马拉松比赛的运动员心率

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发表于 2017-3-24 11:06:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
                                                                                                                                               

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撰文|王顺正,林玉琼,王鹤森

2017 台北渣打公益马拉松 (Taipei Standard Chartered Marathon, 2017年2月12日),是台湾目前最受欢迎的马拉松比赛之一。台湾师大体育学系王鹤森教授参加男50-59岁全程马拉松比赛,比赛成绩大会时间03:33:02、个人时间03:32:34 (11.9km/hrs),总名次318名 (3167人、89.99%)、分组名次39名 (515人、92.62%)、性别名次302名 (2721人、88.94%)。


透过garmin Fenix hr3的手腕装置 (手表),纪录鹤森教授马拉松比赛全程的运动心跳率,发现51岁的鹤森教授运动心跳率最大值为197 bpm、平均心跳率为178 bpm,依据Garmin运动心跳率区间5的运动时间长达02:41:35 (占运动全程76%)、区间4的运动时间为44:01 (占运动全程21%),区间3的运动时间为7:01 (占3%)。实际上,比赛过程的手表记录温度介于16℃至26℃之间 (根据中央气象局的记录,当天6:00~10:00的气温是12.7-14.4 ℃!),比赛路程的海拔高度变化也不大。


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3小时30多分钟的马拉松跑步期间,尽管前面2个半小时的跑步速度相当一致,大约都在每公里4分50秒左右,但是心跳率在前面40分钟逐渐的由150 bpm增加到180 bpm,然后维持这个心跳率长达2小时左右,一直到鹤森教授在2小时30分钟左右停下来补充水分,同时跑步速度慢慢降低,心跳率在这个时候出现约十几分钟的降低现象,最后约50分钟的时间,尽管跑步速度已经显著的降低,心跳率仍然又逐渐增加到180 bpm,一直到比赛结束。依据运动生理学的基本概念来看,以高于220-年龄的最大心跳率预测值 (鹤森教授预测的最大心跳率为220-51岁=169),持续运动超过2小时的现象 (实际上鹤森教授运动过程时的心跳率超过180 bpm),实在是超乎运动生理学理论范围,可是这又是实际存在的事实。


98a597bf9b93527a7d54ed082737466b.jpg 马拉松比赛各公里配速与心跳率对照图

长时间运动时的心跳率不稳定现象,其实经常出现于长时间的耐力运动上。王顺正 (1999) 在运动生理周讯第17期「运动强度的判定(心跳率)」中,有讨论到利用心跳率来评量运动强度时,「运动时间太长时,可能形成心跳率评量运动强度百分比的失真」的问题。Wagner and Housh(1993) 提出心跳稳定阈值强度 (physical working capacity at the heartrate threshold, PWCHRT) 的概念时,即发现只有在极轻的强度运动时,心跳率才有可能出现稳定。就算运动的强度不高,长时间的运动时,要让心跳率维持固定其实是相当困难的。Coyle与Gonzalez-Alonso (2001)、王予仕 (2006) 、王顺正与林玉琼 (2014) 指出这种运动心跳率会随运动时间增加的特殊运动生理现象,称为「心血管循环转变 (cardiovasculardrift)」或称为「心脏循环转变 (cardiac drift)」。


Coyle 与 Gonzalez-Alonso (2001) 的研究,整理过去的相关研究文献发现,当以中等强度运动时间超过10分钟后,心跳率会因为心脏每跳输出量 (Stroke Volume,SV) 与平均动脉压 (Mean Arterial Pressures, MAP) 的降低,进而造成心跳率的漂移转变 (drift) 现象 (下图左)。而且,人体长时间运动 (超过20分钟长时间运动) 时,因为流汗与水分供应不足,会导致总血液量、平均动脉压、心输出量、心脏每跳输出量等生理现象下降,进而造成运动时的心跳率上升 (下图右)。运动过程的水分流失、体温增加、交感神经活动提高都可能是造成心血管循环转变的原因 (王顺正与林玉琼,2014)。Wingo, Ganio 与 Cureton (2012) 的研究指出,心血管循环转变是指人体在中等强度运动下,持续运动超过10分钟后,开始出现心跳率逐渐增加、心脏每跳输出量逐渐减少的生理现象,这种现象将可能会伴随出现相对强度增加、最大摄氧量降低的状况。

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626e05cfc0f5caffd111a96998536e4a.jpg 运动时心血管循环转变的特殊生理现象 (Coyle & Gonzalez-Alonso, 2001)

