运动训练的生理生化监控

高级运动生理学及应用•汤长发第四讲运动训练的生理生化监控目录第一节运动训练生理生化监控含义及内容1第二节运动训练的生理生化监控原理2第三节运动训练的生理生化监控常用指标3第四节运动训练的生理生化监控方法及原则4第一节运动训练生理生化监控含义及内容一、运动训练的生理生化监控含义、内容二、运动训练的生理生化监控对运动训练的作用及其意义一、运动训练的生理生化监控含义、内容“运动训练的生理生化监控”是近年来才逐渐被人们应用的一个概念，并成为引起重视的一个研究领域。迄今为止，在国内的文献和专著中尚未见对“运动训练的生理生化监控”这一概念的探讨。运动训练是运动员在教练员指导下通过训练提高运动能力，从而创造优异运动成绩的过程。当前竞技体育的运动训练，已发展成为一门多学科、综合性的交叉学科，在运动训练和竞赛中，多种因素和学科的科学技术、科研成果的应用会对训练水平和运动成绩产生影响。其中，运动医学、运动生理学、运动生物化学、运动生物力学、运动心理学、运动营养学和训练器械的设计技术、信息等，构成了重要的运动训练科技保障系统(图1)。提高训练水平和运动成绩•训练监控就是将运动医学、运动生物力学、运动心理学和运动生理学、运动生物化学等学科的理论和方法应用于训练过程中，应用综合方法和手段研究训练过程和训练效果，其最终目的就是为了帮助教练员不断调整训练计划，使运动员达到体能、心理和技术等最佳状态，从而最大限度提高训练效果和运动能力。运动能力在运动员身上表现为竞技能力，在运动训练学中竞技能力由体能、技能、战术能力、智能和心理能力等构成。但运动能力的最终关键是能量产生和动员要达到最佳状态，因为能量是运动训练中所有活动的基础。一般讲在某种程度上控制最佳运动能力的障碍有三种基本类型，即生理学、心理学和生物力学障碍。生理学障碍限制了能量的产生，心理学障碍限制对能量的控制，而生物力学障碍限制了最有效地使用能量。这三个障碍又是相互关联的。例如，对运动能力的心理学障碍可通过生理学过程干扰最佳的能量产生，也可以破坏最佳的生物力学的能量利用。因此，在运动训练中研究限制运动能力三大障碍的医务监督、生理生化检测与评定、心理测试和评定、生物力学的技术分析和诊断等，构成了训练监控的主要组成部分(图2)。图2：运动能力的主要限制因素及训练监控的主要组成部分医务监督健康检查生理学障碍生理生化监测与评定心理学障碍生物力学障碍技术分析与诊断心理测试与评定•运动训练的生理生化监控是训练监控的一个主要组成部分，它通过利用生理生化的原理和方法，测定运动训练过程中运动员体内的一些生理生化指标，以评价运动员训练时的负荷强度和量、训练方法和手段的合理性与有效性以及机体对运动训练产生的适应信息、恢复效果等，从而帮助教练员了解训练效果，正确评价和调整训练方案。运动训练的生理生化监控涵盖了运动训练过程前、中、后以及动态的和静态的全方位的监控，包含的研究内容见图3。图3运动训练的生理生化监控基本内容及其关系运动训练的生理生化监控训练负荷监控训练方法和性及有效性监控运动员身体机能监控恢复方法和效果监控物理负荷和生理负荷训练课中个训练内容和负荷的因素训练课安排和训练方法的合理性和效果训练课、小周期、训练季节、年度评定恢复性训练方法、营养等恢复方法和手段的效果二、运动训练的生理生化监控对运动训练的作用及其意义运动训练的生理生化监控对运动训练的作用主要体现在以下几个方面：1．评价训练负荷的大小及合理性2．评价专项训练方法和手段的合理性与有效性3．评价辅助性训练方法和手段的合理性4．评定身体机能状态5．评估恢复过程、恢复方法和手段的效果1．评价训练负荷的大小及合理性通过测定某些针对性很强的生理生化指标(如心率、血乳酸、血清CK、血尿素等)来反映训练负荷强度、训练负荷量的大小，并通过相关的训练学和生理生化指标来评定训练效果。2．评价专项训练方法和手段的合理性与有效性主要包括评价专项训练方法的合理性和有效性，其主要意义在于评价专项训练方法的针对性，了解其是否能够达到提高专项能力的目的，能够达到什么水平和标准，并提出改进建议等。