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【最大心率】「220-年齡」公式的迷思


(Medicina online)

【體路專欄】過往筆者都在不同文章探過心肺強度指標的應用,當中「最大心率百分比」(Max HR %) 最常見於大眾層面。然而,使用這方法的前提是要先釐定運動者的 Max HR,不少朋友卻對此數字的計算方法存疑。藉今次機會再跟大家分享一些國外的運動文獻資訊:

() 最大心率公式的起源

據文獻記載,「220- 年紀」這公式最先由兩位美國學者Dr. Samuel Fox和 Dr. William Haskell 在1970年提出。當時他們綜合10份醫療研究的受試者平均數據,發現個人最大心率約莫為220 減去自己的年紀,即20歲的年青人是200, 50歲的中年人就是170。這公式在坊間已沿用數十年,簡單易記,在公共衛生推廣角度,對普羅大眾尤其適合。

() 公式的潛在問題

然而,上述兩位學者當年提出公式時所引用的醫療研究並沒有包括65歲以上人士 (大部份受試者只是55歲以下的心血管病男性病人),未必適用於其他群體。而且,這公式亦只是按眾多受試者的「平均值」來建立,無法反映真實個人先天體質差異,故不少使用這算式的朋友或曾出現以下疑惑:

情況 1: 明明感覺很輕鬆,但心率%已經非常高 (代表我的心臟有問題嗎?)

情況 2 : 即使運動到筋疲力竭都未能達到預算數值 (是我“谷”得還不夠盡嗎?)

值得一提,情況1 多見於中老年人士,情況2 則常見於年青運動員。
() 近代研究

在2001年,美國學者 Dr. Tanaka 和其研究團隊就曾撰寫一篇著名文章,綜合過去351個研究,統計分析18,712個人的年齡和真實Max HR關係。結果發現, 真實的Max HR 跟公式估算的落差可非常大,相距往往達10-20下不等,而且年紀越大誤差也越顯著。另一支挪威研究團隊亦於2013年發表一篇大型報告,分析3320位成年男女的Max HR 真實和估算值,結果同樣發現類似標準誤差(SEE)幅度。

若換以具體數字表達,假使兩個人年齡都是50歲 (即估算約為170下),其中一人的真實Max HR 可以是150,另一人則是190,相差達40下。


(2013年挪威的大型研究,指出真實的Max HR 跟年齡估算公式 (黑色直線) 的誤差分佈非常大。)

() 另一迷思: 最大心率會隨體能水平上升嗎?

以上疑問在大眾間也很常見,其實國外文獻早已清楚指出Max HR 主要受先天基因影響,會隨年齡下跌,但跟體能水平和健康指標並沒顯著關係。換句話說,再多的訓練也不能增加你的真實心率極限 (最多只能說訓練使你更忍得苦,令你更易逼近極限,但你的真實極限並沒有比訓練前提高)。事實上,筆者過往在實驗室工作曾親身測試過 Max HR只有約170的頂尖年青馬拉松運動員,也見過為數不少 Max HR接近200 的四十、五十歲的健康中年運動新手。更有趣的是,不少初學者經過訓練後,最大心率反有機會出現短暫輕微下跌,此乃正常現象。(這涉及心縮輸出量Stroke Volume 增加所帶來的後續反應,日後另作詳述。)

() 錯誤運用公式的後

雖然十多年前的研究早已清楚指出問題所在,但目前坊間仍有不少運動愛好者、甚至資深運動教練對 「220-年紀」這傳統公式深信不疑,或許都是因為各大媒體、以至官方機構廣泛推崇其便利性所致。但必須強調,若忽視個人差異性而錯誤評估強度,可衍生以下問題:

  1. 長期練習強度過低達不到預期效果;
    2. 相反,強度過高亦容易造成過勞和受傷;
    3. 不恰當的朋輩間比較 (e.g. 某隊員的Max HR 比其他隊員低,教練便經常斥責他未盡全力,但這其實是不正確的)

() 較準確的替代方

當明白到傳統公式的不足之處,那又有甚麼其他方法去估算Max HR? 以下是三種較為常見的

  1. 漸進式心肺耐力測

這是一般學術界公認最標準的黃金做法,絕大部份實驗室的測試也以此為依據。受試者須在單車機或跑步機進行,測試先從低強度開始,每1-3分鐘增加強度 (如單車機的阻力或跑步機的速度和斜度),一直加到極限力竭,此時的心率理應為受試者的Max HR。但進行這方法需要一定經驗和專人協助,並確保受試者身體條件適合。(詳見: https://bit.ly/2MN27V5)

