關(guān)于運(yùn)動(dòng)員供能特征研究的理論綜述

張志成，王慶然，周千惠

1 運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力及訓(xùn)練

“競(jìng)技能力”一詞，英文稱(chēng)“performance ability”，德語(yǔ)稱(chēng)“l(fā)eistungs fahigkeit”，日語(yǔ)稱(chēng)“競(jìng)技力”，其含義為運(yùn)動(dòng)員參加訓(xùn)練和比賽所必須具備的能力，是運(yùn)動(dòng)員技能、體能和心理能力的綜合，亦被稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)能力［1］。運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力構(gòu)成因素研究是競(jìng)技能力結(jié)構(gòu)、競(jìng)技能力功能研究的基礎(chǔ)。前民主德國(guó)學(xué)者哈雷博士認(rèn)為:運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力依賴(lài)于運(yùn)動(dòng)員的身體能力、技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)的熟練性、智力以及知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)［2］。德國(guó)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練專(zhuān)家葛歐瑟博士在他的研究中指出:運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)競(jìng)技能力的現(xiàn)實(shí)狀態(tài)包括素質(zhì)、技術(shù)、心理三個(gè)方面的因素［3］。

俄羅斯莫斯科體院的教科書(shū)《運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的體育理論與方法》指出，“訓(xùn)練水平”通常指在訓(xùn)練的影響下，運(yùn)動(dòng)員機(jī)體內(nèi)發(fā)生的生物適應(yīng)性改變(功能的和形態(tài)的)［4］。顯然，在這一定義中未提到運(yùn)動(dòng)成績(jī)。所謂訓(xùn)練水平應(yīng)該是運(yùn)動(dòng)員在所選的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，具有達(dá)到一定運(yùn)動(dòng)成績(jī)的潛在能力，這種能力表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)技術(shù)水平、體力、戰(zhàn)術(shù)、意志能力和智力水平。運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練水平越高，工作能力越強(qiáng)，成績(jī)也越好。田麥久等專(zhuān)家在《運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)》一書(shū)中指出:訓(xùn)練水平包括運(yùn)動(dòng)員的身體形態(tài)、機(jī)能和運(yùn)動(dòng)素質(zhì)、專(zhuān)項(xiàng)運(yùn)動(dòng)技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)、訓(xùn)練品質(zhì)和意志品質(zhì)、智力發(fā)展水平等［5］。

2 運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)能力的代謝基礎(chǔ)

競(jìng)技能力又稱(chēng)運(yùn)動(dòng)能力，是指人體參加運(yùn)動(dòng)和訓(xùn)練所具備的能力，是人的身體形態(tài)、素質(zhì)、機(jī)能、技能和心理能力等因素的綜合表現(xiàn)。從運(yùn)動(dòng)生理學(xué)、生物力學(xué)、生物化學(xué)角度分析，人體運(yùn)動(dòng)能力的大小主要取決于人體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量的代謝、供給、轉(zhuǎn)化和利用的能力［6］。眾多學(xué)者將線粒體內(nèi)ATP的合成速率作為評(píng)定運(yùn)動(dòng)能力的一項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)。因此研究者將如何提高線粒體ATP合成速率作為提高運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力的突破口，但是近期的研究成果開(kāi)始懷疑線粒體ATP合成速率對(duì)運(yùn)動(dòng)能力的重要性。相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表明:運(yùn)動(dòng)員在高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)下產(chǎn)生疲勞，細(xì)胞ATP濃度高于肌纖維最大收縮所需濃度的100多倍［7］。在疲勞狀態(tài)下，機(jī)體內(nèi)ATP代謝速率并未下降，可能是運(yùn)動(dòng)中線粒體氧化磷酸合成ATP能力的相對(duì)不足導(dǎo)致機(jī)體依賴(lài)“補(bǔ)償機(jī)制”來(lái)保持細(xì)胞內(nèi)ATP的含量［8］。在短時(shí)間、大強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)中，體內(nèi)CP含量下降，因此在短時(shí)間、大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后機(jī)體內(nèi)ATP－CP含量迅速下降，這也是導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)能力下降的重要原因。通過(guò)對(duì)機(jī)體ATP－CP含量進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)ATP代謝速率明顯加快，但是合成速率也明顯加快。CP的含量明顯降低，僅占運(yùn)動(dòng)前機(jī)體CP含量的20%［9］。

