作者/陳林生（美國德州大學奧斯汀分校 運動生理學博士）
運動可以提升心肺能力，也可以提升心血管健康。兩者雖然有相關性，也就是心肺能力比較好，心血管健康可能也比較好。但兩者在科學研究上其實指的是不同的東西，這篇文章會介紹心血關健康與心肺能力的幾個測量指標與測量方式。
心肺能力
心肺能力的黃金標準是最大攝氧量，英文名詞是maximal oxygen uptake、maximal aerobic power，或是常見的VO2max。他的定義是：在使用大肌群執行動態運動時，身體運輸跟利用氧氣的能力。依照單位可分爲絕對最大攝氧量 (單位是L/min)，即每分鐘消耗多少公升的氧氣，以及相對最大攝氧量 (單位是ml/kg/min)，即每分鐘每公斤體重消耗多少毫升的氧氣。如果今天要比較兩個不同量級運動員，或是不同體重的人的最大攝氧量，通常會使用相對最大攝氧量，絕對攝氧量則是用在體重沒那麼重要的情境或運動項目，像是在室內腳踏車測量最大攝氧量時。
最大攝氧量的計算方式為費克方程式 (Fick equation)：VO2max = COmax x (a-v O2 diff)max
心輸出量 (cardiac output, CO)，即心臟每分鐘輸出的總血量，計算方式是每跳輸出量 (stroke volume, SV) 乘上心跳 (heart rate, HR)。(a-v O2 diff) 則為動脈與靜脈的氧氣含量差異，代表的是肌肉組織從血液裡面提取的氧氣量。
實務上在測量最大攝氧量時，包含了直接測量與間接測量。
直接測量會使用呼吸代謝測量系統 (metabolic cart) 進行，直接收集受試者運動中呼出的所有氣體，分析裡面的氣體濃度與體積，這是最直接也是最精準的最大攝氧量測量。雖然這個方法是最精準的，但也需要昂貴的儀器，以及專業人員進行測驗前的氣體濃度與氣體體積校正，因此也有研究者開發出各種不同間接測量方式。
間接測量的部分，最常見的是庫柏測試Cooper test，這個方法是由Kenneth H. Cooper在1968年替美軍設計的心肺適能測量。原始的測量方式是在12分鐘跑步內盡可能的跑，跑得越遠代表心肺能力越好。不過這有個問題是需要測量距離的工具，且每個人跑的距離會有落差，比較難同時進行大量測量。一個改良版的庫柏測試Cooper test則是測量跑完2400公尺的時間，大約是標準的400公尺操場的六圈。得到跑完六圈的時間 (分：秒) 之後，先把秒數除以60，把單位換算成分。再用2400除以時間，可以得到跑步速度。接著把跑步速度 (x) 帶入根據常模推算出的方程式 y = 0.2x + 3.5，即可得到最大攝氧量 (y)。
心血管健康
心血管健康則是針對心血管的測量，跟運動能力沒太大關係。以下介紹幾個生理學、運動科學研究中常用的非侵入性測量。
- 脈波傳導速度 (pulse wave velocity, PWV)
這個測量主要是想了解血管的彈性或動脈硬化程度 (arterial stiffness)。在心臟打出血液之後，在動脈會形成壓力波，脈波傳導速度主要是量測壓力波在動脈中的傳播速度。這是一個非侵入性的間接測量，主要會放置壓力感測器或是血壓袖帶在想測量的區域，常見的有頸部、鼠蹊部、上臂、腳踝、手腕。這些壓力感測器或血壓袖帶，會測量動脈裡面壓力波從一個區域傳遞到另一個區域的時間差，再測量這兩個區域的在身體表面上的距離，即可算出脈波傳導速度 (距離/時間=速度)。
以健康者來說，20-30歲PWV約5-7m/s，40-50歲約7-9m/s，隨著年齡增加動脈老化，脈波傳導速度通常會越快，而運動有機會可以延緩這個趨勢。
這個測量背後的邏輯是，如果今天動脈比較有彈性，壓力波傳遞過來之後，動脈緩衝功能會比較好，波就會傳遞比較慢。如果動脈比較硬，壓力波傳遞過來動脈形狀不太會改變，波傳遞就會比較快。
- 血流介導舒張 (flow-mediated dilation, FMD)
這個測量是想要了解血管內皮細胞的功能，血管內的血流會對血管的最表層的內皮細胞造成剪切力，血流越大剪切力也越大，剪切力會使內皮細胞進一步釋放一氧化氮 (nitric oxide, NO)，而一氧化氮會造成血管舒張，從而調節血流。
這個方法也是非侵入性的測量，以肱動脈為例，將超聲波探頭放置在上臂以測量動脈的血管直徑，並在前臂放置血壓袖帶。實驗通常會先測量1-5分鐘的血管直徑作為基準 (baseline diameter)，接著會把血壓袖帶充氣到200mmHg以上持續五分鐘，目的是完全阻斷到手的血流。五分鐘之後會讓袖帶壓力歸零，這時因為袖帶以下的組織已經缺血五分鐘，急需大量氧氣與血流，因此會出現反應性充血 (reactive hyperemia)，血流會經過肱動脈，輸送到手掌，因此流經肱動脈的血流也會增加，前面提過血流增加會導致剪切力增加，進而導致血管舒張。這時超音波探頭持續記錄動脈直徑，這時我們可以獲得反應性充血後的最大直徑 (max diameter)。由於每個人的動脈直徑都不同，通常我們會計算相對的血管舒張。
計算方式為 FMD% = (最大直徑 – 基準直徑) / 基準直徑 * 100%。
健康成年人約為5-10%，隨著年齡增加可能下降，疾病族群有可能會低於5%。
血流介導舒張測量時，超聲波探頭與袖套位置：
血管的超聲波影像：
看完這篇文章之後，應該可以清楚了解到心肺能力跟心血管健康是兩回事，在科學上指的是不同的東西，也有不同的測量方式。
參考資料：
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