• 18 Mar, 2022

精準心肺耐力訓練

簡介

什麼是Zone 2訓練?

為何要做Zone 2訓練?

運動生理學:能量系統與骨骼肌纖維

Zone 2訓練的許多好處

Zone 2訓練的劑量與頻率

如何知道我的Zone 2心率?

如何追蹤心率?

追蹤進步的方法

 

簡介

心肺耐力訓練(Endurance training)是科學動療的主軸之一,傳統的運動建議如每天一萬步或是333計畫已經是眾所皆知,不過,在精準健康的趨勢引導下,如何決定精準、個人化的訓練模式就變得很重要。從細胞分子層次來看,心肺功能的訓練,其實是要訓練細胞(尤其是骨骼肌)內粒線體的效率,從而改善代謝靈活度。

越來越多的證據顯示,Zone 2訓練是建立粒線體適應、有氧適能、耐力的基石。因此,不論您的目標是要健康長壽,還是要增進運動表現、避免過度訓練的傷害,Zone 2訓練都值得注意1

這裡,Precap將為您介紹什麼是Zone 2訓練、其背後的科學理論、執行方法、以及如何追蹤進步狀況。

 

什麼是Zone 2訓練?

運動強度可分為許多區間(Zone),坊間有各種不同的定義方法。科學動療網所推廣的Zone 2訓練(簡稱Zone 2),是有一個在生理、細胞機制上的定義:Zone 2是一個人可以維持血中乳酸在2 mmol/L以下的最高運動強度2,3

在這樣的強度下,在粒線體能夠有效使用氧氣進行氧化磷酸化,產生能量ATP;超過這個強度,細胞會越來越需要依賴無氧的糖解作用提供能量,而副產物的乳酸、氫離子逐漸累積。

Zone 2的訓練模式也可以理解為最大有氧功能(maximum aerobic function)訓練4,或是粒線體適應(mitochondrial adaptation)訓練。

為何要做Zone 2訓練?

粒線體可以說是人體細胞的發電機,一個健康的細胞,產能效率一定要好,而且也能正常清除廢物。而越來越多研究指出細胞老化及許多慢性疾病(如:肥胖、第二型糖尿病、心血管疾病、癌症、免疫、神經退化)的共同特徵,都包含粒線體的損壞及功能異常5,一篇2021年的研究甚至發現,即使在維持足夠的日常活動(如一天一萬步)時,老化還是和線粒體效能、運動能力、步態穩定性、肌肉功能和胰島素敏感性的衰退有關,而持續的運動鍛鍊可以抵抗老化的影響6,所以任何能夠幫助粒線體健康的方法都值得被注意。

運動訓練主要通過刺激骨骼肌帶來健康益處。從分子機制層面來看,運動引起的骨骼肌粒線體適應力(數量及品質)的提升,被認為是運動訓練有益結果的重要原因7

美國科羅拉多大學的運動醫學專家Iñigo San Millán博士表示,現代生活型態的久坐不動可能就是造成粒線體退化、代謝功能異常、各種慢性疾病上升的因素之一。在20年以上的研究發現,專業的耐力運動員身上,粒線體的數量、功能都是超出常人8

挪威Adger大學的運動科學教授Stephen Seiler博士也指出,即使是頂尖的耐力運動員,其實80%以上的時間都是用低強度的模式在訓練9

這是一般人也可以學習的:運動不需要「沒有痛苦就沒有收穫」(No pain, no gain.),而是劑量、頻率要正確,方法正確,不僅不會累,還會有穩定的進步,享受運動帶來的好處;即使對於沒有運動習慣的人,開始規律的走路都可以是訓練粒線體很好的方式。

 

運動生理學:能量系統與骨骼肌纖維

簡單來說,身體產生ATP的能量系統主要可分為:(1)有氧系統(粒線體呼吸):脂肪酸氧化、有氧糖解。(2)無氧系統:ATP-磷酸肌酸系統、無氧糖解。

脂肪和碳水化合物是兩個主要燃料來源。脂肪主要儲存在脂肪組織中,骨骼肌中也可少量儲存。碳水化合物以肝醣的形式儲存在骨骼肌(~80%)和肝臟中(~15%)。

骨骼肌由主要由兩種肌纖維組成,第一種是I型肌纖維,也稱為慢肌,具有最高的粒線體密度和容量,擅長燃燒脂肪作為能量。第二種是II型肌纖維,也稱為快肌,粒線體密度較低,利用葡萄糖提供即時無氧能量的能力較高;而快肌纖維又分為IIa、IIb兩個亞型。

