Formula & Persamaan Metrik Berjalan Kaki
Asas matematik analitik berjalan kaki – persamaan yang disahkan secara saintifik untuk keamatan, tenaga, dan prestasi
Halaman ini memaparkan formula yang disahkan secara saintifik yang digunakan dalam analitik berjalan kaki. Semua persamaan disertakan dengan rujukan penyelidikan dan julat ketepatan yang telah disahkan.
1. Penukaran Kadens kepada METs
Persamaan Metabolik Berasaskan Kadens Moore et al. (2021)
Kadens kepada METs
METs = 0.0219 × Kadens (langkah/min) + 0.72
Mengapa formula ini penting: Persamaan ini 23-35% lebih tepat berbanding persamaan tradisional berasaskan kelajuan ACSM untuk berjalan kaki. Ia berkesan kerana kadens secara langsung mencerminkan kekerapan pergerakan dan perbelanjaan tenaga, manakala kelajuan bergantung kepada panjang rejang yang berubah-ubah.
Contoh:
Berjalan pada 100 spm:
METs = 0.0219 × 100 + 0.72 = 2.19 + 0.72 = 2.91 METs
≈ 3 METs = Ambang keamatan sederhana ✓
Berjalan pada 110 spm:
METs = 0.0219 × 110 + 0.72 = 2.409 + 0.72 = 3.13 METs
Keamatan sederhana yang kukuh
Berjalan pada 120 spm:
METs = 0.0219 × 120 + 0.72 = 2.628 + 0.72 = 3.35 METs
Keamatan sederhana-cergas
Berjalan pada 130 spm:
METs = 0.0219 × 130 + 0.72 = 2.847 + 0.72 = 3.57 METs
Ambang keamatan cergas (6 METs melalui pengukuran langsung CADENCE-Adults)
Nota: Kajian CADENCE-Adults mengukur secara langsung bahawa 130 spm = 6 METs dalam keadaan makmal terkawal. Persamaan Moore direka untuk julat 80-130 spm dan mungkin menganggarkan rendah pada kadens yang sangat tinggi.
Data Pengesahan:
- Sampel: 76 orang dewasa berumur 21-40
- Kaedah: Kalorimetri tidak langsung (standard emas)
- Nilai R²: 0.87 (korelasi cemerlang)
- Ralat mutlak min: 0.47 METs
- Julat berkenaan: 80-130 langkah/min
2. Persamaan VO₂ ACSM untuk Berjalan Kaki
Pengiraan Metabolik ACSM
Berjalan Rata (kecerunan 0%)
VO₂ (mL/kg/min) = 0.1 × Kelajuan (m/min) + 3.5
Kelajuan dalam meter per minit (darab km/j dengan 16.67 atau mph dengan 26.82)
Berjalan dengan Kecerunan (mendaki/menurun)
VO₂ = 0.1(Kelajuan) + 1.8(Kelajuan)(Kecerunan) + 3.5
Kecerunan dinyatakan sebagai perpuluhan (cth., 5% = 0.05)
Contoh:
Berjalan 5 km/j (83.3 m/min) di tanah rata:
VO₂ = 0.1 × 83.3 + 3.5 = 8.33 + 3.5 = 11.83 mL/kg/min
Tukar kepada METs: 11.83 / 3.5 = 3.38 METs
Berjalan 5 km/j pada kecerunan 5%:
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
Kecerunan meningkatkan keamatan sebanyak ~64%!
Penukaran Kelajuan:
- km/j ke m/min: darab dengan 16.67
- mph ke m/min: darab dengan 26.82
- m/s ke m/min: darab dengan 60
3. Perbelanjaan Tenaga & Pembakaran Kalori
Pengiraan Kalori yang Tepat
Kalori per Minit
Kal/min = (METs × 3.5 × Berat Badan kg) / 200
Jumlah Kalori untuk Sesi
Jumlah Kalori = Kal/min × Tempoh (minit)
Contoh:
Individu 70 kg berjalan 100 spm (3 METs) selama 45 minit:
Kal/min = (3 × 3.5 × 70) / 200 = 735 / 200 = 3.675 kal/min
Jumlah = 3.675 × 45 = 165.4 kalori
Individu 85 kg berjalan 120 spm (5 METs) selama 30 minit:
Kal/min = (5 × 3.5 × 85) / 200 = 1487.5 / 200 = 7.44 kal/min
Jumlah = 7.44 × 30 = 223.2 kalori
Mengapa Formula Ini?
