乳酸量測(cè)裝置及運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練調(diào)整的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練調(diào)整的方法，特別涉及一種藉由經(jīng)皮微針感測(cè)器量測(cè)人體中乳酸濃度以用于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練調(diào)整的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]運(yùn)動(dòng)中主要使用醣類做為能量來(lái)源，醣類產(chǎn)生能量分為有氧及無(wú)氧兩種方式，醣類在無(wú)氧狀況下分解，除了會(huì)產(chǎn)生能量外，也會(huì)產(chǎn)生乳酸。在運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度較低時(shí)，主要使用有氧的方式產(chǎn)生能量，無(wú)氧參與較少，因此乳酸產(chǎn)生的速度不高，人體可以很容易代謝掉，所以乳酸不會(huì)累積在身體及血液中。隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加，無(wú)氧能量使用比率提高，乳酸產(chǎn)生的速度也隨之增快，人體清除乳酸的速度會(huì)逐漸趕不上乳酸產(chǎn)生的速度，因此乳酸就會(huì)開(kāi)始慢慢在身體中堆積，于此運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下，人體中的乳酸值被稱為乳酸閾值(LactateThreshold)。于有氧代謝和無(wú)氧代謝之間的乳酸閾值的時(shí)點(diǎn)上，人體中的乳酸水平會(huì)保持平衡。假如運(yùn)動(dòng)員的乳酸閾值與相關(guān)的心跳率為已知，即可根據(jù)以上數(shù)據(jù)最適化對(duì)該運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練。
[0003]乳酸是組織氧合(oxygenat1n)最重要的生物標(biāo)記，因此對(duì)體育，衛(wèi)生保健的應(yīng)用極為重要。乳酸濃度提供無(wú)氧閾的信息，此信息對(duì)制訂耐力運(yùn)動(dòng)培訓(xùn)計(jì)劃是非常重要的。目前乳酸量測(cè)裝置的商業(yè)利益驅(qū)動(dòng)來(lái)自于運(yùn)動(dòng)，健身，奶制品和國(guó)防工業(yè)。
[0004]靜止休息的正常血乳酸濃度在0.5-2mM的范圍內(nèi)，然而在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)達(dá)到無(wú)氧閾或受傷引發(fā)失血性休克的情況下，細(xì)胞供氧量變得有限時(shí)，乳酸會(huì)迅速增加。測(cè)量乳酸有助于識(shí)別疲勞反應(yīng)(對(duì)運(yùn)動(dòng)員，其他體育人士和士兵尤其重要)和設(shè)計(jì)個(gè)人化的訓(xùn)練流程給運(yùn)動(dòng)員。乳酸測(cè)量也對(duì)許多重癥監(jiān)護(hù)的情況下具有臨床意義，例如，乳酸性酸中毒，尤其體現(xiàn)在休克狀態(tài)。
[0005]有運(yùn)動(dòng)生理學(xué)者認(rèn)為運(yùn)動(dòng)中及運(yùn)動(dòng)后血乳酸的變化，是骨骼肌等組織中乳酸生成速率，進(jìn)入血液的速率和血液中乳酸消失速率之間平衡的表現(xiàn)。因此，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間，各組織器官間的代謝機(jī)能，都和血乳酸的濃度有關(guān)，在運(yùn)動(dòng)中和運(yùn)動(dòng)后，可以連續(xù)檢測(cè)血乳酸來(lái)了解運(yùn)動(dòng)時(shí)人體的影響及其規(guī)律。血乳酸的測(cè)試在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練上的運(yùn)用，訓(xùn)練的內(nèi)容是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的工作，為了要提供一個(gè)較完善的訓(xùn)練課程和訓(xùn)練計(jì)畫(huà)，教練通常需要找出一個(gè)對(duì)運(yùn)動(dòng)員最適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)量以及刺激，乳酸在血中濃度，安靜值約ImM，可作為判斷運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的依據(jù)，血中乳酸濃度達(dá)4.0mM時(shí)，可作為判斷無(wú)氧閾值。