科技之光

今天馬拉松比賽的宏大規(guī)模、壯闊氣勢(shì)和熱烈場(chǎng)面都是令人難忘的。當(dāng)人山人海的參賽者在萬眾矚目下踏上賽程，整個(gè)城市都會(huì)沉醉在節(jié)日的亢奮與歡樂中。隨著馬拉松運(yùn)動(dòng)日益風(fēng)靡全球，我們的世界更加充滿了生命的活力（圖１）。

（１）馬拉松比賽的盛況

馬拉松又是一項(xiàng)令人肅然起敬的運(yùn)動(dòng)，它承載了厚重的歷史、文化和哲學(xué)內(nèi)涵，也最強(qiáng)烈、最集中地體現(xiàn)了奧林匹克精神。第一位馬拉松冠軍斯皮里東淡泊名利的“草根”本色（圖２），“人類火車頭”扎托貝克的傳奇故事，“赤腳大仙”阿貝貝的瀟灑身影，都為世人所津津樂道。芬蘭長跑名將魯米不但在祖國丹麥的土地上贏得一尊銅像，而且在廣袤的天空中贏得了一顆小行星的命名。

（２）第一位馬拉松冠軍斯皮里東

我們?cè)跉g聲雷動(dòng)中迎接馬拉松英雄凱旋時(shí)，還應(yīng)該把敬意獻(xiàn)給那些在賽場(chǎng)上倒下的拼搏者。21歲的葡萄牙運(yùn)動(dòng)員拉薩羅在1912年的斯德哥爾摩奧運(yùn)會(huì)上，成為繼菲迪皮德斯后死于馬拉松跑的第二人（圖３）。1948年倫敦奧運(yùn)會(huì)上，比利時(shí)運(yùn)動(dòng)員熱利在第一個(gè)穿過體育場(chǎng)的大門后踉蹌?dòng)?，拼出最后氣力才跑到近在咫尺的終點(diǎn)贏得銅牌；1954年溫哥華英聯(lián)邦運(yùn)動(dòng)會(huì)上，吉姆.彼德斯在離終點(diǎn)不到200米處倒地而痛失金牌（圖４），1984年洛杉磯奧運(yùn)會(huì)上，瑞典女選手安德森跌跌撞撞進(jìn)入體育場(chǎng)，經(jīng)過5分鐘極其痛苦的掙扎跑完最后一圈而仆倒。這些令人揪心的場(chǎng)面也同樣長存馬拉松史冊(cè)，其陰影揮之不去。

（３）葡萄牙運(yùn)動(dòng)員拉薩羅

（４）吉姆.彼德斯

馬拉松的確是對(duì)體能、耐力與意志的嚴(yán)峻考驗(yàn)。和短跑、跳躍、投擲等“無氧運(yùn)動(dòng)”不同，馬拉松的供能方式基本屬“有氧運(yùn)動(dòng)”。這里不妨重溫一下“有氧”和“無氧”運(yùn)動(dòng)的差異（圖５）。

（５）人體呼吸系統(tǒng)氣體交換模式圖

從細(xì)菌到人類進(jìn)行體內(nèi)的能量交換時(shí)，都無法直接利用食物中的能。地球上一切生命形式的能量流通必須要有“中介”，這個(gè)“硬通貨”便是三磷酸腺苷，簡稱ATP，它對(duì)于生命的重要性僅次于DNA。我們攝取食物中的淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)在稱為“細(xì)胞熔爐”的線粒體中分解后，產(chǎn)生的能量一部分用來維持體溫，一部分生成ATP，將化學(xué)能儲(chǔ)存在它高能級(jí)的磷酸鍵上。運(yùn)動(dòng)時(shí)肌肉中的ATP分解為二磷酸腺苷和肌酸，同時(shí)釋放能量供肌肉收縮。但肌肉中只儲(chǔ)存微量的ATP， 要維持運(yùn)動(dòng)就必須及時(shí)加以補(bǔ)充。

