集体球类项目运动员反复冲刺能力的能量代谢机制的研究现状

摘要：对于集体球类项目（篮球、足球、橄榄球、手球等）来讲，运动员为了有效地完成比赛的技战术要求，取得竞争优势，必须在场上进行反复的高强度冲刺活动，所以反复冲刺的能力（Repeated-sprint ability：RSA）对运动员的竞技表现是至关重要的。本文旨在通过对国内外集体球类项目运动员反复冲刺能力的研究成果进行梳理分析，总结归纳出反复冲刺能力的能量代谢基础、测试方法及影响因素，以期能对我国竞技水平普遍不高的集体球类运动项目的科学化训练提供理论指导。

关键词：集体球类项目，反复冲刺能力，测试

中图分类号：G840.14 文献标识码：A 文章编号：1007-3612（2012）03-0123-05

集体球类项目（篮球、足球、曲棍球、橄榄球等）在世界范围内参与者多，影响力大，竞争亦激烈。而纵观我国近年来在这类项目的世界大赛中，成绩都不尽如人意。在这种历史背景下，2011年5月17日国家体育总局颁布了《2011-2020年奥运争光计划纲要》，纲要指出今后10年的奥运发展目标，集体球类项目缩小与世界先进水平的差距，到2020年夏季奥运会，集体球类项目整体水平显著提高，进入先进国家行列。要想达到这样的预期目标，迅速提高我国的集体球类项目的竞技水平，就必须从多学科的视角对项目的运动特征和训练规律进行微观、具体和有针对性地了解和认识，从众多细节中提取出专项的特征，只有这样才能够真正对专项的训练提供有价值的信息，促进专项运动水平的迅速提高。

对集体球类项目运动员来讲，为了达到进攻或防守的技战术目的，要在全场大约60到120 min的比赛中，不断重复地进行最大强度或次最大强度的冲刺活动（

1、球员反复冲刺过程中的能量代谢机制

1.1 能量供应特征 人体由磷酸肌酸（ATP-CP）、无氧糖酵解、有氧代谢三大供能系统组成，为了更好地理解反复冲刺时的能量代谢特征，必须定量化地研究三大供能系统的贡献率如何。Bogdanis等人以8名健康男性为研究对象，研究了受试者进行两次间隔为4 min的30 s全力蹬踏功率自行车时肌肉能量代谢特征。结果显示，第二次冲刺时无氧代谢产生的能量比第一次下降了41%，但总功仅下降18%。这个数字的差异说明在第二次冲刺时，有氧代谢供应能量的比例提升了。但前10 s仍以磷酸肌酸代谢为主。这与McCarmey N和Trump ME等人的研究结果相似，在总功下降不明显的情况下，第二次冲刺的无氧糖酵解代谢供能比例下降。aaitarlos等人以优秀运动员为对象研究了持续6 s的反复冲刺十次的肌肉供能特征。结果显示，在第十次冲刺后乳酸量与前几次并没有显著变化。这表明最后一次的冲刺所需能量主要来源于磷酸肌酸代谢和有氧代谢。因此，由以上研究成果不难看出，在反复冲刺时，有氧代谢供能比例逐渐得到增加。有一点必须明确，虽然比例相对增加，但其对总能量的贡献率仍然较低。有氧代谢的贡献主要体现在机体的恢复阶段，用来维持机体的内稳态。

在研究反复冲刺的能量供应时，研究人员还发现各种能量系统的供能比例受冲刺持续时间的长短影响比较大。galsomL8/等人研究了间隔30 s消极休息反复进行15，30和40 m的冲刺（总跑动距离为600 m）时生理变化和成绩的关系。数据显示，在进行间隔30s，持续15 m冲刺时，成绩没有明显下降，但在进行持续40 m的冲刺时，从第三次的成绩开始出现下降。前者的血乳酸浓度没有明显上升（P