短時(shí)間、大強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)主要消耗機(jī)體ATP－CP來(lái)提供能量。長(zhǎng)時(shí)間、小強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)體首先利用糖來(lái)氧化供能，待機(jī)體糖耗竭時(shí)，開(kāi)始動(dòng)用脂肪、蛋白質(zhì)來(lái)提供能量。前者成為無(wú)氧供能，后者成為有氧供能。運(yùn)動(dòng)能力的內(nèi)在表現(xiàn)主要體現(xiàn)在人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)輸出的無(wú)氧和有氧代謝能力的大小。有氧代謝與無(wú)氧代謝和運(yùn)動(dòng)能力的關(guān)系是與運(yùn)動(dòng)專(zhuān)項(xiàng)相適應(yīng)的。人體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有氧、無(wú)氧供能代謝的主要內(nèi)容如表1所示。

表1 無(wú)氧代謝和有氧代謝供能過(guò)程概要

3 有氧能力的基本理論及實(shí)踐

人體在進(jìn)行有大量肌肉參與的長(zhǎng)時(shí)間激烈運(yùn)動(dòng)中，心肺功能和肌肉利用氧的能力達(dá)到本人極限水平時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)所能攝取的氧量稱(chēng)為最大攝氧量(maximal oxygen consumption，VO2max)。有氧工作能力(aerobic working capacity)是指反映本人的有氧供能的能力。這種能力包括最大攝氧量、維持最大和次最大攝氧量的能力［10］。有氧能力是基于骨骼肌的特征、神經(jīng)調(diào)節(jié)能力、能量供應(yīng)特征等來(lái)實(shí)現(xiàn)人體長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行有氧工作的能力。肌肉內(nèi)毛細(xì)血管網(wǎng)開(kāi)放數(shù)量的增加，可使單位時(shí)間內(nèi)肌肉血流量增加，血液可攜帶更多的氧供給肌肉。每100毫升動(dòng)脈血流經(jīng)組織時(shí)利用氧的百分率稱(chēng)為氧的利用率，表示肌肉利用氧的能力。肌組織利用氧的能力主要與肌纖維類(lèi)型及其代謝特點(diǎn)有關(guān)。優(yōu)秀耐力運(yùn)動(dòng)員慢肌纖維百分比高，肌紅蛋白、線粒體和氧化酶活性高、毛細(xì)血管數(shù)量多［10］。能量的發(fā)放過(guò)程是在線粒體中進(jìn)行的。糖酵解產(chǎn)生丙酮酸，脂肪酸經(jīng)β－氧化、氨基酸脫氫基之后都進(jìn)入線粒體參加三羧酸循環(huán)，完成氧化過(guò)程。Terrados(1988)在模擬高原條件下，對(duì)自行車(chē)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)得其運(yùn)動(dòng)后肌肉的PFK(磷酸果糖激酶)活性降低，顯示糖酵解活動(dòng)下降。在高原隨著糖酵解能力衰退，自由脂肪酸的利用加大，標(biāo)志是3羥基－輔酶A脫氫酶(3－h(huán)ydroxy－CoA dehydrogenase－HADH)活性增加。Mizuno(1990)對(duì)10名越野滑雪運(yùn)動(dòng)員在高原訓(xùn)練兩周后的肌肉進(jìn)行活檢，發(fā)現(xiàn)肌纖維毛細(xì)血管有了明顯的變化，而線粒體的酶活性沒(méi)有發(fā)生變化，腓腸肌毛細(xì)血管無(wú)明顯變化。說(shuō)明高原訓(xùn)練增加了毛細(xì)血管的數(shù)量，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)員有氧能力的提高。

