运动训练超量恢复学及适应理论演进(4)

　　20世纪80年代末，德 国 运 动 生 理 学 者 马 德 尔 教 授 从细 胞 代 谢 的 层 面 研 究 了 人 体 机 能 能 力 在 负 荷 刺 激 下 变 化的问题。他认为，适应的个体因素 藏 匿 在 细 胞 遗 传 的 机 制之后，细胞蛋白质分解与合成之间 的 关 系 是 人 体 运 动 机 能能 力 变 化 的 主 要 原 因，蛋 白 质 自 身 所 具 有 的 衰 弱、凋 亡 和再 生 时 间 以 及 在 运 动 刺 激 条 件 下 的 分 解 与 合 成 在 很 大 程度上决定了 人 体 运 动 能 力 的 增 长、保 持 或 下 降。因 此，他提出，人体除了具有一个正常状态 下 的 细 胞 蛋 白 质 标 准 代谢率之外，还存在一个在负荷作用下的“机 能 受 限 性”蛋 白质代谢率的额外增长，如果该增长 发 生 在 那 些 对 运 动 能 力具有重要影响甚至决定性作用的蛋白质（线 粒 体 等），则 必然带来机体运动能力的提高。当然，如 果 外 来 刺 激（负 荷）过小或者超过了机体的承受能力，都 会 影 响 到 蛋 白 质 的 分解和合成率，具体表现为运动能力的停滞或下降。
　　
　　在上述认识 基 础 上，马 德 尔 提 出 了“机 能 储 备 模 型”（图6）。“最大机能容量”“适 应 储 备”“现 实 机 能 容 量”“机能储备”和“现实生理负荷”是机能储 备 模 型 的5个 关 键 元素。“最大机能容量”是 人 体 已 经 具 有 的 各 种 能 力 和 一 个尚未开发的“适应储备”的总合，既反映 了 运 动 员 当 前 已 经具备的总体最高运动能力，也显示 出 运 动 员 的 最 大 潜 在 能力储备。“适应储备”是 一 个 受 遗 传 限 制 并 可 以 枯 竭 的 能力 区 域，它 的 空 间 越 小 表 明 运 动 员 能 力 的 可 塑 性 越 小，其下限代表着运动员目前所具备的 运 动 水 平，其 上 限 是 最 大机能能力的顶端，也是运动能力的极 限。“现 时 机 能 容 量”是运动员各种子能力目前所具有 的 可 供 开 发 的 潜 能，它 由“现时生理负荷”和“机能储备”两部分构 成，前 者 是 机 体 各种不同能力已具备的各自的现时 状 态，也 是 至 今 为 止 机 体对训练的适应程度，后者是这些子 能 力 可 以 支 配 但 还 未 达到的机能储备。上 述 三 者 之 间 的 关 系 形 象 地 揭 示 了 训 练负荷的运用规律，在运动训练中，如果运 动 员 的“现 时 生 理负荷量”越逼近“现时机能容量”,也就是说，“机 能 储 备”的余留量越少，说明训练负荷量是 最 佳 的。如 果 训 练 负 荷 低于或超过了供支配的“现时机能”储备，则 表 明 训 练 负 荷 的安排不正确。这两种情况均会影 响 训 练 的 效 果，过 低 的 负荷 不 会 引 起 机 体 的 反 应，机 体 也 不 会 出 现 相 应 的 适 应，而过高的负荷同样不会给机体带来 良 性 的 适 应，甚 至 造 成 过度训练和损伤。同时，“现时机能容量”也 是 人 体 不 同 子 能力的代名词，各个“现时机能容量”之间 以 及 其 生 理 负 荷 与机 能 储 备 的 大 小 也 存 在 区 别 和 差 异，它 们 既 是 有 限 的，又在一定范围内是动态 变 化 的。不 同“现 时 机 能 容 量”的 总和构成了人体的“最 大 机 能 容 量”,其 中，不 同 的 机 能 储 备又 构 成 了 总 体 的 适 应 储 备，对 不 同 机 能 储 备 的 挖 掘，即 生理负荷的不断增长，也是对整个机体“适 应 储 备”上 限 的 逼近[2].
