现役人员人类能力最佳化训练途径——人类早期的生存/生活方式*

张海鹏 杨 靖 马继政

现役人员人类能力最佳化训练途径——人类早期的生存/生活方式*

张海鹏1,2杨 靖2马继政2

（1.南京体育学院运动健康学院，江苏 南京 210014；2.陆军工程大学军事运动科学研究中心，江苏 南京 211101）

军事职业活动涉及到多种高难度的任务，对现役人员身体能力要求广泛且多变。军事职业活动可对人体产生极大应激，因此，现役人员需进行日常训练、提高和强化基本任务能力，同时提高机体适应能力，从而确保成功完成多种作业任务。目前，如何最佳化发展现役人员身体方面的适应能力是当前训练和研究的重点问题之一。鉴于军事职业活动本身任务需求的多样性以及健康方面的长期需求，活动方式更类似于古人类的身体活动方式：低强度的身体活动，中间穿插高强度的身体活动。而训练方案与人类早期身体活动模式越相似，适应性和后续表现就越强。因此，人类早期极化的生存模式可能是发展军事职业人员身体方面的能力及保持机体健康的一个有效途径，但缺少直接的证据，尚需要进一步研究。

现役人员；人类能力最佳化；人类早期；生存方式；极化强度

军事职业活动涉及到多种高难度的任务，对现役人员身体能力要求广泛且多变。军事职业活动可对人体产生极大应激，因此需进行日常训练，提高和强化基本任务能力，同时提高机体适应能力，从而确保成功完成多种作业任务[1-4]。目前，如何最佳化发展现役人员身体方面的适应能力是当前训练和研究重点问题之一，现役人员人类能力最佳化即：“应用知识、技能和新兴技术来提高和维持军事人员执行基本任务能力的过程”。此外，精准医学的发展，为认识军事职业活动身体方面适应能力提供潜在机会，“通过研究、技术和政策，授权作战人员和支持人员共同开发个体最佳化能力，推动人类能力最佳化进入新时代”，即精准能力[5]。施加最佳的生理应激，周期性地提高日常军事身体准备训练的负荷是训练的一个基本过程。如何选择训练的内容手段，也是一个重要的问题。

不同单细胞生物的复合体（称为“组织”）的演化与富氧大气的发展有关，具有选择性转移自由能、复制的能力，这对于转化是必须的。随后，自然选择影响人类生存中氧化代谢的作用，在有选择的环境压力下塑造人类的基因。人类狩猎采集生活需要较大程度上增加有氧能力，从而影响人类神经生物学[7]。因此，从理论上讲，人类物种的遗传特征更符合生存的环境需求，因为它们是数百万年基因与环境相互作用的产物。

大量的证据表明，现代心血管和代谢性疾病与近几个世纪人类生活方式的变化有关，这是工业革命的结果[6]，并促进了久坐不动的生活方式，这与人类前期的身体活动方式相反。缺乏运动可能已对现代流行病和预期寿命产生影响[8]。新的生活方式可能已经破坏了基因库和生存所需的环境条件。自旧石器时代以来，人类的基因遗传并没有发生显著变化，当时的人仍然是狩猎采集者，人类以狩猎采集者的身份生活了大约84,000代[6]。长期为生存而选择的适应，在当前缺乏活动的环境变化下，可能变得适应不良。石器时代条件和现代环境之间的不协调是所谓的“错配假说”的基础，进化医学已经用这个假说来解释当前大多数疾病。错配假说也被用于讨论赤脚跑步[6]。

