Firstbeat的参数之最大摄氧量

Firstbeat的参数之最大摄氧量

目前大多数手表的最大摄氧量VO2max计算源自于Firstbeat公司的算法，很多跑步的朋友非常关心最大摄氧量VO2max的数据变化，不管是绝对值还是变化趋势。Firstbeat介绍VO2max还有一个前缀FITNESS LEVEL，翻译成健康水平或体能水平，本文用健康水平。本文解读VO2max参数，了解什么是VO2max，如何计算，影响因素，怎么应用，也从个人体验出发聊聊参数的局限性。

什么是最大摄氧量VO2max?

最大摄氧量是指一个人在一分钟内所能消耗的最大氧气量，这是绝对最大摄氧量的概念，单位是（升/分钟）。有点类似汽车发动机排量，发动机排量是所有气缸容积的总和，排量越大，功率越强。人体会更复杂一些，最大耗氧量除了跟心脏（发动机）有关，还跟氧气从嘴鼻到心脏之间运输能力有关。最精确的测量最大摄氧量，需要在实验台戴着呼吸设备和其它仪器，受试者进行最大努力的运动测试得出的结果。我们通常使用是的相对摄氧量概念，把绝对摄氧量除以体重，就是单位体重每分钟消耗的氧气量(毫升/公斤/分钟)。是衡量一个人的有氧健康水平的黄金标准。

心脏病人最大摄氧量大约为10毫升/公斤/分钟，世界顶级耐力运动员的最大摄氧量则接近90毫升/公斤/分钟。

最大摄氧量与健康生活

缺乏体育活动和身体素质差通常与健康问题相关，如心血管疾病、代谢紊乱(如超重、肥胖、糖尿病)、肌肉骨骼疾病、肺部疾病、癌症、心理问题等。 较低有氧健康水平也会增加的过早死亡风险，有氧健康的改善已经被证明可以降低所有原因的死亡率。此外，虽然有氧健水平康通常会随着年龄的增长而下降。对于身体状况不佳的人来说，如果通过锻炼使最大摄氧量增加10%，那么可以降低15%的死亡风险，并让他们多活10年。

最大摄氧量与运动表现

除了对健康的影响外，最大摄氧量是决定耐力表现的一个关键因素。VO2max设定了身体活动时新陈代谢的上限，不可能长时间的运动超过100%的VO2max。氧气输送到运动肌肉被视为VO2max的主要限制因素。此外，脂肪氧化、缓冲乳酸的能力、使用效率以及给定速度下VO2max的利用决定了长时间高强度运动(如长跑)的能力。表1给出了不同活动的耗氧量需求示例。

最大摄氧量计算方法

测量最大耗氧量的唯一直接方法是在实验室测量。对于大部分人来说，不仅费用高，而且也不方便。穿戴运动设备（含有GPS和心率测量）的普及，使得普通大众能够近似测量最大摄氧量。下面介绍基于GPS和心率测量的Firstbeat最大摄氧量计算方法。

众所周知，耗氧量与跑步速度之间存在线性关系。当跑步速度增加时，跑步的耗氧量也随之增加。Firstbeat计算是一种基于心率和运动速度之间的联系(如跑步、步行)的估算方法。

计算步骤

VO2max计算采用以下步骤:

1) 记录个人背景信息(至少年龄)

2) 使用一种测量心率和速度的设备进行锻炼

3) 将采集到的数据按心率范围进行分段，计算不同数据段的可用度

4) 最可靠的数据段是利用人的心率和速度数据之间的线性或非线性依赖关系来估计人的有氧适能水平(VO2max)。

Firstbeat分析引擎会自动过滤输入信号，以确保在检测用户最大摄氧量最大适应水平时仅使用代表性数据，这提高了准确性和可靠性。跑步时等红绿灯、过隧道或者心率测量异常的数据都会被过滤。

