4周高强度间歇跑与有氧持续跑训练对跑步效率的比较研究

朱小烽，刘无逸

(1.嘉兴学院 平湖校区,浙江 嘉兴 314200; 2.上海体育学院 运动科学学院,上海 200438)

·运动人体科学·

4周高强度间歇跑与有氧持续跑训练对跑步效率的比较研究

朱小烽1，刘无逸2

(1.嘉兴学院 平湖校区,浙江 嘉兴 314200; 2.上海体育学院 运动科学学院,上海 200438)

研究目的：比较有氧持续跑(70% vVO2max 40min)、100% vVO2max的短时间(15s)间歇跑和100% vVO2max的长时间(30s)间歇跑训练对改善运动员跑步效率的不同效果，希望能为中长跑训练处方的制定提供实验依据。研究方法：男性田径运动员18名，年龄20.8±2.1岁，身高173.6±4.5cm，体重66.0±6.4 kg，体脂肪10.8%±3.3%，最大摄氧量62.55±6.78ml/kg/min，最大摄氧量速度17.0±1.1。实验对象随机分成3组：①40min70%最大摄氧量速度下的有氧持续跑训练组；②间歇跑30/15训练组；③间歇跑15/15训练组。实验前后的基础指标测试：①一次跑台递增负荷直至力竭测试受试者的最大摄氧量速度和最大摄氧量；(②一次跑台固定负荷(12km/h)测试受试者的(Running economy ,RE)跑步效率。研究结果：间歇跑30/15训练组训练后跑步效率较训练前明显改善(Plt;0.05)，间歇跑15/15训练组和40min70%最大摄氧量速度持续跑训练组训练前后无显著性差异。研究结论：高强度间歇跑训练对于运动员跑步效率的改善效果好于有氧持续跑训练，最大摄氧量速度(Velocity associated with VO2max, vVO2max)可以作为中长跑训练的强度指标。

间歇训练；跑步效率(跑步经济性)；最大摄氧量速度；最大摄氧量

0 前 言

RE是受试者在给定的次最大负荷跑速下的氧耗水平，又叫跑步经济性(Running economy RE)，早在1961年Astrand[1]就提出了跑步效率这一概念。它是目前公认的描述亚极限负荷运动的心肺机能的最佳指标[2-5]，也是反映机体做功和氧耗量之间比值关系的一个指标。优秀的RE可以弥补运动员最大摄氧量较小，或是运动中最大摄氧量利用百分率较低的不足，还可以预测运动成绩。国外也有相关报道认为耐力训练、爆发力、最大力量训练以及柔韧性训练都能不同程度地使受试者的跑步效率节省化，但也有相关研究结论不甚相同[6，7]。

中长跑训练中，除RE外影响运动员有氧能力的另外一个重要因素就是最大摄氧量，而最近一项新的速度指标最大摄氧量速度(Velocity associated with VO2max，vVO2max)引起了国内外运动科学专家的关注。Daniels[8]认为最大摄氧量速度是一个整合了跑步效率、最大摄氧量等参数的有效的有氧运动指标。被定义为在递增负荷测试中诱导最大摄氧量产生的最低速度。最大摄氧量速度是一个比较合理的运动强度，在实际的训练中可以作为高强度间歇训练强度监控指标和评价训练效果的机能指标[9-12]。本实验通过四周有氧持续跑(40min70%vVO2max)、100% vVO2max的短时间(15s)间歇跑和100% vVO2max的长时间(30s)间歇跑训练，探讨和比较各组训练对改善运动员跑步效率的效果优劣，从而为实际的中长跑训练提供参考依据。

1 研究对象与方法

1.1研究对象

参加本次研究的对象为上海体育学院附属竞技运动学校男性田径运动员，共18名，主要为径赛项目(200m～5 000m)。其中，二级运动员11人，三级运动员7人，受试者平均进行专业训练4年以上(4.2±2.1)，年龄20.8±2.1岁，身高173.6±4.5cm，体重66.0±6.4kg，最大摄氧量62.55±6.78ml/kg/min，最大摄氧量速度17.0±1.1，体脂肪率10.8%±3.3%(表1)。

