浅析皮划艇运动项目生理生化的体能特征

【摘要】:从传统观点来看,皮划艇项目属于有氧代谢的项目。本文通过对皮划艇项目的体能特征进行系统的理论研究分析,选择出生理监控的各项标准,制订出多层次立体的监控体系,客观地反映了运动员的真实情况,得到了理想的效果,为训练计划的制订和实施提供了可靠的科学保证。

    关键词:有氧代谢 肌乳酸 ATP 血乳酸 糖酵解 磷酸肌酸

    皮划艇运动比赛的项目很多,主要的比赛距离有500米、1000米,有些比赛还有200米、5000米,历时最短的不足1分钟,最长的近30分钟。不同的项目在比赛中的能量代谢特点是不同的。在运动生理学上我们常常根据项目比赛的历时来估计三个供能系统的参与情况。早在1969年库尔(Keul)和凯特普勒(Ktppler)对发展运动的基本素质,就提出了极有意义的训练分类法。他们认为,短时间的(不超过三十秒)极限强度负荷,使高能磷酸盐的含量提高;并使催化高能磷酸原恢复的那些酶的活性提高;也使ATP的单位时间的代谢加强;肌肉肥厚,和在某种程度上使肌原纤维的数量增加,最终使力量和速度得到发展;第二类,高强度但长时间(三分钟)的负荷:这种负荷引起糖酵解酶和氧化酶活性的提高;特别显著地增强ATP无氧再合成的能力。其结果,是使局部肌肉耐力得到发展,也就是我们所说的,速度耐力和力量耐力得到发展。第三类,长时间但强度不高的负荷。这种负荷主要引起肌细胞氧化能力的提高,同时使长时间工作的耐力得到发展。

    研究证明:速度,是依赖于肌球蛋白ATP酶的活性大小和磷酸肌酸的含量;而力量,则是依赖于肌肉的体积和在其中的肌动球蛋白质复合体的含量;至于说在一定强度的工作时间内,保持工作能力的耐力,其基础是由于存在着ATP再合成的生化机制。这种生化机制保障维持ATP的平衡,或是在工作的肌肉中,使这种平衡可能较少地遭受破坏。

   在训练过程中,所采用的负荷强度越高,ATP无氧合成的机制就越强烈,肌肉的潜能才能增加。训练负荷时间越长,ATP有氧再合成的能力增长也越显著。因此,在任何训练过程中,增加ATP再合成能力的所有办法,无论是发展无氧机制占优势,还是发展有氧机制占优势,都取决于练习的强度和练习时间的长短。

    速度和力量同肌原纤维的收缩有关,也就是同肌动球蛋白的总数,及其ATP酶的活性有关。因为在训练的影响下,不论是借助于速度负荷还是力量负荷(特别是速度力量负荷),二者都可得到发展。可以断定,已发展速度为目的的训练,也为发展力量建立了先决条件;发展力量的训练,也为发展速度建立了先决条件。

    训练实践表明,在任何训练的开始阶段,都应当向着ATP有氧再合成的能力方面发展。ATP有氧再合成是一般耐力素质的基础,而这一般耐力对于任何运动项目的提高都是必须的。就是说,ATP的氧化生成,是由重复练习的数量所决定的。需氧能力越高,练习之间的恢复过程越快,也就为训练课的密度建立了先决条件。最后,由于已经有了适应生化过程,ATP的氧化生成保障了供给机体在休息过程中进行物质合成的能量。

   赫沃德(Howald)在1976年曾指出,在运动中基本不存在一种能量物质单独供能的情况,肌肉可以利用所有能量物质,只是时间,顺序和相对比率随运动状况而异,不是同步利用。如100米跑,属极限强度,以磷酸原供能为主的项目,磷酸原供能比例愈大,输出功率愈大,愈利于速度的提高。但在数秒钟之内,有乳酸浓度就迅速提高,表明糖酵解已开始供能,且肌细胞内肌红蛋白所贮存的氧仍可供肌肉进行有限量的糖有氧氧化。而以有氧代谢供能为主的马拉松跑,在运动开始时磷酸原首先投入供能,途中的加速跑及终点的冲剌跑为了发挥较大的速度,依然要通过输出功率较高的糖酵解供能完成。最大功率输出的顺序,由大到小依次为:磷酸原系统>糖酵解系统>糖有氧氧化>脂肪酸有氧氧化,且分别以近50%的速率依次递减。当以最大输出功率运动时,各系统维持的运动时间是:磷酸原系统供极量强度运动6—8秒;糖酵解系统供能最大强度运动30—90秒,可维持2分钟以内;3分钟以上的运动,能量要求依赖有氧代谢途径,短时间激烈运动中,糖是重要细胞燃料。运动时间愈长强度愈小,脂肪氧化供能的比例愈大。
笔者也同意上述观点,认为三个系统是不可分割的整体。在任何比赛中,这三系统不可分割。
有氧系统的主导作用:人们普遍地认为,在两分钟以内的最大强度运动中,无氧代谢占主导地位(供能比大于50%)。得出这种结论的根据大概是运动中血乳酸浓度和肌乳酸的浓度,但这种结论值得讨论。