在Firstbeat验证计算方法准确性时，其平均绝对误差百分比为5%。因为在计算中使用了基于年龄的估计最大心率(HRmax)，最大心率的准确性将影响计算结果的准确性。所以，有人认为佳明手表最大摄氧量不准，可能原因之一是最大心率不准。

还有一点，运动设备测量速度和心率的准确性直接影响了最大摄氧量结果准确性。室内跑步不被支持测量最大摄氧量，原因是室内跑步无法测量准确的配速。如果在室外受到建筑物或环境影响，轨迹飘了，严重影响配速测量，最大摄氧量也不准。光电心率测量设备也会受到皮肤颜色、汗水、松紧程度等影响，也将影响最大摄氧量结果。使用心率带将更准确和更稳定。所以最大摄氧量准确度依赖运动手表的对心率和轨迹测量的准确度。

室外运动至少需要进行有效的2公里，才能被用于计算。

随着时间的推移，Firstbeat的VO2max计算背后的算法将向使用者学习，使用设备的次数越多，VO2max估算值就越可靠。所以跑者尽量不要经常更换设备，同一设备记录的数据将有助于增加各项数据评估准确性，不止于最大摄氧量。

最大摄氧量应用

(1) 代表健康水平

最大摄氧量是健康水平的黄金标准。一般来说，最大摄氧量在20岁左右达到最高，之后有氧适能开始下降。男性比女性高20%左右。

以下是男性和女性在不同年龄的最大摄氧量VO2max评价标准，大家可以对照一下。

以有以上标准，如果通过锻炼达到较高最大摄氧量时，运动手表就会告诉你的体能年龄20岁，哈哈，开心不。

(2) 评估竞技运动表现和训练

比赛时间预测

经常关注跑步数据的朋友知道，提高最大摄氧量，可以提高马拉松比赛成绩。但反过来，最大摄氧量越大，比赛成绩却不一定越快。前者是某个人的纵向比较，后者是不同跑者之前的比较。

在优秀的耐力运动员中，最大摄氧量并不是决定比赛成绩好坏的唯一因素，因为他们的最大摄氧量都很高，运动员之间的差距很小。因此，其他生理、生物力学和心理因素对比赛结果有显著影响。

最大摄氧量可对比赛中预期表现能力的粗略估计，即预测比赛成绩。参考依据是Jack Daniels的比赛时间预测，如下表

Firstbeat最大摄氧量预测比赛成绩是偏向乐观的，以老苏为例，当前最大摄氧量是61ml/kg/min，预测成绩如下：

这里每个项目预估成绩比老苏实际能力高不少，比如5公里，最快18分左右，半马PB是128，10公里PB是38-39，全马PB是303，每一项均相差好远。所以你把FB成绩预测当作远大目标就好，别当真。预估成绩还是更相信跑力预测（有兴趣可看看另一篇文章《跑力，你知道多少？》）

个性化训练指导

如果一个经常训练高摄氧量的人和一个很少运动低摄氧量的人进行同样的课程训练（下图黑条），完成课程后，会发现训练有素跑者最大摄氧量降低了，而后者最大摄氧量提高很大。

如果训练负荷与一个人当前的健康水平相比过低，那么VO2max不会增加，并会开始下降，如果训练负荷过高，健康水平会由于超负荷而下降。在训练负荷最优的情况下，健身水平的发展是最大的。因此，体能水平监测是训练和指导的重要组成部分。图8显示了不同训练负荷(黑条)对健康水平的影响。

提高最大摄氧量有哪些好处？

1. 感觉好些，减少压力

运动是从压力大的一天开始放松的一种众所周知的方法，但是较高的健身水平甚至可以防止生理压力首先累积。Firstbeat生活方式评估研究数据库中包含的数据表明，运动量大的人经历的生理压力较小，并且在压力确实出现时能更有效地承受压力的影响。相同的数据还显示出规律的体育锻炼与个人幸福感之间有明确的联系。