表1 实验对象的基本情况表(N=18)

经受试者同意并熟悉本次实验训练方案和训练目的后，18名受试者随机分成3组：40min70%最大摄氧量速度持续跑组6人(A组)；高强度间歇跑15/15组6人(B组)；高强度间歇跑30/15组6人(C组)。

1.2研究方法

1.2.1 主要实验仪器。 意大利Cosmed K4b2气体分析仪。德国产Cortex Biophysik Metamax system(MAX-11)运动心肺功能测试系统。

德国h/p/cosmos公司专业运动跑台。

1.2.2 测试地点和条件。 运动员所有体成分若干基础指标测试、运动跑台以及心肺功能测试均在上海市民体质测试中心进行。室温控制在20℃～25℃，相对湿度控制在45%左右。K4b2气体分析测试以及4周训练实验均在上海体育学院标准400m塑胶田径场，并在21℃～23℃气温环境下进行[12]。

1.2.3 测试指标以及测试方法。 所有受试者进行2次跑台测试，第一次为递增负荷力竭测试，主要测试受试者的vVO2max 、VO2max。第2次跑台为固定负荷测试主要测定受试者的RE。两次测试要求间隔至少两天以上，训练前后期指标测试各在2周内完成。训练期以及测试期间保证正常的饮食和生活规律，不酗酒、抽烟，流程见图1。

图1 实验流程图

具体指标测试方法如下：

1.2.3.1 最大摄氧量速度、最大摄氧量的测试。 最大摄氧量速度和最大摄氧量指标的测试为一次递增负荷力竭性跑台测试，受试者进入实验室首先测试身高、体重、体脂肪率等常规指标，随后以10km/h速度在跑台上做准备活动5min，使心率达到150次/min以上，下跑台安静休息3min，心率下降到120次/min后，受试者戴上呼吸罩以及安全带上跑台进行正式测试。跑台的具体测试方案和最大摄氧量及最大摄氧量速度的运动模型判断标准同国内朱小烽[12]、胡国鹏[9]测试法。

1.2.3.2 跑步效率的测试。 在本实验中“固定的有氧负荷速度(适宜的极限下速度)”参照了Krahenbuhl[13]在1992年研究得出的跑步效率测试适宜负荷标准，即12km/h(3.33m/s)。另外国内外也有不少研究指出：测试运动员跑步效率时跑速以个体的70%vVO2max最为适宜[2-5]。本实验中，受试者的vVO2max都在17km/h左右，故选12km/h的固定负荷跑测试跑步效率。测试时，要求每个受试者均以12km/h的固定负荷下进行，跑台坡度始终为1%，借以模拟空气阻力。要求受试者跑完14min，跑动过程中用polar表检测心率，用心肺功能测试分析仪分析每15s提供VO2、VCO2、VE 、RER等数据结果。实验结束后根据数据计算出第5min钟到第14min之间的平均相对摄氧量，即为受试者的RE。

1.2.4 训练方案

1.2.4.1 训练内容安排。 18名受试者在训练前统一进行15min60% vVO2max慢跑和训练完后15min50%～60%vVO2max慢跑放松。有氧持续跑组为70% vVO2max强度下慢跑40min；间歇跑15/15训练组为15s 100%vVO2max的快速跑+15s 50%vVO2max的放松慢跑，重复71.6个循环；间歇跑30/15训练组为30s 100%vVO2max的快速跑+15s 50%vVO2max的放松慢跑，重复51个循环(间歇循环次数根据气体代谢的测试分析计算出，见表3)，训练隔天进行，训练四周，具体安排见表2

表2 一周训练量安排

注：训练隔天进行，休息日自由安排体育锻炼和活动，不进行相关专项训练。

1.2.4.2 训练监控。 训练前，400m标准跑道上每隔10 m，在内道定下标志杆，用来提醒受试者的跑程控制，操场中间用哨子音来提醒时间和跑动节奏。间歇跑15/15组，间歇跑30/15组以组为单位进行训练，40min持续跑组6人自带手表在跑动中控制自己每圈时速即可。正式训练前个人根据各自的vVO2max进行适应性训练2次，以便熟悉间歇循环节奏，同朱小烽[12]。

