運動負荷與生理負荷的關系研究

張開 陳培友

摘?要：對有關運動負荷與生理負荷文獻進行綜述，探求“運動負荷”與“生理負荷” 之間的關系，以期更好的對負荷進行科學安排與計劃，為負荷的測量及有效監控給予指導。研究認為：已有研究中對“負荷”鄰近屬概念的界定存在分歧。提出運動負荷與生理負荷概念的定義，認為“工作量”是定義時應當遵循的鄰近屬概念。充分探求負荷相關概念背后的生理學機制，認為運動負荷是刺激產生的來源，生理負荷是應激變化的結果。對運動負荷與生理負荷不同的實踐功能與評價指標進行了區分，認為訓練負荷的安排與監控分別是運動負荷與生理負荷主要的實踐功能;物理指標與生理、生化指標分別是運動負荷與生理負荷測評的主要手段。

關鍵詞：運動負荷;生理負荷;強度;關系

中圖分類號：G804文獻標識碼：A文章編號：1009-9840（2019）06-0036-06

Relationship between physiological strain and exercise stress

ZHANG Kai，CHEN Pei-you

（School of Sports Science， Nanjing Normal University， Nanjing 210023，China）

Abstract：Abundant literature related to physiological strain and exercise stress has been reviewed to explore the relationship between them，so as to better arrange and plan them scientifically and provide sufficient guidance for the measurement and effective monitoring of load. The results show that divergences of the adjacent genus concept of“load”are existed from current studies. The definitions of physiological strain and exercise stress are proposed，the“workload”is the adjacent genus concept should be followed when defines. Physiological mechanisms behind the related concepts of load are detected，exercise stress is one source of stimulus and physiological strain is a result of adaptation. Diverse practical functions and evaluation index are divided， schedule and monitoring of training load are the practical functions of exercise stress and physiological strain respectively.Physical index and physiological-biological index are the main methods for the measurement of exercise stress and physiological strain respectively.

Key words：exercise stress; physiological strain; intensity;relationship

隨著科學技術的日益進步以及全民健身上升為國家戰略的背景之下，負荷的有效控制愈發成為科學化訓練的基礎之一。如何將運動時的負荷控制在安全而有效的范圍內，對發揮全民科學健身在健康促進、慢性疾病預防和康復等方面的積極作用具有重要的意義。運動負荷是對人體活動過程的定量描述，生理負荷反映人體在運動過程中機能狀態的變化[1]。運動負荷與生理負荷的基本概念及相互關系，是運動訓練理論研究與實踐活動的重要依據。但在運動負荷的相關研究中，由于早期理論出發點的不同及相關定義的模糊，學界對“運動負荷” 一詞基本概念的解讀具有較大的偏差。部分學者將運動負荷定義為“運動時機體所承擔的生理負荷”，將運動負荷與生理負荷作為同等概念進行理解;部分學者則認為運動負荷是“通過練習對有機體施加的一種刺激”，將運動負荷與生理負荷解讀為刺激與應答。“運動負荷”與“生理負荷”，“運動負荷”與“刺激”以及“生理負荷”與“應激”之間的關系始終缺乏嚴格的區分和確切的界定。“運動負荷”及“生理負荷”基本定義存在的模糊和矛盾的認識，造成相關文獻中用于表述“負荷”的名詞繁雜且不統一;“運動負荷”與“生理負荷”概念背后生理學機制的忽視，使得理論與實踐中對二者概念間的關系存在一定的曲解;“運動負荷”與“生理負荷”實踐中功能劃分的不明確，致使二者在應用時評價指標的選擇存在混淆。因此正確定義“運動負荷”與“生理負荷”的基本概念，探求二者背后的生理學機制，區分“運動負荷”與“生理負荷”實踐功能與評價指標的不同，無論是對于負荷的測量及有效控制還是對于運動訓練理論的構建都是非常必要的。

1?概念的辨析

1.1?負荷概念

概念是反映思維對象的特有屬性的思維形式。關于概念，有兩個方面：一是外延，即一個概念所反映的每一個對象;二是內涵，即對一個概念對象特有屬性的反映[2]。運動負荷與生理負荷便是負荷這一上位概念的外延，負荷這一概念的外延還可以包括工作負荷、電力負荷、機械運動負荷等。而運動負荷與生理負荷作為負荷的下位概念，必須反映出上位概念的特有屬性。了解負荷這一概念的內涵，才能更好地把握運動負荷與生理負荷的基本概念，明晰二者之間的區別與聯系。

