大強(qiáng)度與中等強(qiáng)度熱身對(duì)120 s運(yùn)動(dòng)輸出功率的影響

陳 浩，徐 菁，沈 歆，黃玉芬，陳竹鷹，徐 飛

(1.杭州師范大學(xué)體育學(xué)院，浙江 杭州 311121； 2. 杭州師范大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，浙江 杭州 311121； 3. 浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬兒童醫(yī)院急診科，浙江 杭州 310058)

熱身運(yùn)動(dòng)有利于改善有氧供能能力，提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)[1-2]，但熱身效果受諸多因素影響，包括熱身強(qiáng)度[3-7]、持續(xù)時(shí)間[8-10]及熱身后的過(guò)渡時(shí)間[11].研究[12-13]發(fā)現(xiàn)，大強(qiáng)度熱身(高于無(wú)氧閾)能有效提高機(jī)體攝氧能力，70% 峰值攝氧量(VO2peak)強(qiáng)度的熱身對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)間70～120 s的效果最為有效[14-15].運(yùn)動(dòng)員在120 s內(nèi)能完成800 m跑，1 500 m速滑和自行車競(jìng)速賽等.在800 m跑中，有氧和無(wú)氧系統(tǒng)供能分別占60%～70%和30%～40%[16-17]，表明在800 m及相似持續(xù)時(shí)間的競(jìng)技運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，兩種供能系統(tǒng)的重要性.臨近終點(diǎn)的沖刺能力對(duì)比賽結(jié)果非常關(guān)鍵，運(yùn)動(dòng)員希望在沖刺前利用更多有氧供能以節(jié)省無(wú)氧供能，有利于終點(diǎn)前的沖刺.然而，有研究[2,18-19]指出，需考慮運(yùn)動(dòng)總量對(duì)熱身效果可能造成的影響，因此不同強(qiáng)度(55%～80% VO2peak)的熱身運(yùn)動(dòng)能提高運(yùn)動(dòng)能力的結(jié)論[14-15]，由于運(yùn)動(dòng)總量不一致，仍有待進(jìn)一步研究確認(rèn).

少量研究[13,20]對(duì)比了相同運(yùn)動(dòng)總量下，不同熱身強(qiáng)度對(duì)自行車運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的影響.但相關(guān)研究關(guān)注的是不同熱身方案對(duì)持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間(>7 min)運(yùn)動(dòng)的影響，結(jié)果并不能直接應(yīng)用于120 s的短時(shí)大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng).不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目對(duì)各階段的輸出功率要求不同，因此熱身方案的重點(diǎn)和針對(duì)性也有所不同[2,21].不同的熱身強(qiáng)度對(duì)120 s大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)(包含全速?zèng)_刺)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的影響目前并不明確，本研究探索大強(qiáng)度熱身(80% VO2peak)與中等強(qiáng)度熱身(40% VO2peak)對(duì)120 s大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)輸出功率的影響.

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

招募16名體育教育專業(yè)男大學(xué)生為受試對(duì)象，平均年齡(22.0±2.1)歲、平均身高(1.75±0.06) m、平均體質(zhì)量(66.5±4.7) kg、平均VO2peak(56.1±7.4) mL/(kg·min).受試者身體健康，無(wú)吸煙史和運(yùn)動(dòng)損傷.實(shí)驗(yàn)前2周內(nèi)無(wú)急、慢性呼吸道感染，未服用藥物和飲用任何運(yùn)動(dòng)飲料.受試者在測(cè)試前3天內(nèi)避免劇烈運(yùn)動(dòng)并簽署知情同意書.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，有3名受試者未完成或退出實(shí)驗(yàn)，最終共13人完成實(shí)驗(yàn).