先前文獻(xiàn)指出，做動(dòng)態(tài)激烈的運(yùn)動(dòng)時(shí)，血液中乳酸濃度有高至30μΜ/^。另有文獻(xiàn)指出，當(dāng)肌肉內(nèi)乳酸濃度達(dá)到20-25 μ M/g時(shí)，使人會(huì)完全疲勞而無(wú)法運(yùn)動(dòng)。
[0006]又有文獻(xiàn)指出運(yùn)動(dòng)中乳酸產(chǎn)生的主要因素是:一、運(yùn)動(dòng)的負(fù)荷強(qiáng)度；二、參與運(yùn)動(dòng)的肌肉量；三、運(yùn)動(dòng)持續(xù)的時(shí)間。乳酸產(chǎn)生的濃度多寡，則與運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有氧(aerobic)和無(wú)氧(anaerobic)系統(tǒng)能量代謝的百分比有關(guān)。不同的能量系統(tǒng)輸出，對(duì)于人體運(yùn)動(dòng)時(shí)血乳酸值影響其濃度的變化。以磷酸系統(tǒng)為主要供給能量來(lái)源時(shí)血乳酸濃度較少，一般來(lái)說(shuō)不超過(guò)4mM ;若以醣酵解系統(tǒng)為主要供應(yīng)能量來(lái)源時(shí)，可以高達(dá)15mM ;以有氧能量系統(tǒng)為主要供應(yīng)能量時(shí)在4mM。因此在不同強(qiáng)度的訓(xùn)練后，血乳酸的堆積情形有顯著的差異性。乳酸堆積具有兩種意義，一種是因?yàn)榧铀脔苯徒獾淖饔?，產(chǎn)生大量的能量以供肌肉收縮使用?’另一是表示肌肉中酸化的程度提高，原先的有氧代謝系統(tǒng)功能不敷使用，全賴無(wú)氧醣酵解作用來(lái)提供能量。另外，有運(yùn)動(dòng)生理學(xué)者認(rèn)為在穩(wěn)定狀態(tài)下，血乳酸堆積的情形可以作為判斷運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的生物參數(shù)之一。
[0007]乳酸堆積的最常見(jiàn)的原因是缺氧(hypoxia)(低組織和血液氧合)。實(shí)驗(yàn)室外測(cè)定乳酸濃度的標(biāo)準(zhǔn)方法是離散的血液取樣和透過(guò)乳酸試紙來(lái)測(cè)量。然而，這對(duì)動(dòng)態(tài)變化或預(yù)測(cè)信息幫助不大，并可能導(dǎo)致缺少一個(gè)精確的濃度重建。離散采樣實(shí)際上不方便于耐力活動(dòng)的情況下進(jìn)行。此外，無(wú)法直接對(duì)結(jié)果作解釋。
[0008]直接植入血管的乳酸量測(cè)裝置不是一個(gè)實(shí)用的選擇，原因是會(huì)造成血栓和栓塞的風(fēng)險(xiǎn)，引發(fā)通過(guò)血液/乳酸量測(cè)裝置之間的相互作用，并讓通過(guò)局部的血流產(chǎn)生動(dòng)力學(xué)變化。經(jīng)皮組織液測(cè)量提供一個(gè)更安全的選項(xiàng)，可將任何不利影響局部化。而且組織中的乳酸測(cè)量，也對(duì)局部的氧氣供應(yīng)可以提供更多的相關(guān)信息，從而檢測(cè)局部組織缺氧，而不是通過(guò)血液分析所獲得身體的平均值。
[0009]使用乳酸量測(cè)裝置量測(cè)乳酸值，是于運(yùn)動(dòng)員在不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，采血做分析。醫(yī)護(hù)人員采樣血液的方法，多半采扎針并穿破角質(zhì)層，來(lái)抽取血液以進(jìn)行分析檢測(cè)，然而此種破壞皮膚表層的取樣方法，除了容易使運(yùn)動(dòng)員感覺(jué)疼痛，進(jìn)而萌生排斥感外，皮膚表層的大量微生物，也容易在皮膚表層遭破壞的情況下，進(jìn)入人體進(jìn)而感染。為了降低感染的風(fēng)險(xiǎn)，需要高的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，因而使此方法變得繁復(fù)及昂貴。