“負荷”一詞，現代漢語詞典給出的定義是：“動力設備、機械設備以及生理組織等在單位時間內所負擔的工作量[3]。”根據定義，“單位時間內所負擔的工作量”是負荷的特有屬性，即負荷這一概念的內涵，“工作量”則是負荷這一概念的鄰近屬概念。

1.2?運動負荷概念

對于運動負荷概念的解讀，存在著不同的理論學說。在早期的相關研究中，國外運動訓練學專家將運動訓練過程中的“運動負荷”稱為“訓練負荷”。但目前為止，國內外對運動負荷（或訓練負荷）概念的界定還未達成統一的共識。其主要原因在于，不同學者對運動負荷內涵的確定上存在紛爭;從概念定義的結構式來看，這一分歧表現在運動負荷這一概念的鄰近屬概念是什么。根據屬概念的不同，可以將運動負荷的定義大致分為以下幾種：生理負荷說、刺激說、刺激應答說與工作量說[4]。

1.2.1?生理負荷說

學者馬冬梅[5]與李大為[6]等，將生理負荷作為運動負荷的鄰近屬概念，即將“運動時機體所承擔的生理負荷”作為運動負荷概念的內涵。認為，“運動負荷是運動員有機體在訓練比賽過程中承擔的生理負荷。”

1.2.3?刺激說

前東德哈雷博士最早提出了“刺激說”的相關概念：如果一種刺激能夠產生訓練效果，并能夠發展、鞏固或保持運動員的訓練狀態，那么這種刺激就叫做訓練負荷[7]。我國學者過家興[8-9]與捷克學者扎赫拉德尼克[11]對運動負荷的定義與“刺激說”的理解相吻合。

1.2.3?刺激應答說

刺激應答說一定程度上可以被視為刺激說的延續與拓展，其實質是將運動負荷劃分為外部負荷與內部負荷，外部負荷指人體通過外部的身體活動對人體內部所施加的刺激，內部負荷則指有機體在承受外部負荷刺激時所產生的內部應答反應，并且通過生理和心理內部負荷表現出來[11]。這一學說由蘇聯學者普拉托偌夫[13]提出，“刺激應答說”對運動負荷概念的解讀，得到了我國學者徐本力[12，14]與呂予鋒[15-16]等的認可。

1.2.4?工作量說

“工作量”說是以“負荷”一詞的鄰近屬概念“工作量”對運動負荷加以定義，將運動負荷的特有屬性解讀為“一定時間內承受的工作量”。這一定義最早被蘇聯學者馬特維耶夫所提出，“負荷是指，與安靜狀態相比，機體通過完成練習所引發的功能活性的追加值[18]。”這一解讀同樣得到了較多學者的肯定，“運動負荷的度量就是要對負荷計量，要對負荷做出具體的數量評定[19]”，學者田麥久便是將負荷理解成為一定的工作量。學者熊焰等更是直接強調，運動負荷應當解釋為“一定時間內承受的工作量”，并指出“刺激應答說”會導致對負荷強度與負荷量的誤解。他們認為，“訓練負荷是指運動員機體在持續一段時間的運動訓練中所承擔的工作量[3]”。學者胡亦海認為，“運動負荷是指身體活動對運動員有機體刺激的工作量值[20]”，并說明這一定義是從外部作用的角度賦予運動負荷的含義。這一定義不僅將運動負荷的屬概念準確定位為“工作量值”，還清楚地說明了運動負荷對身體造成的工作量值是由于其會產生刺激的特性而其本身并不是一種刺激。

根據四種對“運動負荷”定義的學說，“生理負荷說”將運動負荷鄰近的屬概念定義為生理負荷，并未對“負荷”一詞的概念內涵給出解釋;“刺激說”與“刺激應答說”將運動負荷的屬性定義為“刺激”也不符合“負荷”這一上位概念的內涵。結合邏輯學中對概念定義的理論，“工作量說”是更加符合邏輯的一種定義。因此，可以將運動負荷定義為“相對安靜狀態下，由外部身體活動引起的對有機體產生一定刺激的工作量”。

1.3?生理負荷概念

生理負荷，廣義上是指機體內部器官和系統在發揮本身所具有的生物學功能，保持一定生理機能活動水平的過程中，為克服各種加載的內、外阻力所做的生理功能[21]。根據人體活動狀態的不同，可將生理負荷分為靜態生理負荷與運動生理負荷。

人體在安靜狀態下的生理負荷稱為靜態生理負荷。運動生理負荷是特指機體在一定強度和持續時間的運動負荷刺激作用下，機體器官和系統所承受的額外的生理負荷，即除安靜狀態下的生理負荷外，機體為維持運動狀態下的機能活動水平而額外產生的工作量[22]。運動訓練過程中所關注的生理負荷，多為人體在運動狀態下的生理負荷。

