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世界皮划艇科学的德国流之生理学篇

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发表于 2015-3-31 18:08:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
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摘自《世界赛艇科学的德国流》,原作者 黎涌明

赛艇自1896年起为夏季奥运会的比赛项目。作为赛艇项目历届奥运会金牌和奖牌总数排名第一的国家,德国是世界赛艇界名副其实的强国。比赛成绩的优异由社会参与、组织运作等多方面因素共同促成,但是,科学的支撑更是德国赛艇成功的重要保障。近半个多世纪以来,一批批德国专家和学者从不同的领域对赛艇项目进行了深入的研究,在有力支撑德国赛艇的同时也带动了世界赛艇竞技水平的提升,他们的一些经典研究成果至今仍影响着世界赛艇的训练。

   本期开始我们分别从生理学、生物力学和训练学3个方面回顾世界赛艇科学的德国流,总结德国赛艇科学对世界赛艇发展的贡献以及其发展过程中存在的问题。


德国流之生理学篇

20世纪60年代:前西德早在1958年就开始在全国范围内进行赛艇项目的选材,并于1966年 在Ratzeburg成立了赛艇学院(Ruderakademie Ratzeburg),促使前西德于60年代在世界赛艇界迅速崛起。前东德也在同时期开始赛艇项目的集中训练,并在60年代末也迅速崛起。

20世纪70年代:进入到70年代,东西德对赛艇项目特征的研究逐渐深入,其中,赛艇生理学领域的代表人物是Alois Mader。Mader为前东德的体育科研人员,1974年开始在前西德科隆体育学院继续从事体育科研。

Mader的经典研究为1973年在前东德对赛艇模拟比赛过程中的能量供应特征的研究(图1)。通过让运动员按比赛节奏在赛艇荡池进行不同持续时间的运动(1~7min,共7次),研究人员可以测得7min模拟比赛过程中(以min为单位)的摄氧量、血乳酸、乳酸生成速率和功率(功率由桨栓上的测力传感器获得,具体见后续篇“生物力学”篇部分),并且可以由此计算出7min模拟比赛过程中三大供能系统的供能比例。此研究第一次揭示了赛艇项目的如下专项特征:


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1.赛艇是一项有氧供能为主的耐力型项目,全程划过程中有氧供能比例高达8.21%,无氧无乳酸和无 氧 乳酸供能比例分别为5.9%和11.7%;

2.无氧供能主要发生在要起航阶段,磷酸原在起航15s内几乎耗尽,血乳酸起航2min后已达到最高值的77.0%,乳酸生成速率在第1min最高,之后速率迅速下降,第3~6min期间几乎没有乳酸进一步堆积;

3. 赛艇起航后的运动能力取决于有氧供能能力(VO2),2min后赛艇的功率几乎全部来自有氧功率;

4. 最大摄氧量的利用能力是决定赛艇运动能力的一个重要指标,该研究的运动员7min划的平均VO2(4800~5200ml/min)为VO2max(5800~6000ml/min)的83%~87%,而耐力能力不好的运动员对应的百分比只有60%~70%(3500~4200ml/min)。

即使具有同样水平的VO2 max,二者在7min的运动中的VO2就相差800~1500 ml/min,再乘以途中划的4min(第3~6min),那么,这带来的有氧供能量的差别(1700~3200mkp)要大于全程无氧乳酸供能的总量(2470mkp)。此研究的结论突显出了有氧能力对于赛艇项目的重要性,这既是前东德赛艇进行大量低强度有氧长划并取得成功的理论来源,也推动了世界赛艇从重视间歇训练向重视低强度持续训练的转变。这些重要发现至今仍指导着世界各国的赛艇训练。

1976年,Maer将完全有氧供能到部分无氧乳酸供能的这个过度区域定义为有氧-无氧阈(aerob-anaerobe Schwelle),并指出这个阈值对应的血乳酸值为4mM,4mM-阈值可用于评价有氧能力。1979-1988年,Mader及其博士生Ulrich Hartmann负责前西德国家赛艇队的科研。在此期间,4mM-阈值被广泛用于评价赛艇项目的有氧能力,4mM-阈值功率(P4)也被证实与2000m全力划的平均功率(Pmax)具有高度相关性(Hartmann,未公开发表;图2),此相关性再次证明有氧能力对于赛艇2000m专项能力的重要性。