基因遗传、生活方式和健康之间的关系似乎很清楚，但对基因库对运动员训练的生理适应，以及随后的运动表现可能产生的影响关注较少。运动遗传学是一个不断发展的领域，为多种训练模式提供了具有更强应答能力的候选基因[9]。基因之间的联系、训练过程以及运动能力方面的研究有限。认识选择性的压力塑造人类基因组的身体活动模式：训练刺激和生理反应之间的联系，可能非常有帮助。一个有吸引力的假设是，身体活动符合旧石器时代之前和之中生存方式，可能比其他训练刺激，产生更大的生理适应性和以及随后的能力表现[10]。如果这个假设是正确的，则可以预期类似旧石器时代的身体活动方式的训练方式，可产生较佳的基因应答。因此，应该认识训练刺激的特定生理反应和训练负荷，这有助于更准确认识活动模式，以及随后的人类训练适应和能力表现存在的局限性。因此，充分认识人类早期的生存方式，有助于为军事职业活动提供依据。

1 旧石器时代的人类活动

1.1 能量摄入

人类身体活动最重要的特征是与生存所需的能量密切相关。热量的消耗是为了保证热量的可利用性。但是，对于早期人类生态以及人类早期饮食的营养成分仍然存在争议。多学科数据表明，在进化的很长一段时间内，人类从（陆生和水生）动物的脂肪和蛋白质中获得了大量的能量[6]。碳水化合物主要来自新鲜的水果和蔬菜，以及根和块茎，很少来自谷类或精制碳水化合物[11]。然而，新石器时代农业革命的爆发扭转了这一局面。根据“广谱革命”假说[12]，旧石器时代晚期的饮食范围扩大，可能会带来显著的经济转型。对旧石器时代人类每天或每个季节在任何特定栖息地饮食知之甚少。从解剖学上讲，现代智人在不同的环境中依赖各种食物源。在季节变化、气候波动和饥荒时期，营养的可利用性可能是人类进化的核心。古人类吃而动，而现代运动员则是动而吃。

技术进步促进食物的大量增加，其中包括蛋白质，这与人类大脑质量的增加有关。研究表明[13]，采猎人群的饮食中蛋白质含量较高(19-35%)，碳水化合物含量较低(22-40%)，脂肪含量与当前饮食中的相当，甚至更高(28 -58%)。史前饮食中碳水化合物的含量低于西方饮食，这可能是其最相关的特征之一。从运动的角度来看，维持长时间、高强度的运动即超过乳酸阈值的运动在古代是不可能的，因为糖原的可用性会受到限制，这导致人体更依赖于脂肪代谢。因此，与糖酵解相比，脂肪分解和磷酸原代谢途径受食物有效性的限制更小[6]。

1.2 为生存而进行的体力活动

生存的主要活动可能包括定期执行的低强度任务。这些日常活动包括社会互动、住所、着装的修整、采集食用野生植物、谷物、水果以及其他蔬菜或制作工具。由于这些原始材料在森林中更为丰富，可能要走中等到长距离的路去寻找食物、打猎。这个问题很重要，最近有记录显示，接近古人类化石遗址的地方，开阔地带普遍存在，这表明森林覆盖了不到40%[14]。有证据表明，现代狩猎采集者的每日狩猎距离为10-15公里，估计和测量的能量消耗为3000 - 5000千卡/天[6]。

多种古人类谱系进化似乎出现在海拔1000-2000米的非洲高地上。因此，人类运动生理学上的进化可能发生在轻度低压缺氧的条件下，而原始人的运动可能涉及间歇性活动[6]。高原原住民和耐力训练运动员对有氧途径的更大依赖，以及能量生产和能量需求之间的耦合效率，可以部分解释所谓的乳酸悖论现象（即在维持缺氧的情况下，乳酸积累的衰减）的功能优势[15]。对乳酸代谢的争议一方面可以解释为，在人类系统发育过程中，对早期出现的缺氧耐受/耐力表现表型的直接选择的结果。

一个假设是，耐力跑是人类特有的适应性特征[6]。支持这种独特适应性的证据可能包括各种解剖学和功能特征[17-18]。与其他物种相比，人类既是一个优秀的耐力跑者，也是一个糟糕的短跑运动员。一些研究认为，跑步可能对觅食和捕猎很重要[6]。与其他物种不同的是，人类在不同速度下运动的能量消耗是恒定的，可保持良好的运动性，不受活动模式速度频繁变化的影响。人类大脑的发育可能与人类的运动以及高蛋白质食物的摄入有关。在这方面，耐力跑步本来可以增加遇到新环境的机会，从而满足对适应性的卓越认知能力的需求[6]。这一论断支持了身体活动作为神经元可塑性适应中的调解作用，这种适应性可能具有重要的进化作用，认知和运动技能被认为是“活动”的一般概念的补充[20]。

