Công thức & Phương trình Đo lường Đi bộ
Nền tảng toán học của phân tích đi bộ – các phương trình được xác thực khoa học về cường độ, năng lượng và hiệu suất
Trang này trình bày các công thức được xác thực khoa học sử dụng trong phân tích đi bộ. Tất cả các phương trình đều được trích dẫn với tài liệu tham khảo nghiên cứu và phạm vi độ chính xác đã được xác thực.
1. Chuyển đổi Nhịp bước sang METs
Phương trình Chuyển hóa dựa trên Nhịp bước của Moore et al. (2021)
Nhịp bước sang METs
METs = 0.0219 × Nhịp bước (bước/phút) + 0.72
Tại sao công thức này quan trọng: Phương trình này chính xác hơn 23-35% so với các phương trình dựa trên tốc độ ACSM truyền thống cho đi bộ. Nó hoạt động vì nhịp bước phản ánh trực tiếp tần suất chuyển động và tiêu hao năng lượng, trong khi tốc độ phụ thuộc vào chiều dài bước thay đổi.
Ví dụ:
Đi bộ với 100 bước/phút:
METs = 0.0219 × 100 + 0.72 = 2.19 + 0.72 = 2.91 METs
≈ 3 METs = Ngưỡng cường độ vừa phải ✓
Đi bộ với 110 bước/phút:
METs = 0.0219 × 110 + 0.72 = 2.409 + 0.72 = 3.13 METs
Cường độ vừa phải ổn định
Đi bộ với 120 bước/phút:
METs = 0.0219 × 120 + 0.72 = 2.628 + 0.72 = 3.35 METs
Cường độ vừa-mạnh
Đi bộ với 130 bước/phút:
METs = 0.0219 × 130 + 0.72 = 2.847 + 0.72 = 3.57 METs
Ngưỡng cường độ mạnh (6 METs theo đo lường trực tiếp CADENCE-Adults)
Lưu ý: Nghiên cứu CADENCE-Adults đã đo trực tiếp rằng 130 bước/phút = 6 METs trong điều kiện phòng thí nghiệm kiểm soát. Phương trình Moore được thiết kế cho phạm vi 80-130 bước/phút và có thể đánh giá thấp ở nhịp bước rất cao.
Dữ liệu xác thực:
- Mẫu: 76 người trưởng thành từ 21-40 tuổi
- Phương pháp: Đo nhiệt lượng gián tiếp (tiêu chuẩn vàng)
- Giá trị R²: 0.87 (tương quan xuất sắc)
- Sai số tuyệt đối trung bình: 0.47 METs
- Phạm vi áp dụng: 80-130 bước/phút
2. Phương trình VO₂ ACSM cho Đi bộ
Tính toán Chuyển hóa ACSM
Đi bộ trên mặt phẳng (độ dốc 0%)
VO₂ (mL/kg/phút) = 0.1 × Tốc độ (m/phút) + 3.5
Tốc độ tính bằng mét mỗi phút (nhân km/h với 16.67 hoặc mph với 26.82)
Đi bộ có độ dốc (lên/xuống dốc)
VO₂ = 0.1(Tốc độ) + 1.8(Tốc độ)(Độ dốc) + 3.5
Độ dốc biểu thị dưới dạng thập phân (ví dụ: 5% = 0.05)
Ví dụ:
Đi bộ 5 km/h (83.3 m/phút) trên mặt phẳng:
VO₂ = 0.1 × 83.3 + 3.5 = 8.33 + 3.5 = 11.83 mL/kg/phút
Chuyển đổi sang METs: 11.83 / 3.5 = 3.38 METs
Đi bộ 5 km/h trên độ dốc 5%:
VO₂ = 0.1(83.3) + 1.8(83.3)(0.05) + 3.5
= 8.33 + 7.497 + 3.5 = 19.33 mL/kg/phút
= 19.33 / 3.5 = 5.52 METs
Độ dốc tăng cường độ lên ~64%!