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Mader和 Hartmann不仅证实了有氧能力对于赛艇专项能力的重要性,并提出用于评价有氧能力的指标(P4),还对评价有氧能力的测试方法进行了深入的研究。

在20世纪60、70年代,VO2 max是惟一一个用来评价赛艇运动员有氧能力的指标,在前东德,VO2 max甚至被用为国家队运动员的选拔标准(男子>6000ml,女子>4000ml)。鉴于有氧-无氧阈的发现,及4mM-阈值的提出,Mader等人致力于寻求一个赛艇项目的多级测试方法。

20世纪80年代:由于赛艇测功仪直到20世纪80年代初才被采用,此前的赛艇多级测试只能在跑台或功率自行车上进行,多级测试采用的是2min或3min的递增测试。80年代初,Mader等人开始在Gjessing测功仪进行二级测试,即在此前的6min最大测试前增加一个8min的次最大强度(对应为有氧-无氧阈强度)的持续强度测试,然后利用内插法算出P4。与此同时,前东西德在赛艇训练过程中还采用赛艇测功仪的多级测试(2min和3min)。然而,Hartmann和Steinacker二人都发现,由2~3min多级测试得到的P4要比二级测试的P4高20~30W,原因在于在次最大强度持续运动过程中血乳酸需要5~10min才能达到稳定状态,每级持续时间过短(<5min)会导致血乳酸-功率曲线的右移,并导致P4值偏高。

20世纪90年代:P4值偏高进而带来由多级测试制定的训练强度偏高,因此,在90年代赛艇多级测试的每级持续时间被延长为4~5 min,而Mader和Hartmann也将二级测试进一步完善为三级测试(每级8min,强度分别为2000m最大划功率的55%、65%%和75%)。赛艇有氧能力测试方法在过去40年的演变如图3所示,以Mader为代表的德国学者通过大量的研究奠定了目前世界上赛艇多级测试的理论基础。


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赛艇训练过程中一个十分重要的问题是负荷量,有限的文献资料已证明,20世纪最后30年赛艇训练的年负荷量呈增加的趋势(约由800h增加到950h),但其中增加的负荷量主要是低强度的有氧训练,而高强度的无氧训练反而负荷量下降。Mader和Hartmann在20世纪70、80年代从能量供应的角度对赛艇训练的负荷量进行了理论分析(图4)。




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人体一天最大的供能量约为5800kcal,减去人体基础代谢的1500~2000kcal,人体一天运动可消耗的最大能量为3500~4000kcal。假定人体一天可用于运动消耗的能量储备为3000~4000kcal,那么,人体可运动的时间长短则取决于人体运动的强度,运动强度越低,则可运动的时间越长。以一名体重为90kg、VO2 max为6000ml的男子优秀赛艇运动员为例,且其阈值强度为75%~86%VO2 max(4500~5100ml),那么,他在这个强度下每小时的能量消耗量对应为1350~1530kcal,这种强度下他每天的最大训练量为2.5~3h。由于人体糖的再填充需要2~3天,因此,每天以这种阈值强度进行>2h的训练是难以实现的。只有降低训练的强度,才能增加脂肪参与供能的比例,以保证足够的运动时间。如果超越了人体供能的这个极限,那么,持续训练一周之后人体蛋白质代谢将呈负平衡,带来运动能力的下降(人体运动能力的物质基础大部分是蛋白质)。以每周训练5个整天,每天训练2~3h(每周10~15h),每小时12km(即3.3m/s,对应240W),35周准备期(9月初至来年5月初)的训练量为4200~6300km(每周实际训练量可能为120~180km,平 均 每 周 约143km),11周 比 赛 期 的 训 练 量 为1000km(每周至少80~100km,以保持有氧能力)。因此,每年的最大训练量为7500km。

Mader和Hartmann无疑是过去四十几年德国赛艇生理学的代表人物,其他学者(如Juergen Steinacker和Walter Roth)同样在这一领域进行了大量研究。这些德国赛艇生理学家通过研究证明了有氧能力对于赛艇专项能力的重要性,给出了相应的评价指标(P4)和评价方法(多级测试),并且从能量供应的角度分析了赛艇负荷量与强度的关系。他们的这些研究成果对于世界赛艇的发展起到了巨大的推动作用。

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