數字化體能訓練設備在耐力訓練中的應用

張瑞晨

關鍵詞：數字化訓練設備；耐力訓練；體能訓練

1訓練設備

隨著大數據時代的到來，可穿戴心率監測設備被廣泛普及。普通運動愛好者也可以通過具有心率監測功能的運動手環了解自身的運動強度、健康水平、睡眠質量。而在運動訓練領域，可穿戴心率監測設備不再局限于通過心率對訓練過程進行簡單評價，基于心率的大數據計算，提供了其衍生指標：訓練沖量、運動后過量氧耗、心率變異性、心率恢復指數等。這是教練員了解訓練效果、修正訓練計劃、科學控制訓練進程的重要途徑。

1.1手環類監控設備

心率手表和心率手環一般采用光電測量的方式，在一段時間內使用恒定波長的光持續照射到皮膚上，因心臟跳動不同導致流經手腕處的血液流量不同。血液對光的吸收與反射強度會隨著心臟跳動而產生變化。當心臟收縮時，血液泵出，手腕處流經的血液變多，此時血液對光的吸收增多，反射的光相應減少；當心臟舒張時，手腕處的血液流量減少，此時血液對光的吸收與反射又會產生相應的變化。手表中的光敏傳感器接收到光反射強度的變化生成不同的電信號，由此判定心臟的跳動頻率。

1.2心率帶類監控設備

心率帶的原理和使用方法與心率手表不同，心率帶綁在胸部的位置。從原理上看，它是通過人體心跳產生的心動電流來測量的，這有點類似于心電圖。心臟本身的跳動會產生生物電，通過心臟周圍的導電組織和體液傳遞到身體表面，因此，心電會有周期性規律的變化。心率帶上放置著兩個電極，用來測量心臟周圍的心動電流，從而能夠通過心臟電變化的周期計算出心率。但是由于電流十分微小，容易受到皮膚中電流信號的干擾，而且在跑動的過程中電極與皮膚摩擦，會產生噪聲信號，使得電極片測量的心動電流信號不準確。不過，這些問題可以通過涂抹電極膠增加連接點的濕度有效地解決。

心率傳感器與手環類心率設備相比，價格更為低廉，而且測量數據更為準確，但它們的佩戴以及訓練后的后續處理更加復雜，因此更加適合用于專業的競技運動訓練中。在團隊訓練中，心率傳感器的應用更加廣泛。運動員可在終端下載對應的團隊訓練App，并讓多名運動員各自佩戴相應的設備以實現訓練中的團隊監控目的。

1.3訓練背心

隨著科技的發展，有人將全球定位系統與慣性傳感器加入了心率監測裝置中，并將其制作成背心狀。通過慣性傳感器或全球衛星定位系統在訓練中得到的不同信號，計算出運動員對應的跑動距離、跑動速度、海拔等數據，使教練員能夠更加準確地預測運動員的負荷數據。

2耐力訓練相關檢測指標及其應用

耐力指有機體堅持長時間運動的能力。根據供能的需求和時間的長短，可將耐力分為有氧耐力和無氧耐力。訓練中，使用運動訓練的方法和手段對運動員的有機體施加刺激，通過調節訓練負荷使運動員的有機體在訓練后產生不同的內在適應性變化。要達到運動訓練的最佳效果，教練需要給予運動員正確的訓練負荷，使其機體產生相應的適應性反應。

從許多方面來講，團體運動項目比個人耐力運動項目復雜得多，這是因為團體運動項目具有多維要求：速度、敏捷性、休息、運動員個體差異，以及向對手不斷做出的反應等。此外，團體運動項目的教練還面臨著同時指導15—30名（或更多）運動員的挑戰。而心率監測是一種簡單且可靠的工具，可用于衡量運動員對訓練的總體反應。此外，同一團體中一起訓練和比賽的運動員具有不同的體能水平和技能水平，而多人心率監測系統的出現使教練能夠針對各個運動員制訂個性化的訓練計劃和體能計劃。

訓練負荷監控是數字化耐力訓練的重要組成部分。訓練負荷分為內部負荷與外部負荷。內部負荷監控指標主要以有氧代謝能力及心理感受為主要指標；外部負荷監控指標主要為運動員所參與運動的時間、次數以及跑動距離、跑動速度等。近年來，針對專業有氧代謝能力監控指標的研究不斷深入，心率及相關數據是最主要的研究指標。這些指標能從微觀角度對運動訓練后的機體反應進行客觀評價。心理指標多為問卷指標，如自感努力指數、訓練課自感努力指數情緒狀態問卷、運動員恢復壓力問卷等。

在相關研究中，有學者指出患有過度訓練綜合征運動員的靜息心率與正常運動員的靜息心率相比會有過高或者過低的情況；有學者的Meta分析顯示，靜息心率的增加可用作短期（小于等于兩周）的疲勞（可能為功能性過度努力）判定指標，但不是長期疲勞（可能為非功能性過度努力或過度訓練綜合征）的有效體征；有學者通過實驗發現，在過度訓練的狀態下，運動員的疲勞時間、最大攝氧量、次最大心率與最大心率等均會降低，但心率變異性相關的指標沒有明顯的變化。