2.2.5 统计学方法。 测试数据用SPSS13.0和Microsoft Excel 2003软件进行统计和分析，所有的数据均用均数+标准差(Mean±SD)表示。实验前后比较采用配对样本t检验(Paired-Samples T Test)，组间比较采用方差分析(ANOVA)，Plt;0.05定为统计学意义上有显著性差异。

2 研究结果

2.1气体分析测试结果(三组训练量确定)

受试者佩戴意大利K4b2气体分析仪遥测装置，在标准的400m田径运动场进行测试，环境温度控制在19℃～22℃。在确定A组运动强度和时间后，采用三组总摄氧量一致的原则，对每个跑完预定时间和距离的受试者的摄氧量进行分析气体代谢的测试，从而推算出两组间歇训练的间歇循环次数，根据表3显示40min持续跑组中完成一次训练后平均摄氧量为123 804±5 276.9ml，间歇跑15/15组在平均完成71.6±9.76次循环后摄氧量为123 772±5 167.3ml，间歇跑30/15组平均完成51±4.40次循环后，总摄氧量为 123 551±5 008.55ml，各组总摄氧量基本一致，故在日后的4周训练中三组训练量设定为70%vVO2max强度下的持续跑组40min，间歇跑15/15组完成71.6次间歇跑循环，间歇跑30/15组完成51次间歇跑循环。

表3三组训练量的比较(N=9)

40min持续跑组(A)间歇跑15/15组(B)间歇跑30/15组(C)总摄氧量(ml)循环次数(次)123804±5276．9-123772±5167．371．6±9．76123551±5008．651±4．40

2.2三组训练过程中强度负荷的变化

三组在一次完整训练过程中，用k4b2仪器监控测得心率的变化曲线如图2所示，在经过3min左右的进入工作状态阶段后，三组受试者的心率变化都趋向于稳态。40min持续跑组运动强度最低，心率稳态后约为本人最大心率的80%(个体最大心率=220-受试者年龄)，间歇跑15/15组其次，约为最大心率的85%，间歇跑30/15组强度最大为本人最大心率的90%。

2.3跑步效率训练前后的变化

经过4周训练后，三组训练前后RE指标变化如表4显示，除间歇30/15组训练前后有显著性差异外(Plt; 0.05)：训练前47.8±3.8 ml/kg/min，训练后降为45.4±2.6 ml/kg/min，其他两组训练前后变化不具有显著性差异，但是改善幅度不同，持续跑组训练后跑步效率改善1%，而间歇跑15/15组改善3%。

图2 三组训练心率变化图

Figure.2 Heart rate (HR)response to the long slow distance running, 30/15 interval training and 15/15 interval training sessions.

注：受试者在进入工作状态后，3组心率都趋向稳态，故取前18min为图，%Hrmax为最大心率百分比。

表4跑步效率训练前后比较(N=18)

组别RE(ml/kg/min)训练前训练后改善幅度(%)40min持续跑组46．4±2．646．1±4．1115/15间歇跑组46．2±2．744．7±1．9330/15间歇跑组47．8±3．845．4±2．6∗5

注：与训练前比较，*Plt;0.05.

