不同大强度间歇训练对公路自行车优秀运动员最大摄氧量和输出功率的影响

屈成刚 唐一丹

摘    要：比較2种大强度间歇训练对公路自行车优秀运动员最大摄氧量和输出功率的影响。方法：将15名云南省公路自行车优秀男子运动员随机分为3组，第1组（S组）采用冲刺间歇训练结合耐力训练（SIT+耐力训练），第2组（H组）采用高强度间歇训练结合耐力训练（HIIT+耐力训练），第3组（C组）为对照组，进行传统耐力性训练;训练持续3周，S组和H组共进行SIT和HIIT训练6次。采用训练后即刻血乳酸（BLAend）和训练过程平均心率（HRmean）监控训练负荷强度;训练前后进行递增负荷测试，测试指标包括最大有氧输出功率（Pmax）、最大摄氧量绝对值（VO2max）、最大摄氧量相对值（VO2max/kg）、每分通气量（VE）和最大心率（HRmax），并通过公式计算每搏输出量（SV）。结果：1）3周训练后，S组运动员Pmax、VO2max、VO2max/kg、VE、HRmax、SV均显著提高（P<0.05）;H组仅有VO2max/kg有显著性提高（P<0.05）;C组各项指标无明显变化。2）S组各项指标增量（Δ）明显高于H组和C组。S组ΔVE、ΔHRmax、ΔVO2max、ΔVO2max/kg较H组呈显著性差异（P<0.05）。S组与C组比较，VO2max呈现极其显著性差异（P<0.01），VO2max/kg、ΔVE、ΔHRmax均呈现显著性差异（P<0.05）。3）3周训练后，S组HRmean与BLAend均明显下降，且呈现显著性差异（P<0.05）。训练前后相同阶段S组HRmean与BLAend均显著高于H组，且存在非常显著性差异（P<0.01）。结论：相比HIIT结合耐力训练和传统耐力训练，3周SIT结合耐力训练的训练计划对公路自行车优秀运动员的训练效果更佳。

关键词：冲刺间歇训练;高强度间歇训练;公路自行车;最大摄氧量;输出功率

中图分类号：G 808.1         学科代码：040303           文献标识码：A

Abstract： The purpose of this study was to compare the effects of two different interval training modalities on maximal oxygen uptake and work output of elite road cyclists. Methods： Participants of 15 well-trained road cyclists were divided into three groups. The first group （Group S） was trained using sprint interval training with endurance training; the second group （Group H） was trained using high intensity interval training with endurance training; the third group （Group C） was the control group， which used traditional endurance training. Training duration was 3 weeks. A graded exercise test was administered pre-and post-training. Work output， oxygen uptake， minute pulmonary ventilation， heart rate and stroke volume were determined during the test. Results： After 3 weeks， S group Pmax， VO2max， VO2max /kg， VE， HRmax， SV were significantly improved （P<0.05）， the H group only VO2max /kg had significant improvement （P<0.05）. The index increment （Δ） of S group was significantly higher than that in Group H and Group C， the S group ΔVE， ΔHRmax， ΔVO2max and ΔVO2max /kg showed significant difference compared with Group H （P<0.05）. and the S group compared with Group C， VO2max showed extremely significant difference （P<0.01）， VO2max/kg， ΔVEand ΔHRmax all showed significant differences （P<0.05）. The ΔPmax， VO2max/kg and ΔVE of H were slightly larger than Group C， but not statistically significant （P>0.05）. There was a significant decrease in HRmean and BLAend in group S， and there was a significant difference （P<0.05）， and the HRmean and BLAend in Group H decreased， but there was no statistically significant （P>0.05）. In the same stage before and after training， s group HRmean and BlAend were significantly higher than Group H， and showed very significant difference （P<0.01）. Conclusions： 3 weeks training with SIT combined with endurance training can improve the VE， HRmax and SV of elite road cyclists more than HIIT combined with endurance training and traditional endurance training， and the effect is better.

