Raffy Dotan（加拿大），朱為模 審校

最近，Armstrong（2017年）在一篇非常受歡迎和引人關(guān)注的評論 “青少年有氧能力相關(guān)的10個問題”中，明確闡述了目前在兒童有氧健身方面存在的有待研究的一些突出問題[1]。本評論主要基于Arm strong在之前的評論中所提出和討論的觀點[2-3]，并從Armstrong在兒科運動研究方面的卓越記錄中獲得權(quán)威理論。本評論是為了突出由Armstrong提出的一些有爭議的問題，尤其是關(guān)于兒童有氧運動可訓練性方面，考慮曾忽略的現(xiàn)有文獻，提供新的解釋，所有這些都有可能激發(fā)這一領(lǐng)域的后續(xù)研究。

1 現(xiàn)有的pO2數(shù)據(jù)的有效性

兒童和成年人可訓練性差異問題以及Armstrong的十大問題清單中提出的至少兩個其他問題（“pO2是否是青少年有氧能力的最高指標？”“pO2是否會隨著時間的變化而變化？”）都被極少討論的最大攝氧量（O2max）數(shù)據(jù)的有效性問題所覆蓋。我們很有理由懷疑，許多報告的“最大”值實際上低估了真實的能力。例如，Payne和Morrow報道，通過分析28篇有關(guān)精力充足、不超重、沒有經(jīng)過訓練的兒童的訓練研究，平均初始（未經(jīng)過訓練的兒童）O2max值為46.2 mL/kg（跑步機和功率自行車；范圍未知）[4]。同樣，由 Baquet，Van Praagh 和 Berthoin （2003 年）分析的23篇訓練研究中有15篇，采用跑步機測試（8篇研究使用了腳踏肌力測功儀或場地測試），37個小組中O2max平均初始值為46.5 mL/kg/min（范圍為30.3～57.0 mL/kg/min）。如果忽略在超重兒童中獲得的兩個最低值（30.3 mL/kg/min和 30.7 mL/kg/min），平均只提高到47.4 mL/kg/min[5]（仔細查詢大多數(shù)O2max偏低的研究發(fā)現(xiàn)，最大心率遠低于相應(yīng)年齡預(yù)測值，舉例來說，在13歲男孩最大心率為196次/min時O2max為42mL/kg/min[6]。另一方面，在兩篇平均最高心率的研究中，報告的平均O2max為55.4mL/kg/min，大于 204 次 /min[7-8]。

（1）頻繁使用次級“閾值”指標（如呼吸交換率、相對最大心率和強烈努力的主觀體征）作為最終的O2max達標標準，往往會導(dǎo)致低估O2max。這個發(fā)現(xiàn)已經(jīng)被Armstrong自己的研究小組很好地證明了[9]。

（3）一部分調(diào)查人員普遍不情愿使用兒童作為實驗對象，尤其是促使年齡較小的受試者進行最大努力測試，這點在文獻中雖然沒有證據(jù)支持且較難證明，但非常值得考慮。

（4）電子化代謝測量系統(tǒng)的出現(xiàn)使很多研究人員對系統(tǒng)內(nèi)部工作方式毫不知情。值得表揚的是，Armstrong既提出了與呼吸系統(tǒng)相關(guān)的問題，也提到了以混合室為基礎(chǔ)的系統(tǒng)相關(guān)的問題[1]。代謝測量系統(tǒng)一般是由成年參與者構(gòu)建的。呼吸閥、氣管和混合室組合而成的“死腔”通常超過6～7 L，由于兒童的呼吸量較低，過大的混合呼氣將不能充分反映最大或O2max的瞬時特性。這種過濾式的效應(yīng)使峰值變平，使得O2max比實際達到的更低。不過遺憾的是，許多研究人員甚至是制造商都沒有意識到兒童與成年人混合室的差異的需求。

所以，上述這些原因，連同所提供的證據(jù)，使許多最高值低于50 mL/kg/min的報告值得高度懷疑，甚至有可能是完全錯誤的。因此，具有代表性的兒童O2max值偏小，應(yīng)該予以提高。更為重要的是，在O2max訓練能力方面，不應(yīng)考慮非最大的O2max值。

