有氧与无氧耐力的动态关系及其对当前我国耐力训练的启示

陈小平

有氧与无氧耐力的动态关系及其对当前我国耐力训练的启示

陈小平

有氧和无氧耐力是耐力项目训练的重点,也是当前运动训练界在世界范围内被广泛关注并极具争议的问题。专项耐力对有氧和无氧能力具有不同的需求,它们二者之间的比例是专项耐力形成的重要依据。同时,有氧和无氧能力在横向和纵向还呈现出相互支撑和制约的动态变化关系,该关系对耐力训练,尤其是专项耐力的训练具有重要的指导作用。

耐力;有氧;无氧;训练

在我国耐力性项目整体落后的大背景下,一部分中距离项目与世界高水平的差距最为明显。以田径径赛为例,我国最落后的项目主要集中在800～3 000 m的中跑,这些项目不仅还不具备与世界水平的竞争能力,而且在亚洲仍处于二流水平。近年来,我国在皮划艇、场地自行车和速度滑冰等项目上的突破也基本集中在短距离的项目上,在2～10 min的项目上仍然处于较低水平。这表明我国在以有氧和无氧混合供能为主要代谢特点的耐力项目训练上存在较大的问题。

有氧和无氧耐力一直是耐力项目训练的重点,也是当前运动训练界在世界范围内被广泛关注和极具争议的问题。回顾我国近年来在耐力训练方面的理论研究以及相关项目备战第29届奥运会的训练,笔者认为,在训练中缺乏对专项运动代谢特征的准确了解,缺乏对有氧和无氧耐力关系的深入认识,缺乏对近年来有氧和无氧耐力训练方法和手段发展的把握,在宏观训练理念和具体训练方法上出现了偏差和错误,是造成我国耐力项目运动水平停滞不前甚至滑坡的主要原因之一。为此,本文准备从耐力训练的理论和实践两个层面,针对目前我国训练领域存在的问题,对有氧和无氧能力的训练进行分析和讨论。

1 有氧与无氧能力释义及其生物学背景

竞技运动的耐力可以从不同的角度分为多种类型,有氧和无氧耐力分类的基础是机体运动时能量代谢的机制。从运动生理和生化的角度来看,人体肌肉运动的能量供应来自于3个途径:磷酸原(ATP和CP)供能、糖酵解供能和有氧代谢供能。磷酸原与糖酵解供能都不需要氧的参与,但前者不产生乳酸,后者产生乳酸,所以,磷酸原供能又被称为无氧无乳酸供能,糖酵解供能被称为无氧乳酸供能。由此可见,无氧耐力是指机体利用体内磷酸原和糖原的无氧分解产生的能量供应肌肉收缩的能力。由于磷酸原供能的时间很短,所以在训练实践中的无氧耐力通常是指糖原的无氧乳酸供能。有氧耐力是指体内的能量物质(如碳水化合物和脂肪酸等)在氧的作用下分解产生的能量供应肌肉收缩的能力。

人体运动时的3个能量供应系统具有各自不同的特点。由表1可以看出[11],一般来说,无氧供能的速度快、单位时间供能多但维持时间短;而有氧供能具有速度慢、单位时间供能少但维持时间长的特点。

有氧和无氧能力的训练对机体耐力水平的影响可以追寻到人体快肌和慢肌纤维对不同训练负荷的适应机制。研究已经证明[9],不同类型运动项目运动员快、慢肌的比例和横断面积存在显著性的差异,耐力类项目运动员的慢肌明显高于速度和力量类项目运动员,速度和力量类项目运动员的快肌均大于耐力项目运动员,而耐力类项目运动员的慢肌则超过了肌肉相对强壮的速度类项目运动员(表2)。这种快、慢肌纤维比例的差异一方面来自于先天的遗传,另一方面,则取决于后天的训练。不同专项的运动员正是通过这种长期的训练有选择性地优先发展那些与专项密切相关的肌纤维,并且有针对性地使肌纤维的功能向有利于提高专项成绩的方向转变。