　　
　　诺依曼在1991年提出了人体的“转 变-适 应”模 型[38].该 模 型 从 时 间 的 角 度 对 机 体 细 胞 和 组 织 在 运 动 训 练 负 荷作用下的适应性变化进行了解释，提 出 了 机 体 各 器 官 系 统受到足够大的外来刺激时会产生“转变”,在 反 复 施 加 负 荷的条件下则出现“适应”,具体表现 为 机 能 能 力 的 提 高。同时，该理论 还 根 据 各 器 官 系 统 的 适 应 形 成 在 时 间 上 的 不同，将适应的过程划分为4个阶段 并 为 各 个 阶 段 的 实 现 给予了明确的时间期限（图7）。
　　
　　由图7可见，人体对运动训练 产 生 适 应 性 改 变 首 先 发生在神经-肌肉系统的层面，在7~10天 的 训 练 中，肌 肉 细胞中的底 物 和 神 经 对 肌 肉 的 支 配 程 序 出 现 相 应 的 变 化。在之后的10~20天 训 练 中，机 体 的 能 量 储 备 出 现 显 着 性增加，肌肉蛋 白 质 的 结 构 也 同 时 出 现 变 化。随 后，运 动 适应进入第3个阶段，具体表现为能 量 物 质 的 动 员 和 转 换 速度加快，肌肉的募集和收缩速度 也 得 到 相 应 的 提 高。当 训练进行到6周 左 右 的 时 候，机 体 适 应 进 入 到 第4个 阶 段，这也是运动适应过程的最后阶段，参 与 运 动 的 各 个 不 同 器官和系统之间的协调得到明显的 改 善，不 仅 运 动 时 的 动 力出现明显增强，而且其经济性也得到显着优化。
　　
　　该理论描述了 在 负 荷 情 况 下 机 体 的 平 衡 状 态 被 破 坏而产生“转变”,在 连 续 适 宜 负 荷 的 作 用 下 又 形 成 新 的 平衡，即一个从量变（积累作用）到质变的“适 应”过 程。我 们注意到，诺依曼的理论中没有运用传统的“超 量 恢 复”来 解释机体器官系统对负荷的反应，而称 其 为“转 变”.依 据 这一 观 点，机 体 在 外 来 负 荷 的 作 用 下 其 平 衡 状 态 被 破 坏，具体 的 反 应 就 是 疲 劳，当 负 荷 条 件 不 存 在 时，机 体 会 得 到 恢复，如 果 反 复 对 机 体 施 加 负 荷 刺 激，则 机 体 会 由 于 负 荷的累积效果对该刺激产生适应，具体 表 现 为 运 动 器 官 系 统 在形态机能方面 的 改 变。这 种 适 应 是 以 刺 激 的 累 积 效 应 为基础，首先实现机 体 器 官 形 态 的“代 偿”性 改 变，然 后 产 生功能上的适应。例如，力量训练使 神 经 对 肌 肉 的 支 配 作 用得到改善和骨骼肌面积得到增加，从而增大了力量。
　　
　　20世纪90年代之 后，世 界 计 算 机 技 术 的 快 速 发 展 开启并推动 了 人 体 运 动 适 应 模 型 的 智 能 化 研 究。2000年，德国美因茨大学计算机系的珀尔（J.Perl）和 科 隆 体 育 大 学运动与训练研究所的梅斯 特（Mester J.）提出 了“竞 技 潜 能元 模 型”（Performance Potential Metamodel）[35,41],简 称 为PerPot的模型 仍 然 秉 承 了“应 激-适 应”理 论 的 核 心 思 想，运用应力（Strain）输入、应 答（Response）输出 以 及 二 者 对 竞技能力（Performance）的 影 响 三 者 之 间 形 成 的 若 干 交 互 作用，以各种“元”,即 不 同 的 系 统 和 功 能 的 形 式 模 拟 竞 技 能力的适应过程（图8）[42].该模 型 认 为，运 动 能 力 的 改 变 是机体抵抗（antagonistic）外来 刺 激 的 结 果，该 结 果 具 有 滞 后（delay）效应的特点，不仅 表 现 为 正 面 的 能 力 提 高，而 且 也会出现负面的能力下降[43].