2 兒童有限的有氧能力可訓練性——是事實還是虛構(gòu)？

Payne和Morrow在對青春期前和青春期早期兒童的23篇訓練干預(yù)研究的元分析中發(fā)現(xiàn)，平均O2max提高僅為2.1 mL/kg/min或者約提高4.5%[4]。10年后，由Baquet等人所做的22篇研究結(jié)果評價發(fā)現(xiàn)了類似的均值特點 （一些研究被收錄在Payne和 Morrow 的早期分析中）[5]。 由 Pfeiffer，Lobelo，Ward和Pate所評價的25篇對14歲或年齡更小的兒童進行的干預(yù)研究中，在35個訓練小組中，O2max平均提高為8.6%（范圍為0%～29%）[15]。同樣，在對15篇研究進行的評價中，收錄了22個由青春期前（年齡小于11歲）的少年運動員組成的實驗組，Armstrong和Barker發(fā)現(xiàn)O2max平均僅提高了大約6.5%[16]。

比最佳的訓練強度要低可能是在兒童身上觀察到的訓練效應(yīng)較低的另一個理由。首先，應(yīng)該指出的是，在大多數(shù)的兒童訓練開展之前，持續(xù)的、次最大的、耐力型的訓練已經(jīng)是成人訓練研究的規(guī)范。因此，持續(xù)的訓練方案在激發(fā)提高O2max上可能并非最有效，這一合理主張對于兒童和成年人的訓練研究同樣適用。盡管如此，使用高強度訓練的兒童研究顯示出O2max的提高一般都低于9%[7,26-27]。

3 缺乏長期、縱向訓練研究

雖然標準的訓練研究（測試前—測試后設(shè)計）在技術(shù)本質(zhì)上是縱向研究，但它們并沒有為說明訓練響應(yīng)中發(fā)生變化的成熟階段提供多個參考點。到目前為止，只有一篇研究嘗試直接解決與成熟相關(guān)的有氧運動—可訓練性變化問題。McNarry，Macintosh和Stoedefalke對19位10歲的游泳選手（以及15名對照者）進行了為期2年的隨訪。雖然作者觀察到這段時間內(nèi)的O2max有適度的提高，但是與第一年相比，沒有看到第二年有更大的提高（也就是說訓練效果沒有明顯差別），也沒有發(fā)現(xiàn)任何與成熟變化的關(guān)系[28]。盡管McNarry等人進行的這項艱難的研究值得稱贊，但是Armstrong引用它作為懷疑兒童—成年人可訓練性不同的理由似乎并不合理[1]。兩個主要問題限制了根據(jù)該研究結(jié)果來確認或否定不同的可訓練性假設(shè)：首先，2年的隨訪期僅占青春期大約1/3的時間。只有在假設(shè)訓練能力上有變化，如果有的話，在早期就與成熟過程相平行，就像研究報告所涵蓋的那樣，才能保證這種方法的準確性，但并沒有證據(jù)支持這一點。另外，在為期2年的研究期快結(jié)束時，沒有一個參與者達到了生長突增階段。因此，在那個時期或接近那個時期發(fā)生更為突然的變化（“觸發(fā)器”現(xiàn)象？）的可能性是無法解釋的。第二，使用腳踏測功儀來評估游泳帶來的O2max變化。腳踏肌力測功儀適合對下肢有氧能力進行評估，并不足以具體和靈敏地評估游泳帶來的體能變化。不可否認，除了使用游泳水槽以外，專門對游泳的O2進行測試也是一個不小的挑戰(zhàn)，但是在測試中所報告的O2max變化的有效性非常值得懷疑。

4 沒有對兒童成年人的訓練進行直接比較

另一種研究兒童—成年人可訓練性差別的方法是直接進行兒童—成年人對比。考慮到所涉及的邏輯和方法上的挑戰(zhàn)，至今沒有任何研究進行直接對比并不奇怪。但是，在兒童—成年人可訓練性方面確定存在差別的觀念可以通過兩篇相隔30年發(fā)表的特別相似的研究予以證明。在最近的一項研究中，Hebisz，Zaton，Ochmann和 Mielnik對 26名國家級水平成人自行車運動員進行了訓練。進行混合間歇、短跑和耐力訓練的實驗組（N=13）開始時騎自行車的平均O2max為58 mL/kg/min，在經(jīng)過為期8周的訓練后，獲得了15%的提高[29]。另一方面，Rotstein等人對16名11歲的男孩進行了為期9周的訓練，使用了一種混合訓練計劃，與Hebisz等人使用的訓練方案的本質(zhì)和強度一致[7]。盡管這些男孩以前沒有經(jīng)過訓練，在訓練前的O2max（54 mL/kg/min）較低，并且使用跑步而不是騎自行車作為訓練和測試方式，但這些男孩的O2max提高僅為8%，大約是之前經(jīng)過訓練的自行車運動員的一半。如果這些男孩像成年自行車手一樣接受過訓練，那么他們的O2max提高無疑會比8%低得多。

