青春期前青少年有氧能力訓(xùn)練：可訓(xùn)練性、訓(xùn)練適應(yīng)機(jī)制和實(shí)際應(yīng)用

陳依依，李丹陽，倪麗麗

（1.武漢體育學(xué)院 研究生院，湖北 武漢 430079；2.武漢體育學(xué)院 體能中心，湖北 武漢 430079）

有氧能力也稱為心肺耐力或心肺適能，指機(jī)體輸送氧氣及肌肉組織通過有氧代謝提供能量以維持自身活動(dòng)的能力，可綜合反映機(jī)體攝取、運(yùn)輸和利用氧的能力，它與心血管系統(tǒng)運(yùn)輸氧氣、呼吸系統(tǒng)通氣換氣功能，以及骨骼肌等外周組織利用氧的能力有關(guān)（Armstrong et al.，2017），是機(jī)體持久工作的基礎(chǔ)。

研究表明，青少年較低的心肺適能與成年后全因死亡率顯著相關(guān)（Tomkinson et al.，2019）。有氧能力作為心血管疾病、糖尿病、癌癥和心理健康的強(qiáng)預(yù)測因子（Ruiz et al.，2009），是評價(jià)青少年身體健康的一項(xiàng)重要機(jī)能指標(biāo)（Ortega et al.，2008）。此外，有氧能力也是青少年在許多運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目（如中長跑、游泳和自行車等耐力性項(xiàng)目，籃球和足球等集體球類項(xiàng)目）中取得成功的決定因素（Arm‐strong et al.，2011b）。青少年擁有良好的有氧能力，可減少運(yùn)動(dòng)中的血乳酸堆積，延遲運(yùn)動(dòng)性疲勞的出現(xiàn)，從而延長機(jī)體的工作能力。

受青少年體能訓(xùn)練“敏感期”理論的影響，早期研究提出的“成熟閾值、觸發(fā)假說”理論認(rèn)為，對青春期前的青少年實(shí)施有氧能力訓(xùn)練，誘發(fā)的訓(xùn)練效應(yīng)極小甚至沒有效應(yīng)（Gilliam et al.，1980；Katch，1983）。這導(dǎo)致人們對青春期前的青少年有氧能力訓(xùn)練不重視，進(jìn)而限制了青少年有氧能力訓(xùn)練的發(fā)展。隨著對青少年有氧能力研究的不斷深入，學(xué)者們基于循證實(shí)踐逐步形成了較為一致的觀點(diǎn)：青少年的有氧能力在整個(gè)發(fā)育階段（青春期前和青春期）均具有較強(qiáng)的可訓(xùn)練性（Armstrong，2017a；Baquet et al.，2003；Barker et al.，2014）。因此，本文通過對當(dāng)前國際上青少年有氧能力相關(guān)的研究成果進(jìn)行綜述，明確青春期前青少年有氧能力的可訓(xùn)練性、分析其生理機(jī)制及影響因素，進(jìn)而歸納基于循證的青少年有氧能力訓(xùn)練指南，為我國青少年有氧能力訓(xùn)練科學(xué)化及體能訓(xùn)練體系化建設(shè)提供理論支持。

基于國際權(quán)威研究對青春期的定義，本文對青春期前青少年的界定為：年齡小于13歲且沒有進(jìn)入青春期狀態(tài)的人群（Armstrong et al.，2017；Baquet et al.，2003；Harrison et al.，2015）。

