李啸天, 李叶梓, 黎涌明

(1.中南大学,湖南 长沙 410083; 2.湖南中医药大学,湖南 长沙 410208;3.上海体育学院,上海 200438)

1 RE的定义

2 RE的测试方法

RE的测量多在标准实验室条件下的跑台上进行,通过便携式气体代谢仪采集运动员相关通气指标。在实验室条件下,空气阻力和风阻力等干扰因素可以最大限度地消除。但是,将跑台跑步数据直接转化为室外跑步数据仍需谨慎。Costill等研究发现,在无风条件下和模拟逆风条件下跑步,VO2会存在15%的差异[19],证明在跑台上测试与室外测试会有所不同,空气阻力是主要影响因素。Pugh认为在中长跑项目(5 000 m)中,所消耗能量的8%用于克服空气阻力[20]。随着跑速的增大,空气阻力对RE的影响增加,室外和跑台跑步在RE方面的差异更加明显[21]。因此,实验室跑台所得数据可能会高估运动员的实际RE水平。为了使实验室测试环境更贴近室外实际跑步情况,Jones等通过设定不同坡度的跑台与室外路面跑进行对比,发现在2.92～5.0 m/s的速度区间内,1%坡度的跑台跑最接近室外路面跑的能量消耗[22]。

综上,建议未来统一RE的测试方法,测试总时长控制为15～30 min,标准热身后,进行3～4级的递增速度测试(速度区间10～20 km/h),级间间歇采血监控负荷状态,取每级最后1 min稳定状态的平均VO2来计算RE。尽管目前文献多以ml/kg/min作为RE的评价单位,初衷是方便不同文献进行RE横向对比(表1),但考虑到不同底物参与供能所产生的混杂影响,建议未来以单位时间或距离下的能量消耗(kcal/kg/min或kcal/kg/km)作为RE的评价单位。

表1 文献中RE测试方法一览

注:标准热身指慢跑加拉伸;VO2指摄氧量;VCO2指二氧化碳呼出量;VO2peak指峰值摄氧量;VE指通气量;vVT指通气阈速度;sLT指乳酸阈速度;氧气消耗(Oc)评价单位为ml/kg/min或ml·kg-0.75·km-1;能量消耗(Ec)评价单位为kcal/kg/km或kcal·kg-0.75·km-1

3 RE的影响因素

有关RE影响因素的研究主要通过探究RE与其他指标的相关性展开。下文分别从形态学、生理学、生物力学等方面介绍RE的影响因素。

3.1 形态学因素

体重、质量分布和四肢长度是影响RE的主要形态学因素。Davis等对13名精英级马拉松男运动员和9名女运动员进行测试,发现体重较轻的运动员并不比体重较重者具备更好的RE[36]。进一步研究显示,身体质量指数(BMI)较低,大腿占全身比重高被认为是非洲运动员具备出色RE的主要原因[31,37]。

在四肢长度与RE关系的研究中,对男女短跑运动员、中距离跑运动员和长跑运动员的体型进行筛查发现,短跑运动员腿较短,中长跑运动员腿较长[38]。Myers等提出,在身体质量、速度和步态模式一致的情况下,身材矮小或大腿肌肉较重的运动员,在加速和减速时会做更少的功[39]。Williams等发现,31名男运动员在万米跑过程中的RE存在很大差异,但并未发现RE与四肢长度存在相关性[40]。

3.2 生理学因素

影响RE的生理学因素主要包括心率、通气量、核心温度及肌纤维构成等[41-43]。在跑步过程中,运动员RE会随生理学特征变化而改变。

Pate等对167名跑者进行研究,发现心率和通气量在机体将氧气载运到工作肌过程中扮演非常重要的角色,并且证明其与RE有显著的相关性[44],即伴随心率和通气量上升,耗氧量增加(RE下降)。因此,在特定速度下监控所需的通气量可改变运动员的RE。核心温度对RE的影响还存在一定争议。不同研究发现,核心温度提高时,VO2会增加[45-46]、无变化或下降[47-48]。Grimby研究发现,核心温度提高导致VO2增加(核心温度增加1.3 ℃,VO2提高5.5%),认为核心温度的提高会造成机体外循环能量需求的增加和肌肉代谢效率的下降[49]。肌肉纤维的结构和组成同样对RE有影响[50-52]。Kyrolainen等发现,同等水平中长跑运动员在最慢跑速下,RE与肌肉纤维分布没有任何显著相关性;但当跑速达到7 m/s时,氧耗和能耗与快肌纤维呈负相关(r=-0.67;P<0.05)。与之相反的是,Bosco等对17名跑步运动员进行次最大负荷跑步实验发现,快肌纤维分布比例与每单位跑动距离的净吸氧量明显相关(r=0.60;P<0.01)。其他研究已证明,高比例的慢肌纤维具备更好的RE,其在代谢活动和肌肉收缩速度方面影响RE[53-54]。

