复杂性科学视角下运动训练超量恢复原理的重新解读

仇乃民

摘 要：借助复杂性科学理论，对超量恢复训练原理的有关问题重新进行考察、审视与解读。研究表明：1）超量恢复训练原理是运动训练复杂适应过程的一种简化，它并不完全适用于运动训练适应的复杂性存在。2）超量恢复训练原理本质是人体复杂系统在运动负荷作用下与外界环境之间进行物质、能量与信息交换的功能、结构振荡的一种表现形式。3）超量恢复训练原理内在机制是人体复杂系统在运动负荷作用下的一种涨落—协同—有序和功能—涨落—结构的相互作用循环往复过程。4）运动训练适应是由机体、环境与运动任务等组成的复杂动力学系统，演化过程表現出非线性及对初始条件的敏感性、协同性、自组织、混沌性等复杂性特征。5）运动训练复杂适应系统原理是超量恢复训练原理研究的新进路，运动训练适应复杂性问题最终需要运用运动训练复杂性科学理论与方法来诠释与解析。

关键词：运动训练；超量恢复；复杂适应系统；非线性；自组织；简单性；复杂性

中图分类号：G808 文献标识码：A 文章编号：1006-2076（2018）04-0099-06

Abstract：In order to further clarify the essence and mechanism of the theory of over-recovery training， this paper inspect and review the principle of super-compensation training with the theory of complexity science. The studies have shown that 1） The principle of super-compensation is a simplification of the process of adaptability of sports training， and it is not entirely applicable to the complexity of the adaptation of sports training. 2） The essence of super-compensation training principle is a form of oscillation of material and energy and information exchange between the function and structure of the human body movement training complex system on moving load and environment. 3） The complexity of the principle of super-compensation training inherent mechanism is a complex system in the human body under the action of a fluctuation-coordination-order and function-fluctuation-structure of the interaction cycle of reciprocating process. 4） The sports training adaptation system is a complex dynamic system composed of the body， the environment and the movement task， in their evolution process with nonlinear， the sensitivity of the initial conditions， coordination， self organization， chaos of complexity characteristics. 5） The principle of complex adaptive dynamic system should be a new approach to the study of super-compensation training principle. The problem of complexity of sports training should be explained and analyzed by using the scientific theory and method of sports training complexity.

Key words：sports training； super-compensation； complex adaptive system； nonlinearity； self-organization； simplicity； complexity

运动训练超量恢复（Super-compensation）原理也称超量代偿训练原理，是关于机体运动时和运动后休息期间物质、能量与功能消耗和恢复过程的学说。从提出至今，已被国际运动训练学界广泛接受与认同，成为现代运动训练科学理论的基石[1]。然而，随着运动训练科学研究的不断深入与竞技训练水平的逐步提高，超量恢复训练理论不断遭受争议与质疑[2-5]，同时研究者也尝试着从不同学科或维度提出新的运动能力提高的理论模式，如Bannister（1975）的适应—疲劳理论的双F模型（FF—Model）[6]、Mader（1990）的“机能储备模型”[7]和Perl（2001）的竞技能力潜力理论的双P模型（Per-Pot —model）[8]等。然而，以上这些理论模式缺乏必要实验证据，也没有一定的实际可操作性，因而也没有得到广泛认可。超量恢复训练原理存在是否有合理的一面，它的本质究竟是什么，内在机制又如何，这些已成为当代运动训练科学界争论与追寻的焦点。本文研究主要借助于复杂性科学视角，对超量恢复训练原理的相关问题重新考察与审视，从中寻找超量恢复训练原理存在的价值及逻辑，探寻超量恢复训练理论研究的新进路，这对拓展运动训练科学理论与实践研究的广度与深度有着重要价值与意义。

1 超量恢复训练原理的内涵及研究概述

1.1 超量恢复训练原理的内涵

运动训练的超量恢复原理是研究运动时和运动后恢复期供能物质与运动能力的关系，主要涉及到以下两个基本问题：一是供能物质数量变化的规律；二是供能物质数量变化与代谢调节、身体机能相适应的变化规律。这两个问题是不同的研究领域，但又密切相联。具体来说，超量恢复训练原理主要是指机体在负荷的刺激下，其能量储备、物质代谢以及神经调节系统的机能水平出现下降（疲劳），在负荷后这些机能能力不仅可以恢复到负荷前的初始水平，而且能够在短期内超过初始水平，达到超量恢复的效果。如果在超量恢复阶段适时给予新的负荷刺激，负荷—疲劳—恢复—超量恢复的过程不断在高的水平层次上周而复始地进行，由此机体的能力得到不断的持续提高[9]。超量恢复过程一般可分为三个阶段：1）运动时的恢复阶段，运动时能源物质主要是消耗，体内能源物质逐渐减少，各器官系统功能逐渐下降；2）运动后的恢复阶段，运动停止后消耗过程减少，恢复过程占优势，能源物质和各器官系统的功能逐渐恢复到原来的水平；3）超量恢复阶段，运动中消耗的能量物质在运动后一段时间内不仅恢复到原来水平，甚至超过原来水平（超量恢复），保持一段时间后又回到原来水平上[10]。

