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对最大摄氧量的错误认识

2015-01-08 22:37 出处:虎扑跑步 人气: 评论

    作者简介:

    Steve Magness是美国华盛顿特区George Mason大学的一个学生,他最近刚完成了运动科学的硕士论文,主题是关于长跑的周期训练。他是一位中长跑运动员,1500m的最好成绩是3’43”,同时也执教着一群国家少年中长跑运动员。

 

    摘要:

    这篇文章对最大摄氧量作为评价运动能力的生理指标以及用来制定长跑和其他耐力项目运动员训练计划时作为可变因素的使用提出了质疑。文章首先介绍了它的起源,上世纪20年代最大摄氧量最早是作为一个可测量的参数,作者解释了它为何会在运动科学领域中变得根深蒂固。之后由此导出现代的特别是中心控制模式的研究,以及对于最大摄氧量重要性及其在训练中的实际运用的重新评估。引用的研究显示:建立在最大摄氧量上的基础训练引起的却是各种各样的个体反应,即使在条件相似的运动员之间也是这样。而且运动员到了高水平阶段,最大摄氧量不再继续提高。作者认为以最大摄氧量速度训练有时候未必像我们所描绘得那样能产生明显的效果。而由此也得出了作者的结论,他提出:为什么我们将大量的训练放在一个在高水平运动员当中很少发生改变的、经过适度训练几乎没有变化的、短时间后会趋于稳定的、导致个体之间反应程度的差异很大的、同时又与运动成绩关联不大的变量上?

 

    引言

    在早期各种训练的报告中,MIDGLEY和McNAUGHTON(2006)说:最大摄氧量(VO2max)被认为是决定耐力成绩的唯一一个重要的生理因素。根据这个观点,长跑运动员和其他耐力运动的训练需要把注意力放在最大摄氧量上。通过训练提高最大摄氧量也成为了许多评论文章和运动训练文章的主题内容。整个训练理念也发展为:用最大摄氧量强度进行训练以及用最大摄氧量百分比强度进行训练。如此多的焦点都专注在了这个特别的因素上,会使人感觉它应该是与运动成绩和疲劳反应密切相关的。

 

    事实上并非如此。

    在本文中,最大摄氧量的极限值将会被测定。讨论将会包括这个可变因素本身的合理性:为什么它会变得如此重要、它与运动成绩是如何紧密相连的、基础训练以最大摄氧量速度进行所带来的功效,以及运动员是否应该通过训练来改善它。

 

    “最大摄氧量”这个概念是如何发展的

    测量耗氧量的方法最早起源与上世纪20年代早期。在1923年,A.V. Hill和他的伙伴H. Luption提出了耗氧量上限的概念。实验中,Hill在草地上以不同的速度跑进,同时测量各种情况下的摄氧量,实验发现,在每分钟243米的跑速下,他的最大摄氧量为每分钟4.080升。可随着跑速的增加,摄氧量却不再增加,随后也由此得出结论:耗氧量存在上限,用Hill的话说就是: 

    “跑步时随着速度持续提高,需氧量理应也持续提高,而实际氧的摄入却并非如此,它会有一个最大值……摄氧量会达到它的最大值,之后就仅是保持这个最大值而已,它无法再继续提高,主要是因为受制于血液循环系统和呼吸系统。”

    通过这些发现也得出了两个长期以来被认可的结论。第一个是最大摄氧量受制于血液循环系统和呼吸系统。第二个是为测定最大摄氧量而试着设计的实验室实验的结果,这发生在30年后,TAYLOR等人在强度递进的运动测试中,摄氧量数值持续上升,在它达到稳定状态后,他们便测得了最大摄氧量。然而,在作者原先的释义当中,这个稳定状态并非真正的稳定状态,因为在从一个负荷到另一个负荷的过程中,摄氧量多少会有少于150ml/min的略微增长。通过这些发现可得出:为了得到一个真正的最大摄氧量数值,必须要首先达到摄氧量的稳定状态。

    理解最大摄氧量测试实验如何进行是很重要的,因为它能影响我们对待和使用这个参数的方式。接下来这件事就可归因于此:最大摄氧量是在一次运动中第一次被测得的,运动科学发面的其中一位前辈在上世纪20年代通过很大的努力解释了它的重要性。

