兩種大強度間歇訓練對優秀公路自行車運動員有氧能力的影響

屈成剛，唐一丹

0 前言

大量研究證明，優秀耐力性項目運動員的耐力表現需要有強大的有氧基礎[1-3]，其中最大攝氧量（VO2max）是最重要的指標之一。通常認為 VO2max除受生理上的限制以外，在很大程度上受遺傳因素的影響[2]。與此相反，也有研究提出，最大攝氧量僅在接受科學訓練之前受遺傳因素的影響[4]；在充分和有規律的訓練后，VO2max可能會顯著增加50%[5]。長期以有氧代謝為主的中等強度持續訓練（Moderate-intensity Continuous Training，MCT）已被證實是提高VO2max最有效的手段之一[6]，它可以提高氧化酶的活性、增加線粒體體積[7-9]和毛細血管密度[10,11]、改善心輸出量和每搏輸出量，以上因素對氧運輸能力的提升起到至關重要的作用[12,13]。但對于高水平耐力性運動員，MCT對其有氧水平的促進有限。近年來研究熱點集中在大強度間歇訓練（Interval Training，IT）對 VO2max的影響上[14]；根據訓練強度的不同，又將IT分為高強度間歇訓練（High Intensity Interval Training，HIIT）和沖刺間歇訓練（Sprint Interval Training，SIT）。盡管目前有許多研究都證實了IT對VO2max具有較好的促進作用，但其研究對象絕大部分都是普通人群或非精英運動員[14]，未見針對優秀公路自行車運動員IT訓練手段和不同的訓練手段如何搭配的研究報道。本研究旨在探索適合公路自行車項目專項的IT訓練模型，為公路自行車項目的訓練計劃制定提供實驗依據，更有利于提升其專項能力和運動表現，提升該項目的訓練效率，促進我國公路自行車項目在國際大賽中的競爭力。鑒于此，以優秀公路自行車運動員為研究對象，提出假設：IT能提高優秀公路自行車運動員的運動能力，且SIT結合傳統耐力訓練的訓練效果更佳。

1 研究方法

1.1 研究對象

備戰全國“十三運”的云南省自行車隊男子運動員15名，其中健將級運動員8名，一級運動員7名。所有運動員均有5年以上的專業訓練經歷，每年參加全國比賽3～4場；身體健康，無影響正常訓練的重大傷病。運動員隨機分為3組，每組5人；S組進行耐力訓練方案 （SIT）；H組實施耐力訓練方案（HIIT）；C組為對照組，進行傳統耐力性訓練。3組運動員身高、體重和體能狀況無組間差異（見表 1）。

表1 運動員基本情況一覽表（N=15）Table I List of Basic Information of Athletes(N=15)

參與實驗的運動員所屬同一教練員，實驗干預前均進行相同訓練負荷結構的有氧訓練；其訓練強度大多采用中等強度（70%～80%HRmax）或可變強度（高—中—低）的傳統耐力訓練。所有運動員均無高強度間歇訓練經歷。

1.2 訓練方案設計

SIT訓練：以最大強度沖刺騎行30 s，間歇3 min；HIIT訓練：以90%～100%的最大有氧功率強度騎行4 min；傳統耐力性訓練：以 65%～75%HRmax的訓練強度騎行4～5.5 h，負荷量約160～220 km。實驗期間以4天為一個小周期（前3天為訓練日，第4天為調整），每一個小周期進行1次IT訓練；為保證訓練質量，將SIT與HIIT訓練安排在每一小周期的第一天下午進行（即第 1、5、9、13、17 和第 21 天，共計 6 次，訓練負荷方案見表2），上午訓練以60%～65%HRmax的負荷強度在公路上騎行3 h（約100 km）；同日，C組以65%～75%HRmax的負荷強度公路騎行220 km。其余3天內3組的訓練計劃相同 （第2天與第3天均以 65%～75%HRmax強度公路騎行 150～160 km和180～200 km，第4天公路放松騎行2 h），并以此方案進行周期訓練。S組與H組每個小周期的負荷總量約占C組負荷總量的75%，騎行距離約在390～420 km之間。

