李志剛, 林文弢
(1.百色學(xué)院,廣西 百色 533000; 2.廣州體育學(xué)院,廣東 廣州 510500)
耐力訓(xùn)練的生物化學(xué)分析
李志剛1, 林文弢2
(1.百色學(xué)院,廣西 百色 533000; 2.廣州體育學(xué)院,廣東 廣州 510500)
耐力訓(xùn)練是提高運(yùn)動員體能水平的重要環(huán)節(jié),從耐力素質(zhì)的生化基礎(chǔ)、耐力訓(xùn)練方法的生化分析和訓(xùn)練效果的生化評定3個方面進(jìn)行闡述,為基層競技體育和健身體育的科學(xué)訓(xùn)練提供方法。
耐力訓(xùn)練;有氧代謝;乳酸閾;生化評定
耐力素質(zhì)是指機(jī)體在一定時間內(nèi)保持特定負(fù)荷或動作質(zhì)量的能力。在競技體育領(lǐng)域,耐力素質(zhì)在不同的競技運(yùn)動項目中有重要的作用。耐力素質(zhì)是決定長距離耐力項目運(yùn)動員競技能力高低的主導(dǎo)素質(zhì),對足球、籃球等持續(xù)時間較長的混合供能項目比賽結(jié)果的影響也日益受到重視。盡管短時間項目在比賽過程中無法直接體現(xiàn)耐力素質(zhì)的重要作用,卻是長期高負(fù)荷訓(xùn)練、比賽的基礎(chǔ)[1]。
耐力素質(zhì)的基礎(chǔ)是有氧耐力,糖是有氧氧化過程中最主要的能源物質(zhì),可在體內(nèi)徹底分解,生成直接能源物質(zhì)ATP,以及水和二氧化碳。脂肪只能通過有氧途徑供能,分解生成的脂肪酸可通過與糖相似的途徑釋放出大量的能量。蛋白質(zhì)降解為氨基酸后,在一系列酶的作用下,可通過進(jìn)入糖有氧代謝途徑產(chǎn)能或轉(zhuǎn)化成糖、脂肪代謝的中間產(chǎn)物,進(jìn)入相應(yīng)的代謝過程。三大能源物質(zhì)在耐力運(yùn)動過程中的供能有一定時間順序。耐力運(yùn)動初期糖的供能比例最高,隨著運(yùn)動持續(xù),30 min后脂肪供能的比例逐漸升高,而蛋白質(zhì)則是在糖脂大量消耗后的第三選擇。骨骼肌先利用肌糖原經(jīng)有氧代謝合成ATP,隨著運(yùn)動的持續(xù),肌細(xì)胞攝取血糖進(jìn)一步有氧氧化,隨之肝糖原分解成葡萄糖。長時間有氧運(yùn)動中,肝臟糖異生是肝臟釋放葡萄糖的一個重要來源。人體內(nèi)動用脂肪酸的順序?yàn)楣趋兰?nèi)脂肪、血漿游離脂肪酸和脂肪組織中的儲存脂肪[2]。
有氧代謝能力的另一基礎(chǔ)是機(jī)體獲取和利用氧的能力。在3 min以上的耐力運(yùn)動過程中,有氧代謝供能的比例占主導(dǎo)地位,供能能力取決于機(jī)體氧的供給及利用能力,心肺功能是有氧代謝的基礎(chǔ),體內(nèi)氧的攝入、運(yùn)輸和利用主要涉及心血管系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng),血紅蛋白的含量和功能。在有氧代謝訓(xùn)練過程中,應(yīng)關(guān)注肺活量、最大攝氧量和血紅蛋白的改變。氧氣供應(yīng)充足的基礎(chǔ)上,有氧代謝相關(guān)酶活性是有氧代謝的限制因素。線粒體是有氧代謝的主要場所,也是有氧運(yùn)動時主要的能量來源,因此,線粒體的數(shù)量和相關(guān)酶的活性亦是重要的制約因素。
有氧代謝供能是長時間中低強(qiáng)度運(yùn)動的主要供能方式。在耐力訓(xùn)練中,乳酸的生成量不宜多,且需要大量的氧氣,因此,運(yùn)動訓(xùn)練時間要長,強(qiáng)度要低。常用的訓(xùn)練方法有有氧代謝的間歇訓(xùn)練、乳酸閾強(qiáng)度訓(xùn)練和最大乳酸穩(wěn)態(tài)訓(xùn)練、持續(xù)訓(xùn)練和低氧訓(xùn)練等[3]。
