黎涌明
運動訓練是一個不斷刺激和適應的過程。通過以訓練負荷的形式進行刺激,以監(jiān)控測試的形式了解適應,人體這個“黑箱”才逐步被打開。運動員提高運動能力所需的有效訓練負荷是建立在人體生物學適應的基礎上,人體在不同運動方式下運動的生物學特征決定著運動員提高運動能力所能承受的有效訓練負荷。對于跑步、自行車、游泳、賽艇、皮劃艇和速度滑冰這6種周期性運動項目而言,訓練負荷的量與強度更易于進行量化記錄和分析。然而,在訓練實踐過程中,不同周期性耐力項目在訓練負荷方面存在著較大差異,造成這種差異的原因是主觀意志,還是人體的生物學特征?本研究擬從訓練量和強度的生物學基礎出發(fā),探究周期性耐力項目中與訓練量和強度相關問題。
人體運動是一個能量供應和能量利用的過程,運動訓練是一個不斷提高人體供應能量和利用能量的能力的過程。人體運動所需的能量來自磷酸原、糖酵解和有氧3大供能系統(tǒng)。這3大供能系統(tǒng)有著不同的能量供應功率(單位時間內的能量供應量)和能量供應能力(總能量供應量),磷酸原供能系統(tǒng)的功率最大(3~6mmol/kg濕?。痵),但是做功能力最?。?0~25mmol/kg濕?。沙掷m(xù)時間最短(<10s);有氧供能系統(tǒng)的功率最?。?.24~0.75 mmol/kg濕肌/s),但是做功能力最大(取決于糖和脂肪的儲量),可持續(xù)時間最長(長達數(shù)小時)[21]。
周期性耐力項目的訓練強度一般可表示為運動學強度(如速度和功率)、生理學強度[如心率(HR)、血乳酸和攝氧量()]和心理學強度(如自我疲勞感覺度,RPE,圖1)。訓練強度越高,單位時間內需要的能量就越多,這種強度下可持續(xù)的運動時間就越短。按照生理學特征,周期性耐力項目的訓練強度可以劃分為3個區(qū)間,這3個區(qū)間的劃分依據(jù)為乳酸閾、通氣閾或最大乳酸穩(wěn)態(tài)(圖1)。這3個區(qū)間分別對應為有氧強度(或低強度)區(qū)間、有氧-無氧混合強度(或中等強度)區(qū)間和無氧強度(或高強度)區(qū)間。區(qū)間1強度運動時的能量供應主要來自有氧供能系統(tǒng),能源物質為糖和脂肪;區(qū)間2強度運動時能量供應主要來自有氧供能系統(tǒng)和糖酵解供能系統(tǒng),能源物質主要為糖;區(qū)間3強度運動時能量供應主要來自糖酵解供能系統(tǒng)和磷酸原供能系統(tǒng),能源物質主要為糖。
生理學強度隨著運動學強度的提高而提高,但是,不同生理學指標卻呈現(xiàn)出不同的特征。當運動學強度低于最大乳酸穩(wěn)態(tài)強度時,HR和隨運動學強度的提高而成線性提高,血乳酸隨運動學強度的提高不變或緩慢提高;當運動學強度高于最大乳酸穩(wěn)態(tài)強度時,HR的提高進入一個對數(shù)曲線狀的緩慢提高期,直至達到HRmax(圖1曲線Ⅰ),的提高則由于運動效率的下降,進入一個指數(shù)曲線狀的快速提高期,直至達到max(圖1曲線Ⅱ),血乳酸隨運動學強度的提高也呈指數(shù)型快速提高,直至達到最大血乳酸[12,31,35](圖1曲線Ⅲ)。不同周期性耐力項目訓練強度劃分的依據(jù)一樣,但是,不同周期性耐力項目對應的乳酸閾、通氣閾和最大乳酸穩(wěn)態(tài)卻可能不一樣,如跑步、游泳、自行車、賽艇、皮劃艇和速度滑冰的最大乳酸穩(wěn)態(tài)分別為3.44mM、3.25mM、4.92mM、3.05mM、5.40mM 和 6.60 mM[1]。周期性耐力項目普遍采用從多級測試中得到的4 mM乳酸閾來評定有氧能力和制定訓練強度,而4mM乳酸閾的生理學基礎卻是從跑步運動中得到的最大乳酸穩(wěn)態(tài)。因此,4mM乳酸閾在應用于不同周期性耐力項目之前,需要對多級測試方法或者乳酸閾的固定值進行修正,以制定特定周期性耐力項目的正確訓練強度區(qū)間[1],如跑步項目的3個強度區(qū)間劃分的血乳酸標準分別為2mM和4mM,而皮劃艇項目卻需要對應為3mM和5mM[28]。
