大学生公路自行车运动成绩与身体机能的灰色关联研究

张桂忠 张宏帅

(1.内蒙古师范大学体育学院,内蒙古 呼和浩特 010022;2.内蒙古自治区体育科学研究所,内蒙古 呼和浩特 010030)

2011年环青海湖国际大学生公路自行车邀请赛开赛，此后每年夏季举办一次，带动了这一运动项目在高校的发展。自行车运动在丰富大学校园文化的同时，也给人们提出了新的课题：如何能够在高校间的竞技中脱颖而出，拔得头筹？从理论上来说，运动员的竞技能力和比赛表现取决于他的身体机能水平。如果能够明确二者之间的关系，就可以实现有针对性的训练，有效提高比赛成绩。本研究拟通过公路自行车比赛成绩与运动员身体机能间的关联分析，探讨各种机能或状态在比赛中的重要性，为这项运动的训练和比赛提供有价值的参考。考虑到研究条件的限制和研究方法的有效性，本研究采用了灰色关联分析法。

1 测试对象与方法

本研究以大学生公路自行车运动成绩与身体机能的灰色关联为研究对象，以内蒙古大学公路自行车队员为测试对象。所有运动员均无伤病，能正常参加训练和比赛，基本情况见表1。

表1 大学生自行车运动员基本情况

运动员比赛成绩为其参加2015年第五届“中国体育彩票杯”环青海湖国际大学生公路自行车赛的骑行成绩。比赛全程59.2公里，分三个赛段。第一赛段长16.5公里，于10.6公里处设有一个1级爬坡点；第二赛段长36公里，于13.6公里处设有一个3级爬坡点，30公里处设有一个途中冲刺点；第三赛段长6.7公里，为纯爬坡赛段。在全部参赛的18支代表队中，内蒙古师范大学公路自行车队获得团体第六名，其中长距离赛段获团体第一名。

赛前完成以下测试：Omega Wave体能测试系统(美国)测定运动员身体机能状态指标疲劳程度；中枢神经系统(CNS)机能和下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA轴)功能水平；能量供应系统有关指标，包括相对最大摄氧量(VO2max)和无氧阈心率(HRat)。Monark功率自行车(瑞典，Ergomedic 894Ea型)进行Wingate无氧功率测定，指标包括最大无氧功(PP)和平均无氧功(AP)。

采用灰色系统理论建模软件(7.0)[1]对测试所得数据进行处理，分别以运动员三个赛段的比赛成绩为母序列，运动员各项机能指标测试结果为子序列，计算灰色综合关联度，导出灰色综合关联序(以下分别简称关联度和关联序)。

2 研究结果与分析

6名大学生运动员各项机能指标测试结果见表2。

表2 运动员各项机能指标测试结果

注：前3项指标均采用7分的等级评分制，分值越高，说明状态或机能越好，7分达到最佳；相对：ml/min·kg；无氧阈心率：bpm；最大无氧功：W；平均无氧功：W。

在Omega Wave体能测试中，系统将人体心血管系统、中枢神经系统、内分泌系统等的测试结果与数据库进行对比，进而对机体各项功能状态评分，得出运动员当前状态的等级分值。实际应用表明该测试系统能够较准确地反映训练负荷及疲劳程度。由表2可见，此次测试的运动员赛前机能状态良好，无明显疲劳现象存在，适于参加比赛并有利于创造佳绩。

表2显示测试的运动员相对都很高，甚至超过我国优秀男子公路自行车运动员的水平(68.94±8.35ml/min·kg)[2]。这与Omega Wave体能测试系统测得的相对数值通常较高有关；体能监控的实践和一些实验研究[3]均表明，该系统测得的相对高于实验室的机能测试结果。但是由于Omega Wave系统对人体有氧工作能力的评价与传统方法最大摄氧量检测结果有较高相关性[3]，因此这并不影响本研究的有效性。

