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人生最應該追求的數字:VO2 max,以及間歇訓練帶來的驚人好處!

健腦、抗癌、讓心臟年輕 20 年

科學減肥的完結篇裡面講到,如果要過一個長壽、健康的人生,我們要緊盯的數字不應該是體重的減少,而是 VO2 max 的增加。

如果只能選擇一個數字,來判斷你的身體健康程度,並且預測你能活多久,那 VO2 max 就是最準的。

這篇文章會是一系列 VO2 max 全攻略的第一集,我會先跟大家拆解這個數字到底是什麼,它為什麼對健康和壽命這麼重要,以及背後的機制是什麼。

接下來我會進一步介紹幾個測量的方法,以及如何最有效率的增加 VO2 max,讓你有個健康又長壽的人生。

不知道大家戴的是什麼手錶?

我 12 年前還在聯發科當業務的時候,戴的是這支 IWC 的噴火戰機,型號是 371701。

那時候當業務嘛,看同事都戴勞力士啊,要不然就是沛納海。

感覺自己也要戴個名錶才像是個 super sales 啊!

於是就用某年的分紅入手了,大概十七萬吧,到目前為止還是我買過最貴的東西。

但也就是那時候因為常應酬,身體出了問題。

開始跑步後,就換了 Garmin 的運動手錶,結果一用成主顧到了現在。

(Garmin 有沒有興趣業配一下啊~)

目前的智慧型手錶應該都能量測幾個身體的重要數值,像是 HRV、心率、血氧等等。

而運動取向的手錶,就一定會有 VO2 max 這個數字,因為它就是目前最廣泛用來評量你心肺耐力的最佳指標。

心肺耐力也有另一個相近的名稱,叫做心肺適能(cardio respiratory fitness),簡稱 CRF。

CRF 常常被用在醫學研究上,等等會很常出現,請大家先記好。

那 VO2 max 為什麼那麼重要呢?

一言以蔽之,它是最能夠代表我們身體健康程度的指標,它可以告訴你 3 大身體功能健不健康:

  1. 心臟和血管功能
  2. 肺部和通氣道功能
  3. 肌肉和粒線體功能

VO2 max 不是短時間用一些作弊方法或吃藥就可以增加的,是你要經年累月去訓練才練得起來的。

接下來我來說明一下 VO2 max 的公式,你就可以知道它為什麼可以代表以上那 3 大身體功能的健康程度。

拆解 VO2 max

VO2 Max Chart for MenVO2 max 是 maximal volume of oxygen consumed per unit time,「每單位時間最大攝氧量」的縮寫。

它就是你在從事最高強度的活動時,身體在單位時間能夠使用的最大氧氣量。

VO2 max 可以用 Fick equation 來表示。

它等於 HR max(也就是最大心率),乘以 SV max(也就是心臟每博輸出量的最大值),再乘以 a-v̄O2Δ max(最大動靜脈血氧差,也就是動脈血的含氧量減掉靜脈血的含氧量的最大值)。

簡化來寫,就是這樣:VO2 max = HR max x SV max x a-v̄O2Δ max

這個數字算出來是絕對 VO2 max。

絕對 VO2 max 再除以體重,就可以得到相對 VO2 max,單位是每公斤每分鐘可以消耗多少毫升的氧氣。

有點難懂吼,這裡舉個例子來解釋。

當我們運動強度持續增加的時候,我們的肌肉需要的養分和氧氣量也越來越高,散熱的需求也越來越大。

這時候心臟會以增加每跳一次輸出的血液量,還有增加心跳率來因應。

在心率大約一百的時候,心臟收縮一次能擠出的血液量就已經緊繃了。

這時候如果還沒辦法滿足身體需求,心臟就得再跳快一點,直到達到最大心跳為止。

經過肺臟回來,由左心室打出去的動脈血中,每 100 毫升大概含有 20 毫升的氧氣。

在安靜不動的狀態下,我們身體的組織大概會用掉 5 毫升的氧氣,這時 a-v̄O2Δ 就等於 5;

但是劇烈運動時,這個數值可以達到 15,是靜止不動時的整整 3 倍喔!

而運動員的數字還會更高。

再來複習一下 Fick Equation:VO2 max = HR max x SV max x a-v̄O2Δ max。

所以要增加 VO2 max 的方法,就是增加心臟的總輸出量(SV max),以及身體周邊組織使用氧氣的能力(a-v̄O2Δ max)。

之前介紹的 zone 2,主要是訓練富含粒線體的第一型慢肌,刺激粒線體以及周邊毛細血管的增生。

這都有助於增加動靜脈血氧差,但這是這對增加 VO2 max 的效果有限,尤其在練了一段時間之後。

事實上,已經有一些研究指出:

大概有 40% 的人,對中等強度像是 zone 2 訓練的反應不大,持續做了幾個月之後 VO2 max 還是沒有顯著提升。

這些人被稱為 non-responder。

也有越來越多的研究發現:強度超過乳酸閾值的費力運動(vigorous exercise),可以讓心跳能提升到最大心率的 80% 以上。

這能夠更大程度的刺激心血管,進而增加整體的心肺耐力。

像是流行的 HIIT,或者是練跑步的朋友都會練得的亞索八百,都屬於費力運動。

但有跑過間歇的人就知道,那超痛苦的啊!有必要這樣折磨自己嗎?

