功率车Tabata 间歇训练在场地自行车赛前训练中应用的个案研究

2023-08-11马国强

体育科研 2023年4期

乔杰，马国强

高强度间歇训练（High-Intensity Interval Training,HIIT）是由多组重复进行的运动强度大于90%最大摄氧量的训练和组间低强度主动恢复或完全休息所构成的一种训练模式[1]，可通过设定不同的训练和恢复的持续时间、运动强度使人体产生不同的急性和慢性代谢应答，以获得不同的训练效果[2]。HIIT 被广泛应用于竞技自行车运动训练中，与传统重复训练相比，采用室内功率车完成的HIIT 训练强度更大，与运动相关各器官、系统的生理应答水平更高。训练计划安排得当，可使人体有氧和无氧代谢能力同时得到有效改善[3]。

Tabata 训练是HIIT 中应用较广的一种方法，其对有氧和无氧能力具有较好的训练效果[4]。Tabata 训练通常由7～8 组20 s 高强度训练，组间10 s 完全休息构成，强度最高可达170%VO2max水平，训练中可见摄氧量显著升高[5]、糖酵解供能增加和肌糖原下降[6]，以及副交感神经的深度抑制[7]。 Tabata 训练内容主要包括单关节或全身的快速抗阻训练和功率车训练两种方式，其中针对优秀自行车运动员采用功率车进行Tabata 训练的应用研究还少见报道。

与体能储备、专项强化等阶段相比，场地自行车运动员赛前训练的负荷安排是否科学，会对运动员的比赛状态产生显著影响。研究表明，通过训练方法的改变可有效提高场地自行车专项训练强度[8]，提高场地自行车专项骑行训练的运动强度，使之尽可能地接近比赛强度。 “减量增强度” 是最常见的赛前训练负荷安排原则，即在赛前阶段逐渐降低日训练量，使运动员在比赛前体能储备逐渐恢复至最佳，同时保持较高水平的专项训练强度，使运动员的心肺、工作骨骼肌得到与比赛相近的刺激，从而为比赛做好身体准备[9]。本研究通过比较两名场地自行车运动员赛前采用不同功率车Tabata 间歇训练（Tabata Interval Ergometer Training, TIET）方案时，训练课运动表现和生理机能适应的差异，分析 “减量增强度” 方案的训练效果，为今后制定个体化的功率车Tabata训练方案提供理论和实践参考。

1 研究方法

1.1 研究对象

分别以国家自行车队女子运动员郭×和上海自行车队女子运动员顾×为实验组被试和对照组被试。运动专项均为自行车场地短距离项目，其中郭×为国际健将级，训练年限16 年，顾×为健将级，训练年限5 年。运动员基本信息见表1。

表1 研究对象基本信息Table1 Basic information of the subjects

1.2 赛前阶段训练计划

在某场地自行车世界杯赛前，两名运动员完成了3 周（22 d）以功率车TIET 课为主要内容的阶段训练计划（表2），共完成7 节TIET 课，每2 节课间安排2～3 d 的恢复期。 TIET 课以外的训练包括场地专项、身体力量和公路有氧训练。场地专项训练为原地起动技术和小齿轮比大坡俯冲速率训练；身体力量训练为躯干核心肌力、平衡稳定性训练和上肢30%～50% 1RM 重量的小负荷肌肉耐力训练；公路有氧训练为公路车室外30～40 min 低于30%VO2max强度的恢复性骑行训练。两名运动员除TIET 课以外的其他训练内容相同，饮食和作息均在广州大学城赛车场训练基地内统一安排。

表2 被试运动员赛前训练计划Table2 Pre-competition training plan of track cyclists

1.3 Tabata 间歇训练课内容

两名运动员在TIET 课日上午8∶00 到达功率车房，训练采用Wattbike Pro 功率自行车（英国）进行，该车在＞50 W 功率范围内具有较高的测试信度和效度[10]。训练开始前佩戴Suunto 心率表带（芬兰），与功率自行车进行遥测配对，调节车座、车把位置并记录。运动员先以50%VO2max强度进行20 min 热身骑行，休息20 min 后开始正式训练课。TIET 课包括4 组大强度间歇骑行训练，组间安静充分休息30 min，训练内容为 “120 r/min 稳定踏频骑20 s+60 r/min放松恢复骑10 s” ×（6～10）次，其中20 s 训练的强度为120%～150%VO2max，10 s 恢复的强度在20% VO2max左右。单节训练课全程耗时3.5 h。

