史继祖 等 | 3周低住高训改善冬奥冠军武大靖身体成分和有氧能力的个案分析
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3周低住高训改善冬奥冠军武大靖身体成分和有氧能力的个案分析
史继祖 1武大靖 2赵丽 2
（1. 吉林体育学院，吉林 长春 130022；2. 北京体育大学，北京 100084 ）
作者简介
史继祖
史继祖，吉林体育学院讲师，主要承担国家及吉林省耐力性项目科学化训练监控的研究。曾服务过四届夏季奥运会和三届冬奥会，参与国家级课题十余项，奥运科技攻关课题二十余项，冬奥“直通车”课题一项。
获得国家体育总局第30届奥运会科研攻关与科研服务项目贡献一等奖、三等奖各1项。发表学术论文二十多篇，其中有多篇被SCI、CSSCI、EI收录；申请国家发明专利4项，获得授权专利1项。发表专著一本。
赵丽
赵丽，北京体育大学运动人体科学学院，教授，教育部“新世纪优秀人才支持计划”入选者。主要研究领域为运动与神经可塑性、特殊环境生理学，研究方向为神经退行性疾病的运动干预、运动与健康促进及特殊环境生理。
主持并完成3项国家自然科学基金项目及北京市重点实验室、教育部、国家体育总局等多项课题，作为主要课题负责人完成国家科技部“十一五”、“十二五”科技支撑项目、承担科技部科技冬奥课题等课题。相关研究成果在国内外杂志发表论文100余篇(SCI收录20余篇)。申获国内专利多项。已培养毕业硕士、博士20余人。
作者简介
史继祖
史继祖，吉林体育学院讲师，主要承担国家及吉林省耐力性项目科学化训练监控的研究。曾服务过四届夏季奥运会和三届冬奥会，参与国家级课题十余项，奥运科技攻关课题二十余项，冬奥“直通车”课题一项。
获得国家体育总局第30届奥运会科研攻关与科研服务项目贡献一等奖、三等奖各1项。发表学术论文二十多篇，其中有多篇被SCI、CSSCI、EI收录；申请国家发明专利4项，获得授权专利1项。发表专著一本。
赵丽
赵丽，北京体育大学运动人体科学学院，教授，教育部“新世纪优秀人才支持计划”入选者。主要研究领域为运动与神经可塑性、特殊环境生理学，研究方向为神经退行性疾病的运动干预、运动与健康促进及特殊环境生理。
主持并完成3项国家自然科学基金项目及北京市重点实验室、教育部、国家体育总局等多项课题，作为主要课题负责人完成国家科技部“十一五”、“十二五”科技支撑项目、承担科技部科技冬奥课题等课题。相关研究成果在国内外杂志发表论文100余篇(SCI收录20余篇)。申获国内专利多项。已培养毕业硕士、博士20余人。
摘 要
目的探究3周低住高训对平昌冬奥冠军武大靖身体成分及有氧能力的影响。
方法以武大靖为研究对象，在人工模拟的常压低氧训练室（海拔2 300 m、氧气浓度15.9%）进行3周的低住高训，训练强度包括最佳脂肪燃烧区间和无氧阈强度。训练方式以自行车、跑台、攀爬器为主。低住高训前、后为武大靖进行2次递增负荷最大摄氧量测试，监测并记录武大靖每日训练前后体成分的变化情况，采用配对样本T检验进行统计学分析。
结果1）低住高训后，武大靖的体重降低4.5 kg，下降5.69%，脂肪质量降低4.2 kg，下降33.85%，体脂百分比减少3.7%，上述指标均具有非常显著性差异（P<0.01）。肌肉含量增加0.3 kg，增加了0.8%，无显著性差异（P>0.05）。2）最大摄氧量相对值与进舱前相比提高5.1%，最大功率与进舱前相比提高12.7%，最大心率与进舱前相比提高0.5%。有氧阈心率、无氧阈心率与进舱前相比分别提高2.1%和5.4%，有氧阈功率、无氧阈功率与进舱前相比分别提高21.1%和14.1%。
结论3周低住高训过程中，最佳脂肪燃烧区间与无氧阈两种不同负荷性质的训练课穿插进行，达到了减重降脂的目的，同时通过营养干预能够保证骨骼肌的含量不变。其次，运动员有氧能力有了一定程度的提升，运动能力得到改善，说明低住高训有助于运动员早期的恢复训练。
关键词武大靖；低住高训；体成分；有氧能力
