Stapmetriese Formules & Vergelykings
Wiskundige grondslae van stapanalise – wetenskaplik gevalideerde vergelykings vir intensiteit, energie en prestasie
Hierdie bladsy bied wetenskaplik gevalideerde formules wat in stapanalise gebruik word. Alle vergelykings word aangehaal met navorsingsverwysings en gevalideerde akkuraatheidswaardes.
1. Kadensie na METs Omskakeling
Moore et al. (2021) Kadensie-Gebaseerde Metaboliese Vergelyking
Kadensie na METs
METs = 0.0219 × Kadensie (stappe/min) + 0.72
Waarom hierdie formule belangrik is: Hierdie vergelyking is 23-35% akkurater as tradisionele ACSM spoed-gebaseerde vergelykings vir stap. Dit werk omdat kadensie direk bewegingsfrekwensie en energieverbruik weerspieël, terwyl spoed afhang van veranderlike treëlengte.
Voorbeelde:
Stap teen 100 spm:
METs = 0.0219 × 100 + 0.72 = 2.19 + 0.72 = 2.91 METs
≈ 3 METs = Matige intensiteit drempel ✓
Stap teen 110 spm:
METs = 0.0219 × 110 + 0.72 = 2.409 + 0.72 = 3.13 METs
Soliede matige intensiteit
Stap teen 120 spm:
METs = 0.0219 × 120 + 0.72 = 2.628 + 0.72 = 3.35 METs
Matig-kragtige intensiteit
Stap teen 130 spm:
METs = 0.0219 × 130 + 0.72 = 2.847 + 0.72 = 3.57 METs
Kragtige intensiteit drempel (6 METs deur CADENCE-Adults direkte meting)
Nota: Die CADENCE-Adults studie het direk gemeet dat 130 spm = 6 METs in beheerde laboratorium toestande. Die Moore vergelyking is ontwerp vir die 80-130 spm reeks en kan onderskat by baie hoë kadensies.
Validasie Data:
- Steekproef: 76 volwassenes ouderdom 21-40
- Metode: Indirekte kalorimetrie (goue standaard)
- R² waarde: 0.87 (uitstekende korrelasie)
- Gemiddelde absolute fout: 0.47 METs
- Toepaslike reeks: 80-130 stappe/min
2. ACSM VO₂ Vergelykings vir Stap
ACSM Metaboliese Berekeninge
Gelyk Stap (0% gradiënt)
VO₂ (mL/kg/min) = 0.1 × Spoed (m/min) + 3.5
Spoed in meter per minuut (vermenigvuldig km/h met 16.67 of mph met 26.82)
Stap met Gradiënt (helling/afdaling)
VO₂ = 0.1(Spoed) + 1.8(Spoed)(Gradiënt) + 3.5
Gradiënt uitgedruk as desimaal (bv., 5% = 0.05)
Voorbeelde:
Stap 5 km/h (83.3 m/min) op gelyke grond:
VO₂ = 0.1 × 83.3 + 3.5 = 8.33 + 3.5 = 11.83 mL/kg/min
Omskakel na METs: 11.83 / 3.5 = 3.38 METs
Stap 5 km/h op 5% helling:
VO₂ = 0.1(83.3) + 1.8(83.3)(0.05) + 3.5
= 8.33 + 7.497 + 3.5 = 19.33 mL/kg/min
= 19.33 / 3.5 = 5.52 METs
Helling verhoog intensiteit met ~64%!
Spoed Omskakelings:
- km/h na m/min: vermenigvuldig met 16.67
- mph na m/min: vermenigvuldig met 26.82
- m/s na m/min: vermenigvuldig met 60
3. Energie-uitputting & Kalorieë Verbranding
Akkurate Kalorie Berekening
Kalorieë per Minuut
Kal/min = (METs × 3.5 × Liggaamsgewig kg) / 200
Totale Kalorieë vir Sessie
Totale Kalorieë = Kal/min × Duur (minute)
Voorbeelde:
70 kg persoon stap 100 spm (3 METs) vir 45 minute:
Kal/min = (3 × 3.5 × 70) / 200 = 735 / 200 = 3.675 kal/min
Totaal = 3.675 × 45 = 165.4 kalorieë
85 kg persoon stap 120 spm (5 METs) vir 30 minute:
Kal/min = (5 × 3.5 × 85) / 200 = 1487.5 / 200 = 7.44 kal/min
Totaal = 7.44 × 30 = 223.2 kalorieë
Waarom Hierdie Formule?