大腦皮質(zhì)神經(jīng)過(guò)程的穩(wěn)定性以及中樞之間的協(xié)調(diào)性對(duì)有氧能力的調(diào)節(jié)起著重要的作用。大腦皮層是調(diào)節(jié)機(jī)體各系統(tǒng)生理機(jī)能及維持機(jī)體與外界環(huán)境相互統(tǒng)一的主導(dǎo)者，對(duì)缺氧的敏感性最高。Eapoamola的研究指出，機(jī)體在缺氧時(shí)葡萄糖的無(wú)氧代謝加速，主要是通過(guò)糖酵解供給能量，監(jiān)測(cè)高原訓(xùn)練對(duì)運(yùn)動(dòng)員的大腦平層、延髓里葡萄糖和糖原酵解的速度變化，2周后大腦皮層糖原酵解速度是對(duì)照值的126%，延髓206%。陳根春等(2001)通過(guò)用間歇性低氧性吸入方法研究人及動(dòng)物(小鼠)腦組織及神經(jīng)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)間歇性低氧可有效增強(qiáng)腦組織及神經(jīng)系統(tǒng)的抗缺氧能力，可提高機(jī)體在缺氧條件下的心理反應(yīng)能力。研究表明:運(yùn)動(dòng)員有氧能力對(duì)耐力性運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)成績(jī)起著重要的作用，而對(duì)于耐力性運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員體能的評(píng)定通過(guò)采用與有氧能力相關(guān)的指標(biāo)來(lái)對(duì)運(yùn)動(dòng)員體能及身體狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。運(yùn)動(dòng)員有氧能力的測(cè)試一般通過(guò)逐級(jí)遞增跑臺(tái)來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)遞增跑臺(tái)跑速增加運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，將運(yùn)動(dòng)員在跑的過(guò)程中呼出的氣體通過(guò)心肺功能測(cè)試儀進(jìn)行分析，由計(jì)算機(jī)計(jì)算有氧能力相關(guān)氣體指標(biāo)，或者通過(guò)功率自行車(chē)對(duì)運(yùn)動(dòng)員有氧能力進(jìn)行測(cè)定。有氧能力的實(shí)踐及應(yīng)用在中國(guó)體育項(xiàng)目中已取得了一定的成效，其廣泛應(yīng)用于中長(zhǎng)跑、自行車(chē)、短道速滑、速度滑冰及賽艇等運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。

4 無(wú)氧能力的基本理論及實(shí)踐

無(wú)氧能力受肌肉形態(tài)及機(jī)能的影響，肌肉形態(tài)對(duì)肌肉做功能力影響很大，肌節(jié)的排列、肌纖維的長(zhǎng)度、肌肉橫截面積等對(duì)無(wú)氧運(yùn)動(dòng)的能力影響較大。肌纖維對(duì)無(wú)氧能力的影響主要體現(xiàn)在無(wú)氧代謝快肌纖維的比例上?？旒±w維比例高的肌肉，收縮時(shí)無(wú)氧功率輸出值越大、在無(wú)氧代謝供能為主的運(yùn)動(dòng)中，快肌纖維越多或橫斷面積越大，維持最大功率輸出的時(shí)間會(huì)相對(duì)延長(zhǎng)［6］。一般來(lái)講無(wú)氧能力持續(xù)時(shí)間較短，而短時(shí)間盡最大能力運(yùn)動(dòng)的能量主要來(lái)自?xún)?nèi)源高能磷酸化合物和肌糖原。在短時(shí)間力竭性運(yùn)動(dòng)中，ATP含量下降40%，CP含量接近1.0mmol·kg－1濕肌，肌糖元含量消耗不到一半。所以，肌糖元不是限制無(wú)氧能力的主要因素，相關(guān)學(xué)者利用肌肉活檢方法進(jìn)行研究，得出決定無(wú)氧能力的主要因素是CP的貯存量。近年來(lái)國(guó)外眾多學(xué)者一致認(rèn)為，肌糖元的儲(chǔ)備量不是決定無(wú)氧能力大小的因素。利用相關(guān)儀器測(cè)定肌肉CP含量在無(wú)氧能力中起決定性作用，并且CP對(duì)肌肉的ATP和ADP的濃度起到緩沖作用(表2)。