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

所有受試者在功率自行車(Powermax-Ⅶ，日本)完成遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)[22]，直至力竭，確定受試者VO2peak.完成VO2peak測(cè)試至少2 d后，受試者參加以下試驗(yàn).在不同測(cè)試日(間隔>5 d)完成不同強(qiáng)度熱身：1)無(wú)熱身運(yùn)動(dòng)(對(duì)照組)；2)10 min 40% VO2peak熱身(中等強(qiáng)度組)；3)5 min 80% VO2peak熱身(大強(qiáng)度組)，詳見圖1.坐姿休息5 min后，進(jìn)行120 s的大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)，包括90 s恒定功率(110% VO2peak)的蹬車和30 s全力沖刺.完成后，受試者離開功率自行車，坐姿休息10 min.期間每2 min測(cè)試一次血乳酸.有研究[23]證實(shí)，在相當(dāng)于110% VO2peak強(qiáng)度下可持續(xù)蹬車約3 min，但并不清楚在此強(qiáng)度下運(yùn)動(dòng)90 s后，再?zèng)_刺30 s的生理反應(yīng).預(yù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)受試者能夠完成既定大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的方案.通過(guò)調(diào)整熱身時(shí)間，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)總量相匹配.在中等強(qiáng)度和大強(qiáng)度熱身?xiàng)l件下，熱身期間的輸出功率分別保持在(124±10) W和(249±21) W，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；發(fā)熱量與外部負(fù)荷比[24]分別為3.33±0.22和3.23±0.29，P=0.45；表明兩種熱身?xiàng)l件的機(jī)械效率接近.整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，測(cè)試環(huán)境溫度(22±1)℃，相對(duì)濕度(50±5)%.

1.3 測(cè)試指標(biāo)

1.3.1 VO2peak測(cè)量

受試者采用功率車進(jìn)行遞增負(fù)荷測(cè)試[22].整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，受試者佩戴Hans Rudolph三通呼吸面罩，采用氣體代謝分析儀(Max Ⅱ, AEI，美國(guó))進(jìn)行測(cè)試.氣體分析儀記錄每秒VO2，將每級(jí)負(fù)荷最后1 min值平均，以獲得在熱身前、熱身期間以及恢復(fù)期間的VO2.同期記錄心率和自感疲勞量表(rated perceived exertion，RPE)評(píng)分.最初以70 W負(fù)荷、踏頻70 r/min，每120 s增加35 W，直至主觀力竭以測(cè)得VO2peak.VO2peak判定標(biāo)準(zhǔn)(至少滿足2項(xiàng))：(1)心率>170 bpm；(2)呼吸商≥1.1；(3)RPE評(píng)分≥17分或踏頻<60 r/min.

1.3.2 血乳酸測(cè)試

在熱身前以及運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)期(運(yùn)動(dòng)停止后即刻，運(yùn)動(dòng)后2、4、6、8、10 min)取指尖血25 μL，用乳酸分析儀(YSI 1500，美國(guó))測(cè)試血乳酸水平(圖1)，測(cè)試原理為酶電極法，每測(cè)5個(gè)樣品校準(zhǔn)1次，以運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)期間測(cè)得血乳酸的最高值為峰值濃度.

1.3.3 輸出功率指標(biāo)

記錄120 s大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的輸出功率，在30 s沖刺階段平均5 s功率的最大值和最小值被定義為峰值功率和最小功率，平均功率指30 s沖刺階段的平均功率[25].

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

數(shù)據(jù)采用Stata16.0軟件分析.經(jīng)K-S檢驗(yàn)和方差齊性檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，具備方差齊性.輸出功率采用單因素重復(fù)測(cè)量方差分析.如果球形檢驗(yàn)顯示P>0.05，使用Bonferroni法對(duì)各時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行組間兩兩比較.VO2、血乳酸濃度使用3×4雙因素重復(fù)測(cè)量方差分析.如果球形檢驗(yàn)顯示P<0.05，采用Greenhouse-Geisser進(jìn)行系數(shù)校正.重復(fù)測(cè)量方差分析結(jié)果，無(wú)交互作用分析主效應(yīng)，有交互作用分析單獨(dú)效應(yīng).兩組各時(shí)間點(diǎn)的兩兩比較采用Repeated Measures的Bonferronit檢驗(yàn)，組內(nèi)各時(shí)間點(diǎn)的兩兩比較采用Multivariate的LSD檢驗(yàn).顯著性差異臨界值置為α=0.05(P<0.05).

2 結(jié)果

2.1 輸出功率

在中等強(qiáng)度和大強(qiáng)度熱身后，受試者30 s沖刺的峰值功率、平均功率、最小功率均高于對(duì)照組，大強(qiáng)度組峰值功率高于中等強(qiáng)度組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見表1.