圖1 本研究訓練強度劃分標準與訓練負荷分布模型示意圖(據(jù)Seiler等[38]修改)Figure 1.Division of Intensity and Models of Load Distributions
周期性耐力項目的訓練量一般可表示為訓練時間(如小時)或訓練距離(如公里),常見的幾個訓練量指標為課訓練量、天訓練量、周訓練量、年訓練量,以及總訓練量和專項訓練量等。不同周期性耐力項目由于運動方式的不同,年訓練時間和訓練距離不一樣(圖2)。在年訓練時間方面,自行車和游泳屬于在運動過程中有器材(如自行車)或運動界質(如水)支撐的運動項目,在克服自身體重方面做功小,運動中對支撐關節(jié)的沖擊小。因此,在不導致運動損傷的前提下的可訓練時間最長(>1000h/年[38]);皮劃艇和賽艇同樣屬于運動過程中有器材(如船)支撐的運動項目。但是,運動過程中腰部需要反復屈伸或旋轉,在不導致運動損傷的前提下的可訓練時間較自行車和游泳小(約800h/年[11,26],也可見>1000h/年的案例[38]);越野滑雪盡管在運動過程中重心起伏小,但需要以站姿支撐自身體重,膝和踝關節(jié)需要承受一定的沖擊。因此,年可訓練時間也較自行車和游泳?。s800h/年[38]);長跑和定項越野屬于跑步類項目,運動過程中重心起伏最大,下肢關節(jié)承受的沖擊力最大,年可訓練時間最少(約600h/年[34])(圖2)。在年訓練距離方面,公路自行車的年訓練公里數(shù)最大(約30000~35000km[16]),而中距離和長距離游泳的年訓練量最?。s3000km[33]),長跑、皮劃艇和賽艇的年訓練量則居中(約4500~6000km[19,26,34]),決定年訓練距離的原因除了年訓練時間外,主要是不同運動方式的能量消耗(即前進單位距離所消耗的能量[13],kJ/m,圖3),如相同強度下游泳前進1m所消耗的能量約為自行車的10倍(如4mM乳酸閾速度時對應為0.95kJ/m vs.0.10kJ/m)。因此,在年訓練時間相似(約1000h)的前提下,游泳的年訓練量約為自行車的1/10(3000km vs.30000km)。
圖2 本研究不同周期性耐力項目年訓練量示意圖(據(jù)Seiler等[38]修改)Figure 2.Training Volumes of Selected Cyclic Endurance Sports
圖3 本研究不同運動方式的能量消耗示意圖[1]Figure 3.Energy Cost in Different Exercises