我又沒有要跑比賽,不能就跑跑 zone 2,或是超慢跑就好嗎?

答案是,當然可以,只要有運動就好。

但如果你要在有限時間裡來增加自己的 VO2 max,費力運動是你的最佳選擇。

我接下來會分享 VO2 max 以及費力運動對於長壽、抗癌、以及大腦健康這 3 個層面的重要研究。

你看完之後,可能會增加許多練間歇的動力喔。

VO2 max 與壽命的關聯

首先分享一篇 2018 年刊登在頂級醫學期刊 JAMA 的重量級研究,研究目的是找出全因死亡率和心肺適能 CRF 的關係。

想必你也有聽過類似的說法,說運動剛好就好,做太多運動反而會對身體不好,

也有一些觀察性研究指出,習慣性的費力運動與心血管潛在的病理結果有關。

這包括心房顫動、 冠狀動脈鈣化、 心肌纖維化、 和主動脈擴張等等,聽起來很恐怖對吧?

這些發現使一些人提出了運動的劑量和心血管事件之間,是呈現 U 型關係的

於是 JAMA 的這篇研究找來 12 萬名平均 53.4 歲的病患,其中有 59% 是男生,讓他們跑跑步機來測量它們的 CRF。

研究人員接著依照 CRF 將他們分成 5 組:

  1. 最後 25% 的叫做 low CRF
  2. 25%~49% 的是 below average
  3. 50%~74% 的是 above average
  4. 75%~97.6% 的是 high CRF
  5. 前 2.3% 的是 Elite 菁英等級。

之後研究人員則追蹤他們的身體狀況。

在研究期間總共有 13637 名病患過世,low CRF 組的全因死亡風險竟然是菁英等級的 5.04 倍!

而只要從 low CRF 組上升一階到 below average 那組,死亡風險直接砍半;

再拚一點練到 high CRF,死亡風險再砍半。

有趣的是,比較起各種危險因子,像是吸菸、冠狀動脈疾病(CAD)、以及糖尿病等,這些疾病的死亡風險還比 low CRF 還少。

所以這個研究的結論是,風險調整後的全因死亡率與心肺功能成反比,而且沒有觀察到獲益上限。

講白話,就是心肺練得越強越健康,沒有什麼練太多對身體反而不好這種說法

你會好奇這5 組的 VO2 max 數字到底是多少,可以參考下面這張圖。

裡面的數字是以代謝當量 MET 來表示,乘以 3.5 就可以算出 VO2 max。

像我目前是 40~49 歲這組,要達到菁英等級的話,VO2 max 要練到大於 51.45,我還差一點,加油!

接下來這個研究樣本數更大喔,是 2022 年刊登在心血管領域的權威期刊:美國心臟病學會雜誌 JACC 上的研究

研究人員找了 75 萬名從 30 歲到 95 歲,平均年齡為 61.3 歲的美國退伍軍人。

也是要他們跑跑步機後測量他們的 CRF,並且從 least fit 到 extremely fit 分成 6 組。

大家可以看下面這張表:

超健康這組總共有三萬一千多人,佔所有受試者 4.2%。

他們的平均 VO2 max 為 14.5×3.5=50.75,而最不健康那組的 VO2 max 只有 4.7 x 3.5=16.45,

經過 10.2 年的追蹤,有 17.5 萬名受試者過世。

也和前面的研究是一樣,研究人員發現死亡風險和 CRF 呈現負相關,而且不論種族、性別、年齡都一樣。

以 CRF 最低、最不健康的那群人當基準,只要 CRF 達到 14 MET 也就是 VO2 max 為 49 的,死亡風險最低。

這以男性來說是 24%,女性來說是 23%。

同樣地,沒有證據顯示超高 CRF 會增加風險。

用下面這張表來看,跟上一個研究也相當吻合。

以超健康那組當基準,超不健康那組的死亡風險是 4.09 倍。

就連中等健康這組,他們的 VO2 max 大概只有 31 左右,他們的死亡風險也是超健康那組的 2.13 倍。

一樣,比起那些常見的危險因子,包括慢性腎臟疾病、吸菸、糖尿病、癌症等等,低 CRF 的風險都顯著地高很多。

VO2 max 和癌症死亡率的關聯

來講講大家聞之色變的癌症吧!

