4周1 900m高原训练对男子短距离自行车运动员无氧代谢能力的影响

马国强，李之俊，梁效忠，倪大海

1Shanghai University of Sport，Shanghai 200438，China；2Shanghai Research Institute of Sports Science，Shanghai 200030，China；3Shanghai Technical Sports Institute，Shanghai 201100，China.

高原训练（Altitude training，AT）是将人体置于高原环境中，通过高原缺氧和运动的双重刺激来加深人体的应激反应，从而提高身体机能和运动能力的特殊训练方法。自20世纪60年代以来，高原对耐力运动表现的影响得到广泛证实，3周以上中等海拔高度（2 000～3 000m）的高原训练在铁储备充足的前提下可显著改善血液红细胞水平，提高最大摄氧量，从而增强运动员高原和平原下的有氧运动 能力［11，25］。

自行车场地短距离项目除了需要极强的力量和速度素质外，对运动员的体能储备、消除疲劳能力也有较高要求。研究指出，人体在高原环境下会出现蛋白质分解增加，力量水平下降的情况［12］；然而，在孙伊的研究中，短距离自行车运动员通过两个月的高原训练，爆发力、最大速度和速度耐力均有一定程度的提高［4］。目前，高原训练针对力量、速度型项目的利弊还存在一定争议。高原训练内容会决定训练的效果，但对其影响机制的研究还少见报道。

本研究旨在探讨4周1 900m高原训练对短距离自行车运动员无氧代谢能力的影响。假设以提高运动员体能储备和有氧能力为主要目的的高原训练，在保证一定力量训练的前提下，不会造成运动员最大做功能力的下降，并通过提高有氧代谢能力，改善机体的重复做功能力和维持能力。本文还对高原训练影响无氧代谢能力的可能机制进行了初步分析。

1 研究方法

1.1 对象

本研究选取上海自行车队场地短距离组男运动员7人，平均年龄21±3.6岁，平均身高181.0±4.8cm，平均体重79.8±3.1kg，平均相对最大摄氧量为61.3±3.0 ml／kg／min。7名运动员的专项均为场地短距离项目（争先赛、凯林赛、竞速赛），其中国家级健将4人，一级运动员3人，自行车专项训练年限5～8年。本研究是短组高原训练监控测试的一部分，高原训练前为每名运动员解释了各机能测试的目的、意义，熟悉了测试的方法和步骤。

1.2 训练安排与内容

高原训练地点位于云南呈贡体育运动训练基地，海拔高度1 900m，为期28天，期间，中午的平均温度为14.5℃±2.3℃，风力1～2级。

4周高原期间每周训练安排基本一致，包括公路有氧课5节、场地专项课4节和身体力量课2节，周四上午和周日休息以保证运动员充分恢复（表1）。

上海自行车队短组本次高原训练的目的是在保证专项力量不明显丢失的前提下，提高运动员的有氧代谢能力和体能储备。训练分为4个阶段（7天／阶段），通过对训练内容的不同安排来达到各阶段的负荷要求。

表1 本研究高原期间一周训练内容一览表Table 1 The Content of Training in One Week of AT

公路有氧课以无氧阈心率的80%左右强度完成1.5～2h匀速骑行；身体力量课以健身房器械训练和躯干功能性训练为主，最大器械负重设置不超过平原水平的80%［15］，并通过每组次数、组数和间歇时间来控制负荷量；场地专项训练由赛车场（333m／lap）专项爆发力、最大速度和速度耐力训练组成，通过安排不同的齿轮比、骑行距离、组数来控制专项训练负荷，本次高原训练以≤比赛齿轮比、距离较短的爆发力和最大速度训练为主。

运动强度和运动量分别以有效训练的平均心率和训练时间进行测评。研究分别以三种训练在高原前两周平原期间负荷指标的平均值为标准，以高原期间每周各指标占标准值的百分比反映高原期间的负荷安排，并根据公式（1）统计高原期间各周总的训练强度和量的百分比（Percent）。

