高水平競技訓練的認識定位與系統訓練理論研究進展
——系統訓練經驗自組織的生物邏輯及應用系列(一)

李 捷, 王曉軍, 裘 晟, 李端英, 李 稚

(1.廣東省體育局 科教宣傳與交流處,廣東 廣州 510108; 2.廣東省體育局 黃村體育訓練中心,廣東 廣州 510633; 3.廣東省體育科學研究所，廣東 廣州 510663)

近年來,生命科學發展的一些成果顛覆了許多我們曾經習以為常的理論認識,特別是高通量測序技術的發展,使我們對細胞生命活動的復雜性及其活動模式的復雜網絡關系,有了更加深入的了解。這些從神經科學、基因組學、蛋白、轉錄與代謝組學發展所形成的對生命活動系統的新認識,也為我們對傳統競技訓練規律的探索,提供了更多的認識空間。正如我們看到的,“板塊”、廣義的“體能訓練”“功能訓練”“賽前減量”“適度疲勞”、量化監控與大數據、外訓外賽、外國教練、教練與科醫人員“雙百計劃”等。20余年來,國家體育總局、北京體育大學等高校及各省訓練單位,一直都在利用各種形式推進中國競技訓練科學化的發展。與2000年相比,中國奧運軍團參賽人數幾乎翻倍,標志著中國專業競技人群總體水平的進步;而傳統金牌項目“歷久不衰”,更是提示中國部分競技項目訓練實踐的成功。但是,多年形成的、固化的傳統訓練理念，以及我們對現代生物科學理論轉化研究的滯后,訓練思維與現代訓練認識錯層的問題仍然十分突出,導致某些奧運項目的成績長期落后。多年經驗告訴我們,理念與訓練認識方向不對,不可能取得好的運動成績。

為更深入地了解國際競技訓練理論現狀,采用理論與實驗相結合的研究方法(實驗技術參數均依臨床標準),根據“李捷運動訓練理論應用與教育研究工作室”多年對系統訓練理論的研究與長期在一線訓練單位進行競技訓練服務的實踐,以及在奧運備戰中對運動員訓練與適應狀態的長期監控追蹤實驗,運用系統訓練理論與機體生命活動自組織原理,對當前國際上競技訓練理論的主流方向及高水平競技訓練中的一些核心問題進行分析與討論。

1 現代競技“高水平表現”訓練理論簡介

盡管我們去過許多美國大學與奧運訓練營地進行參觀學習,但是,如果脫離了美國的文化背景,想要看懂現代美國競技訓練文化體系,并不是一件容易的事情。因為經過20世紀60年代迄今的多年發展,基于人本主義精神及生命科學與科技的領先,在運動健康與“更快、更高、更強”的理念之下,美國的競技訓練認識根據自身的人文特點,已經形成了互為支撐的多結構理論體系,因而從一個局部很難看清其整個認識系統的全貌。在相關的文獻檢索中,真正符合“現代競技訓練”檢索目的的內容,主要落位在以美國、英國、澳大利亞為主，圍繞競技目標表現訓練(performance training)的理論體系中,如美國運動醫學會NASM(National Academy of Sports Medicine)主編的sportsperformancetraining系列書籍[1]、 被國外一些教練尊為訓練圣經的High-PerformanceTrainingforSports[2],等等。迄今,圍繞“表現”訓練,已經形成了以“力量及其系統功能再調適”(strength and conditioning，譯為“體能”)[3]、運動防護與康復(athletic training)[4]、基于系統理念生物學基礎的《整合訓練生理學》[5]思維,以運動學習、運動控制、運動行為(motor learning，motor control，motor behavior)構成的運動技能理論系統，以及由以上而派生出的大量的如 “功能訓練”[6]“力量訓練”[7]“功率訓練”[8]“耐力訓練”[9]“靈敏訓練”[10]“肌肉肥大訓練”[11]“運動營養”[12]“運動測試與評估方法[13]”等分類明細的專門書籍等,形成了從原理到應用較為嚴密的理論體系，以及從資格教育認證、運動裝備制造到跨國運動訓練營集團的產業鏈,其范圍已經覆蓋從職業(俱樂部)隊、高校到各類職業的健康與運動需求。在美國的performance訓練體系中,所有訓練因素(柔韌性、心肺功能、核心訓練、平衡訓練、反應訓練、速度、靈活性、快速和抗阻訓練等),按照整合訓練原則[14]分為6～7個時相遞階的優化訓練模型 OPTTH—MODEL,按照運動員(或顧客)的要求,在訓練中通過程序化的系統優化(生理的、物理的、表現的適應),達到能表達競技目標動作鏈功率最大化穩定水平的訓練目的。目前,在美國競技訓練中廣為應用的目標優化訓練控制模型OPTTH—MODEL及其整合訓練理論等,在我國尚少有人知。