再生ATP最快捷的途徑，便是磷酸肌酸和二磷酸腺苷進(jìn)行合成，但大約10秒鐘后，肌肉中“庫存”的磷酸肌酸便消耗凈盡。接下來由肌肉中的“糖原”通過糖酵解“制造”ATP，這是一個(gè)在中等長度時(shí)間輸出中等水平功率的供能過程，大約可維持2分鐘。上述的“磷酸原系統(tǒng)”和“乳酸能系統(tǒng)”都不需要氧氣的參與，因此叫無氧運(yùn)動(dòng)。此后才能激活呼吸與循環(huán)系統(tǒng)，用空氣中的氧和身體內(nèi)脂肪“燃燒”來高效率供應(yīng)ATP。劇烈的“力竭運(yùn)動(dòng)”中，譬如舉重和百米跑，氧氣根本來不及“登場(chǎng)”，過程便已經(jīng)結(jié)束，肌肉只能靠“無氧運(yùn)動(dòng)”提供ATP。而馬拉松需要在2個(gè)多小時(shí)跑完3萬多步，消耗2500多卡熱量，是典型的“有氧運(yùn)動(dòng)”。因此，馬拉松和長跑運(yùn)動(dòng)員的最大攝氧量、心臟輸出功率、血液對(duì)氧的攜帶能力就成了決定性的條件。而人類的肌纖維分為速度快的“白肌”和耐力強(qiáng)的“紅肌”，它們的比例與生俱來并和種族有關(guān)?！鞍准　敝写龠M(jìn)磷酸轉(zhuǎn)換和糖酵解的酶比紅肌多2至3倍，神經(jīng)元傳導(dǎo)速度也快得多；反之，“紅肌”中氧化酶活性更高，毛細(xì)血管更豐富，線粒體和肌紅蛋白也更多。因此“白肌”占優(yōu)勢(shì)的運(yùn)動(dòng)員擅長百米短跑類爆發(fā)力的無氧運(yùn)動(dòng)，而“紅肌”占優(yōu)勢(shì)的運(yùn)動(dòng)員更適合馬拉松一類持久力的有氧運(yùn)動(dòng)。

1968年第19屆奧運(yùn)會(huì)舉辦地墨西哥城海拔2240米，稀薄空氣中的含氧量比海平面少百分之三十，這對(duì)無氧運(yùn)動(dòng)非但沒有影響，反倒成了短跑、跳躍、舉重成績大豐收的“天賜良機(jī)”，共有34項(xiàng)世界紀(jì)錄和38項(xiàng)奧運(yùn)紀(jì)錄被刷新。海因斯百米賽首次突破10秒大關(guān)和比蒙的“世紀(jì)一跳”都明顯得益于較小的空氣阻力和較弱的地球引力。而有氧運(yùn)動(dòng)的耐力項(xiàng)目就明顯不利了，稀薄的空氣完全是一場(chǎng)災(zāi)難，萬米長跑成績落到了20年來最低點(diǎn)，曾經(jīng)18次創(chuàng)造世界紀(jì)錄的澳大利亞選手克拉克以第六名到達(dá)終點(diǎn)后一頭栽倒，足足進(jìn)行了20分鐘人工呼吸才悠悠醒來（圖６）。難怪各國運(yùn)動(dòng)員都把高原訓(xùn)練作為增強(qiáng)有氧運(yùn)動(dòng)能力的重要途徑了。

（６）澳大利亞選手克拉克

如果汽車的冷凝風(fēng)扇停轉(zhuǎn)或水箱“開鍋”，發(fā)動(dòng)機(jī)將因?yàn)闇囟壬叨鵁o法正常工作。對(duì)于運(yùn)動(dòng)員來說，身體輸出的能量有75%變成了無用的熱，帶來體溫升高，而人的器官只能在正常體溫上下幾度的區(qū)間范圍內(nèi)工作。一次跳躍、一次投擲都不會(huì)帶來體溫大幅度升高，自行車選手在騎行中能靠著快速氣流來冷卻身體。馬拉松運(yùn)動(dòng)員的形勢(shì)要嚴(yán)峻得多。特別在炎熱潮濕氣候條件下比賽，體溫可達(dá)攝氏42度以上，這些“發(fā)高燒”的運(yùn)動(dòng)員常常靠往身上澆水來“退燒”，但往往只是“杯水車薪”，因此，身體無法及時(shí)散熱是馬拉松成績的嚴(yán)重制約因素。而大量出汗帶來脫水會(huì)使體內(nèi)電解質(zhì)失衡及血粘度增高。一次馬拉松比賽下來，運(yùn)動(dòng)員的體重通常減少3公斤左右，其中主要是水分的丟失。因此途中補(bǔ)液就格外重要了。

如今馬拉松已經(jīng)算不上極限運(yùn)動(dòng)，穿越撒哈拉大沙漠的220公里長跑，橫跨美國東西海岸4800公里的超長距離競賽，都展示著人類的最大潛力和萬丈雄心。

