短期沖刺間歇訓練對青年男子籃球運動員肌氧含量和運動能力的影響

張學領

摘 要：觀察短期沖刺間歇訓練對運動員運動中肌氧含量以及運動能力的影響，為科學合理制定訓練計劃提供依據。將30名青年男子籃球運動員隨機分為實驗組（EG，n=15名）和對照組（CG，n=15名）。CG運動員正常訓練，EG在正常訓練基礎上每周進行2次沖刺間歇訓練，實驗周期為4周。分別于實驗前后利用遞增負荷實驗測定有氧運動能力；30 s Wingate實驗測定無氧運動能力；近紅外光譜測定技術（NIRS）監測高強度間歇運動實驗中（反復5次30 s Wingate實驗，間歇期4 min）股外側肌氧含量的變化。結果顯示：實驗后，組內與實驗前比較，EG受試者遞增負荷實驗時的最大攝氧量和最大有氧功率升高（P<0.05），1次Wingate實驗時的峰值功率和平均功率增加（P<0.05），間歇運動實驗中氧合血紅蛋白和氧合肌紅蛋白、脫氧血紅蛋白和脫氧肌紅蛋白以及組織氧合指數變化量的絕對值均顯著性升高（P<0.05），血紅蛋白總量無顯著性改變（P>0.05）；CG受試者所有指標均無顯著性變化（P>0.05）。結果表明：短期沖刺間歇訓練改善了青年男子籃球運動員有氧、無氧運動能力以及間歇運動時外周骨骼肌的攝氧能力。

關 鍵 詞：運動生理學；沖刺間歇訓練；肌氧含量；運動能力；近紅外光譜術；青年男子籃球運動員

中圖分類號：G804.2 文獻標志碼：A 文章編號：1006-7116（2016）04-0122-05

Effects of short-term sprint interval training on the muscle oxygen content and athletic capacity of young male basketball players

ZHANG Xue-ling

（School of Physical Education，Zhengzhou University，Zhengzhou 450044，China）

Abstract： The author observed the effects of short-term sprint interval training on the muscle oxygen content and athletic capacity of young male basketball players， so as to provide a criterion for establishing training plans in a scientific and rational way. The author divided 30 young male basketball players randomly into an experiment group （EG， n=15） and a control group （CG， n=15）， let the players in group CG have normal training and let the players in group EG have 2 times of print interval training a week on the basis of normal training for 4 weeks， and respectively before and after the experiment， measured their aerobic exercise capacity by means of progressively increased load experiment， measured their anaerobic exercise capacity by means of 30s Wingate experiment， monitored the changing of vastus lateralis muscle oxygen content during high intensity interval exercise experiment （repeated 5 times of 30s Wingate experiment， interval 4min） by means of near-infrared spectroscopy （NIRS）， and revealed the following findings： after the experiment， as compared with those measured before the experiment， the maximum oxygen uptake and maximum aerobic power of the testees in group EG increased （P<0.05） during progressively increased load experiment， their peak power and mean power increased （P<0.05） during 1 time Wingate experiment， during interval exercise experiment， the absolute values of change in oxyhaemoglobin+oxymyoglobin （HbO2+MbO2）， deoxyhaemoglobin+deoxymyoglobin （HHb+HMb） and tissue oxygenation index （TSI） increased significantly （P<0.05）， while total haemoglobin （tHb） had no significant change （P>0.05）； all the indexes of the testees in group CG had no significant change （P>0.05）. The said findings indicated that short-term print interval training improved the aerobic and anaerobic exercise capacities of young male basketball players as well as their peripheral skeletal muscles oxygen uptake capacity during interval exercise.

