運動訓練適應理論研究綜述——兼論運動訓練的本質

張建華

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運動訓練適應理論研究綜述——兼論運動訓練的本質

張建華

西北師范大學體育學院，甘肅 蘭州，730070。

采用文獻資料法和邏輯分析法，借助生物適應理論探討運動訓練的本質，為提高運動員競技能力提供理論依據。運動訓練是有目的的改造人類自身的實踐活動，其本質就是基于內穩態的生物適應，是對內穩態理論的應用與發展。運動訓練中人體對訓練負荷產生的應激反應，能引起有機體機能水平的適應性提高，適應過程和適應機理均可通過應激學說來解釋。訓練刺激會給機體內部帶來正負兩種效應：適應效應和疲勞效應。在有效的時間內，任何一次訓練刺激最終表現為正負兩種效應的綜合。

運動訓練；生物適應；內穩態；應激理論

世界是由萬事萬物所構成的，任何事物都有區別于其它事物的本質屬性。本質是“事物內部的聯系，它由事物內部的矛盾所規定，是事物比較深刻的一貫的和穩定的方面”[1]。相對于以自然方式存在的“物”而言，“事”乃有意所為，一直處于創新和發展變化之中，因此，給人們探尋一貫的和穩定的特征方面帶來了許多不確定的因素。盡管有困難，人們還是能夠解析“事”的本質。運動訓練是一種客觀存在的事物，也是一個發展變化著的事物。準確的說，運動訓練是以“事”的形式存在的實踐活動。因此，從“事”角度來探討運動訓練的本質問題，理應是最好的分析視角。本文欲以生物適應理論為基礎，闡述運動訓練的本質，解析運動訓練適應的過程、機制及其特點，為提高運動員競技能力提供理論依據。

1 生物適應

適應是生物活動的基本規律之一，也是人類生存和發展的基礎。在寬泛意義上，適應意味著機體對環境的調整；如果環境變化了，機體要適應新環境，變得更加有利于生存[2]。人體是由各種細胞、組織和器官組成，在運動中表現為一個統一的整體。人體的大部分細胞、組織與外界環境不發生直接接觸，而是生存于細胞外液之中。細胞新陳代謝所需的養料由細胞外液提供，細胞的代謝產物也排到細胞外液中，通過細胞外液與外環境發生物質交換[3]。細胞外液是細胞直接生活的環境，為了區別人體生存的外界環境，一般把細胞外液稱為機體的內環境。

內環境的概念是法國生理學家Claude Bernard提出的。1857年，在《有機體體液的生理特性和病理改變》講座中，Bernard指出：“在生物體內，組織實際上并不直接受外界環境的作用，而是被一種真正的內環境所防護著，這內環境主要由體內循環的體液所組成”[4]。1865年，他在《實驗醫學研究導論》中詳細論述了內環境恒定對有機體的重要性；隨后在1879年出版的《普通生理學教程：動植物共同的生命現象》中，Bernard對內環境穩定做了極為精辟的論述，他認為：“內環境的穩定是自由和獨立生活的首要條件”，“所有的生命機制，盡管多種多樣，只有一個目標，就是保持內環境中生活條件的穩定”[5]。這兩句論斷，后來為眾多生理學家所稱道。從現有觀點來看，恒溫動物生存的必要條件就是內環境恒定，可以說，內環境恒定說的提出，為醫學的發展開辟了一條快速通道。遺憾的是，這一思想在當時并未受到重視，直到20世紀初才有了新的進展。

1926年，美國生理學家Walter Braford Cannon建議用“穩態”一詞表達內環境及其穩定的維持。為了消除別人對穩態概念的誤解，1929年Cannon在《生理學評論》上發表了“生理穩態的組織”一文，他這樣寫道：“高度發達的生物乃是一種開放系統，和外界有種種關系……外界環境的變化使生物體內部產生擾亂。正常情況下，這種擾亂保持在很狹窄的范圍，因為系統內的自動調整裝置表現出作用，從而防止了大的波動，內部條件得以保持住相當的恒定。‘平衡’這個詞本來可用于指這種恒定的狀況，然而這個詞已用在封閉系統內相對說來是單純的理化狀況……保持身體內大部分穩定狀態的協調的生理反應是很復雜的，很特殊的，我建議用一個特殊的詞來指這種狀態，這個詞就是穩態（homeostasis）。”[6]