由于狩猎是能量和营养获得的最佳途径，人类大多数习惯活动可能与狩猎有关。更具体地说，狩猎可以分解为各种活动，如寻找和追逐动物、投掷、冲刺以及在捕获猎物后搬运猎物。在大多数情况下这种模式可以解释为极化强度分布、长期低强度的有氧运动中，穿插一些可预见的爆发性运动（见图1）[6]。这种极化的身体活动受上述人体代谢局限性（和食物可利用性有关）。

需要指出的是，男性和女性的生理差异可能与日常身体活动的差异有关，女性被排除在狩猎大型动物等捕猎活动之外[5]。劳动的分工与人类的起源有关[21]，人类的这一显著特征可能涉及特定的环境与基因相互作用，在数百万年的进化历程中，导致了不同的年龄和性别依赖性适应。但需要进一步研究证据来支持这一假设。

2 古人类生存/生活方式：现役人员人类能力最佳化训练途径？

任何运动的生理需求不一定与古人类的生理活动需求相似。分配原则的前提是，要在一项运动项目上取得优异成绩只能以其他所有运动项目的平均成绩为代价，如Van Damme等人对顶级十项全能运动员的研究分析中得到了结果[22]。Boullosa等人[6]假设人类的身体需求塑造了人类基因组，人体训练刺激能做出更好的反应，独立于竞技方面的生理需求。虽然人类的活动将更类似于目前的耐力运动员训练活动，但其他竞技运动员（例如团体运动运动员，短跑运动员），根据分配原则，考虑其竞争的特定要求，也将从这种系统发育谱中受益。例如，与高有氧能力相关的各种生理适应也会增强重复性冲刺跑能力。

剂量反应的概念确定了哪些因素决定了训练负荷更佳，从而取得更好的成绩。在这方面，Kiely等人[23]指出，缺乏强有力的证据来支持广泛使用的周期化模型。Boullosa等人[6]认为训练计划应该考虑到人类祖先的活动模式，根据他们的热量需求，会自我调节日常的身体活动。古人类在辛苦工作几天后，自然地决定休息或进行一些轻松的活动，从而为下一个艰难的日子做更好的准备[6]。这种方法与最近的研究一致。最近的研究表明[24]，根据自主神经系统的状态来调节训练负荷受试者的训练效果更好。此外，以往的运动训练研究报告显示，低应激训练人员，经历过表现显著提高[25]。

因此，面对不同应激源时保持动态平衡在长期训练适应中起关键作用。这也可以解释为什么周期模型通常不起作用，不适用于个人对训练的反应，而训练主要依赖于稳态控制来进行后续调整。

图1 人类早期身体活动极化分布图

优秀的运动员可能代表着一种人为的选择，耐力运动员拥有更适合生存的基因型，可能更加健康和长寿[26]。然而，患病风险较低的假设尚未得到证实。另一方面，O’Keefe等人认为[5]，目前运动员所承担的训练负荷远远超出了古人类生存所需要的负荷。毫无疑问，高心肺适应能力，与健康和寿命有关。但似乎存在一个最佳的身体活动水平，可能与古人类表现没有太大的不同。相比之下，现代优秀精英每天训练超过20公里，每天消耗6000 - 8000千卡的能量。此外，人类耐力的极限远远超出了这些运动水平，在159天的南极探险中，极端的热量消耗估计为100万千卡[27]。因此，狩猎采集者的身体活动水平可能远低于目前从事精英运动的人。然而，这并不一定是矛盾的，因为奥运会运动员可以被认为是非常专业的“人类”。