因此，所評價的證據(jù)和上述的比較似乎在很大程度上贊同兒童—成年人在有氧運動—體能的可訓練性方面的差別。盡管如此，正如Armstrong所強調(diào)的那樣，我們對這種差別的大小以及可能成熟對其產(chǎn)生影響的因素知之甚少[1]。這些主題顯然應(yīng)該放在少年運動研究的議程上。

5 對兒童們聲稱的可訓練性較低的合理解釋

眾所周知，兒童尤其是男孩，在青春期其肌肉質(zhì)量會加速增加[30]。這種增長在一定程度上解釋了力量和絕對有氧運動能相應(yīng)的長期增長，但這并不同于可訓練性的變化。與成年人相比，兒童顯示出在最大收縮期能有意志力地使用的運動單元池明顯較低，也就是說，“激活能力不足”更高[31]。這一發(fā)現(xiàn)本身也不能解釋可訓練性中發(fā)育成熟的變化。但是，盡管通常認為心搏量和心臟輸出量是O2max的主要決定因素，但兒童的肌肉質(zhì)量相對較低，有意志的激活較低，使得在決定他們的O2max甚至可訓練性方面更應(yīng)強調(diào)功能肌肉的重量和質(zhì)量。

按照Henneman的“大小原則”[32]，未被使用的肌肉部分可能包括更大的、更高閾值的運動單元，而它們可以被認為是主要的或是完全的II型變量[33]。因此，兒童的激活不足更多意味著他們的II型運動單元中大部分被鎖進了他們的運動單元池中難以使用的部分。其他的研究堅定地認為，兒童的I型運動單元組成相對較高，而成熟的過程逐漸將其轉(zhuǎn)變?yōu)楦叩腎I型運動單元（較低的I型）比例[34]。因此，無論是兒童II型運動單元激活較少，還是II型運動單元的優(yōu)勢較低，或者兩者都有，底線是，與成熟相關(guān)的增加不僅是在于增加額外肌肉質(zhì)量的可利用性，而且在于功能單元池中的II型組成中。這種變化不僅僅是定量的，而且是定性的，它可以解釋觀察到的兒童有氧運動可訓練性較低的原因，下面將繼續(xù)展示。

兒童—成年人差別肌肉激活假設(shè)認為，功能運動單元池的這種差別質(zhì)量是造成在兒童—成年人身上所觀察到的許多功能和代謝差別的根本原因。支持這一觀點的證據(jù)在2012年曾被評價過[35]，最近更多的相關(guān)研究對其加以證實[36-37]。正如兒童中所體現(xiàn)的，對II型運動單元的了解有限，體現(xiàn)著對有氧運動可訓練性的幾點啟示。

首先，青春期后的青少年和成年人相比，青春期前和青春期早期的兒童在日常生活、運動和訓練中更多依賴于高氧化性、I型運動單元。這一發(fā)現(xiàn)得到了很多方面的支持，例如，兒童更多依賴于脂肪氧化[38]。可以認為，具有高氧化/有氧性本質(zhì)，并且主要長期使用的I型運動單元是訓練中使用最多的，并與II型運動單元相比擁有更高的“基線”有氧能力。就訓練來說，這意味著I型運動單元開始于高水平的“適能性”，而這反過來又會使他們相對不那么容易受到其他訓練導(dǎo)致的適能性提高的影響，并且可以解釋在兒童身上觀察到的O2max訓練提高較低的原因。

其次，雖然與I型運動單元相比較少，但是II型運動單元也具有氧化潛力，最明顯的是IIA型運動單元[39]。然而，由于在較高的運動強度下使用稍晚，因此不那么頻繁，II型運動單元也會習慣性地減少使用，并且在有氧訓練上也有所減少。因此，較高閾值的運動單元，特別是IIA型運動單元預(yù)計會比I型運動單元更有可能在經(jīng)過訓練以后有氧運動能力有所提高，這就可以解釋為什么成年人的O2max經(jīng)過訓練會提高得多的原因。

因此，只要通往II型運動單元的“通道”受到限制，如同在青春期前到青春期中期或青春期后期一樣，訓練所帶來O2max的提高也會相對有限。II型運動單元的“通道”隨著年齡成熟而提高，有氧運動訓練的潛在回報也會提高。