Key words： sports physiology；sprint interval training；muscle oxygen content；athletic capacity；near infrared spectroscopy；youths basketball player

籃球項目常需要運動員在比賽中做出加速、全力沖刺等間歇性動作，其強度往往超出最大攝氧量（超大強度）并持續數秒。據統計，籃球運動員在一場比賽中的超大強度運動可占到總移動距離的11.2%～18.8%[1]，因此從總供能比例上看籃球屬于有氧運動，但短時間無氧供能占到近1/4的比例，且無氧能力是決定比賽勝負的關鍵因素。沖刺間歇訓練（sprint interval training，SIT）是高強度間歇訓練的一種模式，可同時發展運動員有氧和無氧運動能力，其特點是以接近或超過最大有氧能力的強度運動與一定間歇交替進行[2]。SIT時運動員需要全力沖刺（跑步、蹬車、游泳等）以維持較高甚至最高的生理刺激和反應[2]。SIT提高運動能力的機制與骨骼肌系統、心血管系統、呼吸系統結構與功能改善以及代謝適應有關[3-4]。

研究證實，SIT能夠改善骨骼肌氧化能力，但具體機制尚不清楚。近紅外光譜測定技術（near infrared spectroscopy，NIRS）可通過近紅外線的氧依賴特征獲取骨骼肌中氧代謝的變化[5]。NIRS在臨床醫學中已得到廣泛應用，但在運動醫學與運動訓練中開展的研究較少[6]。便攜式肌氧測定儀的出現為觀察運動中肌肉氧代謝的變化提供了便利。不論是實驗室測試還是運動現場測試，NIRS均具有較高的信度，可提供運動中肌肉氧合水平、脫氧速率以及再氧合速率等信息[6]。即使短時間運動（如持續數秒的沖刺訓練），亦可通過NIRS快速獲取運動中的肌肉氧代謝情況。由于通過NIRS可進行無創檢測和無線遙測且結果信度高，因此將其應用于運動員可為個性化訓練方案的制定以及訓練調控提供保障。有關身體機能對SIT的急性反應業已明確[7-8]，但SIT誘導的慢性生理適應則鮮有關注。本研究旨在探討短期SIT對青年男子籃球運動員運動中肌氧含量和運動能力的影響。

1 研究對象和方法

1.1 研究對象

選取30名青年男子（年齡18～22歲）籃球運動員，國家1級和2級水平。受試者身體健康，無心血管和肺臟疾病、代謝性疾病和運動系統疾病，無煙酒嗜好，近期無急慢性感染、運動損傷以及使用藥物和營養補劑。將受試者隨機分為實驗組（experimental group，EG）和對照組（control group，CG），每組15人。CG運動員正常訓練4周，EG在正常訓練基礎上還需完成每周2次、共4周的SIT干預。

1.2 實驗總體設計

實驗前告知注意事項并簽訂知情同意書。受試者分3次進入運動生理實驗室進行相關測試。第1次：熟悉實驗流程與功率自行車的使用并進行預實驗。第2次：間隔48 h后，測定身體形態學、血液動力學參數，利用遞增負荷實驗測定有氧運動能力，利用1次Wingate實驗測定無氧運動能力，利用便攜式肌氧測定儀測定高強度間歇運動實驗中肌氧含量的變化。次日開始進行4周實驗干預。第3次：末次實驗48 h后再次進行上述各項測試，內容同第2次。囑受試者實驗前48 h清淡飲食，避免劇烈運動，避免吸煙、飲酒和喝咖啡。

1.3 身體形態學、血液動力學測定

測定身高（m）、體質量（kg）并計算體質量指數（body mass index，BMI）。用身體組成分析儀（Inbody 520，韓國）以生物電阻抗法測定身體成分，包括脂肪質量（fat mass，FM）、去脂體質量（free fat mass，FFM）和體脂百分比（percent body fat，BF（%））。坐位休息5～10 min后用標準臺式水銀柱血壓計測量右上臂肱動脈血壓，測量3次取均值（每次間隔5 min），獲得收縮壓（systolic blood pressure，SBP）和舒張壓（diastolic blood pressure，DBP）。計數3次（4×15 s）脈搏取均值作為安靜心率（heart rate，HR）值。