2.1訓練沖量

訓練沖量是指訓練量與訓練強度的乘積，而且特別是運用于耐力性訓練，因為它的計算中使用了運動中的基礎心率、最大心率、平均心率等與運動員耐力高度相關的數據。訓練沖量的計算，以平均心率、最大心率、靜息心率為基本參數，通過特定的計算公式得出結果。

2.2最大心率與心率區間

最大心率是指在進行運動時，隨著運動量的不斷增加，心率和耗氧量也在增加，在運動達到最大強度時，心率和耗氧量不能再繼續提高時心率所達到的最高水平。因此在測量最大耗氧量時，最大心率是一個較為重要的參考依據。目前國際主流的最大心率理論計算公式為：最大心率=220-實際年齡，此估算方法的方差或標準差是±10-12次。也有研究分析表明，“208—0.7×年齡”這一公式可以更準確地預測健康成年人的最大心率。

心率區間最常用的是Edward算法，Edward將最大心率的百分比作為依據，劃分出五個心率區間，即最大心率的50%—60%（區間一）；60%—70%（區間二）；70%—80%（區間三）；80%—90%（區間四）以及90%—100%（區間五）。

最大心率通常用于監測現場的運動強度，也可作為觀察過度訓練的指標。研究顯示，運動員處于功能性過度努力、非功能性過度努力、過度訓練綜合征期間，最大心率會降低。這一指標也可為過度訓練提供一定的參考。在相同的最大負荷下，患有功能性過度努力、非功能性過度努力、過度訓練綜合征的運動員心率相較于正常運動員略有下降，此發現在長期觀察中會更加明顯。而訓練負荷短期增加后沒有發生明顯的變化，這表明該指標不能被認為是有效的短期疲勞跡象。相反，它可以用于檢測長期疲勞。

2.3心率變異性

心率變異性檢測能夠反映出人體在運動過程中心血管系統功能的變化，心率變異性的提高使心血管系統功能得到改善，從而降低了健康風險。在高強度的體能訓練過程中，人體能夠承受的強度越大，其心率動力和心率變異性指標就越高。通過對心率變異性的檢查能夠合理制定訓練的強度，使人體的心率變異性指標逐漸增高，心率的平均反應時間得到改善。體育訓練中的有氧運動有益于提高心率變異性的適用性和心率動力。通過合理的有氧訓練能夠使人體的心血管系統得到有效調控。而且心率變異性監控的方式能夠更好地反映出運動員訓練后的恢復情況，并且及時地補充能量，從而促進運動員身體機能的恢復。

2.4心率儲備

心率儲備也稱為卡式計算法，是建立目標心率的一種方法。心率儲備其實就是實際測量的最大心率和安靜心率之差。心率儲備值比使用目標心率所得到的心率偏小，原因是儲備心率和目標心率相比較，更接近實際的最大攝氧量的水準。而且很多訓練生理學家認為使用目標心率可能會更好，但是兩種方法對運動訓練都是有效的。

2.5心率恢復指數

心率恢復指數指的是心率在運動后的一段時間下降的值。一般來說，我們運動后的心率恢復到一般心率的速度越快，心血管系統的健康狀況就越好。與一般人相比，運動員的心率恢復速度相對較快，這種加速恢復被認為是迷走神經活力提升的結果。心率恢復指數長期以來一直被醫生用做判定功能性過度努力、非功能性過度努力、過度訓練綜合征的指標。

2.6最大攝氧量

最大攝氧量是指人體進行最大強度的運動，各器官、系統機能達到最高，機體所攝人的氧氣含量。研究表明，最大攝氧量與體能水平具有相關性，同時也是最被廣泛接受的衡量心血管健康的指標。機體攝氧能力主要與心臟功能、循環系統的供氧能力以及人體組織中使用氧氣的能力有關。一個普通人的靜息攝氧量約為3.5毫升／千克體重／分鐘，這個值被定義為一個代謝當量。最大攝氧量是衡量耐力運動表現的重要指標。一般來說，最大攝氧量越高，運動員的有氧運動表現就越好。

2.7運動后過量氧耗

訓練后過量氧耗又稱作“氧虧”，這是一種現象，在運動過后的一段時間內，身體會以高于休息時的速率繼續耗用氧氣。因為鍛煉身體時會擾動身體平常的狀態，這種擾動使身體必須執行一些額外的工作讓一切恢復正常。這個“多做一些工作”叫作“超補償”，也稱作“氧債”。運動后過量氧耗的單位是毫升每千克，是指單位體重的耗氧量。

3結語

數字化耐力訓練可以精準地把控訓練強度，利用科技設備獲取的數據也更加精確，所以根據所獲數據調節周期訓練計劃、訓練負荷、訓練量等，可減少運動員過度訓練的風險。教練應該對運動員訓練中的耐力監控引起足夠的重視，積極學習相關知識，并在監控中付出一定的耐心。但耐力監控設備中單個運動員的成本不菲，對于運動隊有限的預算來說仍然具有很大的壓力，而且盡管近年與此相關的研究成果不斷地在各大學術網站發表，但多數實驗的條件依然受限，存在樣本量與測試指標較少、時間較短等問題，因此各種數據的不同用法也在逐步探索中。