長距離耐力項目運(yùn)動員不僅要有良好的有氧代謝能力,還應(yīng)根據(jù)比賽策略或?qū)嶋H賽況進(jìn)行加速、超越和沖刺等,因此不僅要發(fā)展有氧耐力,運(yùn)動員還應(yīng)具備一定的無氧代謝能力,長短時間間歇訓(xùn)練的結(jié)合可綜合提高有氧、無氧代謝能力。發(fā)展有氧代謝能力的間歇訓(xùn)練,運(yùn)動強(qiáng)度在乳酸閾以內(nèi),持續(xù)時間適當(dāng)延長。通過2 min訓(xùn)練2 min休息、4 min訓(xùn)練4 min休息2種不同的間歇訓(xùn)練對身體代謝能力的影響研究發(fā)現(xiàn):2 min間歇運(yùn)動利用的血糖不多,但4 min間歇訓(xùn)練對血糖的利用較多;2 min的間歇訓(xùn)練肌糖原的利用增多(57%~95%),4 min運(yùn)動僅占43%~50%,而脂肪酸大量參與供能,隨著運(yùn)動時間的延長,強(qiáng)度降低,有氧代謝供能的比例升高。
有氧代謝供能能力訓(xùn)練,運(yùn)動強(qiáng)度把控是關(guān)鍵。雖然不同人的個體乳酸閾不同,但在耐力訓(xùn)練中,血乳酸達(dá)到4 mmol/L時刺激強(qiáng)度適中,主要適用于提高有氧代謝,該強(qiáng)度下運(yùn)動,機(jī)體內(nèi)的血乳酸可在20~30 min保持穩(wěn)定。進(jìn)行乳酸閾訓(xùn)練可依個體乳酸閾為臨界點(diǎn),循序漸進(jìn)地增加速度(強(qiáng)度)。當(dāng)血乳酸在完成相近速度訓(xùn)練時積累減少,則應(yīng)增加速度,使訓(xùn)練時的血乳酸稍高于乳酸閾,經(jīng)過長時間訓(xùn)練,機(jī)體的乳酸閾水平、最大攝氧量明顯升高。乳酸閾值越高,有氧工作能力越強(qiáng),在同樣的漸增負(fù)荷運(yùn)動中動用乳酸供能越晚。即在較高的運(yùn)動負(fù)荷時,可以最大限度地利用有氧代謝而不過早地積累乳酸。
最大乳酸穩(wěn)態(tài)是指在持續(xù)負(fù)荷的運(yùn)動中,乳酸的產(chǎn)生率與消除率達(dá)到平衡時的最大運(yùn)動負(fù)荷。運(yùn)動員在超過40 min的恒定負(fù)荷中,在開始后的10~15 min血乳酸達(dá)到要求的最適宜水平,并且其后10 min血乳酸增加不超過1 mmol/L。這種訓(xùn)練強(qiáng)度被認(rèn)為是最適宜的最大有氧代謝訓(xùn)練強(qiáng)度。PhilpA等研究發(fā)現(xiàn),8周的最大乳酸穩(wěn)態(tài)(1~2周,21 min;3~4周,27 min;5~8周,33 min)持續(xù)跑后,個體乳酸閾提高了7%,最大攝氧量提高了10%[4]。馬拉松運(yùn)動員運(yùn)動時接近全部依靠有氧代謝。大量數(shù)據(jù)表明,馬拉松運(yùn)動員跑步速度達(dá)到比賽速度時血乳酸濃度在3 mmol/L,低于乳酸閾(4 mmol/L),因此,馬拉松項目可采用3 mmol/L最大乳酸穩(wěn)態(tài)水平的強(qiáng)度負(fù)荷進(jìn)行訓(xùn)練。
長時間持續(xù)訓(xùn)練是運(yùn)動時間大于10 min周期性項群項目(如5 000 m以上跑步、1 500 m以上游泳項目和長距離自行車項目)的主要訓(xùn)練方法。長時間持續(xù)訓(xùn)練主要有勻速持續(xù)訓(xùn)練、變速持續(xù)訓(xùn)練。勻速持續(xù)訓(xùn)練的基本特點(diǎn)是:運(yùn)動強(qiáng)度較低、運(yùn)動負(fù)荷基本穩(wěn)定,運(yùn)動時間在15 min以上,運(yùn)動過程不間斷,心率保持在155次/min。變速持續(xù)訓(xùn)練的特點(diǎn)是運(yùn)動速度的快慢有明顯的節(jié)奏變化(如50 m快跑,50 m慢跑),運(yùn)動時間至少15 min以上,運(yùn)動過程不間斷,心率指標(biāo)為150~170 次/min。負(fù)荷量依照運(yùn)動員的訓(xùn)練水平確定,一般應(yīng)超過正式比賽時的運(yùn)動時間或距離,刺激機(jī)體進(jìn)行更明顯的超量恢復(fù)。