1.4 有氧運動能力測定

利用遞增負荷功率車（Monark 839E，瑞典）實驗測定有氧運動能力。測試方案：起始負荷90 W，每2 min遞增30 W，保持60 r/min蹬車速度。用德國產Cortex Ⅱ型運動心肺代謝系統測定攝氧量（VO2）、CO2呼出量（VCO2）等通氣指標，用遙測心率表（Polar S800，芬蘭）記錄HR，根據主觀疲勞感覺（ratings of perceived exertion，RPE）量表（6～20級）記錄疲勞程度。若出現以下4個標準中的3個即終止實驗：（1）呼吸商（RQ=VCO2/VO2）超過1.15；（2）心率超過180 b/min；（3）出現攝氧量平臺，即VO2的變化幅度不超過150 mL/min；（4）受試者主訴力竭。此時的VO2值即最大攝氧量（maximal oxygen uptake，VO2max），記錄最大心率（HRmax）、最大血壓值（SBPmax和DBPmax）、最大有氧功率（maximal aerobic power，MAP）、最大RQ（RQmax）和最大RPE（RPEmax）。

1.5 肌氧含量測定

使用無氧功率自行車（Powermax VII，日本）進行一次高強度間歇運動實驗（反復5次30 s Wingate實驗，間歇期4 min）。受試者先進行5～10 min準備活動，之后開始正式實驗：受試者盡全力蹬車，同時阻力增大，在2～3 s內達到規定負荷（阻力負荷為0.075 kg/kg），運動中不斷給予受試者口頭鼓勵，30 s結束。間歇期受試者坐在功率車上安靜休息4 min。用便攜式肌氧測定儀（ISAH-100，中國）連續監測肌氧含量變化。選擇人體最大且在該運動中作為主要原動肌的股四頭肌外側頭即股外側肌作為肌氧含量的監測點，將探頭縱向置于右側大腿髕骨中點上10～12 cm處，探頭的軸線平行于大腿。為防止汗水的影響在探頭與皮膚之間貼一層超薄透光塑料膜并用一特制遮光裝置固定探頭以防止漏光。以藍牙方式連接肌氧儀與電腦，每0.1 s采集一次數據并獲取以下指標：脫氧血紅蛋白和脫氧肌紅蛋白（deoxyhaemoglobin+deoxymyoglobin，HHb+HMb）、氧合血紅蛋白和氧合肌紅蛋白（oxyhaemoglobin+oxymyoglobin，HbO2+MbO2）、組織氧合指數（tissue oxygenation index，TSI）和血紅蛋白總量（total haemoglobin，tHb）。用實驗中的數據與安靜基礎值（測定實驗前安靜狀態下30 s的平均值）的差值作為該指標的變化量，分別記作ΔHHb+HMb、ΔHbO2+MbO2、ΔTSI和ΔtHb。TSI單位為一，其余均為μmmol·L-1。

1.6 無氧運動能力測定

利用1次30 s Wingate實驗測定無氧運動能力。實際操作中，取反復5次30 s Wingate實驗中第1次的峰值功率（peak power，PP）、平均功率（mean power，MP）和疲勞指數（fatigue index，FI）作為無氧能力參數。具體流程見1.5節。

1.7 訓練計劃

CG受試者進行常規訓練（有氧訓練和力量訓練為主），EG在正常訓練基礎上完成2次/周、共4周的SIT。SIT在功率自行車（Powermax VII，日本）上完成，5～10 min拉伸后在功率車上進行3～5 min（50 W）準備活動，然后開始正式訓練，方案為：以PP強度（30 s Wingate實驗測定的峰值功率）蹬車60 s、間歇75 s為1組，間歇期（4 min）進行積極性恢復（即以50 W負荷繼續蹬車），第1周重復6組，第2周重復8組，第3～4周重復10組。訓練后進行5～10 min整理活動（50 W繼續蹬車以及牽伸練習）。

1.8 統計學處理

所有數據以“均數±標準差”（ ±s）表示。用SPSS 20.0 for windows統計軟件包進行數據處理，組間比較使用獨立樣本t檢驗，組內（實驗前后）比較使用配對t檢驗。統計學差異定為P<0.05。

2 結果及分析

2.1 受試者的基線特征

所有受試者均按計劃完成了全部實驗，無失訪者。受試者基線特征見表1，兩組運動員在年齡、訓練年限、身體形態學（身高、體質量、BMI、FM、FFM、體脂百分比（BF）和血流動力學（HR、SBP和DBP）等變量間均無顯著性差異（P>0.05），組間具有可比性。