    笔者认为:

    首先,在全力运动中,肌乳酸累积的高峰出现在运动持续到45秒到1分钟的时候。之后,由于肌肉的乳酸水平太高,抑制了肌肉进一步产生乳酸,因而一定要降低运动强度来减少乳酸的产生,增加乳酸的利用,这时肌乳酸浓度不会继续升高,这说明从整体上讲没有乳酸系列的净功能。乳酸产生的降低和乳酸利用的增加都是依靠有氧氧化供能系统来完成的,因而即使前45秒到1分钟的运动全部依靠乳酸系统供能,在500米比赛中也有50%以上的能量来自有氧氧化系统的供能。

    康斯特尔(Costrel)和斯诺米宁(Shominen)就曾对运动员在运动过程中乳酸的去路问题作过研究,他们认为在运动过程中乳酸的最主要去路是进入线粒体进行彻底氧化。如果乳酸在运动过程中不能被及时清除,就必然会导致乳酸堆积,当乳酸堆积到一定程度时,也就是PH值接近于6.4时,肌细胞内的糖酵解限速酶之一,磷酸果糖激酶就会被抑制。而此时,正是运动到1分钟至3分钟之间。也就是说,运动员在这段时间后应该是以有氧代谢为主。但是这种乳酸的堆积导致PH下降的现象却与线粒体有氧代谢能力的强弱有关。有氧代谢能力越强,线粒体内的有氧代谢酶的活性就越高,线粒体的数量就越多,体积就越大,在运动中消除乳酸的能力就越强,肌细胞内的酸碱平衡就越稳定。因此,在运动过程中就会一直有糖酵解过程的进行。其实,训练的目的就是要让运动员在运动的过程既要有乳酸的产生,又要能够不断地清除乳酸,与其说我们是要运动员在运动的过程中产生乳酸,还不如说是要在产生乳酸过程中提高输出功率的能量,但是在此时,又不可避免地产生了乳酸,如果有氧代谢能力较差,也就是在运动过程中清除乳酸的能力较差。如果一个运动员是如此状况,那么他在运动1分钟后,其运动能力就必然会下降。

    其次,前45秒到1分钟的运动也不可能全部依靠乳酸系统的供能。如果通过乳酸系统供能,产生1~1.5摩尔的ATP伴随着1摩尔乳酸的生成,肌肉乳酸的最大生成速度率为0.5mM/Kg·S,也就是说其最大的速率不超过0.5mM/Kg·S的ATP,而肌肉在大强度运动时的能量需求可达2~3 mM/Kg·S的ATP。以全身肌肉重量30Kg计,皮划艇运动中大强度运动的肌肉接近50%,暂不考虑慢肌纤维的乳酸产生速率更低的因素,那么肌肉在1分钟内最多可产生乳酸约为
    15 Kg肌肉×0.5 mM/Kg·S×60秒=450 mM

    可提供的ATP为450~675毫摩尔,而肌肉在500米比赛中需要的ATP(以次最大强计,尚不包括运动强度小的肌肉的ATP消耗量)最小量约为2.0 mM/Kg·S×15 Kg×60秒=1800mM

    从这个粗略的计算,可以看出,乳酸系统在第一分钟的供能不会超出50%。

    第三,我曾经使皮划艇运动员在专项测功仪上进行模拟比赛时的吸氧量,发现在比赛开始后的30秒左右运动员的吸氧量便可达到其最大吸氧量的74%,60秒左右便可达94%,约为4升/分钟左右。

    因此,我认为,即使在历时不到2分钟的500米比赛中有氧氧化供能系统也起着主导作用,更不必说1000米的比赛或更长距离的比赛了,有氧能力强的运动员无疑会在比赛中的能量供应上占优势,在比赛的间歇期间也能更快地恢复以迎接下一次的比赛。这里顺便提一下,氧化能力具有专项性,如果我们因为氧化能力重要而一味以低强度、长时间的训练来提供有氧能力,是达不到预期效果的。

    2、乳酸供能系统的先锋作用:在皮划艇500米的比赛中,乳酸的供能虽然不像原先想像的那样大,但供能系统的重要性并不因供能比例的大小而定,它确定是非常重要的供能途径。原因有:

    一是动员快:运动一开始,它对能量的需求就达到了最高,在前30秒内有氧氧化供能途径尚在提高阶段,ATP—CP系统的供能也只能维持几秒钟,这时的乳酸供能系统以其较快的运动速度和较长的供能时间在这段时间内起到了供能先锋的作用。

    二是功率大。即供能速度快。运动员在比赛中就是需要高速度。骨骼肌的组成成分(如快肌、慢肌)、代谢特点(有氧能力、无氧能力)、比赛中的运动方式等存在极大的差异,各部分肌肉产生乳酸的量和消耗乳酸的量是不同的。工作强度大、乳酸供能能力强(白肌)的肌肉会产生更多的乳酸,而工作强度小、氧化供能能力强的肌肉会利用更多的乳酸。因而,虽然整体水平的乳酸供能比例不大,但实际运动中工作强度大的主动肌的乳酸供能比例可远远大于整体水平。我们甚至可以这样理解,在比赛过程中,工作强度大的肌肉依赖乳酸系统的供能,这样可以保证那些肌肉的大强度工作;而工作强度小的肌肉主要依赖有氧氧化供能,可以将大强度工作的肌肉产生乳酸氧化,减少对其乳酸供能系统的抑制作用。因此,虽然在皮划艇比赛中乳酸供能系统的净供能比例较小,但比赛中的大强度很大程度上是依赖它来实现的。

    3、ATP-CP供能系统的缓冲作用:ATP-CP系统的供能较之乳酸系统快,而且是随时待用的。因此运动开始的供能非它莫属。我们之所以称缓冲作用,是因为:ATP和CP是在乳酸供能系统和有氧供能系统充分调动起来之前发挥作用的。具有时间上的缓冲作用;线粒体产生的ATP不能靠扩散作用到达肌球蛋白,而要依赖胞浆中CP为递体,将高能磷酸键传递到肌球蛋白附近的ADP,使之成为ATP。这种作用谓之空间缓冲作用。

    根据皮划艇项目的体能特征进行的训练分类

一、 磷酸原代谢能力训练
    磷酸原(ATP、CP)供能的输出功率最大,所以由磷酸原供能时,速度、力量是最大的。
磷酸原系统供能特点是维持运动时间短,常为5~8秒,但输出功率在所有系统中是最大的。因此,磷酸原系统的训练可采用专项或专门的最大用力5~10秒重复性练。在5~10秒大强度运动时,能量的供应几乎全部来源于磷酸原供能,在恢复间歇中仅有少量的乳酸生成。

二、有氧代谢训练
    有氧代谢训练能明显改善运输和利用的机能能力,在生化上的适应主要表现在:①骨骼肌线粒体的数量和体积增加,有助于提高氧化磷酸化的能力。②骨骼肌中线粒体酶活性提高,有氧代谢酶活性可以提高2倍,这对于长时间运动保护良好的有氧代谢能力十分重要。③骨骼肌红蛋白增加,如在动物肌肉中可增加80%,从而可使肌肉细胞内氧贮量增加达一倍,改善氧扩散通过线粒体膜的能力。④骨骼肌利用和氧化脂肪能力提高。主要是由于骨骼肌的血流量增加,利用和氧化脂肪的酶活性提高,故在亚极量运动时,有训练者可以脂肪酸获得较多的能量供应,这对于耐力性运动员在长时间内能更好地将糖贮备用于提高速度耐力有好处。⑤肌肉氧化糖的能力亦提高。表现为大量丙酮酸可以通过有氧代谢供能途径氧化,这也有助于骨骼肌中糖原贮备的增加。⑥在不同类型肌纤维中都会出现有氧代谢训练的代谢性适应,耐力性运动员在慢肌纤维中发生横截面积增大现象较快肌纤维明显,并且在慢肌纤维中有氧代谢能力改善最明显。

三、糖酵解代谢能力训练
    无氧耐力素质取决于无氧代谢能力。由于磷酸原的供能在运动大最大用力超过10秒,以后逐渐减少,无氧酵解能量系统供能增加,为了改善糖酵解能量系统的供能能力,必须对该系统进行超负荷训练。这样对30秒至15分钟的运动项目运动成绩的提高都是极为有利的。根据专项的要求不同,可采用下述两种训练方法:

1、 最大乳酸训练
2、 乳酸耐受能力训练

主要参考文献:
[1]杨奎生等译《运动生物化学》人民体育出版社
[2]冯美云等 《运动生物化学》人民体育出版社
[3]冯炜权等 《血乳酸与运动训练应用手册》人民体育出版社
[4]冯炜权等 《运动与血清酶活性变化》中国运动医学杂志