6 訓練質(zhì)量

正如Armstrong所指出的那樣，高強度訓練（通常是間歇訓練）在激發(fā)O2max提高方面更為有效，尤其是在兒童中[1]。另外，在各種研究中，強度較低的運動類型（通常是連續(xù)運動和比賽）被“譴責”應(yīng)對兒童的訓練沒有起到作用或者作用很小而負責[12,19]。另一方面，持續(xù)的、低強度的訓練似乎對成年人更有作用。盡管有其他好處，但對提高最大有氧運動能力來說，次最大的耐力訓練并不是最佳方式[40]，因為它沒有讓大量的可訓練的運動單元池投入，也沒有對心輸出量構(gòu)成足夠的挑戰(zhàn)。持續(xù)的耐力訓練反復(fù)激活和訓練較小的主要由I型運動單元組成的肌肉部分[33]，這部分肌肉已經(jīng)具有顯著的有氧能力，有望表現(xiàn)出更為有限的有氧運動能力的提高。另一方面，間歇式訓練通常具有較高的強度，不僅反復(fù)使用和訓練相同的I型運動單元，還包括高閾值的、不經(jīng)常被激活因此很少得到有氧訓練的II型運動單元。因此，與之前所說的次最大耐力訓練相比，間歇式訓練可以更有效地提高O2max[40]。

如果按照兒童—成年人差別肌肉激活假說，兒童確實可以最大限度地只使用比成年少的II型運動單元，那么他們就必須進行更高強度的訓練，以達到更可訓練的、更高的閾值運動單元，并獲得最佳的訓練效果。

7 其他可能的影響

在差別激活假說中植入的概念不僅為可訓練性差異提供了一種合理的解釋，并對兒童高強度訓練的特殊需求提供了支持，而且它還為Armstrong所提出的問題中的其他兒童O2獨特性提供了解釋。

Armstrong提出的10個問題中有4個問題被認為是肌肉O2動力學的反映[1]。兒童的肺部O2反應(yīng)較快只能部分地歸功于他們較小的尺寸和較短的傳輸時間。然而，宣稱兒童功能運動單元池的氧化I型運動單元更普遍的原因有一種更完整的解釋，因為I型運動單元對氧 （更多的肌紅蛋白）更有親合力，并且更適合加以利用（更多的線粒體和氧化酶）。這一發(fā)現(xiàn)得到了其他已經(jīng)經(jīng)過證實的相關(guān)機制的支持，比如兒童的磷酸肌酸和氧合動力學速度更快[41]。

10 未來的研究

正如以前所討論的，由于缺乏適當?shù)目v向訓練研究或結(jié)構(gòu)合理的對比研究，應(yīng)該對其進行重點嘗試。但是，一旦差別可訓練性被證實，這篇評論中所提出的解釋以及所提出的差別激活假說的有效性就可以得到實驗支持或反駁。驗證差別激活假說的困難，一部分是由于與兒童研究相關(guān)的倫理限制，但迄今為止主要還是因為缺乏明確的研究工具。進入運動單元激活的一個可能的 “窗口”是肌電圖閾值（EMGTh），它可以非侵襲性地被確定為在漸進式運動到力竭中肌電圖上升跡線的一個向上彎曲點。EMGTh在成年人中反復(fù)出現(xiàn)，被廣泛認為是II型運動單元加速激活的開始[42-43]。最近的兩篇研究將EMGTh的適用范圍擴大到了兒童—成年人對比，證明了按照該假說所預(yù)計的那樣，女性兒童和男性兒童的EMGTh分別發(fā)生在比成年男性和女性更高的運動強度上[36-37]。除了對兒童與成年人之間的肌肉差別激活的支持外，這些結(jié)論還為通過實驗測試兒童—成年人可訓練性差異與差別激活之間的聯(lián)系提供了基礎(chǔ)。

在一篇涉及青春期前和青春期后的兒童和成年人的訓練研究中，EMGTh在開始訓練前就已確定。在訓練后測試中，初始的相對EMGTh將通過訓練帶來的O2max提升進行關(guān)聯(lián)。相對EMGTh強度較高，可假定表示II型運動單元參與較晚并且因此較少，可能與較小的訓練反應(yīng)有關(guān)，反之亦然。因此，EMGTh-ΔO2max負相關(guān)性可以支持高閾值運動單元在促進有氧運動可訓練性方面所起的作用。但是，很明顯，在可訓練性和差別肌肉激活之間建立一種關(guān)系并不會排除其他起作用的因素，而且Armstrong在這次討論中也提到了其他一些因素[1]。

因此，肌肉差別激活的問題不僅是對于對兒童有氧訓練感興趣的人的挑戰(zhàn)，更為廣泛地說，也是對于那些努力去了解是什么使得兒童與成年人生理上有所不同的人將要研究的問題。

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