根據“負荷”及“運動負荷”的概念，“生理負荷”的定義與“運動負荷”一樣，應當反映出“負荷”這一上位概念的特有屬性。因此，生理負荷可以理解為“相對安靜狀態下，機體內部應對外部活動刺激時，發生應激變化的工作量”。

1.4?負荷概念的英文解讀

加拿大生理、心理學家漢斯·薛利（Hans Selye）（1978）對負荷的用詞進行過詳細說明。他認為，“stress”用于表示對機體所施加的外部負荷，而 “strain”則表示對所施加外部負荷的內部生理應激（refer to the internal physiological response）[25] 。薛利博士之所以使用“strain”一詞來表述“internal physiological response”，是由于他認為負荷本身并不是應激。但從大部分外文文獻中可以發現，國外對于運動負荷與刺激、生理負荷與應激等相關概念的使用也未能清晰地對“負荷”一詞本身做出合理的邏輯劃分，經常存在混用的情況。較多文獻中通常用“stress”描述“外部運動負荷”或“刺激”，而“strain”則用于表達“內部生理負荷”或“應激”。同樣使得在中文的許多文獻中經常將“stress”譯作“刺激”而將“strain”一詞譯為“應激”[14]。

2?生理學機制

概念出現背后的機制是研究相關概念間區別與聯系的重要參考。運動負荷與生理負荷作為運動生理學的相關概念，其背后的生理學機制是探求二者間關系的關鍵依據。正確理解負荷概念產生的生理學機制，可以為運動訓練實踐中負荷相關概念的使用提供確切的理論指導。

運動負荷概念的“刺激應答說”盡管未能準確地闡述“負荷”的概念，但卻是“運動負荷”與“生理負荷”引入背后的內在生理學機制。加拿大生理、心理學家薛利博士在 1930 年所提出的一般適應綜合癥（GAS）模型[24]（圖2），引出了“刺激”“應激”“疲勞”及“負荷”等一系列概念。

根據一般適應綜合癥模型理論，負荷本身不是“刺激”或“應激”，刺激與應答的關系是負荷相關概念背后的生理學機制。外部的運動行為所產生的運動負荷是由人的主觀意志控制，相對提前的、無限制的過程。當個體主動加快奔跑速度從而加大運動負荷強度時，會對機體產生更深的刺激強度。因此，運動負荷是主動地通過改變外部身體活動而對有機體施加的刺激量，是有機體所受刺激產生的來源。運動負荷的主觀變化，會使機體內部產生相對滯后的、有限度的卻不以人的意志為轉移的客觀反應。個體加快跑步速度后，由于機體的應激反應，血液出現重新分配，耗氧量、心率比安靜狀態明顯增加。因此，生理負荷是有機體應對外部施加刺激所產生應激反應的變化量，是有機體發生應激變化的結果。

運動負荷具備對有機體產生刺激的特性，是運動時機體所受刺激的來源。同時，有機體所受刺激可來源于多種物理、化學手段，并非只有通過運動對有機體產生刺激。生理負荷是機體應激變化量的結果，使有機體發生應激變化的刺激同樣不僅僅包含運動負荷帶來的刺激。因此，生理負荷不僅僅是運動達到一定程度后的結果，還可以是其他刺激手段的結果。只是在運動中關注的生理負荷，主要是源自運動負荷對有機體的刺激所帶來的應激變化。運動員在比賽時的運動負荷會對其有機體產生一定的刺激，機體會產生明顯的應激變化。但應激變化的結果， 即生理負荷不僅僅是運動負荷所帶來的，比賽時的天氣、周圍的觀眾等同樣會對生理負荷造成一定影響。所以，生理負荷是多種刺激所帶來應激變化的結果，但在運動訓練中主要關注的是運動負荷對機體產生刺激的影響。

3?功能劃分與指標選擇

在體育鍛煉和運動訓練中，準確掌握訓練者身體對運動負荷的生理學反應，為訓練負荷的安排與調整提供決策支持是科學化訓練的關鍵之一。運動負荷主要的實踐功能是為訓練負荷做出安排，對訓練目標提出要求;運動負荷的評價主要通過物理指標予以描述。生理負荷的實踐功能主要用于監控運動員的訓練強度及訓練累積量，為運動負荷的安排提供及時的信息反饋;生理負荷的監測依賴生理、生化指標進行評定。

3.1?負荷積分

負荷的積分是指運動過程中生理負荷強度隨運動時間變化的函數對運動時間的積分。負荷與強度的積分關系類似于物理學中“功與功率”之間的關系，負荷的實質是在一段時間內所承擔的工作量，單位時間內的工作量則為強度。一般而言，負荷積分值越大，運動生理負荷量值就越大。

