数字化体能训练设备在耐力训练中的应用

张瑞晨

关键词：数字化训练设备；耐力训练；体能训练

1训练设备

随着大数据时代的到来，可穿戴心率监测设备被广泛普及。普通运动爱好者也可以通过具有心率监测功能的运动手环了解自身的运动强度、健康水平、睡眠质量。而在运动训练领域，可穿戴心率监测设备不再局限于通过心率对训练过程进行简单评价，基于心率的大数据计算，提供了其衍生指标：训练冲量、运动后过量氧耗、心率变异性、心率恢复指数等。这是教练员了解训练效果、修正训练计划、科学控制训练进程的重要途径。

1.1手环类监控设备

心率手表和心率手环一般采用光电测量的方式，在一段时间内使用恒定波长的光持续照射到皮肤上，因心脏跳动不同导致流经手腕处的血液流量不同。血液对光的吸收与反射强度会随着心脏跳动而产生变化。当心脏收缩时，血液泵出，手腕处流经的血液变多，此时血液对光的吸收增多，反射的光相应减少；当心脏舒张时，手腕处的血液流量减少，此时血液对光的吸收与反射又会产生相应的变化。手表中的光敏传感器接收到光反射强度的变化生成不同的电信号，由此判定心脏的跳动频率。

1.2心率带类监控设备

心率带的原理和使用方法与心率手表不同，心率带绑在胸部的位置。从原理上看，它是通过人体心跳产生的心动电流来测量的，这有点类似于心电图。心脏本身的跳动会产生生物电，通过心脏周围的导电组织和体液传递到身体表面，因此，心电会有周期性规律的变化。心率带上放置着两个电极，用来测量心脏周围的心动电流，从而能够通过心脏电变化的周期计算出心率。但是由于电流十分微小，容易受到皮肤中电流信号的干扰，而且在跑动的过程中电极与皮肤摩擦，会产生噪声信号，使得电极片测量的心动电流信号不准确。不过，这些问题可以通过涂抹电极胶增加连接点的湿度有效地解决。

心率传感器与手环类心率设备相比，价格更为低廉，而且测量数据更为准确，但它们的佩戴以及训练后的后续处理更加复杂，因此更加适合用于专业的竞技运动训练中。在团队训练中，心率传感器的应用更加广泛。运动员可在终端下载对应的团队训练App，并让多名运动员各自佩戴相应的设备以实现训练中的团队监控目的。

1.3训练背心

随着科技的发展，有人将全球定位系统与惯性传感器加入了心率监测装置中，并将其制作成背心状。通过惯性传感器或全球卫星定位系统在训练中得到的不同信号，计算出运动员对应的跑动距离、跑动速度、海拔等数据，使教练员能够更加准确地预测运动员的负荷数据。

2耐力训练相关检测指标及其应用

耐力指有机体坚持长时间运动的能力。根据供能的需求和时间的长短，可将耐力分为有氧耐力和无氧耐力。训练中，使用运动训练的方法和手段对运动员的有机体施加刺激，通过调节训练负荷使运动员的有机体在训练后产生不同的内在适应性变化。要达到运动训练的最佳效果，教练需要给予运动员正确的训练负荷，使其机体产生相应的适应性反应。

从许多方面来讲，团体运动项目比个人耐力运动项目复杂得多，这是因为团体运动项目具有多维要求：速度、敏捷性、休息、运动员个体差异，以及向对手不断做出的反应等。此外，团体运动项目的教练还面临着同时指导15—30名（或更多）运动员的挑战。而心率监测是一种简单且可靠的工具，可用于衡量运动员对训练的总体反应。此外，同一团体中一起训练和比赛的运动员具有不同的体能水平和技能水平，而多人心率监测系统的出现使教练能够针对各个运动员制订个性化的训练计划和体能计划。

训练负荷监控是数字化耐力训练的重要组成部分。训练负荷分为内部负荷与外部负荷。内部负荷监控指标主要以有氧代谢能力及心理感受为主要指标；外部负荷监控指标主要为运动员所参与运动的时间、次数以及跑动距离、跑动速度等。近年来，针对专业有氧代谢能力监控指标的研究不断深入，心率及相关数据是最主要的研究指标。这些指标能从微观角度对运动训练后的机体反应进行客观评价。心理指标多为问卷指标，如自感努力指数、训练课自感努力指数情绪状态问卷、运动员恢复压力问卷等。

在相关研究中，有学者指出患有过度训练综合征运动员的静息心率与正常运动员的静息心率相比会有过高或者过低的情况；有学者的Meta分析显示，静息心率的增加可用作短期（小于等于两周）的疲劳（可能为功能性过度努力）判定指标，但不是长期疲劳（可能为非功能性过度努力或过度训练综合征）的有效体征；有学者通过实验发现，在过度训练的状态下，运动员的疲劳时间、最大摄氧量、次最大心率与最大心率等均会降低，但心率变异性相关的指标没有明显的变化。