2 目標表現訓練是高水平訓練定位與競賽成功的生物邏輯

與國內許多項目訓練主要關注競技能力提高不同,“High performance training”清晰地把訓練定位在賽場的目標行為表現上,真正從本質上體現訓練的邏輯目的。而以“目標表現”去整合“能力”,與以“能力加和”訓練去推向競賽目標,是完全不同的訓練思維與實踐方向。實踐中,“能力加和”訓練效應的邏輯后果就是我們在賽場上常見的成績不穩定與成績水平的周期性循環。任何一個“119工程”項目(帆船、自行車、田徑、皮劃艇、賽艇、游泳)的業內人士都可以從自身項目的歷史成績變化(比如10年內)，以及從第8～13屆全運會這些項目的成績變化[15]中,直觀地看到這個問題(包括2017年全運會)。比較之下可以發現,中國具有明確目標(完整動作鏈“表現控制訓練”)的項目(跳水、體操、射擊、舉重、乒乓球、羽毛球等),在奧運賽場上長期表現優異;而其他不太成功的項目通常在訓練過程中缺乏“目標”動作鏈的強化和優化。在訓練實踐中,除了賽前,這些項目很少進行專項動作鏈的完整訓練,并且囿于大周期分期思維(3段或4段)的慣性,突出“基本能力”訓練內容或物理意義上的“大運動量”訓練,主動造成“能力的多因素結構競爭”與偏離目標的“低標準或不穩定的動作鏈功率定位”等問題。在競賽目標表現的結構或標準2個方面,直接導致目標表現的不穩定或目標表現優化訓練時間的不充足。從訓練中可以看到,中國的跳水、體操、射擊、舉重、乒乓球、羽毛球等項目,在其自身動作鏈強制性封閉的專項特性下,跳水基于“目標動作”“雙十”標準的小周期訓練,體操進行高質量的“極限套”練習(體操2016年里約熱內盧奧運會失利,“完整套”訓練時間不足可能是失利的技術原因之一),射擊的目標組“好十”訓練，等等,都是以“實戰標準,從難從嚴大運動量”組織訓練,從而屆屆都取得多枚金牌。當然,這些項目在引入“負荷節奏與恢復、核心訓練、防護性訓練”等之前,也都曾飽受運動員大量傷病的困擾。客觀上,無論經驗還是理論,目標訓練及其目標優化訓練模型理念,不僅是當今歐美體育強國競技優勢之所在,也是我國傳統金牌項目長時間保持奧運成功的重要原因。只是“目標訓練”在美國已經形成理論體系,而中國的“三從一大”尚未形成嚴密的科學體系。在目標表現訓練上,外國理論與中國奧運金牌項目的成功實踐都證明這種訓練定位的合理性,以及競技訓練符合生物邏輯的必要性。

以中國奧運軍團1984—2016年金牌項目分布情況,說明訓練定位理念的重要性。統計顯示,由于訓練理念與實踐上的差異,在1984—2016年的9屆奧運會上,中國參賽項目成績兩極分化嚴重。跳水、舉重、體操、乒乓球、羽毛球、射擊6個項目獲得的金牌占全部金牌的64.3%,而國家體育總局2000年立項的“119工程”的金牌數僅占11%。可以看出,從1984年以來,傳統金牌項目基本上長期“保持優勢”,“119”項目個別小項雖有突破,卻沒有出現總體性的進步。