Keywords：sprint interval training; high intensity interval training; road cycling; maximum oxygen uptake; output power

耐力性项目优秀运动员的运动表现需要有强大的有氧耐力基础[1-3]，其中最大摄氧量（VO2max）和输出功率就是重要的参考指标。Lucia等认为最大摄氧量除受生理因素的影响以外，在很大程度上受遗传因素的影响[2]。Bouchard等[4]却认为，最大摄氧量仅在接受科学训练之前受遗传因素的影响。Astrand等[5]也认为，在经过规律训练后，VO2max可能会显著增加50%。长期以有氧代谢为主的中等强度持续训练（moderate-intensity continuous training，MCT）已被证实是提高最大摄氧量最有效的手段之一[6]，它在提高氧化酶的活性、增加线粒体体积[7-9]和毛细血管密度[10-11]，改善心输出量和每搏输出量等方面对氧运输能力的提升起至关重要的作用[12-13]。但MCT对耐力性项目优秀运动员有氧水平的促进作用有限。近年来，研究的热点集中在大强度间歇训练（interval training，IT）对运动能力的影响，且已证实IT是一种经济、高效的训练手段，可在较短时间内，通过较小的负荷量和消耗较少的能量提升机体线粒体生物合成、糖酵解相关酶活性、有氧代谢能力、β氧化水平等，提高亚极限和极限强度的运动能力[14]。根据训练强度的不同，将IT分为高强度间歇训练（high intensity interval training，HIIT）和冲刺間歇训练（sprint interval training，SIT）。尽管目前有许多研究都证实了IT对运动能力具有较好的促进作用，但其研究对象大部分都是非优秀运动员[14]，对优秀运动员的研究却鲜有报道。另外，针对公路自行车项目及比赛特点，对公路自行车优秀运动员采用何种IT训练手段更佳？训练方案中各种因素（负荷强度、训练组数、间歇时间与方式等）如何搭配？探索适合公路自行车项目专项大强度间歇训练的模型，为公路自行车项目的训练计划制定提供依据。

1   研究方法

1.1  研究对象

本研究将运动等级为国家级及以上且在全国公路自行车比赛中获得过前8名的运动员定义为公路自行车优秀运动员;因此，本研究挑选15名符合以上标准的云南省自行车队男子运动员为研究对象，其中健将级运动员8名，一级运动员7名。所有运动员均有5年以上的专业训练经历，每年参加全国比赛和多日赛4～6场，健康状况良好，无影响正常训练的重大伤病。运动员随机分为3组，每组5人（分组方法：将8名健将级运动员随机分为3组，人数分别为3、3、2;再将7名一级运动员随机分为3组，人数分别为2、2、3;然后将2个级别的运动员组合成5人一组）。第1组（S组）：实施SIT+耐力训练方案;第2组（H组）：实施HIIT+耐力训练方案;第3组（C组）为对照组，进行传统耐力性训练。3组运动员身高、体重和体能状况（使用递增负荷测试评价，稍后详解）组间无差异。详细情况见表1。

参与实验运动员的教练员为同一人，实验干预前均进行相同训练负荷结构的有氧训练;训练强度大多采用中等强度（70%～80% HRmax）或可变强度（高—中—低）的传统耐力训练。所有运动员均无大强度间歇训练经历。

1.2  训练方案设计

根据黎涌明[15]的研究，大强度间歇训练方案应包含负荷强度、负荷持续时间、间歇休息方式与时间、负荷次数等10个因素。本研究所涉及的公路自行车项目是以有氧为基础的周期性耐力性项目，运动员除应具备较强的有氧能力外，还应具有较强的速耐和变速能力。因此，在设计大强度间歇训练方案时主要考虑以下6个因素：负荷强度、每组负荷持续时间、每节训练课训练组数、组间休息方式与时间、训练课频次及总训练次数[16]。

