三种HiLo模式对游泳运动员身体机能及运动成绩的影响

兰亚红

(广东工业大学体育部，广东 广州 510006)

众多研究发现[1-5]，高原训练不仅能极大地刺激人机机能水平，同时也能对运动员的运动成绩产生较大幅度的影响。因此，利用高原条件进行训练是众多运动项目考虑的方式之一。吸低氧可以改善人体机体氧的运输能力，但对高强度的激烈运动却难于维持，在一定程度上限制了运动员发挥其应有的训练水平[6-9]。为了利用低氧刺激的效果，又同时能兼顾运动员训练水平的发挥，科研人员想出了在平原上模拟高原训练的低压低氧环境。这解决了部分项目的训练问题，但对像游泳一类的项目来说，还是难于提供大场地的低氧训练环境。Levine(1991年)和Rusko(1993年)等相继提出的高住低练的训练方法能很好地解决这个问题。低氧训练主要的目的是通过改善人体机体氧传递能力、释放能力、利用能力，促进机体有氧代谢能力提高，最终使运动成绩提高[2,4]。但对低氧训练的海拔高度的选择却经历了一个漫长的实践过程[10-11]，五六十年代选择范围大，在1000～4000m，60年代末缩小到1500～2000m，80年代又开始上升到2000～2700m，而埃塞俄比亚更大胆的提出2700～3000m。近年来国际上比较公认的最适海拔高度为2000～2500m，一般不低于2000m(对人体机体刺激有限)，不高于3000m(人体机体难于承受)，但在2000～3000m海拔高度之间的选择却各有不同。可见，对不同海拔高度的选择虽然有较为一致的认识，但也存在项目、人种、个体、性别等差异，也可能因为科技的进步而产生新的认识。因此，本研究拟采用模拟高原环境的方式，探析模拟海拔高度2000m、2500m、3000m三种高住低训(HiLo)模式对游泳运动员血液指标红细胞数量、血红蛋白、红细胞容积、最大摄氧量、通气无氧阈、400m和800m自由泳成绩来检验低氧刺激对人体机能水平和运动成绩的影响，为游泳运动员低氧训练提供参考。

1 对象与方法

1.1 对象

运动竞技学校游泳专业32名男性运动员参与测试，随机分成对照组和实验组，对照组采用常规训练，实验组采用高住低训模式。依据低氧环境，实验组分成三组，模拟海拔2000m(HiLo-1)、模拟海拔2500m(HiLo-2)、模拟海拔3000m(HiLo-3)。实验前均进行身体各项指标检查，无身体不适或其它严重疾病。

表1 被试基本情况一览

1.2 方法

1.2.1 HiLo方案

(1)HiLo方案，HiLo-1组，模拟2000m海拔高度，O2浓度为18.1%。HiLo-2组，模拟2500m海拔高度，O2浓度为15.4%。HiLo-3组，模拟3000m海拔高度，O2浓度为15.1%。低氧屋室内温度控制在18℃～22℃，湿度稳定在40%～55%。低氧发生设备“Hypoxic Tent SystemTM”和CAT HatchTM”(美国)。

(2)低氧睡眠安排：保证每天睡眠时间有10h低氧刺激。HiLo-1(2000m)、HiLo-2(2500m)、HiLo-3(3000m)三组晚上7点进入低氧屋，1h后低氧屋达到预设海拔高度，早上6点起床，每周一至周五，每周5次，周六、日休息，共4周。

(3)常氧训练安排：训练内容由游泳队教练安排，以自由泳为主(每次保证有1h自由泳)。内容严格按照训练计划进行。每周训练5天，每天训练2次，上午1次，下午1次，每次训练时间在2～2.5h，每周运动量合计为5～6km。

1.2.2 身体机能和运动成绩测试

身体机能和运动成绩测试分5次进行，分别于训练前(Pre)、1周后(1W)、2周后(2W)、3周后(3W)、4周后(IP)进行测试，测试放在周六和周末，周六测试身体机能指标，周日测试运动成绩。(1)身体机能指标测试：测试红细胞数量(RBC)、血红蛋白(Hb)、红细胞容积(Hct)、最大摄氧量(VO2max)、通气无氧阈(VAT)。(2)运动成绩测试：受试者统一测试400m自由泳和800m自由泳。

1.2.3 数理统计

所有阶段测试的数据均采用spss15.0进行统计分析，采用均数和标准差表示，对照组和实验组1W、2W、3W、IP四个阶段身体机能指标和运动成绩指标均与Pre阶段进行Paired-Samples T Test检验，显著水平为P<0.05、P<0.01、P<0.001。