从图1可见，第1周为高原适应阶段，训练量和强度仅为平原的40%左右，以避免训练加重平原运动员初上高 原 机体 产 生 的 不 良 反 应［9，10，25］；第2、3周 为 本 次 训 练 的关键阶段，训练负荷逐步提高，第3周时训练量已达平原水平，强度也达到平原水平的80%；第4周为下高原前的调整阶段，训练量明显下降，但强度仍然维持在相对较高的 水 平 上［13，15］。

图1 本研究4周高原训练强度和量的变化图Figure 1. The Changes of Training Intensity and Volume during 4Weeks’AT

1.3 测试方法与指标

图2 本研究高原训练期间的测试时间安排图Figure 2. The Arrangement of Tests during AT

高原训练期间的测试安排和内容见图2。在出发前往云南前，先测试晨起空腹体成分，静脉取血测试血常规、血睾酮（T）和皮质醇（C）；第二天测试实验室内15s最大频率和最大功率，其中上午测试最大频率，下午测试最大功率；第三天进行45s×2组、组间间歇20min的功率维持能力测试。到达高原一周后，相同方法测试血常规。高原训练结束返回平原后第二天晨，相同时间和方法测试血常规、T、C；运动员休息一天后在连续两天，分别在相同的时间点、采用相同方法进行15s和45s骑行测试。返回平原2周后，再次测试血常规、T、C指标。

体成分测试在早晨7：00空腹进行，采用Inbody3.0人体体成分分析仪（韩国），通过测定人体各部位的生物阻抗值来确定总体的体成分水平，分析指标包括总体重（BM）、体脂百分比（FP）、骨骼肌质量（MM）和脂肪质量（FM）。

血液指标测试在早晨7：00空腹进行。肘静脉采血1ml加入EDTA抗凝试管，静置后采用Bayer公司ADVIATM 120血液学分析仪（德国）测试血常规，选取分析指标包括红细胞量（RBC）、红细胞压积（Hct）和血红蛋白量（Hb）；同时采静脉血2ml加入肝素抗凝试管，静置后采用Beckman Coulter公司Access＠免疫学分析系统（美国）测试T、C。

15s最大频率测试采用Wattbike自行车功率计（英国）进行，运动员8：00AM到达实验室后佩戴Sunnto心率表带（芬兰），与Wattbike进行遥测配对。先进行30min热身骑行，之后进行1次负荷为1档（齿轮比50×18）的10s全力冲刺骑行。运动员休息5min或心率下降到100次／min以下后开始正式测试，先调整座高、把高至个人合适位置（高原前、后两次测试采用相同高度），负荷设置为1档，听口令后从静止开始全力冲刺骑行15s，计算分析指标包括最大频率（Cmax）、频率下降率（DC）和90%最大频率维持时间（T90%Cmax）。

15s最大功率测试采用相同的Wattbike功率车进行，运动员14：00到达实验室后佩戴Sunnto心率表带后，先进行30min热身骑行，之后进行1次负荷为10档（齿轮比50×12）的10s全力冲刺骑行。运动员休息10min或心率下降到100次／min以下后开始正式测试，调整座高、把高，负荷设置为10档，听口令后从静止开始全力冲刺骑行15s，计算分析指标包括相对最大功率（Pmax）、功率下降率（DP）、最大踏蹬力（Fmax）、最大心率（HRmax）和1min心率下降率（HR1min）。

45s×2组功率维持能力测试也采用Wattbike功率车进行，运动员8：00AM到达实验室后佩戴Sunnto心率表带，与Wattbike进行遥测配对。先进行30min热身骑行，之后进行1次负荷为7档（齿轮比50×13）的10s全力冲刺骑行。运动员休息10min或心率下降到100次／min以下后开始正式测试，调整座高、把高，负荷设置为7档，听口令后从静止开始全力冲刺骑行45s，安静休息20min后再进行一次相同的45s骑行。

分别记录1组骑行前（BG1）、骑行后即刻（AG1）、骑行后1min（1minAG1）、骑行后3min（3minAG1），2组骑行前（BG2）、骑行后即刻（AG2）、骑行后1min（1minAG2）、骑行后3min（3minAG2）的心率（HR），并采集指端末梢血，采用Lactate ProTM LT-1710乳酸仪（日本）测试1组骑行 前 （BG1）、骑 行 后 3min（3minAG1），2 组 骑 行 前（BG2）、骑行后3min（3minAG2）的血乳酸（BLa）。