1.2 超量恢复训练原理研究概述

一般来说，有关超量恢复训练原理的研究主要分为两个阶段[11]：一是20世纪20～60年代的肌糖原超量恢复阶段，这时期超量恢复概念主要还是限定在基于肌糖原、磷酸原、线粒体以及相关一些酶类运动后出现“下降-恢复-超量恢复”的一种能量代谢现象上。研究者主要包括德国的埃博登（U. Embdcn）、阿德勒（E. Adlcr）（1922）[12]，美國的费斯克（C. H. Fiskc）、苏巴罗夫（L. Subba-row）（1929）[13]，苏联的雅姆波斯卡娅（L. I.Yampolyskaya ，1948）[14]等，他们的研究结果都证明了运动训练可以导致骨骼肌的糖原、肌氨酸和磷酸肌酸储备的增加。二是20世纪70年代初至今运动训练超量恢复阶段。 雅克夫列夫（Jakowlew，1972）根据人体负荷后肌糖原储备出现的“下降、恢复和超量恢复”的特性，提出了运用“超量恢复” 理论模型来解释运动训练对人体机能能力增长的机制，即将运动训练对人体机能能力产生影响作用的机制归结为“超量恢复”[15]。在此后，胡尔特曼等人[16]对运动中肌肉的高能磷酸化合物（ATP）、磷酸肌酸（CP）和糖原等能量物质的恢复速度进行了研究，特尔君格（R. L. Zcrjung）等人[17]则对不同类型肌纤维力竭训练后糖原的恢复速度进行了研究，他们都取得一定的成就。

然而，超量恢复训练原理自问世以来争论与质疑一直没有停止过。国内外学者的批评和质疑主要集中在以下这些观点：缺乏足够的科学实验数据的支持；没有年龄、性别、运动训练水平的区别和划分；适应性过程不可能无休止地继续下去，却没有给出人体能力适应的极限；忽视了机能能力的保持和在不良刺激下的下降；忽视了人体不同能力具有不同发展空间和不同发展速度的问题，只是从综合能力的角度描述了机能能力的增长；运动训练的适应是一个长期的、带有强烈个体性的过程，而不像超量恢复学说的那样简单；没有考虑神经学方面的适应性过程和遗传因素的影响；忽视了运动训练对机体恢复能力的重要性，特别是它对运动时能源物质恢复能力与运动能力的相互关系无法做出正确的解释；疲劳的积累与机能的增长，都表现出线性叠加的递变关系只涉及“量”的变化，没有涉及“性质”上的变化；用研究低级运动形式所得的结论去替代高级运动形式的本质认识等。[2-5]

2 从超量恢复训练原理到系统的涨落原理

2.1 超量恢复训练现象的本质：一种涨落或波动

涨落与波动是自然界、人类社会存在的一种十分重要的物理现象，如潮水的涨落、气体密度的波动、物价的升降等。人体的生命活动过程也具有波动性特征，如人体的体温、血压、脉搏、呼吸速率、脑电波被测出来的只是平均值，实际上也是在不断、无规则地波动、变化着的。系统为什么会产生涨落？从系统内部来看，即任何要素的运动，都不是完全均匀、平衡、对称的，而一旦出现了并非均匀、平衡、对称的情况，即破缺，差异也就出现了，这种差异就会造成系统的变化，即涨落。从系统外部来看，一个开放的系统总要和外部进行物质、能量和信息的交换，而这种交换本身一定会打破系统内部原有的状况，造成内部的差异以至变异，涨落也就出现了。