[0010]另外，一般非侵入式量測(cè)乳酸的方法是逐漸風(fēng)行使用在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)的康科尼測(cè)試(Conconi test)。于此方法，受測(cè)者在400公尺的運(yùn)動(dòng)跑道上，前200公尺以一預(yù)定速度跑步，200公尺之后受測(cè)者分段增加節(jié)奏，例如分別0.5km/h。在運(yùn)動(dòng)跑道每一 200公尺標(biāo)記處，受測(cè)者于分別環(huán)行運(yùn)動(dòng)跑道之后，注意他當(dāng)時(shí)的心跳率，并喊出數(shù)據(jù)給助手。受測(cè)者在運(yùn)動(dòng)跑道上跑步，直到他已經(jīng)到達(dá)力量極限，意味著他無(wú)法再增加速度了。
[0011]對(duì)于測(cè)試的估計(jì)，將心跳率對(duì)著相關(guān)的跑速以二維(X-Y)作圖。藉此發(fā)現(xiàn)結(jié)果:在有氧范圍，給出較低的力量，心跳率幾乎與跑速呈線性關(guān)系。此意味著心跳率隨著受測(cè)者產(chǎn)生的力量等比例增加。此規(guī)律在轉(zhuǎn)換至無(wú)氧代謝的閾值處被打破。在高出力的無(wú)氧范圍，心跳率隨著進(jìn)一步增加的力量或跑速只稍微增加。心跳率相關(guān)于跑速的關(guān)系因而顯示自低出力的有氧范圍過(guò)渡至高出力的無(wú)氧范圍的清楚、尖銳的驟變點(diǎn)，藉此決定乳酸閾值。對(duì)于乳酸閾值及相關(guān)跑速的心跳率特征可簡(jiǎn)單自X-Y圖讀取。
[0012]然而，康科尼測(cè)試比較繁復(fù)，且未有助手的情況下幾乎無(wú)法執(zhí)行。又，由于天候及受測(cè)者控制他的跑速的能力影響，康科尼測(cè)試量測(cè)的乳酸閾值比較不準(zhǔn)確。
[0013]綜上所述，需要一種低侵入性可用于連續(xù)經(jīng)皮監(jiān)測(cè)組織中的乳酸量測(cè)裝置，提供給運(yùn)動(dòng)，健身，和國(guó)防工業(yè)之用，特別是運(yùn)動(dòng)員與運(yùn)動(dòng)愛(ài)好人士，使其保持肌肉不酸痛，并調(diào)整其運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到有效不傷害的健身目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的一目的，在于提供一種運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練調(diào)整的方法，藉由具有微針的經(jīng)皮感測(cè)器進(jìn)行皮膚穿刺，低侵入性的穿刺能夠有效減輕使用者的疼痛感，又同時(shí)達(dá)到取樣組織液以量測(cè)人體中乳酸濃度值的目的。根據(jù)乳酸濃度值與一基準(zhǔn)預(yù)設(shè)值的比較，幫助運(yùn)動(dòng)員或愛(ài)好運(yùn)動(dòng)人士調(diào)整運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度及頻率，進(jìn)而達(dá)到最有效果的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。
[0015]為了達(dá)成上述的目的，本發(fā)明提供一種運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練調(diào)整的方法，藉由包含一連續(xù)經(jīng)皮微針感測(cè)器的乳酸量測(cè)裝置量測(cè)人體中乳酸濃度，此運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練調(diào)整的方法包括以下步驟:使用連續(xù)經(jīng)皮微針感測(cè)器量測(cè)使用者人體組織中的乳酸濃度值；比較乳酸濃度值與一基準(zhǔn)預(yù)設(shè)值；及假如乳酸濃度值高于基準(zhǔn)預(yù)設(shè)值則通知使用者降低運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，反之假如乳酸濃度值低于基準(zhǔn)預(yù)設(shè)值則通知使用者增加運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，確保用戶肌肉不酸痛，足以完成全程比賽。進(jìn)一步根據(jù)GPS或計(jì)步器等估測(cè)已經(jīng)完成的距離與尚待完成的距離，可以有效調(diào)整安全的乳酸濃度值以及其安全的濃度變化率，以提