心肺適能代表的是肺臟從空氣中攜帶氧氣，藉由心血管系統將氧氣輸送到組織細胞使用的能力。當吸氣時，外肋間肌和橫膈膜收縮，肋骨上移，胸腔擴大(用力吸氣時，胸鎖乳突肌、斜角肌、胸小肌也協同收縮)，空氣從鼻子經由氣管到達肺部進行換氣作用，氧氣擴散進入肺泡的微血管，相對二氧化碳擴散出肺泡，外肋間肌和橫膈膜鬆弛，肋骨下移，胸腔縮小，藉由呼氣運動排出(用力呼氣時，內肋間肌、腹肌也協同收縮)。進入血液循環的氧氣，經由肺靜脈到達心臟，充氧血從心臟的左心室經主動脈輸送到全身組織細胞進行氣體交換，交換後的缺氧血最後經上腔靜脈、冠狀竇與下腔靜脈流入右心房，再由肺動脈將缺氧血輸送到肺部進行氣體交換成含氧血，並重複此一過程。

安靜狀態

心肺適能其中一個重要的變數便是肺功能，成人安靜時呼吸頻率大約每分鐘16~18次，每分鐘通氣量為6~8L；劇烈運動時，呼吸頻率可以超過每分鐘 60次，潮氣量可超過 2L，每分鐘通氣量可超過100L，耐力型運動員甚至超過160L。首先認識肺容積、肺容量、肺通氣的意義，見下表及圖一。

▲圖一

接著我們來認識心肺適能另一個關鍵變數，心臟功能的指標，在安靜狀態下，我們可測得安靜心率及心率變異度，測量的時間點要在休息日隔天起床後，補充大約200~300c.c水分後測量。有兩種測量的姿勢，一種是以仰臥姿勢測量獲得的穩定心率，一種是以接近運動姿勢的方式測量，例如跑者以最省力的站姿測量、泳者放鬆躺在水面測、自行車運動員坐在自行車上測，無論何種方式，重點是對於自己測量的方式要統一，才能作為比較的依據。安靜心率一般而言維持相同姿勢1分鐘後，測量接續1分鐘的心率即可；而心率變異度須維持相同姿勢5分鐘，接著測量5分鐘的心率變異度。

心率變異度的指標(線性分析、頻率分析)通常以SDNN、RMSSD、nLF、nHF、LF/HF為準，以下為參考值。

參數	單位	參考值
SDNN	ms	141 ± 39
RMSSD	ms	27 ± 12
nLF	%	54 ± 4
nHF	%	29 ± 3
LF/HF		1.5~2.0

運動狀態

最大攝氧量(VO_2max)：

最大攝氧量指的是在跑步過程中每分鐘每公斤體重所消耗或利用氧氣的最大值，是心肺耐力的指標，最大攝氧量=心輸出量×動靜脈血氧差。

最大攝氧量一般在跑步機或飛輪上檢測，測驗過程中持續採集呼吸的氣體，其一分鐘內攝氧量最高者即為VO_2max(ml/min)，除以體重可得到相對值ml/kg/min，運動員約60~70，頂尖選手可達到80以上，如圖二，是測量最大攝氧量時與時間的變化圖

換氣閾值(Ventilatory threshold, VT)：在測量最大攝氧量過程中換氣狀況隨運動強度上升出現的第一個明顯轉折點(如圖二)，與第一乳酸閾值(Lactate Threshold 1, LT1)、有氧閾值(Aerobic threshold)呈高相關，在這個強度乳酸濃度才剛開始上升，大約2 mmol/L，身體能量大部分來自有氧代謝，也就是跑步強度的E強度，能邊跑步邊說話。