3．评价辅助性训练方法和手段的合理性包括了准备活动、训练间歇时间、恢复性训练、放松方法和赛前训练等的合理性的评估，甚至还包括对减体重训练或增体重训练等非提高专项能力为目的的训练方法和手段的评估。4．评定身体机能状态主要是利用多项生理生化指标对运动员承受训练负荷的状态、机体的疲劳程度及恢复情况进行综合评定和诊断，特别是在大负荷训练期间，及时了解运动员的机能状态及体能恢复情况，为教练员提供训练安排的依据和建议，以防止过度疲劳及运动损伤的发生。运动员身体机能评定的基本原理和方法，已在《优秀运动员身体机能评定方法》(冯连世等，2003)一书中详细地进行了阐述。5．评估恢复过程、恢复方法和手段的效果•在科学的训练安排中，恢复应贯穿于整个训练过程，没有恢复的训练是无效的训练。优秀运动员的恢复手段和方法，主要包括合理的训练安排(充分的准备活动、合理的训练交叉和间歇、合理的恢复性训练)、合理的膳食及营养补充、运动营养品的合理使用、有效的物理性恢复手段和中医药恢复方法、适宜的心理恢复措施等。这些方法的合理性和有效性可以通过运动员身体中某些生理生化指标的变化来反映，并据此对这些方法和手段进行改进。•另外，运动员受伤后体内的某些生理生化指标也会出现变化，例如肌肉拉伤可以引起血清CK大幅度升高，通过该指标的变化可以反映肌肉损伤的恢复情况，起到监测伤病恢复过程的作用。•多年来，我国体育科技工作者已对运动营养、物理性恢复手段和中医药恢复方法、心理恢复措施等，开展了大量的研究和论述，并积累大量的科研成果。有关运动性疲劳与恢复的生理生化评定方法及运动员营养的生化监控，可以参阅《优秀运动员身体机能评定方法》(冯连世等，2003)一书中的有关章节。6．为探讨创新性训练方法提供帮助生理生化的训练监控不仅能为提高一般或专项能力的创新性训练方法提供评价手段，并且其基础理论与应用研究也是训练方法创新和改进的主要理沦依据。总之，运动训练的生理生化监控的主要意义在于：以运动时物质和能量代谢的规律来为训练提供理论依据，通过选择合理的训练手段和运动负荷并进行合理的组合与调配，使训练能够达到专项要求，最终真正实现科学化训练。第二节运动训练的生理生化监控原理•一、训练过程中能量代谢方式与身体素质关系•二、无氧训练的生理生化特点一、训练过程中能量代谢方式与身体素质关系要用生理生化的方法与手段监控运动训练过程，首先必需了解训练过程中不同训练负荷时运动人体的生理生化代谢特点以及对应发展的身体运动素质。图4不同训练负荷人体内能量动员的顺序、生理生化代谢特点及对应发展的身体运动素质的关系短时间最高强度训练长时间大强度训练长时间小强度训练练ATP-CP系统供能为主；糖酵解供能很少；糖氧化供能极少；其他氧化供能几没有ATP-CP系统供能较少；糖酵解供能为主；糖氧化供能较少；其他氧化供能极少ATP-CP系统功能极少；糖酵解供能很少；糖氧化供能为主；其他氧化供能较多发展爆发力、爆发速度、冲刺速度和力量耐力等发展速度、耐力速度等发展有氧耐力注：其他氧化供能包括脂肪分解供能和蛋白质分解供能。运动人体能量产生的过程包括无氧代谢(磷酸原供能系统、糖酵解供能系统)与有氧代谢(有氧氧化供能系统)两种供能方式。实际上在任何运动中这两种供能方式均同时发生，只不过依据运动强度和运动持续时间的不同两种供能方式占的比重有所不同，只有主次之分而没有绝对界限。无氧代谢供能的特点是供能效率较高，但供能时间很短；有氧代谢供能的特点是供能效率较低，但供能时间很长。因此，在需要大功率能量输出的快速运动和力量运动中无氧代谢是主要的供能系统，而在输出功率不大但持续时间很长的耐力运动中，有氧代谢则成为了主要的供能系统。人体运动时，不同训练负荷能量动员的顺序、生理生化代谢特点及对应发展的身体运动素质，可以用图10-4进行简单描述。应当注意的是图中各系统供能的多少指的是各供能系统参与供能的比例，而不是绝对值。