Hartwell, Volberding 与 Brennan (2015) 以20名大学男性划船选手为对象,进行65%HRR强度的划船运动60分钟,研究结果发现受试者平均心跳率在运动开始后就有逐渐增加的现象 (运动后3分钟的划船负荷为 199.95±25.63 watts、平均心跳率为149.16±6.67 bpm,运动第60分钟的划船负荷为199.40±23.77 watts、平均心跳率为 168.37±8.43 bpm,右图)。由此可见,65%HRR强度的60分钟长时间划船运动,确实也会有心血管循环转变现象。


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但是,Mikus等 (2008) 针对DREW (DoseResponse to Exercise in Women) 的研究中,发现针对326位平均年龄57岁、体重过重 (BMI 25-34)、停经的坐式生活型态女性,进行4 kkw (kilocaloriesper kilogram body weight per week, 每周进行每公斤体重4千卡的能量消耗)、8 kkw、12 kkw的运动时 (强度约50%VO2peak、3 METS、平均运动心跳率约106-108 bpm),经过24分钟、42分钟、60分钟的长时间运动后,运动最后阶段的心跳率仅增加1-4 bpm、METS则都没有改变。似乎当运动强度低到摄氧峰值得50%时,心血管循环转变的现象就会不明显?


事实上,王顺正、林玉琼 (2014) 在运动生理周讯第311期「心血管循环转变对运动心跳率判定运动强度的影响」的文章中指出,在热环境下运动时,运动心跳率评量运动强度的百分比显然会有高估现象,而且运动时间越长高估的幅度越明显。而且,当环境温度增加、没有使用散热设备的情境下,运动心跳率确实会逐渐增加,提高了运动心跳率判定运动强度的困难度。「使用运动心跳率判定运动强度、或者以运动心跳率控制运动强度时,有必要针对环境温度、湿度等,可能影响运动心跳率高低的变项,提出必要的说明,做为高估运动强度幅度的判定依据」。


对于王鹤森教授参加马拉松比赛过程的运动心跳率变化来看,就算环境温度在12-15 ℃,运动心跳率的心血管循环转变状况仍然相当显著,而且出现超过最大心跳率的时间长达2小时40分钟以上的状况。有鉴于此,运动强度、运动时间、运动者体能状况、…对于心血管循环转变的影响为何?将是马拉松比赛过程监测运动心跳率价值的重要条件。


引用文献


王予仕 (2006)。运动时的心血管循环转变(cardiovascular drift)。运动生理周讯,218。http://www.epsport.net/epsport/week/show.asp?repno=218


王顺正 (1999)。运动强度的判定(心跳率)。运动生理周讯,17。http://www.epsport.net/epsport/week/show.asp?repno=17


王顺正、林玉琼 (2014)。心血管循环转变对运动心跳率判定运动强度的影响。运动生理周讯,311。http://www.epsport.net/epsport/week/show.asp?repno=311


Coyle, E. F., & Gonzalez-Alonso, J. G. (2001). Cardiovascular driftduring prolonged exercise: new perspective. Exercise and Sports ScienceReviews, 29(2), 88-92.


Hartwell, M. L., Volberding, J. L., & Brennan, D. K. (2015).Cardiovascular drift while rowing on an ergometer. Journal of ExercisePhyiology, 18(2), 95-102.


Mikus, C. R., Earnest, C. P., Blair, S. N., & Church, T. S. (2008).Heart rate and exercise intensity during training: observations from the DREWstudy. British Journal of Sports Medicine, 43(10), 750-755.


Wagner, L. L., & Housh, T. J. (1993). A proposed test for determiningphysical working capacity at the heart rate threshold. Research Quarterly forExercise and Sport, 64(3), 361-364.


Wingo, J., Lafrenz, A. J., Ganio, M. S., Edwards, G. L., & Cureton, K.J. (2005). Cardiovascular drift is related to reduced maximal oxygen uptakeduring heat stress. Medicine and Science in Sports and Exercise, 37(2),248-255.


Wingo, J. E., Ganio, M. S., & Cureton, K. J. (2012). Cardiovasculardrift during heat stress: implications for exercise prescription. Medicine& Science in Sports & Exercise, 40(2), 88-94.

声明:本文原刊发于2017-03-03的「运动生理周讯」第353期上,经「運動生理學網站」同意,在「运动科学论坛」微信平台发布。                    

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