Chuyển đổi Tốc độ:
- km/h sang m/phút: nhân với 16.67
- mph sang m/phút: nhân với 26.82
- m/s sang m/phút: nhân với 60
3. Tiêu hao Năng lượng & Đốt Calo
Tính toán Calo Chính xác
Calo mỗi Phút
Cal/phút = (METs × 3.5 × Cân nặng kg) / 200
Tổng Calo cho Buổi tập
Tổng Calo = Cal/phút × Thời lượng (phút)
Ví dụ:
Người 70 kg đi bộ 100 bước/phút (3 METs) trong 45 phút:
Cal/phút = (3 × 3.5 × 70) / 200 = 735 / 200 = 3.675 cal/phút
Tổng = 3.675 × 45 = 165.4 calo
Người 85 kg đi bộ 120 bước/phút (5 METs) trong 30 phút:
Cal/phút = (5 × 3.5 × 85) / 200 = 1487.5 / 200 = 7.44 cal/phút
Tổng = 7.44 × 30 = 223.2 calo
Tại sao sử dụng Công thức này?
Phương trình này xuất phát từ định nghĩa của MET (Đương lượng Trao đổi chất của Nhiệm vụ):
- 1 MET = 3.5 mL O₂/kg/phút (tốc độ trao đổi chất khi nghỉ)
- 1 lít O₂ tiêu thụ ≈ 5 kcal bị đốt cháy
- Chuyển đổi: (METs × 3.5 × kg × 5) / 1000 = (METs × 3.5 × kg) / 200
Đốt Calo Thực (Chỉ Tập luyện)
Calo Thực (không bao gồm khi nghỉ)
Cal Thực/phút = [(METs - 1) × 3.5 × Cân nặng] / 200
Trừ 1 MET để loại trừ lượng calo bạn vẫn đốt khi nghỉ
70 kg, 3 METs, 45 phút – Calo thực:
Thực = [(3 - 1) × 3.5 × 70] / 200 × 45 = 2.45 × 45 = 110.3 calo thực
so với 165.4 tổng calo (55 calo vẫn bị đốt khi nghỉ)
4. Chỉ số Đối xứng Dáng đi (GSI)
Định lượng Bất đối xứng Trái-Phải
Chỉ số Đối xứng Dáng đi
GSI (%) = |Phải - Trái| / [0.5 × (Phải + Trái)] × 100
Có thể áp dụng cho chiều dài sải bước, thời gian bước, hoặc thời gian tiếp xúc
Diễn giải:
- <2-3%: Dáng đi bình thường, đối xứng
- 3-5%: Bất đối xứng nhẹ
- 5-10%: Bất đối xứng vừa phải, cần theo dõi
- >10%: Có ý nghĩa lâm sàng, cần đánh giá chuyên môn
Ví dụ:
Thời gian bước: Phải = 520 ms, Trái = 480 ms
GSI = |520 - 480| / [0.5 × (520 + 480)] × 100
= 40 / [0.5 × 1000] × 100 = 40 / 500 × 100 = 8% bất đối xứng
Bất đối xứng vừa phải – xem xét tăng cường phía yếu hơn
Chiều dài sải bước: Phải = 1.42 m, Trái = 1.38 m
GSI = |1.42 - 1.38| / [0.5 × (1.42 + 1.38)] × 100
= 0.04 / 1.4 × 100 = 2.86% bất đối xứng
Phạm vi bình thường, khỏe mạnh ✓
Lưu ý Lâm sàng: Bất đối xứng Đi bộ của Apple HealthKit sử dụng phép tính hơi khác (chênh lệch phần trăm đơn giản giữa thời gian bước) nhưng ngưỡng diễn giải tương tự.
5. Điểm WALK (Chỉ số Độc quyền Walk Analytics)
Điểm Hiệu quả Đi bộ
Điểm WALK
Điểm WALK = Thời gian (giây) + Số bước trên 100 mét
Điểm thấp hơn = hiệu quả tốt hơn (giống SWOLF cho bơi lội)
Cách hoạt động:
Điểm WALK kết hợp thời gian và số bước để định lượng hiệu quả đi bộ. Người đi bộ đi được 100m trong 75 giây với 140 bước có Điểm WALK là 215. Cải thiện tốc độ HOẶC hiệu quả sải bước sẽ giảm điểm.