1.1.1 ATP的释放与再合成 研究证实，在进行反复冲刺活动时，率先启动的能量供应来源于肌肉内储存的ATP（通常含量为20～25 mmol/kg·dm），但最多只能释放大约含量的45%。释放比例与运动强度有很大的关系。以galsom和Dawson等人的研究为例，其分别以中等强度和最大强度进行5×6 s（间歇30 s）功率自行车蹬踏，ATP下降比例分别为4%和24%。Dawson还报道，在经过三分钟的休息后，肌肉中ATP的含量仍然明显低于运动前，可能是因为PH值的下降影响了ATP的再合成。

1.1.2 磷酸肌酸降解和再合成 在30 s反复冲刺练习时，运动成绩与磷酸肌酸的再合成速度有相当大的关系。gogdanis等人研究发现，人体进行高功率供能的能力与磷酸肌酸的再合成情况呈高度相关性。除了在实验室环境下的研究外，还有研究者设计了更贴近比赛实际情况的实验。以Gaitanos的研究为例，其设计研究了10×6 s（间歇30 s）反复冲刺时的肌肉代谢情况。结果显示，从第五次开始最高输出功率（peak power output）明显下降，最后一次比第一次下降了33%。第一次冲刺时，磷酸肌酸供能约占所有无氧供能数量的50%，第十次时，供能比例约占80%。但是，从第一次开始，磷酸肌酸供能占总供能的比例逐渐下降（44.3±4.7到25.3±9.7）。在第一次冲刺后，磷酸肌酸的浓度下降到安静值的57%，最后一次冲刺后，下降到安静值的16%。说明短暂的休息（30s）并不能使磷酸肌酸的储备得以完全恢复。Dawson等人得出了相似的结果，在经过5×6 s全力冲刺（间歇24 s）后，在经过30 s的休息后，测得磷酸肌酸为运动前的45%；在3 min的休息后，磷酸肌酸恢复到运动前的84%。但是在正式的比赛中，实际的恢复时间主要集中在1～7 s，所以，磷酸肌酸并不能得到完全恢复，其供能比例也随着比赛的进行而降低。据DawsonBLl2/的研究，磷酸肌酸降解的程度越大，其重新恢复所用的时间越多，因为其从一个较低的水平开始进行再合成。

1.1.3 无氧糖酵解（anaerobic glycolysis）和糖元分解

在经过反复冲刺运动之后，肌肉中乳酸的浓度明显上升，上升的幅度与单次冲刺持续时间、强度和间歇时间密切相关。据Craig Twist的研究，单次冲刺持续时间越长，越依赖糖酵解供能，其解释是主要因为运动导致肌肉微损伤所致（EIMD：Exercise-inducedmuscle damage）。McCarmey和Hargreaves报道，让受试者在功率自行车上进行间歇4 min4×30 s的最大强度运动后，肌乳酸的浓度分别为150mmol/kg dm和130mmol/kg dm。由于持续时间和间歇时间与实际的比赛冲刺模式并不相符，造成其实验结果有很大的局限性。相比较而言，Dawson B等人的研究与真实的比赛更接近。

无氧糖酵解可导致引起肌肉疲劳的细胞内氢离子浓度上升。虽然反复冲刺活动比单次冲刺更能引起肌乳酸浓度的提高，但是随着冲刺次数的增加，糖酵解供能比例也随之下降。aaitanos等人在测试受试者进行10×6 s功率自行车全力运动（间歇30 s）时肌肉代谢情况。结果显示，第一次冲刺时的无氧糖酵解比率、糖原分解率明显高于最后一次。最后一次冲刺的平均输出功率是第一次的73%。研究人员推测，最后一次ATP主要源于磷酸肌酸降解和有氧代谢。所以，随着冲刺次数的增加，无氧糖酵解的供能比例逐渐降低。另外，就不同的个体而言，第一次冲刺时无氧糖酵解供能比例大的运动表现下降幅度最大。这可推断出运动员对H+的缓冲能力对反复冲刺能力的高低有重要的影响。