系统的涨落一般可分为内涨落与外涨落。内涨落主要是系统要素或子系统的不均匀、非平衡与非对称的随机运动，而外涨落主要取决于系统环境的扰动。对于两者的关系来说，系统的外涨落可以转化成系统的内涨落，而促成系统有序演化的主要因素是系统的内涨落。对于人体这样的生物体来说，应激是生命活动最基本特征之一，即对机体实施外界（运动负荷）刺激，会引起身体机能发生一定的应答性反应，这种应答性反应实质表现为外界扰动引起的机体内的功能、状态或各种要素发生的变化，这种变化又具体表现为机体的各项生理、生化指标、机能等发生一定的波动或涨落现象。当然，不同性质的外界扰动（如不同运动强度、运动量或不同运动形式和内容）导致机体的内部波动或涨落影响也不相同，如运动强度或量越大（外涨落变化越大），人体内涨落的波动幅度就越大等。

由此看出，人体的“超量恢复”现象实质是人体系统的一种外涨落引起的系统一种内涨落现象（就像在一条河流中投入一块石块，产生的一阵阵水波或水的涨落），即有机体的各种组成物质、能量或机体能力在运动训练负荷的扰动下表现出的一种涨落或波动现象。也就是说运动时，机体的物质、能量的消耗逐渐减少乃至耗竭，这是一种落，而运动结束后的某段时间，能量物质的恢复趋向于运动前安静的水平和运动结束后在物质能量恢复过程的一定时间内，能量物质的恢复不仅达到原有的水平，而且超出原有的水平，却是一种涨（如图1）。而从一般的意义上讲，超量恢复的涨落现象可以被看作是在人体系统与环境的物质、能量、信息的交换中（对于人体复杂的开放巨系统来说，运动训练的过程就是人体与外界环境之间进行信息、物质、能量的交换过程 ），每个组成部分（骨骼、神经、肌肉、心理、能量）功能发生作用时的有进有退、有起有伏、有大有小、有强有弱的运动。这种进退、起伏、大小、强弱是人体系统与运动环境关系的多样性和不确定性引起的，是每个组成部分在机会确定的情况下进行自由选择和不断尝试的结果。

2.2 超量恢复训练原理的机制：功能—涨落—结构

人体如同河流一样，河床的根本结构将决定河流的行为，也就是说要改变整个河流的方向（功能），唯有根本结构的改变。那么，涨落（超量恢复）又是怎样导致人体的结构与功能改变（即河流是怎样通过水的涨落或波动来改变河床的结构及功能）？在正常情况下，人体系统处于平衡态或线性非平衡区，此时运动负荷等的“外涨落”引起机体的“内涨落”，一般都是“微涨落”，此时的涨落只是一种破坏自我稳定性的干扰，它不会使人体系统离开原有的定态。因为在这个区域，人体系统具有抗干扰能力（一种自我稳定的调节机制，如神经调节、体液调节等反馈调节等），从而吸引或调节人体系统回到原来的稳态。也就是说，此时运动负荷外涨落引起的内涨落总被人体系统内稳定机制阻尼掉，即涨落造成的偏离态会不断衰减直到消失，最后回到人体原来的稳态。换句话说在此区域人体虽然与外界有物质、能量和信息的交换，形成内涨落，但此时的不同涨落之间关联微弱（无法有效地协同），不能形成宏观尺度上的关联成为“巨涨落”。

然而，随着人体运动强度或量的增加，人体系统逐渐远离机体的平衡态，即此时机体内的物质、能量、氧等大量消耗得不到有效及时的补充，代谢产物不能及时排泄体外，血液的酸碱度、渗透压、各种离子浓度发生急剧变化，体温、血压、心率、呼吸也同时发生了改变，人体系统开始远离近平衡态。从宏观方面看，运动时人体系统内各组织器官的机能活动也发生非平衡变化，如人体的血液也开始重新分配，氧的运输系统功能出现摄氧量仍然不能满足需氧量而出现氧亏（即需氧量与摄氧量出现非平衡性）等。在人體系统的远离平衡非线性区，人体系统的涨落情形将发生根本变化，即此时内微涨落通过非线性作用的相干或协同效应导致涨落之间关联尺度迅速增大，相隔宏观距离的微观组分之间建立起联系，涨落急剧放大，不同涨落之间联系强化，形成宏观尺度上的“巨涨落”（即协同导致有序）。于是，机体的功能状态上的一次又一次的巨涨落形成了对机体结构的有序重建（如同在河水中聚结起的一次一次的巨大波浪形成对河堤的破坏过程）（如图2）。

