓練的方向。

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