不同方式沖刺間歇訓練對優秀男子橄欖球運動員運動能力的影響

史明政，劉 泳，趙振東，謝維軍

橄欖球比賽是一項集體性球類運動，基于比賽非周期性、高對抗、高強度、多間歇、運動總持續時間較長等特點，從能量代謝層面要求運動員有氧和無氧代謝供能系統均需充分動員。其中，高能磷酸原系統和糖酵解系統的供能能力（無氧代謝系統）決定著橄欖球比賽中激烈的傳球、抱球跑動、沖刺跑、傳平直球、傳旋轉球、輕踢球和滾球等高強度和高難度動作的質量；而有氧氧化系統（有氧代謝系統）能夠加速無氧代謝能力恢復，延緩疲勞出現，是運動員完成較長時間比賽（如英式橄欖球比賽為80 min）的基本保證（劉小平 等，2012）。因此，對于橄欖球運動員，有氧代謝能力是體能基礎，無氧代謝能力是致勝關鍵。

由于間歇運動是同場對抗（足球、籃球、手球、橄欖球等）和格斗對抗類（摔跤、柔道、拳擊、跆拳道、空手道等）項目比賽最重要的特征，運動員需要不斷重復進行最大強度或次最大強度的沖刺活動（劉小平 等，2012）。雖然這種高強度的快速移動在全場移動中所占的比例不高，但卻承載著關鍵運動技術的完成，因此，運動員常使用沖刺間歇訓練（sprint interval training，SIT）作為日常訓練內容（MacInnis et al.，2017）。SIT是高強度間歇訓練（high-intensity interval training，HIIT）的一種模式，其特點是需要運動員全力沖刺（跑步、蹬車、游泳等）以維持較高甚至最高的生理刺激和代謝反應，尤其適用于同場對抗項目運動員（MacInnis et al.，2017）。以非運動員為受試的多項研究均證實（Astorino et al.，2017；Ito et al.，2016；Schubert et al.，2017），SIT能夠顯著改善機體有氧、無氧運動能力并引起多項生理、生化參數發生有益變化。然而，針對同場對抗項目運動員的研究鮮有報道。Robineau等（2017）證實，橄欖球運動員進行2次/周、共8周SIT后，最大攝氧量（maximal oxygen uptake，O2max）和反復沖刺實驗成績分別提高5.4%和3.2%。Ravier等（2009）讓9名空手道運動員在常規訓練基礎上進行2次/周、共7周的SIT后發現，力竭運動時間、最大氧虧積累和O2max分別增加23.6%、10.3%和4.6%，而僅從事常規訓練的對照組上述指標均無顯著性變化。在Farzad等（2011）的研究中，摔跤運動員經歷2周/次、共4周的SIT后，遞增負荷運動實驗中的O2max以及4×30 s Wingate實驗時前2組峰值功率輸出（peak power output，PPO）和平均功率輸出（mean power output，MPO）均顯著升高。張學領等（2016）發現，短期（2次/周，共4周）SIT即可改善青年男子籃球運動員有氧［O2max和最大有氧功率（maximal aerobic power，MAP）］和無氧（30 s Wingate實驗中的PPO和MPO）運動能力。

此外，橄欖球比賽時需要運動員上肢（擒抱、阻擋、擲球）和下肢（踢球、跑動）協同配合，因此，日常訓練中應注重發展各部位運動能力，給予上下肢充足的負荷刺激。Horswill等（1992）針對摔跤運動員的研究指出，上肢與下肢無氧功率與運動員的競賽成績顯著正相關。有研究探討了柔道（Franchini et al.，2014）、摔跤（Nikooie et al.，2017）、游泳（Lomax et al.，2015）等項目運動員采用不同類型自行車測功儀進行不同部位訓練的效果，然而，SIT是否能夠應用于優秀橄欖球運動員尚未明確。因此，本研究以優秀男子橄欖球運動員為對象，觀察常規訓練基礎上進行不同方式（上肢vs下肢）SIT對不同部位有氧、間歇沖刺運動能力等的影響。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選取中國農業大學男子橄欖球運動員（均為運動健將），納入標準：1）均參加過官方舉辦的國際賽事（橄欖球世界杯賽、世界錦標賽、奧運會等）；2）身體健康，無心血管和肺臟疾病、代謝性疾病以及運動系統疾病；3）無煙酒嗜好；4）3個月內未發生急慢性感染以及運動性損傷；5）未使用過控體重手段（節食、催吐、瀉藥），未服用營養補劑和藥物。共36名受試者符合上述標準并自愿參加本實驗，實驗前向受試者及其教練員說明研究目的和研究流程后簽訂知情同意書。

