低氧反复冲刺训练在团队项目中的应用及研究进展

邱俊强

1 低氧反复冲刺训练的定义

低氧反复冲刺训练(repeated sprint training in hypoxia，RSH)为低氧条件下进行几次短时间(≤30 s)“全力”冲刺运动，并穿插不完全恢复的间歇(运动与休息比〈1：4)。2012年，Billaut等人[1]发表综述，讨论了团队项目高原训练的可能益处，并强调间歇性低氧训练对团队项目的益处可能被忽视；2013年，Faiss等人[2]首次尝试让耐力运动员在低氧环境下进行反复冲刺跑训练，发现反复冲刺运动能够提升并产生代谢及血流方面的有益变化；同年年底，Millet等人在《英国体育科学杂志》发表评论，鉴于RSH效果可能基于不同的机制，建议将其列为一种单独的低氧训练方法[3]。之后，该方法迅速引发众多关注，开始应用于团队类项目如足球、橄榄球等，成为训练实践中非常有应用前景的低氧训练方法之一。随着高原/低氧的训练方法越来越多样化，高原训练方法的家族谱随之被不断更新[3-5]。

2 反复冲刺能力与团队类项目特征

反复冲刺能力(repeated sprint ability，RSA)是指运动员在1～4 h比赛过程中需要反复进行的最大或接近最大运动强度(如冲刺运动)、伴随低到中等强度间歇的运动能力[6]。大多数团队球类项目和持拍类项目均包括大量的重复短时间冲刺(〈10 s)和恢复间隔短(〈60 s)的运动。反复冲刺能力被认为是团队运动的关键因素[6]，时间动作分析显示，团队运动项目中1%～10%跑动距离(1%～3%的有效上场时间)与RSA有关。以足球为例，精英球员在一场比赛中完成大约150到250次高强度冲刺[7]，持续时间平均为4 s左右，每40～70 s发生1次，且98%的高强度冲刺持续10 s以下[1]。尽管高强度运动所完成的距离较短，但高强度运动需求是精英足球比赛中的关键因素，比赛中最具决定性的动作通常是在这一类别中进行的，例如进攻、跳跃、冲刺和控球。由于足球比赛中多数重复冲刺的运动休息比在1：2～1：4之间，因此，这是一种“反复”冲刺能力而不是“间歇”冲刺能力。

RSA取决于两方面的能力：最大冲刺能力和重复冲刺能力(最大恢复能力)[8]。最大冲刺能力与ATP供应、爆发力、柔韧性、神经肌肉协调性等因素有关，重复冲刺能力则与磷酸肌酸再合成、氧化磷酸化以及肌肉缓冲能力有关。有研究采用10次6 s短冲，30 s间歇，通过肌肉活检等方法观察肌肉能量代谢的变化：磷酸肌酸供能在第1次冲刺中占比46%，第10次冲刺占比49%，即随着重复次数的增加，尽管总功率输出下降，但冲刺中磷酸原供能的比例逐步增加，说明该供能系统在RSA中至关重要。氧化磷酸化在单次短距离冲刺中对总能量消耗的贡献是有限的(〈10%)。但随着冲刺的重复，在反复冲刺运动的最后阶段占总能量供应的40%[6]。可以认为，在反复冲刺能力中，“最大”冲刺能力与磷酸肌酸供能密切相关，而“反复”冲刺能力则与氧化磷酸化能力密切相关。

RSH训练之所以被认为是团队项目更有希望的训练方法，在于该训练方法在运动模式和负荷强度上与团队项目特征更加吻合。2013年，Faiss等人[9]归纳了20项间歇性低氧训练(Intermittent hypoxic training，IHT)和当年发表的3项RSH研究，分析研究后发现，与在常氧条件下进行的相同训练方案相比，IHT对提高海平面运动表现的效果明显较差。为了克服IHT的一些固有局限性(低氧引起的低强度训练刺激)，RSH被提出并被认为是一种比IHT更有前途的间歇运动训练策略，有助于提高团队项目比赛相关的运动表现。2014年，McLean等人[10]归纳了不同的低住高训(LLTH)方法对团队运动员运动表现的影响，也提出更高负荷的RSH训练对短时、高强度运动项目和团队运动可能更有益。