功率指标还包括1组最大功率（Pmax1st）、2组最大功率（Pmax2nd）、组间最大功率下降率（Dpmax）、1组平均功率（Pavr1st）、2组平均功率（Pavr2nd）和组间平均功率下降率（Dpavr）。同时，将2组45s骑行测试分别分成三个15 s分段，分别计算1组第一个分段（G1-1st）、1组第二个分段（G1-2nd）、1组第三个分段（G1-3rd）、2组第一个分段（G2-1st）、2组第二个分段（G2-2nd）和2组第三个分段（G2-3rd）的平均功率（Pavr）。所有功率指标均计算相对功率（W／kg）进行分析。

1.4 数据统计

采用 SPSS 13.0统计软件包和 Microsoft Excel 2003软件进行统计学处理，表格中的数据采用SD表示，高原训练后相对于训练前的改变，采用变化的百分比表述。高原训练前后的体成分数据，15s最大频率、功率骑行测试数据、45s×2组骑行测试数据、15s分段Pavr及各时间点的 HR和 BLa，分别采用 Paired Student’s t-tests统计分析；高原训练期间的血常规、T、C则采用One-way ANOVA判断各测试时间点间有无差异，存在差异时再采用Bonferroni校正法评价各测试点与BH之间的差异水平。设P＜0.05为显著性水平，P＜0.01为非常显著性水平。

2 结果

2.1 体成分指标的变化

与4周高原训练前相比，训练后运动员的体成分指标并没有明显变化。与训练前相比（表2），BM仅下降了0.8 kg，降幅为1.0%（P＞0.05）；同时FP的降幅稍大，下降了4.0%，但与训练前相比也无显著性差异（P＞0.05）。

表2 本研究高原训练前后BM和FP的变化一览表Table 2 The Changes of BM and FP after AT

图3 本研究高原训练前、后MM和FM的变化图Figure 3. The Changes of MM and FM after AT

图3进一步比较了高原训练前后MM和FM的变化情况，在BM下降的0.8kg中，MM仅降低了0.1kg（P＞0.05），而FM 则下降了0.7kg，降幅为5.9%，但并无显著性差异（P＞0.05）。

2.2 部分血常规指标和T、C的变化

图4、图5列举了4周高原训练期间及训练结束两周后的RBC、Hct和Hb变化情况。

图4 本研究高原训练期间RBC和Hct变化图Figure 4. The Changes of RBC and Hct during and after AT

与高原训练前相比（图4），一周高原训练后RBC稍有降低，相反Hct则稍有升高，但均无显著性差异；4周后，RBC水平回升到与训练前相同的水平上，并维持到高原训练结束2周后（P＞0.05）；而 Hct在4周高原训练后出现了显著性的提高（P＜0.05），与高原前相比提高了6.9%，高原训练结束两周后，Hct下降到低于训练前的水平，但与训练前相比差异并不显著（P＞0.05）。

从图5中可见高原训练期间Hb的变化情况，Hb的变化趋势与Hct较为相似，高原训练一周后并未发生显著变化（P＞0.05），而4周高原训练结束后提高了7.4%，与训练前相比具有显著性差异（P＜0.05），高原训练结束后明显下降，两周后Hb降至低于训练前0.8%的水平上，但差异并不显著（P＞0.05）。

图5 本研究高原训练期间Hb变化图Figure 5. The Changes of Hb during and after AT

图6 本研究高原训练前、后T、C变化图Figure 6. The Changes of T and C during and after AT

从图6可见，运动员高原训练后的T显著升高，与高原训练前相比提高了22.9%，具有非常显著性差异（P＜0.01），同时 C却没有发生显著变化（仅下降2.8，P＞0.05）；高原训练2周后，T有所降低，与训练前相比下降了7.9%（P＜0.05），此时C有所提高，虽无显著性差异（P＞0.05），但与训练前相比升高了5.7%。

2.3 15s测试（15sRT）中最大功率、频率的变化

在采用Wattbike负荷档位1进行的15s最大频率测试中（表3），与高原训练前相比，4周后的Cmax和T90%Cmax均没有发生变化（P＞0.05），而DC与训练前相比升高了15.2%，具有显著性差异（P＜0.05）。