Ví dụ:
100m trong 80 giây, 120 bước:
Điểm WALK = 80 + 120 = 200
100m trong 70 giây, 110 bước:
Điểm WALK = 70 + 110 = 180
Hiệu quả tốt hơn thông qua cải thiện tốc độ + sải bước
100m trong 60 giây, 130 bước (đi bộ thi đấu):
Điểm WALK = 60 + 130 = 190
Nhanh nhưng sải bước ngắn hơn
Phạm vi Điển hình:
- >250: Dáng đi chậm/kém hiệu quả, có thể có vấn đề di động
- 200-250: Người đi bộ thông thường, hiệu quả trung bình
- 170-200: Người đi bộ tập thể dục, hiệu quả tốt
- 150-170: Người đi bộ nâng cao, hiệu quả xuất sắc
- <150: Cấp độ tinh hoa/đi bộ thi đấu
Tập luyện với Điểm WALK: Theo dõi điểm của bạn trên cùng một lộ trình 100m hàng tuần. Những cải thiện cho thấy sự phối hợp thần kinh cơ, sức mạnh và tính kinh tế đi bộ được nâng cao.
6. Chỉ số Dáng đi Cơ bản
Tính toán Cơ bản
Tốc độ Đi bộ
Tốc độ (m/s) = Khoảng cách (m) / Thời gian (s)
Nhịp bước từ Tổng số Bước
Nhịp bước (bước/phút) = Tổng số Bước / Thời gian (phút)
Chiều dài Sải bước
Chiều dài Sải bước (m) = Khoảng cách (m) / (Số Bước / 2)
Chia số bước cho 2 vì một sải bước = hai bước
Chiều dài Bước
Chiều dài Bước (m) = Khoảng cách (m) / Số Bước
Tốc độ từ Nhịp bước & Chiều dài Sải bước
Tốc độ = Chiều dài Sải bước × (Nhịp bước / 2) / 60
Hoặc: Tốc độ (m/s) = Chiều dài Bước × Nhịp bước / 60
Ví dụ Quy trình:
Đi bộ 1000m trong 12 phút với 1320 bước:
Tốc độ: 1000m / 720s = 1.39 m/s
Nhịp bước: 1320 bước / 12 phút = 110 bước/phút
Chiều dài Sải bước: 1000m / (1320/2) = 1000 / 660 = 1.52 m
Chiều dài Bước: 1000m / 1320 = 0.76 m
7. Tính toán Vùng Nhịp tim
Phương pháp Vùng Nhịp tim Truyền thống
Ước tính Nhịp tim Tối đa
Nhịp tim Tối đa = 220 - Tuổi
Đơn giản nhưng có sự thay đổi cá nhân ±10-15 nhịp/phút
Thay thế: Công thức Tanaka (chính xác hơn)
Nhịp tim Tối đa = 208 - (0.7 × Tuổi)
Tính toán Phạm vi Vùng
Vùng = Nhịp tim Tối đa × (%, %Trên)
Ví dụ: Người 40 tuổi
Truyền thống: Nhịp tim Tối đa = 220 - 40 = 180 nhịp/phút
Tanaka: Nhịp tim Tối đa = 208 - (0.7 × 40) = 208 - 28 = 180 nhịp/phút
Vùng 2 (60-70%): 180 × 0.60 = 108 nhịp/phút đến 180 × 0.70 = 126 nhịp/phút
Lưu ý: Mặc dù vùng nhịp tim hữu ích, vùng dựa trên nhịp bước chính xác và thực tế hơn cho đi bộ (xem hướng dẫn Vùng Đi bộ).
8. Chi phí Vận chuyển & Tính kinh tế Đi bộ
Chi phí Năng lượng của Đi bộ
Chi phí Vận chuyển (C)
C = Năng lượng Tiêu hao / (Khối lượng Cơ thể × Khoảng cách)
Đơn vị: J/kg/m hoặc mL O₂/kg/m
Đường cong Hình chữ U: Tính kinh tế đi bộ tuân theo đường cong hình chữ U. Có một tốc độ tối ưu (thường là 1.2-1.4 m/s hoặc 4.3-5.0 km/h) nơi chi phí vận chuyển được giảm thiểu. Đi bộ chậm hơn HOẶC nhanh hơn mức này sẽ làm tăng chi phí năng lượng trên mỗi khoảng cách di chuyển.