　　
　　与之前的竞技能力模 型 比 较，PerPot模 型 的 突 出 特 点在 于 构 建 了 一 个 基 于 计 算 机 和 相 关 数 学 建 模 技 术 的 模 拟平台。在该平台上，人们可以通过 一 些 已 经 被 研 究 证 明 的刺激（训练）与应答（适应）之间的关系，如 跑 步 强 度 与 心 率之间的关 系、血 红 蛋 白 增 长 与 耐 力 训 练 时 间 之 间 的 关 系等，模拟或预测竞技能力的发展趋势。
　　
　　3运动机能模型发展展望
　　
　　3.1 从历史发展的视角分析和评价运动机能模型
　　
　　纵观运 动 训 练 机 能 模 型 的 发 展，可 以 将 其 分 为3个阶段。
　　
　　20世纪20年代，人 们 开 始 发 现 磷 酸 肌 酸 和 肌 糖 原 等能量物质存在运动后的超量恢复 现 象，标 志 性 的 成 果 为 瑞典学者博格斯 通 和 胡 尔 特 曼 等 人1966年 的 研 究，从 方 法和路径上为此后的研究奠定了基 础，这 一 时 期 是 运 动 机 能模型研究的初始阶段。
　　
　　1977年，原苏联着名 学 者 雅 克 夫 列 夫 在 其 专 着《运 动生物化学》中将肌糖原超量恢复现 象 扩 展 为 运 动 训 练 的 超量恢复，提出了“超量恢复”学说。雅克夫列 夫“超 量 恢 复”学 说 的 问 世 标 志 着 运 动 训 练 机 能 模 型 的 研 究 进 入 到 一 个新的阶段，从运动训练的层面对大 量 能 量 代 谢 的 基 础 研 究从哲学的高度进行归纳和总结，在 宏 观 上 建 立 了 机 体 在 接受负荷刺激 和 作 出 应 答 过 程 中 的 机 体 疲 劳-恢 复-超 量 恢复3者之间的关系，构建了首个以 解 释 运 动 训 练 效 应 为 目标的理论模型。该模型首次超越 了 传 统 的 运 动 生 理、生 化的 生 物 学 领 域，没 有 将 重 点 集 中 在 磷 酸 肌 酸、肌 糖 原 等 具体能量物质在运动训练前后产生 的 复 杂 变 化 方 面，而 是 将运动训练中的能量代谢过程简化 并 提 炼 为 下 降、恢 复 和 超量恢复3个阶段，高度概括了在训 练 刺 激 下 机 体 机 能 的 变化规律。该模型 的 优 点 主 要 表 现 在 两 个 方 面：首 先，是 将机体在训练条件的诸多复杂变化 进 行 了 高 度 简 化 和 凝 结，人们可以将其作为制定训练负荷 和 选 择 训 练 方 法 的 依 据，也可以将各种训练后机体的变化归因于“超 量 恢 复”,便 于教 练 员 和 运 动 员 对 训 练 负 荷 及 其 效 果 的 理 解；其 次，是 该模型具有运动生物学能量代谢基 础 的 支 撑，大 量 的 实 验 研究已经证明肌糖原等能量物质超 量 恢 复 现 象 的 存 在，与 之前的运动训练比较，超量恢复模型 的 应 用 无 疑 在 一 定 程 度上提高了运动训练的科学化水平。
　　
　　第3个阶段 实 际 上 开 始 于20世 纪50年 代 中 期 塞 利的适应理论问世之后，美国的威尔 特 和 康 希 尔 曼 分 别 在 理论上和实践上率先将适应理论引 入 竞 技 运 动 训 练，特 别 是康 希 尔 曼 在 游 泳 训 练 上 的 卓 越 成 功 验 证 了 适 应 理 论 对 竞技运动训 练 具 有 重 要 指 导 作 用。1980年，爱 沙 尼 亚 学 者维禄开始深入推动适应理论在运 动 训 练 领 域 的 发 展，运 用适应理论的思想解释机体在训练负荷 下 的 变 化，从 此，“适应”逐渐取代“超 量 恢 复”成 为 竞 技 运 动 训 练 的 生 物 学 基础。在20世纪80年代之后，运动 训 练 机 能 模 型 的 研 究 进入一个新的活跃期，相继出 现 了 班 尼 斯 特 的“疲 劳-适 应 双因素”模型、马德尔的“机 能 储 备 模 型”、诺 依 曼 的“转 变-适应”模型和珀尔的“竞技潜能元”模 型。这 些 模 型 尽 管 在 影响力上难以超越超量恢复和适应 理 论，但 它 们 融 合 了 当 代先进的科技思想和技术，在运用层 面 上 更 加 贴 近 运 动 训 练实践，表现出较好的实操性。
