陳小平

有氧與無氧耐力的動態(tài)關系及其對當前我國耐力訓練的啟示

陳小平

有氧和無氧耐力是耐力項目訓練的重點,也是當前運動訓練界在世界范圍內(nèi)被廣泛關注并極具爭議的問題。專項耐力對有氧和無氧能力具有不同的需求,它們二者之間的比例是專項耐力形成的重要依據(jù)。同時,有氧和無氧能力在橫向和縱向還呈現(xiàn)出相互支撐和制約的動態(tài)變化關系,該關系對耐力訓練,尤其是專項耐力的訓練具有重要的指導作用。

耐力;有氧;無氧;訓練

在我國耐力性項目整體落后的大背景下,一部分中距離項目與世界高水平的差距最為明顯。以田徑徑賽為例,我國最落后的項目主要集中在800～3 000 m的中跑,這些項目不僅還不具備與世界水平的競爭能力,而且在亞洲仍處于二流水平。近年來,我國在皮劃艇、場地自行車和速度滑冰等項目上的突破也基本集中在短距離的項目上,在2～10 min的項目上仍然處于較低水平。這表明我國在以有氧和無氧混合供能為主要代謝特點的耐力項目訓練上存在較大的問題。

有氧和無氧耐力一直是耐力項目訓練的重點,也是當前運動訓練界在世界范圍內(nèi)被廣泛關注和極具爭議的問題。回顧我國近年來在耐力訓練方面的理論研究以及相關項目備戰(zhàn)第29屆奧運會的訓練,筆者認為,在訓練中缺乏對專項運動代謝特征的準確了解,缺乏對有氧和無氧耐力關系的深入認識,缺乏對近年來有氧和無氧耐力訓練方法和手段發(fā)展的把握,在宏觀訓練理念和具體訓練方法上出現(xiàn)了偏差和錯誤,是造成我國耐力項目運動水平停滯不前甚至滑坡的主要原因之一。為此,本文準備從耐力訓練的理論和實踐兩個層面,針對目前我國訓練領域存在的問題,對有氧和無氧能力的訓練進行分析和討論。

1 有氧與無氧能力釋義及其生物學背景

競技運動的耐力可以從不同的角度分為多種類型,有氧和無氧耐力分類的基礎是機體運動時能量代謝的機制。從運動生理和生化的角度來看,人體肌肉運動的能量供應來自于3個途徑:磷酸原(ATP和CP)供能、糖酵解供能和有氧代謝供能。磷酸原與糖酵解供能都不需要氧的參與,但前者不產(chǎn)生乳酸,后者產(chǎn)生乳酸,所以,磷酸原供能又被稱為無氧無乳酸供能,糖酵解供能被稱為無氧乳酸供能。由此可見,無氧耐力是指機體利用體內(nèi)磷酸原和糖原的無氧分解產(chǎn)生的能量供應肌肉收縮的能力。由于磷酸原供能的時間很短,所以在訓練實踐中的無氧耐力通常是指糖原的無氧乳酸供能。有氧耐力是指體內(nèi)的能量物質(如碳水化合物和脂肪酸等)在氧的作用下分解產(chǎn)生的能量供應肌肉收縮的能力。

人體運動時的3個能量供應系統(tǒng)具有各自不同的特點。由表1可以看出[11],一般來說,無氧供能的速度快、單位時間供能多但維持時間短;而有氧供能具有速度慢、單位時間供能少但維持時間長的特點。

有氧和無氧能力的訓練對機體耐力水平的影響可以追尋到人體快肌和慢肌纖維對不同訓練負荷的適應機制。研究已經(jīng)證明[9],不同類型運動項目運動員快、慢肌的比例和橫斷面積存在顯著性的差異,耐力類項目運動員的慢肌明顯高于速度和力量類項目運動員,速度和力量類項目運動員的快肌均大于耐力項目運動員,而耐力類項目運動員的慢肌則超過了肌肉相對強壯的速度類項目運動員(表2)。這種快、慢肌纖維比例的差異一方面來自于先天的遺傳,另一方面,則取決于后天的訓練。不同專項的運動員正是通過這種長期的訓練有選擇性地優(yōu)先發(fā)展那些與專項密切相關的肌纖維,并且有針對性地使肌纖維的功能向有利于提高專項成績的方向轉變。