短道速滑一直是我国冬奥会获取金牌的拳头项目，该项目是以滑跑名次而非以单纯的滑跑速度决定胜负的一项具有对抗性的冰上竞技运动。此项目除了战术意识和行之有效的战术行动外，运动员良好的身体素质和高超的滑跑技术是项目取胜的关键。2018年2月22日我国短道速滑运动员武大靖以39″584的成绩打破短道速滑500 m冬奥会纪录并夺得冠军，同年11月12日，又在美国盐湖城把自己的世界纪录提高到39″505［1］。从比赛时间来看，短道速滑500 m属于典型的速度型周期项目，要求运动员具有强大的启动爆发能力和乳酸耐受能力，且以糖酵解供能能力为主。因此，短道速滑500 m对运动员体重、体脂、肌肉含量要求相当的苛刻［2］。对于短道速滑项目而言，虽然体内的脂肪储备会对低温环境下的冰上训练以及比赛起到保暖的作用，但是过多脂肪会影响运动员的力量发展、限制运动员的速度及耐力，更重要的是会增加运动员体内氧气消耗及能量消耗，导致氧债增多，最终出现比赛后程降速，进而影响比赛成绩。因此，机体内脂肪含量的多少是影响运动员运动能力的重要因素之一，运动员体重的控制和赛前的减重对于比赛成绩的影响不可小觑。国内外许多成功的案例证明，体成分相关参数的变化与运动员身体机能、运动能力和比赛成绩密切相关［3］。平昌冬奥会短道速滑男子500 m冠军武大靖受新冠疫情及伤病的影响导致其训练不系统，体重增加。备战北京冬奥会恢复期面临的首要问题就是减重、减脂，提高有氧水平。针对这一主要矛盾，2020年10月，本实验室为武大靖制订了3周低住高训（living low-training high， LLTH）的训练方案，本研究中LLTH训练方案不同于传统LLTH提高专项耐力的强度，而是训练强度主要在有氧训练区间，以求既能达到减脂、减重，又能提高有氧能力的目的。本文将报道整个LLTH训练过程中武大靖的体成分、有氧能力等参数指标的变化特征，分析3周LLTH对该备战期间武大靖有氧运动能力的影响，为冬季项目冠军训练模型提供可行性参考资料。
1 研究对象与方法
1.1 研究对象
武大靖，男性，27岁，身高182 cm，体重79.1 kg，我国短道速滑国际健将运动员。历年部分大赛成绩见表1。表1 武大靖历年500 m最好成绩一览表Table 1 Wu Dajing’s Best Achievements in 500m over the Years1.2 实验方案
1.2.1 LLTH方案本研究采用LLTH低氧模拟训练，海拔高度设定2 300 m，氧含量由21%下降到15.9%。训练日期为2020年10月11—31日，期间没有节假日，每天在低氧训练室训练1～4 h，在常氧环境生活和休息。3周LLTH训练课包括最佳脂肪燃烧区间训练和无氧阈训练，最佳脂肪燃烧区间在前期优秀速滑运动员研究结果的基础上［4］，选择低氧条件下武大靖呼吸商（respiratory quotient，RQ）等于0.85对应的心率（heart rate，HR）和血乳酸（blood lactate，Bla）的运动强度；无氧阈强度选定为RQ为1时对应的HR和Bla。第1周是小强度的脂肪燃烧训练课，后2周两种类型训练课穿插进行。小强度脂肪训练每次课2 h，自行车、跑台、攀爬机交替使用，每30 min左右轮换1次。无氧阈强度训练课训练方法包括：15 min 4组、20 min 3组、30 min 2组，组间间歇3 min。为了保护膝关节健康，中等强度训练课一般不使用跑台，选择攀爬机和自行车轮换进行。训练前6天每天上、下午各训练1次，每次训练2 h，强度控制在其本人脂肪最佳消耗区间，第7 d开始2 d一个周期，一堂无氧阈加一堂2 h的最佳脂肪燃烧区间训练课，直到低氧训练结束。1.2.2 最大摄氧量（maximum oxygen uptake，VO2max）测试方案分别在LLTH前、后进行最大摄氧量测试，在正式测试前1周无大强度的运动和比赛，3周LLTH后调整1周，这1周之内不安排大强度训练和比赛，保证测试数据的准确性。在2次最大摄氧量测试过程中分别采集相关参数。低氧训练期间每天晨起做一次体成分测试。VO2max测试应用德国便携式心肺功能仪（Cortex MetaMax 3B）。测试前在定点自行车上以130 次/min左右的HR热身15 min，拉伸、放松15 min后正式开始测试。测试前进行仪器校标，校准完毕后受试者佩戴Cortex MetaMax 3B在Monark839E功率自行车上进行递增负荷测试。