與大部分國外運動員的業余訓練性質相比,我國是舉國體制下的運動員職業制度,擁有國際職業化標準的訓練場館,充足的訓練經費,龐大豪華的多級行政保障體系。然而,再好的環境條件也只是外因,真正決定訓練水平的內因是教練員對訓練的認識和理念。在倫敦奧運會上,當大家關注于媒體介紹英國的“黑科技”(自行車力學與材料、大數據等)時,鮮有人注意到,英國隊教練在其著述中依據系統科學的非線性理論與自組織思想討論訓練問題。在被稱為“訓練圣經”的High-PerformanceTrainingforSports(2014年)一書中,使用系統科學中的“吸引子”“魯棒性”“自組織”等詞匯,迄今在中國訓練教科書里還未出現。而對“神經肌肉控制”“能量代謝”“肌細胞”“有氧訓練”等理論觀念,我國學者或教練員還停留在過去還原理論分析方法設計下的實驗認識,與當今神經科學與基因、蛋白及代謝組學發展所產生的系統認識相去甚遠。例如,除了運動功能,肌肉本身還具有包括白細胞介素、腫瘤壞死因子、胰島素樣生長因子、瘦素、脂聯素、生肌調節因子的內分泌調節功能,等等。中科院上海生命科學研究院吳家睿院士在講座中提及,《系統生物學》是認識生命復雜系統的新角度,是21世紀的生命科學新趨勢,提示我們必須在新的生物學知識體系內更新理念，轉換訓練認知。訓練理念從能力加和到目標表現優化訓練的認識轉換,就現實而言,是一個從生命基礎原理的訓練到應用體系建設的浩大系統工程。理念正確是我們面對東京奧運會和2022年北京冬奧會時,確保“優勢項群”成績更加穩定,促進“落后項群”訓練效率提高的關鍵。

3 競技目標表現狀態形成的生命自組織原理

3.1 訓練內容的經驗概率決定競技狀態的生物網絡與狀態定位

人體由超過100萬億個[16]細胞組成,每個細胞都為了生命系統的存在而自主進行著細胞生命平衡與進化方向的調制并表現自己的生存價值。“生命體是一個復雜系統。細胞行為通過數以千計的分子和大分子的作用與相互作用而產生”[17]。細胞是生命的基本單位,在長期的進化中,人體細胞內及不同細胞之間已經形成了實時對應于環境要求的復雜的動態通訊調適網絡,通過復雜的細胞網絡進行功能協同來確保生命活動的正常進行[18]。現代神經分子生物學對海兔“條件反射”神經活動機制的研究,是五羥色胺突觸前易化形成及神經連接中長時程增強效應研究的開始[19],迄今已經對細胞信息網絡化的分子機制,從基因組學、蛋白、轉錄及代謝組學等,及至中樞神經各級網絡信息連接分子結構的系統復雜性有了相當深入的了解。比如,白細胞介素IL6在能量代謝中的信息作用,不僅與糖原有關,而且與脂肪酸、氨基酸、有氧氧化酶系直接關聯等。我們現在知道,所謂專項細胞網絡的活動,是基于訓練負荷的生物經驗影響,自主動態關聯選擇其他蛋白或信號后所構成的復雜信號反饋系統。在這個系統中,各種被激活的分子相互連接組成復雜的網絡去完成經驗信號的精準傳遞。這些活動涉及腦與神經系統、肌肉系統、能量代謝與穩態調適輔助系統(如代謝、呼吸、循環、免疫等),這些系統構成一個事實上的動態信息結構。負荷形式不同,細胞網絡動員的活動空間(技術結構)范圍就不同;負荷標準不同,能量體系(強度)響應的程度范圍也不同;而負荷安排的時域序列排列,構成結構經驗自組織定位的動態信息源。以上3者,無論哪一方信息發生變化,都會引起專項動作鏈相關細胞網絡的活動變化,即引起系統變動。所以,生命系統是一個精準反應的經驗自組織調整系統,通過訓練經驗概率,自組織確定對應的結構狀態位置。