1.2 研究設計

采用隨機-對照實驗設計將受試者隨機分為上肢訓練組（upper extremity training，UT）、下肢訓練組（lower extremity training，LT）和常規訓練對照組（routine training control，RC），每組12人。受試者先利用3天時間熟悉實驗流程（尤其是上、下肢功率車的使用），分別于6周SIT前以及末次訓練后48 h進行以下測試：1）身體形態學指標測試：包括身高、體重、身體成分等；2）上肢和下肢有氧運動能力測試（遞增負荷力竭實驗）；3）上肢和下肢間歇沖刺運動能力測試（6×10 s全力蹬車）。所有測試均在同一時間段（上午6：00～10：00）完成以避免生物節律的干擾。

1.3 身體形態學和安靜時血液動力學參數測定

測量時要求清晨（7：00～8：00）空腹、排空大小便、輕裝、赤足。利用體質檢測組件（方舟III，中國）測定身高（m）、體重（kg），誤差分別精確至0.01 m和0.1 kg，計算身體質量指數（body mass index，BMI）＝體重（kg）/ 身高（m）2。利用身體成分分析儀（Inbody 550，韓國）以阻抗法測定身體成分，主要指標包括脂肪重量（fat mass，FM）、去脂體重（fat free mass，FFM）和體脂百分比（percentage of body fat，PBF）。

身體成分測試后端坐位安靜休息5～10 min，采用經校正后的標準臺式水銀柱血壓計測量右上臂肱動脈血壓，每次間隔5 min，連續測量3次，取其平均值，獲得收縮壓和舒張壓。用遙測心率表（Polar S810，芬蘭）測定安靜心率（heart rate，HR）。

1.4 有氧運動能力測試

采用遞增負荷力竭實驗測試受試者有氧運動能力。參照Pires等（2011）建立的方法利用MONARK 891E自行車測功儀（瑞典）測試上肢有氧運動能力：起始負荷為26.5 W，每3 min遞增26.5 W，保持90 rpm轉速。參照Denadai等（2004）建立的方法利用MONARK LC6自行車測功儀（瑞典）測試下肢有氧運動能力：起始負荷為70 W，每3 min遞增35 W，保持70 rpm轉速。當受試者主訴力竭或者不能維持預定轉速（上肢：90 rpm，下肢：70 rpm）超過5 s即終止實驗。整個實驗過程中受試者佩戴氣體代謝系統（Cortex Ⅱ，德國）以監測運動中的通氣量（ventilation volume，VE），攝氧量（oxygen uptake volume，O2）、CO2呼出量（carbon dioxide output volume，V.CO2）等通氣指標，佩戴遙測心率系統（Polar S810，芬蘭）實時監測HR。獲取以下指標：1）O2max：出現以下4個標準中的3個即可認為達到O2峰值：呼吸交換率（RER＝CO2/O2）超過1.15；出現攝氧量平臺，即O2的變化幅度不超過150 ml/min；接近或達到（±10 b/min）年齡預測最大HR（HRmax＝220－年齡）；受試者主訴力竭。將O2達到峰值并持續至少15 s作為.O2max。2）MAP：若剛好完成最后一級負荷（3 min），則本級負荷對應的功率即為MAP；若最后一級負荷未完成（＜3 min），則利用以下公式計算：MAP＝倒數第二級負荷對應的功率＋最后一級負荷對應的功率×最后一級負荷完成的時間（s）/180。3）HRmax：運動實驗過程中的最高HR值。4）通氣閾（ventilatory threshold，VT）：判斷標準為遞增負荷運動實驗過程中VE/O2出現非線性增加而VE/.CO2未發生變化的臨界點，此時的O2即為VT（Haapala et al.，2018），計算VT/O2max，同時獲取VT對應的功率，即通氣閾功率（power at ventilatory threshold，PVT）。

