乳酸量測裝置及運動訓練調整的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種運動訓練調整的方法，特別涉及一種藉由經皮微針感測器量測人體中乳酸濃度以用于運動訓練調整的方法。
【背景技術】
[0002]運動中主要使用醣類做為能量來源，醣類產生能量分為有氧及無氧兩種方式，醣類在無氧狀況下分解，除了會產生能量外，也會產生乳酸。在運動強度較低時，主要使用有氧的方式產生能量，無氧參與較少，因此乳酸產生的速度不高，人體可以很容易代謝掉，所以乳酸不會累積在身體及血液中。隨著運動強度的增加，無氧能量使用比率提高，乳酸產生的速度也隨之增快，人體清除乳酸的速度會逐漸趕不上乳酸產生的速度，因此乳酸就會開始慢慢在身體中堆積，于此運動強度下，人體中的乳酸值被稱為乳酸閾值(LactateThreshold)。于有氧代謝和無氧代謝之間的乳酸閾值的時點上，人體中的乳酸水平會保持平衡。假如運動員的乳酸閾值與相關的心跳率為已知，即可根據以上數據最適化對該運動員的訓練。
[0003]乳酸是組織氧合(oxygenat1n)最重要的生物標記，因此對體育，衛生保健的應用極為重要。乳酸濃度提供無氧閾的信息，此信息對制訂耐力運動培訓計劃是非常重要的。目前乳酸量測裝置的商業利益驅動來自于運動，健身，奶制品和國防工業。
[0004]靜止休息的正常血乳酸濃度在0.5-2mM的范圍內，然而在劇烈運動時達到無氧閾或受傷引發失血性休克的情況下，細胞供氧量變得有限時，乳酸會迅速增加。測量乳酸有助于識別疲勞反應(對運動員，其他體育人士和士兵尤其重要)和設計個人化的訓練流程給運動員。乳酸測量也對許多重癥監護的情況下具有臨床意義，例如，乳酸性酸中毒，尤其體現在休克狀態。
[0005]有運動生理學者認為運動中及運動后血乳酸的變化，是骨骼肌等組織中乳酸生成速率，進入血液的速率和血液中乳酸消失速率之間平衡的表現。因此，運動強度、持續時間，各組織器官間的代謝機能，都和血乳酸的濃度有關，在運動中和運動后，可以連續檢測血乳酸來了解運動時人體的影響及其規律。血乳酸的測試在運動訓練上的運用，訓練的內容是一個相當復雜的工作，為了要提供一個較完善的訓練課程和訓練計畫，教練通常需要找出一個對運動員最適當的運動量以及刺激，乳酸在血中濃度，安靜值約ImM，可作為判斷運動強度的依據，血中乳酸濃度達4.0mM時，可作為判斷無氧閾值。先前文獻指出，做動態激烈的運動時，血液中乳酸濃度有高至30μΜ/^。另有文獻指出，當肌肉內乳酸濃度達到20-25 μ M/g時，使人會完全疲勞而無法運動。
[0006]又有文獻指出運動中乳酸產生的主要因素是:一、運動的負荷強度；二、參與運動的肌肉量；三、運動持續的時間。乳酸產生的濃度多寡，則與運動過程中有氧(aerobic)和無氧(anaerobic)系統能量代謝的百分比有關。不同的能量系統輸出，對于人體運動時血乳酸值影響其濃度的變化。以磷酸系統為主要供給能量來源時血乳酸濃度較少，一般來說不超過4mM ;若以醣酵解系統為主要供應能量來源時，可以高達15mM ;以有氧能量系統為主要供應能量時在4mM。因此在不同強度的訓練后，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，一種是因為加速醣酵解的作用，產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功能不敷使用，全賴無氧醣酵解作用來提供能量。另外，有運動生理學者認為在穩定狀態下，血乳酸堆積的情形可以作為判斷運動負荷的生物參數之一。
