競賽表現的力量突破與系統訓練的“總功”約束
——目標系統表現最大功率優化與能量提升的系統訓練生物原理(上)

李 捷, 王曉軍, 裘 晟, 李 稚, 李端英

(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 510663;3.廣東省體育科學研究所 國家體育總局體能與訓練適應控制系統重點實驗室,廣東 廣州 510663)

在競技訓練中,力量訓練的重要性越來越為大家所重視,力量訓練標準量化定位已是訓練常規。從方法學上看,量化定位及其時序重復的訓練方式本身沒有問題,但在量化標準的設定上,卻可能出現問題。當前,在多數項目非賽季的訓練安排中,力量(專項體能)訓練的標準經常被限制在70%～90%的強度范圍,而且每周至少在6～8次訓練單元(課次)中進行重復。這表面上突出了力量訓練的比例,但實際卻出現這樣的結果:無論怎樣突出個體化的專項“實戰”(與目標總功能量標準不一定相關)訓練,運動員的競賽成績總是在“平臺”上徘徊,很難取得突破。目標系統訓練理論告訴我們,運動員在競賽時間節點的表現都是前期訓練經驗過程的結果(負熵流),當日常訓練中的“實戰”及力量訓練標準與競賽目標成績標準(總功)無關聯時,所謂“實戰”或者力量強度70%～90%的訓練,都是低于運動員競賽系統目標成績水平與競賽能量要求的訓練經驗。而且,當這種“實戰”與力量訓練標準在訓練中被程序化固定時,運動員訓練經驗的“量”、功與能量(負熵流)的生物平衡控制關系,就被限制在 70%～90%的強度范圍水平。基于腦神經系統動態可塑性的經驗選擇性學習原理,在生物邏輯上,處于這種訓練狀態的運動員永遠不能出現成績突破,運動員的競技表現只能處于力量強度70%～90%的能量表達狀態,而且這還是在沒有進行競賽“目標”標準關聯條件下的負荷強度。目前,這種現象仍然具有相當的普遍性,與競技“系統”訓練的目標約束、專項轉化的以賽帶練、成績水平提高必須基于總功突破的訓練生物邏輯認識相差甚遠。假若這種現象不能得到改變,競技成績的突破永遠只是一種臆想。而改變這種現象,需要從競技訓練的目標總功、系統“總功”與力量訓練間的生物約束關系、目標系統結構的質能關系、系統總功與對應能量代謝體系關系的生物本質、系統目標總功(負熵)約束、總功(目標成績或能量代謝總值)與氧適應保護機制的互動關系原理等方面進行深入分析,厘清力量訓練與總功突破關系的本質,從而改變力量訓練安排的認識偏差,真正提高競技訓練效率。

1 競技訓練系統“總功”與“總功”限制原理概述

1.1 系統總功、氧功與“氧適應狀態”保護

競技訓練的系統總功(目標成績物理值或系統生物能量代謝總值)是系統動作鏈運動所表達的總功,或者支持系統動作鏈輸出的能量體系及其代謝環境隨動調適所涉及的全部能量與熱量。系統總功=系統運動+熱平衡+穩態調適所產生的內源性能量發生的總和。運動成績可以作為系統的可測量外功,但是,“外功”并不是機體能量供應的全部,機體伴隨外功發生的生物隨動調適可被看作是“總功”的內功。內功是指從外功輸出開始隨動,直至外功輸出停止,機體恢復穩態所需能量的全部生物活動過程。與內功相對應的是基于氧化還原的多能量代謝體系的隨動平衡活動。總功與能量代謝體系狀態、腦及自主神經系統動員程度直接相關,對應于實時“穩態活動的基本生命性質”,可以把內源性能量發生、熱平衡調適及內環境穩態平衡與實時氧化還原互動活動的效率,稱為“氧功效率”。總功與氧功效率的關系,是決定運動時能量輸出總量與最大功率時序定位的核心問題。