表1 不同能量代谢方式的特点一览表

表2 不同运动项目运动员快、慢肌纤维的面积和比例一览表

同样,有氧和无氧的训练也会导致其他一些与耐力密切相关物质的变化。例如,长距离耐力运动员的有氧酶在数量和活性上明显高于中、短距离运动员;而在无氧糖酵解酶的含量和活性上,中、短距离运动员则高于长距离运动员[8]。

2 专项代谢过程中的有氧与无氧能力

长期以来,有氧和无氧耐力在训练中的负荷比例主要取决于专项运动的代谢特征。表3是田径耐力项目的分类,这种分类的依据主要是在不同运动距离(时间)肌肉运动的不同能量供应。能量供应方式(途径)的选择取决于运动的强度和持续时间,肌肉在不同时间内的满负荷运动决定了能量供应的主渠道。

不同专项比赛的强度(时间)和条件是决定有氧和无氧供能比例的主要依据。但是,至今为止在该问题上仍然存在争议(表4)[6,7]。以田径800 m跑能量供应的变化为例,自20世纪90年代开始,人们将无氧无乳酸(ATP-CP)供能从无氧供能中分离出来,明确了ATP-CP系统同样参与肌肉持续性工作的能量代谢活动,减少了糖原无氧酵解供能的比例,有氧供能成为该项目供能比例最高的部分(表5)。

表3 田径耐力项目分类一览表

ATP-CP系统与无氧乳酸系统的分离对中距离耐力项目的训练具有重要意义。在训练中,一部分原来属于发展无氧乳酸能力的负荷转变为提高ATP-CP系统的训练,明确界定了速度与速度耐力训练的区别,使训练更加符合800 m跑的专项特点,为科学地控制耐力训练负荷提供了依据。

将机体所拥有的能量充分地运用于专项运动是所有以时间为尺度的项目(如田径的径赛项目和游泳)的共同要求,形成符合专项特点的有氧和无氧耐力比例关系,是各个耐力项目运动员充分利用自身能量潜能,达到个体最佳专项成绩的重要基本条件。因此,在耐力的训练中,不能脱离开专项来谈有氧或无氧的发展,不符合专项需求的有氧或无氧能力,即使达到高水平也不可能给运动员带来与之相对应的专项成绩,如800 m跑运动员即使具备了马拉松运动员的高水平有氧能力也不可能取得优异的专项成绩。由此可见,专项耐力水平提高的关键首先在于使运动员形成符合专项需求的不同能量比例,其次,才是在该比例框架下有氧和无氧能力的提高与发展。

表4 以专项运动时间为依据的耐力分类一览表

表5 田径800 m跑不同能量供应比例的演变一览表

当然,这种专项的能量代谢特征实际上只是为各个不同项目的耐力训练建立了一个框架式目标,教练员和运动员可以据此设计相应的耐力发展计划,并且,该计划应该是长期、宏观和阶段性的。在训练中,不能机械地完全依照和执行这一代谢特征,更不能将其作为指导耐力训练的惟一依据。同时,还必须将专项的代谢特点与有氧和无氧能力的形成过程区分开来。有氧或无氧能力可以通过多种方式和渠道形成,一方面,有氧能力的提高可以在整体上补充和支持无氧乳酸的代谢,进而达到提高无氧耐力的目的;另一方面,有氧能力也可以通过无氧阈强度的训练得到提高。

当前,我国在有氧和无氧训练比例的安排上仍然存在许多问题,其中最突出的是忽视了专项的能量代谢特点,过于强调无氧乳酸耐力的训练[1],认为我国运动员的专项耐力水平不高和后程降速过大等问题的根源在于“乳酸耐受能力”的不足,因而在耐力性项目的训练中加大了无氧乳酸耐力负荷的比例,甚至在一些以有氧能力为主要特征的长距离耐力项目的训练和研究中提出以“速度”和“速度耐力”为中心的耐力训练指导思想。

3 有氧与无氧能力的横向动态结构关系

如前所述,有氧与无氧供能比例是构成专项耐力的主要因素,该比例往往也被作为专项耐力训练的依据。但是,在训练实践中仅了解和认识有氧和无氧在专项运动过程中的总体比例还并不能完全满足训练的需要,这种比例只能给出有氧和无氧在项目中的宏观和静态的状态,而人体的有氧和无氧能力却呈现出一种动态的相互制约关系。