当然，人并不是河流，对于人体生命系统来说，在结构与功能关系上，是各种生命的功能活动决定着机体的形态结构的形成、发展、瓦解，是功能决定结构，结构异常源于功能异常。没有离开功能过程的独立的时间结构、空间结构，功能过程一旦停止，功能性结构消失，其时间、空间结构也不复存在[18]。因此，贝塔朗菲指出，“在生命系统过程流中结构是表现，功能是本质，功能决定结构”[19]。对于人体生命系统来说，涨落的内涵实质就是人体系统各种生理、心理功能和动作行为状态空间的波动。同时，外部环境的变化引起人体系统各要素之间出现涨落现象，由涨落带来的相于作用的结果会导致人体结构稳定性的振荡，以至引起人体系统结构的变化。因而，对于生命有机体系统来说，涨落、功能与结构三者之间关系是：功能→涨落→结构（如图3）。因此，对于人体系统来说，功能的涨落导致结构的改变，而结构的改变又提高了涨落的范围或功能（涨落导致有序），即功能→涨落→结构→新功能→再涨落→新结构……，相对于人体系统适应来说就是：涨落→适应→再涨落→再适应→……。

3 走向运动训练的复杂适应系统原理

3.1 运动训练适应是一种复杂性存在

运动训练适应是一个复杂的适应系统[20] （人体本质上就是一种复杂适应系统[21]），主要表现为：1）运动训练适应要素的复杂性。参与机体运动训练适应的要素很多且不同，包括不同物质、能量、生理、心理，不同的竞技能力如体能、技能、智能、战术等。2）运动训练适应功能的复杂性，由于运动任务不同，机体不同的器官、组织在运动训练适应过程中会形成不同的运动功能，同一种器官、组织也可以形成不同的功能或不同器官、组织也可产生同样的功能等。3）运动训练适应要素关系的复杂性。形成运动训练适应的不同要素之间或要素与环境之间的关系不是简单的线性叠加，而是一种相互作用、相互制约的非线性关系。4）运动训练适应过程的复杂性。主要有运动训练各要素适应具有不同步性，运动适应过程可能存在分岔，存在选择性的不同适应道路，或适应的过程可能是连续的、也可能突变的等。5）影响运动训练适应因素的复杂性。影响运动训练适应的因素有很多，如运动训练负荷的强度或量、运动员训练的水平或状态、年龄或性别、运动训练的环境、运动营养或膳食结构与运动后的恢复训练手段等，同时这些因素之间相互作用、相互影响。

超量恢复训练现象实质是人体复杂性系统在运动训练过程中的一种功能、结构的振荡表现形式。但由于受到近代传统生物机械论影响，运动训练复杂的适应过程被看作是机体的一种简单的刺激—反应的线性过程，即在一定的机体生理范围内，运动训练负荷（刺激）越大，造成物质、能量越短缺，而引起相应的反射性物质和能量补充越充分，而身体其他器官的机能状态也是如此，运动训练的效果就是它们的简单加和或积累。然而，这样简单的线性处理方法致使许多运动训练学专家或教练员片面地理解运动能力提高与运动负荷之间是一种正比的线性关系，即运动训练的运动负荷越大，运动员运动成绩提高得越明显，进而将运动训练质量简单地与“高负荷”挂钩，并单纯以“疲劳”程度作为评价训练效果的依据，最终导致过度疲劳、心理耗竭、运动训练平台或伤病的发生等[22-23]。

3.2 运动训练的复杂适应系统原理

运动训练复杂适应系统的演化过程不仅在于运动训练中各要素自身的特性，更在于它们之间的相互作用关系，其中最突出的就是机体与外界环境、运动任务之间的非线性动力关系。运动训练复杂适应系统是由机体、环境与运动任务中的若干要素之间相互联系、相互作用所共同形成的一种复杂的动力学模式（如图2），其关系式为B=F（p.e.t），即运动训练适应行为（behavior）是机体（person）、环境（environment）与运动任务（task）关系函数。对于运动训练适应复杂动力系统来说，不仅在内部不断组合，而且与外部世界不断发生（物质、能量、信息）输入与输出的交流关系，从而形成一个动态连续整体，并彰显着一种个性化特征。任何一种运动训练适应行为其实都产生于运动训练中的各种相互依存、相互作用的功能的整体，以及这些相互依存、相互关联的功能具有一种复杂的动力场特征。

