耐力训练的生物化学分析

李志刚, 林文弢

(1.百色学院,广西 百色 533000; 2.广州体育学院,广东 广州 510500)

耐力训练的生物化学分析

李志刚1, 林文弢2

(1.百色学院,广西 百色 533000; 2.广州体育学院,广东 广州 510500)

耐力训练是提高运动员体能水平的重要环节,从耐力素质的生化基础、耐力训练方法的生化分析和训练效果的生化评定3个方面进行阐述,为基层竞技体育和健身体育的科学训练提供方法。

耐力训练;有氧代谢;乳酸阈;生化评定

耐力素质是指机体在一定时间内保持特定负荷或动作质量的能力。在竞技体育领域,耐力素质在不同的竞技运动项目中有重要的作用。耐力素质是决定长距离耐力项目运动员竞技能力高低的主导素质,对足球、篮球等持续时间较长的混合供能项目比赛结果的影响也日益受到重视。尽管短时间项目在比赛过程中无法直接体现耐力素质的重要作用,却是长期高负荷训练、比赛的基础[1]。

1 耐力素质的生化基础分析

耐力素质的基础是有氧耐力,糖是有氧氧化过程中最主要的能源物质,可在体内彻底分解,生成直接能源物质ATP,以及水和二氧化碳。脂肪只能通过有氧途径供能,分解生成的脂肪酸可通过与糖相似的途径释放出大量的能量。蛋白质降解为氨基酸后,在一系列酶的作用下,可通过进入糖有氧代谢途径产能或转化成糖、脂肪代谢的中间产物,进入相应的代谢过程。三大能源物质在耐力运动过程中的供能有一定时间顺序。耐力运动初期糖的供能比例最高,随着运动持续,30 min后脂肪供能的比例逐渐升高,而蛋白质则是在糖脂大量消耗后的第三选择。骨骼肌先利用肌糖原经有氧代谢合成ATP,随着运动的持续,肌细胞摄取血糖进一步有氧氧化,随之肝糖原分解成葡萄糖。长时间有氧运动中,肝脏糖异生是肝脏释放葡萄糖的一个重要来源。人体内动用脂肪酸的顺序为骨骼肌内脂肪、血浆游离脂肪酸和脂肪组织中的储存脂肪[2]。

有氧代谢能力的另一基础是机体获取和利用氧的能力。在3 min以上的耐力运动过程中,有氧代谢供能的比例占主导地位,供能能力取决于机体氧的供给及利用能力,心肺功能是有氧代谢的基础,体内氧的摄入、运输和利用主要涉及心血管系统和呼吸系统,血红蛋白的含量和功能。在有氧代谢训练过程中,应关注肺活量、最大摄氧量和血红蛋白的改变。氧气供应充足的基础上,有氧代谢相关酶活性是有氧代谢的限制因素。线粒体是有氧代谢的主要场所,也是有氧运动时主要的能量来源,因此,线粒体的数量和相关酶的活性亦是重要的制约因素。

2 有氧耐力训练的生化分析

有氧代谢供能是长时间中低强度运动的主要供能方式。在耐力训练中,乳酸的生成量不宜多,且需要大量的氧气,因此,运动训练时间要长,强度要低。常用的训练方法有有氧代谢的间歇训练、乳酸阈强度训练和最大乳酸稳态训练、持续训练和低氧训练等[3]。

2.1 有氧代谢的间歇训练

长距离耐力项目运动员不仅要有良好的有氧代谢能力,还应根据比赛策略或实际赛况进行加速、超越和冲刺等,因此不仅要发展有氧耐力,运动员还应具备一定的无氧代谢能力,长短时间间歇训练的结合可综合提高有氧、无氧代谢能力。发展有氧代谢能力的间歇训练,运动强度在乳酸阈以内,持续时间适当延长。通过2 min训练2 min休息、4 min训练4 min休息2种不同的间歇训练对身体代谢能力的影响研究发现:2 min间歇运动利用的血糖不多,但4 min间歇训练对血糖的利用较多;2 min的间歇训练肌糖原的利用增多(57%～95%),4 min运动仅占43%～50%,而脂肪酸大量参与供能,随着运动时间的延长,强度降低,有氧代谢供能的比例升高。

2.2 乳酸阈强度训练

有氧代谢供能能力训练,运动强度把控是关键。虽然不同人的个体乳酸阈不同,但在耐力训练中,血乳酸达到4 mmol/L时刺激强度适中,主要适用于提高有氧代谢,该强度下运动,机体内的血乳酸可在20～30 min保持稳定。进行乳酸阈训练可依个体乳酸阈为临界点,循序渐进地增加速度(强度)。当血乳酸在完成相近速度训练时积累减少,则应增加速度,使训练时的血乳酸稍高于乳酸阈,经过长时间训练,机体的乳酸阈水平、最大摄氧量明显升高。乳酸阈值越高,有氧工作能力越强,在同样的渐增负荷运动中动用乳酸供能越晚。即在较高的运动负荷时,可以最大限度地利用有氧代谢而不过早地积累乳酸。