表1 不同能量代謝方式的特點一覽表

表2 不同運動項目運動員快、慢肌纖維的面積和比例一覽表

同樣,有氧和無氧的訓練也會導致其他一些與耐力密切相關物質的變化。例如,長距離耐力運動員的有氧酶在數(shù)量和活性上明顯高于中、短距離運動員;而在無氧糖酵解酶的含量和活性上,中、短距離運動員則高于長距離運動員[8]。

2 專項代謝過程中的有氧與無氧能力

長期以來,有氧和無氧耐力在訓練中的負荷比例主要取決于專項運動的代謝特征。表3是田徑耐力項目的分類,這種分類的依據(jù)主要是在不同運動距離(時間)肌肉運動的不同能量供應。能量供應方式(途徑)的選擇取決于運動的強度和持續(xù)時間,肌肉在不同時間內(nèi)的滿負荷運動決定了能量供應的主渠道。

不同專項比賽的強度(時間)和條件是決定有氧和無氧供能比例的主要依據(jù)。但是,至今為止在該問題上仍然存在爭議(表4)[6,7]。以田徑800 m跑能量供應的變化為例,自20世紀90年代開始,人們將無氧無乳酸(ATP-CP)供能從無氧供能中分離出來,明確了ATP-CP系統(tǒng)同樣參與肌肉持續(xù)性工作的能量代謝活動,減少了糖原無氧酵解供能的比例,有氧供能成為該項目供能比例最高的部分(表5)。

表3 田徑耐力項目分類一覽表

ATP-CP系統(tǒng)與無氧乳酸系統(tǒng)的分離對中距離耐力項目的訓練具有重要意義。在訓練中,一部分原來屬于發(fā)展無氧乳酸能力的負荷轉變?yōu)樘岣逜TP-CP系統(tǒng)的訓練,明確界定了速度與速度耐力訓練的區(qū)別,使訓練更加符合800 m跑的專項特點,為科學地控制耐力訓練負荷提供了依據(jù)。

將機體所擁有的能量充分地運用于專項運動是所有以時間為尺度的項目(如田徑的徑賽項目和游泳)的共同要求,形成符合專項特點的有氧和無氧耐力比例關系,是各個耐力項目運動員充分利用自身能量潛能,達到個體最佳專項成績的重要基本條件。因此,在耐力的訓練中,不能脫離開專項來談有氧或無氧的發(fā)展,不符合專項需求的有氧或無氧能力,即使達到高水平也不可能給運動員帶來與之相對應的專項成績,如800 m跑運動員即使具備了馬拉松運動員的高水平有氧能力也不可能取得優(yōu)異的專項成績。由此可見,專項耐力水平提高的關鍵首先在于使運動員形成符合專項需求的不同能量比例,其次,才是在該比例框架下有氧和無氧能力的提高與發(fā)展。

表4 以專項運動時間為依據(jù)的耐力分類一覽表

表5 田徑800 m跑不同能量供應比例的演變一覽表

當然,這種專項的能量代謝特征實際上只是為各個不同項目的耐力訓練建立了一個框架式目標,教練員和運動員可以據(jù)此設計相應的耐力發(fā)展計劃,并且,該計劃應該是長期、宏觀和階段性的。在訓練中,不能機械地完全依照和執(zhí)行這一代謝特征,更不能將其作為指導耐力訓練的惟一依據(jù)。同時,還必須將專項的代謝特點與有氧和無氧能力的形成過程區(qū)分開來。有氧或無氧能力可以通過多種方式和渠道形成,一方面,有氧能力的提高可以在整體上補充和支持無氧乳酸的代謝,進而達到提高無氧耐力的目的;另一方面,有氧能力也可以通過無氧閾強度的訓練得到提高。