低氧環(huán)境下進(jìn)行訓(xùn)練可刺激機(jī)體攝取、轉(zhuǎn)運(yùn)和利用氧的能力,進(jìn)入富氧環(huán)境后可較大程度地提高機(jī)體的有氧工作能力,提高耐力水平[5]。在參加重大體育賽事之前進(jìn)入高原進(jìn)行訓(xùn)練,賽前1周左右進(jìn)入比賽環(huán)境進(jìn)行調(diào)整訓(xùn)練;此外,隨著人工低氧設(shè)備的進(jìn)步,高住高練低訓(xùn)等方式的應(yīng)用,不僅保證了負(fù)荷量,還提高了負(fù)荷強(qiáng)度,效果更佳。國內(nèi)如中長跑、長距離游泳、足球、籃球等項目運(yùn)動員冬季會到昆明訓(xùn)練基地進(jìn)行低氧訓(xùn)練,利用高原低氧環(huán)境對機(jī)體進(jìn)行更大刺激,訓(xùn)練效果更明顯。
人體運(yùn)動是在能量供應(yīng)下肌肉收縮牽動骨繞關(guān)節(jié)的運(yùn)動。內(nèi)在驅(qū)動是能量供應(yīng),外在表現(xiàn)是動作[6]。與能量供應(yīng)和動作正常完成相關(guān)的指標(biāo)可用于評判運(yùn)動訓(xùn)練效果。從能量供應(yīng)角度評定耐力訓(xùn)練效果的指標(biāo)分為能源物質(zhì)的儲備、氧氣攝取、運(yùn)輸和利用能力、有氧代謝關(guān)鍵限速酶活性的檢測和代謝產(chǎn)物的水平。能源物質(zhì)的儲備主要是肌內(nèi)糖原的含量,耐力運(yùn)動中糖原作為能量供應(yīng)的快速反應(yīng)供能物質(zhì),其含量與耐力素質(zhì)水平關(guān)系密切,長期的耐力訓(xùn)練可提高肌糖原的儲量和恢復(fù)速度。
氧利用能力的評定常用跑節(jié)省化、乳酸閾、無氧閾、通氣閾最大攝氧量、最大攝氧量速度、最大攝氧量持續(xù)時間、最大攝氧量平臺時間、臨界功率等生理生化指標(biāo)。其中,跑節(jié)省化(Running Economy,RE)次極限負(fù)荷下跑步的氧耗水平,是描述亞極限強(qiáng)度運(yùn)動時心肺機(jī)能的理想指標(biāo)[7]。研究發(fā)現(xiàn),RE 在評價普通人群(即訓(xùn)練初期)的耐力及其耐力訓(xùn)練效果方面優(yōu)于最大攝氧量和無氧閾指標(biāo)[8]。另外,血液中紅細(xì)胞、血紅蛋白的含量也常用來評判氧運(yùn)輸能力水平。有氧代謝過程中的關(guān)鍵限速酶的含量和活性是有氧代謝能力的重要限制因素,在線粒體中進(jìn)行三羧酸循環(huán)是有氧代謝產(chǎn)能的主要環(huán)節(jié),如檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和蘋果酸脫氫酶等含量和活性是用于評判耐力水平的重要指標(biāo)。
體內(nèi)代謝產(chǎn)物的改變可用于評價機(jī)體的機(jī)能狀態(tài),有氧耐力訓(xùn)練時間長,運(yùn)動負(fù)荷較大,科學(xué)準(zhǔn)確的生化指標(biāo)可反映身體對運(yùn)動負(fù)荷的反應(yīng)和適應(yīng)狀況。如血尿素是蛋白質(zhì)代謝的產(chǎn)物,正常情況下氨基酸等含氮類物質(zhì)先脫下氨基,在肝臟中轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩剡M(jìn)入血液循環(huán),經(jīng)腎臟排出體外。運(yùn)動時,蛋白質(zhì)的分解代謝加強(qiáng),血尿素含量升高。持續(xù)30 min以上的運(yùn)動血尿素變化明顯,當(dāng)機(jī)體對耐力訓(xùn)練的運(yùn)動量適應(yīng)良好時,運(yùn)動員的血尿素水平在周期開始時上升,周后期達(dá)到頂峰,然后逐漸下降,恢復(fù)至原水平。
有氧耐力素質(zhì)的能源基礎(chǔ)是有氧代謝供能系統(tǒng),在氧氣供應(yīng)充足的條件下,糖、脂肪、蛋白質(zhì)徹底氧化。有氧耐力的訓(xùn)練以發(fā)展機(jī)體的有氧代謝能力為主,總的原則是運(yùn)動時間長,運(yùn)動強(qiáng)度把控是關(guān)鍵,提高人體利用、吸收、運(yùn)輸氧的能力。與有氧氧化代謝水平相關(guān)的指標(biāo)常用于評價耐力訓(xùn)練的效果。
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