3 分析与讨论

跑步效率是决定中长跑运动员取得优异成绩的重要因素，特别是最大摄氧量相差不大的运动员之间，跑步效率的影响更为明显。目前，研究者对跑步效率测试的最佳负荷强度存在一定程度的分歧[4]，但较多研究认为70% vVO2max左右的强度对个体而言较为适宜，我国王国军、席翼于采用了12.0 km/h(3.33 m/s)进行RE测定实验，发现在此强度下RE 的VO2低于通气无氧阈(VT) 时的VO2，并且对5 000m跑成绩的相对重要程度高于VO2max，故认为12km/h的实验负荷基本能表达出个体的RE能力[2,3]。任占兵研究发现[14]，中跑运动员在12km/h速度下的氧耗量与运动成绩呈高度相关，认为选择12km/h的固定负荷测试运动员的RE比较适合，故本研究中也同样对受试者采用12km/h的固定负荷跑测试跑步效率。对于广大教练员以及运动科学专家来讲，如何提高运动员的跑步效率是现代中长跑运动训练的重要内容之一。运动员跑步效率表现为多变性，受技术、肌纤维类型、能源物质的利用、最大摄氧量、肌肉输出功率、柔韧性以及测试室温等因素影响，这些因素可以解释相关文献报道中提高运动员跑步效率的方法和手段众多、改善结果和幅度也不尽相同的问题[15,16]。本研究的目的是分析两组高强度间歇跑和一组长时间有氧持续跑训练对改善受试者跑步效率的影响。结果显示：两组高强度间歇跑训练对于受试者跑步效率的改善效果好于有氧持续跑组，尤其是间歇跑30/15组效果最好(Plt;0.05)。RE的提高原因之一可以解释为高强度的间歇训练30/15组和15/15组中受试者都能达到最大摄氧量[17]，可以有效地刺激有氧化功能系统以及运动单位募集方式的优化，从而导致某一特定速度下跑步到稳定状态时的摄氧量节省化。而40min70% vVO2max强度的持续跑训练无法使受试者达到最大摄氧量(摄氧量慢成分上升不明显[18])。另一方面，个体间的RE的差异与心率和肺通气量不同有关，而心率和通气量等指标是反映运动中氧供应到肌肉的情况。三组在训练过程中表现出不一样的强度刺激(心率负荷刺激)，40min持续跑组、间歇跑15/15组和间歇跑30/15组在心率出现稳态后分别为本人最大心率的80% 、85%和90%。高强度的间歇训练可以不同程度地提高个体的心率储备和降低肺通气量[4]，通气量的降低和RE的提高有着密切的联系，这都和肌肉的外周适应造成的(全身摄氧量的减少)，同时也可能是因为呼吸频率的降低从而造成呼吸肌氧耗降低。100% vVO2max强度的间歇训练其快速跑阶段已达到无氧水平，通过若干周期的间歇跑循环，机体内存积大量的肌乳酸和H+ ，较高的H+ 浓度可以影响和刺激氧化酶的活性(如：磷酸果糖激酶)，氧化酶活性的增加可以提高骨骼肌缓冲能力，从而间接引起ATP的生成的增加和机体利用氧能力的提高。70% vVO2max的持续跑速度和受试者的RE测试时速度较为接近，属于有氧训练，其供能主要是有氧氧化供能为主，有学者认为[5]较低强度的有氧训练对个体有氧氧化能力的提高和糖分解酶活性的增强没有高强度间歇训练明显。在本实验中未对各组骨骼肌缓冲能力和氧化酶活性进行测定，这种关联机制今后还需开展进一步的证实和研究。对于耐力训练导致RE的提高，研究者们对训练持续时间和周期有着不太一致的观点，Wilcox和Jones 等[19-21]认为持续时间少于6～12周的耐力训练对提高RE的效果不是很明显，尤其是训练水平较高的运动员，但是Billat[22]等通过持续4周，每周1～2次的高强度(100%vVO2max)间歇训练，可以明显提高RE。在本研究中，用100%vVO2max作强度指标进行为期4周、隔天一次的训练，对跑步效率的改善较为明显，但本实验的受试者为一般训练水平的运动员，专项也不全是中长跑，故证实短时间内(4～6周)可以明显改善高水平运动员的跑步效率的假设的研究还需深入进行。同样Nummela[23]在最近的研究中也指出运动员的神经肌肉特性决定了各自的RE以及5 000m跑步成绩。在本研究中高强度间歇跑30/15组中受试者的RE有明显的的改善(训练前47.8±3.8ml/kg/min，训练后45.4±2.6ml/kg/min，Plt;0.05，降低5%),而间歇跑15/15组和有氧持续跑组变化较为不明显，分别降低3%和1%，这或许可以把经过高强度的间歇训练后神经肌肉的适应以及运动单位募集和肌肉收缩性的改善作为RE提高的合理性解释。但是在间歇训练15/15组中同样是100% vVO2max强度，为什么RE训练前后没有明显的变化？分析原因认为：间歇训练模式不同导致训练强度不等，以致各组别摄氧量诱导比例不一。40min持续跑组运动强度最低，心率稳态后约为本人最大心率的80%，间歇跑15/15组其次，约为最大心率的85%，间歇跑30/15组强度最大，约为本人最大心率的90%。其次，研究跑步效率的提高时，在运动训练和测试中必须考虑到受试者的专项以及运动水平，对于马拉松运动员来讲，低于乳酸阈的速度测试跑步效率较为合适，而1 500m～5 000m专项的运动员用vVO2max的速度较为理想[24]，而在本研究中，对于受试者分别来自于不同竞赛项目(200m～5 000m)的运动员，均采用12Km/h的速度测试跑步效率的方式略显不足。实验中RE测试的精度远比vVO2max和VO2max的测试方式和要求严格，一般要求多阶段性地测试多次并取均值，而且对于服装和样本数量都有较为严格的要求。