目標系統總功與能量供能體系的儲備空間和極限動員效率直接相關。在與動作鏈表達相關的情況下,氧功左移越多,說明氧恢復效率越高,相應的動作鏈輸出功率提高,可以相對延長機體的極限與次極限運動時間。但是,由于外功輸出的時限、運動員腦與自主神經系統動員程度等問題,可以導致氧功左移的訓練手段在訓練限制條件的控制上要求十分嚴格。總功要求下的極限代謝手段訓練標準的選擇及其時序效應的程序化時域控制,是確保總功與氧功訓練效應控制關系的核心問題。例如,A負荷手段引起的代謝需求被限制在最大攝氧量范圍內的有氧氧化供能部分(長距離,心率在160～180次/min),那么,A手段只是在氧化還原平衡允許的最大范疇內進行氧供應效率訓練。而在所有的競速類項目中,最大攝氧量對應的能量供應狀態,都不是極限速度要求的能量效應狀態,所以A手段的代謝氧供應效率訓練不能提高運動成績。極速競賽項目的訓練本質與競速的能量速率/時限需求的生物關系,呈現出與個體極限生物能量代謝能力及內環境限制條件相關的最大功率輸出保持時限及其時序演化進化狀態,若想提高最大功率輸出能力,必須耦聯相應的能量代謝速率與時限。英國格拉斯哥大學Yannis Pitsiladis教授在肯尼亞運動員高原訓練研究中提供的原始訓練計劃,可以對能量極限訓練手段(間歇訓練,圖1)作一解釋。

圖1 肯尼亞運動員的一種間歇訓練手段

間歇時間固定、距離縮短、速度遞增(高原,2×1 000 m,3×400 m,3×200 m)的間歇訓練是賽季前的訓練,這種訓練手段被肯尼亞運動員稱為“碎骨訓練”。在上述訓練方法中,極端代謝背景下,能量代謝速率動員被放在訓練的突出位置,并且遠遠超出最大攝氧量的能量代謝范圍。人體運動的極限負荷要求,使機體所有的能量源發生體系化應激反應(包括但不限于線粒體系統),以滿足機體的能量供應需要,這就是“氧適應狀態”環境保護機制的作用與意義[1]。能量代謝極限調適需求造成的氧適應狀態保護機制的適應性進化,是促動氧功曲線左移的可能生理機制。所以,只有在系統“總功”約定的條件下,能量極限調適狀態才可能發生,“總功”約定在訓練實踐中的操作,實際上就是系統表現目標成績的物理值約定,比如速度、高度、長度,以及集體競賽項目的量化對抗標準等(如中國乒乓球隊多級賽事積分量化評估選擇機制)。

在一個時間節點上,每名運動員的體重與力的輸出水平是相對穩定的,運動時所做的功也是相對穩定的。比如2 000 m賽艇項目,假若成績標準定為5 min 55 s,人員固定,艇與裝備固定,則對應輸出的總功(能量)也是固定的,其他項目均是如此。知道了“功”當然可以推算“功”所消耗的能量,而對做功加以時間限制就是功率表達。在時間限制的條件下,“功(能量)”的大小決定功率的大小,所以,競技成績的突破本質上是對運動員競賽系統原有“總功”的突破。原有的“總功”不突破,成績不可能突破,這就是“總功限制原理”,目標成績與系統“總功”的界定與限制性關系,就成為訓練設計與控制的核心問題。美國運動醫學會的目標整合訓練優化模型的最高階段目標——最大功率優化訓練,就利用了這一道理,目標總功最大功率實現后的優化訓練,是競賽目標成績穩定訓練的最高境界。力量訓練在總功的標準下進行設計,總功代謝的訓練標準能引起“氧適應狀態”極限發展的重新定位,這樣,系統“總功”才能發展,運動員的競賽成績才能提高。在動作力量訓練中,如當年大松博文教練訓練后女排運動員“100%尿蛋白”與“血尿”[2],2008年奧運備戰韓國教練金昶佰訓練后,女子曲棍球運動員CK 5 000 U/L、競走運動員王浩(奧運第4名)訓練后乳酸22 mmol/L[3]、香港自行車運動員李慧詩訓練后乳酸大于25 mol/L,都是極限代謝與總功關系的實際表述。目前,功率控制在賽艇、皮劃艇、中國自行車隊等訓練中應用較多,但對總功與系統功率約束原理,還需加大宣傳及推廣。

