如今的智能手錶已經不只是能幫助我們測量步數，還能幫助我們測量心率以及最大攝氧量，讓我們對健康狀況以及運動能力有更深入地了解，可數據本身並不會說話，這些指標能反映哪些健康指標呢？如何通過這些數據更好地了解自己的身體情況呢？
雖然智能手錶搭配的手機 app 中也有介紹這些指標，但是手錶廠商為了能夠便於大眾理解，會簡化部分內容，而簡化意味著失真。另外有一些指標對用戶來講實際用途並不大，比如動態最大攝氧量，而要想知道為何意義不大，就需要對最大攝氧有更深入的了解。
▍心率
心率的定義比較簡單，即心臟每分鐘跳動的次數，在英語中常用 bpm（beats per minute）作為心率的單位。
01手錶如何獲取心率？
對於正常人（房顫時則不是），心跳和脈搏相對應，一次心跳對應一次脈搏。所以我們通常通過扣觸手腕處的脈搏的跳動便能知道心率。那手錶又是如何測量的呢？難不成手錶上有個壓力感受器，感受脈搏跳動時的不同壓力來計算脈搏嗎？
這句話說對了一半，手錶也是根據周期性的脈搏變化推測心率，但手錶不是感受壓力變化，而是通過光感受血液的變化來得出心率，這種方法的專業名稱叫做 光電容積描記法（photoplethysmographic，PPG）。PPG 是 Photo（光）、Plethysmos（變化）和 Graphos（記錄）的復合詞。從字面上看，它是一種使用光來記錄動脈通過身體部位發生變化的測量方法。
那麼，什麼是脈搏波呢？脈搏波是指在血液循環過程中，心臟的收縮舒張，血管發生微觀變化。PPG 是將這些脈搏波識別為波形的測量方法。簡單來說，心臟交替收縮和舒張，血管中的血流量反覆增加和減少，血液成分也會發生了變化。此時通過向皮膚發射光源來檢測 反射或透射光的方法就是 PPG。下圖展示了 PPG 測量的基本原理和過程。
圖源網絡
PPG 不僅僅能測量心率，還可以測量血氧飽和度、血壓、呼吸率。下圖是 PPG 信號可以獲得不同生理指標的示意圖。在獲取不同的 PPG 指標時，會使用不同的波長。因為血紅蛋白對紅光的吸收更多，在 測量血氧飽和度時，多選用紅光以及近紅外。但另一方面紅光受運動的干擾比較大，所以在 測心率時，則更多選用綠光。綠光也有缺點，綠光受汗液的影響比較大，因此在具體實踐中，廠商多會聯合使用多種光源測量心率、血壓等參數。
圖源網絡
02手錶測量心率準確嗎？
心率檢測是 PPG 中最為成熟的技術了，測量結果也較為準確。研究顯示，以蘋果手錶和Fibit手環為例，手錶和心電圖測量心率的結果相差不大。但是手錶測試心率得到的數值一般會比實驗室測量的結果偏低，低約 0.9-7.2 次，其中蘋果手錶比實驗時的金標準低約 1.3 次。我個人在使用了幾款國內的手錶（手環）後，也感覺手錶測心率比較準確。但手錶顯示心率會有較大延遲，往往我的心率都到 140 了，手錶的心率經過 5-10s 才能緩慢爬升到我的實際心率。
雖然手錶在一般人群中測量比較準確，但在部分人群中測量心率會受影響，比如膚色以及肥胖會影響測試結果。Ajmal 使用微血管模型模擬了膚色、肥胖對 PPG 心率測量結果的影響，發現僅考慮膚色變化時 PPG 的數值波動為 10%，而綜合考慮膚色和肥胖的影響，PPG 信號波動的結果則高達 61.2%。原因是較深的皮膚具有較高的黑色素會吸收更多的光。再者，肥胖者的皮膚往往比非肥胖者的皮膚更厚，水分更少，血液流動更少導致 PPG 偏差比較大。
03能幫助我們了解哪些信息？健康類
心率指標很常見，可以 反映的運動健康信息也不少。按照美國心臟協會聲明，正常成年人的靜息心率（安靜時的心率）為 60-100bpm。若靜息心率超過 100 次則稱為心動過速，低於 60 次則為心動過緩，不規律的跳動則稱為心率不齊。
從左到右是心動過速、心動過緩以及心率不齊的心電圖，圖片來源維基百科
