跑步生理學圖解：最大攝氧量、跑步經濟性、乳酸閾值與臨界速度的四個強度區間，普羅診所運動醫學衛教

內容整理自運動生理學者 Andrew Jones 教授的一場演講。他發表過超過 360 篇學術論文，是多個國際運動醫學組織的會士，也曾擔任重要運動醫學期刊的主編。演講談兩件事：怎麼用測試了解一個人的跑步能力，以及怎麼把測試結果變成訓練。

我們把內容重新整理成主題式，先講大方向、再逐項拆解，最後落到怎麼練。內容雖然多以菁英選手為例，但同樣的道理也適用於一般跑者，甚至騎車、游泳、划船等其他耐力運動。需要進一步深入的地方，我們用「進階」方塊另外標出，方便專業讀者；提到具體研究數字的地方，也附上查證過的文獻。三個互動計算器可以即時試算（見 Tool 1、Tool 2、Tool 3）。

比賽說穿了，就是在固定距離內，誰能維持最高的平均速度。但這不只是「誰比較能忍」，而是身體能不能持續供應足夠的氧氣，又能多有效率地把氧氣轉換成速度。用一台車來比喻最好懂：

還有兩個常被忽略的能力。一個是「後段續航力（durability）」，也就是跑到後半段、身體疲勞之後，上面那些能力會不會掉漆。另一個是「起步反應（攝氧動力學 VO₂ kinetics）」，指你一加速時，有氧系統多快能跟上，跟得越快，起跑和變速時越不吃力。

最大攝氧量是身體每分鐘能用掉的最大氧氣量，數字越高，代表引擎越大、能輸出的有氧功率越高。它由兩件事決定：心臟一分鐘能打出多少血（把氧氣送出去），以及肌肉能從血液裡抽走多少氧氣（把氧氣用掉）。

對大多數人來說，瓶頸在「送得夠不夠」而不是「用得掉用不掉」。也就是說，肌肉通常有能力把送來的氧氣用光，只要心臟和血液能把更多氧氣運過去，引擎就能更大。這也是為什麼提升心肺、增加血液帶氧能力，對引擎大小特別關鍵。

引擎大不大很重要，但不是全部。曾有研究發現，幾位最大攝氧量幾乎一樣（都在每公斤每分鐘 76 到 77 毫升）的跑者，30 公里成績卻差很多，原因就在於省力程度、乳酸閾值、續航力這些其他能力。

男女差距有一部分來自血液裡帶氧的血紅素濃度不同。一個重點：速度越快、需要的氧氣越多，兩者大致成正比，所以引擎越大的人，在同樣「用力程度」下能跑得越快。例如引擎大小從每公斤每分鐘 65 提升到 72，能維持的最高有氧速度也會跟著提高。

引擎再大，比賽時也不可能全程踩到底。乳酸閾值講的就是：你能長時間把油門踩到幾成而身體還撐得住。一般做法是上跑步機，從某個速度開始，每幾分鐘加速一點，同時驗血看乳酸怎麼變化。曲線上會出現兩個重要的轉折點：

很多人以為乳酸是「跑到鐵腿」的廢物，其實不是。乳酸更像一種可以再利用的中繼燃料，身體一邊產生、一邊回收。強度低的時候，產生和清除剛好平衡，血乳酸維持得住；強度一高，產生速度超過清除速度，乳酸就開始累積。閾值越高的人，等於能在更快的速度下仍維持這個平衡。

跑步經濟性就是「油耗」：用同樣的速度跑，你花掉多少氧氣。花得越少越省力，等於同樣一桶油可以跑更遠。它常用「每公里每公斤消耗多少毫升氧氣（mL/kg/km）」來表示，數字越低越省。

舉個例子：讓 10 個人都用每小時 16 公里跑，最省力的人每分鐘每公斤大約只用 47 毫升氧氣，最費力的人卻要用到 57。速度一模一樣，花的力氣卻差很多。這也說明了為什麼引擎一樣大的兩個人，成績可能差一截，因為省力的那個人能用比較低的引擎轉速維持同樣速度，自然撐得比較久。

跑步的省力程度，個人差異比騎車大很多。騎車的動作被車架固定住，差異小；跑步則受跑姿、步幅步頻、腳落地時間、上下彈跳幅度、肌腱彈性等很多因素影響。換句話說，跑姿和肌腱的「彈簧」用得好不好，會直接反映在油耗上。影響的因素包括：

臨界速度可以想成引擎的「紅線」。低於它，身體還能找到一個穩定狀態，像在高速公路巡航，撐得久；一旦超過它，就開始動用一桶有限的「備用油」，跑得越快、用得越兇，用完就非減速不可。

怎麼看出這條線？把各種距離的世界紀錄畫成「平均速度對上能維持多久」的圖，會發現一條很漂亮的曲線：距離越短跑越快、越長越慢，最後會逼近一個速度上限，那個上限就是臨界速度。這個規律不只世界紀錄有，每個人身上都有。