1.3 遞增負荷測試

訓練前后（訓練前為IT訓練3天前，訓練后為IT訓練后第2天）均進行遞增負荷測試。測試地點為云南省體科所運動機能實驗室，使用功率自行車（Lode Excalibur，荷蘭）和肺功能測試儀（Cortex Metalyzer 3B，德國）進行測試；測試之前均按程序使用標準 氣 體 （CO2：5%，O2：16%，N2：79%）對 儀 器 進行校準，并對實驗室環境進行了控制 （室溫：22～25℃；濕度：60%～65%）。測試負荷由專業電腦軟件根據預實驗所定負荷方案控制遞增負荷和運動時長。測試全程均佩戴心率表 （Polar RS800 CX，芬蘭），監控并記錄受試運動員的心率（HR）。

測試方案為：在充分準備活動后，首先以80 W的功率進行2 min的適應，隨后以100 W為起始測試負荷，并以15 W/30 s的負荷遞增，直至運動員力竭。在整個測試過程中，要求運動員踏頻保持在80 rpm左右；低于80 rpm時測試人員給予提示，連續3次提示不能保持此踏頻或運動員匯報力竭，終止測試。遞增負荷測試中滿足以下3個標準且攝氧量不再升高時認為達到VO2max：血乳酸≥7.00 mmol/L、呼吸商≥1.10、HRmax≥95%（220-年齡）。運動員自開始測試前3 min至測試結束后3 min均戴著呼吸面罩，面罩連接氣體分析儀，收集運動過程中運動員呼出和吸進的氣體，采用每次呼吸法測試其呼吸功能。

表2 運動員訓練負荷方案Table II Training Load Scheme of Athletes(N=15)

使用全自動血乳酸分析儀 （BIOSEN C-line EKF Diagnostic，德國）對遞增負荷測試結束即刻血乳酸（BLA）水平進行測試。每次測試前均對乳酸儀進行定標與質控測試，測試過程中儀器每60 min自動質控一次；測試時使用20 μL標準抗凝管采集手指末梢血 20 μL，進行BLA濃度測試，相關實驗耗材均為EKF血乳酸儀原裝耗材。

1.4 40 km個人計時測試

IT訓練前后（訓練前為IT訓練2天前，訓練后為訓練后第3天）各安排1次40 km個人計時（ITT40km）測試。測試時運動員使用個人計時車，在1 km/圈的柏油路面場地上以原地啟動的方式，最大能力獨自完成40 km的騎行，前后相鄰兩名運動員之間相距100 m以上；前后兩次測試使用相同的自行車、車輪，場地環境（溫度和風力）大致相同。

1.5 測試指標

心肺功能指標：每分通氣量（Minute Pulmonary Ventilation，VE）、最大心率（HRmax）及每搏輸出量（Stroke Volume，SV）。SV 基于 Stringer等[15]提出的 Fick方程計算得出，公式如下：SV（ml/b）=100×（VO2max/1622）/HR，其中HR是指遞增負荷測試過程中達到VO2max時的心率（b/min）。

有氧代謝指標：最大攝氧量絕對值（VO2max）、最大攝氧量相對值（VO2max/kg），以及遞增負荷結束后即刻血乳酸值（BLA）。

有氧運動能力指標：最大有氧功率（P），在遞增負荷測試中VO2max時所對應的峰值輸出功率、40 km個人計時。

1.6 數據分析

所有測試結果以平均值±標準差（X±SD）表示，使用SPSS19.0進行統計學分析。訓練前后的組內變化采用配對樣本非參數檢驗，訓練前后的組間比較采用方差分析。顯著性差異表示為P＜0.05，非常顯著性差異表示為P＜0.01。