但其實靜息心率大於 80，健康風險就會增加。有研究發現，靜息心率大於 80bpm，心血管死亡率就會增加 33%，而全因死亡風險會增加 45%。在瑞典進行的一項包含 100 萬名男性的大型前瞻性研究發現：青春期晚期靜息心率升高與強迫症、焦慮診斷和精神分裂症的風險增加相關，而心率過低則與藥物濫用及暴力傾向相關。
但靜息心率小於 60 並不一定有健康風險，也可能是訓練適應的表現。經常運動的人靜息心率可能會低於 60bpm，因為他們的心肌更有力量，每次心跳可以泵出更多的血液，因此以較低的心跳次數就能滿足全身的血液循環。比如有些精英游泳運動員靜息心率甚至會低至 38 次，可謂是名副其實的「大心臟」。
運動類
心率不僅可以反映健康狀況，還常用來 反映運動強度。運動越劇烈，心跳越快。那反過來我們便可以根據當前的心率量化我們的運動強度。隨著運動強度的增大，心率不會無限增大，會有一個最大值，一般我們會通過計算運動時的心率和最大心率的比值來確定運動強度。
確定運動強度對於科學高效的運動至關重要。能夠判斷運動強度之後，我們就可以開具運動處方，更有針對性地開展運動。人們經常會好奇哪種運動形式能減肥，比如跳繩能減肥嗎？跑步、跳舞能減肥嗎？其實能不能減肥和運動形式無關，主要與 運動強度和 運動持續的時間有關。身體不知道我們是在跳舞還是跑步，它只認強度。只要達到 中等強度運動，時間足夠，就能減脂。
為什麼是中等強度呢？脂肪儲存的熱量非常大，分解速度卻很慢，運動強度比較大時，脂肪供能跟不上身體的需求，這時主要使用糖類進行快速供能，所以運動強度不能太大；當運動強度比較小時，雖然脂肪是主要供能物質，比如安靜時的脂肪供能占比 70%。但是這個時候能量消耗總量比較少，即使脂肪供能比例大，消耗的熱量還是少，達不到減脂的目的。
因此想要減脂，更推薦進行中等強度的運動。沒有手錶的時候我們需要觸摸脈搏獲得心率，不能及時的了解心率。而智能手錶的出現則很好地解決了這個問題，可以幫助我們測量心率，並評價運動強度。
其實中等強度不僅僅適用於減肥，對於保持健康也至關重要。我們改進工具，改造自然，步入了信息化社會。與此同時工具也改造了我們：電腦、手機就像無形的鐐銬，將我們鎖死在椅子上。今天的我們，半輩子的時間都在椅子上；可是我們是動物，當我們長期久坐缺乏運動時，一系列的慢性病便接踵而來。
圖片來源：World Health Organization. (2020). WHO guidelines on physical activity and sedentary behaviour. World Health Organization. https://apps.who.int/iris/handle/10665/336656
現如今，久坐是病，那麼何藥可治？答案是運動，運動是良藥（Exercise is Medicine）。運動就是減少久坐危害的良藥。既然是藥，「服藥」就要講劑量。像走路這種運動，強度太小，藥力不足。想要有效就需要中強度甚至是高強度運動。世界衛生組織給出的運動處方是：推薦所有成年人每周應該進行至少 150-300 分鐘的中等強度有氧運動或者等量的中等強度和劇烈強度組合的運動。
圖片來源：World Health Organization. (2020). WHO guidelines on physical activity and sedentary behaviour. World Health Organization. https://apps.who.int/iris/handle/10665/336656
不管是大家想要高效地減脂還是想要保持健康，中等強度的運動對大家來講都至關重要，所以現在的智能手錶多會統計5我們一天當中的中等強度活動時間。比如蘋果手錶的三環，其中黃色圓環用來評價每天的中等強度用時。至少進行 30 分鐘強度不低於快走的運動，才能填滿鍛鍊圓環。