周期性耐力項目訓練量和強度制定的一個重要生物學基礎是這個項目的有氧供能百分比。周期性耐力項目的有氧供能百分比是指在特定項目比賽過程中來自有氧供能系統(tǒng)的能量占來自3大供能系統(tǒng)總能量的百分比。有關有氧供能百分比這一特征的描述是眾多生理學教科書和專項論著的必有內容,這些特征是教練員認識和理解周期性耐力項目的重要理論來源[1]。然而,目前大多數(shù)生理學教科書和專項論著中有關有氧供能百分比的信息大都來自Astrand等人在20世紀70年代的研究數(shù)據(jù)[5],而后期有研究數(shù)據(jù)表明,Astrand等人有關有氧供能百分比的數(shù)據(jù)低估了有氧供能的重要性(圖4)[4]。Astrand等人的數(shù)據(jù)顯示,有氧供能主導和無氧供能主導的時間分界點為2min,而對后期大量研究數(shù)據(jù)的統(tǒng)計表明,這一時間分界點約為75s[1,20],即長于75s的周期性耐力項目都屬于有氧供能主導的運動項目,有氧能力是決定這些周期性耐力項目運動能力最主要的生理學能力。
圖4 本研究周期性耐力項目有氧供能百分比示意圖[1]Figure 4.Relative Aerobic Energy Contributions in Cycle Endurance Sports with Maximal Exertion
隨著對周期性耐力項目有氧能力重要性認識的提高,有氧訓練在訓練中所占的比重也逐步增加。對挪威賽艇隊30年的訓練負荷研究表明,盡管年訓練負荷在1970—1990年期間逐步增加,但增加的訓練負荷主要是有氧訓練負荷,而強度訓練負荷卻逐漸下降[18]。原西德國家賽艇隊在20世紀60年代引進了當時田徑項目盛行的間歇訓練法,導致訓練強度整體偏高。自20世紀70年代開始,以Alois Mader為代表的生理學家通過對賽艇專項供能特征的研究,揭示了有氧能力和有氧訓練對于賽艇項目的重要性,并于80年代直接參與德國國家賽艇隊的備戰(zhàn)訓練,最終成功將賽艇訓練負荷從中、高強度主導拉回低強度主導[2]??夏醽喌闹虚L跑運動員以高強度訓練的傳說而聞名,但是,對這些運動員的研究表明,這些運動員約85%以上的訓練負荷處于乳酸閾(4mM)強度以下[7]。對于持續(xù)時間為6~8min,有氧供能百分比為80%~85%的項目,賽艇全年水上訓練負荷的70%~94%為有氧訓練負荷[23,29]。對于持續(xù)時間約為2min,有氧供能百分比約為60%的項目[3],靜水皮劃艇500m全年水上訓練負荷約85%~88%為有氧訓練負荷[15,19]。進入21世紀,有氧能力對于周期性耐力項目的重要性已基本達成共識,有氧訓練也成為周期性耐力項目的主要訓練內容。但是,隨著國際比賽競爭的日趨激烈,目前,周期性耐力項目關注的是如何在確保有氧訓練的基礎上,提高無氧訓練的質量。在此背景下,高強度間歇訓練再次受到青睞。
低強度持續(xù)訓練和高強度間歇訓練是周期性耐力項目最常用的2種訓練方法,在過去半個多世紀里,有關這兩種方法的運用一直是周期性耐力項目爭議的熱點。周期性耐力項目的訓練量和強度也隨著人們對這兩種方法訓練效果的認識而發(fā)生改變。
間歇訓練(Interval Training)是指,以等于或高于最大乳酸穩(wěn)態(tài)的強度進行多次,次間穿插休息的,短時到中長時(10s~5min)的訓練方法[6,27],其最早由德國生理學家Hans Reindell于20世紀30年代提出,一些歐洲國家的教練員和運動員運用間歇訓練于20世紀50年代在中跑和長跑項目中取得了巨大的成功[6]。此后,間歇訓練被周期性耐力項目陸續(xù)采用,并大幅提升了這些項目的運動成績[6]。
根據(jù)以上研究對運動強度的劃分標準,間歇訓練的強度屬于高強度。因此,間歇訓練也被稱為高強度間歇訓練(High-Intensity Interval Training,以下簡稱HIT)。但是,一個不容忽視的事實是,40年前,周期性耐力項目的運動員不能夠保證全年系統(tǒng)訓練,運動水平相對較低,運用HIT確實比單獨的低強度持續(xù)訓練更能提高這類運動員的耐力水平。