郭×因备战世界杯采用了 “阶段训练总量递减、档位递增” 的负荷方案，而顾×没有比赛任务，选择训练量不变的常规方案。两名运动员7 次TIET 课中完成的20 s 骑行次数（Times）和负荷见表3。骑行负荷根据功率车的 “标准传动距离对照表” ，将训练中使用的空气阻力和电磁阻力档位转换为传动距离（Gear Meter, GM），即场地自行车牙盘每转动一圈车辆前进的距离（m）。

表3 被试运动员功率车Tabata 间歇训练课方案比较表Table3 Program of TIET sessions of two cyclists

1.4 主要测试指标

分别计算两名运动员每节TIET 课完成20 s 大强度骑行的总次数（Total times）和总传动距离（GMTotal），以及7 节TIET 课完成的总次数和平均传动距离（GMAVG）。采用功率自行车配套的运动参数记录仪（WPC）采集每节TIET 课全程的运动学参数和心率，导出数据的时间间隔设为1 s。分别计算每节训练课20 s 大强度骑行的平均频率（CAVG-Session）、平均功率（PAVG-Session）、平均心率（HRAVG-Session）和骑行总功（WTotal-Session），并计算7 节TIET 课中4 组骑行的平均功率（PAVG-G1、PAVG-G2、PAVG-G3、PAVG-G4）。每节课第4 组骑行训练后1 min 和3 min 分别采集指端末梢血5 μL，采用Lactate ProTM LT-1710 乳酸仪（日本）及配套试纸测试血乳酸BLa1min和BLa3min，并计算血乳酸清除量ΔBLa=BLa1min-BLa3min。

1.5 数据统计

2 结果

2.1 TIET 课完成20 s 骑行的次数与负荷比较

两名运动员7 节TIET 课完成20 s 大强度骑行的次数见图1、图2。郭×S1 完成了40 次20 s 大强度间歇骑行，之后3 节课（S2～S4）减为32 次，S6 和S7两节课骑行均仅完成24 次；顾×在前2 节课均完成40 次骑行后，第3 节课开始减为32 次，并在最后一节课回到了40 次骑行。顾×7 节课共完成了244 次骑行训练，与郭×完成的212 次骑行相比增加了13.1%。

图1 两名运动员TIET 课完成20 s 骑行的单节课次数比较Figure1 20 s Riding times of one and seven TIET sessions of two cyclists

图2 两名运动员TIET 课完成20 s 骑行总次数比较Figure2 20 s Riding times of one and seven TIET sessions of two cyclists

两名运动员7 节TIET 课完成的20 s 大强度骑行的GM 可见图3、图4，两名运动员7 节训练课的总GMTotal均表现出逐渐升高的变化趋势。郭×从第1 节课的26 m，在第2～4 节课增至27.2 m，最后2 节课升至最高的28.4 m；而顾×的GM 较低，前2 节课仅为24 m，之后3 节增至26 m 后未再明显增加。郭×7 节TIET 课的GMAVG较顾×高7.1%[（27.5±0.84）m vs. （25.5±1.06）m]，具有显著性差异（P＜0.05）。

图3 两名运动员TIET 单节课总传动距离比较Figure3 Total GM of one TIET sessions of two cyclists

图4 两名运动员TIET 7 次课平均传动距离比较Figure4 Average GM of seven TIET sessions of two cyclists

2.2 TIET 课完成20 s 骑行的训练强度和训练量比较

两名运动员7 节TIET 课中完成20 s 大强度骑行的CAVG-Session见图5。仅郭×在S1 中的CAVG-session达到了（119.1±1.8）r/min，接近120 r/min 的训练要求，且显著高于顾×S1 的CAVG-session（P＜0.05）。而在之后的6 节课中，郭×的CAVG-session明显降低，仅维持在116～117 r/min左右，且与顾×间的差异并无统计学意义（P＞0.05）。

图5 两名运动员TIET 单节课CAVG-Session 完成情况比较Figure5 Average 20 s riding cadence of one TIET session of two cyclists