來自蘋果官網
既然判斷運動強度這麼重要，那麼如何根據心率計算運動強度呢？
想要計算運動強度，我們首先要知道如何獲得最大心率。在實踐中，我們通常使用公式估計最大心率。最大心率最常見的估算公式為：最大心率 = 220 - 年齡。但這個估算方法不是最準確的，使用 206 - 0.7 × 年齡得到的結果更加準確。
但為了方便大家能口算出自己的運動強度，我這裡使用 220 - 年齡計算最大心率。在知道最大心率之後，我們就能根據當前心率和最大心率的比值計算運動強度，公式為：運動強度（以百分比表示） = 運動時心率/最大心率。
結合減脂的運動處方和上述表格的內容，我們能夠發現：目前手錶顯示的燃脂區間，燃脂效果並不高效。手錶的燃脂區間為 60%~70%，而燃脂的中等強度對應 64-76% 最大心率。對於已經鍛鍊一段時間的人來講，肌肉燃燒脂肪的效率更高，所以需要更接近 76% 最大心率的運動強度才能達到目的。
因此，手錶燃脂區間對應的運動強度效率偏低，反而是在手錶有氧耐力區間運動，才能更高效減脂。不過手錶廠家可能有注意到了這個問題，比如華為的手錶就支持自定義心率區間，好讓我們可以根據需求自行設置。
以上計算方式簡單易行，但有弊端。我們每個人安靜時的心率（靜息心率）並不一樣，肥胖人群的靜息心率會高達 90 次，而優秀游泳運動員可能才 38 次。同樣是 90 次的心率，兩者的運動強度顯然不同。那麼，要如何規避靜息心率的對計算運動強度的干擾呢？
其實方法也很簡單，我們可以先用最大心率減去靜息心率得到 儲備心率，再將運動時的心率除以儲備心率，進而評價運動強度。為了讓大家更好的理解這種計算方式，下面我給大家舉一個例子，比如我們要計算阿帥的中等運動強度區間對應的心率：
除了單獨使用心率反映健康信息、運動強度，心率還可以和其他指標聯合 反映其他健康信息，比如和血氧飽和度聯合反映睡眠情況。
▍最大攝氧量
最大攝氧量和心率有相似之處，都可以反映運動強度。隨著運動強度的增加，不僅心率加快，吸入的氧氣也不斷增加。但身體攝取氧氣的含量並不會隨著運動持續增加，其也會像心率一樣，出現最大值。我們便把單位時間內人體能夠吸取的最大值稱作 最大攝氧量。
最大攝氧量（VO2max）更準確的定義是指人體在進行有大量肌肉群參加的長時間劇烈運動中，當心肺功能和肌肉利用氧能力達到本人極限水平時，單位時間內所能攝取的氧量。它 反映了機體吸入氧、運輸氧和利用氧的能力，是評定人體有氧工作能力的重要指標之一(汪軍, 2022)。
我在這裡專門把這個定義詳細的闡述出來，是因為它能夠回答我們對最大攝氧量的很多困惑，下面我來一句句給大家拆解：
- 在進行有大量肌肉群參加的長時間劇烈運動中 測量最大攝氧量需要使用動用全身肌肉的運動，比如走路、跑步、騎自行車。且動用的肌肉越多，測試越準確，因此跑步測最大攝氧量比騎自行車更準確。
當心、 肺功能和 肌肉利用氧能力達到本人極限水平時，
心肺涉及到心臟和肺部的功能，因此肺活量大的人最大攝氧量不一定就大。因為說這句話就好像在說一個人語文成績好，高考總成績就高，這樣顯然不對。
高強度間歇訓練也能夠提高有氧能力。高強度間歇雖然屬於無氧能力，但是對於心臟有很高的刺激。
- 力量訓練能提高有氧能力。力量訓練可以幫助肌肉更好地利用氧氣，進而提高有氧能力。
心肺涉及到心臟和肺部的功能，因此肺活量大的人最大攝氧量不一定就大。因為說這句話就好像在說一個人語文成績好，高考總成績就高，這樣顯然不對。
高強度間歇訓練也能夠提高有氧能力。高強度間歇雖然屬於無氧能力，但是對於心臟有很高的刺激。