2 结果

2.1 血液指标测试结果

表2 血液指标测试结果

注：RBC表示红细胞数量；Hb表示血红蛋白；Hct表示红细胞容积

注2：3W和IP分别与Pre相比，▲P<0.05、▲▲P<0.01、▲▲▲P<0.001

血液指标RBC、Hb、Hct在五次测量中，第一周和第二周都没有显著变化，P>0.05。第三周后，低氧训练组均开始出现显著变化，P<0.05，对照组无显著差异，P>0.05。第四周后，HiLo-1、HiLo-3出现显著上升，P<0.05；HiLo-2组上升更加显著，P<0.01，对照组仍无显著差异，P>0.05。RBC、Hb、Hct三项血液指标在对照组和实验组出现了比较一致的变化规律。

图1 RBC变化

图2 Hb变化

图3 Het变化

图1-3可见RBC、Hb、Hct三项血液指标在五次测量中的变化特征。对照组RBC、Hb、Hct三项指标均比较平稳，常规的短期训练对RBC、Hb、Hct影响有限。低氧组在低氧刺激的前两周RBC、Hb、Hct变化平稳，第三周RBC、Hb、Hct出现快速上升现象，HiLo-1和HiLo-3变化特征比较同步，HiLo-2上升最高，效果最好，尤其是在最后一周，RBC和Hb尤为突出。

2.2 最大摄氧量和通气无氧阈测试结果

表3 最大摄氧量(VO2max)和通气无氧阈(VAT)测试结果

注1：VO2max表示最大摄氧量；VAT表示通气无氧阈

注2：3W和IP分别与Pre相比，▲P<0.05、▲▲P<0.01、▲▲▲P<0.001

在最大摄氧量的测试中，只有HiLo-2低氧组在四周训练后才出现一定程度的变化，P<0.05，VO2max值由4.16±0.48 L/min提高到4.30±0.56L/min，提高幅度接近140ml/min。其它均无显著差异，P>0.05。另一项反映用氧能力的VAT有较大的变化，对照组在四周训练后出现显著提高，P<0.05；HiLo-1和HiLo-3在第三周(P<0.05)和第四周(P<0.01)出现；HiLo-2组提高具有一定的优势，第三周(P<0.01)和第四周(P<0.001)快速上升，提高效果显著高于其它低氧组。

表4 VAT/VO2max比值结果

注1：VAT/VO2max表示通气无氧阈/最大摄氧量比值

注2：3W和IP分别与Pre相比，▲P<0.05、▲▲P<0.01

VAT/VO2max更能反映用氧能力的提高程度。表4结果反映出对照组和HiLo-3在最后一周出现显著提高，P<0.05；HiLo-1(P<0.05、P<0.05)和HiLo-2(P<0.05、P<0.01)在第三周和第四周显著提高。

图4中，VO2max变化比较平稳，只有HiLo-2低氧组前后差异较大，其它各组前后均保持了较稳定的特征。VAT和VAT/VO2max在所有组别中均出现了异动，尤其是在第三周后，低氧组快速上升，上升程度明显优于对照组。在VO2max、VAT和VAT/VO2max三项指标中，变化曲线呈现了较为一致的规律：HiLo-2> HiLo-1> HiLo-3>对照组。

图4 VO2max变化

图5 VAT变化

图6 VAT/VO2maxt变化

2.3 运动成绩测试结果

表5 自由泳400m和800m运动成绩测试结果

注1：3W和IP分别与Pre相比，▲P<0.05、▲▲P<0.01、▲▲▲P<0.001

经过四周训练，400m和800m自由泳成绩都出现不同程度的提高。在第一周和第二周，提高并不显著，P>0.05。从第三周开始，对照组和实验组均出现不同程度的提高，P<0.05，其中HiLo-2组在400m中提高更加显著，P<0.01。最后一周，对照组、HiLo-1、HiLo-3组800m项目成绩提高显著，P<0.05，HiLo-2提高更加突出，P<0.01；在400m项目中，低氧组提高幅度显著(P<0.01、P<0.001)。

图7 400m自由泳成绩变化

图8 800m自由泳成绩变化

图7和图8为400m和800m自由泳成绩变化特征，从图中可以看出，测试成绩的时间在逐步减少，呈现对照组> HiLo-3>HiLo-1>HiLo-2特征。在400m测试中，HiLo-2下降最显著，用时最少；在800m测试中，HiLo-1和HiLo-2下降最显著，用时最少。