2 結果

2.1 心肺系統指標

如表3所示，對3組運動員進行3周訓練前后心肺系統機能主要測試數據對比發現，3周訓練后，3組運動員 VE、HRmax、SV均有不同程度的增加；S組各項指標均較訓練前呈顯著性差異（P＜0.05）；H組、C組各項指標有小幅度增加，均無統計學意義。組間同一階段比較，3周訓練后S組VE較H組與C組高，且呈現顯著性差異（P＜0.05）；H組較C組稍高，但無統計學意義（P＞0.05）。

從各組運動員3周訓練后各指標增量情況來看，S組運動員心肺機能各指標增量顯著高于H組和C組，其中S組中ΔVE、ΔHRmax顯著高于H組和C組，均呈顯著性差異（P＜0.05）；H組ΔVE較C組稍高，但無統計學意義（P＞0.05）。

2.2 有氧代謝能力

如表4所示，對3組運動員3周訓練前后有氧代謝指標測試數據對比發現，3周訓練后，3組運動員VO2max與VO2max/kg均有不同程度的提升；BLA均有所下降。S組VO2max與VO2max/kg均較訓練前明顯增長，呈現顯著性差異（P＜0.05）；H組僅 VO2max/kg較訓練前增長明顯（P＜0.05），由于運動員體重無明顯變化，可排除由于體重變化所導致。S組與H組3周后BLA均顯著下降 （P＜0.05），C組無顯著性差異（P＞0.05）。

表3 3組運動員3周訓練前后心肺系統機能主要指標變化情況（N=15）Table III Changes of Main Indicators of Cardiopulmonary System Function of Athletes in the Three Hroups before and after 3-week Training(N=15)

表4 3組運動員3周訓練前后有氧代謝指標變化情況（N=15）Table VI Changes of Aerobic Metabolism Indexes before and after 3-week Training of Athletes in the 3 Groups(N=15)

從各組運動員3周訓練后各指標增量情況來看，S組運動員有氧代謝各指標增量顯著高于H組和C組，其中S組中ΔVO2max顯著高于H組，達到顯著性差異（P＜0.05）；S組與 C 組相比，ΔVO2max達到非常顯著性差異 （P＜0.01），ΔVO2max/kg與 ΔBLA達到顯著性差異（P＜0.05）；H組ΔVO2max/kg較 C組稍高，但無統計學意義（P＞0.05）。

2.3 有氧運動能力

如表5所示，對3組運動員訓練前后有氧運動能力測試數據對比發現，3周訓練后，3組運動員P與ITT40km成績均有不同程度的提高。S組P與ITT40km成績較訓練前均呈顯著性差異 （P＜0.05）；H組僅ITT40km較訓練前有顯著性提高（P＜0.05）；C組P與ITT40km變化均無統計學意義（P＞0.05）。

表5 3組運動員3周訓練前后有氧運動能力各項指標測試數據對比（N=15）Table V Comparison of Test Data of Aerobic Exercise Ability before and after 3-week Training Among the 3 Groups(N=15)

從各組運動員3周訓練后各指標增量情況來看，ΔP變化呈現S組＞H組＞C組，但組間比較無顯著性差異；ΔITT40km變化同樣呈現S組＞H組＞C組，且S組較C組呈現非常顯著性差異（P＜0.01）；H組較C組呈現顯著性差異 （P＜0.05；S組與H組比較，雖有提高，但統計學意義（P＞0.05）。

3 分析討論

目前，大強度間歇訓練對普通人群[16-18]、有訓練經驗受試者[19-22]和專業高水平運動員[23,24]有氧運動能力的積極作用已得到大量的研究證實；針對高水平耐力項目運動員，大強度間歇訓練較MCT更高效、更經濟[25]。那么，不同高強度間歇訓練對優秀公路自行車運動員有氧能力及其相關指標的影響有何差異，值得我們進行深入研究，因此，本研究以備戰十三運會的優秀公路自行車運動員為研究對象，比較分析SIT與HIIT的訓練效果，以及對該項目運動員有氧運動能力影響的差異。