當前,我國在有氧和無氧訓練比例的安排上仍然存在許多問題,其中最突出的是忽視了專項的能量代謝特點,過于強調無氧乳酸耐力的訓練[1],認為我國運動員的專項耐力水平不高和后程降速過大等問題的根源在于“乳酸耐受能力”的不足,因而在耐力性項目的訓練中加大了無氧乳酸耐力負荷的比例,甚至在一些以有氧能力為主要特征的長距離耐力項目的訓練和研究中提出以“速度”和“速度耐力”為中心的耐力訓練指導思想。

3 有氧與無氧能力的橫向動態(tài)結構關系

如前所述,有氧與無氧供能比例是構成專項耐力的主要因素,該比例往往也被作為專項耐力訓練的依據(jù)。但是,在訓練實踐中僅了解和認識有氧和無氧在專項運動過程中的總體比例還并不能完全滿足訓練的需要,這種比例只能給出有氧和無氧在項目中的宏觀和靜態(tài)的狀態(tài),而人體的有氧和無氧能力卻呈現(xiàn)出一種動態(tài)的相互制約關系。

圖1是賽艇專項模擬比賽過程中不同階段的有氧和無氧供能比例以及不同生化指標的變化[4],在6 min的專項比賽過程中,運動員在加速、轉換、途中和沖刺階段的有氧和無氧供能比例在不斷發(fā)生著變化。船艇起航加速時需要由靜止快速進入高速劃行,ATP-CP的供能不能滿足運動的需求,而有氧供能還未充分動員起來,所以,此時無氧供能比例快速攀升,在起航后約40 s時血乳酸生成率達到全程的40%,到90 s左右達到全程的70%～80%,成為整個專項比賽過程中最大的無氧供能部分。隨著運動員進入途中劃,有氧供能的比例出現(xiàn)明顯增加,并逐漸占據(jù)能量供應的主體。由此可見,在賽艇專項比賽的過程中,有氧和無氧供能是一種動態(tài)變化的關系,在全程各個不同階段,有氧和無氧供能的比例隨著肌肉運動強度的變化而變化。

圖1 賽艇專項模擬比賽過程中不同階段的供能比例示意圖

有氧與無氧供能在專項過程中的動態(tài)變化關系不僅進一步給出了專項的運動特征,而且對運動訓練實踐具有重要的指導作用。首先,在總體上顛覆了認為賽艇是一個以速度耐力為主,無氧能力或稱之為“乳酸耐受能力”是決定賽艇專項成績主要因素的傳統(tǒng)認識。從中我們認識到,無氧供能的最大比例發(fā)生在起航后的加速階段,而有氧供能在全程的各個階段,特別是在占全程主體的轉換和途中劃階段,顯示出主導的作用。其次,使教練員和運動員清晰地了解到不同階段的主體供能方式以及兩種供能方式之間的關系,更加深刻地認識運動員的專項運動水平,尤其是后程的耐力水平,主要取決于有氧能力的優(yōu)劣,而其無氧能力水平主要體現(xiàn)在前程(加速段)的成績。第三,在訓練上為訓練方法的運用提供了依據(jù),教練員和運動員可以根據(jù)有氧和無氧在專項運動過程中不同段落的動態(tài)變化設計不同的訓練方法,使訓練更具針對性。例如,如果要提高運動員的糖酵解乳酸的動員能力,賽艇運動員就應該以90 s之內(nèi)不同距離的高強度劃作為訓練的主要手段,如果在此基礎上進一步發(fā)展運動員最大乳酸穩(wěn)定狀態(tài)的持續(xù)能力,則應該適當延長訓練的距離。

在耐力訓練中過于強調“平均比賽強度”是我國耐力項目訓練長期存在的一個主要問題。單純從專項比賽成績的角度出發(fā),機械地認為“比什么,練什么”,將訓練的“結果(比賽)”與“過程(訓練)”混為一談,是造成這種錯誤的主要原因。