3 分析

3.1 三种HiLo模式对游泳运动员血液指标的影响

在提高人体有氧代谢能力的研究中，红细胞(RBC)运输氧的能力是重要的参考指标[5]。其运输氧的能力的提高可促进运动员有氧能力改善[8]。红细胞的90%是由血红蛋白(Hb)组成，其运输氧主要是通过Hb结合氧进行运输[1,5]。由于RBC体积大小不同，故在同一容积全血中RBC所占的体积比例(红细胞容积：Hct)不同，Hct的减少与RBC数量的减少并不一定成正比[8]。因此，在考虑低氧刺激对人体机能的影响时应把RBC、Hb、Hct结合起来分析。在本研究中，对照组RBC、Hb、Hct均没有显著性差异，实验组在前两周也没有显著变化，在第三周后，RBC、Hb、Hct开始出现显著上升，低氧组中的HiLo-2小组上升较为突出。尤其是在第四周后，HiLo-2上升更加显著。第三周，四个小组RBC指标上升值分别为0.01*1012/L、0.08*1012/L、0.10*1012/L、0.09*1012/L；Hb上升3.0g/L、4.1g/L、4.3g/L、3.2g/L；Hct上升0.64%、1.00%、1.60%、1.20%。在第四周，上升幅度进一步加大，RBC上升0.02*1012/L、0.12*1012/L、0.15*1012/L、0.11*1012/L；Hb上升3.3g/L、6.1g/L、8.4g/L、5.3g/L；Hct上升0.72%、1.74%、2.07%、1.80%。通过比较对照组和低氧组RBC、Hb、Hct三项指标在第三、四周后值的上升幅度发现，低氧刺激RBC数量的的增加以及Hb含量的增加具有一定的效果，通过RBC和Hb的增加提高了Hct的上升，这有利于血液运输氧能力的提高，促进机体有氧能力的改善。分析认为，低氧睡眠刺激加上平原训练双重刺激对血液的流变学特征产生了一定程度的影响[7]。平原训练是在正常氧分压情况下进行，训练运动量和运动强度都能达到高水平状态。但低氧睡眠时间是在低氧环境下进行，这对人体机体的恢复是个严峻的考验。低氧组在短暂的适应后，第三周后开始出现变化。可能是恢复期间低氧的刺激改善了红细胞渗透脆性、悬液粘度及RBC的沉降率[5]，RBC滤过率和RBC的变形能力得到加强[8]。低氧刺激，会导致RBC表面代偿性加强[9]，RBC这种在形态学上对低氧刺激的适应是提高RBC变形性的内部因素之一。多数研究表明低氧刺激可促进RBC和Hb不同程度的增加，但也有一些异议，其关注的焦点在于这种增加的原因是由RBC的绝对值增加还是由血浆渗透造成血容量减少所致[8,9]。目前，对此比较认可的观点是血容量减少和RBC产生增多同时作用的结果。在本研究中，低氧组RBC数量和Hb量在第三周后都出现上升，且Hct也同时上升。从三个指标增加的幅度来看，Hb>RBC> Hct，Hb和RBC的增加促进了Hct的上升，这与目前的解释观点比较一致。通过对比低氧组三个海拔高度小组的刺激效果发现，HiLo-2效果优于HiLo-1和HiLo-3，表明2500m高度的低氧刺激对机体的效应处于人体较为适应的一个高度，3000m低氧刺激与2000m效果相似。建议，在采用HiLo训练时可选择2500m低氧进行刺激。同时，低氧刺激对血液指标的影响在三周训练后出现，提示低氧刺激需要一定的适应期。