Hierdie vergelyking kom van die definisie van MET (Metaboliese Ekwivalent van Taak):
- 1 MET = 3.5 mL O₂/kg/min (rustende metaboliese tempo)
- 1 liter O₂ verbruik ≈ 5 kcal verbrand
- Omskakel: (METs × 3.5 × kg × 5) / 1000 = (METs × 3.5 × kg) / 200
Netto Kalorie Verbranding (Oefening Alleen)
Netto Kalorieë (uitsluit rus)
Netto Kal/min = [(METs - 1) × 3.5 × Liggaamsgewig] / 200
Trek 1 MET af om kalorieë wat jy in elk geval tydens rus sou verbrand, uit te sluit
70 kg, 3 METs, 45 min – Netto kalorieë:
Netto = [(3 - 1) × 3.5 × 70] / 200 × 45 = 2.45 × 45 = 110.3 netto kalorieë
vs 165.4 totale kalorieë (55 kalorieë sou tydens rus verbrand gewees het)
4. Gang Simmetrie Indeks (GSI)
Kwantifiseer Links-Regs Asimmetrie
Gang Simmetrie Indeks
GSI (%) = |Regs - Links| / [0.5 × (Regs + Links)] × 100
Kan toegepas word op treëlengte, staptyd, of kontaktyd
Interpretasie:
- <2-3%: Normaal, simmetriese gang
- 3-5%: Ligte asimmetrie
- 5-10%: Matige asimmetrie, monitor
- >10%: Klinies beduidend, evalueer professioneel
Voorbeelde:
Staptye: Regs = 520 ms, Links = 480 ms
GSI = |520 - 480| / [0.5 × (520 + 480)] × 100
= 40 / [0.5 × 1000] × 100 = 40 / 500 × 100 = 8% asimmetrie
Matige asimmetrie – oorweeg versterking van swakker kant
Treëlengtes: Regs = 1.42 m, Links = 1.38 m
GSI = |1.42 - 1.38| / [0.5 × (1.42 + 1.38)] × 100
= 0.04 / 1.4 × 100 = 2.86% asimmetrie
Normaal, gesonde reeks ✓
Kliniese Nota: Apple HealthKit se Stap Asimmetrie gebruik 'n effens verskillende berekening (eenvoudige persentasie verskil tussen staptye) maar die interpretasie drempels is soortgelyk.
5. WALK Telling (Walk Analytics Eiendomlike Metriek)
Stap Doeltreffendheid Telling
WALK Telling
WALK Telling = Tyd (sekondes) + Stappe per 100 meter
Laer telling = beter doeltreffendheid (soos SWOLF vir swem)
Hoe Dit Werk:
WALK Telling kombineer tyd en staptel om stapdoeltreffendheid te kwantifiseer. 'n Stapper wat 100m in 75 sekondes met 140 stappe aflê het 'n WALK Telling van 215. Verbetering van óf spoed ÓF treë doeltreffendheid verlaag die telling.
Voorbeelde:
100m in 80 sekondes, 120 stappe:
WALK Telling = 80 + 120 = 200
100m in 70 sekondes, 110 stappe:
WALK Telling = 70 + 110 = 180
Beter doeltreffendheid deur verbeterde spoed + treë
100m in 60 sekondes, 130 stappe (wedren stap):
WALK Telling = 60 + 130 = 190
Vinnig maar korter treë
Tipiese Reekse:
- >250: Stadig/ondoeltreffende gang, moontlike mobiliteit kwessies
- 200-250: Informele stapper, gemiddelde doeltreffendheid
- 170-200: Fiksheid stapper, goeie doeltreffendheid
- 150-170: Gevorderde stapper, uitstekende doeltreffendheid
- <150: Elite/wedren stap vlak
Opleiding met WALK Telling: Volg jou telling op dieselfde 100m roete weekliks. Verbeterings toon verbeterde neuromuskulêre koördinasie, krag, en stapekonomie.
6. Basiese Gang Metrieke
Fundamentele Berekeninge
Stap Spoed
Spoed (m/s) = Afstand (m) / Tyd (s)
Kadensie van Totale Stappe
Kadensie (spm) = Totale Stappe / Tyd (minute)
Treëlengte
Treëlengte (m) = Afstand (m) / (Stappe / 2)
Deel stappe deur 2 omdat een treë = twee stappe
Staplengte
Staplengte (m) = Afstand (m) / Stappe
Spoed van Kadensie & Treëlengte
Spoed = Treëlengte × (Kadensie / 2) / 60
Of: Spoed (m/s) = Staplengte × Kadensie / 60
Voorbeeld Werkvloei:
Stap 1000m in 12 minute met 1320 stappe:
Spoed: 1000m / 720s = 1.39 m/s
Kadensie: 1320 stappe / 12 min = 110 spm
Treëlengte: 1000m / (1320/2) = 1000 / 660 = 1.52 m
Staplengte: 1000m / 1320 = 0.76 m
7. Harttempo Sone Berekeninge
Tradisionele HT Sone Metode
Maksimum Harttempo Beraming
Maks HT = 220 - Ouderdom
Eenvoudig maar ±10-15 bpm individuele variasie
Alternatief: Tanaka Formule (akkurater)
Maks HT = 208 - (0.7 × Ouderdom)
Sone Reeks Berekening
Sone = Maks HT × (Laer%, Hoër%)
Voorbeeld: 40-jarige
Tradisioneel: Maks HT = 220 - 40 = 180 bpm
Tanaka: Maks HT = 208 - (0.7 × 40) = 208 - 28 = 180 bpm
Sone 2 (60-70%): 180 × 0.60 = 108 bpm tot 180 × 0.70 = 126 bpm
Nota: Terwyl HT sones nuttig is, is kadensie-gebaseerde sones akkurater en prakties vir stap (sien Stap Sones gids).