两名运动员TIET 阶段分别完成每节课4 组20 s大强度骑行的PAVG-Session和单节课WTotal-Session可见图6、图7。郭×S1 中4 组骑行的PAVG-Session最低，均未超过350 W；在随后的3 节训练课中（S2～S4）各组PAVG-Session均有小幅升高，其中S3 的PAVG-G1较S1 提高了13.4%，但差异未见统计学意义（P＞0.05）；而从S5 的后2 组训练开始平均功率显著升高，其中S5的PAVG-G3和PAVG-G4分别较S1 显著提高了32.1%和24.9%（P＜0.05），S6 的1～4 组平均功率分别较S1提高了20.6%、19.8%、25.2%、22.6%，以及S7 的1～4 组平均功率分别较S1 提高了21.7%、23.2%、22.3%、23.0%，均具有显著性差异（P＜0.05）；与PAVG-Session逐渐升高不同，郭×7 节训练课的WTotal-Session表现出逐渐降低的变化趋势，S1～S7 分别为266.8 kJ、236.0 kJ、242.6 kJ、239.1 kJ、226.8 kJ、196.8 kJ、201.0 kJ，S7 较S1 下降了24.7%。

图6 郭×TIET 课中每组骑行PAVG-Session 和每节课WTotal-Session 比较Figure6 Average power and total work of one TIET session of GUO

图7 顾×TIET 课中每组骑行PAVG-Session 和每节课WTotal-Session 比较Figure7 Average power and total work of one TIET session of GU

而顾×7 节TIET 课中未见各组PAVG-Session的显著提高；S1～S6 的训练课WTotal-Session水平也出现了一定程度的持续下降，其中S6 较S1 降低了26.4%，但在S7 训练课中由于总骑行次数重新增至40 次，故总做功明显恢复至与S1 相似的水平。

2.3 TIET 课PAVG-Session 与心率、血乳酸变化

郭×完成7 节TIET 课的平均功率表现出逐渐提高的变化趋势（图8），其中S2、S3、S4 的PAVG较之S1 分别增加了8.1%、12.2%和10.5%（P＞0.05），而S5、S6、S7 的PAVG较之S1 则分别增加了20.5%、22.0%和22.5%，具有显著性差异（P＜0.05）。而平均心率除了S2 与S1 相比降低了6.1%（P＜0.05）以外，随后的5 节训练课仅出现了小幅增加的变化趋势（P＞0.05），仍保持在低于S1 的水平。顾×完成第3～5 节TIET 课的PAVG开始逐步增加，但差异无统计学意义（P＞0.05），S6、S7 两节课的PAVG开始降低，虽然仍维持在高于S1 的水平（P＞0.05），顾×在完成S1 训练课中的平均心率达到（178.5±0.5）次/ 分钟的较高水平之后开始下降，其中S2～S7 的6 节训练课中的HRAVG分别降低了2.4%、1.9%、2.0%、1.3%、1.5%、2.5%，但差异无统计学意义（P＞0.05）（图9）。

图8 郭×TIET 课PAVG-Session 和HRAVG 变化比较Figure8 Average power and HR of one TIET session of GUO

图9 顾×TIET 课PAVG-Session 和HRAVG 变化比较Figure9 Average power and HR of one TIET session of GU

两名运动员7 节TIET 课后ΔBLa 的变化情况见图10、图11。郭×的ΔBLa 在前4 节课中仅小幅增加，而在S6 和S7 两次训练课中，ΔBLa 出现了明显升高，分别达到了1.05 mmol/L 和1.3 mmol/L，显著高于S1 的0.05 mmol/L。顾×在前4 节训练课中的ΔBLa 出现了显著增加的趋势，从S1 的0.05 mmol/L增至S4 的0.2 mmol/L；而顾×在S5 和S6 两节训练课中的PAVG明显增加的同时，ΔBLa 明显下降，其中在S6训练后也出现了BLa3min较之Bla1min不降反升的情况（ΔBLa=-0.05 mmol/L）；最后一节训练课顾×的PAVG有所降低，ΔBLa 则再次升高至0.15 mmol/L。

图10 郭×TIET 课PAVG-Session 和ΔBLa 变化比较Figure10 Average power and ΔBLa of one TIET session of GUO