和緩運動時,I型肌纖維扮演主要的角色,隨著運動強度的增加,IIa型肌纖維開始發揮作用,當強度不斷增加,最終IIb型肌纖維將被啟動。因此,在不同的運動訓練區間下,身體承受的代謝壓力以及需要調動的肌纖維、能量系統都有差異。

在低強度和中等運動強度期間,ATP主要可以靠有氧系統,尤其是脂肪酸氧化。在高運動強度下,脂肪氧化產能的速度不足以維持肌肉收縮需求,所以碳水化合物、無氧系統利用率增加,進而產生乳酸,總結如下:

訓練區間

主要燃料

主要肌纖維

Zone 1

脂肪

I型

Zone 2

脂肪、醣類

I型

Zone 3

脂肪、醣類

I型、IIa型

Zone 4

醣類

IIa型

Zone 5

醣類

IIa型、IIb型

Zone 6

醣類、ATP-磷酸肌酸

IIb型

一個人的運動能力最終取決於細胞將化學(燃料)能轉化為機械能(輸出功率)的能力。

Iñigo San Millán博士的研究發現10,專業耐力運動員、一般健康的人、和有代謝症侯群的人,在相同的運動強度下,使用脂肪酸氧化以及乳酸產生的量有很明顯的差異,而這現象可以間接評估粒線體功能及代謝靈活度。

為了減少乳酸堆積,II型肌纖維產生乳酸後,會透過特定的轉運蛋白MCT-4將乳酸從細胞中輸出。相應的,I型肌纖維含有MCT-1轉運蛋白,可將乳酸吸收,再進粒線體轉換成能量,發揮乳酸清除中的關鍵角色。

透過Zone 2訓練,我們不僅可以增加粒線體密度,提高脂肪利用率,還可以增加MCT-1轉運蛋白,提高乳酸清除能力,整體結果就是提高細胞代謝靈活度。因此,不論是要長壽健康,還是要提升運動表現,利Zone 2訓練來提升粒腺體脂肪氧化的能力都是關鍵

Zone 2訓練的許多好處

1.增加粒線體數量及產能效率

2.增加葡萄糖利用率

3.增加胰島素敏感度(改善胰島素阻抗)

4.提升燃脂效率

5.提升乳酸清除能力

6.提升代謝靈活度

7.提升運動表現

8.降低靜止心率、血壓

9.降低發炎

10.降低受傷風險

 

Zone 2訓練的劑量與頻率

·開始養成運動習慣¾每週3次、每次30分鐘。

·維持¾每週2小時:如每週2次、每次1小時。

·進步¾每週3個小時:可以是每週3次、每次1小時、或是每週4次、45分鐘時。

·最高有效劑量¾目前未知,每週5個小時都可能有更好的效果13

 

如何知道我的Zone 2心率?

最準確的還是乳酸測試,但是這受限於儀器、耗材、執行的不便利。

因此,實用的方式還是心率追蹤,然而有些情況(如有服用影響心率的藥物)就必須依靠自覺運動強度量表說話測試,詳細說明如下。

心率追蹤

最大心率百分比14¾Zone 2約在最大心率的68~79%,目標可以是70~75%。

例:一位50歲的人,最大心率220 – 50的70~75%就是119~127下/分鐘。

另一種方式,由Philip Maffetone所研發的最大有氧功能(Maximum aerobic function, MAF)心率4,也可以做為個人化的Zone 2區間參考,算法如下:

1.用180 – 年齡。

2.再透過以下條件,修正上面算出來的結果。

a.減10-有重大疾病或正在恢復中(包含手術或住院),正在做復健,有服用任何處方藥,或長期過度訓練。

b.減5-受傷、運動表現退步或沒有進步(MAF測試結果或比賽成績),每年感冒兩次以上,有過敏、氣喘,體重過重(腰圍大於身高的一半),短期訓練過度,沒有規律運動習慣。

c.不用調整-規律訓練(每週4次)達兩年,且沒有任何(a)或(b)的問題。

d.加5-規律訓練超過兩年,沒有任何(a)或(b)的問題,MAF測試結果或比賽成績都有進步。

3.修正結果的數字就是您的MAF心率上限值,區間是上限值減10。

例:一位50歲符合條件(b)的人,MAF心率為180 – 50 – 5 = 125,區間就是115~125下/分鐘。

自覺運動強度量表-5~6分(0~10分,10分為最大耐受強度)。

說話測試-活動時仍可講出簡短字句、詞彙,但無法唱歌,若講太多話也會喘。

如何追蹤心率?