Persamaan ini berasal daripada definisi MET (Metabolic Equivalent of Task):
- 1 MET = 3.5 mL O₂/kg/min (kadar metabolik rehat)
- 1 liter O₂ yang digunakan ≈ 5 kkal terbakar
- Penukaran: (METs × 3.5 × kg × 5) / 1000 = (METs × 3.5 × kg) / 200
Pembakaran Kalori Bersih (Senaman Sahaja)
Kalori Bersih (tidak termasuk rehat)
Kal Bersih/min = [(METs - 1) × 3.5 × Berat Badan] / 200
Menolak 1 MET untuk mengecualikan kalori yang akan terbakar semasa rehat
70 kg, 3 METs, 45 min – Kalori bersih:
Bersih = [(3 - 1) × 3.5 × 70] / 200 × 45 = 2.45 × 45 = 110.3 kalori bersih
berbanding 165.4 jumlah kalori (55 kalori akan terbakar semasa rehat)
4. Indeks Simetri Gaya Berjalan (GSI)
Mengukur Asimetri Kiri-Kanan
Indeks Simetri Gaya Berjalan
GSI (%) = |Kanan - Kiri| / [0.5 × (Kanan + Kiri)] × 100
Boleh digunakan untuk panjang rejang, masa langkah, atau masa sentuhan
Tafsiran:
- <2-3%: Normal, gaya berjalan simetri
- 3-5%: Asimetri ringan
- 5-10%: Asimetri sederhana, perlu pemantauan
- >10%: Signifikan secara klinikal, perlu penilaian profesional
Contoh:
Masa langkah: Kanan = 520 ms, Kiri = 480 ms
GSI = |520 - 480| / [0.5 × (520 + 480)] × 100
= 40 / [0.5 × 1000] × 100 = 40 / 500 × 100 = 8% asimetri
Asimetri sederhana – pertimbangkan untuk menguatkan bahagian yang lebih lemah
Panjang rejang: Kanan = 1.42 m, Kiri = 1.38 m
GSI = |1.42 - 1.38| / [0.5 × (1.42 + 1.38)] × 100
= 0.04 / 1.4 × 100 = 2.86% asimetri
Normal, julat sihat ✓
Nota Klinikal: Walking Asymmetry Apple HealthKit menggunakan pengiraan yang sedikit berbeza (perbezaan peratusan mudah antara masa langkah) tetapi ambang tafsiran adalah serupa.
5. Skor WALK (Metrik Proprietari Walk Analytics)
Skor Kecekapan Berjalan Kaki
Skor WALK
Skor WALK = Masa (saat) + Langkah per 100 meter
Skor lebih rendah = kecekapan lebih baik (seperti SWOLF untuk berenang)
Cara Ia Berfungsi:
Skor WALK menggabungkan masa dan kiraan langkah untuk mengukur kecekapan berjalan kaki. Individu yang menempuh 100m dalam 75 saat dengan 140 langkah mempunyai Skor WALK 215. Meningkatkan kelajuan ATAU kecekapan rejang akan menurunkan skor.