起始负荷为75 W，转速为90 r/min，每3 min负荷增加25 W，直至力竭，测试结束。每级负荷结束后采集即刻Bla、HR。采集指尖血的Bla时，为保证Bla值不受酒精和汗液的干扰，第1滴血用干棉球擦净，使用第2滴血。为确定无氧阈和最大摄氧量所对应的强度，当Bla ≥ 4 mmol/L时，停止Bla指标采集，最后采集一次力竭即刻Bla。VO2max判定标准：1）HR≥180 次/min；2）RQ ≥1.10；3）Bla >8 mmol/L；4）在递增负荷运动过程中，摄氧量不再因负荷增加而增加，达到最高点或平台后开始下降；5）受试者主观感觉达到力竭，经工作人员鼓励也不能维持既定转速。以上5点满足3点则判定受试者达到最大摄氧量［5］。通气无氧阈判断标准：1）VE 非线性增加的拐点；2）VO2非线性升高的拐点；3 ）VCO2非线性升高的拐点；4）VCO2与VO2的交叉点；5）VE/VO2未见降低而 VE/VCO2相对升高的拐点；6）RQ相对升高的拐点。以上6点满足4点则判定受试者达到通气无氧阈。VO2max对应功率（Pmax）计算公式：Pmax=P+（T1/T2*W）［5］，其中P为力竭时前一级负荷对应功率；T1为最后一级负荷做功的时间；T2为每级负荷维持的时间（即3 min）；W为每级负荷递增功率（即25 W）［6］。1.2.3 体成分测试应用韩国INBODY770体成分分析仪检测体脂百分比、总体重、体脂肪量、骨骼肌质量。1.2.4 实验器材天津森罗低氧舱系统（Hypoxic Tent System）、德国便携式心肺功能测试系统（Cortex MetaMax 3B）、芬兰心率表（Polar）、德国便携式血乳酸分析仪（EKF Lacate Scout）、瑞典有氧测试功率车（Monark 839E）、韩国INBODY770体成分分析仪。1.3 数理统计法
本研究使用Microsoft Excel 2019对所有数据进行整理汇总和计算分析，使用SPSS 23.0统计软件对数据进行统计学处理分析。所有指标之间的比较均采用配对样本T检验进行统计学分析，以P<0.05表示具有显著性差异，以P<0.01表示具有非常显著性差异。2 结果
2.1 LLTH期间武大靖体成分参数的变化情况
如表2、图1所示，短道速滑运动员武大靖在LLTH前的体重为79.1 kg，3周LLTH训练后下降到74.6 kg，累计减重4.5 kg，达到了良好的减重效果（P<0.05）。在整个3周LLTH训练期间体重总体呈现下降趋势，特别是LLTH前6 d，每天体重下降（0.48±0.05）kg，6 d共下降2.4 kg，达总下降量的53%。但在10月17日和10月29日体重出现较前一天略微增加，结合图1训练课安排特点，分析这两天的体重变化与训练计划的调整有关。训练后期由于加入了无氧阈强度的训练课，减重效果较前下降。表2 武大靖LLTH前后体成分指标的变化Table 2 Changes in Wu Dajing's Body Composition Before and After LLTH注：与LLTH前相比，* P<0.05，**P<0.01。
注：与LLTH前相比，*P<0.05。
由表2、图2可以看出，武大靖LLTH前期体脂肪含量变化与体重变化趋势相似，也呈现较快的下降幅度，随后持续小幅度稳定下降，总体来说呈下降趋势，共减少3.6 kg的体脂肪，具有非常显著性差异（P<0.01）。注：与LLTH前相比，**P<0.01。
由表2、图3可知，武大靖的体脂百分比的变化趋势与体脂含量、体重的变化趋势一致，都是呈下降趋势，武大靖进行为期21 d的LLTH之后，体脂百分比减少了4.4%，具有非常显著性差异（P<0.01）。注：与LLTH前相比，**P<0.01。
由表2、图4可知，在21 d LLTH训练期间武大靖的肌肉量波动很小，肌肉量虽增加了0.3 kg，但无显著性差异（P>0.05）。2.2 LLTH对有氧能力的影响
表3 武大靖LLTH前后最大摄氧量相关参数Table 3 Test Results of Wu Dajing’s Maximum Oxygen Uptake Before and After LLTH3 分析与讨论