呼吸代償點(Respiratory Compensation Point, RCP)：在測量最大攝氧量過程中換氣狀況隨運動強度上升出現的第二個明顯轉折點(如圖二)，與第二乳酸閾值(Lactate Threshold 2, LT2)、無氧閾值(Anaerobic threshold)呈高相關，在這個強度是最大乳酸穩定狀態(Maximal lactate steady state, MLSS)，也就是乳酸累積速度等於身體排除乳酸速度的最大值，大約4 mmol/L，身體能量已有部分來自無氧代謝，也就是跑步強度的T強度，有長跑習慣者可維持30~60分鐘，一旦超過這個運動強度，乳酸會持續上升，無法跑太久，因此也稱此強度下的速度為臨界速度(Critical speed, CS)。

最大心率(HR_max)：

雖然最大攝氧量的測量是了解自己心肺適能的好方法，但畢竟測量工具昂貴，並不是每個人都負擔的起，由於通氣量與心率都會隨著運動強度的增加而上升，彼此也存在高相關，因此一般人通常以最大心率的測量來代替，以公式推估自己的最大攝氧量，或直接以心率區間代表運動強度，市面上已有心率表、心率帶等裝置，運動時只要監控心跳率便可在適當強度下進行訓練。

另外我推薦以儲備心跳率(Heart rate reserve)來進行運動強度的判定，方法是{(最大心率-安靜心率)×運動強度%+安靜心率}，例如一位運動選手的安靜心率為50，最大心率為200，想要進行80%強度的運動，則他的目標心率為(200-50)×80%+50=170 (HR)。

運動後恢復心率 (Heart rate recovery, HRR)：

運動過程中心率的上升是由於交感神經的活化與副交感神經撤出共同調控的結果，而運動後心率立即的下降被認為是副交感神經活化的影響，因此運動後心率的恢復程度可用來評估副交感神經功能，須注意運動強度相同才可進行比較。

1、HRR30s、HRR60s、HRR120s、HRR300s是計算運動終止後心率下降的差值，如：HRR60s = 運動終止時最大心率 – 運動終止後第30秒之心率值 (bpm/min)，如圖三。

2、T30、T120、T180、T300、Tau是將運動後心率的恢復進行對數轉換，與恢復的時間作圖 (如圖三)，並應用線性迴歸分析，定義時間常數 (HRR_τ) 為迴歸線的斜率的負倒數，在恢復期間整體心率動力的變化以單指數函數描述，如下公式：

公式中，HR (t)：隨時間變化的心率 (bpm)；HR₀：安靜心跳率 (bpm)；HR_ampl：運動後恢復期間隨時間下降的心率差值 (bpm)；e：自然指數；T：時間 (s)；HRR_τ：時間延遲常數。

 (1) T30：運動後心率恢復第10秒至第40秒的HRR_τ值 (s)

(2) T120：運動後心率恢復第1秒至第120秒的HRR_τ值 (s)

(3) T180：運動後心率恢復第1秒至第180秒的HRR_τ值 (s)

(4) T300：運動後心率恢復第1秒至第300秒的HRR_τ值 (s)

(5) Tau：運動後心率恢復第1秒至第10分鐘的HRR_τ值 (s)

運動後心率變異度：

心率變異度指竇性心率波動變化的程度，是反映交感神經與副交感神經張力及其平衡的重要指標，因此藉由運動後心率變異度的測量，能幫助了解運動後交感神經與副交感神經的變化，同樣須注意運動強度相同才可進行比較。

通常以lnRMSSD、lnHF、lnSD1代表副交感神經的指標，lnSDNN/RMMSD、lnSD2/SD1代表交感神經與副交感神經平衡的指標，在運動後6~10分鐘測量，如圖四。其中又以lnRMSSD信度最高，可將lnRMSSD與運動後時間作圖觀察運動後副交感神經的活化趨勢，如圖四，坐姿休息5分鐘後以11km/hr在跑步機上跑30分鐘，接著以坐姿休息15分鐘，過程記錄心跳間期(R-R intervals)，觀察lnRMSSD的變化，可以發現在運動開始後副交感神經活性迅速被抑制，約在運動後10分鐘漸趨穩定，但活性仍緩慢下降，當運動停止進行坐姿休息，副交感神經立即大量活化。