平均比賽強度一般是指運動員在某一專項比賽中竭盡全力的“強度”,該強度隨著比賽距離或時間的不同而變化。比賽強度具有3個與訓練強度不同的特點:其一,比賽強度基本反映了一個運動員的整體運動能力,它是在運動員的身心經(jīng)過充分準備后才可以達到的運動水平。同時,比賽強度出現(xiàn)的頻率很少,它的出現(xiàn)與運動員的參賽數(shù)量密切相關。其二,比賽強度是一個動態(tài)變化的過程,具有極強的項目特點,如賽艇可以根據(jù)強度的變化分為加速、途中和沖刺等不同階段,而另外一些非周期性項目,如網(wǎng)球、足球和籃球等,運動強度的變化更為復雜,一個平均強度不可能客觀和全面地反映專項強度過程,如果將其作為訓練的主要依據(jù)則很可能恰恰違背了專項強度的特點,使訓練走向反面。其三,比賽強度帶有鮮明的個體特點,不同運動員在速度和耐力、在有氧和無氧耐力等方面具有不同的特點,有些運動員的比賽前程優(yōu)于后程,而有些運動員喜歡后程發(fā)力制勝,這些特點導致了比賽不同階段的差異,同樣的平均強度結果可以有不同的專項運動過程。由此可見,比賽強度實際上是一個各種能力交融、受多因素影響、并且是短暫實現(xiàn)的“競技狀態(tài)”。

比賽強度集中反映了運動項目的特征,是運動訓練追求的目標,但絕不是運動訓練的全部內(nèi)容。人體運動時3個供能系統(tǒng)同時工作,只是根據(jù)項目的不同而出現(xiàn)不同的比例,因而,在訓練中絕不能將該強度作為訓練的惟一標準,而應該根據(jù)專項的需求(有氧和無氧的比例)、訓練的階段(準備期、比賽期和恢復期)和運動員的個體情況(速度和耐力、有氧和無氧),分別運用不同的強度發(fā)展不同的耐力子能力,最終形成比賽所需要的耐力。同時,還必須認識到,訓練強度在縱向上可以分為多個不同的強度級別,如果以心率為標準的話,可以形成從安靜心率到最大心率的強度范圍,有氧和無氧只是該范圍內(nèi)大的強度區(qū)間,在這些區(qū)間內(nèi)仍然存在不同的強度點(圖2)。因此,在訓練中不僅要注意各強度區(qū)間的訓練,而且,也要重視每個強度區(qū)間內(nèi)不同強度點的訓練,在訓練結構上既突出有氧和無氧等不同強度分級“質”的結點,又注意各強度級別內(nèi)“量”的分布。如果將提高專項比賽成績作為訓練目標的話,達到這一目的的過程應該涵蓋整個的訓練強度范圍。當然,可以在這個范圍內(nèi)根據(jù)項目特點和運動員的個體條件有所側重,但絕不能只以或主要以專項比賽的平均強度作為安排訓練負荷的參照物。

圖2 不同訓練強度分級示意圖

另外,在耐力訓練中,不能簡單地將竭盡全力的比賽平均強度與無氧強度劃等號,更不能在訓練中將無氧訓練的份額集中在該強度上。其原因在于,比賽的平均強度并不是發(fā)展運動員無氧能力的惟一強度。提高運動員無氧能力的訓練手段可能高于該強度,也可能低于該強度,甚至通過更低強度的有氧訓練也可以通過推遲或延緩乳酸的堆積提高運動員無氧能力在專項運動過程中的實際應用水平。以賽艇為例,總體上,賽艇是一個以有氧供能為主的中距離耐力項目,它的能量代謝特點為有氧約83%、無氧乳酸約13%和ATP-CP約4%(圖3)。在其訓練上,一方面,要在整體負荷上把握有氧和無氧訓練的比例,大多數(shù)的訓練應該以發(fā)展有氧能力為主;另一方面,不能機械地只以比賽平均速度或有氧、無氧強度點為訓練負荷的依據(jù),而應該運用多種訓練方法以及不同的船速、槳頻和乳酸值分級進行訓練[3]。