20世紀70~80年代Alois Mader為代表的生理學家通過對運動過程中能量代謝過程的研究[32],以及在賽艇等項目中的成功應用[24],證實了低強度持續(xù)訓練對于發(fā)展有氧能力的重要性,低強度持續(xù)訓練也自此成為周期性耐力項目最為主要的訓練方法。進入21世紀以來,有研究證明,高強度的間歇訓練可以提高有氧能力和/或專項能力,但是,這些研究的受試者大都為未經(jīng)過訓練的普通人群[9,25],或訓練水平較低的運動員[30,39]。另外,這些研究的持續(xù)時間較短[9,25,30,39],短期內可以提高運動能力,如果長年(特別是對于高水平運動員)進行,可以大膽猜測,20世紀中葉的訓練局面(即年訓練負荷整體提高,對應圖1的閾式負荷分布)將會再次出現(xiàn)。對周期性耐力項目訓練負荷(包括高水平運動員)的長期研究發(fā)現(xiàn),約80%的專項訓練負荷屬于低強度的持續(xù)訓練[7,15,19,23,29,41]。
有研究發(fā)現(xiàn),周期性耐力項目(尤其是高水平運動員)的訓練負荷以低強度訓練(對應為圖1中區(qū)間1)為主,中等強度和高強度(對應為圖1的區(qū)間2和區(qū)間3)所占比例小[37]。只是由于對負荷統(tǒng)計方法的不同,不同研究對應的中等強度和高強度的具體比例不同。常用的負荷統(tǒng)計方法包括強度區(qū)間累積時間法(Time-in-zone)、課次目標心率法(Session-goal)、跟蹤記錄法(Documentation)、訓練日記分析法(Diary)、課次主觀疲勞法(Session RPE)等[8]。強度區(qū)間累積時間法是對訓練過程中的原始HR數(shù)據(jù)按強度區(qū)間進行時間統(tǒng)計[36],課次目標HR法是對訓練課次的平均HR按強度區(qū)間進行統(tǒng)計[36],跟蹤記錄法是跟蹤記錄訓練過程并按強度區(qū)間進行時間統(tǒng)計[15,19,23,29],訓練日記分析法是對運動員的訓練日記進行統(tǒng)計分析[7],課次主觀疲勞法是對整堂訓練課次主觀疲勞度的評分(不同疲勞程度分別對應0~10)與課次持續(xù)時間的乘積進行統(tǒng)計分析[17]。強度區(qū)間累積時間法和跟蹤記錄法對間歇訓練課次中的強度訓練和間歇進行了區(qū)分,而課次目標HR法和課次主觀疲勞法將間歇訓練課次中的強度訓練和間歇作為一個整體進行統(tǒng)計。因此,前兩種方法統(tǒng)計出來的訓練負荷呈現(xiàn)“金字塔式”(高強度比例低于中等強度),后兩種方法統(tǒng)計出來的訓練負荷呈現(xiàn)“兩極化式”(高強度比例高于中等強度,圖5)。但是,無論采用何種負荷統(tǒng)計方法,周期性耐力項目的訓練負荷都以低強度為主[7,15,19,23,29,41]。有學者試圖給出一個具體的比例,如Seiler等人提出“80-20定律”,即專項訓練負荷(如水上項目的水上訓練)約80%為低強度,20%為中等強度和高強度[37]。但是,周期性耐力項目的時間跨度從數(shù)分鐘到數(shù)小時,試圖給出一個適用于眾多項目的負荷分布規(guī)律似乎有失妥當。
圖5 本研究不同負荷統(tǒng)計方法的區(qū)別示意圖[38]Figure 5.Variation of Load Distribution with Different Methods
