优秀男子速度滑冰运动员有氧训练负荷强度划分及控制方法

史继祖 谢智霖 夏宇馨 杨 明

(1.吉林体育学院，吉林 长春 130022;2.广东省中山市黄圃镇中学，广东 中山 528429)

速度滑冰属于典型的周期性耐力项目，我国的短距离项目成绩远远优于中长距离，且女子成绩优于男子，造成我国中长距离项目落后的主要原因有两个方面：一是我们对有氧训练重视程度不够，二是我们对有氧训练理念、方法与手段认识不清，对有氧负荷强度的训练难以精准控制。国外有些学者将有氧训练分为两种基本的强度分布模式或模型：“阈值”和“极化”。阈值模型[1]强调第一和第二乳酸阈值之间的训练，阈值训练模型已在实践中得到广泛应用。极化模型[1]强调大量在第一乳酸阈(有氧阈)的训练，并结合90-100%VO2max的高强度训练。荷兰速度滑冰队把训练强度分为三种：1区Bla≤2 mmol/L、2区2-4 mmol/L、3区 Bla>4 mmol/L。[2]Glenn等人[3]对挪威越野滑雪运动员训练强度进行监控研究发现，越野滑雪运动员的训练强度分为第一乳酸阈强度、第二乳酸阈强度和VO2max强度。我国学者认为VO2max这一指标可以作为运动强度评定的标准，解决了运动员运动能力存在个体差异的问题。[4]实用运动医学将运动强度以VO2max为标准划分成五个强度。ACSM将HR、VO2max和主观感觉相结合把运动强度划分成五个强度。[5]虽然体育科研中关于运动强度、运动负荷的文献有很多，但速度滑冰项目中类似的研究却很少。关于速度滑冰运动员有氧训练强度的划分与控制目前尚未有一个公认的标准。因此，以我国优秀男子速度滑冰中长距离运动员为研究对象,利用VO2max测试结合RQ、通气无氧阈(VO2AT)、Bla、HR对速度滑冰项目有氧训练负荷强度进行科学、合理的划分，为备战2022年北京冬奥会提供借鉴。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选取16名国家健将级男子速度滑冰中长距离运动员，受试者基本信息见表1。所有受试者身体状况良好，每位运动员均处于训练周期内，无心肺方面疾病，各项身体机能均处于良好状态。向受试者及教练介绍实验流程及注意事项，自愿签署知情同意书。

表1 受试者基本情况

1.2 研究方法

1.2.1 测试方法

使用功率自行车进行VO2max测试，所有受试者在测试前一周不安排大强度训练或比赛，以保证测试结果的准确性。测试前，工作人员根据德国便携式心肺功能测试仪标校步骤进行校准，仪器均用标准气瓶以及专用定标筒进行气体和容量标定，运动员在定点自行车上以130b/min左右的HR热身15min，休息10min后正式开始测试。测试开始，受试者佩戴心肺功能测试仪在功率自行车上进行递增负荷测试，起始负荷为100W，转速为90r/min,每3min负荷增加25W,直至力竭，测试结束。每级负荷结束后采集即刻血乳酸，同时记录心率。血乳酸采集为指尖血，为保证血乳酸值不受酒精和汗液的干扰，第一滴血用干棉球擦净，使用第二滴血。

VO2AT判断标准：1)VE 非线性增加的拐点；2)VO2非线性升高的拐点；3)VCO2非线性升高的拐点；4)VCO2与VO2的交叉点；5)VE/VO2未见降低而 VE/VCO2相对升高的拐点；6)RQ相对升高的拐点。以上六点满足四点则判定受试者达到IAT。[6,7]

VO2max判断标准：1)HR≥180b/min；2)RQ≥1.10；3)Bla>8mmol/L；4)在递增负荷运动过程中,VO2不再因负荷增加而增加，达到最高点或平台后开始下降；5)受试者主观感觉达到力竭，经工作人员鼓励也不能维持90r/min的转数。以上五点满足三点则判定受试者达到最大摄氧量。[8]

VO2maxPD判断标准：在受试者进行递增负荷最大摄氧量测试时，每10s测定气体代谢指标,将VO2达到最高点后变化小于50ml/min的范围作为VO2maxPD。[9，10]