最大攝氧量的測試過程並不複雜，不藉助手錶，我們也能獲得最大攝氧量。而且多數手錶的測試過程只是把實驗室測量最大攝氧量的過程寫成軟體，減少我們記錄時間和計算的步驟，讓測試過程更加絲滑。但是要想獲得最大攝氧量，我們必須得運動，因為通過運動才能獲得最大攝氧量。下面就詳細講講獲得最大攝氧量的測試方法。
鑒於最大攝氧量是 反映有氧能力的重要指標，即使我們沒有手錶，也可以自己測試。不過在進行最大攝氧量測試之前，建議你使用運動前篩查量表測試下自己是否適合運動。而且如果運動中有任何不適，都請及時停止。運動前的篩查量表可以在我之前寫的文章 《如何更好地居家訓練》 找到 。
測量最大攝氧量的方法有很多，大體可以分為兩種： 直接測量和 間接推算。下圖 反映了實驗室條件下直接測試最大攝氧量的方法。測試時運動員戴著呼吸面罩跑步，通過氣體分析儀可以記錄運動員吸入氣體氧氣總量，通過後期的分析便可獲得最大攝氧量。
但這種測試方法需要昂貴的儀器，而且對於沒有運動習慣的人來講，測試過程也不安全，所以更通用的是使用推算的方法。推算也兩種， 一種是不斷的增加負荷，同時記錄對應的心率，直至不能運動，通過心率、運動負荷確定最大攝氧量。國民體質監測中使用的台階實驗就是類似的方式。其過程是按照指定節拍上下台階，記錄運動過程中的心率，帶入到公式中計算台階指數，進而判斷有氧能力。具體過程和判斷標準參見 國民體質測定標準手冊及標準（成年人部分）。但國民體質的台階實驗是計算了台階指數沒有直接計算最大攝氧量。
另一種方式是記錄 指定時間內運動的距離，或者是 指定距離內的用時來計算最大攝氧量。庫珀 12 分鐘跑就屬於前者。2.4km 跑就屬於後者。
下面詳細講述一下庫珀 12 分鐘跑的測試過程。選擇說這個實驗，算是對庫珀博士的致敬吧。你可能不知道庫珀（Kenneth H. Cooper），但相信你一定聽過有氧運動，而庫珀正是有氧運動的提出者，是因為庫珀寫了《Aerobics》，才出現了有氧運動這個詞。
圖片來源維基百科
庫珀 12 分鐘跑的過程很簡單，只需要知道 12 分鐘內跑步的距離，將距離代入到下面的公式中即可計算最大攝氧量。我們可以在操場或者是跑步機上完成測試，只不過在跑步機上測試時需要將坡度調為 1°，模擬室外風的阻力。同時正式跑步前運動 15 分鐘，一來可以避免跑步時拉傷，二來也能更充分動員肌肉和心肺，讓測試結果更加準確。
V̇O(2)max = (22.351 x 跑步距離（千米）) - 11.288
對於未經訓練的健康男性 V̇O(2)max 最大值約為 35–40 mL/(kg·min)，未經訓練的健康女性平均 V̇O(2) max 最大值約為 27–31 mL/(kg·min)。具體會因為年齡不同，而評價標準不同而有所不同。具體可以參見以下的評價標準，但是需要注意的是此標準是以美國人為基礎測量獲得。
手錶獲取最大攝氧量的方法
通過上面對於最大攝氧量的描述，我們發現最大攝氧量的測試過程並不複雜。很多手錶也就套用了上述計算方式。比如華為的最大攝氧量就是使用了 2.4km 跑步測試的方法。你不需要專門進行最大攝氧量測試， 只要有一次跑步距離超過 2.4km，且跑 1 公里用時小於 8 分鐘，便能夠計算出最大攝氧量。
但這樣計算出來的最大攝氧量可能並不準確，個人主觀努力程度對最大攝氧量的影響不容小覷。我之前在學校參加的最大攝氧量測試，到測試後期，測試人員會用「地表最強音」為我加油打氣，好挖掘出來我的最後潛力。而我也像被施了咒語一樣，會更努力地跑下去。
而且在測試過程中，他們也會使用主觀自覺量表來讓我說出我的努力程度。所以如果我們沒有專門全力以赴地測試最大攝氧量，那麼下一次看到最大攝氧量數值增加時，可能不能說明我們有氧能力增加了，只是我們更努力的跑步了。