图1是赛艇专项模拟比赛过程中不同阶段的有氧和无氧供能比例以及不同生化指标的变化[4],在6 min的专项比赛过程中,运动员在加速、转换、途中和冲刺阶段的有氧和无氧供能比例在不断发生着变化。船艇起航加速时需要由静止快速进入高速划行,ATP-CP的供能不能满足运动的需求,而有氧供能还未充分动员起来,所以,此时无氧供能比例快速攀升,在起航后约40 s时血乳酸生成率达到全程的40%,到90 s左右达到全程的70%～80%,成为整个专项比赛过程中最大的无氧供能部分。随着运动员进入途中划,有氧供能的比例出现明显增加,并逐渐占据能量供应的主体。由此可见,在赛艇专项比赛的过程中,有氧和无氧供能是一种动态变化的关系,在全程各个不同阶段,有氧和无氧供能的比例随着肌肉运动强度的变化而变化。

图1 赛艇专项模拟比赛过程中不同阶段的供能比例示意图

有氧与无氧供能在专项过程中的动态变化关系不仅进一步给出了专项的运动特征,而且对运动训练实践具有重要的指导作用。首先,在总体上颠覆了认为赛艇是一个以速度耐力为主,无氧能力或称之为“乳酸耐受能力”是决定赛艇专项成绩主要因素的传统认识。从中我们认识到,无氧供能的最大比例发生在起航后的加速阶段,而有氧供能在全程的各个阶段,特别是在占全程主体的转换和途中划阶段,显示出主导的作用。其次,使教练员和运动员清晰地了解到不同阶段的主体供能方式以及两种供能方式之间的关系,更加深刻地认识运动员的专项运动水平,尤其是后程的耐力水平,主要取决于有氧能力的优劣,而其无氧能力水平主要体现在前程(加速段)的成绩。第三,在训练上为训练方法的运用提供了依据,教练员和运动员可以根据有氧和无氧在专项运动过程中不同段落的动态变化设计不同的训练方法,使训练更具针对性。例如,如果要提高运动员的糖酵解乳酸的动员能力,赛艇运动员就应该以90 s之内不同距离的高强度划作为训练的主要手段,如果在此基础上进一步发展运动员最大乳酸稳定状态的持续能力,则应该适当延长训练的距离。

在耐力训练中过于强调“平均比赛强度”是我国耐力项目训练长期存在的一个主要问题。单纯从专项比赛成绩的角度出发,机械地认为“比什么,练什么”,将训练的“结果(比赛)”与“过程(训练)”混为一谈,是造成这种错误的主要原因。

平均比赛强度一般是指运动员在某一专项比赛中竭尽全力的“强度”,该强度随着比赛距离或时间的不同而变化。比赛强度具有3个与训练强度不同的特点:其一,比赛强度基本反映了一个运动员的整体运动能力,它是在运动员的身心经过充分准备后才可以达到的运动水平。同时,比赛强度出现的频率很少,它的出现与运动员的参赛数量密切相关。其二,比赛强度是一个动态变化的过程,具有极强的项目特点,如赛艇可以根据强度的变化分为加速、途中和冲刺等不同阶段,而另外一些非周期性项目,如网球、足球和篮球等,运动强度的变化更为复杂,一个平均强度不可能客观和全面地反映专项强度过程,如果将其作为训练的主要依据则很可能恰恰违背了专项强度的特点,使训练走向反面。其三,比赛强度带有鲜明的个体特点,不同运动员在速度和耐力、在有氧和无氧耐力等方面具有不同的特点,有些运动员的比赛前程优于后程,而有些运动员喜欢后程发力制胜,这些特点导致了比赛不同阶段的差异,同样的平均强度结果可以有不同的专项运动过程。由此可见,比赛强度实际上是一个各种能力交融、受多因素影响、并且是短暂实现的“竞技状态”。