3.1 LLTH对武大靖身体成分的影响
研究报道国际优秀男子短道速滑500 m运动员的体脂百分比在8%~15%之间，甚至更低［7］。分析我国优秀运动员体成分参数也提示脂肪百分比如果过高，运动员体内脂肪堆积、体重过大，不利于运动员技术发挥，并增加冰面和空气阻力，从而限制运动员竞技水平和比赛成绩［8］。因而短道速滑运动员日常备战期间进行必要的减重减脂有利于提高运动水平和比赛成绩［9］。武大靖因新冠疫情和伤病影响使训练不系统，体脂百分比达17.8%，比标准范围上限高2.8个百分点，所以武大靖本次训练的主要目的就是减脂，在减脂的同时保证运动能力不下降。因而合理有效的训练方案选择是本次训练课安排所必需的。体内脂肪并不能被细胞直接利用，脂类的主要供能物质甘油三酯在脂解酶催化下分解成甘油和游离脂肪酸（free fatty acid，FFA）后，FFA才是脂类生成ATP的能量来源。虽然运动时脂肪组织对交感神经系统或儿茶酚胺增加程度的敏感性提高，但因脂肪释放能量的速度太慢，不能满足大强度运动时肌肉的能量需求，故高强度耐力运动糖提供90%或更多的能量，而低强度耐力运动会使身体将更多的脂肪作为能量来源，加快脂肪消耗。同时研究发现低强度运动时，机体总脂肪氧化的底物多来自血浆中的FFA，中等强度运动时机体总脂肪氧化的底物多来自肌肉组织内三酰基甘油，单位时间内消耗的脂肪要远远大于低强度运动［10］。中等强度训练儿茶酚胺分泌也增加，线粒体内底物参与有氧氧化，促使三酰基甘油参与供能的比例增加至脂肪氧化量的一半［11］。高强度运动能源消耗率虽然相对较高，但总脂肪氧化会受到抑制，因高强度运动会减少脂肪组织内脂肪酸的释放，导致循环脂肪酸下降从而限制了部分脂肪的使用；高强度运动还会弱化骨骼肌氧化脂肪酸的能力［12］。此外，研究证明在高原环境下，由于甲状腺素和儿茶酚胺分泌的增加，基础代谢率也会升高；低氧刺激还可以加快肌肉中的FFA的代谢速率，使骨骼肌结缔组织中的脂肪组织和脂肪颗粒缩小，实现体脂下降［13］。因此，在高原环境或者人工模拟高原环境的低氧状态下，进行特定强度的有氧运动，在运动和低氧的双重刺激下，脂肪代谢率会显著升高，减重效果会更好［14］。本研究中LLTH高原海拔高度和训练强度的选择就是训练方案的关键要素。本实验室自2000年开始进行人工模拟低氧实验的研究，目前针对周期性耐力项目能够制定较为成熟和系统的低氧减脂减重计划。2014年运用LLTH助力周洋4周减重9.1 kg，以2′19″14的成绩蝉联索契冬奥会短道速滑女子1 500 m冠军；2020年4月助力退役3年零8个月的奥运冠军宫金杰4周减重7.2 kg，成功复出，并以18″976取得2020年全国锦标赛250 m个人计时赛第3名的好成绩。在这些前期成功案例的基础上，本研究根据武大靖个人身体成分及训练特征，制定了LLTH方案。研究首先根据武大靖的RQ制定个性化的LLTH方案，找到脂肪燃烧区间，在保证体能不下降的前提下，达到最理想的训练效果和目标。RQ在0.71~0.99时，机体能量消耗是以糖和脂肪两种物质代谢来供能。当RQ为0.707时，脂肪供能比例为100%，但此时对应的运动强度过低。本实验室前期对国家优秀速度滑冰运动员的有氧训练负荷强度的研究发现，当RQ等于0.85时，糖和脂肪供能各占总能量供应的50%，单位时间内消耗的脂肪最多，是脂肪供能的最佳区间，我们称之为“脂肪在糖里高速的燃烧”［4］，即最佳脂肪燃烧区间。此外，研究表明低氧训练所燃烧的能量是在常氧状态下能量消耗的3倍，并且能量消耗在训练后可以维持达15 h的高水平代谢［15］。因而本研究在低氧环境下，找出武大靖RQ为0.85时对应的心率与血乳酸值分别为141次/min和3.2 mmol/L，根据HR和Bla安排自行车、跑台、攀爬器3种训练方式的训练强度，保障低氧暴露环境下多部位肌肉参与做功，促进肌肉能量消耗增加，肌肉结缔组织的脂肪动员速率加快、分解代谢增加，从而促进脂肪代谢［16］，使体脂下降［17］。如本研究结果所示，经3周的LLTH训练，武大靖的体脂百分比下降到13.4%，达到理想范围。但是低氧环境下因低氧诱导因子-1的激活会诱导瘦素基因（ob）表达增加，使血液中瘦素（leptin）浓度增加［18］。瘦素是一种主要由脂肪细胞分泌的反馈性抑制脂肪生成的激素，主要通过抑制食欲来减少能量摄入、增加能量消耗和抑制脂肪合成这3种途径来调节机体脂肪含量［3.2 LLTH对武大靖有氧能力相关参数的影响