2. 轻轻松松应对日常挑战

改善健身水平，会使日常生活变得更轻松。结果，您会感到精力充沛。无论您是出去慢跑，逛杂货店还是打扫车库都没关系。任何形式的体力活动都需要能量。活动的单位能量成本可以表示为产生氧气所需的氧气，并可以表示为最大VO2的百分比。最大容量的这个百分比在轻松或艰苦的活动感觉以及如何轻松进行活动中起着重要作用。

很简单一个例子，经常跑步人去爬香山，比较轻松的爬上山顶了，如果一个不怎么运动的爬香山，两步一停，五步一歇，要花很长时间。

3. 更快，更高，更强

作为有氧运动能力的关键指标，得知VO2max在各种运动中的表现起着作用就不足为奇了。尽管有氧健身对于诸如跑步和骑自行车这样的耐力活动尤为重要，但有氧健身在诸如足球，篮球和任何其他会让您喘不过气来的运动中也发挥着作用。

4. 增进健康

您的健康水平会严重影响您对非传染性疾病和整体健康的敏感性。健身水平较高的人患心血管疾病和冠状动脉疾病，结肠癌和2型糖尿病的比率较低。美国运动医学学院的这些发现得到了更多研究的支持，这些研究表明最大摄氧量增加10％可以使全因死亡率降低15％。

5. 时光倒流

变老是生活中的事实，但是定期运动和积极的生活方式可以使您免受许多衰老的影响。并非偶然，它们可以提高您的健身水平的相同类型的活动还可以最大程度地减少肌肉损失，保持骨骼强壮甚至保持大脑健康。多项研究也将较高的VO2max分数与罹患痴呆症和阿尔茨海默氏病的风险降低联系起来。研究还表明，即使对于那些过去不活跃的人，经常锻炼也永远不会太晚。

哪些运动手表支持Firstbeat的最大摄氧量参数

市面上只要是采用Firstbeat算法的运动手表，绝大部分具有最大摄氧量参数，从参数的意义可以看出，体现健康水平，肯定是首选参数。佳明中除少部分如本能Instinct系列不支持此参数外，90%以上手表支持。具体可以参见下表：

佳明

支持VO2max手表型号

• Forerunner35/45/230/235/245/245M/620/630/645/735/920XT/935/945
• FenixFenix2/Fenix3 HR/Fenix5/Fenix6/Chronos
• Tactix®Charlie/Delta
• MARQ
• Edge130/520/530/820/830/1000/1030
• Quatixquatix 5 Series
• 其它VENU/vivoactive3/vivoactive4/vivosmart3/vivosmart4/vivomoveHR/vivomove3

不支持VO2max手表型号有

Instinct/FR220/vivoactive HR/Vivosmart HR/Approach S62/Swin2

颂拓

• SUUNTOsuunto3/suunto3fitness/suunto5/suunto9/Ambit 3 Series

小米

Mi Watch Color/Mi Watch华米运动手表2/3

华为

• 手表Watch2/GT/GT2
• 手环Bancd 2 Pro/3/3 Pro/4 Pro/Talkband B5/FIT

荣耀

• Honor Dream/Magic Watch/Magic Watch2

Tom Tom

• RUNNER 3/Spark3/Adventurer

Casio

• G-SHOCKGBD-H1000

以上可以看出，早期手表不支持心率测量的，是没有最大摄氧量参数的

结论

有氧健康水平或有氧能力(VO2max)是指个体有氧代谢的最高水平。 根据科学研究，具有较高的有氧健康水平可以降低一个人患心血管疾病的风险。

Firstbeat计算最大摄氧量的方法依赖于运动设备采集数据的精度，速度和心率数据越准确，最大摄氧量计值就越准。使用设备的时间越长，运动数据累积越多，计算结果也越准确。

提高有氧健康水平好处多多，任何时间锻炼都不晚。

参考文献

1、《Automated Fitness Level (VO2max) Estimation with Heart Rate and Speed Data》 ，作者：Firstbeat

2、《你可以跑得更快》，作者：徐国峰

3、《5 Reasons to Boost your VO2max》，作者：Herman Bonner

4、佳明官网