研究已表明,持續(xù)時間>75s的全力運動中,能量供應以有氧為主(有氧供能比例>50%),并且持續(xù)時間越長,有氧供能比例越高[1,20]。以有氧供能為主的周期性耐力項目訓練負荷的主體是低強度負荷,但是,這個“主體”的比例是否以這一項目專項比賽中有氧供能的實際比例為依據(jù)還有待考證。對高水平運動員的專項訓練負荷統(tǒng)計表明,賽艇(持續(xù)時間為6~8min,有氧供能比例為80%~85%[22])的低強度負荷比例為70%~94%[23,29],靜水皮劃艇(500m和1000m持續(xù)時間約為2min和4min,有氧供能比例分別約為60%和75%)的低強度負荷比例為85%~88%[15]。這些事實似乎表明,周期性耐力項目低強度訓練負荷的比例不一定嚴格符合這一項目比賽的有氧供能百分比。需要注意的是,以上這些數(shù)據(jù)只是對專項訓練負荷的統(tǒng)計(如賽艇和皮劃艇為劃船對應的負荷),而無氧供能比例高的周期性耐力項目陸上力量訓練的比例較高(如皮劃艇平均約為2~4次/周,賽艇約為2次/周)。鑒于陸上力量訓練一般屬于強度負荷,如果有一種方法可以將力量訓練負荷和專項訓練負荷進行綜合統(tǒng)計(如課次主觀疲勞法),那么,以上研究對應的各個項目的低強度負荷比例肯定會下降,并且陸上力量訓練課次多的周期性耐力項目下降得更多。因此,周期性耐力項目低強度訓練負荷的比例似乎又與這一項目比賽過程中的有氧供能百分比相符。周期性耐力項目低強度訓練負荷的比例與其對應的有氧供能比例之間的關系還有待從生物學角度進一步解釋和認證。目前的認識認為,低強度的訓練負荷主要提高機體的外周適應(氧利用能力,如線粒體濃度和毛細血管豐密度),高強度的訓練負荷主要提高機體的中樞適應(氧運輸能力,如心臟大小和血紅蛋白量)[27]。與氧利用能力相關的結構(肌肉)通過訓練的可適應度要遠大于與氧運輸能力相關的結構(心肺)。另外,大量的低強度持續(xù)訓練對于周期性運動項目的另一意義在于完善技術,提高運動的效率或經(jīng)濟性。
統(tǒng)計訓練負荷和分析文獻中訓練負荷的相關數(shù)據(jù)時,需要注意負荷強度劃分的依據(jù)和負荷統(tǒng)計的內容。如圖1所示,劃分強度區(qū)間的生理學標準之一是乳酸閾,乳酸閾2對應為這種運動方式下的最大乳酸穩(wěn)態(tài),乳酸閾1對應為比最大乳酸穩(wěn)態(tài)血乳酸值低約2mM所對應的強度。由于不同運動方式所對應的最大乳酸穩(wěn)態(tài)不同[1],在對不同周期性運動項目進行強度劃分時需要參照該運動方式所對應的最大乳酸穩(wěn)態(tài),而不能機械地運用2mM和4mM。
此外,由于很難采用一種統(tǒng)計方法對所有訓練內容進行統(tǒng)計,大多數(shù)研究在討論訓練負荷時只針對專項訓練內容(本研究提及的專項訓練是指以項目本身對應的運動方式進行的訓練),力量訓練內容并未納入訓練負荷的統(tǒng)計范疇,或者力量訓練內容按其他統(tǒng)計方法(如公斤數(shù)或重復次數(shù))進行統(tǒng)計。以上提及的訓練負荷只是對專項訓練內容的特征描述。
周期性耐力項目訓練負荷的生物學基礎是不同運動方式的能量供應和能量利用特征。隨著對能量代謝特征認識的深入,有氧訓練對周期性耐力項目的重要性逐漸達成共識,無氧訓練在周期性耐力項目中的受關注度逐漸增加。有氧訓練以低強度持續(xù)訓練為主,無氧訓練更加關注高強度間歇訓練。
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