1932年，Cannon在《身體的智慧》中對“穩態”做了進一步的闡釋，他說：“穩態概念指的是一種狀態，一種可變的但又是相對恒定的狀態”[7]。至此，“穩態”概念基本確立。在Cannon看來，原有的“平衡”只適用于封閉系統中的相等或均勻，無法表示開放性生命系統中協調一致的運動形態；而且，平衡概念不涉及協調機制問題，穩態卻與機體的自我調節、自我保護的裝置與機制緊密相關。人體內自我協調裝置很多，分別發揮著各自的功能，比如人體需要水時，口渴機制就會發出報警，促使人們補充水分來保持內環境的相對穩定。穩態是機體自我控制的一種結果，與負反饋密切相關。控制論的創始人Wiener認為，穩態機制就是一種負反饋作用。在控制論中，反饋是指將系統的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入，進而影響系統功能的過程。反饋可以分為正反饋和負反饋，正反饋使輸出起到與輸入相似的作用，使系統偏差不斷增大，使系統振蕩，可以放大控制作用；負反饋使輸出起到與輸入相反的作用，使系統輸出與系統目標的誤差減小，系統趨于穩定狀態[8]。因此，負反饋是趨向目的的行為，一切有目的的行為都可以看作是需要負反饋的行為。當生命系統的穩定狀態被外界環境干擾，出現與預期目標距離很大時，負反饋就會建立起新的穩態。

從內環境“恒定”或“穩定”發展到“穩態”，人們對內環境的認識有了質的發展。理所當然，人們對認識成果的應用也有了很大的突破。在Cannon正式提出“內環境穩定”或“自穩態”概念時，人們將“穩態”主要集中應用于神經生理學中，如今已經發展到各個領域。在現代生物學和現代醫學中，“穩態”概念已經并不僅僅指血液、組織液等“內環境”的穩定狀態，而無論在所指的實體上、空間上還是時間上都有很大的差異[9]。

在正常情況下，生物體內部環境處于一種相對平衡的穩定狀態，即內穩態。內穩態是由生物系統的各種調節機制調控而維持的一種動態平衡，是生物系統從進化適應中獲得的、維持整個生物系統生存的基本條件[10]。處于內穩態的生物系統是健康的，可以正常穩定地發揮應有的功能；遠離內穩態的生物系統則處于病理狀態，生物系統的功能異常，而且不能獲得穩定的發揮[11]。當外部環境發生變化時，生物體內部環境的相對平衡受到破壞，原有的穩定狀態會發生變化，體內各種功能被迫進行重新調整，促使系統恢復原有內穩態（former homeostasis，FH）或建立新的內穩態（new homeostasis， NH），以維持內外環境的穩定，這就是生物的適應過程。

2 運動訓練適應理論

2.1 運動訓練的本質是生物適應

運動訓練是有目的的改造人類自身的實踐活動，其本質就是基于內穩態的生物適應，是對內穩態理論的應用與發展。人體是非常復雜的有機系統，內部各器官系統的活動相互制約、相互協調，形成了一種相對穩定的動態平衡系統。一旦外界施加訓練負荷，人體內環境會出現“失穩態”，此時機體進行主動調整，使體內環境達到新的“穩態”。從“失穩態”向“穩態”轉化的過程，實質上是人體對外界環境變化的應答和自我調整。通過多次施加訓練負荷，人體內環境不斷處于“失穩態”和“穩態”的反復交替，機體對外界刺激的應答能力逐漸改善。相應地，人體的運動能力不斷獲得提高。這種由于運動訓練而引起的機體與施加負荷的外環境之間不斷取得穩態的過程，叫做訓練適應。在這里，外界施加的訓練負荷是一種刺激，是產生運動訓練適應的外部條件，而人體的適應機制則是機能改善和運動能力提高的關鍵。