基于公路自行车项目在比赛过程中为摆脱对手或终点前冲刺，运动员具备多次主动变速突围的能力，每次突围持续时间一般在30 s左右，恰与标准Wingate测试时间及大多数文献研究中的SIT训练方案负荷持续时间吻合，其负荷强度均为极量负荷强度，以此确定了本研究SIT训练的负荷强度（极限强度）和训练持续时间（30 s）。为确保每堂训练课和每组训练的质量和效果，根据训练期间运动员血乳酸和输出功率的变化情况（每组训练后即刻血乳酸值不得高于上一组乳酸值2 mmol/L，输出功率不得低于上一组输出功率的95%，否则，即刻停止训练）确定间歇时间为3 min、训练组数为8～12组。相邻训练课间隔3 d，即以4 d为一小周期（前3 d为训练日，第4天为调整日），并以此进行周期训练。HIIT训练方案则参照Seiler等 [17]的研究：以90%～100%的最大有氧功率强度骑行4 min，间歇4 min。为保证训练质量，将SIT与HIIT训练安排在每一小周期的第1天下午进行（即第1、5、9、13、17和第21天，共计6次，训练负荷安排见表2），当日上午以60%～65% HRmax的负荷强度在公路上骑行3 h（约100 km）;同日，C组以65%～75% HRmax的负荷强度公路骑行220 km。其余3 d 3组的训练计划相同（即第2天与第3天均以65%～75% HRmax强度公路骑行150～160 km和180～200 km，第4天公路放松骑行2 h），并以此方案进行周期训练。S组与H组每个小周期的负荷总量约占C组负荷总量的70%，骑行距离约在390～420 km（小周期训练负荷方案见表3）。

1.3  递增负荷测试

实验前后（训练前为IT训练3 d前，训练后为训练后第2 天）均进行递增负荷测试。测试地点为云南省体科所运动机能实验室，使用肺功能测试仪（Cortex Metalyzer 3B，德国）和功率自行车（Lode Excalibur，荷兰）进行测试。严格控制实验室大气环境（室温：22～25 ℃;湿度：60%～65%），并在测试之前对仪器进行气压、容量和标准气体（CO2：5%;O2：16%;N2：79%）校准。测试负荷变化由电脑软件根据负荷方案控制负荷递增和运动时长。测试全程均佩戴心率表（Polar RS800 CX，芬兰），对受试运动员心率进行监控和记录。

递增负荷方案为：充分准备活动（首先以100 w的功率自由骑行10 min，然后在5 min之内将负荷逐渐增至5 W/kg体重，并保持此功率骑行2 min，再将负荷降至100 W，放松骑行5 min）后，休息5 min;调试好功率自行车的座高、扶把位置等，准备开始正式测试。正式测试时，首先以80 W的功率进行2 min的适应，随后以100 W为起始负荷，并以15 W/30 s的负荷递增，运动至力竭，要求踏频保持在80 r/min左右;测试过程中测试人员给予受试运动员鼓励，使运动员尽全力完成测试。运动员自开始测试前3 min至测试结束后3 min这段时间均戴着呼吸面罩，面罩連接气体分析仪，收集运动过程中运动员呼出和吸进的气体，采用每次呼吸法测试其呼吸功能。测试指标包括最大摄氧量绝对值（VO2max）、最大摄氧量相对值（VO2max/kg）、每分通气量（VE）、心率（HR）及每搏输出量（SV），SV是基于Stringer等[18]提出的Fick方程计算而得，公式为

SV=100×（VO2max/1 622）/HR（1）

1.4  血乳酸与训练心率测试

在第1次和最后1次SIT和HIIT训练课时，使用全自动血乳酸分析仪（BIOSEN C-line EKF Diagnostic，德国）对每组训练后即刻血乳酸（BLAend）值进行测试。为确保机体机能代谢已达稳定状态，使用第3组以后的血乳酸平均值进行分析比较。每次测试前均对乳酸仪进行定标，测试过程中仪器每60 min自动控制一次;测试时使用20 μL标准抗凝管采集手指末梢血20 μL，进行BLA浓度测试，相关实验耗材均为EKF血乳酸仪原装耗材。并使用团队心率表（POLAR Team2，芬兰）对训练过程中运动员心率进行收集，取大强度间歇训练期间每组心率平均值（HRmean）进行分析。

1.5  数据分析

所有测试结果以平均值±标准差（M±SD）表示，使用SPSS19.0进行统计学分析。训练前后的组内变化采用配对样本t检验，训练前后的组间比较采用方差分析（ANOVA）。显著性差异表示为P<0.05，非常显著性差异表示为P<0.01。