以上的研究均是在实验室环境下进行的，为了更精确地探讨在真实比赛过程中不同能量系统的供能情况，Yoav Meckel等人以篮球比赛为例，研究了不同比赛阶段球员的反复冲刺能力情况。结果显示，在真实比赛过程中，无氧糖酵解的供能比例非常小，主要能量来源于磷酸肌酸供能（CP）和有氧代谢系统（aerobic system）。另外，随着比赛的进行和疲劳的增加，有氧代谢供能的比例越大。为了保持比赛的高强度，球员的有氧代谢能力在比赛的最后阶段显得尤为重要。

1.1.4 小结 通过以上分析可知，运动员的肌糖原储备和再合成及有氧代谢能力对反复冲刺能力非常的重要。随着冲刺次数的增加，无氧糖酵解的供能比例逐渐降低，有氧代谢供能比例增加。由此可进一步推断出，冲刺持续的时间将对各供能系统的贡献率有重要影响。磷酸肌酸的合成和降解速率与冲刺表现呈现高度相关性。磷酸肌酸降解越快，冲刺成绩越低。在反复冲刺过程中，骨骼肌内的嘌呤核苷酸逐渐减少。通过有效的专门性训练，可以减少它的流失。

1.2 反复冲刺时疲劳致因分析

1.2.1 乳酸堆积 许多的研究证实，肌肉收缩力量的下降与肌肉内环境的PH值降低密切相关。Chin和Allen的研究证实，由于肌乳酸的堆积，降低了肌纤维蛋白（myofibrillar proteins）对钙离子的敏感性，进而导致肌肉收缩力量的下降。David Bishop研究证实，对乳酸缓冲能力强的选手在进行反复冲刺运动时成绩下降幅度低，间接地证实了乳酸堆积是导致肌肉疲劳的重要原因。Lavender和BirdL以食用碳酸氢钠（NaHC03）的选手为实验组，食用中性液体的为对照组，对受试者进行10×10 s（间歇50 s）的反复冲刺测试。结果显示，实验组的反复冲刺能力明显强于对照组（P

1.2.2 无机磷酸盐堆积 关于肌肉疲劳的致因，早期的研究重点多集中在乳酸对疲劳的影响。但近年来已经将研究者重心导向了无机磷酸盐的累积对疲劳的影响。研究结果均表明，无机磷酸盐的累积是导致肌肉在大强度运动时产生疲劳的重要原因。其主要机理是，肌丝网上Ca2+的释放控制着肌球和肌动蛋白横桥链接，无机磷酸盐主要就是通过抑制肌丝网上Ca2+的释放来影响肌肉收缩功能的。

1.2.3 嘌呤核苷酸的流失 由于在反复冲刺运动时，机体需要大量的ATP来供能，至使嘌呤核苷酸的总含量降低。短时间的高强度冲刺使得肌肉中ATP含量急剧下降，在此过程中伴随着血浆内次嘌呤核苷酸含量的升高。由于次黄嘌呤核苷酸不能重新扩散到肌肉中，所以，这导致了嘌呤核苷酸含量的降低。它的降低幅度取决于反复冲刺时的结构特征，即冲刺次数、间歇时间、冲刺强度、间歇时的恢复方式。随着磷酸肌酸浓度的下降和ATP水解率超过ATP的再磷酸化，腺嘌呤核苷酸也不断的下降。据文献报道，磷酸肌酸的再合成能力通过有效的训练可以得到提升，进而反复冲刺能力得到提高，其生化基础是嘌呤核苷酸的损失减少和血浆中次黄嘌呤的变少。为了考察冲刺训练对骨骼肌中核嘌呤苷酸的代谢变化，StathisCG等人以普通人为研究对象进行为期7周的冲刺训练，测试前后的腺嘌呤核苷酸浓度、血浆次黄嘌呤浓度、肌苷浓度等指标，结果显示，经过反复冲刺训练，肌苷的生成速率和血浆次黄嘌呤浓度下降。Spencer M，等人以24名优秀曲棍球运动员为实验对象，研究其反复冲刺训练前后的血浆次黄嘌呤浓度的变化特征。结果证实，经过有效的训练，血浆次黄嘌呤的浓度变化幅度降低。