馬拉松的深刻隱喻本來在于克服距離對(duì)信息的障礙，公元前490前的希臘信使菲迪皮德斯為了跑到雅典傳遞“我們勝利了”這一簡短信息，付出了生命的代價(jià)。而馬拉松運(yùn)動(dòng)本身卻又恰恰因?yàn)榫嚯x障礙而陷入信息的隔絕與混亂。1900年巴黎奧運(yùn)會(huì)馬拉松比賽中，美國選手阿瑟.牛頓一路遙遙領(lǐng)先，到達(dá)終點(diǎn)后卻發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有4位選手不知抄了什么近路而捷足先登；1904年圣路易奧運(yùn)會(huì)上，美國選手洛茨中途腿部抽筋后爬上汽車到達(dá)終點(diǎn)，卻得到了美國總統(tǒng)羅斯福的女兒親自頒發(fā)的金牌；1912年斯德哥爾摩奧運(yùn)會(huì)上，心力交瘁的日本馬拉松之父金粟志藏從路旁觀眾手中討來一瓶橘子水后，竟跑到別人家中一睡不醒，引起大會(huì)組織者和警方四處尋找，直到1965年，76歲高齡的金粟志藏重游瑞典，百感交集中從當(dāng)年酣睡過的地方跑向斯德哥爾摩奧運(yùn)會(huì)的舊址，被世人稱為54年才到達(dá)終點(diǎn)的馬拉松運(yùn)動(dòng)員（圖７）。

（７）76歲高齡的金粟志藏重游瑞典

百年以來，人們?yōu)榱思皶r(shí)傳回馬拉松比賽途中的消息，曾使用過馬匹、自行車、摩托車、汽車一路跟蹤。而現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)卻輕而易舉解決了馬拉松運(yùn)動(dòng)員的定位和監(jiān)控問題。

當(dāng)選手們把一只輕薄小巧的芯片系在鞋帶上，通過設(shè)在起跑線的地墊時(shí)，根據(jù)“電動(dòng)生磁，磁動(dòng)生電”的原理，芯片里的微型線圈便會(huì)切割地墊周圍的磁力線而產(chǎn)生電流，使芯片開始工作并發(fā)射電磁波。每個(gè)運(yùn)動(dòng)員佩戴的芯片如同一個(gè)特殊的“電子標(biāo)簽”和“條形碼”，儲(chǔ)存著個(gè)人信息。地墊上的天線捕捉到這些信息后再發(fā)送到控制器和計(jì)算機(jī)進(jìn)行閱讀處理。這一切過程在百分之幾秒內(nèi)完成。等運(yùn)動(dòng)員通過終點(diǎn)線地墊，芯片發(fā)出的信號(hào)再次被接收，整個(gè)賽程的起止時(shí)間和成績便一目了然了（圖８）。

（８）圖組:小小的芯片有著巨大的作用

如果每隔幾公里便鋪設(shè)一個(gè)射頻地墊，運(yùn)動(dòng)員沿路的行蹤便能盡收眼底，并可以隨時(shí)在網(wǎng)上查詢。設(shè)想一下，數(shù)萬人參加的馬拉松比賽，如果沒有射頻技術(shù)的“火眼金睛”和“千手觀音”，全靠人工統(tǒng)計(jì)時(shí)間和名次，組織工作將會(huì)何等復(fù)雜浩繁和不堪重負(fù)。

然而，當(dāng)全世界最有影響的大型馬拉松比賽都把射頻監(jiān)控作為常規(guī)配置時(shí)，卻又大都平行采用兩種計(jì)時(shí)系統(tǒng)，即“槍響時(shí)間”和“芯片時(shí)間”。由于萬頭攢動(dòng)的起跑線上，選手們?cè)诼牭綐岉懞髮?shí)際出發(fā)的時(shí)間彼此差距很大，因此，一個(gè)人得到的“槍響時(shí)間”成績和“芯片時(shí)間”成績有可能相差10多分鐘。毫無疑問，“芯片時(shí)間”更加準(zhǔn)確和真實(shí)，然而“槍響時(shí)間”目前仍被確認(rèn)為“官方標(biāo)準(zhǔn)”。有人抱怨說這是“時(shí)代的錯(cuò)誤”，但另外的人辯護(hù)說，如果在夾道歡呼中第一個(gè)跑到終點(diǎn)的人不能確定是否冠軍，而必須等待全體參賽者“芯片時(shí)間”的結(jié)果，那么馬拉松就索然無味，而變成了一種別的東西了。

面對(duì)馬拉松的滾滾洪流，也許我們需要在科技、文化和傳統(tǒng)之間做出恰當(dāng)?shù)耐讌f(xié)與平衡。