3.2 自組織與運動員動作鏈細胞網絡活動系統結構定位的實時生物表達

自組織是非意識的過程,是機體為了與環境調適而自動進行的生命反應活動。我們較熟悉訓練后生物指標的“穩態”效應、高原訓練與紅細胞再生、氧耗功率導致線粒體數量增加、力量訓練導致肌纖維肥大、縱向應力導致骨壁增粗增厚、外周阻力導致心肌肥厚、高乳酸訓練提高內環境穩態調適范圍能力等,都是機體整體或細胞依據環境刺激的自組織反應現象。過去,我們基于應激、“條件反射”或“有生命的機械”[20]理論等,習慣地認為運動員賽場上的表現是其訓練的“鏡像”反映,其實,競賽行為活動只是運動員意識控制的目的性運動信息的主動表達過程,并不是訓練“鏡像”反映。運動員的競賽活動具有意識狀態預置、封閉的主動控制信息網絡秩序、動作鏈功率標準分配定位、動作時序信息鏈接、實時反饋動態調適、優化穩定與適度“魯棒性”(抗干擾波動)等的多因素網絡協同性質,具有系統結構生物定位狀態實時表現的競賽意義。所以,不同于藥物干預或生理刺激實驗所引起的被動反應情況,教練員的訓練安排實質上是運動員自主的、主觀意識驅動下的與負荷要求關聯的運動細胞網絡系統的自主組織活動,它是意識發動的運動鏈細胞網絡在機體內依競賽要求的時序性活動過程。在這個過程中,相關細胞網絡通過信息反饋滿足動作鏈的各種需要,產生細胞網絡的經驗路徑,并根據經驗概率進行競爭性選擇,然后自組織形成特有的細胞網絡空間構筑,進而形成相應的專項細胞網絡結構與信息通道。一些實驗表明,隨著某一神經回路的多次應用,該回路上的突觸數量增多,體積變大,甚至還長出新的突觸。長時程增強效應的工作直接證明,多次強直刺激可引起突觸后電位的持續性增強[21]。從系統生物學的角度分析,這是典型的特化細胞網絡的“細胞行為模式[17],訓練發動的物理量值(速度、重量、高度、遠度、分數等)決定運動員動作鏈活動網絡能量體系的動員程度與范圍,進而決定動作或動作鏈的競賽成績表達水平。曲棍球隊教練本杰明·羅森布拉特說:“運動員從本質上是進行自組織適應的,因此,訓練的目的就是對他們的自組織及達到目標能力的開發。[2]”所以,競技訓練是訓練負荷經驗與專項運動細胞活動網絡一致性關系的自組織互動,而競技表現是互動效應自組織過程中產生的專項特定細胞活動網絡系統的實時狀態,是專項系統中諸多組分之間相互競爭自組織定位關系的總和。

比如,達到時域要求的訓練標準決定細胞網絡的狀態水平,固定訓練結構的時序小周期訓練決定訓練經驗定位平臺的結構穩定性等。競技訓練實踐中,在訓練因素不穩定的情況下,由于機體對訓練因素進行經驗實時自組織的原因,多因素訓練經驗不可能在專項目標結構網絡進行定位。多因素訓練經驗形成多因素訓練結構,“板塊”訓練就是“板塊”結構,所以,目標負荷經驗與專項運動細胞活動網絡,在實際訓練中必須保持高度的一致性關系,才能形成穩定的生物結構基礎,獲得穩定的競賽狀態表現。

4 競技狀態結構實時狀態實證分析

關于訓練負荷的生物結構定位問題,我們用反映運動員訓練適應水平的腦系統熵指標表示。在“2012奧運優秀運動員腦與中樞適應存在的客觀方式及其復雜性的動態實驗監控與中樞適應機制理論研究”項目中,對現役運動員的不同級別(國際健將與健將、一級、二級運動員)的情況進行實驗調查。結果表明,國際健將呈現出非常顯著的系統信息(訓練經驗優勢)集中現象,熵值明顯低于其他運動員(圖1),不同級別運動員的腦熵均數分布(以現役運動員為限,其中,一級運動員86人次,二級運動員126人次,健將456人次,國際健將465人次)如圖1所示。