1.5 間歇沖刺運動能力測試

用高強度間歇沖刺（intermittent high-intensity sprint，IHIS）實驗測試受試者間歇沖刺運動能力。參照文獻（Cheng et al.，2013；Lee et al.，2011）以及課題組前期建立的方法（史明政，2017）分別利用MONARK 891W和MONARK 894E自行車測功儀（瑞典）測試上肢和下肢無氧運動能力，阻力負荷分別設定為體重的5%（上肢實驗）和7.5%（下肢實驗）（Dotan et al.，1983），受試者盡全力蹬車10 s、間歇60 s為1組，共完成6組，間歇期進行積極性恢復，即坐在功率車上繼續運動，UT組和LT組負荷分別為26.5 W（90 rpm）和70 W（70 rpm）。由連接測功儀的電腦記錄PPO和MPO。于測試前、測試后3 min取無名指指血利用YSI-1500型血乳酸分析儀（美國）測定血乳酸（blood lactate，BLa）濃度。選擇3 min是由于高強度運動后即刻肌肉產生的乳酸超過BLa水平，肌乳酸與BLa尚未達到平衡，因此采血時間點應稍滯后，約1～5 min，本研究采用3 min可反映肌乳酸含量（孫一 等，2018a）。

1.6 訓練安排

本實驗于2018年9－11月完成。運動員于7月參加2018年世界大學生七人制橄欖球錦標賽后進入周期性年度訓練計劃的調整階段，其日常訓練主要包括體能訓練（一般體能、專項體能）、技術訓練、戰術訓練和模擬比賽，4天/周（其中力量訓練為3天/周）。本研究RC組運動員按照原訓練計劃進行6周常規訓練，UT組和LT組在常規訓練后分別進行上肢SIT或下肢SIT，方案參照Ravier等（2009）、Farzad等（2011）、Robineau等（2017）和Lovell等（2013）的研究以及King等（2009）的調查統計結果（橄欖球比賽時運動員高強度運動持續時間約1～35 s）并稍作修飾。先進行5 min準備活動，強度為40%MAP，蹬車頻率分別為90 rpm（UT組）和70 rpm（LT組）；休息3 min后開始正式訓練，UT組使用MONARK 891W自行車測功儀（瑞典）進行上肢SIT，阻力為體重的5%，20 s全力蹬車后休息2 min，重復4次為1組，共完成2組，組間間歇4 min，2次/周；LT組使用MONARK 894E自行車測功儀（瑞典）進行下肢SIT，除阻力負荷設定為體重的7.5%外，訓練方案同UT組。SIT總時間為26 min 40 s，包括5 min準備活動、3 min休息、2組7 min 20 s SIT＝［（20 s＋2 min）×4－2 min）］以及4 min組間間歇，其中全力運動時間為2 min 40 s（＝20 s×4×2）。

根據Foster等（2001）建立的方法估算UT組和LT組訓練負荷，即訓練負荷＝RPE×D，RPE為Borg自感疲勞分級（Rating of Perceived Exertion）（0～10），D為訓練時間（min）。

1.7 統計學分析

所有數據以 “均數±標準差”表示。使用SPSS 20.0軟件包對數據進行統計學處理，受試者基線變量、身體成分參數以及有氧運動能力參數，組間比較使用單因素方差分析，組內實驗前后比較使用配對t檢驗；間歇沖刺運動能力的時程變化使用重復測量方差分析。統計學意義定為P＜0.05。

2 結果

2.1 受試者一般特征

所有受試者均完成全部測試和訓練干預。實驗前基線變量特征如表1所示，身體形態學參數（年齡、身高、體重、BMI、FFM、FM和PBF）和血液動力學參數（安靜HR和血壓）3組間均無顯著性差異（P＞0.05），UT組和LT組SIT訓練負荷比較亦無統計學意義（P＞0.05）。

表1 受試者基線變量特征Table 1 Baseline Parameters Characteristics of the Subjects

2.2 身體成分的變化

與訓練前比較，訓練后各組身體成分參數（體重、BMI、FFM、FM和PBF）均無顯著性變化（P＞0.05）（表2）。

表2 身體成分的變化Table 2 Changes of Body Composition

2.3 有氧運動能力的變化

訓練前遞增負荷運動實驗過程中，表征有氧運動能力的各參數在3組間均無顯著性差異（P＞0.05）。上肢遞增負荷運動實驗：訓練后UT組和RC組MAP、LT組VT/O2max和PVT均高于訓練前（P＜0.05），UT組MAP較RC組升高8.5%（P＜0.05）。下肢遞增負荷運動實驗：訓練后各參數與訓練前比較無顯著性變化（P＞0.05），3組間比較亦無統計學差異（P＞0.05）（表3）。