4 结 论

4.1 100%vVO2max作为间歇训练的强度指标可以用来较好地提高运动员的个体有氧能力。较长时间的高强度间歇训练可以有效地提高运动员的RE，100%vVO2max强度的间歇跑30/15训练法在提高趋势上优于间歇跑15/15训练法和低强度有氧持续跑训练法。

4.2 运动训练导致运动员跑步效率改善的因素包括：跑步技术的改善，运动单位募集方式的优化，运动机械效率的提高等，对于这些改善的详因，有待我们从训练学、分子生物学、生物力学、以及解剖生理学等学科领域开展相关证实性的研究和实验。

[1] Strand A, Saltin B.Maximal oxygen uptake and heart rate in various types of muscular activity[J].J Appl Physiol,1961,16:977-981.

[2] 冷志勇,于林竹,王国军,等.跑节省化(RE)和最大摄氧量评价耐力训练效果的比较研究[J].山东体育学院学报,2008,24(1):47-49.

[3] 王国军,杨谦,温含,等.跑节省化(RE)实验方法及其影响因素的研究进展(综述)[J].山东体育学院学报,2007,23(5):62-65.

[4] Nazar K,Terjung R,Kaciuba H.International perspectives in exercise physiology [M].Champaign: Human Kinetics Publishers,1990：26-40.

[5] Astrand P O, Rodahl K.Tex book of Work Physiology[M].New York:Mcgraw Hill Book Compa- ny,1986.

[6] Hoff J, Gran A, Helgerud J.Maximal strength training improves aerobic endurance Performance [J]. Scand J Med Sci Sports,2002,12:288-295.

[7] Pate R R, Kriska A. Physiological basis of these difference in cardiores piratory endurance[J]. Spor- ts Med,1984,1:87-98.

[8] Daniels J T.Elite and sub-elite femal middle and long distance runner in sport and Elite perform- ance, proceedings of the 1984 Olympic scientific congress [J].Human Kinetics,1984：57-72.

[9] 胡国鹏,刘无逸,向剑锋.最大耗氧量速度运动时的生理负荷分析及意义[J].体育科学,2005,25(4):59-61.

[10] 胡国鹏,王人卫,刘无逸,等.vVO2max、VO2maxPD等指标在有氧耐力评定中的比较研究[J].北京体育大学学报,2010,33(3):50-54.

[11] 向剑锋,刘无逸.最大摄氧量速度的研究进展(综述)[J].体育科研,2004,25(1):37-40.

[12] 朱小烽,刘无逸.vVO2max的不同间歇训练对运动员有氧能力和3000m跑成绩的影响[J].中国体育科技,2010,46(4):9-13.

[13] Krabenbuhl G,Williams T.Running economy changes with age during childhood and adolescence [J].Med Sci Sports Exerc,1992,24(4):462-466.