2.2 訓練適應的過程及機制

1936年，加拿大病理生理學家Hans selye創立了應激學說。他根據一系列的動物實驗，發現在一系列非常不同的因子（如傳染、中毒、創傷、神經緊張、高溫、低溫、肌肉疲勞及放射線）作用下，機體常以一種固定的形式來反應。這些因子的特異作用是不同的，它們僅有的共同點是使機體處于全身應激狀態。據此，他認為這種基于所有特異反應之上的定型的反應，即代表機體非特異性“應激”的表現；引起機體產生應激反應的因子，就是激源（stressor）。機體對激源的反應有兩種表現：第1種是按激源的不同，機體產生不同的特異性反應，可以作為鑒別診斷和對癥治療的依據；第2 種是對任何激源做出共同、千篇一律的、不具有特異性的反應，這種非特異性反應總稱為應激（stress）[12]。Hans selye還發現，日常生理功能活動，比如肌肉運動、神經緊張、血壓升高也可作為激源，引起應激反應。故而，應激不一定是外來損害的結果，有時是功能增強所致。可以說，應激就是由于功能活動及損傷引起來的所有非特異變化的總和，包括重建正常狀態必需的生物現象[13]。

一般地，機體對激源產生的特異性反應表現出病理癥狀，而機體對對激源的應激表現為生物適應現象。在本質上，應激是一個生理反應，真正的目的是維持生命和損傷后功能活動恢復正常。在應激反應中，機體表現出一般適應綜合癥，共分為3期：（1）動員期（the Alarm Reaction Stage），此時適應尚未獲得；（2）抵抗期（the Stage of Resistance），此時適應達到最大程度；（3）衰竭期（the Stage of Exhaustion），此時所獲得的適應又喪失。

能引起應激的刺激很多，體育運動也是一種激源，與其它激源的區別是，運動訓練具有主動性和目標性特征。運動訓練是人們利用訓練負荷使機體產生適應，以改造人體形態和機能的過程，這為后人解釋運動訓練提供了依據。1976年，前蘇聯著名運動生物學家ЯковлевН.Н.在美國醫學年會上強調：“運動訓練是一個適應過程”。從生物學的角度看，運動訓練主要通過施加刺激，有意識地打破機體內環境的穩態，使之向較高機能水平方向轉化，在與施加負荷相適應的水平上獲得新的穩態。顯然，運動訓練適應的提法是完全正確的。ЯковлевН.Н.的觀點在歐美也被廣泛公認，并開展了相關的研究。1980年，Atko Viru首次將應激學說運用于運動訓練。2005年，Jacob Wilson和Gabriel Wilson在研究周期理論的基礎時，應用selye的一般適應綜合癥理論，對運動訓練適應過程進行了詳細的解釋：

圖1 Hans selye的一般適應理論在運動應激中的應用示意圖

如上圖所示，施加的訓練負荷使人體產生了應激反應，表現出了一般適應綜合癥。

“第1階段為警戒反應期。訓練負荷是一種激源，它的介入會致人體機能水平暫時下降。伴隨著腎上腺素和皮質醇等各種應激激素的釋放，機體防御機制產生對抗反應。在訓練中，通過人為操控訓練變量，引起環境變化和應激反應。應激是機體對訓練負荷產生的急性反應。

第2階段為抵抗期。有機體的防御機制通過反抗而獲得抵抗力，即通常所說的適應，表現出穩態水平提升的特征。這一階段，機體對激源表現出代償性反應，比如運動員肌肉肥大、中樞神經驅動力增強，或者代謝系統適應等。

第3階段為衰竭期。如果刺激持續下去，就會出現千篇一律的適應調節現象。適應調節是一種生物規律，即隨著特定刺激時間的延長，生物體對特定刺激的反應能力就會下降，甚至出現“平臺期”。這意味著采用同一種訓練方式的時間過長，運動員就會出現高原現象或經歷適應不良。由于機體長時間處于應激狀態，損耗了有機體的防御機制，從而導致適應不良的產生，表明已經訓練過度（Overreaching）；如果不及時停止刺激，將會出現過度訓練（Overtraining），引起受傷。”[14]