圖3 6 min賽艇比賽能量供應比例示意圖

4 有氧與無氧能力的縱向動態(tài)變化關系

有氧與無氧能力的關系不僅表現(xiàn)在橫向的耐力組合方面,如在專項比賽過程中各不同賽段有氧和無氧供能比例的變化,而且,還表現(xiàn)在縱向的周期訓練方面,如在準備期與比賽期有氧與無氧能力的發(fā)展。從運動訓練的生理適應角度分析,運動員有氧和無氧能力的彼此關系與不同類型肌纖維對訓練負荷產(chǎn)生的不同適應有關。研究已經(jīng)證明,有氧或無氧訓練對肌肉的影響并不是單一的。一方面,可能會出現(xiàn)彼此相互支撐的情況,如有氧能力的提高會推遲無氧糖酵解供能開始的時間,高于有氧的強度(如無氧閾值強度)也可以有助于有氧能力的提高。但是,另一方面,它們還會出現(xiàn)相互制約的關系,有氧或無氧的訓練可以導致整個肌肉系統(tǒng)的特性向有氧或無氧能力的方向發(fā)展,一種能力提高的同時會削弱或制約另外一種能力的水平和發(fā)展。根據(jù)Henriksson等人的研究[5],在3周有氧耐力刺激下,兔脛骨前肌的有氧氧化酶的活性得到明顯提高,而與無氧能力密切相關的糖酵解酶出現(xiàn)下降。Staron等人的研究也表明[10],經(jīng)過7周運用大阻力負荷發(fā)展肌肉橫段面的力量訓練,快肌纖維中的II-b型纖維出現(xiàn)大幅度減少,在13～20周后,II-b型肌纖維幾乎完全消失,取而代之的是II-a和II-c肌纖維。在經(jīng)過幾周的休息之后,又通過快速力量的訓練使II-b型肌纖維重新得到恢復。有氧與無氧的這種動態(tài)變化關系也表現(xiàn)在運動員的訓練過程中。圖4是游泳運動員的血乳酸和心率曲線變化[2],該運動員在一段時間的有氧訓練之后形成的血乳酸和心率曲線在3周的減量并增加強度的訓練后出現(xiàn)了顯著變化,血乳酸和心率曲線均出現(xiàn)明顯的左移。這表明,賽前的無氧訓練提高了運動員的無氧能力,但有氧能力卻同時出現(xiàn)下降。

圖4 游泳運動員有氧和無氧訓練后血乳酸和心率的變化示意圖

上述研究成果表明,有氧和無氧能力的動態(tài)變化關系還影響到運動員長期縱向的訓練。長期以來,我們通常在訓練的準備期以大量的有氧訓練為主,在進入比賽期之后開始提高訓練的強度,無氧訓練成為主要的訓練內(nèi)容。在這種訓練思想的指導下,我們只注重了形式上的“周期”,而忽略了機體對不同訓練負荷所產(chǎn)生的專門“適應”。在準備期,大量的低強度訓練發(fā)展了有氧能力,但無氧能力卻由于缺乏有針對性的訓練而大量丟失,有氧和無氧訓練的失衡不可能形成符合專項需求的專項耐力,也不可能為即將來臨的比賽做好體能的準備。在競賽期,由于訓練量與訓練強度角色的大幅度換位,低比例的有氧訓練導致在準備期已經(jīng)獲得的有氧能力得不到持續(xù)的保持和發(fā)展,高比例的無氧訓練反過來對有氧能力又造成負面的影響,運動員的有氧能力因此而出現(xiàn)大幅度下降。同時,又由于準備期缺乏無氧的訓練,機體對突然到來的大強度訓練沒有做好充分的準備,加之缺乏有氧能力的支持,所以,無氧訓練也不可能達到預期的效果。