1.2 成績、總功、能量的相互關系與訓練約束

從愛因斯坦的質能關系公式中我們知道,確定成績的動作鏈的功和相應的能量是等值的,運動成績的物理值實際上是系統輸出功的表達,可以稱為系統的可測量外功。根據熱力學原理,在人體能量代謝中,由于人體能量熱機效率轉換引起的能量散失問題,機械外功只占總能量輸出的1/4左右,其余的3/4用以維持系統運動引起的細胞網絡活動與熱平衡調適,所以,競賽時系統輸出的外功實際上還包含3/4的體內能量需求。系統的總功包含了支持系統運動的全部能量需要與熱量散失,比如細胞線粒體內外、肝臟、腎臟、腦細胞等的磷酸鹽—糖—脂肪酸—氨基酸等多能量體系動態循環、體內化學與物理環境即時氧平衡反饋調適、穩態環境實時動態恢復及熱量散失與平衡等。就現代競技運動而言,功的測量機制較簡單,功的生物能量轉換原理卻極為復雜。但無論如何,從競技訓練的邏輯需要——“目標成績”表現的物理標準限制方面安排訓練,就是目標“總功”約束的訓練邏輯。在一般情況下,系統總功本身沒有限制性,只有在競賽目標標準確定的情況下,系統總功及其與能量體系之間的限制性關系才被確定,如圖2所示。

圖2 成績、總功、能量的生物邏輯關系

人體做功的能量來源于細胞內能量物質進行的化學能轉化。根據質能方程原理,質量和能量可以是同一個物理量的2種表示,運動競賽的成績量值對應于功的量值,功來源于能量,所以,功的量值等于能量的量值,確定的量值對應確定的功或者能量。正如美國運動生理學家福克斯所說“比賽的本質就是能量”[4]。

從圖2可知,目標成績對應的總功=能量。假若設定了競賽目標,則目標成績成為定值,由此形成了一個成績總功與能量的關系式:成績定態=總功定態=能量定態。根據質量—能量的互變關系,能量定態=成績,能量變=質量變,由成績可以推算功率,由目標功率可以推算目標表現所需要的能量。從訓練邏輯上講,改變目標成績就等于改變能量定態,就等于改變總功,這樣就提出一個訓練成績突破的原則性問題:能量不突破,成績不可能突破;總功不突破,競賽成績亦不可能突破。因此,在競技訓練實踐中,不與總功能量體系突破相關聯的專項訓練是不可能提高成績的。如我國“119”項目訓練實踐中常見的負荷分級、長距離有氧訓練、最大攝氧量標準訓練、乳酸閾、心率紅區控制訓練等,表面上這些訓練方法沒錯,但若標準不同,這些訓練方法產生的訓練效果可能完全不同。尤其當上述內容與目標總功要求不相關時,能量代謝標準始終低于目標總功的能量需求標準,并通過所謂系統訓練成為訓練過程能量標準的訓練秩序,進而成為訓練經驗積累的主結構,其與發展競賽目標系統總功的訓練目的產生了邏輯上的根本矛盾。這可能就是我國競技運動中部分項目成績不佳的主要訓練學原因之一。

2 總功約束對系統能量定位的限制性關系及其調適原理

前文根據愛因斯坦的質能關系理論,對競技專項訓練質量的“量”與“能量”的對應關系做了較為詳細的分析。我們已經知道,對于確定了競賽目標的競技項目,在成績標準確定的條件下,競賽表現動作鏈所需的總體能量標準與動作鏈的能量分配關系已確定。在隨后的訓練中,教練員所能做的就是在競賽節點的時間界限內,通過訓練做到總功在動作鏈表現出最大功率與能量分配最優化,任何項目均如此。