2   结果

3周的训练后，S组运动员所有有氧测试指标（Pmax、VO2max、VO2max/kg、VE、HRmax、SV）均显著提高（P<0.05）;H组仅有VO2max/kg有显著性提高（P<0.05），其余指标虽有增加，但无统计学意义;C组各项指标仅有小幅度增加，无统计学意义，见表4。

从相关性分析来看，3组的VO2max和SV均相关（S组：r=0.95，P<0.05;H组：r=0.95，P<0.05;C组：r=0.99，P<0.01）。

从3组运动员3周训练后各指标增量（Δ）情况来看（见表5），S组运动员各指标增量均明显高于H组和C组，其中S组ΔVO2max、ΔVE、ΔHRmax较H组呈显著性差异（P<0.05）;S组与C组比较，VO2max呈现非常显著性差异（P<0.01），VO2max/kg、ΔVE、ΔHRmax均呈现显著性差异（P<0.05）。H组ΔPmax、VO2max/kg、ΔVE较C组稍大，但无统计学意义（P>0.05）。

比较组内个体间差异显示，S组各运动员VO2max/kg均有不同程度的增加，增加幅度在2～9 mL/（kg·min），平均增加6.2 mL/（kg·min）（增长率为9.9%）;H组各运动员VO2max/kg增加幅度在2～5 mL/（kg·min），平均增加3.8 mL/（kg·min）（增长率为6.9%）;C组中3人VO2max/kg增加3～4 mL/（kg·min），1人下降2 mL/（kg·min），1人无变化。

S组HRmean约为95%HRmax（HRmax为比赛中最大心率），H组HRmean约为88%HRmax。3周训练后S组HRmean与BLAend均有明显下降，且呈现显著性差异（P<0.05）;H组HRmean与BLAend均有所下降，但无统计学意义（P>0.05）。训练前后相同阶段S组HRmean与BLAend均显著高于H组，且呈非常显著性差异（P<0.05），见表6。

3   讨论

仅采用MCT对于优秀耐力性运动员有氧水平的提升作用非常有限，大量研究均证实，采用大强度间歇训练对提升优秀运动员的有氧耐力具有显著的效果。根据负荷强度的不同，将大强度间歇训练分为HIIT和SIT。本研究旨在探索提高优秀公路自行车运动员有氧耐力的大强度间歇训练模型，为公路自行车项目运动员的训练计划制定提供依据。为此，本研究以备战全国第13届运动会的优秀公路自行车运动员为研究对象，分别采用不同的IT方案（HIIT和SIT），实施3周的运动训练，分析比较HIIT与SIT对优秀公路自行车运动员最大摄氧量、输出功率等有氧相关指标的影响。研究发现，大强度间歇训练能有效提高优秀公路自行车运动员的VO2max和输出功率，而且SIT训练的效果更佳。

3.1  2种大强度间歇训练对机体反应的影响

心率与血乳酸是反映机体内部对外部训练负荷应激反应的重要指标，因此，这2项指标是控制训练负荷的重要指标。在本研究中，S组与H组运动员训练中心率分别为95% HRmax和88% HRmax，均达到极限强度和次极限强度;2组训练后即刻血乳酸值均大于个体乳酸阈水平，S组为（13.06±1.73）mmol/L，H组为（6.37±0.85）mmol/L。2项指标显示2种大强度间歇训练均是以无氧糖酵解供能为主。从相同阶段的HRmean与BLAend水平来看，训练前后S组HRmean与BLAend均显著高于H组，且存在非常显著性差异（P<0.01），说明SIT训练负荷明显大于HIIT训练负荷，对机体糖酵解系统刺激更明显;从训练前后组内HRmean与BLAend变化情况来看，S组訓练后HRmean与BLAend均较训练前有明显下降，且存在显著性差异（P<0.05）。可见，通过3周的SIT训练，运动员机体产生了良好的适应，相同的负荷强度对机体的应激程度减小，说明运动员有氧代谢能力有了明显的提高。如果再继续进行SIT训练，负荷强度可以再适当增加，H组训练前后HRmean与BLAend均有所下降，但无统计学意义（P>0.05），提示HIIT训练较SIT训练对运动员来说，应激适应稍弱。