表1 沖刺期間測(cè)量的峰值功率、平均功率和最小功率輸出Tab. 1 Peak, mean and minimum power outputs measured during sprints W

2.2 攝氧量

3種熱身?xiàng)l件下，熱身前休息時(shí)間的VO2差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05).中等強(qiáng)度和大強(qiáng)度熱身后休息期間(5 min)的VO2均高于對(duì)照組，大強(qiáng)度組VO2高于中等強(qiáng)度組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05).在90 s的恒定功率運(yùn)動(dòng)中，對(duì)照組和中等強(qiáng)度組間VO2差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，大強(qiáng)度組的VO2高于其他兩組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05).在30 s沖刺階段，中等強(qiáng)度組和大強(qiáng)度組的VO2差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，而中等強(qiáng)度組和大強(qiáng)度組的 VO2均高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05).見圖2.

2.3 血乳酸濃度

3種熱身?xiàng)l件下，受試者血乳酸濃度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05).熱身后即刻，大強(qiáng)度組血乳酸濃度高于中等強(qiáng)度組和對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05).3種熱身?xiàng)l件下，血乳酸峰值出現(xiàn)時(shí)間各不相同，但并未在120 s大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)(圖3).

時(shí)間主效應(yīng)P<0.001，組別主效應(yīng)P=0.22；時(shí)間×組別交互作用P<0.001，事后單獨(dú)效應(yīng)分析，與同時(shí)間點(diǎn)兩兩比較.# P<0.05：大強(qiáng)度組vs.對(duì)照組；? P<0.05：中等強(qiáng)度組vs.對(duì)照組； P<0.05：大強(qiáng)度組vs.中等強(qiáng)度組.

時(shí)間主效應(yīng)P<0.001，組別主效應(yīng)P=0.19；時(shí)間×組別交互作用P<0.001，事后單獨(dú)效應(yīng)分析，與同時(shí)間點(diǎn)對(duì)照組比較.# P<0.05：大強(qiáng)度組vs.對(duì)照組；? P<0.05：中等強(qiáng)度組vs.對(duì)照組.

3 討論

本研究對(duì)比了大強(qiáng)度(80% VO2peak)和中等強(qiáng)度(40% VO2peak)熱身在30 s沖刺期間，對(duì)無(wú)氧運(yùn)動(dòng)的影響.研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，熱身顯著改善了30 s沖刺階段峰值功率、平均功率和最小功率，且大強(qiáng)度組的峰值功率顯著高于中等強(qiáng)度組.大強(qiáng)度熱身后安靜時(shí)，血乳酸濃度高于中等強(qiáng)度熱身.同時(shí)在進(jìn)行90 s 110%VO2peak的強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)和30 s沖刺階段，兩種熱身運(yùn)動(dòng)均可提高VO2，組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.結(jié)果表明，當(dāng)熱身期間的運(yùn)動(dòng)總量相似時(shí)，大強(qiáng)度熱身運(yùn)動(dòng)與中等強(qiáng)度的熱身對(duì)30 s沖刺階段的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)影響是相似的.