Các yếu tố Ảnh hưởng đến Chi phí Vận chuyển:
- Tốc độ: Mối quan hệ hình chữ U (tối ưu khoảng 1.3 m/s)
- Độ dốc: Lên dốc tăng chi phí đáng kể; xuống dốc tăng chi phí ly tâm
- Khối lượng cơ thể: Người nặng hơn có chi phí tuyệt đối cao hơn nhưng chi phí tương đối tương tự
- Cơ học sải bước: Chiều dài sải bước tối ưu giảm thiểu chi phí
- Địa hình: Bề mặt không đều tăng chi phí so với vỉa hè phẳng
Chi phí Điều chỉnh theo Độ dốc
Hệ số Chi phí = 1 + (Độ dốc × 10)
Ước tính gần đúng: +10% chi phí trên mỗi 1% độ dốc
Ví dụ:
Đi bộ trên độ dốc 5%:
Hệ số Chi phí = 1 + (0.05 × 10) = 1.5×
Tăng 50% chi phí năng lượng so với mặt phẳng
9. Tải Tập luyện & Điểm Căng thẳng
Điểm Căng thẳng Đi bộ (WSS)
WSS dựa trên Vùng
WSS = Σ (Phút trong Vùng × Hệ số Vùng)
Vùng 1: ×1.0 | Vùng 2: ×2.0 | Vùng 3: ×3.0 | Vùng 4: ×4.0 | Vùng 5: ×5.0
Ví dụ: 60 phút đi bộ
10 phút Vùng 1 × 1 = 10 điểm
40 phút Vùng 2 × 2 = 80 điểm
10 phút Vùng 3 × 3 = 30 điểm
Tổng WSS = 120
Tải Tập luyện Hàng tuần
Tải Hàng tuần
Tải Hàng tuần = Σ WSS Hàng ngày (7 ngày)
Quá tải Tiến bộ
Tuần Tiếp theo = Tuần Hiện tại × 1.05-1.10
Tăng tối đa 5-10% mỗi tuần
Tuần Phục hồi
Tuần Phục hồi = Hiện tại × 0.50-0.70
Mỗi 3-4 tuần, giảm xuống 50-70%
Tải Hàng tuần Điển hình:
- Người đi bộ sức khỏe mới bắt đầu: 200-400 WSS/tuần
- Người đi bộ tập thể dục thường xuyên: 400-700 WSS/tuần
- Người đi bộ tập thể dục nghiêm túc: 700-1000 WSS/tuần
- Vận động viên đi bộ thi đấu: 1000-1500+ WSS/tuần
10. Phương trình Dự đoán
Dự đoán Khoảng cách Bài kiểm tra Đi bộ 6 Phút (6MWT)
Khoảng cách 6MWT Dự đoán (Enright & Sherrill)
Nam: (7.57 × Chiều cao cm) - (5.02 × Tuổi) - (1.76 × Cân nặng kg) - 309
Nữ: (2.11 × Chiều cao cm) - (5.78 × Tuổi) - (2.29 × Cân nặng kg) + 667
Dự đoán khoảng cách tính bằng mét cho người trưởng thành khỏe mạnh
Ví dụ: Nam 40 tuổi, 175 cm, 75 kg
6MWT = (7.57 × 175) - (5.02 × 40) - (1.76 × 75) - 309
= 1324.75 - 200.8 - 132 - 309 = 682.95 mét
Năng lực chức năng tốt cho tuổi
Sử dụng Lâm sàng: 6MWT được sử dụng để đánh giá năng lực vận động chức năng ở bệnh nhân tim phổi, đánh giá trước/sau phẫu thuật, và thể lực chung ở người cao tuổi.
11. Chuyển đổi Đơn vị
Chuyển đổi Chỉ số Đi bộ Thông dụng
| Từ | Sang | Công thức |
|---|---|---|
| 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/phút | km/h × 16.67 |
| mph | m/phút | mph × 26.82 |
| METs | mL/kg/phút | METs × 3.5 |
| mL/kg/phút | METs | VO₂ ÷ 3.5 |
Tham chiếu Nhanh:
- 1.0 m/s = 3.6 km/h = 2.24 mph (tốc độ đi bộ người trưởng thành khỏe mạnh điển hình)
- 1.4 m/s = 5.0 km/h = 3.1 mph (đi bộ nhanh)
- 1 MET = 3.5 mL O₂/kg/phút (trao đổi chất khi nghỉ)
- 3 METs = 10.5 mL O₂/kg/phút (ngưỡng cường độ vừa phải)
- 6 METs = 21 mL O₂/kg/phút (ngưỡng cường độ mạnh)