最大摄氧量对应功率(Pmax)计算公式：Pmax=P+(T1/T2*W)，[32]其中P为力竭前一级负荷对应功率；T1为最后一级负荷做功的时间；T2为每级负荷维持的时间(即3min)；W为每级负荷递增功率(即25W)。

能量消耗计算公式 :糖氧化量(g/min)=4.858×VO2(L/min)-3.226×VO2(L/min);脂肪氧化量(g/min)=1.695×VO2(L/min)-1.701×VCO2(L/min);总能量输出(kcal/min)=[碳水化合物氧化量(g/min)×4+脂肪氧化量(g/min)×9]。[11]

1.2.2 实验仪器

瑞典Monark-839E型功率自行车,德国Cortex MetaMax 3B便携式心肺功能测试仪，德国EKF便携式血乳酸分析仪，芬兰Polar心率测试仪，韩国INBODY770体成分分析仪。

1.2.3 数据处理

2 结果

2.1 不同负荷能量代谢测试结果

表2 男子速度滑冰运动员递增负荷测试结果

表3 男子速度滑冰运动员递增负荷能量代谢结果(x±S)

表4 男子速度滑冰运动员脂肪供能最佳强度(x±S)

由表2、3可以看出，随着负荷强度的增加男子速度滑冰运动员脂肪供能量呈现下降的趋势，负荷为100W时脂肪氧化量最高为7.12±1.63 mg/min·kg-1。负荷为250W时脂肪氧化量最低为2.02±1.42mg/min·kg-1。

但从表3、4可以看出，当RQ为0.85时，糖和脂肪各占总能量供应的50%，负荷为145±6W，脂肪的氧化量为7.68±0.68 mg/min·kg-1，与负荷为100W时的脂肪氧化量、脂肪能量输出比较具有显著性差异(P<0.05)，与负荷为100W时的糖的氧化量、糖能量输出、总能量输出比较具有极显著性差异(P<0.01)，说明当RQ为0.85时所对应的强度是脂肪消耗的最佳强度，强度为68.5±4%VO2max，Bla为2±0.4mmol/L，HR为157±12b/min。

2.2 男子速度滑冰运动员个体无氧阈

表5 男子速度滑冰运动员IAT与Bla为4mmol/L对应参数的比较

由表5可知运动员IAT强度为85.93±3.83%VO2max，HR为188±9b/min，Bla为4.87±0.8mmol/L。Bla为4mmol/L对应的强度为82.80±3.54%VO2max，HR为182±11b/min。运动员IAT对应Bla、RQ与Bla为4mmol/L对应Bla、RQ比较具有显著性差异(P<0.05)。

2.3 男子速度滑冰运动员VO2maxPD

表6 男子速度滑冰运动员VO2maxPD参数

由表6可知运动员VO2maxPD强度为96.93±1.54%VO2max，HR为194±12b/min，Bla为8.4±1.8mmol/L，在VO2maxPD上持续做功时间为40±10s。

3 讨论与分析

脂肪是人体储存能量的主要物质，也是运动所需能量的一个重要来源。[12]脂肪在氧气充足时会水解产生甘油和脂肪酸，甘油和脂肪酸氧化分解产生二氧化碳和水并释放出大量能量供机体利用。有研究表明耐力好的运动员在同等运动强度下脂肪参与供能的比例高于未经训练者。[13]在训练中增加运动时脂肪氧化供能的比例,可达到节省体内糖消耗,提高机体耐力的效果。