图11 顾×TIET 课PAVG-Session 和ΔBLa 变化比较Figure11 Average power and ΔBLa of one TIET session of GU

3 分析与讨论

自行车是典型的周期性体能类项目，场地短距离自行车可归类为速度力量型项目，运动表现与工作骨骼肌的无氧代谢能力高度相关[11]，而在连续4～5 d 内多轮次的比赛安排则对运动员的体能储备和疲劳消除能力要求很高，因此有氧代谢能力也会对运动成绩产生重要影响[12]。高强度的Tabata 间歇训练可同步提升有氧和无氧代谢能力[4]，因此在短距离自行车运动训练中具有较高的应用价值。已有研究多集中于普通人群[13]，采用功率自行车完成的Tabata 训练强度和量均较专业运动员有较大差异，训练计划的指导意义不足。

我国场地自行车短距离项目多年来借鉴法国的训练体系，自行车场地和功率车上的专项训练多为重复训练模式，系统开展高强度间歇训练的研究较少。已有研究中亚极量至极量强度的间歇训练对有氧、无氧代谢和运动能力的影响还存在一定争议[14]，可能与负荷方案的差异有关，其中训练强度和训练量是影响训练效果的主要因素[15-16]。有研究采用了150%VO2peak强度120 r/min 频率训练骑行20 s、60%VO2peak强度60 r/min 恢复骑行10 s 的组合方案，在单节训练课中采用骑行次数递减的方案（4 组，8-6-4-2 次/ 组）可使运动员达到更高的运动强度和运动量[17]，12 节骑行次数递减Tabata 课可显著提高短距离自行车运动员的有氧代谢和功率车递增负荷骑行能力[18]。本研究在前期训练实践的基础上，在赛前阶段训练中通过改变7 节Tabata 课的单次课20 s骑行总次数和总阻力来达到 “减量增强度” 的训练负荷安排，帮助运动员赛前充分消除疲劳的同时，达到改善体能储备、提高专项速度耐力水平的训练目标，为比赛做好准备。

在国家自行车队女子运动员郭×完成3 周7 节课的功率车TIET 课中，在单次课逐渐减少骑行总次数的同时，通过增加功率自行车的负荷档位来提高骑行阻力。郭×除了在第一节训练课使用较低阻力（GM=6.5 m）进行适应性训练外，随后6 节课的平均功率逐渐增加，特别是在S5 的后2 组和S6、S7 训练中将GM 提高到7.1 m 后，在CAVG-Session没有下降的前提下10 组骑行的PAVG-Session较S1 提高了20%～25%，训练强度明显增加；同时郭×S7 的WTotal-Session水平较S1 下降了24.7%，训练量的降低保证了赛前阶段有效地消除疲劳和恢复体能。 Parra 等[19]研究发现，与连续14 d 的间歇训练相比，在6 周内安排相同数量的训练课（2 次课间有1～2 d 休息时间）在提高Wingate 测试中的最大和平均功率水平方面训练效果更好。采用常规Tabata 负荷方案的顾×未见7节课训练强度的显著升高，一方面阶段计划中后3 节课并未减少骑行次数，训练课WTotal-Session未见明显下降，运动员存在一定程度的疲劳积累，影响了训练强度；另一方面，顾×的专项能力与郭×存在差距，可见7 节课的总阻力和完成的CAVG-Session均明显低于郭×，因此整体的功率水平较低。

无氧糖酵解能力是场地短距离自行车项目的核心能力，竞速、争先、凯林赛后程的加速和速度维持能力均与之密切相关，其中速度维持能力，即速度耐力是重要的专项素质[11]。研究表明，优秀男子自行车运动员在一次无氧糖酵解供能训练后血液中乳酸浓度显著升高，pH 值明显下降。提示工作骨骼肌酸性代谢物显著增加，碱储备消耗增多，内环境酸化，影响肌肉持续做功能力[20]。阶段训练中增加高强度无氧训练比例，有助于改善运动员体内酸碱平衡调节能力。一方面骨骼肌糖酵解产生的乳酸需通过细胞膜转运入血，血液缓冲和转运系统清除乳酸，通过代谢和再利用通道进行处理，从而保证内环境，尤其是肌细胞内的酸碱平衡；另一方面，长期有效的无氧乳酸训练也可提升骨骼肌在高酸性环境下维持无氧代谢供能的能力[21]。