圖1 不同級別運動員的腦熵分布(以現役運動員為限) 注:橢圓處為國際健將

國際健將與其他運動級別運動員腦系統熵(數均)狀態的比較見表1。

表1 國際健將與其他運動級別運動員腦系統熵(數均)狀態比較

由圖1和表1可知,目標競技表現的生物網絡結構是目標標準要求下的細胞網絡經驗的實時自組織,與訓練對應的細胞網絡活動狀態隨著訓練內容與標準的變化而產生適應結構的調適。國際健將級運動員熵值小,說明其對訓練信息反應的細胞網絡行為相對更集中,專項狀態比其他運動員更穩定,這與巴甫洛夫提出的高級神經活動的“優勢原則”和大衛·喬伊斯(David Joyce)提出的訓練中吸引子(attractor)的原理是一致的。當然,以上都是對確定時間點上的結構狀態而言。同時,運動員的狀態水平具有實時反映與訓練內容時域結構效應的特點,表現出運動員狀態水平的變化。通過系統狀態監控技術,可以對運動員細胞網絡的定位狀態進行時序監控,直接獲得運動員的訓練適應狀態信息,并反推訓練結構與標準安排的合理性。

以上對當前競技訓練理論的一些問題進行了簡單討論,限于篇幅,有關訓練負荷的穩定與精準性對競技表現穩定性的生物限制原理、腦策略與訓練的自組織效率、穩定小周期有利于活動網絡細胞的時序經驗篩選效應、細胞行為網絡狀態結構自組織“只能在安靜時發生”、能量代謝與目標訓練設計的生物邏輯手段、“系統訓練”的邏輯定義、系統訓練的限制性及其與傳統訓練觀念的認識悖理、系統訓練的監控技術與分析原理等,將在后續文章中論述。

[1] National Academy of Sports Medicine.NASM essentials of sports performance training[M].Lippincott Williams & Wilkins,2010

[2] Joyce D,Lewidon D.High-performance training for sports[M].Human Kinetics,2014

[3] National Strength & Conditioning Association.Essentials of strength training and conditioning[M].Human Kinetics,2016

[4] Cummings N H,Stanley-Green S,Higgs P.Perspectives in athletic training[M].Mosby Elsvier,2009

[5] Fleck S T,Kraemer W J,Deschenes M R.Exercise physiology:integrating theory and application[M].Lippincott Williams & Wilkins,2012

[6] Boyle M.New functional training for sports[M].Human Kinetics,2016

[7] Collins P.Strength training for men[M].Meyer & Meyer Sport (UK) Ltd,2010

[8] Sandler D.Sports power[M].Human kinetics,2005

[9] National Academy of Sports Medicine.NASM essentials of personal fitness training,4th edition[M].Lippincott Williams & Wilkins,2012

[10] Gamble P.Training for sports speed and agility[M].Routledge,2012

[11] Schoenfeld B.Science and development of muscle hypertrophy[M].Human kinetics,2016

[12] Austin K,Seebohar B.Performance nutrition:applying the science of nutrient timing to endurance athletes[M].Human Kinetics,2011

[13] Winter E M,Jones A M,Richard Davison R C,et al.Sports and exercise physiology testing guidelines:Volume 1—sport testing[M].Routledge,2007

[14] Clark M A.Optimum performance training for the health and fitness professional——Course manual[M].National Academy of Sports Medicine,2004

[15] 李捷.競技“有效訓練”定位的邏輯依據與生物學原理(下)——“量”的原理在訓練實踐中的應用與實證[J].成都體育學院學報，2015,41(6):70

[16] Guyton A C,Hall J E.Textbook of medical physiology[M].Elsevier Inc,2006

[17] Boogerd F C,Bruggeman F J,Hofmeyr J S,et al.Systems biology:philosophical foundations[M].Elsevier,2007:15

[18] Latash M L.Neurophysiological basis of movement[M].Human Kinetics,1998

[19] 李捷.運動技能形成自組織理論的建構及其實證研究[M].北京:北京體育大學出版社,2005:5

[20] Dick F W.Sports training principles[M].A & C Black Ltd,2007:49

[21] 汪云九.神經信息學[M].北京:高等教育出版社2006:312