表3 上肢和下肢遞增負荷運動時有氧運動能力的變化Table 3 Changes of Aerobic Performance of Upper and Lower Extremities during Grade Exercise Test

2.4 上肢間歇沖刺運動能力的變化

訓練前后比較以及組間比較表明，上肢IHIS實驗過程中PPO和MPO均無顯著性差異（P＞0.05）（圖1、圖2）。與IHIS前比較，IHIS后BLa升高（P＜0.05），與訓練前比較，BLa均無顯著性變化（P＞0.05）（圖3）。

圖1 上肢6×10 s IHIS實驗時PPO的變化Figure 1. Changes of PPO during Upper Extremity 6×10 s IHIS Test

圖2 上肢6×10 s IHIS實驗時MPO的變化Figure 2. Changes of MPO during Upper Extremity 6×10 s IHIS Test

圖3 上肢6×10 s IHIS實驗前后BLa的變化Figure 3. Changes of BLa before and after Upper Extremity 6×10 s IHIS Test

2.5 下肢間歇沖刺運動能力的變化

訓練前，3組下肢IHIS實驗過程中表征間歇沖刺運動能力的各參數（PPO、MPO）均無顯著性差異（P＞0.05）。訓練后LT組PPO較訓練前無顯著性變化（P＞0.05），MPO在IHIS實驗S5～S6較訓練前升高（P＜0.05），IHIS后BLa較訓練前降低（P＜0.05）；UT組和RC組各參數均無顯著性變化（P＞0.05）（圖4～6）。

圖4 下肢6×10 s IHIS實驗時PPO的變化Figure 4. Changes of PPO during Upper Extremity 6×10 s IHIS Test

圖5 下肢6×10 s IHIS實驗時MPO的變化Figure 5. Changes of MPO during Upper Extremity 6×10 s IHIS Test

圖6 下肢6×10 s IHIS實驗時BLa的變化Figure 6. Changes of BLa before and after Lower Extremity 6×10 s IHIS Test

3 討論

3.1 不同方式SIT對上肢運動能力的影響

在本研究中，不同方式SIT后上肢有氧運動能力均提高，表現為上肢遞增負荷運動實驗時UT組和RC組MAP（且UT組高于RC組）、LT組VT/O2max和PVT升高。有氧能力

改善有助于氧氣轉運（即心輸出量增加）以及工作肌（參與運動的骨骼肌）對氧的利用（動靜脈氧差增加）。然而，MAP、VT/O2max和PVT上調同時并未伴隨O2max相應增加，可能與干預時間較短有關，即短期（6周）訓練對心肺系統的作用甚微。一般認為運動測試過程中的功率指標是由神經肌肉因素決定的（Girard et al.，2011）。SIT與其他HIIT形式誘導的適應機制存在差異，SIT除可產生相似的心肺適應外，還可對神經肌肉系統產生更為強烈的生理應激。由于骨骼肌系統可塑性較強，其較心肺系統更易對運動訓練產生反應和適應（王增喜 等，2018），因此，SIT誘導骨骼肌結構和/或功能改變可能是MAP和PVT升高的主要原因。針對對抗類項目的研究結果發現，摔跤運動員（Farzad et al.，2011）、空手道運動員（Ravier et al.，2009）、橄欖球運動員（Robineau et al.，2017）分別進行4周、7周和8周SIT（方式均為沖刺跑）后O2max提高5.4%、4.6%和5.4%。研究結果存在差異可能與受試者從事的項目、基礎體能水平、采用SIT的方式及方案等因素有關。本研究中，UT組和LT組上肢IHIS實驗各參數均無顯著性變化，提示，不同方式SIT均未改善上肢間歇沖刺運動能力。