圖5是一名我國優(yōu)秀女子賽艇運動員備戰(zhàn)第29屆奧運會前半年的3次三級遞增負荷測試結果。該測試顯示,從2007年12月～2008年3月,該運動員的有氧能力出現(xiàn)大幅度增長,乳酸4 mmol/L所對應的功率(Wp4)由220 w增長到254 w(增長15.45%),但在8周后的世界杯比賽中,其專項成績出現(xiàn)較大幅度的下降,尤其是比賽的后程船速明顯下降,在隨后進行的第3次測試中血乳酸曲線出現(xiàn)左移,Wp4下降到234 w(下降7.87%)。對這3個階段的訓練負荷進行了分析,有氧和無氧訓練比例的變化是導致運動員有氧能力下降的主要原因。該運動員從3月份第一次比賽結束后,為了準備世界杯的比賽加大了無氧訓練的比例,特別是增大了負重力量耐力訓練的比例,由上一階段的快速力量訓練(占訓練負荷的3.66%)變?yōu)榱α磕土Φ挠柧?占訓練負荷的5.49%),同時還增加了大阻力測功儀的訓練,這些訓練在能量代謝上基本都屬于無氧糖酵解乳酸供能。

圖5 我國優(yōu)秀女子賽艇運動員測功儀3級遞增負荷測試結果示意圖

另外,還發(fā)現(xiàn)訓練中的一些“特異性負荷”對運動員機體的恢復和有氧與無氧的平衡關系具有重大影響。一次超大負荷的訓練可以導致深度的疲勞,一次突高強度的訓練也很可能影響到有氧能力的水平。由此可見,個別的超常規(guī)特異性負荷很可能對訓練結果產(chǎn)生影響,一段時間內(nèi)在總體上看似合理的負荷結構很可能會出現(xiàn)不同的訓練效果。在控制訓練負荷時,不僅要注意專項負荷結構的整體走勢,而且,還必須重視少數(shù)特異性負荷對機體的影響。

5 結語

訓練理論重新回歸其生物學和教育學屬性,從人體運動的基礎層面研究和討論運動訓練問題,是當代競技運動訓練理論發(fā)展的重要趨勢。因此,對于我國長期存在的專項耐力薄弱的問題,必須從其源頭——有氧與無氧訓練的機制及其相互關系上入手進行分析和研究,這樣,才能透過現(xiàn)象看本質,從根本上改進我們的訓練。

耐力訓練是一個受多因素影響的復雜問題,至今還有許多與之密切關聯(lián)的基礎問題尚未有科學的結論,許多已有的研究也局限在動物實驗的水平。因此,我們應該加強對耐力訓練的研究工作,從多個角度和層面探討和研究耐力訓練的問題。

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The Dynamic Relationship of Aerobic and Anaerobic Endurance and Revelation on Current Endurance Training in China

CHEN Xiao-ping

Aerobic and anaerobic training are important aspects in events of endurance,as well as an extended well-known and extremely controversial problem in the field of sports training all around the world.Specific endurance has a different demand for the ability of aerobic and anaerobic,the proportion between them is an important basis in the formation of specific endurance.Meanwhile,aerobic and anaerobic capacity also present a dynamic variation relationship of mutual supported and limitation in horizontal and vertical,the relationship has a very important guidance effects on endurance training,especially for specific endurance training.

endurance;aerobic;anaerobic;training

G808.12 文獻標識碼:A

1000-677X(2010)04-0063-06

2010-03-10;

2010-03-26

陳小平(1956-),男,山東人,教授,博士,博士研究生導師,主要研究方向為運動訓練,Tel:(010)62795363,E-mail:xpzhq@mail.tsinghua.edu.cn。

清華大學體育教研部,北京100084 Department of Physical Education,Tsinghua University, Beijing 100084,China.