比赛强度集中反映了运动项目的特征,是运动训练追求的目标,但绝不是运动训练的全部内容。人体运动时3个供能系统同时工作,只是根据项目的不同而出现不同的比例,因而,在训练中绝不能将该强度作为训练的惟一标准,而应该根据专项的需求(有氧和无氧的比例)、训练的阶段(准备期、比赛期和恢复期)和运动员的个体情况(速度和耐力、有氧和无氧),分别运用不同的强度发展不同的耐力子能力,最终形成比赛所需要的耐力。同时,还必须认识到,训练强度在纵向上可以分为多个不同的强度级别,如果以心率为标准的话,可以形成从安静心率到最大心率的强度范围,有氧和无氧只是该范围内大的强度区间,在这些区间内仍然存在不同的强度点(图2)。因此,在训练中不仅要注意各强度区间的训练,而且,也要重视每个强度区间内不同强度点的训练,在训练结构上既突出有氧和无氧等不同强度分级“质”的结点,又注意各强度级别内“量”的分布。如果将提高专项比赛成绩作为训练目标的话,达到这一目的的过程应该涵盖整个的训练强度范围。当然,可以在这个范围内根据项目特点和运动员的个体条件有所侧重,但绝不能只以或主要以专项比赛的平均强度作为安排训练负荷的参照物。

图2 不同训练强度分级示意图

另外,在耐力训练中,不能简单地将竭尽全力的比赛平均强度与无氧强度划等号,更不能在训练中将无氧训练的份额集中在该强度上。其原因在于,比赛的平均强度并不是发展运动员无氧能力的惟一强度。提高运动员无氧能力的训练手段可能高于该强度,也可能低于该强度,甚至通过更低强度的有氧训练也可以通过推迟或延缓乳酸的堆积提高运动员无氧能力在专项运动过程中的实际应用水平。以赛艇为例,总体上,赛艇是一个以有氧供能为主的中距离耐力项目,它的能量代谢特点为有氧约83%、无氧乳酸约13%和ATP-CP约4%(图3)。在其训练上,一方面,要在整体负荷上把握有氧和无氧训练的比例,大多数的训练应该以发展有氧能力为主;另一方面,不能机械地只以比赛平均速度或有氧、无氧强度点为训练负荷的依据,而应该运用多种训练方法以及不同的船速、桨频和乳酸值分级进行训练[3]。

图3 6 min赛艇比赛能量供应比例示意图

4 有氧与无氧能力的纵向动态变化关系

有氧与无氧能力的关系不仅表现在横向的耐力组合方面,如在专项比赛过程中各不同赛段有氧和无氧供能比例的变化,而且,还表现在纵向的周期训练方面,如在准备期与比赛期有氧与无氧能力的发展。从运动训练的生理适应角度分析,运动员有氧和无氧能力的彼此关系与不同类型肌纤维对训练负荷产生的不同适应有关。研究已经证明,有氧或无氧训练对肌肉的影响并不是单一的。一方面,可能会出现彼此相互支撑的情况,如有氧能力的提高会推迟无氧糖酵解供能开始的时间,高于有氧的强度(如无氧阈值强度)也可以有助于有氧能力的提高。但是,另一方面,它们还会出现相互制约的关系,有氧或无氧的训练可以导致整个肌肉系统的特性向有氧或无氧能力的方向发展,一种能力提高的同时会削弱或制约另外一种能力的水平和发展。根据Henriksson等人的研究[5],在3周有氧耐力刺激下,兔胫骨前肌的有氧氧化酶的活性得到明显提高,而与无氧能力密切相关的糖酵解酶出现下降。Staron等人的研究也表明[10],经过7周运用大阻力负荷发展肌肉横段面的力量训练,快肌纤维中的II-b型纤维出现大幅度减少,在13～20周后,II-b型肌纤维几乎完全消失,取而代之的是II-a和II-c肌纤维。在经过几周的休息之后,又通过快速力量的训练使II-b型肌纤维重新得到恢复。有氧与无氧的这种动态变化关系也表现在运动员的训练过程中。图4是游泳运动员的血乳酸和心率曲线变化[2],该运动员在一段时间的有氧训练之后形成的血乳酸和心率曲线在3周的减量并增加强度的训练后出现了显著变化,血乳酸和心率曲线均出现明显的左移。这表明,赛前的无氧训练提高了运动员的无氧能力,但有氧能力却同时出现下降。