2.2 實驗前后身體形態學和血液動力學的變化

實驗后，兩組受試者身體形態學和血液動力學各參數均無顯著性變化（P>0.05）（見表2）。

2.3 實驗前后有氧運動能力的變化

實驗前，兩組有氧運動能力參數均無顯著性差異（P>0.05）。實驗后，組內與實驗前比較，EG受試者VO2max和MAP升高（P<0.05），CG各指標均無顯著性變化（P>0.05）；組間比較，EG受試者VO2max和MAP高于CG（P<0.05）（見表3）。

2.4 實驗前后無氧運動能力的變化

實驗前，兩組無氧運動能力參數均無顯著性差異（P>0.05）。實驗后，組內與實驗前比較，EG受試者PP和MP升高（P<0.05），FI無顯著性改變（P>0.05），CG各參數均無顯著性變化（P>0.05）；組間比較，EG受試者PP和MP高于CG（P<0.05）（見表4）。

2.5 實驗前后高強度間歇運動實驗中肌氧含量的變化

實驗前，兩組高強度間歇運動實驗中肌氧含量均無顯著性差異（P>0.05）。實驗后，組內與實驗前比較，EG受試者ΔTSI、ΔHHb+HMb和ΔHbO2+MbO2絕對值升高（P<0.05），ΔtHb無顯著性改變（P>0.05），CG各參數無顯著性變化（P>0.05）；組間比較，EG受試者ΔTSI、ΔHHb+HMb和ΔHbO2+MbO2高于CG（P<0.05）（見表5）。

3 討論

本研究發現4周SIT后受試者運動中骨骼肌攝氧能力增強，表現為實驗后反復Wingate實驗時ΔTSI、ΔHHb+HMb和ΔHbO2+MbO2絕對值增加；此外，EG運動員有氧、無氧運動能力提高，而CG則無顯著性變化，提示短期SIT可有效改善優秀青年男子籃球運動員的運動能力，其中有氧代謝改善對于降低由于過度訓練引起運動損傷的風險具有重要意義。

在本研究中，EG運動員VO2max、MAP、PP和MP升高，說明短期SIT可同時改善有氧和無氧運動能力，其機制在于SIT可同時刺激機體的有氧和無氧代謝系統（即混氧訓練）。本研究采用的運動強度對應1次Wingate實驗中的峰值功率，此強度已超過VO2max，因此可造成機體的強烈應激。與本研究的訓練方案相似且針對非運動員的研究發現[9]，2周SIT即可改善受試者Wingate實驗中的MP和PP以及運動表現。有氧運動能力改善的機制包括中樞適應和外周適應兩方面。訓練強度超過80%VO2max即可誘導肌肉外周適應，包括毛細血管增多、線粒體增殖、氧化酶活性增強[10]。Buchheit等[11]近期的一項研究顯示，SIT（6×30 s全力蹬車，間歇2 min）時運動強度超過90%VO2max并同時誘導心肺系統運氧能力和骨骼肌攝氧能力增強。

SIT促進外周適應的機制尚不明確，可能與骨骼肌氧代謝能力改善有關。NIRS是監測肌肉中氧代謝變化的無創手段，可對訓練過程進行連續實時監控并及時反饋信息。Bailey等[12]對比了2周高強度間歇訓練和持續有氧訓練對全力蹬車時肌氧動力學的影響，結果發現，高強度間歇訓練后ΔHHb+HMb明顯高于持續有氧訓練。Neary等[13]研究發現，自行車運動員3周高強度間歇訓練后VO2max、20 km計時賽成績以及ΔHHb+HMb均顯著增加。本研究以青年男子籃球運動員為受試對象并發現，實驗后EG受試者反復Wingate實驗時ΔTSI、ΔHHb+HMb和ΔHbO2+MbO2絕對值增加，而ΔtHb則無顯著性改變，由于TSI、（HHb+HMb）和（HbO2+MbO2）不受血容量變化的影響，因此4周SIT改善了運動中骨骼肌的攝氧能力。由于線粒體是肌細胞利用氧的主要場所，并且研究證實肌肉反復收縮時募集的肌纖維中線粒體生物合成增加[14]，而與傳統低強度耐力訓練比較，高強度SIT可更為顯著的促進I型和II型肌纖維產生結構與功能適應[15]，因此推測，線粒體生物合成增加是SIT改善骨骼肌攝氧能力的主要原因[16]。

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