Contoh:
100m dalam 80 saat, 120 langkah:
Skor WALK = 80 + 120 = 200
100m dalam 70 saat, 110 langkah:
Skor WALK = 70 + 110 = 180
Kecekapan lebih baik melalui peningkatan kelajuan + rejang
100m dalam 60 saat, 130 langkah (berjalan pesat):
Skor WALK = 60 + 130 = 190
Laju tetapi rejang lebih pendek
Julat Tipikal:
- >250: Gaya berjalan perlahan/tidak cekap, kemungkinan isu mobiliti
- 200-250: Pejalan kaki santai, kecekapan purata
- 170-200: Pejalan kaki kecergasan, kecekapan baik
- 150-170: Pejalan kaki maju, kecekapan cemerlang
- <150: Tahap elit/perlumbaan berjalan kaki
Latihan dengan Skor WALK: Jejak skor anda pada laluan 100m yang sama setiap minggu. Peningkatan menunjukkan koordinasi neuromuskular, kekuatan, dan ekonomi berjalan kaki yang lebih baik.
6. Metrik Gaya Berjalan Asas
Pengiraan Asas
Kelajuan Berjalan
Kelajuan (m/s) = Jarak (m) / Masa (s)
Kadens daripada Jumlah Langkah
Kadens (spm) = Jumlah Langkah / Masa (minit)
Panjang Rejang
Panjang Rejang (m) = Jarak (m) / (Langkah / 2)
Bahagi langkah dengan 2 kerana satu rejang = dua langkah
Panjang Langkah
Panjang Langkah (m) = Jarak (m) / Langkah
Kelajuan daripada Kadens & Panjang Rejang
Kelajuan = Panjang Rejang × (Kadens / 2) / 60
Atau: Kelajuan (m/s) = Panjang Langkah × Kadens / 60
Contoh Aliran Kerja:
Berjalan 1000m dalam 12 minit dengan 1320 langkah:
Kelajuan: 1000m / 720s = 1.39 m/s
Kadens: 1320 langkah / 12 min = 110 spm
Panjang Rejang: 1000m / (1320/2) = 1000 / 660 = 1.52 m
Panjang Langkah: 1000m / 1320 = 0.76 m
7. Pengiraan Zon Kadar Denyutan Jantung
Kaedah Zon Kadar Jantung Tradisional
Anggaran Kadar Denyutan Jantung Maksimum
Kadar Jantung Maks = 220 - Umur
Mudah tetapi variasi individu ±10-15 bpm
Alternatif: Formula Tanaka (lebih tepat)
Kadar Jantung Maks = 208 - (0.7 × Umur)
Pengiraan Julat Zon
Zon = Kadar Jantung Maks × (% Bawah, % Atas)
Contoh: Umur 40 tahun
Tradisional: Kadar Jantung Maks = 220 - 40 = 180 bpm
Tanaka: Kadar Jantung Maks = 208 - (0.7 × 40) = 208 - 28 = 180 bpm
Zon 2 (60-70%): 180 × 0.60 = 108 bpm hingga 180 × 0.70 = 126 bpm
Nota: Walaupun zon kadar jantung berguna, zon berasaskan kadens lebih tepat dan praktikal untuk berjalan kaki (lihat panduan Zon Berjalan).
8. Kos Pengangkutan & Ekonomi Berjalan
Kos Tenaga Berjalan Kaki
Kos Pengangkutan (C)
C = Tenaga Dibelanjakan / (Jisim Badan × Jarak)
Unit: J/kg/m atau mL O₂/kg/m
Keluk Berbentuk U: Ekonomi berjalan mengikuti keluk berbentuk U. Terdapat kelajuan optimum (biasanya 1.2-1.4 m/s atau 4.3-5.0 km/j) di mana kos pengangkutan diminimumkan. Berjalan lebih perlahan ATAU lebih laju daripada ini meningkatkan kos tenaga per jarak yang dilalui.