低氧减重的理想效果是在脂肪下降的同时保持骨骼肌不变或增加，因为其含量的降低不仅可降低骨骼肌的收缩速度，还可减小骨骼肌的收缩力。长期暴露在低氧环境中，骨骼肌蛋白质丢失增加，而在低氧环境中进行大负荷运动训练时骨骼肌收缩蛋白的丢失更加明显［24］。Hoppeler［25］等的研究显示，14名登山运动员在5 000 m 高度停留8周后体重下降， 斜阔肌横截面积减少20%，Ⅱ型肌纤维和Ⅰ型肌纤维分别减少25%和26%。但本研究在人工模拟2 300 m的低氧环境中进行训练后，武大靖的骨骼肌含量非但没有下降，反而上升了0.3 kg，是本研究创新性的训练强度安排的结果。本研究依据低氧环境下武大靖RQ在0.85时对应的心率与血乳酸值设定训练强度，在低氧环境下进行上述多部位肌肉参与做功的这种有氧训练，可以最大限度提高慢肌纤维工作能力，进而增加肌肉生理横断面，使肌纤维数量增多、肌纤维体积加粗；同时本研究中无氧阈强度的训练课≤1 h，也降低了骨骼肌蛋白降解的风险；在完成低氧训练时，每周安排2堂力量训练课，利于骨骼肌的增长。从恢复角度来看，低住具有较高的氧分压，有利于武大靖体能的恢复、提高或保持运动员的体能水平，加之人工低氧和运动性缺氧的双重刺激，更有利于其慢肌纤维的工作和募集。因而经过3周LLTH后不仅成功实现了武大靖的体脂百分比调整至理想范围，骨骼肌质量还有所增加。传统LLTH在提高专项耐力即无氧耐力（冲酸和耐酸能力）更具优势，如参加冬奥会滑雪比赛的日本运动员在相当于海拔2 600 m高度的常压低氧舱中，以乳酸阈强度蹬自行车45 min，然后进行15 min跑台运动，训练共进行8次，运动员的最大耐力增加了4%［26］。而本研究中进仓前无氧阈强度对应的HR和Bla分别为147次/min和5.3 mmol/L，主要训练方式包括恒定速度的训练和渐增负荷训练。无氧阈水平的运动负荷是乳酸的产生与消除处于平衡状态的临界点，是能够维持大运动量训练负荷的最大平均负荷。因此，它一方面具有低强度课的训练效果，另一方面与低强度训练相比，又能够长时间地刺激运动员的心肺功能，尤其是运动肌的有氧代谢功能，使之更好地向耐力项目的比赛需求发展。如本研究结果所示，3周LLTH后武大靖个体乳酸阈曲线右移，运动能力增强，有氧阈功率和无氧阈功率增幅达21.1%和14.1%。结合最大摄氧量相对值的增加，进一步证明3周LLTH达到了减重降脂、提升运动能力的目的。上述结果也与以往研究证实的低氧环境训练有助于提高运动员的有氧能力相一致［27］。通过低氧刺激可促使体内促红细胞生成素的产生、增加血红蛋白和红细胞的生成；低氧刺激还可增加运动员骨骼肌肌纤维直径、毛细血管密度、柠檬酸合成酶的活性以及肌红蛋白的浓度，这些因素均与低氧环境训练增加武大靖有氧能力相关［28］。说明LLTH常氧-低氧环境的适应，有助于运动员早期的恢复训练及运动水平的提升。4 结 论
3周低住高训过程中，最佳脂肪燃烧区与无氧阈2种不同负荷性质的训练课穿插进行，达到了减重降脂的目的，抗阻性的力量训练配合个性化的营养干预保证了LLTH中骨骼肌含量不丢失。其次，低氧与针对性的基础和强化有氧训练，使运动员的有氧运动能力有了一定程度的提升。本结果是LLTH有助于运动员早期的恢复训练的再次佐证。作者贡献声明
史继祖、武大靖：执行研究设计、完成研究数据处理及分析、撰写研究论文。
赵丽：总体研究设计、审核研究结果、修订研究论文。
略
中图分类号：G804.49
文章编号：1007-3612（2021）12-0089-09
文献标识码： A
收稿日期：2021-11-20
修回日期：2021-12-13
出版日期：2021-12-25
网刊发布日期：2022-01-06
责任编辑：杨静
责任校对：安力戈
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