    无论一个新的参数何时被发现或提出,在随后的研究中都会有大量的焦点对着它。许多科学家最初的反应都是给新发现的参数赋予许多意义,似乎它能够解答他们所有的问题。深入研究发现并夸大这个新发现的重要性很可能是人的天性。无论何时有新东西被发现,它的重要性都会被过分夸大,直到随着时间的推移逐渐被合理认可位置。这种情况在很多事例中都存在,比如训练中测量乳酸在早期被过分强调其重要性。

    受到很早时候对最大摄氧量这个概念发展的影响,大量早期的调查研究主要是围绕它展开的,从而也就使它原先已被认识到的重要性得到进一步的上升。另外,从很早起,根据最大摄氧量得出的一些理论便得到了发展和测试,由此产生了有很多围绕它的研究和数据的这样一种局面。本质上说,一个大到无法被颠覆的概念产生了,而且几乎就好像运动科学的所有领域都是建立在最大摄氧量这个概念之上的。

 

    重新评估最大摄氧量

    最近,已经有人对将最大摄氧量作为测量标准的合理性以及将它作为评估心肺耐力实用的测量标准提出了质疑。争论点在于事实上最大摄氧量对于测量最大携氧能力并不具有代表性,而是在一定程度上被一个控制中枢控制着。由NOAKES等人提出了中心控制模式(CGM),该模式猜测身体会调节运动用以防止心肌缺血。主要通过大脑调节肌细胞的动员能力,限制向外周的血流量来实现。换句话说,并非像过去认为的运动能力会受制于一些参数,而是有一个控制中枢在运动中扮演着调节器的角色,而最大摄氧量正是反映了肌细胞动员能力的调节。

    但针对这个模式却产生了许多理论上的争论。中心控制模式的支持者举出了这样一个事实:疲劳很少会像用传统方式预测的那样严重。而实际上,身体会通过各种的反馈信息和过去的经历来调节能量的输出,或者说在跑步的时候就是指的调整节奏。节奏这个概念目前正逐渐开始在耐力项目中流行,而跑到最后出现的兴奋状态和终点冲刺这样的事实也为支持这个模式提供了进一步的证据。有趣的是,跑步时节奏的变化以及肌电图(用于测量肌肉活性)可以通过早期的表现就观察到,比如运动员在温暖的和寒冷天气比赛的情况,这些事实使人们更相信疲劳的预先调整模式。

    在比赛最后阶段可观察到肌肉活性的增加,如果肌肉疲劳的话这个现象是不应该发生的。NOAKE对此的猜测是在比赛的最后阶段,身体在告诉自己比赛即将结束,因此机体可以稍微提供更多一些的能量用于比赛中。对于这种猜测在2007年TUCKER等人的研究者得到了证实。他们发现在正常氧量以及高氧两种环境下进行20公里的骑自行车测试,在高氧环境下能量的输出与肌电图的变化幅度成正比。NOAKE引用这个结果进一步证实了控制肌肉活性是调节运动状态的方式之一。

    另一个由中心控制模式引发的有趣的争论是缺氧环境对心输出量的影响。在缺氧状态下训练的结果显示:心率和每搏输出量降低继而导致心输出量的最大值减小。传统观点是心输出量取决于肌肉的需氧量,因此它的最大值不应该减小。然而心输出量却减小了,从中心控制模式的观点来看,这是由于肌肉的工作决定了调节机制的变化和心输出量的大小。如此说来,缺氧环境下心输出量的减小是由于肌肉活性降低造成的,而当增加了氧气提供之后,心输出量会马上增长到正常水平。这种心输出量的快速增长证明体内有一个调节机制在控制着。再者,人们也确实曾质疑为什么在那种肌肉需氧量提高的高海拔地区,心输出量反而减小?

    至于最大摄氧量以及它的测定方法方面的问题,NOAKES(2008年)指出多数情况下人们所希望观察到的在渐增运动负荷测试中最大摄氧量的稳定阶段并不存在。稳定阶段的不存在在一次对世界一流自行车运动员的研究中也得到了证实,测试中仅有47%的运动员出现了这种稳定阶段,这也促使实验人员最后认定自行车运动员成绩的受限因素可能并非对氧的依赖。有趣的是一些人认为自身机体动员能力可能是有的运动员没有出现稳定阶段的原因。如果受试者是缺乏运动的人群那这个结论可能是正确的,然而参与以上实验的人都是世界一流自行车运动员,那认为自身机体动员能力是影响最大强度测试实验结果的因素之一的观点看起来就有些不合理。