3.3 生物力学因素

Anderson总结了高RE水平运动员生物力学方面的特点(表2)[55],从运动生物力学角度探索RE与跑步动作之间的关系,对构建最优化的跑步动作技术,进一步提高跑步运动员体能的节省化,具有现实意义。目前国内对RE的研究集中于生物力学方向,任占兵围绕影响RE的运动学[7]、动力学因素[9]和下肢肌肉做功[8]展开研究,认为提高运动员下肢拉长缩短周期(SSC)的做功能力有助于改变RE,且RE的差异可能是人体下肢肌肉做功的差异所致。

表2 高RE水平运动员的生物力学特点[55]

不同运动员存在个体差异。每位长跑运动员都有独特的身体结构特征,有其优势、劣势和不对称性,这些因素会对其基本动作和技术风格产生影响。教练员应对每位运动员的技术动作进行生物力学评估,利用录像设备对运动员的错误动作进行纠正,进一步强化正确的动作模式,有针对性地安排训练内容。

4 RE的训练方法

4.1 耐力训练

耐力训练是提升跑步运动员运动表现最常用的方法。事实证明,长期进行耐力训练的运动员比无训练者具有更好的RE[21]。耐力训练促使运动员机体产生一系列生理反应,如骨骼肌线粒体形态和功能的改变[56]。具体来说,肌肉氧化能力的增加促使运动员在次最大速度跑动时每次动用线粒体呼吸消耗更少的氧[57]。此外,长期的耐力训练还能提升骨骼肌的缓冲能力,改善血液状况(红细胞数增多)[58]。这些通过训练而形成的适应,进一步激发氧的载运和利用,从而提升运动员的RE。

高原训练是指利用高原缺氧和运动缺氧的双重刺激,加深人体的应激反应,从而达到提高身体机能和运动能力的特殊训练方法[59]。通过改变训练环境,保持原有的耐力训练形式,以激发RE的进一步提升。Saltin等对肯尼亚和斯堪地纳维亚跑步运动员进行对照实验发现,由于肯尼亚运动员常在高原进行训练,在10～16 km/h跑速下,其VO2低于对手5%～15%,接近极限强度其血乳酸才开始积聚[60]。已知高原训练提升RE的内在机制主要有:提升机体内的血红蛋白浓度[34],促进运动员心肺适应(降低通气量和心率)[61],提升代谢效率[62]。通过改善运动员中枢和外周的适应性,提高机体内氧的载运和利用能力,或许能够解释RE提高的原因。

4.2 力量训练

除耐力训练外,目前精英级中长跑运动员的训练计划已引入多样的力量训练方法[63-67]。Kyrolainen等提出,力量训练可以通过改善下肢的协调性和激活肌肉,增加腿部刚度，减少足与地面的接触时间,从而通过弹性收缩促使人体从制动到前进实现更快过渡[68]。但力量训练也存在两面性,运动员在提升肌肉力量的同时免不了增加体重,这可能会对其运动表现产生副作用。目前对长跑运动员的一部分研究证实,最大力量训练后运动员的RE和最大力量都得到提升,并且神经肌肉有很好的适应。

4.3 力量耐力同期训练

随着竞技水平不断提高,训练手段愈发丰富,单一的耐力训练或力量训练已无法满足竞技要求。有研究试图确定如何将耐力训练和力量训练更好地组合起来制订训练计划,从而更有效地提高运动员的跑步成绩。尽管有人认为会产生“干扰现象”[69],但对精英运动员的研究支持“同期训练不改变耐力训练的积极作用”这一观点[70]。Piacentini等研究力量耐力同期训练对中年马拉松运动员RE的影响发现,将最大力量训练加入普通跑步训练内容中,跑者RE的提升效果明显高于只进行跑步训练组[71]。Sedano等在18名优秀男子长跑运动员12周的耐力训练计划中增设最大力量和力量耐力训练,发现最大力量训练组比力量耐力训练组的RE提高较多。值得注意的是,将力量训练增加到耐力训练计划中,可能是整体训练量的提升导致运动员RE提升,而非力量训练本身。此外,在力量训练在先还是耐力训练在先的问题上,Doma等研究认为,先进行力量训练再进行耐力训练对RE有更明显的提升作用[72]。

综上所述,耐力训练仍是提升RE的主要手段,力量训练主要在提升神经系统对肌肉的控制层面上发挥作用,力量耐力同期训练已被证明对提升RE具有一定效果,但背后的机制仍有待探讨。目前的力量训练研究,大多只通过一些变量间接测定神经肌肉活动,应运用更多类似于肌电图分析的直接测量法,使教练员更好地识别力量训练对提升RE的作用。训练前后教练员应关注RE变化的幅度,以评定训练的实际作用。

5 小结