运动员在自行车上进行递增负荷测试过程中计算每级负荷最后2分钟VO2和VCO2的平均值，[14]假设尿氮排泄忽略不计，通过能量消耗计算方法计算脂肪和碳水化合物的氧化和能量消耗，发现运动员单位时间内每千克体重对应的脂肪氧化量随着负荷的增大呈递减的趋势。负荷为100W时对应单位时间内每千克体重的脂肪氧化量比其他负荷区间对应的脂肪氧化量多。有研究发现, 在低强度耐力性运动时脂肪是机体的主要供能物质。[19]机体在运动过程中，RQ为0.70-0.99时，机体的能量消耗是以糖和脂肪两种物质代谢来提供的。通过计算公式推导可知当RQ为0.7时，脂肪供能比例接近总能量供应的100%，糖供能比例接近0，而RQ为0.85时，糖和脂肪供能各占总能量供应的50%。RQ为0.7时虽然脂肪供能的比例最大，但是对应的运动强度过低，在低强度运动时，机体总脂肪氧化的底物多来自血浆中的脂肪酸，而高强度运动时机体总脂肪氧化的底物多来自肌肉内三酰基甘油，所以低强度不是脂肪氧化的最佳区间，中等强度才是脂肪氧化的最佳区间。通过计算RQ为0.85时对应的脂肪氧化量比负荷为100W时的脂肪氧化量高，脂肪氧化最佳强度为68.5±4%VO2max，与Juul Achten等人的研究相符。[20，21,23]低强度运动时，大多数被氧化的脂肪酸来自血浆脂肪酸。与低强度相比，中等强度机体所需能量的增加，儿茶酚胺分泌增多，线粒体内一些底物开始参与有氧氧化，促使三酰基甘油参与供能的比例逐渐增加,并且增加至脂肪氧化量的一半。高强度运动能源消耗率相对较高，但总脂肪氧化会受到抑制。高强度运动会减少脂肪组织内脂肪酸的释放，导致循环脂肪酸下降从而限制了部分脂肪的使用，高强度运动还会弱化骨骼肌氧化脂肪酸的能力。[24]脂肪酸氧化首先在线粒体外膜被活化成脂酰CoA，然后才进入线粒体氧化，但长链脂酰CoA是不能直接透过线粒体内膜的，因此活化的脂酰CoA要借助L-3-羟基-4-三甲基铵丁酸转运入线粒体内氧化。高强度运动使糖原高速分解而抑制了长链脂肪酸进入线粒体，所以高强度运动会抑制脂肪氧化。

研究表明耐力项目运动员77%的训练强度都集中在第一乳酸阈，Bla在2mmol/L左右。[12]有研究表明在德国、丹麦、荷兰和挪威精英赛艇运动员的训练中，Bla在2mmol/L左右的训练占主导地位。Seiler等人[14]通过对全国最优秀男子滑雪运动员一个训练周期的研究，发现91%的训练强度在第一乳酸阈区间。文献研究发现这种强度的耐力训练能使心输出量增加、骨骼肌局部毛细血管密度增加、运动时供血量增加。[15]耐力运动员训练多集中在这一区域，还有一个原因是为了提高脂肪的最大利用率。[16]对16名男子速度滑冰运动员测试得出脂肪最佳供能强度为68.5±4%VO2max，Bla为2±0.4mmol/L，HR为157±12b/min。速度滑冰运动员应当注重糖和脂肪协调供能区间的训练，这能使运动员脂肪的水解和动员脂肪的能力增加，提高脂肪参与供能的比例，节省体内糖原的消耗，从而提高运动员的耐力。除此之外，体脂高的运动员还能使用此强度进行减脂。

无氧阈是指运动员在递增负荷运动过程中，人体运动达到某一强度时，体内供应氧气量小于体内需求氧气量，细胞进入无氧酵解过程，有机体从有氧代谢为主过渡到无氧代谢为主的临界点。研究发现，运动员可通过无氧阈强度的训练使耐力水平得到显著提高，使呼吸和循环系统达到较高水平，提高运动过程中有氧代谢的供能比例，提高比赛后程保持速度的能力。[17,18]

无氧阈测试的方法有Bla法、RQ法、积分肌电阈法、Conconi测试法等。Bla法通常用4 mmol/L时对应的强度、功率、耗氧量或%VO2max来表示运动员的无氧阈。积分肌电阈法测试是通过仪器收集运动过程中肌肉的电信号并描绘出肌电曲线，当曲线突然升高的拐点就指肌电无氧阈。[19]RQ法测试是以RQ为1判定受试者已达到无氧阈。Conconi测试法是将受试者跑速与HR非线性增加的点定为无氧阈心率。有研究认为，[20]以HR检测无氧阈不稳定，表明HR的线性曲线不宜作为无氧阈的评定指标。以Bla为4 mmol/L定义无氧阈时，因每个运动员的个体差异较大，所测得的无氧阈会出现偏差。有学者在研究中验证了可以用积分肌电阈法检测无氧阈，[20]但也有学者认为运用积分肌电阈法检测无氧阈效度问题还有待进一步研究。[21]对运动员进行无氧阈界定时，应根据项目特点选择测试方法[22]。自行车训练是速度滑冰项目最重要的专项训练手段，让运动员在功率自行车上进行最大摄氧量测试比较符合速度滑冰项目特点。研究表明，运动员IAT对应参数与Bla为4mmol/L对应参数比较具有显著性差异(P<0.05)。运动员佩戴德国便携式心肺功能测试仪(Cortex MetaMax 3B)在功率自行车上进行递增负荷测试，结合VO2AT判断标准、RQ、Bla和HR，能够精准的找出运动员的IAT，可以更好的指导男子速度滑冰运动员无氧阈训练，提高训练效率。