3.2 不同方式SIT對下肢運動能力的影響

LT組進行下肢IHIS實驗時的MPO升高，而RC組則無顯著性變化，提示，常規訓練基礎上額外增加2組下肢SIT即可改善下肢間歇沖刺運動能力。值得注意的是，LT組下肢MPO僅在第5和第6組IHIS實驗時升高。Farzad等（2011）報道，摔跤運動員4周SIT后利用4×30 s Wingate實驗測試下肢無氧運動能力，結果發現，受試者完成前2組Wingate時的PPO和MPO增加。本研究還發現，LT組下肢IHIS實驗后BLa降低，而在Farzad等（2011）的報道中，血乳酸含量在各組Wingate間均無顯著性差異，據此可以推論，SIT誘導的骨骼肌代謝適應機制與本研究可能存在不同。從供能角度上，SIT屬于混氧代謝，運動初始階段無氧供能代謝比例較高，隨后有氧代謝參與供能（再合成磷酸肌酸以及清除乳酸）逐漸增加（孫一 等，2018a）。孫一等（2018b）的動物實驗顯示，一次SIT可同時募集快肌和慢肌纖維，長期（8周）SIT后快肌和慢肌中琥珀酸脫氫酶（有氧代謝）活性上調。結合本研究結果推測，LT組末次IHIS實驗運動能力提升并伴隨血乳酸下降可能是骨骼肌氧化能力提升所致。在反復沖刺時，有氧代謝供能比例逐漸得到增加，但有一點必須明確，雖然比例相對增加，但其對總能量的貢獻率仍然較低，這也可能是LT組下肢有氧運動能力并未表現出顯著改善的原因之一。此外，UT組下肢遞增負荷運動實驗和IHIS測試中各指標均無顯著性變化，說明上肢SIT并未提升下肢有氧和間歇沖刺運動能力。

3.3 可能機制

本研究結果顯示，下肢SIT可同時改善下肢間歇沖刺以及上肢有氧運動能力，而上肢SIT則僅提高上肢有氧運動能力。Sanchís-Moysi等（2010）證實，下肢有氧代謝能力以及I型（慢肌）肌纖維比例均高于上肢；Harvey等（2015）的研究指出，上肢Wingate實驗時有氧氧化系統（11.4%±1.4%）以及高能磷酸原系統（28.3%±4.9%）的供能比例均低于下肢（分別為16.8%±2.5%和36.5%±6.3%）。結合本研究結果推測，下肢SIT對于機體能量代謝系統的刺激更為深刻，加之下肢訓練時前臂固定于功率車把手以穩定動作并傳導力量，由此可引起上肢（前臂和肩）肌肉同步募集（靜力性收縮）（Smith et al.，2008），故下肢SIT能夠同時提高上肢和下肢運動能力。但由于上肢體積較小以及上肢訓練對下肢的刺激負荷較低，所以，上肢SIT對下肢運動能力的影響甚微。有趣的是，Zinner等（2016）證實，未經訓練者進行上肢SIT能夠提高下肢有氧運動能力，Kochanowicz等（2017）通過PCR技術發現，上肢和下肢Wingate實驗后的細胞應激反應并無顯著性差異，因此，不同肢體部位SIT的效果并不確定，其機制尚需進一步厘清。

3.4 研究不足

第一，僅選取男性作為受試對象，研究結果是否適用于女子運動員尚不得而知。第二，關于橄欖球運動員運動能力尤其是間歇沖刺運動能力的評價方法較多，但大多屬于場地測試，一般用于日常訓練，用于科研領域重復性（信度）較差（Chiwaridzo et al.，2017）。IHIS是足球項目中評價間歇沖刺能力的一種方法，已得到研究證實（史明政，2017），由于足球和橄欖球比賽時其供能特點基本相似，因此推測同樣適用于橄欖球運動員，但用IHIS檢驗SIT效果的信效度鮮見報道，需要進一步證實。第三，使用Inbody身體成分分析儀測試身體成分存在一定誤差，因此，本研究中各組身體成分參數無顯著性改變的原因可能與測試方法有關，今后應采用金標準——雙能X線骨密度吸收法測試身體成分，使結果更為可靠。

4 結論與建議

優秀橄欖球運動員在日常訓練中融入不同方式SIT能夠改善上肢有氧以及下肢間歇沖刺運動能力，但無論何種SIT方式，上肢無氧和下肢有氧運動能力均未得到改善。建議進行更長時間干預，抑或需要結合其他訓練方式（上肢抗阻訓練、下肢有氧訓練）方能全面提高運動員不同肢體部位運動能力。