[0007]乳酸堆積的最常見的原因是缺氧(hypoxia)(低組織和血液氧合)。實驗室外測定乳酸濃度的標準方法是離散的血液取樣和透過乳酸試紙來測量。然而，這對動態變化或預測信息幫助不大，并可能導致缺少一個精確的濃度重建。離散采樣實際上不方便于耐力活動的情況下進行。此外，無法直接對結果作解釋。
[0008]直接植入血管的乳酸量測裝置不是一個實用的選擇，原因是會造成血栓和栓塞的風險，引發通過血液/乳酸量測裝置之間的相互作用，并讓通過局部的血流產生動力學變化。經皮組織液測量提供一個更安全的選項，可將任何不利影響局部化。而且組織中的乳酸測量，也對局部的氧氣供應可以提供更多的相關信息，從而檢測局部組織缺氧，而不是通過血液分析所獲得身體的平均值。
[0009]使用乳酸量測裝置量測乳酸值，是于運動員在不同運動強度時，采血做分析。醫護人員采樣血液的方法，多半采扎針并穿破角質層，來抽取血液以進行分析檢測，然而此種破壞皮膚表層的取樣方法，除了容易使運動員感覺疼痛，進而萌生排斥感外，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，進入人體進而感染。為了降低感染的風險，需要高的衛生標準，因而使此方法變得繁復及昂貴。
[0010]另外，一般非侵入式量測乳酸的方法是逐漸風行使用在運動醫學的康科尼測試(Conconi test)。于此方法，受測者在400公尺的運動跑道上，前200公尺以一預定速度跑步，200公尺之后受測者分段增加節奏，例如分別0.5km/h。在運動跑道每一 200公尺標記處，受測者于分別環行運動跑道之后，注意他當時的心跳率，并喊出數據給助手。受測者在運動跑道上跑步，直到他已經到達力量極限，意味著他無法再增加速度了。
[0011]對于測試的估計，將心跳率對著相關的跑速以二維(X-Y)作圖。藉此發現結果:在有氧范圍，給出較低的力量，心跳率幾乎與跑速呈線性關系。此意味著心跳率隨著受測者產生的力量等比例增加。此規律在轉換至無氧代謝的閾值處被打破。在高出力的無氧范圍，心跳率隨著進一步增加的力量或跑速只稍微增加。心跳率相關于跑速的關系因而顯示自低出力的有氧范圍過渡至高出力的無氧范圍的清楚、尖銳的驟變點，藉此決定乳酸閾值。對于乳酸閾值及相關跑速的心跳率特征可簡單自X-Y圖讀取。
[0012]然而，康科尼測試比較繁復，且未有助手的情況下幾乎無法執行。又，由于天候及受測者控制他的跑速的能力影響，康科尼測試量測的乳酸閾值比較不準確。
[0013]綜上所述，需要一種低侵入性可用于連續經皮監測組織中的乳酸量測裝置，提供給運動，健身，和國防工業之用，特別是運動員與運動愛好人士，使其保持肌肉不酸痛，并調整其運動強度，達到有效不傷害的健身目標。

【發明內容】

[0014]本發明的一目的，在于提供一種運動訓練調整的方法，藉由具有微針的經皮感測器進行皮膚穿刺，低侵入性的穿刺能夠有效減輕使用者的疼痛感，又同時達到取樣組織液以量測人體中乳酸濃度值的目的。根據乳酸濃度值與一基準預設值的比較，幫助運動員或愛好運動人士調整運動強度及頻率，進而達到最有效果的運動訓練。
[0015]為了達成上述的目的，本發明提供一種運動訓練調整的方法，藉由包含一連續經皮微針感測器的乳酸量測裝置量測人體中乳酸濃度，此運動訓練調整的方法包括以下步驟:使用連續經皮微針感測器量測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預設值；及假如乳酸濃度值高于基準預設值則通知使用者降低運動強度，反之假如乳酸濃度值低于基準預設值則通知使用者增加運動強度，確保用戶肌肉不酸痛，足以完成全程比賽。進一步根據GPS或計步器等估測已經完成的距離與尚待完成的距離，可以有效調整安全的乳酸濃度值以及其安全的濃度變化率，以提