2007年，鄭曉鴻在評述運動訓練的應激學說時指出：“在運動訓練過程中，要經常變化訓練刺激，否則就會使運動員機體由于適應了長時間單調的訓練刺激進而產生適應調節，致使運動員的競技能力水平發展出現停滯；要在訓練課之間、小周期之間等都要安排充分的休息，使有機體能夠達到充分適應；通過適當的休息和不同性質訓練內容安排的交替，使運動員的機能狀態始終處于警戒和抵抗階段，控制其不要發展到衰竭階段，從而避免引起有機體出現適應調節和適應不良現象。”[15]

在運動訓練中，負荷就是施加于人體的刺激。人體對訓練負荷產生的應激反應，能引起有機體機能水平的適應性提高，適應過程和適應機理均可通過應激學說來解釋。簡言之，應激學說側重于從過程的角度解釋運動訓練。對于訓練刺激所產生的適應結果，應激學說雖然給出了機能適應提高的必然性和過渡訓練破壞的可能性，但是并未對慢性適應結果以及停訓后機能水平的變化進行闡述。事實上，應激學說主要是從神經內分泌系統的角度，研究人體在訓練負荷刺激下有機體機能的變化規律。相對于復雜多變的人體系統而言，這顯然是不夠的，需要進一步探討。

2.3 訓練適應的結果及特征

2.3.1 訓練適應的結果 鑒于不同的訓練刺激會導致不同的生理反應，Bannister（1975，1982）建議用適應-疲勞模型來解釋訓練的效應。Bannister[16]等人認為，沒有訓練時機體所處的狀態是一個基準水平，表示個體的競技能力水平，訓練刺激會給機體內部帶來正負兩種效應：適應效應和疲勞效應。在有效的時間內，任何一次訓練刺激最終表現為正負兩種效應的綜合（圖2）。即：競技表現=訓練獲得的適應－K×訓練后的疲勞，K為適應效應和疲勞效應之間的調整系數。

訓練后的適應是正向的生理反應，而疲勞則是負向的生理反應。模型的輸出結果，取決于兩者交互所產生的綜合效應。當訓練獲得的適應大于疲勞效應時，綜合表現為競技能力提高；當訓練產生的疲勞大于適應效應時，綜合效應表現為運動成績下降。這就要求人們在訓練中，施加恰當的負荷，以便產生良性適應。不恰當的、過量的或者超過機體最大承受能力的負荷，對機體產生的疲勞效應遠遠大于適應效應，往往引起機體的劣變，并不能提高競技能力。

雖然適應-疲勞模型側重于一次或者若干次負荷刺激后機體產生的綜合效應，但是Bannister （1975）的解釋中仍然可以看到訓練過程的部分變化特征。圖2還顯示，隨著負荷的施加，機體同時產生適應和疲勞反應。在負荷施加的初期，機體快速疲勞，此時機體的適應反應相對較慢，競技表現低于基準水平；一旦停止刺激，疲勞效應逐漸消失，而機體的適應還能持續一段時間，表現出了明顯的滯后性。隨著停訓時間的推移，訓練適應會消失，競技表現會逐漸消退至負荷前水平。