3.2  2种大强度间歇训练对运动员VO2max和输出功率的影响

VO2max是公认的重要运动训练指标之一[19]，反映了心肺系统为工作肌的供氧能力及在运动过程中骨骼肌系统利用氧的能力。可见，VO2max的大小取决于氧的供给和利用2方面的诸多因素，包括每分肺通气、肺扩散容量、心输出量、血红蛋白水平、毛细血管密度、线粒体体积密度和氧化酶活性等[19-20]，且上述因素之间都是相互关联的，其中任何一个因素发生改变，都会导致整个氧气输送和利用链发生变化。

据本研究显示，间歇训练与耐力训练相结合的训练方案比传统耐力训练更能有效提高耐力性项优秀运动员的VO2max。2组运动员的VO2max均有不同程度的提高，且均较训练前存在显著性差异（P<0.05），其中SIT训练组提高更为显著（约10%）。此外，S组的Pmax、VE、HRmax、SV均提高，而VE与SV这2方面均对VO2max的提升有直接影响;H组的其余指标（Pmax、VE、HRmax、SV）虽均较训练前有所提高，但均无显著性差异（P>0.05）;C组训练前后各项指标几乎无变化。从训练后各项指标的增量比较来看，SIT训练组？驻VO2max、？驻VE、？驻HRmax均显著高于HIIT训练组和对照组（P<0.05）。说明以冲刺间歇训练结合传统耐力训练的方案对提高运动员的VO2max更有效。

大量研究证实，HIIT或耐力训练均对未经训练的个体具有改善VO2max的效果[4，21]。Roxburgh等[11]比较了HIIT和传统耐力训练对成年久坐人群VO2max的影响，结果显示相比传统耐力训练组（3.9%），HIIT结合耐力训练组VO2max提升更显著（10.1%）。Metcalfe等[21]有关HIIT训练对不同性别久坐人群VO2max影响的研究同样观察到，男性VO2max提升15%，女性提高13%。但众多文献资料表明，对有多年训练经验的运动员来说，HIIT训练并不能得到这样的训练结果;尤其训练计划中仅有MCT或对耐力性项目的优秀运动员来说，这样的训练计划很难提高其VO2max  [14，22]。这与本研究的结论基本一致，在本研究中，H组运动员VO2max增长率仅为6.9%，远低于前者的10.1%;而C组VO2max增长率更是仅有2.9%。

心输出量是影响VO2max变化的另一个重要因素，其主要由心率和每搏输出量（SV）决定[20，23-24]。根据各种研究结论，高强度训练对每搏输出量的影响要比持续中等强度训练更大，因为回心血量的增加会在很大程度上舒张心室，迫使心脏收缩更强烈[24]。在本研究中，S组运动员训练后SV和HRmax均有显著增加（P<0.05），分别增长了4.5%和3.8%，且VO2max与SV显著相关（r=0.95，P<0.05）;而H组和C组SV和HRmax几乎无变化。可见，SIT更能增强运动员的心肌力量，刺激运动员心脏泵血能力，对提升运动员的心输出量更有效果。另一个影响VO2max大小的因素是每分肺通气量（VE）[20]。研究发现，SIT比MCT能更大程度地改善运动员的最大肺通气量[14，22]。本研究也有相同的结论，SIT组的VE增长率为10.6%，而H组和C组VE增长率仅为1.24%和0.89%。这是由于血液中H+、PO2、PCO2升高，刺激了血液中的化学感受器[25]，反馈性地刺激了呼吸功能。可见，这种训练模式可通过增加训练后代谢物的积累而增强呼吸反应。另外，SIT训练后？驻VE、？驻HRmax均明显高于HIIT训练组和C组（P<0.05）;SIT训练后？驻SV也较HIIT训练和C组有较大提高。可见，SIT对运动员VE、HRmax和SV的提升效果优于HIIT和传统的耐力训练，更有利于VO2max的增加和运动员有氧水平的提升。