图4 游泳运动员有氧和无氧训练后血乳酸和心率的变化示意图

上述研究成果表明,有氧和无氧能力的动态变化关系还影响到运动员长期纵向的训练。长期以来,我们通常在训练的准备期以大量的有氧训练为主,在进入比赛期之后开始提高训练的强度,无氧训练成为主要的训练内容。在这种训练思想的指导下,我们只注重了形式上的“周期”,而忽略了机体对不同训练负荷所产生的专门“适应”。在准备期,大量的低强度训练发展了有氧能力,但无氧能力却由于缺乏有针对性的训练而大量丢失,有氧和无氧训练的失衡不可能形成符合专项需求的专项耐力,也不可能为即将来临的比赛做好体能的准备。在竞赛期,由于训练量与训练强度角色的大幅度换位,低比例的有氧训练导致在准备期已经获得的有氧能力得不到持续的保持和发展,高比例的无氧训练反过来对有氧能力又造成负面的影响,运动员的有氧能力因此而出现大幅度下降。同时,又由于准备期缺乏无氧的训练,机体对突然到来的大强度训练没有做好充分的准备,加之缺乏有氧能力的支持,所以,无氧训练也不可能达到预期的效果。

图5是一名我国优秀女子赛艇运动员备战第29届奥运会前半年的3次三级递增负荷测试结果。该测试显示,从2007年12月～2008年3月,该运动员的有氧能力出现大幅度增长,乳酸4 mmol/L所对应的功率(Wp4)由220 w增长到254 w(增长15.45%),但在8周后的世界杯比赛中,其专项成绩出现较大幅度的下降,尤其是比赛的后程船速明显下降,在随后进行的第3次测试中血乳酸曲线出现左移,Wp4下降到234 w(下降7.87%)。对这3个阶段的训练负荷进行了分析,有氧和无氧训练比例的变化是导致运动员有氧能力下降的主要原因。该运动员从3月份第一次比赛结束后,为了准备世界杯的比赛加大了无氧训练的比例,特别是增大了负重力量耐力训练的比例,由上一阶段的快速力量训练(占训练负荷的3.66%)变为力量耐力的训练(占训练负荷的5.49%),同时还增加了大阻力测功仪的训练,这些训练在能量代谢上基本都属于无氧糖酵解乳酸供能。

图5 我国优秀女子赛艇运动员测功仪3级递增负荷测试结果示意图

另外,还发现训练中的一些“特异性负荷”对运动员机体的恢复和有氧与无氧的平衡关系具有重大影响。一次超大负荷的训练可以导致深度的疲劳,一次突高强度的训练也很可能影响到有氧能力的水平。由此可见,个别的超常规特异性负荷很可能对训练结果产生影响,一段时间内在总体上看似合理的负荷结构很可能会出现不同的训练效果。在控制训练负荷时,不仅要注意专项负荷结构的整体走势,而且,还必须重视少数特异性负荷对机体的影响。

5 结语

训练理论重新回归其生物学和教育学属性,从人体运动的基础层面研究和讨论运动训练问题,是当代竞技运动训练理论发展的重要趋势。因此,对于我国长期存在的专项耐力薄弱的问题,必须从其源头——有氧与无氧训练的机制及其相互关系上入手进行分析和研究,这样,才能透过现象看本质,从根本上改进我们的训练。

耐力训练是一个受多因素影响的复杂问题,至今还有许多与之密切关联的基础问题尚未有科学的结论,许多已有的研究也局限在动物实验的水平。因此,我们应该加强对耐力训练的研究工作,从多个角度和层面探讨和研究耐力训练的问题。

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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 文献标识码:A

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

2010-03-10;

2010-03-26

陈小平(1956-),男,山东人,教授,博士,博士研究生导师,主要研究方向为运动训练,Tel:(010)62795363,E-mail:xpzhq@mail.tsinghua.edu.cn。

清华大学体育教研部,北京100084 Department of Physical Education,Tsinghua University, Beijing 100084,China.