1 青春期前青少年有氧能力的可訓(xùn)練性

運(yùn)動(dòng)經(jīng)濟(jì)性是指在給定的絕對運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下所需的耗氧量，該概念可應(yīng)用于一系列具有絕對運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)（如跑步、游泳和騎自行車）（Armstrong et al.，2017）。目前，關(guān)于青春期前青少年運(yùn)動(dòng)經(jīng)濟(jì)性可訓(xùn)練性的研究較少，且主要集中在跑步經(jīng)濟(jì)性（running economy，RE），由于方法學(xué)的限制（如運(yùn)動(dòng)模式單一、訓(xùn)練時(shí)間不足等），支持短期或長期訓(xùn)練能改善青春期前青少年跑步經(jīng)濟(jì)性的證據(jù)尚不充分。有研究發(fā)現(xiàn)，未受過訓(xùn)練的青春期前青少年經(jīng)短期耐力訓(xùn)練后，RE沒有變化（Lussier et al.，1977；Petray et al.，1985）。然而，Daniels等（1971）發(fā)現(xiàn)青春期前和青春期的男性青少年（10～15歲）經(jīng)22個(gè)月的跑步訓(xùn)練后，青春期前和青春期青少年的RE均顯著改善，RE的改善似乎很大程度上歸因于生長的作用，而不是訓(xùn)練，但Daniels等并沒有否定訓(xùn)練的作用。隨后，一項(xiàng)關(guān)于青春期前和青春期青少年RE的綜述表明，短期內(nèi)（2～3個(gè)月）的跑步訓(xùn)練對青春期前青少年和青春期青少年的RE幾乎無改善作用，而長期（幾年）的跑步訓(xùn)練顯著改善RE（Krahenbuhl et al.，1992）。因此，想要改善青春期前青少年的RE，可能需要實(shí)施長期的運(yùn)動(dòng)干預(yù)。

2 青春期前青少年有氧能力訓(xùn)練的機(jī)制

2.1 O2peak

2.2 攝氧量動(dòng)力學(xué)

攝氧量從安靜或無負(fù)荷運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)入指定強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以及機(jī)體達(dá)到適應(yīng)這一特定強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)態(tài)被稱為攝氧量動(dòng)力學(xué)，是反映機(jī)體從運(yùn)動(dòng)開始到進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)所攝取氧氣的動(dòng)態(tài)變化過程。不同強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)，攝氧量動(dòng)力學(xué)呈現(xiàn)出不同的階段特征（Whipp et al.，1972）。攝氧量動(dòng)力學(xué)分為3個(gè)階段（階段I、階段II、階段III）和4個(gè)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度范圍（中等強(qiáng)度、高強(qiáng)度、非常高強(qiáng)度、極高強(qiáng)度；圖1）。對青春期前的青少年而言，一般使用中強(qiáng)度和高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)（Armstrong et al.，2009；Mcnarry，2019）。

圖1 運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度階段變化的攝氧動(dòng)力學(xué)反應(yīng)（Armstrong et al.，2017）Figure 1.Oxygen Uptake Kinetics in Response to the Different Stage of Exercise Intensity（Armstrong et al.，2017）

在成人中，訓(xùn)練誘導(dǎo)階段Ⅱτ的改善機(jī)制包括氧化酶活性增強(qiáng)、肌肉血流加快以及氧運(yùn)輸與氧利用的平衡；階段ⅢSC的減小是由于肌肉氧運(yùn)輸能力增強(qiáng)、肌纖維募集方式改變以及肌肉氧化能力增加（Poole et al.，2012）。有少量研究探索了訓(xùn)練改善青春期前青少年攝氧量動(dòng)力學(xué)的機(jī)制。例如，Winlove等（2010）觀察了有訓(xùn)練經(jīng)歷和無訓(xùn)練經(jīng)歷的青春期前女孩在高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)過程中的攝氧量動(dòng)力學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)受過訓(xùn)練的女孩有較高的氧利用能力，因此認(rèn)為訓(xùn)練提高了氧利用能力，從而加快了攝氧量動(dòng)力學(xué)。McNarry等（2012）研究了訓(xùn)練狀態(tài)與成熟度對青春期前和青春期女孩攝氧量動(dòng)力學(xué)的影響，發(fā)現(xiàn)與未受訓(xùn)練的青春期前和青春期女孩相比，受過訓(xùn)練的女孩其攝氧量動(dòng)力學(xué)明顯較快，且訓(xùn)練狀態(tài)的差異不受成熟度的影響，認(rèn)為受過訓(xùn)練女孩的肌肉氧化酶活性增強(qiáng)，加快了攝氧量動(dòng)力學(xué)的時(shí)間常數(shù)τ。McNarry等（2015）對青春期前青少年實(shí)施了6周高強(qiáng)度訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練后攝氧量動(dòng)力學(xué)改善是由于氧運(yùn)輸和氧利用能力增強(qiáng)、肌肉代謝增強(qiáng)（高強(qiáng)度訓(xùn)練增加了肌肉氧化酶活性）。因此，從目前的研究來看，青春期前青少年訓(xùn)練后攝氧量動(dòng)力學(xué)改善的主要機(jī)制是氧氣輸送和氧氣利用能力增加，這在成人中也有類似的結(jié)論。