    在其他的研究中,例如HAWKINS等人的研究结果显示:个体在传统的递增负荷测试和超大负荷强度测试下得出的最大摄氧量值有所不同,而相对的,群体在这两种试验方法中得出的最大摄氧量的平均值却没有区别,特定的个人在两种实验中可测得不同的最大摄氧量值是有趣的,同时也证明传统的实验方法并不总是能够得出正确的最大摄氧量值。

    结合许多受试者实验中并未出现摄氧量的稳定阶段以及有些个体在超大负荷强度测试较之通常的递增负荷测试中可得到更高的最大摄氧量值这样两个事实,我们应该对通常的递增负荷测试实验得出的最大摄氧量结果提出质疑。

    另外其他的研究显示:受试者知道或者不知道测试何时结束也会影响生理参数结果,这也增加了前面提到的观点的可信度。BADEN等人(2005年)做了个研究,两个实验组进行20分钟次最大强度的跑,分为知道自己实验只跑20分钟的组和不知道自己跑多少时间才结束,甚至在他们跑了20分钟停下之后也不知道此时实验已经结束了的组,同时用自感疲劳分级(RPE,根据运动者自我感觉疲劳程度衡量相对运动强度的指标)来评价疲劳程度,最后也证明了在两组中跑步经济性的显著变化。最大摄氧量测试是一个对于实验参与者来说没有确切结束的距离或时间的测试,因此可能这种不确定的程度会对测得的生理参数结果产生影响。该研究同时也指出了人体反馈以及对情况的预知的重要性,而且它们可以影响生理参数的变化。

    考虑到新的关于疲劳的中心控制模式理论,以及许多实验受试者并未出现稳定阶段从而测出最大摄氧量的事实,我们就必须对将最大摄氧量作为测试参数提出质疑。除此之外,如果最大摄氧量的值是可调控的话,那么就产生了这样一个问题:最大摄氧量是否能精确地反映心肺耐力。如果我们接受这个观点,那么也就是说将最大摄氧量以及最大摄氧量百分比强度运用在实际训练中可能无法给予我们所希望得到的训练效果。

 

    以最大摄氧量速度进行基础训练的效果

    随着对最大摄氧量研究的深入,也产生了建立在该参数上的两种不同训练方法。第一种:认为最大摄氧量速度是训练的最佳强度,用该速度训练可以得到最好的效果。第二种:用最大摄氧量百分比来确定训练强度也逐渐成为了一种流行方式。

    至于以最大摄氧量强度进行训练,产生这种方式主要是因为有过一些评论性研究显示能够最有效地改善最大摄氧量的方法是用与该参数相一致的强度进行训练,而不用考虑训练的持续时间。而该研究发现随后也被用于证明:最大摄氧量速度对于所有的不同能力的人群来说都是提高耐力最好的训练强度。可对于这个结论也产生了两个问题。首先,即使这个研究发现适用于所有的人群,但是正如我们在下文会提及的,在高水平运动员中最大摄氧量不会有明显的改善。第二,过去最大摄氧量和耐力水平被认为是相同的概念,可是正如上文所说的,这并不正确。最大摄氧量或许甚至都不能用于衡量心肺耐力,那也自然就不是耐力水平的唯一决定因素。

    尽管有这些顾虑,以最大摄氧量强度训练已经比较盛行了。这方面的研究已经走过了很多的路。目前,使达到最大摄氧量强度的训练时间最大化的研究得到了许多的关注,而现在看起来也有无数的研究和评论性文章是关于以该强度进行训练方面的

    调查人员研究了各种间歇训练的训练过程,并且都把焦点专注于训练者在训练期间达到最大摄氧量强度的总时间,这种研究方式从本质上看比较有趣,因为它更加专注于某一个参数而非运动成绩。实验的想法是达到最大摄氧量强度的训练时间是提高最大摄氧量所需要的刺激方式。然而,这个理论并未得到研究结果的支持。例如,一份由BILLAT等人1999年的研究发现:经过四周的间歇训练,主要观察在最大摄氧量强度下的训练时间,最大摄氧量和更重要的运动成绩两者都没有得到改善。另外,早先在1984年由WENGER和BELL发表的评论性文章认为高强度训练时对于最大摄氧量的改善与训练量没有关系,甚至对于没有接受过训练的人也是一样。尽管有这些事实证明,研究人员仍旧坚持认为以最大摄氧量强度训练的时间是改善耐力的关键因素,即使没有研究支持过这种观点。