  1. 根據比賽和訓練數據

另一較簡單的做法是觀察自己日常的高強度練習和比賽 (末段力竭時)的數據去估計。但要注意距離太長/太短皆會影響結果。有研究提出,Max HR 一般出現在約10分鐘持續最快均速跑 (新手大約跑2公里,經驗者則約3公里) 的最後階段。因此,一般人最簡單可在運動場作一次10分鐘的全力均速跑測試,記錄後段測出的 Max HR。

  1. 使用其他公式

上述的兩個方法均需受試者運動至完全力竭,但對於部分體能稍遜者的有一定安全風險,缺乏專人監督下不宜進行。不少學者近年研究出一些比 「220 – 年紀」更準確、少誤差的簡單公式供大家徒手估算。當中,Dr. Tanaka在上述提及2001年的文章中提出 「208 – (0.7 x 年紀)」 這公式會較準確,特別適用於中老年人士。

() 如何利用Max HR 數據提升練習效率?

當我們有了較準確的 Max HR 數字後,便可以利用以下其中一條公式,根據個人目標(e.g. 運動表現/一般健康/減肥消脂) 去設定訓練強度%,建立目標心跳區 (Target Training Zone)。

  1. 「最高心率法」(Maximal Heart Rate Method

目標強度 % × Max HR

  • 較直接方便

2.「心率儲備法」(Heart Rate Reserve Method

目標強度 % × (Max HR – 靜態心率) + 靜態心率

  • 又稱Karvonen 公式, 於1957 創立
    • 雖然有點複雜,但較準確,因考慮到不同能力人士的靜態心率差異 (體能較佳的人靜態心率一般較低) 。

    (NSCA Essentials of Strength and Conditioning 4th Ed.)

() 其他注意事

不得不提,作最大心率測量和訓練的「工具」也需要準確。最標準的方法是透過心電圖(ECG)測量,其次為胸式心率帶; 近年坊間逐漸興起手腕式LED光學心率錶,但準確性目前還受到一定爭議 (可參考: https://bit.ly/2OBUcu9)。此外,任何人每天的體能狀態都有起伏,個人心率亦可隨藥物、咖啡因、酒精、煙草、睡眠和壓力等眾多因素影響,故此我們在處理數據時,也要考慮自身真實感覺,兩者兼顧才是正確之道。如在訓練期間遇到任何身體不適,亦建議盡早找心臟專科醫生作詳細檢查。

(Livestrong.com)

() 一點建議

總括而言,過往的科研數據和經驗告訴我們「220-年紀」這公式雖簡單方便,但卻存有一定個人差異性,我們在專業訓練層面必須明白其不足之處,並向運動員清楚解釋相關概念和了解他們的主觀感受。如體能和條件許可,亦建議用其他替代法作更準確的個人Max HR 估算,切忌一成不變使用公式,盲目跟從他人標準。正確應用運動強度數據,才能使訓練效果達至最佳。

科學文獻:

  1. Fox S.M., Haskell W.L. (1970). The exercise stress test: needs for standardization. In: Eliakim M, Neufeld HN, editors. Cardiology: Current Topics and Progress. New York: Academic Press, 149–54.
    2. Fox S.M., Naughton J.P., Haskell W.L. (1971). Physical activity and the prevention of coronary heart disease. Ann Clin Res, 3, 404–32.
    3. Karvonen, M. , Kentala, E., & Mustala, O. (1957). The effects of training on heart rate: A longitudinal study. Ann Med Exper Biol Fenn., 35, 307-315.
    4. Tanaka, Monahan, & Seals. (2001). Age-predicted maximal heart rate revisited. Journal of the American College of Cardiology, 37(1), 153-156
    5. Nes, B., Janszky, I., Wisløff, U., Støylen, A., & Karlsen, T. (2013). Age‐predicted maximal heart rate in healthy subjects: The HUNT Fitness Study. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports, 23(6), 697-704.

撰文: Eric Poon (運動科學博士生,香港大學理學士(一級榮譽), 雙主修運動科學及食物營養系,認可體能訓練專家 NSCA-CSCS,運動生理學家 ACSM-EPC)

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