3.2 三种HiLo模式对游泳运动员VO2max、VAT的影响

最大摄氧量(VO2max)是指在机体运输氧和利用氧达到人体极限时单位时间内所摄取的氧[2]，反映了机体的有氧能力，但在反映机体的用氧方面有所不足。通气无氧阈(VAT)是指应用通气指标反映机体有氧到无氧临界点[2]，能准确地反映机体的用氧能力。把VAT和VO2max结合起来研究，VAT/VO2max比值能反映机体用氧能力的提高程度。因此，应用这些指标能较好地反映出三种HiLo模式对游泳运动员机体的影响。在本研究中，只发现HiLo-2在四周后VO2max出现显著变化，由4.16±0.48L/min提高到4.30±0.56L/min，提高了3.4%。对照组、HiLo-1、HiLo-3无显著变化，但发现有上升的趋势，HiLo-1和HiLo-3稍高于对照组。这可能与低氧刺激的时间长短有关，结合研究中的血液指标在三周后和HiLo-2的VO2max在四周后出现变化的情况，提示HiLo-1和HiLo-3，甚至对照组，在保证足够长的训练及低氧刺激时间，VO2max可能出现显著提高。目前，对低氧刺激能否提高人体的VO2max存在一定的争议。文献报道[9]，低氧刺激能提高人体VO2max在1.5～14%，依据运动项目及低氧环境等因素存在不同。但也有相关的研究发现，VO2max没有变化，甚至下降1.6～2.8%。造成这种差异的主要原因可能与运动员训练水平、训练前后的机能状态、低氧环境选择、运动员机体适应及调节能力有关。VAT和VAT/VO2max比值在对照组和实验组都有显著提高，对照组在四周后出现，实验组在三周后出现。四周后，四组VAT分别提高了150 ml/L、250 ml/L、306 ml/L、210ml/L；VAT/VO2max分别提高了2.78%、4.79%、6.26%、3.87%。实验组优于对照组，在实验组中，HiLo-2提高程度好于HiLo-1和HiLo-3。分析认为，低氧刺激在短期不能提高机体VO2max的情况下，可通过提高VAT，使VAT/VO2max比值提高，从而使机体的用氧能力得到提升，反映了运动时刚引起乳酸堆积时所需要的最大摄氧量利用率得到了提高。低氧刺激对血液指标RBC、Hb、Hct的改善，提高了机体的运输氧的能力，在氧供方面提供了支撑，这为机体VAT的提高打下了坚实的基础。

3.3 三种HiLo模式对游泳运动员运动成绩的影响

本研究中采用了自由泳400m和800m来代表运动员有氧能力的测试，为了便于比较，在考虑泳姿方面选择了被试都熟悉的自由泳，同时把测试成绩统一为秒进行对比。测试的结果显示，前三次测试中，400m和800m自由泳总秒数逐步减少，没有出现显著变化。但从第四次(三周后)测试开始，对照组和实验组两个项目总秒数呈现显著性减少。其中，四个小组在三周后400m测试总秒数分别降低了5.0s、6.5s、7.6s、5.6s，降低幅度分别为1.87%、2.43%、2.85%、2.09%；四周后分别降低了6.9s、10.3s、13.2s、9.8s，降低幅度分别为2.59%、3.86%、4.94%、3.66%。四个小组在三周后800m测试总s数分别降低了9.0s、8.1s、10.8s、10.1s；降低幅度分别为1.57%、1.42%、1.89%、1.76%；四周后分别降低了12.3s、14.4s、18.6s、15.4s，降低幅度分别为2.15%、2.53%、3.25%、2.68%。实验组HiLo-1、HiLo-2、HiLo-3降低幅度高于对照组，HiLo-2降低最多，成绩最好。分析认为，低氧刺激加平原训练双重刺激提高了游泳运动员血液指标，使运输氧的能力得到增强，同时运动员的VAT显著上升，对最大摄氧量的利用率得到提升，最终使400m和800m自由泳总成绩秒数减少，成绩得到显著提高。但对400m和800m成绩降低的幅度进行对比发现，400m降低的幅度整体上优于800m，前者提高最显著的是HiLo-2组的4.94%，后者提高最显著的是HiLo-2组的3.52%。四个组被试训练前400m平均成绩分别为266.00±12.74s、267.88±10.02s、266.95±10.62s、268.13±10.93s，均稍低于国家一级运动员水平(4min21s：261s)，但远高于国家二级运动员水平(5min06s：306s)。通过4周训练后，平均成绩分别为259.12±10.56s、257.55±11.37s、253.77±10.38s、258.30±10.08s，均高于国家一级水平。而800m训练前后分别为573.65±32.67s、569.89±30.52s、572.74±31.70s、574.83±32.56s，均低于国家一级水平(9min02s：542s)；高于国家二级水平(10min32s：632s)。训练后561.33±30.75s、555.42±31.65s、554.12±31.68s、559.48±30.96s，仍低于国家一级水平。分析认为，一，参与测试的游泳运动员的运动水平限制了其可能提升的空间[2,4]。随着距离的加长，其机能水平不能匹配相应的强度。对比国际级健将游泳运动员主攻项目的成绩，发现越优秀的运动员，其主攻的项目的平均速度相差越小，尤其是中长距离。二，VAT的提高可能更有利于中等距离的游泳项目成绩的提升。

4 结论

4.1 HiLo在一定程度上刺激人体RBC、Hb、Hct，提高运输氧的能力；短期HiLo对VO2max的提高有限，但可促进VAT的改善，提高机体的用氧能力。

4.2 HiLo对400m和800m自由泳具有显著的提高效果，有利于中长距离游泳运动；HiLo-2选择的2500m海拔高度，对机体RBC、Hb、Hct、VO2max、VAT、VAT/VO2max的提高，400m和800m自由泳成绩的提高具有一定的优势。

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