    研究均接受用最大摄氧量百分比来确定训练强度的方法,这也被用于许多的训练方法中。可这种方法的问题却在于:不同的个体之间适应能力的差异很大,即使在相同的最大摄氧量百分比强度下训练也是一样。产生这种现象的原因在于个体的生理情况不同。例如,乳酸阈可以出现在任意的最大摄氧量百分比强度,即使对于经历过训练的个体也是一样。比方说,如果有两位经受过训练的运动员都在一个固定的80%的最大摄氧量强度下训练,对一个人来说这可能是低于乳酸阈的强度而对另一个人来说却高于乳酸阈强度。这在实质上就会影响训练的能量学状况,正如有的研究显示:以70%最大摄氧量强度训练,个体之间乳酸水平的增加可以相差40倍。

    一份最近由SCHARHAG-ROSENBERGER等人(2009年)的实验研究测试了以相同最大摄氧量百分比强度进行训练是否会引起相似的代谢反应。实验发现个体在以固定的强度训练时乳酸反应有很大的差异,即使实验成员的最大摄氧量数值相近。他们也由此得出结论:如果目的是让实验者在训练或实验中产生相近的代谢反应,那就不应该用最大摄氧量百分比强度。

    除了乳酸的差异之外,其他的因素比如个体所使用的反应底物、纤维类型以及其他的生理可变因素都会在一个固定的最大摄氧量百分比强度下产生很大的变化。最近一份由VOLLAARD等人(2009年)的研究显示:在经过六周的耐力训练后各种耐力方面的参数指标的平均值都有了改善,个体的反应差别很大,即使对于所有的实验对象来说都是70%的最大摄氧量强度,有些人的参数指标也甚至表现出对训练的消极反应。这份研究同样发现在最大和次最大强度测试都表现出很大的适应能力的差异,包括摄氧量参数、肌肉酶的活性以及代谢水平。一个有趣的发现是对于最大摄氧量改善的敏感程度较低的人群并非是对于其他参数变化敏感程度较低的人群。在时间测试中最大摄氧量的变化程度与运动成绩的变化程度不符,这个发现很重要,它证明:或许我们应该把更多的注意力放在改善运动成绩上而不是调控像最大摄氧量这样的生理学参数。

    结合过去那些臆断的认为运动成绩会由于此类参数的改善而得到提高的观点,而相对的目前研究显示最大摄氧量的变化通常不会与运动成绩的变化有直接联系,在理解了上述内容之后,有的人不得不对改善诸如最大摄氧量这样的一些参数的训练目的提出质疑。这种个体反应差异很大的现象并不新鲜,在一系列的训练情况下都可以看到,比如高原训练。此外,在了解到当训练强度在一个固定的最大摄氧量百分比下个体反应的差异仍然较大之时,就不得不对它的使用提出质疑。事实上,VOLLAARD等人的研究对将最大摄氧量百分比作为确定强度的方式的做法提出了质疑,同时建议规范的确定训练强度应该建立在那些能更直接地影响能量输出的参数上。

    这些发现再结合之前SCHARHAG-ROSENBERGER等人(2009年)的都建议如果目标是确定训练强度的话,就该忽略掉最大摄氧量百分比。有的人因此将不得不对于训练计划中是否该使用最大摄氧量百分比来规定训练强度感到困惑,因为用个体感觉这种东西来确定训练强度就像买彩票一样。这样训练看起来并不像它描述得那样科学。实际对于受训的长跑运动员来说,可能根据他们最近的比赛情况或者是根据作为目标的最顶尖高水平运动员的比赛节奏百分比来确定强度更有意义。

 

    我们是否应该通过训练来提高最大摄氧量?