优秀耐力运动员的训练量与其训练负荷的强度分布密切相关。通过对各种耐力运动的观察研究，系统地报道了极化式强度是世界级优秀运动员最频繁的训练强度分布[28]，是获得卓越的运动能力的最佳途径，也是训练有素的运动员提高成绩的最佳途径[29]。该模型表明，80%的训练课程致力于乳酸阈值以下的运动，其余20%针对高强度训练(HIT)。从这个意义上说，对耐力跑者的各种研究表明，低于或非常接近第一个通气阈值的训练量与运动成绩直接相关。这显然是一个矛盾的发现，因为绝大多数竞技耐力项目的强度都在乳酸阈值和最大摄氧量(VO2max)之间。然而，这些观察结果完全符合Boullosa等人[6]的假设，其强度分布与古人类所做的相似(见图1)[6]。有趣的是，耐力运动员经常避免在乳酸阈值时训练，他们的HIT常常是在最大强度和最高强度下进行的。Boullosa等人[6]推测，与剧烈运动相对应的强度与其他训练强度相比，运动员可能更难以忍受。从以前报道的代谢、自主神经肌肉和心理障碍的相关文献推断，这可能是在这些运动强度水平上诱发的内稳态紊乱的结果。这个结果可以用这些代谢需求的遗传限制来解释，这与之前提出的糖酵解途径对古人类生存的重要性较低的观点一致。在这方面，乳酸脱氢酶活性的可训性低于柠檬酸合成酶活性[30]。

每日低强度活动的影响，也得到了Hautala等人[31]的证实，研究认为在一组进行了特定耐力训练（体力活动）的男性中，每日轻体力活动的训练量与最大摄氧量的增加相关。这一结果与Ross和McGuire之前的一项研究发现：“偶尔身体活动与心肺健康之间存在显著的关系”相一致[32-33]。值得注意的是，身体活动的极化强度模式与儿童自发身体活动以及团队体育比赛活动的观察数据非常吻合：以低强度活动为主，但经常伴有短暂的爆发性活动。总的来说，对于运动员需要充分认识偶然身体活动、有计划的训练和竞争方面的联系。

从分子水平上看，低强度和高强度运动均可对有氧表型适应的产生较大的影响，可能与细胞内信号级联的激活有关：涉及到骨骼肌过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1-α（PGC-1α）表达的上游调控因子。在这方面，与传统的低强度训练相比较，HIT可诱导骨骼肌代谢和功能表现的适应性，证实了PGC-1a在低强度和高强度训练刺激后有氧表型适应性中的关键作用[6]。

2.1 组合活动模式

古人类身体活动模式包括不同身体活动，这与竞技体育运动所需的高专业化水平形成了鲜明对比。相关研究认为，古人类活动在历史上等同于交叉训练的运动员[6]。基于同时进行力量和耐力训练时的干扰现象[34]，Boullosa等人[6]提出了一个可能的解释。该模型表明，同时进行的大强度有氧训练与次极量强度的抗阻训练之间存在适应性冲突，并因此导致较大的干扰和较弱的剂量-反应关系。相反，乳酸阈值以下的有氧运动与最大强度的力量训练同时进行，干扰程度较低，剂量反应关系较强。此外，这种干扰现象可能与训练模式有关，由于训练模式产生血乳酸水平较低，糖酵解途径的被激活程度较低。

耐力运动员在进行抗阻训练、超等长收缩训练等高强度的力量训练或两者结合，可以显著提高运动表现。另外，尽管运动专项训练量显著减少(30%)，也可观察到这种改善。似乎在组合训练中，有氧运动+阻力运动的顺序比阻力运动+有氧运动顺序，更有利于有氧运动的表现[35]。耐力-力量顺序，跑步表现会更好地保持[36]。此外，高强度的力量训练有利于发展肌肉力量，主要是通过神经适应，没有或只有很少的肥大反应。从进化的角度来看，这可能是一个关键的表型适应，大的骨骼肌质量需要更多的能量，因此更不适合生存。此外，对不同耐力训练后即刻爆发力的表现的提高[37]，这表明耐力跑后肌肉的急性增强也可能是一种适应性特征。

