儲備心率訓練區間真的符合實際代謝閾值嗎？

以卡氏公式（Karvonen method）計算的儲備心率（HRR），在群體層面上能提供代謝運動強度的粗略估算，但往往無法精準對應個體的通氣閾值與血乳酸閾值 [2, 17]。雖然群體平均值呈現出可預測的規律，但個別受試者的閾值心率在不同體能水平、性別以及健康狀況之間存在廣泛差異 [8, 11, 19]。若完全依賴標準的 HRR 百分比區間，運動員與臨床族群經常會在高於或低於預期目標的代謝區間中訓練 [8, 14, 17]。

三大代謝能量區間模型

耐力運動生理學將輸出功率劃分為三個主要的代謝強度區間，並由兩個生理分界點分隔 [19]：

1. 中等強度區間（Moderate Domain）：低於第一通氣閾值（VT1）或第一乳酸閾值（LT1）的運動強度 [19]。在此區間內，血乳酸濃度維持在基準值附近（通常定義為比基準值上升少於 0.5 mM），且脂肪氧化率較高 [5, 17]。
2. 高強度區間（Heavy Domain）：介於第一代謝閾值（LT1/VT1）與第二代謝閾值（LT2/VT2、臨界功率或臨界速度）之間的運動強度 [19]。血乳酸會上升至基準值以上（常見標準為比基準值上升 $\ge$1.5 mM），但在持續運動中會趨於穩定，接近最大乳酸穩定狀態（MLSS）[3, 17]。
3. 極高強度區間（Severe Domain）：介於第二代謝閾值與最大攝氧量（$\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$）之間的運動強度，其特點是乳酸持續不可逆地上升並迅速導致力竭 [3, 19]。

頂尖耐力運動員通常會將約 80% 的訓練量分配在中等強度區間（Zone 2 及以下），以優化脂肪代謝、提升粒線體效率並保留肌肉肝醣 [5]。

HRR 平均值與個體差異

卡氏公式藉由將一定比例的儲備心率加上安靜心率來計算目標心率：$\text{Target HR}={\text{HR}}_{\text{rest}}+\text{intensity fraction}\times ({\text{HR}}_{\text{max}}-{\text{HR}}_{\text{rest}})$ [2]。考量安靜心率有助於反映基準副交感神經活性，但標準百分比區間往往與直接量測的生理指標有所出入 [2]。

在受控的自行車實驗中，群體平均值顯示 HRR 與代謝指標之間具有合理的對應關係。在包含 33 位受過良好耐力訓練的男性自行車手（平均 $\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$：62.1 $\pm$ 4.6 ml·kg⁻¹·min⁻¹）的研究中，生理臨界點對應的平均值如下 [3]：

• VT1：184 $\pm$ 36 W（66 $\pm$ 9% HRR）[3]
• MLSS（$n=14$ 的子群體）：256 $\pm$ 31 W [3]
• VT2：298 $\pm$ 36 W（88 $\pm$ 6% HRR）[3]
• $\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$：390 $\pm$ 34 W（100% HRR）[3]

依據漸進式運動測試（每分鐘增加 25 W），歸納出五個訓練區間：R0（53–62% HRR）、R1（62–71% HRR）、R2（74–86% HRR）、R3（86–99% HRR）與 R3+（100% HRR）[3]。

然而，大規模的統合分析數據顯示，個體的閾值位置在這些平均值周圍呈現極大的離散度 [17]。一項涵蓋 25 項研究與 412 位跑者的統合分析指出，跑者在生理閾值處的個別心率落點範圍極為廣泛 [17]：

• LT1 範圍：65% 至 90% HRR（或 69% 至 94% ${\text{HR}}_{\text{max}}$）[17]
• LT2 範圍：73% 至 95% HRR（或 80% 至 98% ${\text{HR}}_{\text{max}}$）[17]