2.3 最大乳酸稳态训练

最大乳酸稳态是指在持续负荷的运动中,乳酸的产生率与消除率达到平衡时的最大运动负荷。运动员在超过40 min的恒定负荷中,在开始后的10～15 min血乳酸达到要求的最适宜水平,并且其后10 min血乳酸增加不超过1 mmol/L。这种训练强度被认为是最适宜的最大有氧代谢训练强度。PhilpA等研究发现,8周的最大乳酸稳态(1～2周,21 min;3～4周,27 min;5～8周,33 min)持续跑后,个体乳酸阈提高了7%,最大摄氧量提高了10%[4]。马拉松运动员运动时接近全部依靠有氧代谢。大量数据表明,马拉松运动员跑步速度达到比赛速度时血乳酸浓度在3 mmol/L,低于乳酸阈(4 mmol/L),因此,马拉松项目可采用3 mmol/L最大乳酸稳态水平的强度负荷进行训练。

2.4 持续训练法

长时间持续训练是运动时间大于10 min周期性项群项目(如5 000 m以上跑步、1 500 m以上游泳项目和长距离自行车项目)的主要训练方法。长时间持续训练主要有匀速持续训练、变速持续训练。匀速持续训练的基本特点是:运动强度较低、运动负荷基本稳定,运动时间在15 min以上,运动过程不间断,心率保持在155次/min。变速持续训练的特点是运动速度的快慢有明显的节奏变化(如50 m快跑,50 m慢跑),运动时间至少15 min以上,运动过程不间断,心率指标为150～170 次/min。负荷量依照运动员的训练水平确定,一般应超过正式比赛时的运动时间或距离,刺激机体进行更明显的超量恢复。

2.5 低氧训练

低氧环境下进行训练可刺激机体摄取、转运和利用氧的能力,进入富氧环境后可较大程度地提高机体的有氧工作能力,提高耐力水平[5]。在参加重大体育赛事之前进入高原进行训练,赛前1周左右进入比赛环境进行调整训练;此外,随着人工低氧设备的进步,高住高练低训等方式的应用,不仅保证了负荷量,还提高了负荷强度,效果更佳。国内如中长跑、长距离游泳、足球、篮球等项目运动员冬季会到昆明训练基地进行低氧训练,利用高原低氧环境对机体进行更大刺激,训练效果更明显。

3 耐力训练效果的生化评定

人体运动是在能量供应下肌肉收缩牵动骨绕关节的运动。内在驱动是能量供应,外在表现是动作[6]。与能量供应和动作正常完成相关的指标可用于评判运动训练效果。从能量供应角度评定耐力训练效果的指标分为能源物质的储备、氧气摄取、运输和利用能力、有氧代谢关键限速酶活性的检测和代谢产物的水平。能源物质的储备主要是肌内糖原的含量,耐力运动中糖原作为能量供应的快速反应供能物质,其含量与耐力素质水平关系密切,长期的耐力训练可提高肌糖原的储量和恢复速度。

氧利用能力的评定常用跑节省化、乳酸阈、无氧阈、通气阈最大摄氧量、最大摄氧量速度、最大摄氧量持续时间、最大摄氧量平台时间、临界功率等生理生化指标。其中,跑节省化(Running Economy,RE)次极限负荷下跑步的氧耗水平,是描述亚极限强度运动时心肺机能的理想指标[7]。研究发现,RE 在评价普通人群(即训练初期)的耐力及其耐力训练效果方面优于最大摄氧量和无氧阈指标[8]。另外,血液中红细胞、血红蛋白的含量也常用来评判氧运输能力水平。有氧代谢过程中的关键限速酶的含量和活性是有氧代谢能力的重要限制因素,在线粒体中进行三羧酸循环是有氧代谢产能的主要环节,如柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶等含量和活性是用于评判耐力水平的重要指标。

体内代谢产物的改变可用于评价机体的机能状态,有氧耐力训练时间长,运动负荷较大,科学准确的生化指标可反映身体对运动负荷的反应和适应状况。如血尿素是蛋白质代谢的产物,正常情况下氨基酸等含氮类物质先脱下氨基,在肝脏中转变为尿素进入血液循环,经肾脏排出体外。运动时,蛋白质的分解代谢加强,血尿素含量升高。持续30 min以上的运动血尿素变化明显,当机体对耐力训练的运动量适应良好时,运动员的血尿素水平在周期开始时上升,周后期达到顶峰,然后逐渐下降,恢复至原水平。

4 小结

有氧耐力素质的能源基础是有氧代谢供能系统,在氧气供应充足的条件下,糖、脂肪、蛋白质彻底氧化。有氧耐力的训练以发展机体的有氧代谢能力为主,总的原则是运动时间长,运动强度把控是关键,提高人体利用、吸收、运输氧的能力。与有氧氧化代谢水平相关的指标常用于评价耐力训练的效果。

[1] 田麦久,刘大庆.运动训练学[M].北京:人民体育出版社,2012

[2] 林文弢.运动生物化学[M].北京:人民体育出版社,2009:1

[3] 翁锡全.运动训练生物化学[M].广州:广东高等教育出版社,2016

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[5] 李俊涛,曾凡星,胡杨,等.低住高练中国家女子中长跑运动员心功能的变化[J].山东体育学院学报,2007,23(5):59-61

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[7] 冷志勇,霍笑敏,李梅,等.跑节省化(RE)和无氧阈评价耐力训练效果的比较研究[J].首都体育学院学报,2012,24(2):181-184

[8] 黎涌明,纪晓楠,资薇.人体运动的本质[J].体育科学,2014,34(2):11-17

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