运动员比赛成绩见表3。为满足数据分析的需要，运动员各赛段的比赛成绩均以平均骑行速度表示。

表3 运动员不同赛段比赛成绩(平均骑行速度)

注：平均骑行速度：km/h。

通过灰色关联分析得出三个赛段运动员比赛成绩与身体机能各项指标的灰色综合关联度及其排序，详见表4、5、6。

表4 不同赛段比赛成绩与各工作能力指标之间的关联度及其排序

由表4可知，无论哪一赛段的比赛，运动员比赛成绩与无氧阈心率的关联度均为最大，即无氧阈心率都是该段比赛成绩的首要因素。无氧阈心率反映人体进行有氧运动的最大强度，其水平越高，说明人体的有氧运动能力越强。无氧阈强度和相对都是反映有氧工作能力的指标，无氧阈代表了对最大摄氧量的利用率，与最大摄氧量相比，无氧阈强度更能反映实际运动时机体摄取和利用氧的程度。在这一组数据的关联分析中，比赛成绩与无氧阈心率的关联度均为最大，且均大于与相对的关联度，这一结果完全符合该公路自行车三个赛段的比赛均属耐力性运动的情况，说明灰色关联分析的量化结果与人们通常的定性分析结果是一致的。尤其对于16.5km和36km这两个较长距离的赛段，关联序分析显示相对都优于其它两个因素。只是我们也看到，反映磷酸原系统供能最大无氧功优于反映整体无氧供能能力的平均无氧功。这可能与这两个赛段中分别有一个爬坡点，以及36km赛段还有一个冲刺点有关。而对于6.7km赛段，由于这是一个完全的爬坡赛段，所以运动员在比赛中的运动强度更大，其能量供应更多地依赖于糖酵解过程，因此平均无氧功在整个关联序中的位置提前，仅次于无氧阈心率。

根据上述分析，在大学生公路自行车的训练中，应当优先发展运动员的有氧工作能力，可采用诸如乳酸阈强度训练法等训练方法。还应适度加强运动员无氧工作的能力。尤其是针对距离较短的6.7km赛段，在训练中加入一定的力量练习，提高下肢对抗阻力和长时间高强度无氧做功的能力，对比赛成绩的提高都将大有裨益。

表5 不同赛段比赛成绩与调节机能之间的关联度及其排序

由表5可知，在运动机能的两种主要调节系统中，HPA轴机能能力与各赛段比赛成绩的关联度均大于CNS的机能能力。即对于大学生运动员的比赛成绩而言，HPA轴调节能力的影响大于CNS的调控。

下丘脑-垂体-肾上腺轴亦称应激轴，与机体抵抗内外界应激刺激的应答性反应有关，是与身体运动关系最为密切的内分泌功能轴。运动中HPA轴的动员可以促进能量代谢，使能量代谢运转以糖代谢为中心，增强儿茶酚胺对血管的调节，对调控剧烈运动时机体运动能力的发挥具有重要作用。中枢神经机能的重要性体现在神经调控的相对稳定与各中枢的协调配合对长时间肌肉活动的作用上。神经调控的稳定意味着运动时在大量的传入冲动作用下，中枢不易转入抑制状态，从而能长时间保持兴奋与抑制的有节律转换。中枢间的协调配合则意味着各中枢的兴奋和抑制过程更加集中，肌肉的收缩与放松更加协调，肌肉活动的机械效率更高。同时，这种协调关系也包括躯体与内脏运动中枢之间的协调。

从理论上来说，对于公路自行车这样的耐力性运动项目而言，运动的中枢调控无疑起着重要的作用。但是本研究显示，HPA轴的机能状况与比赛成绩表现出更为紧密的关联。其中的原因可能在于，运动员长期的耐力训练业已提高了中枢对刺激的耐受力，保证了神经过程的稳定和肌肉活动的节律化，使其不再成为限制因素。同时，运动员的骑行过程也已高度自动化，而不能影响他们的比赛成绩。Martin JC研究小组就曾报道过世界级自行车运动员与一般蹬骑者的骑行效率没有显著区别[4]。而在另外一个方面，运动应激状态下HPA轴的调控对于公路自行车这个体能类项目来说却是至关重要的，因为正是它决定了运动中机体能量供应能够快速、持久进行。因此作为一个重要的调节系统，CNS在公路自行车比赛的运动机能调节中最终让位于HPA轴。