[14] 任占兵.中跑运动员跑步经济性与运动成绩的相关性研究[J].中国体育科技,2011,47(2):26-31.

[15] Helgerud J, Storen O, Hoff J.Are there differences in running economy at different velocities for well-trained distance runners[J].Eur J Appl Physiol.2009，10(19):532-537.

[16] Stanton R,Peter R R,Humphries B.The effect of short-term swiss ball training on core stability and running economy[J].Journal of strength and conditioning Association,2004,18(3):522- 528.

[17] Rozenek R, Funato K, kubo J,et al.Physiological responses to interval training sessionsat veloc- ities associated with VO2max [J].Strength Cond Res,2007,21(1):188-192.

[18] HillI D W, Williorns C S, Burt S E. Responses to Exercise at 92%and 100% of the Velocity Ass- ociated with VO2max [J].Int Sports Med, 1997,18:325-329.

[19] Lake M J,Cavanagh P.Six weeks of training does notchange running mechanics or improve runni- ng economy[J].Med Sci Sports Exerc,1996,28:860-869.

[20] Jones A M,Carter H.The effect of endurance training on parameters of aerobicfitness[J]. Sports Med,2000,29:373-386.

[21] Wilcox A R,Bulbulian R.Changes in running economy relative to VO2max during across country season [J].Sports Med Phys Fitness, 1984,24:321-326.

[22] Billat V L,Flechet B,Petit B,et al.Interval training at VO2max:effects on aerobic perfor- mance and overtraining markers[J].Med Sci Sports Exerc,1999,31:156-163.

[23] Nummela A T,Pavolainen L M,Sharwood K A, et al.Neuromuscular factors determining 5 km running performance and running economy in well-trained athletes[J].Eur J Appl Physiol,2006,97:1-8.

[24] David R,Bassett J R,Edward T,et al.Limiting factors for maximum oxygen uptake and determin- ants of endurance performance[J].Medicine and science insports and exercise,2000,32(1):70-84.

TheComparisonandResearchon4WeeksHighIntensityRunningandLongSlowDistanceRunning’sImpactsonRunningEconomy

ZHU Xiao-feng1, LIU Wu-yi2

(1.The Pinghu Campus of Jiaxing University, Jiaxing 314200, China; 2.Shanghai University of Sports, Shanghai 200438, China)

For comparison with long slow distance running(70% VO2max ,40min) ,30/15 interval training(100% vVO2max ) and 15/15 interval training (100% VO2max ) influence on athlete’s running economy,provide experimental evidence for drafting middle-distance race training prescription.Methods: eighteen track athletes, male,age 20.8±2.1yr,height 173.6±4.5cm,weight 66.0±6.4 kg,percent body fat 10.8 ±3.3%,VO2max 62.55±6.78 ml/kg min, VO2max17.0±1.1.Randomly divided into three groups: ①Long slow distance running at 70%VO2max;②30/15 interval training (30s running at 100% VO2max followed by 15s active resting at 50% VO2max) ; ③15/15 interval training (15s running at 100% VO2max followed by 15s active resting at 50% VO2max).The following tests were completed before and after 4-weeks training:①One incremental treadmill test until exhaustive to determine VO2max②One submaximal constant intensity test(12km.h-1)to determine running economy(RE).Results: The RE is reduced obviously after the 30/15 interval running(Plt;0.05), and for 15/15 interval running and long slow distance running, there is no remarkable difference between pretraining and posttraining. Conclusion: High-intensity (100% VO2max)of interval running has a better improvement than long slow distance running to reduce RE. And the VO2max can be regarded as an intensity index of the middle-distance training.

interval running; running economy; vVO2max; VO2max

1004-3624(2013)04-0111-05

G804.2

A

浙江省教育科学规划项目(SCG145)；上海市第三期重点学科资助项目(S30803)

2013-03-06

朱小烽(1982-)，男，浙江绍兴人，硕士研究生，讲师，研究方向运动员身体机能评定与体能训练.