另外，從对氧的利用方面来说，Sloth等[14]比较了各种间歇训练的研究结果后认为， SIT提升VO2max的效果要比单一使用HIIT更好。他们发现，在冲刺训练的最初几秒钟内产生峰值功率比在短时间的运动中保持恒定的、高（但不是最大）的功率水平能诱导更多的生理适应（由于糖酵解和磷酸肌酸途径的使用增加）。冲刺训练时快速产生大功率的能力也与肌纤维的快速募集有关。由于间歇训练的强度高于VO2max，需要募集更多的肌纤维，从而导致Ⅱ型肌纤维的无氧代谢酶活性和有氧代谢酶活性均增强[26]。因此，优秀运动员采用冲刺训练也可显著提高其VO2max和有氧运动能力[14]。

其他的一些研究也提到骨骼肌氧化酶活性对最大摄氧量变化的作用，例如琥珀酸脱氢酶、柠檬酸合酶、毛细血管和线粒体密度的增加[27]。有研究报道，在仅仅2周的间歇训练后骨骼肌氧化酶活性增加，而耐力训练10～12周才可能获得相同的结果[27-30]。朱小烽等[31]的研究认为，以100%VO2max强度间歇训练若干周，可导致机体内存积大量肌乳酸和H+，较高的H+可影响和刺激氧化酶（例如，磷酸果糖激酶等）的活性。因此，间歇训练引起的代谢适应很可能刺激VO2max的快速增加。由于本研究未对该研究中2种间歇训练模式下运动员机体氧化酶活性进行测定，因此未比较2种训练模式对机体酶代谢的优劣，这需要以后进一步深入研究。本研究对第1次和最后1次IT训练后即刻血乳酸（BLAend）水平进行了测试，发现2组运动员BLAend均有所下降，说明运动员机体BLAend积累减少，机体糖脂有氧氧化比例增加，无氧酵解供能比例减少。而且，SIT训练组下降幅度更明显，呈现显著性差异（P<0.05），说明强度更大的SIT可产生更大的适应性变化，对改善运动员有氧供能比例有更积极的作用。

还有研究表明，间歇训练不仅在提升VO2max效率上优于传统耐力训练，在输出功率的转化上也更优于传统耐力训练，例如久坐人群间歇训练后VO2max和输出功率的增长率分别为11.1 %和3.0%，对非运动人群间歇训练后VO2max和输出功率的增长率分别为10.1 %和7.5 %[11，32]。然而，一些研究表明优秀运动员通过间歇训练在输出功率上效果较小[14，22]。在本研究中，S组输出功率增长率为4.0%，虽然增幅不大，但也远高于H组和C组的2.7%和2.4%;因此，在耐力性项目中加入间歇训练所产生的良好效果证明了这种训练模式有积极作用。而且，由于间歇训练的负荷量较小，训练周期短，训练效果显著，被认为是一种省时且高效的训练手段。另外，SIT训练后运动员最大有氧输出功率增量也较其余2组有较大程度的增加，可见，SIT结合传统耐力训练对提高运动员输出功率的效果也优于HIIT和传统耐力训练。

另外，在已报道的所有有关自行车运动的研究中，均未对训练时的踏频做明确的要求，大量研究[33-34]显示，自行车项目中踏频对输出功率、运动时间、肌肉疲劳方面有非常大的影响，其直接影响训练效果和运动表现。因此，本研究根据已有研究结论，对运动员训练时的踏频做了明确的限定。这可能是本研究训练效果较好的原因之一，这需要在以后的研究中进一步有针对性地进行专题研究。

本研究由于受试对象均为备战全运会的公路自行车优秀运动员，样本量较小，结果存在一定的局限性。而且，由于时间关系，本实验仅持续了3周，时间稍短，据有关研究[16]显示，大强度间歇训练一般持续时间为4～6周为宜，下阶段的研究应将实验时间延长。

4   结论

1）3周以SIT结合耐力训练的训练计划较HIIT结合耐力训练和传统耐力训练更能提升公路自行车优秀运动员的VE 、HRmax和SV。

2）3周以SIT结合耐力训练的训练方案比HIIT结合耐力训练和传统耐力训练更能对公路自行车优秀运动员的VO2max和输出功率产生显著的影响，效果更佳。

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