运动分子方面的的研究也提供一定的信息。例如，哺乳动物的雷帕霉素靶体蛋白（mTOR）被认为是另一个关键因素，它整合了细胞能量状态和环境刺激信号来控制细胞生长。尽管研究认为PGC-1a和mTOR信号通路的激活是有氧运动和阻力运动后特异性适应的原因，但有研究认为运动特异性信号通路之间没有明显的区别[38-40]。此外，Lundberg等人[92]最近报道，骨骼肌合成代谢环境在组合训练条件下得到加强，在阻力训练前6小时进行有氧运动并不会损害mtor相关蛋白的信号传递。此外，与传统的观念相反，PGC-1a的表达在抵抗运动后3小时也有所增加。这些结果表明，从分子的角度来看，有氧运动和阻力运动不相容适应普遍观点，可能过于简单，但当前研究存在较大的争议，尚无一致的观点。

2.2 低训练，高竞争

Chakravarthy等人[41]认为，在整个进化过程中，饱腹和饥荒循环中，随着身体活动-休息周期，肌肉糖原和甘油三酸酯水平的发生波动，选择一些基因，调节燃料储存和燃料使用效率。研究认为，运动前低水平的糖原以及每隔一天训练两次，可能会更有效地增强肌肉糖原存储和酶促活性和改善运动表现，超过每天训练[6]。在低糖原储备的运动中，细胞内信号通路（如5’腺苷单磷酸活化蛋白激酶）增强，减少对碳水化合物利用的依赖[42]，但这种营养策略并没有有效地提高运动员的成绩，还可能损害运动员的健康状况，以及在高强度运动中的训练和竞技表现[43,44]。因此，这些适应性对提高成绩的影响还有待确定，尤其是在正常或超补偿糖原水平下进行比赛时。运动前糖原水平较低似乎有利于获得更好训练上的适应。

提高、维持士兵心肺代谢能力对于整个军事准备极其重要，有助于维持身体健康，或成功执行各项军事职业活动。大量的低强度身体活动，易导致骨骼神经肌肉损伤，而大量高强度身体活动，可能会引发器官衰竭，因此，需要最佳化发展士兵的心肺代谢能力，同时最大限度地降低损伤的发生率。另外，力量方面的能力同等重要，需要提高力量和爆发力。当前军事职业化、专业化的程度提高，对健康或高水平军事职业性的身体活动的要求提高，鉴于其本身任务需求的多样性，以及健康方面的长期需求，军事职业活动更类似于古人类的身体活动方式：以低强度的身体活动为主，中间穿插一些高强度的身体活动。组合模式可能是其中一个选择。

3 结论与未来展望

人类物种的遗传基因可能会强烈影响奥林匹克运动员适应各种训练的能力，不同基因多态性在运动员中表现的作用很难统一。这可以解释在就不同基因多态性在运动员表现中的作用达成共识方面遇到的困难。一种“理想的”身体锻炼模式（生存方式），并不排除进行个性化的训练，同时要考虑到运动员的特征和个别运动项目的特殊要求。但是，训练方案与人类早期身体活动越相似，适应性和后续表现就越强。另外，鉴于军事职业活动对身体能力需求的广泛性，职业上的需求可能符合古人类的生存方式，这一极化的生存模式可能是发展军事职业人员身体方面的健康和能力一个有效的途径。但缺少直接的证据，尚需要进一步研究。

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On the Path to Human Performance Optimization of Active Duty Personnel--The Survival and Life Style of Human Ancestors

ZHANG Haipeng, etal.

(Nanjing Sport Institute, Nanjing 210014, Jiangsu, China)

解放军理工大学预先研究基金重点课题（KYJYZLXY1602-9）；全军军事类研究生资助课题（2016JY374）。

张海鹏（1996—），硕士生，研究方向：军事运动训练。

马继政（1971—），博士，教授，研究方向：军事运动训练。