這是一個長達 42 年的研究喔,從 1970 年就開始了。

研究人員找了 5131 名平均 48.8 歲的男性,他們正處於壯年,都有工作而且沒有癌症。

44 年之後,有 87.4% 的受試者死亡,有 29.8% 的受試者是死於癌症。

研究人員發現:CRF 與癌症死亡以及全因死亡率呈現高度顯著的負相關。

而 VO2 max 每增加 10,癌症死亡風險降低 17%,全因死亡率降低 11%。

目前也有越來越多的研究,發現費力運動其實是真的能殺死癌細胞的。

有一篇 2017 年發表在 Nature 底下的 Scientific Reports 的研究發現:

與靜止狀態下人體動脈中存在的每平方公分 15 達因的低剪切應力(low Shear force)相比,在高強度運動時達到的每平方公分 60 達因的高剪切應力,能夠殺死更多在血液中循環的癌細胞。

所以研究認為,高強度的運動可能是一個防止癌症轉移的好策略

再舉一篇國內的研究,作者是長庚大學的王鐘賢教授,2022 年刊登在美國運動醫學會 ACSM 底下的期刊

研究團隊發現:

高強度間歇訓練 HIIT 以及中等強度持續訓練 MICT,都能增加自然殺手細胞的功能,讓免疫系統更能夠去對抗癌細胞。

而如果兩者比較的話,HIIT 對增加有氧能力的效果更好。

所以如果不幸得了癌症,千萬不要認為多休息就好,一定要在醫師的評估下讓自己動起來,這是抗癌策略中相當重要的一環。

VO2 max 和大腦健康的關聯

之前已經分享了許多運動能增進大腦認知能力的文章,這裡我會再列出一些研究,來深入探討底層的機轉。

其中一個重要的元素,就是之前在 zone 2 那篇文章有稍微提到一下,有在運動的朋友一定聽過的乳酸。

一直以來,它都被誤認為是劇烈運動後會導致肌肉痠痛的罪魁禍首,但近年來已經被推翻了喔!

事實上它反而能幫忙緩衝肌肉的痠痛。

我們常聽到的乳酸指的其實是英文的 lactate,正確的翻譯應該是「乳酸鹽」。

它是真正的乳酸(lactic acid)溶到水中釋放出一個氫離子後變成的。

所以我接下來都會使用 lactate 正確的名稱「乳酸鹽」來說明。

在 George Brooks 的乳酸鹽穿梭理論(lactate shuttle theory)指出:

乳酸鹽不但是肌肉、心臟、和大腦最喜歡的燃料來源,甚至高過葡萄糖,它還扮演著訊號分子的角色。

當我們從事費力運動的時候,運動中的肌肉產生乳酸鹽的速度會大於清除掉的速度。

這時候血液中乳酸鹽的濃度會升高,經由循環帶到身體其他的器官使用,包括心臟、肝臟、和大腦。

它也會跟我們的身體組織傳遞一個訊息,我們身體在進行比平常更高強度的活動,你們大家都給我動起來!

它會刺激肌肉中葡萄糖轉運體 GLUT4 的表達和活性,肌肉吸收血糖的能力增加,即使在不運動的時候也有同樣的效果。

所以費力運動可以提高胰島素的敏感性,並降低罹患第 2 型糖尿病的風險。

另外,乳酸鹽可以通過血腦屏障進入大腦成為燃料。

而大腦神經元在消耗更多乳酸鹽時,它們會釋放包括去甲腎上腺素在內的多種神經傳導物質,幫助大腦的注意力更加集中

這是 2014 年刊登在 Nature Communication 上的研究結果喔。

2017 年同樣也是刊登在 Nature Communication 上的研究指出:乳酸鹽會增加血腦障壁上的血管內皮生長因子(VEGF)

這會有助於增加血腦屏障上的毛細血管,進而防止血管性失智症和阿茲海默症的發生。

當然還是要再提一下我們熟悉的腦源性神經營養因子(BDNF)啦!

它可以促進神經元的生成和形成新的突觸,對於神經可塑性相當重要。

海馬迴就是分泌 BDNF 的主要區域之一,它掌管了我們的學習和記憶,而乳酸鹽就是促進 BDNF 分泌的關鍵因子。

綜合了以上種種運動對大腦的好處,我對女兒目前的生活,除了吃和睡以外,最注重的就是有沒有足夠的肢體運動。

我沒事就會帶她出去曬太陽跑步,也不停灌輸她運動的重要。

上上禮拜她得了腸病毒,但除了第一天食慾有點不好以外,嘴巴也只有一點點破洞,其他可怕的症狀都沒發生。

她每天都還是很有活力地在家裡唱歌跳舞,我想我們的育兒策略應該也有功勞。

我還是要再次強調:運動的目的不是為了減肥,是為了要擁有健康長壽的人生

再簡單複習一下今天的內容:VO2 max 這個數字可以看出人體最重要的 3 個功能健不健康,

  1. 心臟和血管
  2. 肺部和通氣道
  3. 肌肉和粒線體

它不是短時間用一些作弊方法或吃藥就可以增加的,是你要經年累月去訓練才練得起來的。

而要增加 VO2 max,如果只做 zone 2 訓練還不夠,必須要加進去費力運動(vigorous exercise)才行。

定期做費力運動,不但能有效提高 VO2 max 增加壽命,還能抗癌、降低糖尿病風險,增進大腦健康等超多好處。

啊體重維持在正常範圍,就是剛好而已啦!

下集我會介紹幾種實驗室以外測量 VO2 max 的方法,以及忙碌的現代人可以從事的一些能有效增加 VO2 max 的運動。