結(jié)果顯示，熱身后30 s沖刺階段中的輸出功率顯著增加，這可能與中等強(qiáng)度和大強(qiáng)度熱身結(jié)束后恢復(fù)期間(5 min)較高的VO2有關(guān).因此，在兩次熱身中，沖刺階段所提供的有氧能量都更多，這最終增加了總能源供應(yīng)，從而有助于提高輸出功率.此外，熱身還會(huì)導(dǎo)致肌肉溫度升高[23]，從而降低肌肉黏滯性、提高肌肉彈性，最終形成更高的輸出功率峰值.本研究結(jié)果表明，大強(qiáng)度熱身(80% VO2peak)后的峰值功率顯著高于中等強(qiáng)度熱身(40% VO2peak)，這可能與大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中合理范圍內(nèi)肌肉溫度升高導(dǎo)致更大的峰值功率有關(guān)[26].兩種熱身強(qiáng)度后30 s沖刺階段中VO2差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明此階段有氧供能的能量消耗相似，因此大強(qiáng)度熱身后觀察到更高的峰值功率似乎來(lái)源于無(wú)氧能源供應(yīng).考慮到大強(qiáng)度熱身之后，90 s恒定功率運(yùn)動(dòng)期間，VO2顯著高于中等強(qiáng)度組，有氧供能隨著大強(qiáng)度的熱身而增加，可能可節(jié)省無(wú)氧能源.節(jié)省的無(wú)氧能源似乎在30 s沖刺階段被利用，從而有利于更大的峰值功率.此外，激活后增強(qiáng)(post-activation enhanced)也可能是大強(qiáng)度熱身后觀察到峰值功率增加的部分原因[1,27].與峰值功率相反，兩種熱身之間30 s內(nèi)的平均輸出功率差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.因此，節(jié)省的無(wú)氧供能，和/或激活后的增強(qiáng)作用似乎并不能維持30 s沖刺階段較高的輸出功率.90 s恒定功率運(yùn)動(dòng)中，大強(qiáng)度熱身后VO2的增加可能與熱身后血乳酸水平增加有關(guān).據(jù)報(bào)道，為了增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)期間的VO2反應(yīng)，運(yùn)動(dòng)前需血乳酸水平>3 mmol/L[12-13].與此相符的是，本研究中大強(qiáng)度熱身造成血液乳酸濃度增加至(5.6±3.8) mmol/L，而中等強(qiáng)度熱身僅為(1.3±1.2) mmol/L，且90 s恒定功率運(yùn)動(dòng)中VO2并沒有增加.在隨后的大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中，3種熱身?xiàng)l件下血乳酸峰值濃度并未出現(xiàn)，因此血乳酸水平升高和VO2增加之間的相關(guān)性尚待確定.

與本研究大強(qiáng)度熱身(80% VO2peak)后的結(jié)果相反，有研究[14-15]表明，在類似強(qiáng)度(75%～80% VO2peak)熱身并不能顯著改善70～120 s的無(wú)氧運(yùn)動(dòng)表現(xiàn).Stewart等[15]研究發(fā)現(xiàn)，與無(wú)熱身相比，60%～70% VO2peak強(qiáng)度下進(jìn)行熱身推遲了在最大速度情況下出現(xiàn)疲勞的時(shí)間，但更大強(qiáng)度的熱身(80% VO2peak)沒有顯著作用[15].Bishop等[14]發(fā)現(xiàn)，在2 min皮劃艇比賽中，75% VO2peak強(qiáng)度熱身后的平均功率低于55%或65% VO2peak強(qiáng)度熱身后的輸出功率.但需注意的是，本研究中通過(guò)調(diào)整不同強(qiáng)度熱身的持續(xù)時(shí)間以匹配相似的運(yùn)動(dòng)總量，在上述研究中并未進(jìn)行驗(yàn)證.因此研究[14-15]中發(fā)現(xiàn)75%～80% VO2peak強(qiáng)度的熱身運(yùn)動(dòng)顯著提高輸出功率，有可能是由于運(yùn)動(dòng)總量增加而造成能耗總量增加，而并非熱身強(qiáng)度的直接作用.少量研究[13,20]評(píng)估了不同強(qiáng)度相似運(yùn)動(dòng)總量下的熱身效果.Burnley等[13]發(fā)現(xiàn)，在55% VO2peak強(qiáng)度和85% VO2peak強(qiáng)度熱身中，5 min運(yùn)動(dòng)的平均輸出功率得到顯著改善，這與本研究觀察到的結(jié)果一致，中等強(qiáng)度(40% VO2peak)和大強(qiáng)度(80% VO2peak)熱身后30 s沖刺期間的平均輸出功率顯著提高.因此在持續(xù)30 s至5 min的大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)期間，40%～85% VO2peak強(qiáng)度范圍內(nèi)進(jìn)行相匹配的熱身有助于提高平均輸出功率.

綜上所述，大強(qiáng)度(80% VO2peak)和中等強(qiáng)度(40% VO2peak)熱身運(yùn)動(dòng)有助于提高最終沖刺能力(30 s)，而大強(qiáng)度熱身可以更好地改善短時(shí)大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的后期沖刺表現(xiàn)，提示運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行大強(qiáng)度熱身運(yùn)動(dòng)有利于在比賽中更快地提高輸出功率，有助于建立最終沖刺能力、加速能力的優(yōu)勢(shì).