什么是心率训练区间?
心率训练区间是以最大心率(MHR)或心率储备(HRR)的百分比表示的强度范围,对应运动过程中不同的生理和代谢状态。最常用的体系将运动划分为五个区间,从极轻度运动(Zone 1)到最大强度运动(Zone 5)。运动生理学家和体育教练利用这些区间,为特定的生理适应目标(如有氧基础建设、乳酸阈值提升或最大功率发展)规定合适的训练强度。
包括美国运动医学学会(ACSM)在内的多个机构都在使用训练区间框架,这也是跑步、骑行等耐力运动员结构化训练计划的核心。基于区间的训练方式让运动员和健身爱好者能够将每次训练的强度与具体目标相匹配,而不是始终以同一种未加区分的强度进行训练。五区间模型是耐力运动中最常见的体系,不过部分体系会根据应用场景采用三区间、六区间或七区间的划分方式。
五大心率训练区间
下表展示了通常以最大心率百分比(%MHR)和心率储备百分比(%HRR,即卡尔沃宁法)定义的五区间模型。不同机构和教练之间,区间的边界值可能略有差异;下表数值代表了被广泛引用的运动生理学参考文献。
| 区间 | 名称 | 最大心率百分比 | 心率储备百分比 | 主要适应效果 |
|---|---|---|---|---|
| Zone 1 | 积极恢复 / 极轻度 | 50%-60% | 50%-60% | 恢复、基础有氧调理 |
| Zone 2 | 有氧基础 / 轻度 | 60%-70% | 60%-70% | 脂肪氧化、线粒体密度、有氧耐力 |
| Zone 3 | 有氧 / 中等强度 | 70%-80% | 70%-80% | 有氧能力、心血管效率 |
| Zone 4 | 阈值 / 高强度 | 80%-90% | 80%-90% | 乳酸阈值、比赛配速适应 |
| Zone 5 | 最大强度 / 全力冲刺 | 90%-100% | 90%-100% | 最大摄氧量、神经肌肉功率 |
福克斯公式与田中公式:如何估算最大心率
准确的心率区间依赖于对最大心率(MHR)的可靠估算。最广为人知的公式是福克斯公式(220 减去年龄),自 20 世纪 70 年代起就被应用于临床和健身场景。福克斯公式并非来自严格对照的原始研究,而是基于观测数据得出的近似值。一个常被引用的局限是,该估算对个体而言的标准误约为正负 10-12 次/分钟,这意味着个人的实际最大心率可能与公式预测值有较大差距。
2001 年,Hirofumi Tanaka(田中裕文)及其同事在《美国心脏病学会杂志》发表了一项荟萃分析,汇总了 351 项研究、超过 18000 名受试者的数据。据报告,田中公式——208 减去(0.7 乘以年龄)——的标准误约为正负 7.1 次/分钟,明显低于福克斯公式的估算误差。田中公式在年龄与性别的交互作用上表现更弱,这表明它在两性之间可能更为一致。运动生理学教材经常同时引用这两个公式,并常常指出田中公式对健康成年人而言略微更为准确。
卡尔沃宁法:利用心率储备计算
卡尔沃宁法由芬兰生理学家马蒂·卡尔沃宁(Martti Karvonen)提出,并于 1957 年发表,该方法使用心率储备(HRR)而非原始最大心率来计算目标心率。心率储备的计算方式为最大心率减去静息心率。给定强度百分比下的目标心率为:静息心率 +(强度比例 x 心率储备)。例如,要计算静息心率为 60 bpm、最大心率为 190 bpm 的人的 Zone 2 下限(60% 心率储备):60 +(0.60 x 130)= 138 bpm。
许多运动生理学家认为,卡尔沃宁法比简单的最大心率百分比法更能反映个人的心血管体能水平,因为它考虑了静息心率——这一指标在个体之间差异很大,并会随有氧训练而降低。一名训练有素的耐力运动员的静息心率可能低至 40 bpm,这会产生与静息心率为 80 bpm 的久坐者截然不同的目标区间,即使两人的最大心率相同。美国运动医学学会在其运动处方指南中纳入了卡尔沃宁法。
Zone 2 训练:有氧基础建设的科学原理
Zone 2 训练——即以最大心率或心率储备的 60%-70% 进行的持续有氧运动——与线粒体密度、脂肪氧化能力和有氧基础的提升有关。在 Zone 2 强度下,身体主要依靠有氧代谢,以脂肪为主、碳水化合物为辅作为燃料来源。运动生理学家已经研究表明,Zone 2 是能够在不产生明显乳酸堆积的情况下长时间维持脂肪氧化和线粒体适应的强度区间。
Seiler 及其同事对精英耐力运动员训练强度分布的研究,描述了一种「极化训练」模式:运动员将大部分训练量集中在低强度(大致对应 Zone 1-2),较小比例集中在高强度(Zone 4-5),而在中等强度(Zone 3)所花的时间相对较少。这一模式——有时被称为极化训练——已与以阈值为重点的训练方法进行了对比研究。其理论依据在于,低强度训练量能够建立有氧能力和线粒体功能,而高强度训练则能提升最大摄氧量和乳酸阈值。
如何找到属于自己的心率区间
确定个人最大心率和训练区间最准确的方法,是由运动生理学家或运动医学专业人员进行分级运动测试(GXT),通常同时测量气体交换数据(即最大摄氧量测试)。实验室测试能够识别通气阈值,这比基于年龄的公式更能精确对应具有生理意义的区间边界。
对于大多数没有实验室测试条件的休闲运动者和运动员而言,基于公式的估算结合心率监测设备是一种实用的替代方案。可以使用田中公式(208 减去 0.7 乘以年龄)或福克斯公式(220 减去年龄)来估算最大心率,再据此按百分比计算各训练区间。鉴于最大心率预测存在个体差异,这些区间应被视为初始估算值,并根据主观用力感觉和训练反应随时间加以调整。
常见问题
什么是 Zone 2 心率训练?