例如在长时间耐力运动中ATP-CP系统供能的绝对量肯定大于短时间最高强度运动中ATP-CP供能的绝对值，只是在耐力运动中该绝对值所占比例极小。以训练时间和强度进行归类时，如果各供能系统以最大输出功率供能，则它们维持运动的强度和时间分别为：1.磷酸原供能系统可供极限强度运动6-8s，最多不超过10s；2.糖酵解供能系统可供最大摄氧量强度运动30-90s；3.糖有氧氧化供能系统可供亚极限强度运动约90min；4.脂肪酸氧化供能的供能时间不受限制，适宜于中和低强度运动；5.蛋白质和氨基酸供能时间可从运动开始后30-60min起，直到运动结束。运动机体骨骼肌中不同能源物质转化为能量的转换情况见表能源物质最大功率（mmolATP/kg·s）达到最大功率时间氧需（mmolO2·ATP）无氧代谢ATP11.2＜1s0CP8.6＜1s0肌糖原→乳酸5.2＜5s0有氧代谢糖→CO2+H2O2.73min0.167脂肪酸→CO2+H2O1.430min0.177表1骨骼肌不同能源物质的输出功率注：1．mmolATP/kg：每千克肌肉每秒动用ATP的毫摩尔数。2．mmolO2．ATP：每生成1毫摩尔ATP需要消耗的氧毫摩尔数。(引自Sahlin，1986)从表1我们可以看出，由于运动开始后各个能量系统基本都是同时开始动员，只是达到最大输出功率需要的时间不同，而发生作用的时间是交叉的，因此在运动训练中各供能系统的供能很难准确定量，但在训练实践中，我们还是习惯将ATP-CP与糖酵解供能为主的训练称为无氧训练，将以糖有氧氧化供能为主的训练称为有氧训练。在实际应用中，教练员还习惯将较长时间亚最大强度的训练(95％-100％VO2max强度训练2-10min)称为有氧无氧混合训练，或俗称混氧训练，实际上这是属于有氧代谢和无氧代谢几乎各占40％-60％的训练。尼曼(1988)总结了不同运动时间全力运动的强度以及有氧代谢、无氧代谢供能占的比例(表10-2)。他提供的资料表明有氧、无氧供能各占一半的运动时间大概在全力运动2-10min。而Gastin(2001)在综述了最新的研究成果后，提出有氧、无氧供能各占一半的时间应该是在全力运动1-2min，平均出现时间为75s，比前人提出的时间段大大提前了，这对1-2min全力运动项目的训练指导和监控意义非常重大。Spencer等人(1996)也认为由于过去测试方法的缺陷使有氧供能在400m、800m和1500m跑中的比例被低估了，他们采用了更准确的氧债堆积测定法(AccmnulatedOxygenDeficitmethod)把运动员个体做功效率作为参数之一，精确测定了有氧和无氧在中距离跑中的相对供能比例，认为在这些项目中有氧供能的比例要明显高于前人的测定结果，这结论与Gastin的观点是一致的。无论如何，从现代竞技体育运动的趋势来看，竞技能力越强的运动员无氧代谢（尤其是糖酵解）输出功率的能力就越大，无氧代谢参与比赛供能的比例越高。因此，对每个运动员来说，无氧代谢供能能力都是关键时刻顽强拼搏战胜对手的物质基础。表2运动员在不同时间全力运动时能量供应比例项目数值全力运动时间＜35s35s-2min2-10min10-35min35-90min90-360min强度/最大摄氧量（%VO2max）＞10010095-10090-9580-9560-70有氧代谢比例（%）＜52060708095无氧代谢比例（%）＞95804030205肌糖原消耗比例（%）＜101030406080心率水平（b/min）185-200190-210180-190170-190150-180血乳酸（mmol/L）＜1018201484世界上很难找到一个有氧代谢能力和无氧代谢能力都是一流的运动员，还从来没有哪个运动员同时获得过短跑和超长距离跑两项世界冠军。所有同时获得多个项目冠军的运动员都是在同一类项目的范围内，如欧文斯在1936年奥运会上获得的4项冠军也是在100m跑、200m跑、跳远和4×100m接力四个项目中。从代