8. Koste van Vervoer & Stap Ekonomie
Energie Koste van Stap
Koste van Vervoer (C)
C = Energie Verbruik / (Liggaamsmassa × Afstand)
Eenhede: J/kg/m of mL O₂/kg/m
U-Vormige Kurwe: Stapekonomie volg 'n U-vormige kurwe. Daar is 'n optimale spoed (tipies 1.2-1.4 m/s of 4.3-5.0 km/h) waar koste van vervoer geminimaliseer word. Stap stadiger OF vinniger as dit verhoog energiekoste per afstand gereis.
Faktore wat Koste van Vervoer Beïnvloed:
- Spoed: U-vormige verhouding (optimaal rondom 1.3 m/s)
- Gradiënt: Opwaarts verhoog aansienlik koste; afwaarts verhoog eksentriese koste
- Liggaamsmassa: Swaarder individue het hoër absolute maar soortgelyke relatiewe koste
- Treë meganika: Optimale treëlengte minimaliseer koste
- Terrein: Ongelyke oppervlaktes verhoog koste vs gladde plaveisel
Gradiënt-Aangepaste Koste
Koste vermenigvuldiger = 1 + (Gradiënt × 10)
Rowwe benadering: +10% koste per 1% gradiënt
Voorbeeld:
Stap op 5% helling:
Koste vermenigvuldiger = 1 + (0.05 × 10) = 1.5×
50% toename in energiekoste vergeleke met gelyke grond
9. Opleidings Lading & Stres Telling
Stap Stres Telling (WSS)
Sone-Gebaseerde WSS
WSS = Σ (Minute in Sone × Sone Faktor)
Sone 1: ×1.0 | Sone 2: ×2.0 | Sone 3: ×3.0 | Sone 4: ×4.0 | Sone 5: ×5.0
Voorbeeld: 60-minuut stap
10 min Sone 1 × 1 = 10 punte
40 min Sone 2 × 2 = 80 punte
10 min Sone 3 × 3 = 30 punte
Totale WSS = 120
Weeklikse Opleidings Lading
Weeklikse Lading
Weeklikse Lading = Σ Daaglikse WSS (7 dae)
Progressiewe Oorlading
Volgende Week = Huidige Week × 1.05-1.10
Verhoog 5-10% per week maksimum
Herstel Week
Herstel Week = Huidige × 0.50-0.70
Elke 3-4 weke, verminder tot 50-70%
Tipiese Weeklikse Ladings:
- Beginner gesondheid stapper: 200-400 WSS/week
- Gereelde fiksheid stapper: 400-700 WSS/week
- Ernstige fiksheid stapper: 700-1000 WSS/week
- Mededingende wedren stapper: 1000-1500+ WSS/week
10. Voorspellende Vergelykings
6-Minuut Stap Toets (6MWT) Afstand Voorspelling
Voorspelde 6MWT Afstand (Enright & Sherrill)
Mans: (7.57 × Hoogte cm) - (5.02 × Ouderdom) - (1.76 × Gewig kg) - 309
Vroue: (2.11 × Hoogte cm) - (5.78 × Ouderdom) - (2.29 × Gewig kg) + 667
Voorspel afstand in meter vir gesonde volwassenes
Voorbeeld: 40-jarige man, 175 cm, 75 kg
6MWT = (7.57 × 175) - (5.02 × 40) - (1.76 × 75) - 309
= 1324.75 - 200.8 - 132 - 309 = 682.95 meter
Goeie funksionele kapasiteit vir ouderdom
Kliniese Gebruik: Die 6MWT word gebruik om funksionele oefening kapasiteit in kardiopulmonêre pasiënte te assesseer, voor/na-operasie evaluering, en algemene fiksheid in ouer volwassenes.
11. Eenheid Omskakelings
Algemene Stap Metriek Omskakelings
| Van | Na | Formule |
|---|---|---|
| km/h | m/s | km/h ÷ 3.6 |
| mph | m/s | mph × 0.447 |
| m/s | km/h | m/s × 3.6 |
| m/s | mph | m/s × 2.237 |
| km/h | m/min | km/h × 16.67 |
| mph | m/min | mph × 26.82 |
| METs | mL/kg/min | METs × 3.5 |
| mL/kg/min | METs | VO₂ ÷ 3.5 |
Vinnige Verwysing:
- 1.0 m/s = 3.6 km/h = 2.24 mph (tipiese gesonde volwassene stapspoed)
- 1.4 m/s = 5.0 km/h = 3.1 mph (vinnig stap)
- 1 MET = 3.5 mL O₂/kg/min (rustende metabolisme)
- 3 METs = 10.5 mL O₂/kg/min (matige intensiteit drempel)
- 6 METs = 21 mL O₂/kg/min (kragtige intensiteit drempel)