无氧阈心率和HPA轴功能分别是上述两个关联序中的首要因素，与比赛成绩的关联最为紧密。计算无氧阈心率、HPA轴功能和疲劳程度与不同赛段比赛成绩之间的关联度并进行比较和排序，结果见表6。其中疲劳程度反映人体整体机能状态。

表6 不同赛段比赛成绩与各能力(或状态)代表指标之间的关联度及其排序

三个赛段的公路自行车比赛都是长时间的运动，都会考验人体的有氧工作能力，因此无氧阈心率无疑是其中很重要的制胜因素。但由表6可见，在所有赛段的关联序中，无氧阈心率都不占绝对优势，甚至可能是处于劣势地位。而HPA轴功能则为首要因素，即HPA轴调节能力对公路自行车运动员比赛成绩的贡献率最大。

另外，对于强度稍低，持续时间较长的16.5km和36km的比赛而言，疲劳程度均为最劣因素，说明运动员赛前疲劳对运动能力和比赛成绩的影响还不大，抑或可以通过其它方面较强的能力弥补。但是对于强度较高的6.7km爬坡赛来说，疲劳程度则跃居无氧阈心率之前，提示在这一赛段比赛中疲劳问题不可忽视，相反应积极采取有效措施，预防和消除疲劳，才能使运动员有较好的发挥。

大学生公路自行车运动属于体能主导类项目，需要机体代谢供能、机能调节和全身机能状态等各方面均达到较高水平，形成较强的综合能力。根据以上的数据分析，本研究认为，在运动员具备一定有氧耐力的基础和没有明显身体疲劳的情况下，HPA轴的调控作用和机体的应激水平在比赛中决定了自行车运动能力，是运动员取得良好成绩的关键。我们在公路自行车这一项目中，应当强调HPA轴机能能力的发展。

长期系统的训练有助于提高机体的运动应激能力。Tharp早期即指出运动训练作为一种慢性应激，与实验动物肾上腺肥大有着密切的关系[5]。目前有关HPA轴功能的研究较多集中在其对运动应激的反应和适应上。运动应激能够诱导HPA轴和交感-肾上腺系统的激活，其激活方式随运动强度与形式的不同而不同[6-7]。但耐力运动训练对后续运动的激素反应有何影响仍无定论。一些研究发现训练后HPA轴对肌肉运动的反应有所减弱[8-10]，但并非所有研究都这样认为[11-12]。人们对HPA轴机能的运动适应机制还知之甚少，而国内的一些应用研究[13-15]值得重视。这些研究提示，可以辅以一些穴位刺激的方法来改善HPA轴的机能状态和调节能力，使机体的运动水平得到很好的发挥。谢晨等最近报道，神阙、气海和足三里穴位敷贴对运动性疲劳运动员的下丘脑-垂体-肾上腺轴具有良性调节作用[16]。这更加说明在训练实践中可以结合一定措施，促进HPA轴功能的适应性提高。

3 结论

从机体能量供应的角度看，无氧阈心率与其所反映的机体有氧供能能力是大学生公路自行车各赛段比赛成绩的首要因素，其它机能能力的相对重要性因赛段不同而不同。在调节机能方面，各赛段比赛中HPA轴的调控均占主要地位，CNS机能位居其次。综合考察机体代谢供能、机能调节和全身机能状态三方面因素，不同机能(或状态)在各赛段比赛中的相对重要性各异，其中HPA轴的调控作用和机体的应激水平主导了大学生公路自行车的运动能力，是运动员取得良好成绩的关键。