將階梯測試峰值功率轉換為 FTP 與結構化訓練區間

階梯測試機制與 FTP 的推導

漸增式階梯協議（Incremental ramp protocols）在現代各類自行車平台上被廣泛用於估算功能閾值功率（FTP），從而避免了長距離計時賽所帶來的配速負擔 [1, 8]。標準測試協議通常在熱身後從 100 W 的阻力開始，並以每分鐘 20 W 的線性增量遞增，直至力竭 [1]。在商業平台與生理測試體系中，每分鐘遞增功率會依性別和表現水準而有所調整，常見設定為女性 15 W/min、菁英男性 20 W/min 以及非菁英男性 25 W/min [6]。

在標準商業應用中，FTP 是透過對最後完成階段所達到的峰值功率輸出（PPO）套用固定乘數計算而得。0.75（即最大階梯功率的 75%）的標準乘數最初由 Ric Stern 推導得出 [1, 6]。然而，不同軟體系統與教練體系的數學定義各不相同：Joe Friel 在 20 W/min 遞增階梯後採用最後一分鐘功率的 85%，另有教練方案採用 82.5%，而主流商業平台則在 20–25 W/min 階梯下套用 75% [6]。儘管在大樣本族群（約 1,800 次測試）中，平均轉換係數集中在 0.753 至 0.755 之間（與 0.75 標準僅偏離 1.4 W），但個體間第 5 到第 95 百分位數的分佈範圍卻落在 67.0% 至 83.1% 之間 [20]。大約有 40% 的受試個體與 0.75 的固定估算值偏差超過 5%，相對於真實的持續有氧能力，絕對偏差介於 −58 W 至 +60 W 之間 [20]。

生理差異：無氧能力與糖酵解速率

將階梯測試得到的峰值功率轉換為持續閾值功率時，造成誤差的主要生理因素是運動員的無氧做功能力（$W'$）與最大產乳酸速率（$V\text{La}_{\text{max}}$）[1, 17, 20]。由於標準階梯測試是在短時間、超閾值的遞增階段中達到終點力竭，具備大量快肌運動單位募集能力與高無氧做功能力的運動員，能夠在最後階段產生極高的功率輸出，但這並不能反映其穩態有氧氧化能力 [1, 18]。

實證模型清楚指出，階梯測試終點功率與 1 小時持續功率之間的真實轉換係數，深受 $V\text{La}_{\text{max}}$ 的調節 [20]：

• 低糖酵解速率（$V\text{La}_{\text{max}} < 0.30\text{ mmol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}$）： 運動員的平均真實轉換係數為 0.832。套用通用的 0.75 乘數會低估其閾值，導致設定的 95% FTP 間歇課表實際僅落在真實生理閾值的約 86% [20]。
• 高糖酵解速率（$V\text{La}_{\text{max}} \ge 0.65\text{ mmol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}$）： 運動員的平均真實轉換係數為 0.696。套用通用的 0.75 乘數會高估其閾值，導致名義上低於閾值的 95% FTP 間歇課表，實際上高達真實閾值的 102% [20]。

這種差異在功率匹配的案例比較中得到了明確驗證。兩名在階梯測試中取得相同終點功率輸出（約 397 W 與 399 W，依 0.75 規則預測 FTP 皆約為 298–299 W）的運動員，其真實 1 小時持續功率卻相差了 37 W（322 W vs. 285 W），這正是由 $V\text{La}_{\text{max}}$（0.32 vs. 0.75 $\text{mmol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}$）與 $W'$（188 vs. 346 J/kg）的差異所致 [20]。具有強大無氧背景的運動員若依賴標準階梯乘數，在執行設定的甜區（Sweet-spot）或閾值間歇課表時，往往會遭遇心率過高與過早力竭的問題 [18]。

與計時賽、臨界功率及乳酸指標的比較

其他常見的現場測試形式包括 20 分鐘計時賽（採用 0.95 乘數估算 60 分鐘功率與乳酸閾值）以及 Carmichael Training Systems（CTS）8 分鐘計時賽（在間隔 10 分鐘恢復的兩趟測試中，取較高值或平均值乘以 0.90）[1]。然而，對於無氧儲備較大的運動員而言，這些較短持續時間的測試形式同樣存在高估持續閾值的風險 [1]。

科學文獻中屢次觀察到不同測試方法與直接生理指標之間的差異：

• $FTP_{20}$ 與臨界功率（CP）： 在受過良好訓練的自行車選手中，CP（256 ± 50 W）顯著高於 20 分鐘計時賽推算出的 FTP（249 ± 44 W；$P = 0.041$），其 95% 一致性界限落在 −19 W 至 +33 W 之間，證實 CP 與 FTP 在生理上不可互換 [2]。同樣地，Pringle 與 Jones 證實 CP 顯著高於最大乳酸穩態功率（P-MLSS：242 W vs. 222 W；$r = 0.95$）[4]。
• 在 FTP 強度下的力竭時間（Time-to-Exhaustion）： 雖然 $FTP_{20}$ 表現出高度的重測信度（$r = 0.94$），但在受過訓練的自行車手以 95% $FTP_{20}$ 騎乘時，其實際力竭時間僅有 42 ± 17 分鐘，只有極少數人能夠維持在理論 60 分鐘閾值的 10 分鐘誤差範圍內 [5]。
• 個別閾值一致性： Borszcz 等人比較了 23 名公路自行車競賽選手的 $FTP_{60}$（231 W）、$FTP_{20}$（236 W）與個體無氧閾值（IAT：237 W）；其中 11 名選手的 20 分鐘估算值與其乳酸測試結果相差達 30–50 W [4]。
• 8 分鐘協議與乳酸閾值： 在受過訓練的自行車手中，8 分鐘測試的估算值與血液乳酸指標相比呈現中等至極大的效應量差異，包括修正 $D_{\text{max}}$（ES = 0.77）、固定 4.0 mmol/L 血乳酸（ES = 0.83）、初始 1.0 mmol/L 升高（ES = 1.37）以及標準 $D_{\text{max}}$（ES = 2.42）[4]。