由於這種離散性，若武斷地設定 75% HRR 為目標，可能會讓某位跑者安全地位於 LT1 以下的中等強度區間，卻讓另一位跑者大幅超出 LT1 進入高強度區間 [17, 19]。在未進行實驗室檢測的情況下，運動員的心率必須維持在 65% HRR 以下（或 70% ${\text{HR}}_{\text{max}}$ 以下），才能有 95% 的確定性確保運動強度嚴格落在 LT1 之下 [17]。

心率公式與代謝閾值出現偏差的原因

數個因素解釋了為何基於公式的儲備心率模型無法精準對應即時的血乳酸與氣體交換閾值：

1. ${\text{HR}}_{\text{max}}$ 估算本身的誤差

標準的年齡預測最大心率公式具有 $\pm$10 至 12 bpm 的估算誤差 [2]。Meyer 及其同僚於 1999 年發現，若以固定的 85% ${\text{HR}}_{\text{max}}$ 開立運動處方，運動員實際的運動強度會散落在個人實測無氧閾值的 87% 至 116% 之間 [2]。

2. 有氧體能與非線性的閾值變化

有氧能力與閾值位置之間的關係在不同體能水平中並非均勻一致 [11]。在一項納入 863 位參與者的整合研究中，通氣閾值時的攝氧量佔攝氧量儲備的百分比（VT%$\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$）呈現 U 型曲線 [11]。在 $\dot{V}{\text{O}}_2\text{peak}$ 約為 40 ml·kg⁻¹·min⁻¹ 的受試者中，其最低點出現在約 43% $\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$，而在 $\dot{V}{\text{O}}_2\text{peak}$ 最低與最高的參與者中，平均 VT%$\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$ 則上升至約 75% [11]。

3. 性別差異

固定的目標閾值在不同性別間的表現並不相同 [19]。在 165 位休閒跑者的研究中，女性跑者在 LT1 時的相對心率、$\dot{V}{\text{O}}_2$ 以及跑步速度皆顯著高於男性跑者（$p<0.001$），這凸顯了統一的心率目標無法準確反映不同性別間的代謝負荷 [19]。

4. 臨床族群與變時功能不全

固定心率目標指引與生理閾值之間的脫節，在臨床族群中尤為明顯 [8, 14]。一項針對 350 人的研究發現，依照標準指引設定的強度區間，在心臟病患者中將 VT1 誤判為高強度（而非中等強度）的比例高達 67.1%（舊指引）與 79.6%（2020 ESC 指引）；相較之下，在健康久坐者中的對應準確率為 90%，在競技運動員中則為 93.9% [8]。

同樣地，在 18 位慢性心力衰竭患者中，依據 40–70% HRR 推算出的目標心率顯著高於實測閾值，這可能導致開立出高於通氣閾值或呼吸代償點的高強度或極高強度運動處方 [14]。即使在套用標準的乙型阻斷劑心率修正後，這些患者的實測 ${\text{HR}}_{\text{max}}$ 仍比年齡預測值低了 12% [14]。

實務上的替代方案與校準指標

當無法進行直接的氣體代謝儀檢測（測量 VT1/VT2）或血乳酸分析時，有數種替代方案可作為對應真實生理轉折點的校準參考：

• 自覺用力程度（RPE）：無論是低體能族群還是高水準受試者，儘管絕對輸出功率差異甚大，通氣閾值（VT）出現時的平均 Borg RPE 皆穩定落在 12.5 $\pm$ 0.93 左右 [11]。
• 心率變異度（HRV）：使用去趨勢波動分析（DFA $\alpha 1$）的非線性 HRV 分析可追蹤碎形相關特性的變化，該數值在低輸出功率時約為 1.5，並在接近 VT1/LT1 時下降至 0.75 左右 [22, 23]。在菁英鐵人三項選手與男性跑者族群中，DFA $\alpha 1=0.75$ 的閾值與 LT1 及 VT1 展現出高度一致性，平均差異僅為 1.7 至 2.0 bpm [22, 23]。
• 運動表現基準（Performance Anchors）：在休閒跑者中，相較於單純使用心率或 RPE，以固定配速推估 LT1 與 LT2 的誤差幅度較小；然而，若最大速度是透過估算而非直接量測獲得，則會增加閾值的估算誤差 [19]。