高原训练提高运动员有氧耐力的生化分析

2023-08-22林文弢陈晓燕王雅婷俞柏良

中国体育教练员 2023年2期

林文弢，陈晓燕，王雅婷，俞柏良

(珠海科技学院，广东珠海 519090）

高原训练是指有目的、有计划地将运动员组织到适宜海拔高度的地区进行定期专项训练的方法[1]。20 世纪50 年代中期，高原训练进入人们的视野，1968 年墨西哥奥运会后，高原训练研究出现一个高潮。高原训练作为一种特殊的训练手段，能更大限度地增加运动负荷，提高运动员的携氧能力。许多有氧耐力项目运动员赛前进行高原训练，比赛时取得了优异成绩。当前，高原训练已成为各国运动员训练的关键辅助手段，人们普遍认为高原训练能提高运动员的有氧耐力。

1 高原训练对运动员机体的影响

1.1 高原训练对血红蛋白的影响

高原训练对运动员血红蛋白的影响较大。高海拔地区可用的氧气减少，导致机体的红细胞生成速度加快，使红细胞量、最大摄氧量等增加。研究[2]证明，更多红细胞对运动员的运动表现有益。有人认为，高原训练提高运动员运动表现的主要机制是红细胞体积和数量增加，导致最大摄氧量增加。高海拔多日循环赛诱导的血液稀释量与平原比赛期间观察到的血液稀释量相似，尽管高海拔诱导使机体的血红蛋白增加。与剧烈运动相关的渗透调节机制似乎取代了高海拔地区诱发的氧气输送的急性增强[3]。在促红细胞生成素（EPO）的作用下，骨髓中生成网织红细胞（RET）的造血前体，从而产生大量的血红蛋白（Hb），并在2 ～3 天成熟后变成红细胞。低氧训练诱导的红细胞增多可能具有刺激其他血象变量的能力[2]。研究[4]发现，在大负荷训练阶段，肌肉负荷加大造成肌细胞破坏，肌细胞修复需要消耗大量的蛋白质，从而使血液中的血细胞分解，释放出血红蛋白作为合成肌细胞的能源物质。

1.2 高原训练对血尿素的影响

血尿素是评定运动员对训练负荷的反应及疲劳状况的较敏感指标。研究[5]认为，当运动员的身体机能状态较好并能适应当前的训练负荷时，在完成相同训练负荷后，血尿素水平仅会小幅上升，而在大训练量后的次日晨就能恢复至正常水平。竞走运动员高原训练发现，其血尿素水平的变化除与训练量有关外，还与运动员个体及高原饮食习惯等因素有关[6]。

1.3 高原训练对肌酸激酶的影响

血清肌酸激酶主要存在于肌肉中，运动引起肌细胞损伤导致其通过肌细胞膜进入血液中[7]。研究得出：第一，在高原前24 ～36 h 观察到的血清CK 活性的最初增加主要是由于急性高原暴露，并且与训练强度和/或训练量无关；第二，在5 周的高原训练期间观察到的血清CK 活性增加，可能是高原暴露和训练负荷增加的综合影响；第三，在高原训练结束时观察到的血清皮质醇浓度的增加，反映5 周的高原暴露与逐渐增加的训练强度的累加效应。

2 高原训练对运动员有氧耐力的影响

良好的有氧耐力是许多运动项目运动员的必备条件[8]。研究[9]证明，足球运动90%的能量由有氧代谢系统提供，也就是说，一场足球比赛要求运动员具备很强的有氧耐力。运动员要通过长时间耐力训练才能提高有氧能力，而在重要足球比赛前，教练员会安排运动员到高原地区进行有氧耐力训练，因为高原训练能更大限度地提高运动负荷和运动员的携氧能力。有氧耐力的强弱取决于人体长时间有氧代谢供能的能力，人体有氧供能系统包括糖有氧代谢供能系统、脂肪有氧代谢供能系统和蛋白质有氧代谢供能系统。

2.1 糖有氧代谢供能

葡萄糖是收缩肌肉的重要能源物质，正常的葡萄糖代谢对健康至关重要。运动过程中，肌肉收缩使GLUT4 葡萄糖转运蛋白从细胞内储存库转移到细胞质膜，同时提高该转运蛋白的功能，加快葡萄糖扩散进入肌肉细胞的速率。研究[10]证明，体质健康且瘦的老年男性进行8 周的耐力训练，增强了糖原合成能力，从而增加肌糖原的含量。耐力训练时，长时间的葡萄糖氧化改善了胰岛素的敏感性，增强了瘦弱老年男性的健康。

2.2 脂肪有氧代谢供能

脂肪氧化是耐力运动的第二大主要基质。脂肪代谢是一种可持续的能量来源，可以满足能量需求并保护“有限”的糖的储存。长时间耐力运动可调节神经系统，改善激素的分泌，促使脂肪组织中的脂肪水解为脂肪酸，脂肪酸通过血液输送到工作肌肉进行氧化，提供运动所需的能量。虽然糖是中高强度运动的首选能源物质，且能决定此类活动期间的运动能力，但持续耐力运动时脂肪供能的加强使糖原耗竭减弱，有利于运动员运动能力的保持与提高。在人体中，脂肪是最丰富的内源性能量库，是体内糖原储存量的3 000 倍。体内糖的可用性有限，因此长时间有氧耐力能力与脂肪代谢直接相关。