而在采用Wattbike负荷档位10进行的15s最大功率测试中（表3），与高原训练前相比，Pmax提高了2.4%，DP提高了1.3%，差异均不明显（P＞0.05）；而Fmax出现了比较明显的提高，与训练前相比提高了12.0%，差异具有显著性（P＜0.05）；测试中出现的 HRmax并没有明显改变，而 HR1min仅升高了1.9%，均无显著性差异（P＞0.05）。

2.4 45s×2组测试中功率、HR、BLa的变化

在采用Wattbike负荷档位7进行的45s×2组骑行测试中，功率的变化情况见表4。4周高原训练后的Pmax 1st和Pmax 2nd分别下降了4.1%和3.6%，与高原训练前相比并无显著性差异（P＞0.05）；与之相似的是，高原训练后2组测试的平均功率也未发生显著变化（P＞0.05）。

表3 本研究高原训练前后15s最大频率、功率测试中各指标的变化情况一览表Table 3 The Changes of 15sCmax and Pmax Riding Tests after AT

表4 本研究高原训练前、后45s×2组测试中功率变化情况一览表Table 4 The Changes of Power in 45s×2Riding Test after AT

然而，与高原训练前后最大和平均功率相对较小的变化不同的是，组间最大和平均功率的下降率出现了非常显著性下降的现象（P＜0.01），其中Dpmax降低了40.5%，而Dpavr则下降了51.8%。

图7 本研究高原训练前、后45s×2组测试中15s分段功率变化图Figure 7. The Changes of 15sSplit Power in 45s×2Riding Test after AT

图7列出了分别于高原训练前后进行的45s×2组骑行测试中连续6个15s分段平均功率的变化情况。首先，与高原训练前相比，高原后测试中的G1-1st、G1-2nd和G2-1st分别降低了3.2%、1.1%和1.7%，但变化没有统计学意义（P＞0.05）；相反 G1-3rd、G2-2nd和 G2-3rd则分别升高了3.0%、2.4%和7.5%，其中G2-3rd的提高具有显著性差异（P＜0.05）。

其次，将两组45s骑行相同分段功率间的变化进行比较发现，高原训练前第二组与第一组相比，三个分段功率分别下降了7.1%、5.9%和0%；而高原训练后三个分段的下降率分别为5.7%、2.3%和-4.4%，即与高原训练前相比均有不同程度提高，且提高幅度有随着骑行时间延长而增加的趋势。

图8 本研究高原训练前、后45s×2组测试中HR变化情况图Figure 8. The Changes of HR in 45s×2Riding Test after AT

高原训练前后进行的45s×2组测试中HR变化情况见图8。首先，与高原训练前相比，高原后两组骑行测试后即刻、恢复1min和恢复3min的HR均有一定的升高，但差异不具有统计学意义（P＞0.05），而从提高幅度上看，第一组测试中AG1、1minAG1和3minAG1分别增加了2.9%、2.7%和2.5%，而第二组测试中 AG2、1min AG2和3min AG2分别提高了2.9%、4.8%和4.1%，第二组测试恢复心率的升高幅度大于第一组测试。

其次，将两组45s测试相同时间点的HR变化进行比较发现，高原训练前第二组45s骑行测试后即刻、恢复1 min和恢复3min的HR与第一组相比分别下降了1.7%、2.7%和0%；而高原训练后第二组三个时间点HR与第一组相比的变化率分别为1.7%、0.7%和-1.6%。高原训练后可见第二组与第一组测试相比，恢复期HR降幅的减小，甚至出现HR升高的现象，但差异没有统计学意义（P＞0.05）。

图9 本研究高原训练前、后45s×2组测试中BLa变化情况图Figure 9. The Changes of BLa in 45s×2Riding Test after AT