3 低氧反复冲刺训练在团队项目中的应用

尽管第1项RSH的研究是在耐力运动员开展的，但后续的RSH研究多针对团队球类项目展开，尤其以橄榄球、足球、曲棍球等项目为代表。近年来团队项目RSH的实施情况见表1。

表1 团队项目运动员RSH训练方案及训练效果Table 1 RSH training plans and results in team sport athletes

续表1

在已发表的文献中，多数研究支持RSH提升了运动表现(反复冲刺能力或有氧间歇跑能力)，如足球[13]、曲棍球[15-17]和橄榄球运动员[14，19](运动模式为跑步)在RSH后，RSA均得到明显改善；但也有学者对此提出质疑，认为仅通过6次左右的训练能否如此大的运动表现提升作用[20]。Lundby[21]在2016年发表的综述中，对2012～2016年期间的RSH研究进行了分析，如针对Galvin橄榄球运动员RSH有效的提升结果[11]，他认为，尽管YOYO测试成绩低氧组有更大幅度的升高，但RSA并没有改变；对于类似有良好结果的原始文献，他指出了在实验设计、运动表现效应指标选取、绝对运动强度不一致以及运动干预方案的混杂因素等方面存在弱点而对其结果存疑。

2017年，Brocherie等人[4]采用Meta分析方法分析了RSH和RSN对海平面运动能力的影响，效应指标选取反复冲刺运动能力指标(最佳功率和平均功率)以及有氧能力指标(最大摄氧量)。结果显示，RSH比RSN更有效地改善反复冲刺运动的最高输出功率(SMD=0.31；小到中度有益效果)和平均功率(SMD=0.46；小到中等有益效果)，对最大摄氧量则有微小的改善作用(SMD=0.18；微不足道的有益效果)[4]。正如一直支持高原/低氧有效性的学者所认为的那样，0.5%的微小改变和差异，对精英运动员来说已经足以决定胜负[22-23]，RSH对运动表现具有的明显益处，足以值得推荐给团队类项目的运动员，使之成为训练计划的一部分来提高比赛表现。

此外，低肺容量主动通气不足引起的缺氧反复冲刺训练(repeated sprint training in hypoxia induced by voluntary hypoventilation at low lung volume，RSH-VHL)，开始被运动员应用，并成为RSH的新方法之一[24-26]。VHL是指在呼气后重复短暂的呼吸保持，每次呼吸保持之后是第2次呼气，直至只剩残余体积，以便最大限度排出积聚在肺中的CO2。这种呼吸方式可能导致运动期间明显的动脉和肌肉处于低氧饱和度，导致类似于海拔2 000 m以上的低氧状态。尽管VHL的低氧剂量较低，但游泳运动员采用RSH-VHL这种方法改善RSA是有效的[26]，RSA增强的幅度(+35%)与之前自行车项目[2](+38%)和越野滑雪(+58%)[27]报道的一致。VHL技术最近已被纳入到更新的高原训练方法家族中[5]。RSH-VHL可以代表一种有效的“现场户外”低氧训练策略，用于改善团队运动员的RSA能力。

4 低氧反复冲刺训练提升运动表现的可能机制

4.1 低氧暴露对反复冲刺能力的影响

低氧暴露可能保持甚至提升运动员的单次冲刺能力。当暴露于高原低氧环境时，克服空气阻力所需的能量减少，保持加速的能量可用性提高，从而有助于提高100 m冲刺跑等运动项目的运动表现；海拔高度每升高1 000 m，运动能力提高幅度0.03～0.12 s之间[28]。

对反复冲刺能力来说，低氧暴露的影响则是负面的，在高海拔地区进行比赛可能会加剧团队运动员的疲劳发展。2010～2011年FIFA的数据显示，与海平面相比，当海拔高度上升到1 600 m时，球员的跑动距离、高速跑能力以及加速频率会分别减少7%、21%和20%[1]。急性低氧暴露下RSA的改变与以下因素有关。

(1)心肺功能。实验室研究表明缺氧环境下进行重复冲刺跑，由于可利用的氧气降低，导致最大摄氧量下降，每分钟通气量下降，氧债增加，加剧了肌肉缺氧程度[29]。O2可用性降低、血氧饱和度减少引起的血液动力学反应最终会导致生理应激的增加，影响运动表现。