    正如先前提到的,研究显示以最大摄氧量强度训练可以使最大摄氧量得到最明显的改善。这也被用于作为以最大摄氧量强度进行训练的理由,因为正如之前讨论的,最大摄氧量是衡量耐力水平的传统方法。这么做的主要想法就是:如果最大摄氧量提高了,那耐力成绩也就会提高。但这可能未必是实情。

    另外还有一个问题由此产生:在高水平运动员阶段最大摄氧量到底是否会得到改善?事实上,这并不会。

    看到最大摄氧量与运动成绩之间的隔阂,VOLLAARD等人的研究发现最大摄氧量的变化与时间测试中成绩的变化没有关系。其他的研究也证明在最大摄氧量数值没有变化的情况下运动成绩能够提高。还有的研究显示在运动成绩没有提高的情况下最大摄氧量可以提高,这个研究由SMITH等人(2003年)发现:当最大摄氧量提高了5.0%的情况下,3000米或者5000米以上距离的项目成绩没有得到提高。另外,对于高水平运动员的运动成绩变化做长期的观察,运动成绩的变化并没有同时伴随着最大摄氧量的变化。

    在高水平运动员中,许多研究都显示即使伴随着运动成绩的改善,最大摄氧量也没有变化。其中有个仅有的在一组非常多的高水平运动员(33人)身上完成的研究,LEGAZ ARRESE等人(2005年)历时三年追踪调查最大摄氧量的变化。运动成绩的提高在男子运动员身上平均为1.77%,女子运动员身上为0.69%,而最大摄氧量在本质上保持不变(男子运动员76.56-76.42,女子运动员70.31-70.05)。这提供了高水平运动员最大摄氧量没有改变的条件下运动成绩得到改善的事实。此外,在各种情况相同的组群,比如高水平运动员中发现:最大摄氧量与运动成绩也没有较高的关联性,而且它无法用于区分哪名运动员跑得更快。

    在对高水平运动员的两个事例研究中得到了进一步的证据。一个是对一位奥运会级别的女运动员的研究,JONES(1998年)的研究显示:当运动员的3000米成绩缩短了46秒时,最大摄氧量却由72ml/kg/min下降到66ml/kg/min。另外一份研究也是由这个作者做的,该研究对象是目前女子马拉松世界纪录保持者——保罗拉德克里夫(英国),实验发现尽管最大摄氧量由于测试时间长短而会发生变化,但从1992-2003年它实质上还是基本稳定在70ml/kg/min。拉德克里夫的最大摄氧量在实质上基本保持稳定,可她的训练量和强度却一直大幅度地增加,这看起来有些奇怪。她的训练量从一个中等的每周25-30英里(40-49KM)(而她当时的最大摄氧量值已经达到了72)到每周120-160英里(192-256KM)。尽管这种大幅度地增加运动量和强度意味着能更快地改善最大摄氧量,但事实是最大摄氧量没有发生改变。

    最大摄氧量的快速变化甚至也可以在没有经历过专业训练的个体上发现。在一份由SMITH和DONNELL(1984年)所做的研究中,他们对一个超过36周的训练中最大摄氧量的变化进行了评估。试验期间最大摄氧量大幅度地增加了13.6%,但是这些增加都是发生在前24周,在最后12周期间没有进一步的增加。类似的,在一份由DANIELS等人(1978年)对未经历过训练的人群做的研究中,即使训练负荷持续增加,运动成绩也持续提高,可最大摄氧量只是在前四周得到增加,但在其后就没有继续提高了。根据上述的证据:最大摄氧量在高水平运动员中不会发生变化,而且与运动成绩的提高没有直接关系,那么看起来在训练中侧重于最大摄氧量的改善似乎对于执教高水平运动员的教练们来说并不是一种合理的方法。

 

    结论 

    VOLLAARD等人果断地给出了这样一个结论:另外,我们已经证明最大摄氧量和有氧水平反映在生理生化方面并不相关联,建议以后可能需要对过去所提倡的对改善耐力成绩决定因素的训练方式进行重新审视。他们所意识到的“有氧水平和最大摄氧量并不直接等同而且甚至两者之间没有较好的关联性”的观点是通往正确道路的第一步,这种观点需要更进一步地得到认可。

    将上述的各文献结论和先前所说的NOAKES提出的中心控制模式结合在一起考虑,可以发现它们说明或许最大摄氧量不该如我们所认为的那样去衡量。再加上用最大摄氧量百分比来确定训练强度产生的个体反应的差异非常大而且最大摄氧量在受训运动员中没有发生变化这样的一些事实,我们不得不质疑所有的训练计划都建立在最大摄氧量的基础上的原因何在?

    因此,我们在最后给科学家和教练们提出了这样一个关键性问题:为什么对于耐力的训练会把大量的焦点放在一个在高水平运动员中并不会发生变化的、在适度的训练后很少变化的、在短期之后又会趋于稳定的、而且甚至与运动成绩关联不大的变量上?

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