負荷（L）與強度（I）的一般關系表達式為：

L=∫t0I（t）dt

對于運動生理負荷而言，為達到某一固定的負荷值，既可以采用短時間強度較大的運動也可以通過長時間強度較小的運動。針對不同的個體而言，相同的運動負荷結構可能會產生不同的生理負荷強度與生理負荷量。

整個運動訓練的負荷積分值，實際上代表了訓練時總的運動生理負荷量。生理負荷量的多少和計算單位，都是以負荷積分值的多少和單位表示的。負荷積分值與負荷強度間的數學關系，有助于訓練中不同負荷指標的選擇[21]。理想情況下， 將負荷強度表示為關于時間 t 的函數利于負荷量的計算。訓練沖量（TRIMP）概念的提出及多次的修正，正是為了能夠更好地模擬人體運動過程中負荷量的變化[26-31]，但目前仍沒有最合適的指標及評價模型較好地模擬出人體運動時的負荷變化。

3.2?負荷的安排

對訓練計劃中的負荷進行安排，是運動負荷概念主要的實踐功能。運動負荷的評價是從主觀上用物理指標對訓練方式進行定量的描述，是運動員或教練員對訓練負荷的安排與計劃：負荷強度為100次/min，負荷量為 3 min或300次的跳繩訓練。質量、高度、密度等用于評價負荷強度，時間、次數、距離等描述負荷量。從物理學角度出發，運動負荷強度是單位時間內的運動負荷量;運動負荷量是持續的負荷強度在時間上的累積量。結合生理學知識，運動負荷強度是身體活動產生的運動負荷對有機體刺激的程度，生理上表現為機體所受刺激的強度;運動負荷量是運動負荷對有機體產生刺激的負荷強度對運動時間的積分量，是有機體一段時間內受到的刺激量。運動負荷指標的評價簡單易于操作，并且不同專項訓練時的負荷安排都具備豐富的實踐經驗，因而利于訓練計劃的布置。但其未能考慮不同個體或個體不同時期機能水平間的差異，且無法對訓練過程中負荷強度的變化進行有效的監控。

3.3?負荷的監測

訓練過程中負荷的監測與控制，是生理負荷概念重要的實踐功能。生理負荷指標可以有效監控機體對運動負荷刺激客觀的應激變化量，反映不同個體對不同負荷量與強度的適應情況。參照運動負荷的結構屬性，將生理負荷劃分為生理負荷強度與生理負荷量描述。心率、呼吸頻率、瞬時血乳酸濃度等指標用于評價生理負荷強度，耗氧量、血乳酸的增量等用于評價生理負荷量。瞬時的應激變化量， 是機體受到一定的刺激強度時而產生的適應性變化，生理負荷強度指標用于表征瞬間適應性變化的大小程度：高強度運動下某一瞬間的心率;當機體受到運動負荷的持續刺激時，機體的應激反應也會持續發生，生理負荷量指標用于評定生理應激反應在一段時間內累積的工作量：慢跑一段時間內氧氣的消耗量。不同類別負荷指標的比較，見表1。

在運動訓練過程中，運用運動負荷指標對訓練的計劃做出安排，生理負荷指標對訓練的過程進行監測。運動負荷的安排是對機體所受刺激的來源用物理指標進行的描述，生理負荷的監測是應激變化的結果在生理、生化指標上的反映。基于實踐過程中運動負荷與生理負荷在負荷安排與監測上的區別與聯系，呈現出負荷相關概念之間的邏輯關系，見圖4。

4?結論

“運動負荷”與“生理負荷”概念的定義應反映上位概念“負荷”的特有屬性，即“一段時間內的工作量”。因而，“工作量”是二者定義時需要遵從的鄰近屬概念。二者間關系的理解應充分考慮其產生機制的不同，運動負荷與生理負荷并不是刺激與應答的關系，而是運動時機體所受刺激的來源和應激變化的結果。實踐應用時，理解負荷積分與強度關系的前提下，需充分認識運動負荷與生理負荷不同的功能劃分，從而選擇正確合理的負荷評價指標。

負荷的安排與監測是開展訓練實踐的關鍵，科學的負荷評價手段對運動訓練具有重大的實踐意義。對負荷的監測盡管開展了大量的相關研究，但仍缺乏最精準的測量指標與合理的評價模型，多數方法還是建立在心率與負荷強度線性相關的理論基礎上[33]。事實上，根據運動項目的不同，負荷的安排與監測會產生較大變化。運動負荷與生理負荷間的關系，可以幫助不同運動項目合理開展訓練負荷的計劃與調控，為科學化訓練提供依據。

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