眾所周知，最大攝氧量（VO2max）是全球公認的反映運動員有氧能力的重要運動訓練指標之一[26]，其大小取決于氧的供給和利用兩方面的諸多因素，包括每分肺通氣、肺擴散容量、心輸出量、血紅蛋白水平、毛細血管密度、線粒體體積密度和氧化酶活性等[26,27]。

大量研究均證實，HIIT或耐力訓練均對久坐或未經訓練個體具有改善VO2max的效果[1,29]。Roxburgh等研究發現，HIIT結合耐力訓練較傳統耐力訓練更能提高受試者的VO2max，前者提高了10.1%，后者僅提高了3.9%[8]。Metcalfe等對久坐人群的研究同樣觀察到，HIIT后男性VO2max提升 15%，女性提高13%[29]。但文獻資料表明，對有多年訓練經驗的運動員并不能得到這樣的訓練結果；尤其訓練計劃中僅有MCT或對優秀耐力性項目的運動員來說，這樣的訓練計劃很難提高其VO2max[11,30]。這與本研究的結論基本一致，在本研究中，H組運動員VO2max增長率為6.9%，遠低于前者的10.1%；而C組VO2max增長率更是僅有2.9%。在本研究中，SIT訓練組運動員VO2max增長幅度為10%，遠高于HIIT訓練組，說明SIT訓練對優秀公路自行車運動員VO2max的提升效果更明顯、更有效。

每分肺通氣量（VE）是決定VO2max大小的重要因素之一[27]。研究發現，SIT比MCT更能明顯地改善運動員的肺通氣量[11,30]。馬國強等研究證實，SIT訓練能有效提升場地短距離自行車運動員的VE水平[31]。同樣，Riganas等研究顯示，6周的大強度間歇訓練使賽艇運動員吸氣肌力和肺通氣能力上升了28%[32]。本研究也有相同的結論，經過3周6次大強度間歇訓練，SIT組的VE增長率為10.6%，而H組和C組VE增長率僅為1.24%和0.89%。這是由于血液中[H+]、PO2、PCO2升高，刺激了血液中化學感受器[33]，反饋性地刺激了呼吸功能，促使呼吸肌和通氣能力提升。因此，這種訓練模式可通過增加訓練后代謝物的積累而增強呼吸反應。

心輸出量是影響VO2max變化的另一個重要因素，其大小主要由HR和SV決定[27,28,34]。研究證實，IT比MCT對SV的影響更大，因為回心血量的增加會在很大程度上舒張心室，從而迫使心臟收縮更強烈[34]。在本研究中，S組運動員訓練后SV和HRmax均明顯增加（P＜0.05），分別增長了 4.5%和 3.8%，可確定S組運動員心輸出量也明顯增加；而H組和C組SV和HRmax幾乎無變化。可見，SIT訓練更能刺激運動員的心臟泵血能力，對提升運動員的心輸出量更有效果。且VO2max與SV呈顯著相關（r=0.95，P＜0.05），提示SIT訓練對提升運動員VO2max水平有明顯的效果。

本研究顯示，3周6次大強度間歇訓練后，SIT組ΔVE、ΔHRmax均明顯高于H組和 C組（P＜0.05）；SIT組ΔSV也較H組和C組有較大提高。可見SIT對運動員VE、HRmax和SV的提升效果更優于HIIT和傳統的耐力訓練，更有利于VO2max的增加和提升運動員的有氧水平。

另外，從對氧的利用方面來說，Sloth等比較了各種間歇訓練的研究結果后認為，SIT提升VO2max的效果要比單純使用HIIT更好[11]。因為在沖刺訓練的最初幾秒鐘內產生峰值功率比在短時間的運動中保持恒定的、高（但不是最大）的功率水平能誘導更多的生理適應 （由于糖酵解和磷酸肌酸途徑的使用增加）。沖刺訓練時快速產生大功率的能力也與肌纖維的快速募集有關。由于間歇訓練的強度高于VO2max強度，需要募集更多的肌纖維，從而導致Ⅱ型肌纖維的無氧代謝酶活性和有氧代謝酶活性均增強[35]。因此，即使是高水平的運動員采用沖刺訓練也可顯著提高其VO2max和有氧運動能力[11]。