运动训练适应不仅仅是单独某一刺激因素所引起的反应，其因素异常复杂，而且外界环境无时不在对其施以干扰和影响。但作为一个复杂的动力系统，运动训练适应是一个动力学整体，其动力主要来自运动训练系统与环境以及运动训练系统内部的相互作用。具体来说，主要有自然力（机体的、物理的、生物的与生理的），精神力（意识、心理、情感）与社会力（主体、社会中社会要素、文化）三种动力。这些要素或动力之间相互作用、彼此关联，而关联的方式主要有物理的、化学的、结构与功能等。这些要素或动力通过信息、物质与能量形成一个形式与内容、整体与动力、结构与功能的统一体，同时，这个复杂的功能统一体通常表现为一种复杂的动力学网络模式或结构 （无论个体或集体的竞技能力系统总体上都表现为复杂的动力学网络特征[24]）。

3.3 运动训练的复杂适应系统特征

在运动训练复杂适应系统的关系式中，B=F（p.e.t）中F函数是非线性函数，表明非线性是人体对不断变化发展的运动世界适应的重要方式[25]。这就使人体运动适应系统构成了一个非线性相互作用的图像，而且是一个高维的系统。这种运动训练适应的非线性方式主要表现为各要素的不均匀性、不平衡性和非对称性的特点。这种非均匀、非平衡、非对称的情况造成了运动训练系统的波动性，而有研究表明，波动性就是系统的一种灵活性，是系统探索整个状态空间的一种方法，也是对外界环境的一种反应与系统适应的表现[26]。由此，有研究者提出在运动训练过程中增加一种外界的扰动，以提高运动训练适应的非线性训练方法。[27]

运动训练复杂适应系统具有自组织特征。人体复杂系统具有自复制、自催化、自循环、自生长等自组织功能。运动训练复杂适应也具有自组织性，即通过外界的一次运动训练负荷刺激引起机体的神经、肌肉与能量代谢等功能反应的自组织，多次运动训练负荷刺激就产生机体的多次自组织的适应性，而长时间多次重复负荷刺激人体将产生一种运动适应性结构。Feldenkrais（1985）根据机体这种适应的自组织性提出了M.Feldenkraiss method训练方法，这种训练方法主要通过改变运动训练环境条件（时间、空间位置和运动结构等）从而打破运动训练的旧稳态促使新的运动稳态产生自组织涌现。[28]

稳态是运动训练复杂适应系统的存在形式和演化的状态（W.B.Cannon[29]，1926）。在运动训练复杂适应系统中各种要素之间的竞争或协同进行着物质、能量、信息的交换，从而造成机体、环境与运动任务之间形成一种稳定性状态。对运动训练适应系统的稳态来说，运动员竞技能力变化与提高不仅仅为单独某一刺激所引起的，而是运动训练适应系统的各要素（物理的、生理的、心理的、社会的）及其相互作用所决定的，即机体在感知外界环境因素变化的同时，通过整合与调控，做出整体性的适应性反应，以维持运动训练系统功能或结构的有序态。因此，要促进运动训练复杂适应系统的演化，就要从整体上打破一个机体的功能与结构的稳态建立一个新的稳态过程，中间可能还需经历一个不稳定状态过程，即运动训练复杂适应系统的演化就是旧稳态—不稳态—新的稳态的过程[30-31]。

另外，运动训练复杂性适应系统表现一种混沌性特征。运动训练复杂适应系统的混沌性主要表现为运动训练适应系统对初始条件的敏感性，即运动员机体具有不同运动能力的快速生长期（敏感期），如有不同运动素质增长的敏感期，力量训练在青春期就开始时训练最好，动作技术学习在儿童或青少年时期等，因此运动员的后天训练就应建立在这些人体的先天发展动力学规律基础之上。运动训练适应系统的混沌性也可表现运动训练适应系统的随机性，运动训练应该促进运动员潜在反应，优化各种训练因素，由此，Jim Smith（2006）[32]提出混沌训练理论。最后，运动训练复杂适应系统的混沌性也决定了运动员竞技状态的长期不可预测但近期可以预测的特性等。

4 结语

人体是一个复杂的适应系统，机体的运动能力在运动负荷作用下的发展和提高过程具有纷繁的复杂性。于是，运用“超量恢复”训练模型来描述、解释与预测这一复杂的适应过程具有一定的局限性与困惑。超量恢复现象本质是人体运动能力系统在运动负荷下与外界环境之间进行物质、能量与信息交换的一种功能、结构的振荡现象，其实质是人体复杂性系统的功能—涨落—结构相互作用的循环往复过程。运动训练适应实质是由机体、环境与运动任务组成的复杂动力学系统，在其演化过程中充满了非线性、自组织、混沌性等复杂性特征。于是，运动训练复杂适应系统原理是超量恢复训练原理研究的新进路，运动训练适应的复杂性问题最终需要运用运动训练复杂性科学理论与方法来诠释或解析。

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