高原训练后，45s×2组测试中不同时间点的BLa表现出不同的变化程度（图9）。首先，高原训练前后BG1的BLa没有明显差异（P＞0.05），而与高原训练前相比，高原后的3min AG1、BG2和3min AG2的 BLa分别下降了11.2%、21.2%和9.5%，具有非常显著性差异（P＜0.01）；其次，高原训练前3min AG2的BLa与3min AG1相比下降了1.9%，而高原训练后两者之间没有差异；第三，从两组测试组间间歇内BLa的变化来看，高原训练前BG2与3 min AG1相比降低了9.3%，而高原训练后这一降幅显著增加，达到19.6%；此外，从不同测试时间点BLa的标准差来看，本次实验中两次测试前BLa的标准差值较大，而测试后3min的BLa标准差值明显较小。

3 讨论

在过去的50年中，高原训练被经常性地应用于优秀耐力运动员以提高其平原的运动表现。这是由于高原环境下氧分压的下降加速了体内EPO的应答［17］，从而提高了 机 体 的 红 细 胞 数［6，18］、最 大 摄 氧 量［6，29］和 耐 力 运 动 能力［9，11，27］。而在众多高原训练实践中出现运动员力量水平降低等现象，使高原训练一度被认为不适用于力量、速度型项目的运动训练［12］。近些年的研究表明，运动持续时间在30s到2min的以糖酵解供能为主的运动项目，可通过有氧代谢能力的提高来增强运动中后程的维持能力［14］。已有研究表明，短距离自行车项目可通过亚高原训练［4］或模拟高住低练［2］来改善骨骼肌的糖酵解供能能力，从而提高1km计时骑行的专项运动成绩，但研究并未对机制进行充分探讨。本研究旨在探讨是否可通过在自行车短距离运动员高原训练期间增加合适的身体力量和专项力量训练，在不造成专项最大速度能力下降的前提下，通过有氧能力的改善来增强专项速度耐力和消除疲劳能力。

3.1 AT对最大频率、功率能力的影响

对高原训练的长期研究发现，长时间高原训练往往会对运动员骨骼肌的结构和功能产生不利影响，可能与能量代谢中的琥珀酸脱氢酶水平降低、肌肉分解代谢增加、肌纤维类型出现快肌纤维向慢肌纤维转化等原因有关［12］，导致Wingate无氧测试的功率输出显著降低。然而也有研究表明，无论是急性低氧暴露［14］，还是4周的 HiLo［3］都不会对运动员的磷酸原代谢能力和爆发力、糖酵解代谢能力和速度耐力产生显著不利影响。

采用不同负荷下15s全力骑行测试自行车短距离运动员的最大频率和最大功率，是评价运动员专项力量水平、ATP-CP供能能力和神经系统疲劳程度的有效方法。本研究中4周1 900m高原训练后，运动员的Cmax和T90%Cmax均没有发生变化，仅最大频率的维持能力有比较明显的降低，4周低氧环境下的训练可能使运动员神经系统产生了一定的疲劳状态；而15s测试中的Pmax稍有增加，可能是由踏蹬力的提高引起，本次高原训练期间的身体力量和专项力量安排较为合理，运动员的专项踏蹬力有所改善。

骨骼肌质量的变化会引起力量水平的改变，长时间高原训练会引起体重的降低。14周模拟4 000m高原游泳训练使大鼠体重降低，且肌肉重与体重的变化呈显著的线性相关关系［5］。本研究中，运动员的体重仅稍有下降，且以体脂的降低为主，短距离运动员体脂百分比的降低有利于其爆发力和速度能力的进一步发展。可能与本次高原训练海拔高度仅为1 900m，且高原训练时间较短有关。

此外，血清T、C水平一定程度上也会影响运动员骨骼肌的合成与分解。有研究发现，4周高原训练后现代五项运动员的T显著下调、C明显升高，运动员在大强度训练后产生疲劳状态，睾酮分泌细胞功能产生抑制［3］。但在本研究中，4周高原训练后血清T显著升高、C稍有降低，高原训练结束2周后血清T下调。这一变化与白旭宇等的研究较为一致［1］，即上高原后血清T先升后降，高原训练后比训练前有提高。不同研究间差异的原因可能与训练负荷的安排有关。本研究中训练强度和量的安排采取循序渐进的方法，运动员对训练负荷适应较好，疲劳累积较轻。