2.1训练冲量

训练冲量是指训练量与训练强度的乘积，而且特别是运用于耐力性训练，因为它的计算中使用了运动中的基础心率、最大心率、平均心率等与运动员耐力高度相关的数据。训练冲量的计算，以平均心率、最大心率、静息心率为基本参数，通过特定的计算公式得出结果。

2.2最大心率与心率区间

最大心率是指在进行运动时，随着运动量的不断增加，心率和耗氧量也在增加，在运动达到最大强度时，心率和耗氧量不能再继续提高时心率所达到的最高水平。因此在测量最大耗氧量时，最大心率是一个较为重要的参考依据。目前国际主流的最大心率理论计算公式为：最大心率=220-实际年龄，此估算方法的方差或标准差是±10-12次。也有研究分析表明，“208—0.7×年龄”这一公式可以更准确地预测健康成年人的最大心率。

心率区间最常用的是Edward算法，Edward将最大心率的百分比作为依据，划分出五个心率区间，即最大心率的50%—60%（区间一）；60%—70%（区间二）；70%—80%（区间三）；80%—90%（区间四）以及90%—100%（区间五）。

最大心率通常用于监测现场的运动强度，也可作为观察过度训练的指标。研究显示，运动员处于功能性过度努力、非功能性过度努力、过度训练综合征期间，最大心率会降低。这一指标也可为过度训练提供一定的参考。在相同的最大负荷下，患有功能性过度努力、非功能性过度努力、过度训练综合征的运动员心率相较于正常运动员略有下降，此发现在长期观察中会更加明显。而训练负荷短期增加后没有发生明显的变化，这表明该指标不能被认为是有效的短期疲勞迹象。相反，它可以用于检测长期疲劳。

2.3心率变异性

心率变异性检测能够反映出人体在运动过程中心血管系统功能的变化，心率变异性的提高使心血管系统功能得到改善，从而降低了健康风险。在高强度的体能训练过程中，人体能够承受的强度越大，其心率动力和心率变异性指标就越高。通过对心率变异性的检查能够合理制定训练的强度，使人体的心率变异性指标逐渐增高，心率的平均反应时间得到改善。体育训练中的有氧运动有益于提高心率变异性的适用性和心率动力。通过合理的有氧训练能够使人体的心血管系统得到有效调控。而且心率变异性监控的方式能够更好地反映出运动员训练后的恢复情况，并且及时地补充能量，从而促进运动员身体机能的恢复。

2.4心率储备

心率储备也称为卡式计算法，是建立目标心率的一种方法。心率储备其实就是实际测量的最大心率和安静心率之差。心率储备值比使用目标心率所得到的心率偏小，原因是储备心率和目标心率相比较，更接近实际的最大摄氧量的水准。而且很多训练生理学家认为使用目标心率可能会更好，但是两种方法对运动训练都是有效的。

2.5心率恢復指数

心率恢复指数指的是心率在运动后的一段时间下降的值。一般来说，我们运动后的心率恢复到一般心率的速度越快，心血管系统的健康状况就越好。与一般人相比，运动员的心率恢复速度相对较快，这种加速恢复被认为是迷走神经活力提升的结果。心率恢复指数长期以来一直被医生用做判定功能性过度努力、非功能性过度努力、过度训练综合征的指标。

2.6最大摄氧量

最大摄氧量是指人体进行最大强度的运动，各器官、系统机能达到最高，机体所摄人的氧气含量。研究表明，最大摄氧量与体能水平具有相关性，同时也是最被广泛接受的衡量心血管健康的指标。机体摄氧能力主要与心脏功能、循环系统的供氧能力以及人体组织中使用氧气的能力有关。一个普通人的静息摄氧量约为3.5毫升／千克体重／分钟，这个值被定义为一个代谢当量。最大摄氧量是衡量耐力运动表现的重要指标。一般来说，最大摄氧量越高，运动员的有氧运动表现就越好。

2.7运动后过量氧耗

训练后过量氧耗又称作“氧亏”，这是一种现象，在运动过后的一段时间内，身体会以高于休息时的速率继续耗用氧气。因为锻炼身体时会扰动身体平常的状态，这种扰动使身体必须执行一些额外的工作让一切恢复正常。这个“多做一些工作”叫作“超补偿”，也称作“氧债”。运动后过量氧耗的单位是毫升每千克，是指单位体重的耗氧量。

3结语

数字化耐力训练可以精准地把控训练强度，利用科技设备获取的数据也更加精确，所以根据所获数据调节周期训练计划、训练负荷、训练量等，可减少运动员过度训练的风险。教练应该对运动员训练中的耐力监控引起足够的重视，积极学习相关知识，并在监控中付出一定的耐心。但耐力监控设备中单个运动员的成本不菲，对于运动队有限的预算来说仍然具有很大的压力，而且尽管近年与此相关的研究成果不断地在各大学术网站发表，但多数实验的条件依然受限，存在样本量与测试指标较少、时间较短等问题，因此各种数据的不同用法也在逐步探索中。