表2 不同時(shí)間極量運(yùn)動(dòng)對(duì)肌肉代謝物和pH的影響

5 運(yùn)動(dòng)后血乳酸生成的機(jī)理

乳酸在供能系統(tǒng)體系中占有重要的地位。它是糖酵解供能系統(tǒng)的終產(chǎn)物，又是有氧代謝功能系統(tǒng)的重要氧化基質(zhì)，還可以在肝內(nèi)經(jīng)糖異生途徑轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?。安靜狀態(tài)下，肌肉代謝率低，以氧化脂肪酸為主，亦有低速率乳酸生成，骨骼肌乳酸濃度約為1mmol·kg－1濕肌。運(yùn)動(dòng)時(shí)，骨骼肌是產(chǎn)生乳酸的主要場(chǎng)所［6］。在進(jìn)行短時(shí)極限運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于細(xì)胞內(nèi)磷酸原較少，隨著ATP、ADP的不斷消耗，同時(shí)細(xì)胞內(nèi)ADP、AMP、磷酸和肌酸的含量逐漸增多，這些物質(zhì)可以激活糖原的分解，加快糖酵解的速度。持續(xù)大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)30～60s時(shí)糖酵解的速度可達(dá)到最大。乳酸濃度也隨之增多。自行車(chē)運(yùn)動(dòng)員在90s力竭性運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其血乳酸濃度最大可達(dá)到39 毫摩爾/千克濕?。?］。

運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間較大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)，其機(jī)體能量的供應(yīng)主要由糖、脂肪、蛋白質(zhì)有氧代謝提供。在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始的前一階段，由于運(yùn)動(dòng)員局部出現(xiàn)缺血引起的暫時(shí)供氧不足，導(dǎo)致機(jī)體血乳酸含量增多，持續(xù)運(yùn)動(dòng)5～10min獲得穩(wěn)定的氧耗率，糖酵解速度減慢，開(kāi)始消除機(jī)體內(nèi)堆積的血乳酸［6］。在進(jìn)行中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)員機(jī)體處于不缺氧的狀態(tài)，這時(shí)機(jī)體內(nèi)仍然能夠產(chǎn)生乳酸，但是所產(chǎn)生的乳酸并不是由于缺氧造成的，而是由氧的利用率不高造成的。因此在線粒體達(dá)到最大值的激活過(guò)程(1～2min)前，即使機(jī)體不缺氧，也會(huì)造成丙酮酸和還原型輔酶Ⅰ的生成速率與氧化速率之間的暫時(shí)不平衡，導(dǎo)致細(xì)胞之內(nèi)丙酮酸和還原型輔酶Ⅰ堆積，引起血乳酸濃度的提升［6］。

6 運(yùn)動(dòng)員有氧與無(wú)氧能力的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)

目前，關(guān)于運(yùn)動(dòng)員供能特征的研究基本集中在單一的有氧供能或無(wú)氧供能層面。任何運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的供能都絕非依靠單一的供能系統(tǒng)，需要機(jī)體不同供能系統(tǒng)共同參與。所以，深入探索運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練和比賽過(guò)程中的有氧與無(wú)氧供能比例關(guān)系能夠?qū)\(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)代謝有更加準(zhǔn)確的了解。而多數(shù)教練員在對(duì)運(yùn)動(dòng)員制定訓(xùn)練計(jì)劃和安排訓(xùn)練負(fù)荷時(shí)，基本都是按照運(yùn)動(dòng)員的供能強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行的。如在中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，教練員主要按照專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練的強(qiáng)度(時(shí)間)將無(wú)氧無(wú)乳酸(ATP－CP)從無(wú)氧供能中分離出來(lái)，按照運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的分配，雖然無(wú)氧供能在中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中也參與供能，但是以往訓(xùn)練中主要是磷酸原無(wú)氧供能形式進(jìn)行訓(xùn)練，脫離了中場(chǎng)跑訓(xùn)練的實(shí)際要求，而無(wú)氧無(wú)乳酸(ATP－CP)則是無(wú)氧供能的次級(jí)供能系統(tǒng)，其在中長(zhǎng)跑訓(xùn)練中占有重要的比例［12］。按照運(yùn)動(dòng)員專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練的供能強(qiáng)度來(lái)劃分運(yùn)動(dòng)員有氧與無(wú)氧供能的比例及運(yùn)動(dòng)員爆發(fā)力和耐力的發(fā)展計(jì)劃，對(duì)運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)成績(jī)的提高無(wú)疑具有重要的意義。但是運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中的有氧與無(wú)氧供能比例具有長(zhǎng)期性、宏觀性和階段性的特征，不能生搬硬套地將運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的供能比例強(qiáng)行施加在運(yùn)動(dòng)員身上，要根據(jù)運(yùn)動(dòng)員自身特征、運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的發(fā)展規(guī)律以及當(dāng)今競(jìng)技體育的變化規(guī)律等確定運(yùn)動(dòng)員有氧與無(wú)氧供能的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，這樣對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的指導(dǎo)更加具有實(shí)踐意義。

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