2.1 總功與氧適應狀態互動的調適機制

細胞依靠正常的生命環境而生存,為了保持生命環境的正常而進行各自的活動,一旦生命環境受到擾動,為了維持生命環境的平衡,所有相關細胞就會圍繞平衡擾動而發生各種功能調適活動[6]。競技訓練這一長期的目的性活動,成為正常生命活動環境的擾動源,同時也是細胞生命環境與功能再調適的生物動力源。其中,能量需求“標準”成為生命狀態再調適的臨界值。當所有的細胞活動都圍繞著“臨界值”而調適的時候,機體內就會構成一個對應于目的性調適活動的細胞網絡系統,這個系統由于“標準”驅動不但具有自組織的狀態結構,而且具備相應“標準”所確定的能量體系。既然競賽目標系統的總功和功率是確定的,那么,在標準固定的條件下,系統的熱機效率與能量轉化秩序也是確定的。運動訓練就是通過經驗訓練過程中的神經反饋控制機制,最大化地促成生物能量轉化效率的目標化發展。所以,總功與功率最大化發展的時間生物程式是訓練計劃的核心和主導,而力量訓練的手段標準則是總功設計的前提條件。對于一個確定的個體而言,力量不突破,總功自然不可能突破。 一般情況下,能量儲存及其神經動員的空間范圍與絕對力量在時序訓練過程中形成的功率表達定位有關,而爆發性力量則與神經動員的時間效率控制有關。在能量體系范圍確定的條件下,速度保持能力(力量耐力)與能量需求速率及其穩態環境調適效率有關,動作鏈最大功率通過運動員的主觀能動性、環境壓力與能量基數上的針對系統環境穩態的實時正、負反饋動態網絡關系而表達。

2.2 三磷酸腺苷體系能量比例分配與總功訓練思維的再認識

需要注意的是,只有在總功約束標準固定的條件下,對人體的限制性細胞能量環境需求才能發生,而不是現行運動訓練理論體系所提倡的人為地選擇能量比例進行訓練,如最大攝氧量訓練、乳酸閾訓練、分級控制訓練等。這些人為分級訓練活動的經驗能量,形成每次訓練課系統效應的即時定位,從而可能偏離系統總功能量環境。據此,總功目標訓練能量代謝經驗定態成為目標系統功率穩定秩序的生物邏輯基礎,目標總功與功率最大化成為系統狀態與細胞環境調適兩元關系的訓練控制依據,氧適應狀態隨著能量消耗的時序動態關系而自組織隨動調適。傳統競技訓練中的能量比例分配認識,是典型的從局部實驗得出結論的還原論思維結果,但絕對不是競技訓練中運動人體能量供應的真實狀態。在《運動生理學》[7]中,運動中“能量連續統一體”的概念清晰明了。客觀上,人體真實的供能狀態始終是與人體運動時負荷能量輸出的需要相一致的動態調適。進行與負荷相一致的供能與環境平衡調適,是保障生命存在的基本原則。機械運動時的能量比例分配說法,與完成極端能量需求的多能量體系調適動員過程的生存原理與復雜性相矛盾,比如戰斗和逃命的狀態[8]。在某些特殊情況下,人體能量供應非常復雜。例如,在一些代謝旺盛的正常組織和腫瘤細胞中,即使在有氧的條件下,仍然以糖無氧酵解為產生ATP的主要方式,這種現象稱為克萊布特里效應或反巴斯德效應。在具有克萊布特里效應的組織細胞中,線粒體中ATP酶系的活性較低,而糖無氧酵解酶系活性較強,因而導致氧化磷酸化減弱,以糖無氧酵解酶系產生能量為主。腫瘤組織快速生長,需要大量的能量和生物原料,即使在氧供應充分的情況下,由于總量需求大而自主性地轉為糖酵解而非氧化磷酸化,表明細胞因生命活動需要而導致能量供應方式選擇的自適應轉化,以及細胞能量效應機制可依據環境需要而選擇。

3 小結

在競技訓練中,為了實現目標系統表現最大功率優化與能量提升,首先須確定運動員個體化的系統表現的總功、運動員實際的總功水平,找出目標總功與實際能力之間差距的原因,比如爆發力不足、比賽后程降速、動作旋轉速度不夠等。在評估與分析的基礎上,針對性地提出總功突破的訓練方向,比如絕對力量、力量功率分布秩序、能量分布秩序等。在實踐中,競賽目標系統能量突破的前提是系統總功的突破,總功突破才能帶來系統最大功率提升與優化,這些問題都與系統性絕對力量提高有直接關系(如深蹲、硬拉、10級蛙跳等)。絕對力量提高后的力量協同水平的重調,是總功提高的神經生物基礎。課次訓練的能量生物單元(負荷標準、總量與手段分配),訓練節點間時序經驗的生物能量單元循環與穩態調適循環(8～12周)(經驗競爭定位),系統總功狀態與系統目標態的單元差異與時間過程一致性要求,以及其與系統能量秩序迭代(板塊與階段)的時間關系,能量池的建設與能量極限效率訓練等,都存在著復雜的生物關聯,這些問題將在下文中進行表述。