2.3 蛋白质有氧代谢供能

蛋白质分解为氨基酸后，在一系列酶的作用下可进入糖有氧代谢途径产生能量或转化成糖、脂肪代谢的中间产物，进入相应的代谢过程。研究[11]表明，耐力运动期间亮氨酸氧化增加，亮氨酸等支链氨基酸代谢异常会严重损害骨骼肌的耐力运动，而耐力训练也会导致亮氨酸氧化减少。实验证明，65%VO2max耐力训练90 min，男女受试者的亮氨酸氧化能力和限速酶支链氧酸脱氢酶（BCOAD）的活性均降低，训练后支链氧酸脱氢酶的活性大幅提高，表明支链氨基酸的氧化能力增加。对动物模型进行一系列代谢研究[12]表明，在运动的前1 h，通过葡萄糖丙氨酸循环的糖异生总量增加，约占肝葡萄糖总量的15%，而运动持续2 h 后，这一比例达到25%。这说明长期的有氧耐力训练可以改善机体内氧的运输和利用能力，同时引起机体适应，提高运动员的有氧耐力能力。

耐力训练能增强心肌功能。研究[13]发现，耐力训练会改变大鼠心肌细胞中Ca2+的敏感性及收缩蛋白亚型的表达。运动训练会使运动员的心脏结构出现明显的适应性改变，出现离心性肥大，主要表现为运动时心率加快、心输出量增多、骨骼肌血管舒张、内脏和皮肤血管轻度升高[14]。长期系统的有氧耐力训练可使骨骼肌线立体数目增多，体积增大，有氧代谢酶活性增强，骨骼肌的有氧代谢能力提高，毛细血管数量增加，肌肉中脂肪含量减少。骨骼肌的生物力学性能与其神经系统、体液变化及疲劳机制等生理因素相关，人体运动能力在很大程度上取决于骨骼肌的生物学性能和生物化学机能[15]。

3 高原训练提高运动员有氧耐力须注意的几个问题

高原训练在低氧环境下对运动员的机体施加外在刺激，使运动员产生一定的机体适应，以此提高运动员的体能。但高原训练涉及的因素较多，如最适高度、持续时间、强度控制、高原训练后到平原地区的最佳时间等。

3.1 高原训练的最适高度

相关研究[16-17]可知，高度的选择对高原训练效果起关键作用。世居平原的游泳、中长跑、竞走等耐力性项目运动员的高原训练最佳高度为2 000 ～2 500 m；摔跤、乒乓球、速度滑冰等项目运动员的高原训练最佳高度为1 500 ～2 000 m。一般认为，2 000~2 500 m 是最佳高度，这个高度对提高运动员的有氧耐力水平效果最佳。研究[18]发现，1 800 m 以上的训练会导致运动员的血红蛋白、促红细胞生成素和VO2max升高，同时证明在海拔1 850 m 和2 200 m 的训练比在海拔2 000 m 的训练更有效。这些研究说明，高度对高原训练至关重要：高度过低，低压缺氧刺激较小，对运动员的机能提高不大，起不到训练效果；高度过高，机体难以承受较大的训练负荷，会降低运动强度，不利于训练后的恢复。选择高原训练高度时应考虑以下因素[19]：一是对有氧代谢强度要求特别高的项目（竞走）可相应提高高度；二是世居或久居高原有多年高原训练经历的高水平运动员可相应提高高度；三是技术性很强的项目（摔跤、柔道等）高度不宜过高。

3.2 高原训练持续时间

研究[20]表明，高原训练最适宜的持续时间为4 ～6 周。不同竞赛项目的高原训练持续时间不同，游泳一般为3 ～4周，速度滑冰与柔道为5～6周，竞走为4～7周，中长跑（800 m、1 500 m、5 000 m）为4 ～6 周，超长距离项目（10 000 m、马拉松）为4 ～8 周。高原训练的高度和持续时间相互影响，应根据不同情况确定最佳高度和持续时间，高度增加时，持续时间应缩短，高度较低时，持续时间应延长[21]。同时，运动员到高原地区进行训练要有一个适应期。

3.3 高原训练强度控制

国家皮划艇队划艇组运动员高原训练发现，短期和长期的高原低氧暴露都会引起机体的生理和代谢变化，强度是高原训练成败的关键。血乳酸的变化与动用的能量系统有关，训练时测定血乳酸可反映运动员代谢能力的变化和对运动强度的适应情况[22]。训练强度须依据训练水平、比赛强度、机体对高原环境的适应情况等进行调整。

3.4 高原训练后到平原地区的最佳时间

高原训练后到平原比赛的时间是影响比赛成绩和高原训练效果的另一主要因素。不同个体从高原到平原的适应能力不同，高原训练的负荷不同，运动员到平原后产生的最佳高原训练效果的时间也不一致[23]。目前普遍认为，长跑、马拉松等长距离项目的最佳比赛时间为下高原后的4 ～5 天，中长距离项目为10 ～14 天，短距离项目为20～26 天。合适的下高原时间有利于运动员到平原后的强化训练。

4 高原训练的利与弊

高原训练如同一把“双刃剑”，既能快速提高运动成绩，也会带来一些不良影响。高原训练有利于改善机体呼吸系统，提高血液的运输能力，提高机体的耐缺氧能力，对提高运动水平十分有益。但同时，如果高原训练运动强度小，运动后机体的最大心率和最大乳酸浓度降低，训练后疲劳的消除比平原地区慢，不利于运动员的身体恢复。高原训练的重点是优化高原适应的有益方面，包括增加血红蛋白浓度、提高机体缓冲能力、改善骨骼肌的结构和生化特性等。研究[24]表明，高原训练后心输出量和流向骨骼肌的血流量减少，缺氧本身也是导致免疫功能下降和氧化应激介导组织损伤的原因。