3.2 AT对功率维持能力的影响

研究表明，无论是4周的平原训练，还是在平原训练的基础上增加低压低氧暴露，都未能提高优秀游泳和田径运动员在亚极量强度下运动的经济性［30］和运动表现［24］，可能与不同阶段的训练内容有关［7］。而4周1 890m高原训练后，男子现代五项运动员的无氧阈速度提高，女运动员在无氧阈速度没有明显变化的前提下乳酸和心率有所下降，提示心血管、肌肉利用氧的能力有一定提升［3］。在我们早期的一项研究中发现，3周的人工低氧睡眠暴露没有对女子短距离自行车运动员的最大做功能力产生影响，但机体做功的维持能力得到了一定程度的提高［2］。本研究中，4周高原训练后，2组测试的Pmax和Pavr并未产生明显变化，但一、二组间的总功率和15s分段功率的下降率却明显降低，提示高原训练后运动员组间20min的休息期间疲劳消除加快，重复进行糖酵解供能能力增强。而从15s分段功率变化来看，高原训练后2组测试的第一个15 s分段平均功率稍有下降，相反第三个15s分段平均功率升高，提示骑行测试中功率维持能力也有所改善。

高原训练由于在低氧环境中暴露时间更长，可对血液运输氧的能力产生更加显著的影响，提高机体的有氧代谢能力，从而间接影响自行车运动员功率输出的维持能力［26］。已有研究指出，3～4周2 000m左右的亚高原训练可通过增强EPO活性，提高血液红细胞和总血红蛋白水平，这些可能与耐力运动员耐力运动成绩的提高有关［9，31］。但高原训练后，血液红细胞和总血红蛋白水平会迅速回到平原水平［18］。本研究获得相似的结果，即通过4周1 900m高原训练，运动员Hb和Hct均出现显著提高，但RBC却未出现明显变化，提示运动员高原期间可能出现一定程度的脱水，且每周五节的身体和专项力量训练课可能增加了红细胞的机械损耗。回到平原两周后，各指标均回复到高原训练前的水平。而4周高原训练后血液运氧能力的改善，可能是45s×2组测试中功率维持能力和疲劳消除能力增强的主要原因之一。

高原训练对心脏影响的相关报道指出，高原训练可降低心肌纤维对Ca2＋的敏感性，特别是在心内膜层，从而减弱高原训练对左心室功能的提高程度［8］，心脏形态和功能对高原训练的适应性变化并没有提高左心室的最大心输出量［23］，因此心率对在常氧和低氧环境下训练的适应并没有区别［19］。研究表明，在平原训练的基础上增加间歇性的低压低氧暴露，并不会额外提高运动员的安静心率、血压、心输出量、每搏量和总外周阻力［22］。在本文进行的45s×2组测试中，相同运动及恢复时间点的心率并未发生显著变化，提示本次训练安排不足以使运动员的心脏功能产生明显的适应性变化。

此外，本研究中无论是3minAG1、BG2和3minAG2三个时间点的BLa，还是第二组45s骑行开始前的BLa恢复率，都有非常显著性的降低，在两组Pmax和Pavr没有明显差异的前提下，提示骨骼肌的工作效率显著提高，相同强度下利用更多的有氧代谢进行供能，同时乳酸的消除能力也有所增强。研究指出，由于在低氧分压下是线粒体的质量而不是数量限制了有氧运动中ATP的能量转化［21］，因此高原训练效应的非血液学因素还包括在线粒体水平提高了骨骼肌的工作效率，以及骨骼肌更强的缓冲酸和耐受乳酸的能力［16］，而线粒体性能的提高较之低氧的影响，与运动训练的关系更为紧密［20］。此外，低氧环境下的训练还可通过血管内皮生长因子和血管内皮抑制素的相互作用诱导血管生成，通过增加局部骨骼肌的供血加快代谢产物清除［28］，并通过增加运动骨骼肌快肌中Ⅱb型纤维的比例，提高三羧酸循环和脂肪酸β氧化过程中关键酶的活性［5］，来提高自行车短距离运动员骨骼肌糖酵解供能能力和工作效率。

4 结论

4周1 900m高原训练未对自行车短距离运动员的最大频率和最大功率产生显著影响，而以糖酵解代谢供能为主的重复做功和做功维持能力，以及疲劳消除能力均有所提高。

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