陆绍中是国内研究中首次提出VO2maxPD这一概念的学者，他的研究表明运动员在递增负荷运动中，达到一定运动强度时，VO2不再增加, VO2在最高水平维持的时间。[23]VO2maxPD持续时间可以用来反映身体机能调节系统和氧运输系统的水平，评价运动员在高强度运动时保持较高摄氧与用氧的能力，[24]是评价运动员有氧耐力指标之一。[25]在递增负荷最大摄氧量测试中，受试者虽达到力竭但并不一定会出现VO2maxPD。[29]造成这一现象的原因可能是人体在力竭运动中，由有氧代谢供能为主转向无氧代谢供能为主。受试者在达到VO2maxPD这一状态时，人体供能系统并非全部来自有氧代谢供能，无氧代谢供能系统也参与其中提供能量。所以受试者的身体素质、无氧能力也会影响VO2maxPD持续时间。[30]受试者在VO2maxPD这一强度运动时，运动员的耐受血乳酸能力、血乳酸清除能力这些因素也会成为限制VO2maxPD出现的因素。[31]VO2maxPD持续时间的长短会受心肺系统影响，有研究表明肺通气高和氧利用效率高者在测试中VO2maxPD持续时间长。[25]对运动员进行训练时，增强运动员心肺功能，提高运动员心脏的泵血功能、血流动力学和血液携带氧气能力，能使运动员在高强度运动中保持做功的能力。

目前VO2maxPD的判断标准有：1)在力竭运动过程中，每15s测定气体代谢指标，达到一定程度时VE继续上升，VO2不再上升处于平台状态，且VO2与VO2max的差值不超过150ml/min确定为VO2maxPD。[26]2)在运动员递增负荷过程中，对气体代谢指标进行连续处理,把VO2max作为基础值，将95-100%VO2max范围内的值视为VO2maxPD范围内值。[27]3)在力竭运动过程中，每15s测定气体代谢指标,将VO2在达到最高点后变化小于50ml/min的范围作为VO2maxPD。[28]因为有学者提出，最大摄氧量测试过程中对气体代谢指标采样间隔时长会影响对VO2maxPD的判断，对运动员的气体代谢指标进行处理时，采样的间隔时间越长，数据处理得到的抛物线越难找到VO2maxPD。[25]根据现有研究，实验采用的VO2maxPD判断标准是:每10s测定气体代谢指标,将VO2在达到最高点后变化小于50ml/min的范围作为VO2maxPD。计算得出，VO2maxPD对应强度为96.93±1.54%VO2max，HR为194±12b/min，Bla为8.4±1.8mmol/L，在VO2maxPD上持续做功时间为40±10s。

4 结论

1)RQ为0.85时所对应的%VO2max、HR、Bla为脂肪供能的最佳强度。

2)运动员佩戴便携式心肺功能测试仪在功率自行车上进行递增负荷测试，结合VO2AT判断标准、RQ、Bla和HR，能够精准地找出运动员的IAT，可以更好的指导男子速度滑冰运动员无氧阈训练，提高有氧训练效率。

3)在做最大摄氧量递增负荷测试时，每10秒计算一次VO2的平均值,当VO2达到峰值后，当第N+1个10秒的VO2平均值比第N个10秒下降幅度大于50ml/min时，VO2maxPD时间计为10*N秒。在这个时间段内所对应的Bla、HR、%VO2max等参数可以视为运动员的最大摄氧量平台强度。