(2)能量代谢。氧气可用性降低或动脉低氧血症(低SpO2)会使能量供应受限(即磷酸肌酸分解，无氧糖酵解，氧化代谢下降)，代谢产物积累(如无机磷酸盐和氢离子堆积)，每个冲刺期间缺氧幅度增大，收缩肌更多依赖无氧供能系统来保持ATP供应速率[2]。另外，与常氧相比，肌肉乳酸浓度的增加导致缺氧诱导的有氧ATP产生减少，进而导致磷酸肌酸的再合成减少[30]。

(3)神经肌肉功能。低氧环境下反复冲刺能力表现下降涉及肌肉细胞内部的变化(外周因素)和/或收缩肌肉的神经激活(中枢因素)的变化，且与运动细节密切相关(即任务依赖性)。与常氧相比，低氧条件下较低的RSA与大脑氧供应缺乏和恢复有关[31]。此外，低氧环境下神经驱动作用下降(中枢激活失败)，感觉传入反馈抑制会对肌肉募集产生影响，使肌肉收缩力下降[5]。

4.2 低氧反复冲刺训练提升运动表现的可能机制

尽管低氧暴露对RSA产生负面的影响，但低氧环境下的反复冲刺训练会给运动员带来更大的强度刺激，伴随不充分的恢复，将对运动肌产生更大的训练负荷。基于目前大量的研究分析，RSH可能通过以下途径提升运动表现。

(1)提升O2利用率。多项研究发现RSH后血液灌注水平的改善[2，18，27，32]，血液灌注改善会导致O2利用率提高和快肌纤维收缩能力改善；最大强度运动刺激后，特定的骨骼肌组织适应可能通过氧转运途径(即毛细血管与肌纤维比，肌纤维横截面积，肌红蛋白含量和氧化酶活性等)产生[9]。另外，缺氧运动会引发代偿性血管舒张，以匹配肌肉水平上增加的需氧量。此外，还有观点认为，在缺氧条件下运动可以刺激血管内皮细胞产生一氧化氮，而一氧化氮诱导的血管舒张可以增加工作肌肉的血液灌注，推测该途径可能是RSH适应的重要机制之一[33]。

(2)提高磷酸肌酸再合成能力。在训练中添加缺氧刺激可以调节运动期间的磷酸肌酸再合成。有研究显示，在低氧条件下高强度的间歇训练增强了淋巴细胞的氧化磷酸化，这在一定程度上为该观点提供了间接证据[34]。Holliss等报道[35]，单腿进行间歇性低氧训练可使缺氧时高强度运动的磷酸肌酸恢复更快，作者推测，较快的磷酸肌酸再合成可能不是由于线粒体呼吸作用增强，而是由于肌肉O2输送增强所导致。低氧反复冲刺训练可能刺激肌肉水平的HIF(低氧诱导因子)介导的磷酸肌酸再合成和氧利用方面的有益适应，而升高的微血管氧分压可降低磷酸肌酸分解并加速磷酸肌酸恢复动力学[9]。

(3)其他机制。如神经肌肉(肌肉收缩性和/或激活)因素和生物力学(跑步经济性)因素等。研究发现低氧训练后神经肌肉功能发生改变，运动员返回平原后需重建神经肌肉感觉来适应更高的速度[36]；与常氧条件相比，脑氧合和肌肉功率输出在缺氧时变化加剧，对疲劳的贡献增加。因此，低氧环境下的反复冲刺训练可获得比常氧环境更大的神经肌肉刺激，并可能在缺氧诱导的机制中起到关键作用，以响应最大强度冲刺运动[9]。

综上所述，RSH对氧利用、代谢以及神经肌肉方面适应性的影响可能会为足球、橄榄球等团队运动带来益处。

5 结论及未来研究展望

对团队项目运动员而言，RSH是一种比常氧反复冲刺训练、间歇性低氧训练更有效的训练方法，有助于运动员提升反复冲刺能力并延缓疲劳出现。RSH提升运动表现的机制主要体现在肌肉适应上，如提升氧气的利用率，加速磷酸肌酸再合成以及提高神经肌肉功能等方面。

未来研究中还需要更多的场地研究而不仅仅是实验室测试；需要进行更多大样本量和盲法设计来支持RSH的效果研究。RSH距离赛期的最佳时期、低氧的剂量、运动休息比率等方面的研究均有待进一步深入，以获得最佳的高原训练效益。在完成不同海拔/低氧水平的RSA时，是否存在表现水平和/或性别差异等问题仍然悬而未决，RSH的个性化需要进一步研究。