區間設定與生理領域錨定點

結構化耐力訓練模型將運動強度劃分為由第一與第二生理閾值界定的各個代謝領域 [9, 10]：

1. 中等強度領域（低強度 / Zone 2）： 位於第一通氣閾值（VT1）與第一乳酸閾值（LT1）之下，在此區間內，攝氧量（$\text{VO}_2$）與血液乳酸在 2–3 分鐘內即可達到穩態動力學，且代謝擾動極小 [10]。
2. 重度強度領域（中強度）： 位於 VT1/LT1 與第二閾值（VT2/CP/MLSS）之間，其特徵是存在 $\text{VO}_2$ 慢成分（slow component），使穩態延遲至 10–20 分鐘才達成 [10]。
3. 劇烈強度領域（高強度）： 位於 CP/MLSS/VT2 之上，此時代謝穩態無法維持，血液乳酸與 $\text{VO}_2$ 會持續攀升，直至力竭或達到 $\text{VO}_2\text{max}$ [10, 17]。

實驗室階梯測試可利用氣體交換動力學精確劃定這些邊界 [9]。VT1 是透過 V-slope 法（$\dot{V}\text{CO}_2/\dot{V}\text{O}_2$ 的轉折點）、每分鐘通氣量（$\dot{V}\text{E}$）的首次指數型上升，以及 $\dot{V}\text{E}/\dot{V}\text{O}_2$ 上升而 $\dot{V}\text{E}/\dot{V}\text{CO}_2$ 未上升來判定 [9]。VT2 則由 $\dot{V}\text{E}$ 的第二次指數型上升、$\dot{V}\text{E}/\dot{V}\text{O}2$ 與 $\dot{V}\text{E}/\dot{V}\text{CO}2$ 同步上升，以及呼氣末氧分壓（$,P{\text{ET}}\text{O}2$）上升伴隨呼氣末二氧化碳分壓（$,P{\text{ET}}\text{CO}2$）下降來確定 [9]。在漸增負荷運動測試中，VT1 通常落在最大心率（$,\text{HR}{\text{max}}$）的 65% 至 75% 之間，而 VT2 則落在 82% 至 93% $,\text{HR}{\text{max}}$ 之間 [12]。

將訓練區間錨定於個體的生理閾值指標，可避免通用公式帶來的適應不良 [13]。使用儲備心率公式設定強度的預估誤差約達 29%；在一項為期 12 週的對照介入研究中，依儲備心率設定訓練的受試者中有 60% 未能提升 $\text{VO}2\text{max}$，而當強度錨定於個人通氣閾值時，100% 的受試者均獲得了改善 [13]。在進行閾值層級的訓練介入時，目標剛好設定在略高於 VT2 的間歇（例如 $4\times8$ 分鐘於約 90% $,\text{HR}{\text{peak}}$），已被證實相較於更短或更長的間歇時間，能在 $\text{VO}_2\text{peak}$、$\text{VO}_2\text{peak}$ 下的功率以及 4.0 mmol/L 血乳酸下的功率方面產生更優異的適應效果 [13]。

劇烈強度間歇中的重構與建模

當訓練強度超過臨界功率時，間歇訓練的安排取決於有限無氧做功能力（$W'$）的消耗與重構（reconstitution）[17, 22]。雙參數臨界功率模型假設 CP 之上具備固定的做功能力，但在長時間騎乘（>40–80 分鐘）中，$W'$ 會因非肌醣原疲勞機制而衰減，且無法單純透過補充碳水化合物來維持 [17]。

在間歇性劇烈強度騎乘中，$W'$ 的恢復呈現非線性動力學 [22]：

• 在受過訓練的自行車手中，恢復動力學最符合雙指數模型（$R^2 = 0.999$），包含一個快速成分（振幅約 50.7%，時間常數 $\tau_{\text{FC}} = 21.5\text{ s}$）與一個慢速成分（振幅約 49.3%，時間常數 $\tau_{\text{SC}} = 388\text{ s}$）[22]。
• 隨著重複恢復組數的增加，$W'$ 的重構速率會大幅減慢（在 3–4 分鐘時降低 8–9%），這會使慢速成分的時間常數 $\tau_{\text{SC}}$ 延長至 716 秒，而快速成分則保持不變 [22]。
• 對於劇烈領域中的短時間作功間歇（例如在 95% 有氧峰值速度下，以 2:1 的功休比進行），被動恢復相比於主動恢復能提供更長的力竭時間（1523 ± 411 秒 vs. 902 ± 239 秒），而在長時間間歇中，主動恢復與被動恢復的差異則會縮小（984 ± 260 秒 vs. 886 ± 254 秒）[21]。