上述主要是用跑步測量最大攝氧量，但有些人並不喜歡跑步，而是喜歡騎行。手錶廠商也考慮到了這一點。比如佳明的手錶就支持在騎行時（需要搭配功率計）獲取最大攝氧量。另外，隨著划船機的普及，也有專利試圖通過划船機來確定最大攝氧量。
但不管是庫珀 12 分鐘跑，還是華為、佳明的測試方式，都需要至少 12 分鐘的測試。儘管時間已經很短了，但是很多人還是覺得時間太長，所以 Polar 的手錶支持使用 5 分鐘體能測試獲得最大攝氧量。
02手錶測量最大攝氧量準確嗎？
通過對最大攝氧量測試過程的了解，我們發現測量最大攝氧量關鍵的指標主要是距離、時間、心率，而這些指標的測量都是成熟的技術，理論上來講最大攝氧量的計算比較準確。也許是出於這種考量，我並沒有找到很多關於手錶最大攝氧量精度驗證的論文（也可能是檢索詞的選擇問題）。這方面的論文多是關於 Polar 的 5 分鐘體能測試能否準確測試最大攝氧量。不同的研究的結論不一樣，但是從論文的數據來看，普通人使用 5 分鐘體能測試獲取最大攝氧量還是比較可靠的。
讓足球運動進行 8 周的耐力訓練，在訓練前後測試最大攝氧量，比較實驗室和 Polar 表的測試結果發現，Polar 表的測試數值比實驗室的測試結果數值都大。但是相差不大，對於普通愛好者來講可以接受。訓練前後實驗室測試結果與 Polar 表測試結果比較（單位ml/kg/min-1）：
03能幫助我們了解哪些信息？
最大攝氧量（maximal oxygen consumption，V̇O(2) max）是評價 有氧能力和 心肺能力的重要指標。心肺能力較低，尤其是運動測試結果為倒數四分之一或五分之一人群，其心血管疾病或全因死亡率增加 2-4 倍，並獨立於其他心血管危險因素。
在運動實踐中，最大攝氧量和最大心率一樣，都可以幫助判斷運動強度，而且最大攝氧量是實驗室評估運動強度的金標準。那最大攝氧量和最大心率又有什麼區別呢？ 最大的區別是運動對其影響程度。最大心率只和年齡相關，年齡增加，最大心率減少。（實際上運動訓練也會影響最大心率，但影響不大。多數研究認為運動後最大心率減少）。對於最大攝氧量，雖然隨著年齡增加最大攝氧量也會下降，但通過運動，仍然可以增加最大攝氧量。
雖然訓練能夠改變最大攝氧量，但最大攝氧量發生明顯改變需要 6-12 個月才能完成。短短几周的訓練，最大攝氧量的變化並不大。Bouchard 招募了 483 名久坐不動的白人成年人，讓他們執行大約每周三次，每次 50 分鐘的中等強度運動。20 周后最大攝氧量提高了 0.4±0.2L/min/kg。
最大攝氧量是相對穩定的指標，因此不需要像血壓、心率那樣天天測量，半年或者一年測量一次最大攝氧量就可以。所以很多手錶會顯示當日最大攝氧量或者動態攝氧量，除了多一個賣點，並無其他用途。如果第二天最大攝氧量變化了，只能證明前一次沒有測準確。
▍總結
可以測量心率已經是智能手錶的標配，成熟的 PPG 技術也保證了心率測量的準確性。但受限於 PPG 使用光的反射測量心率，佩戴不牢、膚色以及肥胖都會對心率產生較大幹擾。但好在心率測量不麻煩，我們可以通過比對自己測量的脈搏和手錶的讀數，來查看手錶的準確性。雖然手錶可以準確測量心率，但是手錶廠商對於心率區間的劃分並不準確。我們應該首選能夠獲取儲備心率的手錶，如果可以自己設置心率區間更是錦上添花。
最大攝氧量可能反映有氧能力，通過訓練可以提高最大攝氧量，但這需要半年的時間。再加上最大攝氧量測試並不複雜。智能手錶有沒有最大攝氧量的功能，並不是很重要。畢竟，我們還可以自行測試。
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作者：阿帥的健康筆記
責編：希望大家可以多多支持《本周看什麼》 的 Lotta
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