其他的一些研究也提到骨骼肌氧化酶活性對VO2max變化的作用，如琥珀酸脫氫酶、檸檬酸合酶、毛細血管和線粒體密度的增加[36]。一些研究報道稱，2周的間歇訓練相當于耐力訓練10～12周對骨骼肌氧化酶活性的增加效果[36,37]。Rodas等研究發現，2周的SIT結合耐力訓練課有效地提高了骨骼肌安靜肌糖原含量[38]。Burgomaster等研究同樣發現，SIT訓練可使機體丙酮酸脫氫酶和CS活性增強，運動中糖原的分解能力和乳酸產生明顯減少[39]。也有研究認為SIT訓練是提高骨骼肌有氧代謝功能能力更有效的訓練手段。本研究未對該實驗中兩種間歇訓練模式下運動員機體氧化酶活性進行測定，因此未比較兩種訓練模式對機體酶代謝的優劣，這需要在以后開展進一步的研究和證實。本研究對兩組IT訓練組運動員3周訓練前后遞增負荷測試后即刻BLA水平進行了測試，發現兩組運動員BLA均明顯下降（P＜0.05），提示相同負荷下運動員BLA積累減少，可能與3周IT訓練后，在遞增負荷測試過程中，運動員機體糖脂有氧氧化比例增加、無氧酵解供能比例減少有關。SIT訓練組下降幅度更明顯，提示強度更大的SIT可產生更大的適應性變化，對改善運動員有氧供能比例有更積極的作用。

另外，在已報道的所有自行車項目的相關研究中，均未對訓練時的踏頻作明確要求。大量研究[41-42]顯示，自行車項目中踏頻對輸出功率、運動時間、肌肉疲勞方面有非常大的影響，其直接影響訓練效果和運動表現，因此本研究根據前人的研究結論，對運動員訓練時的踏頻作了明確規定。這可能是本研究訓練效果較好的原因之一，這需要在以后進行有針對性的專題研究。

有氧運動能力的提升狀況是多數研究評估大強度間歇訓練效果的重要參數。有研究表明，間歇訓練不僅在提升VO2max效率上優于傳統的耐力訓練，在輸出功率的轉化上也更優于傳統耐力訓練，如間歇訓練對久坐人群VO2max和輸出功率的增長率分別為11.1%和3.0%，對非運動人群的增長率分別為10.1%和7.5%[8]。然而，一些研究表明高水平運動員通過間歇訓練在輸出功率上效果較小[11,30]。在本研究中，S組輸出功率增長率為4.0%；雖然增幅不大，但也遠高于H組和C組的2.7%和2.4%。S組與H組ITT40km成績均較訓練前有顯著性的提高（P＜0.05），S組與H組之間雖無顯著性差異，但S組成績提升幅度明顯優于H組，說明間歇訓練不僅對優秀公路自行車運動員的有氧代謝系統有明顯的改善，而且對有氧運動能力有提升作用，而且SIT訓練效果較HIIT訓練更佳。

綜上所述，高水平自行車耐力運動員采用SIT訓練能顯著提高其有氧代謝系統和有氧運動能力。同時，由于SIT訓練負荷量小、訓練周期短，且訓練效果顯著，所以本研究認為這是一種省時且有效的訓練手段。

4 結論

間歇訓練結合耐力訓練對優秀公路自行車運動員的呼吸系統、有氧供能系統可產生積極的影響；而且，SIT結合耐力訓練較HIIT結合耐力訓練或傳統耐力訓練更能提高公路自行車運動員的有氧代謝能力和有氧運動能力，訓練效果更佳。