　　
　　长期以 来，尽 管 一 些 学 者 不 断 对 雅 克 夫 列 夫 提 出 的“超量恢复”模型提出质疑，认为该 模 型 存 在 诸 多 问 题。但是，我们应该注意到，在当时的体育科 研 水 平 下，该 学 说 无论 在 生 物 学 基 础 上，还 是 在 运 动 训 练 实 践 上，都 不 失 为 是一个“最贴近”训练实 际 的 模 型。作 为 一 名 杰 出 的 运 动 生化学者，雅克夫列夫和他的研究团 队 一 直 致 力 于 从 能 量 代谢层面探索人体机能能力在训练 中 变 化 的 机 制，而 并 非 仅从哲学和方法论的角度解释这一问题。
　　
　　塞利的适应理 论 在 运 动 训 练 领 域 一 直 扮 演 着 一 种 指导思想的角色，在某种程度上可以 说 是 一 种 从 宏 观 层 面 指导运动训练的 思 维 方 式 或 方 法 论。在 超 量 恢 复 之 后 出 现的 相 当 部 分 模 型 是 在 适 应 理 论 思 想 的 基 础 上 或 在 其 影 响下构建和形成的，这些模型 基 本 都 以 适 应 理 论 的“报 警-抵抗-疲惫”机体对外来刺激反 应 的“三 段 论”为 基 础，强 调 人体机能能力的提高源于机体对外 来 刺 激 的 适 应，承 认 人 体都具有个体的机能能力极限，重视 不 同 大 小 和 形 式 的 刺 激将引起机体不同的适应。
　　
　　与“超量恢复”相比，“适应”理论在一 些 重 要 的 条 件 上增加了“限制”,如 提 出 了 人 体 运 动 极 限 的 存 在，在 一 些 具体的解释上更加符合运动的实际，如 强 调 了 不 同 运 动 员 个体和不同机能能力对负荷的不同“适应”,突 出 了 个 体 差 异和区别对待。在 对 运 动 训 练 机 制 解 释 的 客 观 性 方 面，“适应”理论显然具有较多的优势。但必 须 注 意 到，目 前 在“超量恢复”和“适应”理 论 问 题 上 的 争 论 并 没 有 结 束，尽 管 人们对“超量恢复”学说提出了质疑，但是依据“应 激”理 论 将运动训练的生理、生化基础归因于机体的“适 应”同 样 缺 乏大量具体实验数据的支持，人体运 动 能 力 提 高 的 机 制 在 许多方面仍然是“黑箱”,以目前的科学理 论 和 技 术 还 无 法 做到精确的量化解释。因此，我们应 该 站 在 历 史 发 展 的 立 场审视和评价“超量 恢 复”和“适 应”这2个 对 运 动 训 练 最 具影响的理论，继续加强这方面的深入研究。
　　
　　3.2 运动机能模型研究的发展
　　
　　从当代科学技术发展的总 趋 势 来 看，人 体 运 动 机 能 模型研究的未来发展主要集中在以下3个方面。
　　
　　首先，以超量恢复和适应理 论 为 主 干 的 运 动 机 能 模 型的 多 年 发 展，仍 然 基 本 被 局 限 在 运 动 科 学 的 范 围 内，即 使是20世纪90年代 基 于 一 定 计 算 机 技 术 的“竞 技 潜 能 元”模型，与当前科技的发展水平仍 然 存 在 很 大 的 差 距。近 年来，多学科和高科技在运动训练领 域 的 运 用 已 经 明 显 改 变了 传 统 的 训 练，将 互 联 网、大 数 据、人 工 智 能、虚 拟 仿 真 等高科技的理念与技术运用于模型 的 开 发 和 构 建，将 成 为 模型研究的一个未来发展趋势。