Zone 2 心率训练指的是以最大心率的 60%-70%(或使用卡尔沃宁法计算的心率储备的 60%-70%)进行的持续有氧运动。在此强度下,身体主要依靠有氧脂肪氧化供能,这种运动强度可以长时间维持而不会产生明显的乳酸堆积。Zone 2 与有氧基础、线粒体密度和脂肪氧化能力的提升有关,是许多耐力训练计划的基础。
福克斯公式和田中公式哪个更准确?
对健康成年人而言,田中公式(208 减去 0.7 乘以年龄)通常被认为比福克斯公式(220 减去年龄)略微更准确。田中及其同事于 2001 年在《美国心脏病学会杂志》发表的一项荟萃分析,基于 351 项研究、超过 18000 名受试者的数据,报告田中公式的标准误约为正负 7.1 bpm。福克斯公式的标准误则被引用为约正负 10-12 bpm。两个公式的估算都存在明显的个体差异,实验室测试仍是最准确的方法。
什么是计算目标心率的卡尔沃宁法?
卡尔沃宁法使用心率储备(HRR,即最大心率减去静息心率)来计算目标心率。目标心率 = 静息心率 +(强度比例 x 心率储备)。例如,在静息心率为 65 bpm、最大心率为 185 bpm 的情况下,以 60% 强度计算:65 +(0.60 x 120)= 137 bpm。这种方法被认为比简单的最大心率百分比法更能反映个人的心血管体能水平,并被纳入美国运动医学学会的运动处方指南。
心率训练区间一共有多少个?
最常见的模型将训练强度划分为五个区间,大致对应最大心率的 50%-60%、60%-70%、70%-80%、80%-90% 和 90%-100%。部分体系采用三区间划分(轻松、中等、艰难),另一些则采用六区间或七区间以实现更精细的训练规划。五区间模型在耐力运动中被广泛使用,并与美国运动医学学会及主要体育教练组织所引用的框架一致。
我可以使用心率监测设备来进行区间训练吗?
可以。无论是胸带式还是腕表式光学传感器心率监测设备,都可以实时监测训练强度,并与计算出的心率区间进行对比。胸带式监测设备通常比腕表式光学传感器更为准确,尤其是在高强度运动时。一旦通过公式或实验室测试估算出最大心率,就可以将目标区间边界值输入大多数运动手表或训练应用程序,以指导训练过程中的用力程度。
%MHR 区间和 %HRR 区间有什么区别?
最大心率百分比(%MHR)区间仅基于最大心率的比例计算得出。心率储备百分比(%HRR)区间则采用卡尔沃宁法,将静息心率纳入考量。对于同一个体而言,在相同的百分比目标下,%HRR 区间得出的绝对心率值会高于 %MHR 区间。许多运动生理学家认为,%HRR 区间是更为个性化的训练处方方式,尤其适用于静息心率明显偏低或偏高的人群。
参考文献
- Tanaka H, Monahan KD, Seals DR. "Age-predicted maximal heart rate revisited." Journal of the American College of Cardiology, 2001;37(1):153-156.
- American College of Sports Medicine. ACSM's Guidelines for Exercise Testing and Prescription. 11th ed. Wolters Kluwer, 2022.
- Karvonen MJ, Kentala E, Mustala O. "The effects of training on heart rate; a longitudinal study." Annales Medicinae Experimentalis et Biologiae Fenniae, 1957;35(3):307-315.
- Seiler S, Tønnessen E. "Intervals, thresholds, and long slow distance: the role of intensity and duration in endurance training." Sportscience, 2009;13:32-53.
- Fox SM, Naughton JP, Haskell WL. "Physical activity and the prevention of coronary heart disease." Annals of Clinical Research, 1971;3(6):404-432.
- Thomas DM, Bredlau C, Bosy-Westphal A, et al. "Relationships between body roundness with body fat and visceral adipose tissue emerging from a new geometrical model." Obesity, 2013;21(11):2264-2271.