那桶備用油，在跑步裡叫「距離儲備（D′）」，單位是公尺，代表你超過臨界速度後還能多撐的距離。只比臨界速度快一點點，這桶油用得慢、可以撐比較久；快很多，就咻一下見底。油用完，就只能掉速或停下。重點是：恢復慢跑（低於臨界速度）時，這桶備用油會慢慢補回來，這正是後面用來設計間歇課表的原理。

前面四個能力，大多是在身體還新鮮時量出來的。但比賽到後半段，人都累了，這時候「能力會不會掉漆」就是續航力。可以想成手機電量：有些手機掉到 20% 還很順，有些一掉就開始卡。

很多跑者新鮮時測的引擎、閾值、省力程度都漂亮，可是比賽後段卻變得越跑越費力、心跳一直飄高、跑姿垮掉，成績就崩了。這就是續航力在作用。把它和前面四個能力一起看，才解釋得了真實比賽，而不只是實驗室裡那一次漂亮的數字。對馬拉松這種長距離，續航力的重要性特別高。

最簡單的判斷法是「講話測試」：能不能邊跑邊聊天，大致就能分辨自己在哪一區。

只要知道三件事，就能相當準地估出一個人理論上的馬拉松速度：比賽能用幾成引擎、引擎多大、跑起來多省力。道理很直覺：能用的有氧功率（引擎大小 × 能用幾成）除以油耗，就是能維持的速度。

舉個例子：一位跑者比賽能用八成引擎、引擎大小是每公斤每分鐘 80 毫升氧、省力程度是每公里每公斤 180 毫升氧，算出來馬拉松速度約每小時 21.3 公里，對應成績差不多 1 小時 58 分。下面這個工具就是把這套算式做成可以自己玩的版本。

超過臨界速度就要動用備用油、撐不久，這對中距離很直覺，但對馬拉松同樣關鍵。研究者用 Haile Gebrselassie 不同距離的最快成績反推，估出他的臨界速度約每秒 5.91 公尺、備用油約 351 公尺。原則上，只要有一個人在 1500 公尺到 15 公里之間至少三個距離的最快成績，就能估出臨界速度。

有人分析 12 位知名菁英跑者，發現他們的馬拉松配速都非常接近臨界速度，但通常剛好略低一點點。這很重要：如果馬拉松配速超過臨界速度，理論上根本不可能跑完 42 公里，身體會迅速耗盡肝醣、乳酸飆高、越跑越費力，最後崩盤。菁英選手彷彿天生就知道自己的紅線在哪，把配速壓在臨界速度下方一點。

這不是說馬拉松選手引擎可以小，而是距離越長，「能用高比例引擎又不會越跑越費力」這件事就越重要。

一份好的耐力跑計畫，要同時照顧到：維持或加大引擎、變得更省力、把乳酸曲線往右推、提高臨界速度、增加續航力，並且符合目標距離、量夠、強度分配得當、休息足夠、還能依個人反應調整。安排訓練不是把課表一直疊上去，而是要守住六個原則：

測試（攝氧量、心率、血乳酸、速度、臨界速度等）可以拿來劃定訓練強度。用兩個乳酸轉折點和臨界速度，大致分成幾區：

用比賽配速換句話說：輕鬆跑比馬拉松配速還慢；穩定跑接近馬拉松到半馬配速；節奏跑接近 10 公里到 5 公里配速；衝刺則比 5 公里配速還快。

整個訓練週期裡，輕鬆、中等、高強度各占多少比例，有三種常見的分配方式：

把引擎變大

要讓心率接近最大，並在「接近全力引擎」的強度停留一段時間。人在這種強度下通常只能撐 6 到 12 分鐘（多數約 8 到 10 分鐘）。直接全力跑一英里也能刺激，但用間歇可以累積更多接近全力的有效時間。常見課表像是：

重點不是單純跑很快，而是讓每一趟的後段、整堂課的後段都能逼近全力引擎。初學者或久坐者比較簡單：幾乎任何規律跑步都能讓引擎、省力程度、乳酸曲線一起進步；越練得好，越需要精確的刺激。

把乳酸曲線往右推

練得好，同樣速度下乳酸會更低，等於能在更快的速度維持穩定。兩個方向：一是少產生乳酸（高品質有氧訓練讓肌肉更會用氧氣，多燒「乾淨的油」）；二是更會回收乳酸（讓身體常去接近或略高於第二轉折點的強度，例如節奏跑、較長的穩定跑，或略快於轉折點的長間歇）。簡單說，身體要常常去碰一點「有點不舒服但還可控」的強度，才會被逼著適應，下次就更會處理乳酸。

變得更省力

省力程度靠長年穩定的里程、紮實的跑步訓練、肌力訓練和彈跳訓練慢慢累積。彈跳訓練可能透過讓肌腱這條「彈簧」更會回收能量，降低同樣速度下的力氣消耗。每個人最有效的方式不太一樣，但對多數人來說，長期穩定累積里程、練得有品質、加上肌力訓練、並避免受傷，就是最實際的路。