使用心電傳導技術的心率帶是最即時、準確的方式。光學偵測的運動手環偵測心率變化的靈敏度比較差,但實際測試發現在穩定的Zone 2強度下,結果不會和心率帶差異太大。

 

追蹤進步的方法

1.MAF測試法:可以每個月執行一次,可以在簡單的熱身後到達MAF心率,在相同的地點、路線或使用相同的設備進行固定距離的運動,並紀錄時間。

下圖是一位35歲的男性跑者在12個月的MAF心率訓練期間,每個月在平地跑5公里的MAF測試結果4

2.在盡可能相同的時間、環境、身體狀態下運動,可觀察到心率固定時(MAF心率)的速度及可在這個速度維持穩定心率的長度(持久度)有進步,如下圖。

參考資料

1.San-Millán I. Zone 2 Training for Endurance Athletes: Build Your Aerobic Capacity. Accessed March 16, 2022. https://www.trainingpeaks.com/blog/zone-2-training-for-endurance-athletes/

2.Attia P. Q&A on Zone 2 Exercise with Peter Attia, M.D. Published December 28, 2021. Accessed March 17, 2022. https://peterattiamd.com/live-qa-on-zone-2-exercise/

3.Connor T. The True Definition of Threshold.

4.Maffetone P, Laursen PB. Maximum Aerobic Function: Clinical Relevance, Physiological Underpinnings, and Practical Application. Frontiers in Physiology. 2020;11. https://www.frontiersin.org/article/10.3389/fphys.2020.00296

5.López-Otín C, Blasco MA, Partridge L, Serrano M, Kroemer G. The hallmarks of aging. Cell. 2013;153(6). doi:10.1016/j.cell.2013.05.039

6.Grevendonk L, Connell NJ, McCrum C, et al. Impact of aging and exercise on skeletal muscle mitochondrial capacity, energy metabolism, and physical function. Nature Communications. 2021;12(1). doi:10.1038/s41467-021-24956-2

7.Drake JC, Wilson RJ, Yan Z. Molecular mechanisms for mitochondrial adaptation to exercise training in skeletal muscle. FASEB Journal. 2016;30(1). doi:10.1096/fj.15-276337

8.San Millán I. Winning the battle against metabolic disorders | TEDxMileHigh. Published July 9, 2014. Accessed March 15, 2022. https://www.youtube.com/watch?v=DZfOvYiQtow

9.Seiler S. How “normal people” can train like the world’s best endurance athletes | TEDxArendal. Published December 3, 2019. Accessed March 15, 2022. https://www.youtube.com/watch?v=MALsI0mJ09I

10.San-Millán I, Brooks GA. Assessment of Metabolic Flexibility by Means of Measuring Blood Lactate, Fat, and Carbohydrate Oxidation Responses to Exercise in Professional Endurance Athletes and Less-Fit Individuals. Sports Medicine. 2018;48(2). doi:10.1007/s40279-017-0751-x

11.Luks H. Zone 2 Heart Rate Training For Longevity and Performance. Published March 11, 2022. Accessed March 15, 2022. https://www.howardluksmd.com/zone-2-hr-training-live-longer-less-injury/

12.Attia P. Peter Attia Podcast #85 – Iñigo San Millán, Ph.D.: Zone 2 Training and Metabolic Health. Published December 23, 2019. Accessed March 15, 2022. https://peterattiamd.com/inigosanmillan/

13.Arem H, Moore SC, Patel A, et al. Leisure time physical activity and mortality: A detailed pooled analysis of the dose-response relationship. JAMA Internal Medicine. 2015;175(6). doi:10.1001/jamainternmed.2015.0533

14.Achten J, Jeukendrup AE. Optimizing fat oxidation through exercise and diet. Nutrition. 2004;20(7-8). doi:10.1016/j.nut.2004.04.005