2、反复冲刺能力的测试影响因素分析

对反复冲刺能力的测评有助于教练员了解运动员体能水平的现状（优势和劣势）和训练计划的有效性。从20世纪90年代开始，RSA测试已成为评价集体球类运动员无氧耐力（速度耐力）的一种非常流行的方法。这种测试的最大特点是充分模仿球员比赛中的运动结构模式，其主要考察球员在多次最大强度的全力冲刺之间的快速恢复能力。研究者对不同项目及水平的运动员分别运用不同的冲刺时间、冲刺次数、间歇时间和方式进行了深入细致的研究。测试通常选择的评价指标包括：（1）最好的一次冲刺成绩；（2）平均冲刺时间；（3）疲劳指数，指最好的一次成绩与最差一次成绩的差距。（4）冲刺时间总和。Gab-bett对女足队员反复冲刺测试方法进行了研究，其结论认为，运用总冲刺时间作为指标对评价运动员的反复冲刺能力可靠性更高。

2.1 冲刺持续时间 从检索到的文献看，在RSA素质的测试时所用的单次持续时间从2.5 s到10 s钟不等。但大多数所用的时间为5或6 s。之所以选定这个时间段是因为与集体项目运动员在比赛中的移动特征相似。近来，科研人员运用时间位移分析软件（time-motion analysis）分析了真实比赛中各项目运动员的冲刺情况，结果显示，平均的冲刺持续时间为少于六秒，一般介于2～3 s之间。所以，为了提高测试的准确性和客观性，更有效地评定运动员反复冲刺能力（RSA），用短于6 s的持续时间更加贴近团体运动项目特征。

2.2 反复冲刺次数 在以往的研究中，一般采用的反复冲刺次数为2～40次。从实验的区分度看，重复的次数越多越容易辨别出成绩的变化情况。从Bal-som等人的研究中也可以看出，不同的重复次数对实验结果有较大的影响。他们运用不同持续时间和不同重复次数的三种组合方案（冲刺总距离和间歇方式相同）来研究短距离反复冲刺的生理变化情况。结果发现，生理变化情况和运动表现明显受冲刺距离和冲刺次数的影响。主要是由于腺嘌呤核苷酸含量的变化引起的。所以，在进行反复冲刺能力（RSA）测试时，要慎重的根据专项负荷特征来选择冲刺距离和冲刺次数。

2.3 冲刺之间的间隔时间 冲刺之间的间隔时间也将对冲刺成绩的变化产生影响。Holmyard等人的研究发现，在非机动脚踏车上进行间隔60 s的10×6 s的反复冲刺时，每次都平均功率输出基本保持不变。但当间隔时间缩短为30 s时，前五次的平均输出功率无显著变化，从第六次开始，平均输出功率明显下降。Balsom P，等人的研究也得出相似的结论。其进行间隔30 s（消极恢复）的15×40 m的测试时，成绩下降10%。但间隔时间变为60 s或120 s时，成绩下降分别为3%或2%。Holmyardt认为，这可能是由于间歇时间的降低导致了磷酸肌酸的再合成速度降低和肌肉酸中毒所致。所以，在对集体球类项目运动员进行反复冲刺能力测试时要更加比赛中的移动特征来合理的选择间歇时间。