知道自己的臨界速度和備用油（D′），間歇就能用算的而不是憑感覺。可以推估：某個超過臨界速度的配速能撐多久、想在 6 分鐘或 90 秒左右力竭該設多快、每趟跑多快多長、恢復要多慢多久、做幾趟會把備用油用光、以及高強度和恢復該怎麼搭配。[2]

有可能跑太慢嗎？會，尤其是里程堆太高的時候。用兩小時馬拉松計畫裡三位選手的對照最清楚：

結論：馬拉松需要足夠的輕鬆里程，但也一定要保留接近比賽配速和略快於比賽配速的練習。里程不是越多越好，跑太慢反而讓練習不像比賽。

女子馬拉松世界紀錄保持人 Paula Radcliffe 的實驗室資料很有啟發。她的乳酸閾值大約在每小時 18.5 公里、第二轉折點約在 20 公里，馬拉松配速就接近這個區間，所以乳酸測試能很好地預測她的馬拉松能力。長期（10 到 15 年）追蹤同一個人，可以看到她的閾值、引擎大小怎麼變化，用來調整訓練、找弱點、評估狀態。

最關鍵的一點：她 18 歲時引擎就已經很大（約每公斤每分鐘 70 毫升氧），職業生涯一度升到約 75，但破世界紀錄時又回到約 70。也就是說，她從有潛力的青少年進步到世界頂尖，主要不是因為引擎變大，而是「跑起來變得更省力」。

啟示很清楚：當引擎已經夠大，長期的進步常常來自「變得更省力」，而不是把引擎再撐大。

Nike 的「破二」計畫，目的不是找當下最快的人，而是找出身體條件最有潛力挑戰兩小時極限的跑者。受測的選手（包括 Eliud Kipchoge、Zersenay Tadese 等）用大約每小時 21 公里（也就是兩小時馬拉松的配速）跑步，看起來卻非常輕鬆穩定。以 Tadese 為例，從每小時 17 公里開始、每階段 3 分鐘逐漸加到 22 公里，大約半小時就能一次量到很多東西：每個速度的油耗、最大引擎、起步反應、心率，還有兩個乳酸轉折點。

Tadese 的乳酸閾值大約在每小時 19.5 公里、第二轉折點約在 21 公里，而 21 公里差不多就是破世界紀錄所需的速度。要更有把握，第二轉折點或臨界速度最好還能再往上推到 21.5 公里以上。

沒有設備，怎麼知道有沒有超過臨界速度

其實「主觀用力感」就很準。低於臨界速度時，會覺得相對撐得住、呼吸控制得來、感覺還能繼續；只要稍微超過，馬上感覺不一樣：呼吸開始亂、講話不順、肌肉開始痠、速度撐不久。

怎麼估「省不省力」

真正精確的油耗一定要在實驗室量耗氧。沒有實驗室時，可以用 Tool 3 從 Garmin 的卡路里大概回推（記得那是估計值，只適合看自己的趨勢）；也可以固定條件（同一段路、同配速、同一雙鞋、天氣差不多），長期比較「同配速下的心率或跑步功率」，這比硬湊一個絕對數字更可靠。手錶上的「跑步功率、垂直比率、觸地時間」這些跑步動態，也都是和省力程度相關的參考，但它們會隨速度變化，所以只跟自己同配速時比才有意義。

驗血時停下來會不會影響

實務上通常讓跑者短暫停 10 秒左右採血（時速 20 公里以上邊跑邊抽不安全），再進下一階段。未來像「連續血乳酸監測」或「近紅外光譜（測肌肉含氧）」這類穿戴技術成熟後，可能就不必停下來了。

一般跑者該用幾成臨界速度

菁英平均能用約 96% 的臨界速度跑完馬拉松，有些到 98%，這和續航力有關。一般跑者比例會低一些：跑大約 2 小時 30 分的人可能接近 90%，更慢的可能 85% 或更低。對 4 小時以上的跑者，因為比賽長達 3 到 5 小時、強度多半在中等區甚至更低，這時 LT1（第一轉折點）可能比臨界速度更能預測表現。簡單說，跑得越久，配速就要抓得越保守。

1. 引擎很重要，但不能只看引擎。引擎是天花板，能不能把天花板變成速度，要看省力程度、閾值、臨界速度和續航力。
2. 省力程度是長距離的關鍵。對高水準跑者，進步常常不是引擎變大，而是同樣速度下變得更省力。
3. 乳酸測試是開課表的好依據。兩個轉折點能幫你分出輕鬆、穩定、節奏、間歇等不同強度。
4. 臨界速度是「撐得住」和「撐不久」的分界。菁英馬拉松配速接近但略低於臨界速度；一般跑者離它更遠，這時第一轉折點 LT1 可能更能預測表現。
5. 馬拉松不能只堆里程、也不能只拚強度。里程要服務比賽目標；如果量大到所有練習都只能跑很慢，反而不像比賽。
6. 長距離不該完全避開比賽配速。半馬與馬拉松需要大量接近比賽配速的專項練習，金字塔或閾值取向通常比純兩極化更合適。
7. 訓練是科學也是藝術。測試給方向，但仍要看狀態、恢復、心理、傷病風險與賽程來調整。