圖2 訓練刺激后機體的疲勞適應效應

（根據Bannister 、Jacob Wilson和James Marshall研究繪制）

2.3.2 訓練適應的特征 訓練適應具有特異性特征，不同性質的負荷引起反應是不完全相同的。負荷是引起訓練適應的客觀條件，不同性質的負荷，能使機體產生不同的適應性變化。快速力量訓練，一般能引起包括肌肉橫截面、肌肉收縮蛋白合成、肌肉代謝酶集結等因素在內的適應性變化；耐力訓練可引起心血管、呼吸系統和肌肉因素的適應性變化，機體的有氧工作能力產生適應現象；功能訓練能引起機體的本體感覺、平衡能力、協調能力和控制能力產生適應性變化。可見，機體對不同性質負荷的適應性反應，表現出了明顯的特異性。即便是同一負荷，對機體不同器官和系統的刺激是不一樣的，所引起的適應也不盡相同。Loren Z.F. Chiu[17]（2003）指出，施加的刺激能引起機體的多種適應，其中主要的適應過程與負荷的性質和強度有關。例如，速度性負荷引起的適應性反應，主要表現在白肌纖維、能源物質的無氧代謝、神經過程的靈活性以及沖動強度等方面，相反對機體其它器官系統的適應過程較小而已。

訓練適應具有普遍性特征，不受負荷內容與性質的影響。只要施加負荷，機體就必然會產生適應現象。訓練適應的普遍性是指機體在形態、機能、運動素質、運動技術、和心理等方面都能發生訓練適應現象[18]。在身體形態方面，適應使肌肉的形態得到改善，骨骼關節及韌帶的柔韌性得到發展；在身體機能方面，訓練適應使得機體基礎心率下降，呼吸系統功能加強，機體能源物質含量增加，酶的活性大大提高，供能能力顯著提高，神經過程的靈活性以及中樞神經系統對運動器官的協調和調節作用明顯提高；在運動素質和技戰術方面，訓練適應使得受訓者的速度、力量、耐力大幅度提升，技戰術不斷完善和熟練，完成和執行技戰術的能力提高。通過訓練適應，還可以有效地改善受訓者的心理過程，形成良好的競技心理品質。

如果把適應現象只看作是機體良性變化的過程，那么訓練后急性和慢性適應的結果，都將表現為競技能力提高。事實上，適應不僅有良性的，還有不良的適應。德國Strong（2002）發現，對負荷量度的把握是產生良性適應的關鍵。訓練負荷過低，雖能引起生理適應，但運動能力沒有變化；在適宜的負荷范圍內，生理和運動能力適應的大小與負荷成正比；一旦超出最大負荷的臨界值，不良適應遂即產生。Strong的研究表明，生物適應主要取決于訓練負荷的強度和方式。當負荷方式不科學，或者負荷的量與強度超出機體的最大承受范圍，都將產生不良的訓練適應，導致機體的運動能力降低。

3 結束語

在訓練適應過程中，引起機體適應性反應的直接刺激是負荷。但是，負荷本身不是刺激，而是一種激源，能引起有機體發生應激反應。在負荷的作用下，機體對刺激產生了部分或者全部的適應，這一方面提高或降低了神經系統及其它組織器官對刺激的感應閾值；另一方面機體對刺激表現出了代償性反應，從而增強了機體的代償機能。通過合理施加負荷，使有機體產生應激反應，產生必要的生物適應。從這個意義上講，運動訓練是提高人體競技能力的重要途徑，其本質就是生物適應。

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Summary on Adaptation Theory of Sports Training

ZHANG Jian-hua

Institute of P.E., Northwest Normal University, Gansu Lanzhou, 730070, China.

By using the methods of literature material and logical analysis, the paper explores the essence of sports training with the help of the biological adaptation theory in order to provide the theoretical basis for improving the athletic ability. The purpose of the sports training is the transformation of human beings practice; its essence not only is based on the homeostatic biological adaptation but also is the application and development of homeostasis theory. In training, the stress response of a biological can elevate the level of the organism’s ability by training load. The process and mechanism of adaptation can be explained by the stress theory. For a stressor, training stimulus can cause two internal effects on the organism. There are classified as fatigue （negative effect） and fitness （positive effect）. Within the effective time, the final performance of any training stimulus is the summation of these two effects.

Sports training; Biological adaptation; Homeostasis; Stress theory

1007―6891（2014）04―0063―05

10.13932/j.cnki.sctykx.04.16

G808.14

A

2014-03-28

2013年甘肅省高等學校基本科研業務費資助項目，西北師范大學青年教師科研能力提升計劃項目。