2.4 冲刺之间的恢复方式 由于在集体球类项目的比赛中，高强度的冲刺一般是从运动状态开始，极少的冲刺是从静态开始的，因此，研究不同恢复模式对理解间歇性反复冲刺的疲劳致因具有重要意义L14J。从以往的文献看，大部分采用的间歇方式是消极的休息来进行恢复。但根据SignorileJF和Ahmaidi S的研究，采用积极的休息方式可以最大程度的减少冲刺成绩的下降。Signorile等人研究对比了消极和积极休息方式对8×6 s脚踏车时平均输出功率的影响。结果显示，积极性休息时平均输出功率和总功都呈现显著性增加，积极性休息能加速乳酸的转移并能被临近的肌肉作为供能燃料加以利用。因此，在进行反复冲刺运动时，进行低强度的积极性恢复可以降低肌肉酸中毒的发生。所以，这提示我们，在实际的运动中，运动员要在场上进行反复冲刺时的间歇多进行低强度的积极性走动，可以延缓疲劳的发生。

从以上的分析可知，冲刺的时间、反复的次数、间歇时间、间歇方式都对研究结果有较大的影响。由于此类项目移动的复杂性及影响因素的多元性，要想设计出完全符合比赛移动特征测试方法几乎是不可能的，但是，许多学者还是在这方面进行了卓越的研究，也创设了一些有效的测试方法。如针对检测足球和篮球运动员反复冲刺能力而设计的拉夫伯勒间歇往返测试（Loughbomugh Intermittent Shuttle Test，LIST）和YO-YO间歇测试；针对橄榄球运动员而设计的“J.A.M.Intermittent Test”。纵观这些有效测试方法的设计过程，无不是先利用先进的科学技术（如Time-motion analysis技术，SIMIO SCOUT软件、GPS定位系统等），对运动员在比赛时的移动特征进行更加深入的研究，根据研究结果来设定能力测试方案，这样测试结果会更精确、更科学，才能有效地为训练提供指导。

3、对训练的启示

对此类项目反复冲刺能力的能量代谢机制和测试的研究其主要目的为了探索专项特征，进而提高训练质量。通过以上的分析可以对球员的训练得到如下几点的启示：1）由于集体球类项目的间歇性特征，在安排体能训练时，必须把提高绝对速度能力和反复冲刺能力训练进行有效组合，并将反复冲刺能力列为重中之中来进行，遵守高强度和间歇性原则，尤其是要严格控制间歇时间。2）集体球类项群虽然存在相似的移动模式，但在冲刺时间、反复次数、冲刺距离等方面仍然存在差异，在制定训练计划时要充分考虑这些因素，使训练内容最大程度地贴近专项特征。3）在此类项群中的比赛中，反复冲刺能力不仅取决于体能方面的因素，还与球员根据场上情况快速地做出决定的能力有关。所以，为了更好地贴近比赛的实际，在进行球员反复冲刺能力的训练时，要以结合有球的技术为主来设计练习，提高球员的预判能力。4）根据David BishopTM和McMahon S等的研究，球员的有氧代谢能力与反复冲刺能力呈显著性相关，其作用主要是体现在能促进运动员在全力冲刺后的快速恢复，所以，欲最大限度地提升球员的反复冲刺能力，进行促进有氧代谢能力的训练也是必不可少的。（5）要不定期的对球员的反复冲刺能力进行科学监控，以检查训练的效果和是否存在过度训练。

4、总结

集体球类项目的专项特征决定了反复冲刺能力是运动员关键的体能素质之一，在制订训练计划时，应将反复冲刺能力（有球和无球）的提高列为专项体能训练的最重要的内容。在反复冲刺时，随着冲刺次数的增加，无氧糖酵解的供能比例逐渐减少，有氧代谢供能比例增加。因此，对集体球类项目球员来讲，为了更好地适应比赛中反复冲刺的间歇运动模式，提高球员的短暂大强度移动后的快速恢复能力，球员除了需要极高的ATP-CP（磷酸原）系统元氧代谢供能能力之外，还需具备良好的有氧代谢供能能力。另外，建议将来加强研究不同能量代谢机制对球员竞技表现的影响。