Faktor yang Mempengaruhi Kos Pengangkutan:
- Kelajuan: Hubungan berbentuk U (optimum sekitar 1.3 m/s)
- Kecerunan: Mendaki meningkatkan kos dengan ketara; menurun meningkatkan kos eksentrik
- Jisim badan: Individu lebih berat mempunyai kos mutlak lebih tinggi tetapi kos relatif serupa
- Mekanik rejang: Panjang rejang optimum meminimumkan kos
- Rupa bumi: Permukaan tidak rata meningkatkan kos berbanding turapan licin
Kos Terlaras Kecerunan
Pendarab kos = 1 + (Kecerunan × 10)
Anggaran kasar: +10% kos per 1% kecerunan
Contoh:
Berjalan pada kecerunan 5%:
Pendarab kos = 1 + (0.05 × 10) = 1.5×
Peningkatan 50% dalam kos tenaga berbanding tanah rata
9. Beban Latihan & Skor Tekanan
Skor Tekanan Berjalan (WSS)
WSS Berasaskan Zon
WSS = Σ (Minit dalam Zon × Faktor Zon)
Zon 1: ×1.0 | Zon 2: ×2.0 | Zon 3: ×3.0 | Zon 4: ×4.0 | Zon 5: ×5.0
Contoh: Berjalan 60 minit
10 min Zon 1 × 1 = 10 mata
40 min Zon 2 × 2 = 80 mata
10 min Zon 3 × 3 = 30 mata
Jumlah WSS = 120
Beban Latihan Mingguan
Beban Mingguan
Beban Mingguan = Σ WSS Harian (7 hari)
Beban Berperingkat Progresif
Minggu Seterusnya = Minggu Semasa × 1.05-1.10
Tingkatkan 5-10% per minggu maksimum
Minggu Pemulihan
Minggu Pemulihan = Semasa × 0.50-0.70
Setiap 3-4 minggu, kurangkan kepada 50-70%
Beban Mingguan Tipikal:
- Pejalan kaki kesihatan pemula: 200-400 WSS/minggu
- Pejalan kaki kecergasan biasa: 400-700 WSS/minggu
- Pejalan kaki kecergasan serius: 700-1000 WSS/minggu
- Pejalan kaki perlumbaan kompetitif: 1000-1500+ WSS/minggu
10. Persamaan Ramalan
Ramalan Jarak Ujian Berjalan 6 Minit (6MWT)
Jarak 6MWT Diramal (Enright & Sherrill)
Lelaki: (7.57 × Tinggi cm) - (5.02 × Umur) - (1.76 × Berat kg) - 309
Wanita: (2.11 × Tinggi cm) - (5.78 × Umur) - (2.29 × Berat kg) + 667
Meramal jarak dalam meter untuk orang dewasa sihat
Contoh: Lelaki 40 tahun, 175 cm, 75 kg
6MWT = (7.57 × 175) - (5.02 × 40) - (1.76 × 75) - 309
= 1324.75 - 200.8 - 132 - 309 = 682.95 meter
Kapasiti fungsional yang baik untuk umur
Kegunaan Klinikal: 6MWT digunakan untuk menilai kapasiti senaman fungsional pada pesakit kardiopulmonari, penilaian pra/pasca pembedahan, dan kecergasan umum pada orang dewasa tua.
11. Penukaran Unit
Penukaran Metrik Berjalan Kaki yang Biasa
| Dari | Ke | Formula |
|---|---|---|
| km/j | m/s | km/j ÷ 3.6 |
| mph | m/s | mph × 0.447 |
| m/s | km/j | m/s × 3.6 |
| m/s | mph | m/s × 2.237 |
| km/j | m/min | km/j × 16.67 |
| mph | m/min | mph × 26.82 |
| METs | mL/kg/min | METs × 3.5 |
| mL/kg/min | METs | VO₂ ÷ 3.5 |
Rujukan Pantas:
- 1.0 m/s = 3.6 km/j = 2.24 mph (kelajuan berjalan orang dewasa sihat tipikal)
- 1.4 m/s = 5.0 km/j = 3.1 mph (berjalan cergas)
- 1 MET = 3.5 mL O₂/kg/min (metabolisme rehat)
- 3 METs = 10.5 mL O₂/kg/min (ambang keamatan sederhana)
- 6 METs = 21 mL O₂/kg/min (ambang keamatan cergas)