在本研究的Tabata 功率车训练中，虽然单次20 s骑行强度并未达到最大无氧功率水平，但110～120 r/min的骑行频率和次间仅10 s 的主动恢复骑行，显著提升了磷酸原供能系统的工作负荷，并动员糖酵解系统大量参与供能。间歇时间较短的速度训练提高200～300 m 跑的速度维持能力更加有效，可能与间歇时间较短，磷酸肌酸再合成不足，导致糖酵解增加有关[22]。两名运动员在一节Tabata 课结束后Bla1min可达14.5～15.5 mmol/L，训练后的血乳酸与间歇训练中达到的骑行强度有关，因此两名运动员在前4 节训练课训练强度变化不大的情况下，Bla3min降幅逐渐增加，提示内环境转运清除乳酸能力有所改善；而在S5 训练课PAVG-Session明显增加时，可见血乳酸降幅明显减小，与两名运动员的Bla3min仍维持在较高水平有关，提示训练强度增加、乳酸生成增多，转运清除负担增加。而随着S5～S7 节训练课的完成，运动员的血液、骨骼肌系统进一步产生适应性变化，特别是郭×在TIET 课PAVG-Session显著增加同时，Bla3min降幅也显著增加，提示骨骼肌和血液清除和再利用乳酸的能力可能得到明显增强。 Tabata 为主的赛前训练在改善骨骼肌无氧酵解供能维持能力方面效果显著，专项速度耐力明显提高。

心率反映了运动中心血管系统对训练负荷刺激的应答水平，可以间接评价运动员个体的相对运动强度[23]，而阶段性或长期的有效训练可从形态和功能上带来心血管系统功能的适应性改变，表现为相同训练负荷下心率降低，或相同心率水平下完成训练负荷增加[24]。本研究Tabata 训练方案中的次间间歇仅有10 s，且为60 r/min 踏频下的放松骑行，故间歇期心率未见明显降低，心率在一组训练中表现为持续升高的变化趋势。当运动员单组完成8 次以上骑行时，骑行结束时的即刻心率基本接近或达到个体的最大心率。结果可见，两名运动员在Tabata 阶段开始后的S1 均达到较高的心率水平，从S2 即开始显著下降。由于Tabata 的训练结构和负荷较之重复训练差异极大，因此运动员在S1 中心血管系统对训练刺激反应较大，心率提升至较高水平。在之后进行的6 节课中，两名运动员的平均心率均小幅变化，但二者的趋势有所不同。其中郭×的平均心率可见逐渐增加，而顾×在S5、S6 小幅升高后S7 明显下降。 Tabata 课中的HRAVG与训练负荷完成情况密切相关，当运动员完成Tabata 课总骑行次数、阻力增加，带来骑行强度和量的增加时，则HRAVG有所升高，反之则降低。通过监控阶段训练课中的心率变化可协助评价训练负荷的完成情况[25]。

本研究在Tabata 阶段训练结束后第7 天场地自行车世界杯开赛，受限于运动员参赛计划故未能在阶段训练前后安排实验条件严格控制的运动试验或赛车场骑行测试，因此在阶段训练效果的准确评价方面还存在不足。从郭×在世界杯比赛中的表现来看，争先200 m 资格赛11.086 s、竞速赛第二圈14.304 s 的成绩均达到了赛前预期，Tabata 阶段训练效果得到了教练员和运动员的认可。而顾×本次训练结果可见，常规Tabata 方案进行到后期可能由于运动员对训练负荷的逐渐适应和疲劳累积，完成训练的强度相对不足。此外，郭×的专项训练年限更长，运动能力更强，对功率车Tabata 训练计划的理解和执行较好，同时由于马上要参加场地世界杯赛力争更多奥运积分，运动员训练中可能具有更高的主观能动性，训练效果较好；而顾×专项能力相对较弱，且处于冬训储备期没有比赛任务，一定程度上影响了后期训练课的完成质量。两名被试基础条件的差异也会对阶段功率车Tabata 训练表现和生理应答产生一定影响。