2.3 乳酸閾值和通氣閾值

對青春期前的青少年進(jìn)行針對性訓(xùn)練可以減少BLA、提高LT和VT，但其深層機(jī)制仍有待闡明?，F(xiàn)有的解釋主要來自成人研究，LT和VT的改善與肌肉乳酸生成率下降有關(guān)（Favier et al.，1986）。肌糖原利用率較低或較快的攝氧量動(dòng)力學(xué)（降低了對非氧化糖原利用的依賴）減少了乳酸產(chǎn)生，進(jìn)而減少了對非氧化糖原利用的初始依賴（肌肉氧化能力增加是BLA減少的主要機(jī)制）（Mo‐gensen et al.，2006）。另外，訓(xùn)練增強(qiáng)了肝臟和肌肉中乳酸的吸收和氧化能力，進(jìn)而提高了機(jī)體清除血乳酸的能力（Sumida et al.，1993）。

一項(xiàng)關(guān)于11～13歲男孩的相關(guān)研究表明，訓(xùn)練后男孩的骨骼肌發(fā)生了顯著的局部適應(yīng)，肌糖原、磷酸肌酸（creatine phosphate，CP）、腺嘌呤核苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）濃度增加，琥珀酸脫氫酶和磷酸果糖激酶活性增加，研究認(rèn)為，BLA減少可能是由于其他組織對乳酸的利用增多、肌纖維氧化能力增加（Eriksson et al.，1973）。但此研究存在樣本量小、缺乏對照組以及未明確受試者的成熟狀態(tài)等局限，研究結(jié)論的信服力令人質(zhì)疑。目前，關(guān)于LT和VT訓(xùn)練適應(yīng)機(jī)制的研究主要來自于對成人的研究，而成人的研究發(fā)現(xiàn)能否應(yīng)用于青春期前青少年仍有待確定。

2.4 跑步經(jīng)濟(jì)性

有關(guān)成人的研究表明，訓(xùn)練誘導(dǎo)RE改善的相關(guān)機(jī)制包括肌肉氧化能力增強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)單位募集、下肢肌力增加以及次最大運(yùn)動(dòng)通氣量和心率的下降，也可能是良好的肌肉剛度使得在拉長-縮短活動(dòng)的離心階段儲(chǔ)存了較多的彈性勢能，并在向心階段釋放，降低了氧氣消耗，從而加快了運(yùn)動(dòng)后的恢復(fù)（Armstrong，2019a）。然而，目前還沒有足夠充分的證據(jù)去評估訓(xùn)練引起青春期前青少年RE改變的潛在機(jī)制。

3 影響青少年有氧能力的因素

3.1 年齡

圖2 O2peak與年齡、性別的關(guān)系（Armstrong et al.，1994）Figure 2.The Relationship between O2peakand Sex，Age（Armstrong et al.，1994）

3.2 性別

3.3 成熟度

圖3 成熟對耐力表現(xiàn)的主要生理決定因素的影響（Oliver et al.，2020）Figure 3.The Effect of Maturation on the Primary Physiological Determinants of Endurance Performance（Oliver et al.，2020）

3.4 初始體能水平

4 青春期前青少年有氧能力訓(xùn)練計(jì)劃

4.1 訓(xùn)練模式

4.2 訓(xùn)練頻率和時(shí)間

4.3 訓(xùn)練強(qiáng)度

4.4 方案時(shí)長

表1 耐力訓(xùn)練對青春期前青少年O2peak的影響Table 1 Effects of Endurance Training on O2peakin Prepubertal Adolescents

4.5 高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練

在間歇性訓(xùn)練過程中，有效的恢復(fù)是青少年獲得有效訓(xùn)練適應(yīng)的關(guān)鍵。研究發(fā)現(xiàn)，兩種恢復(fù)模式（積極或消極）都能提高青少年的有氧能力，其恢復(fù)模式的選擇取決于訓(xùn)練計(jì)劃的總目標(biāo)（Baquet et al.，2019；Thevenet et al.，2007）。此外，制定HIIT方案時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮受試者的年齡、成熟狀態(tài)以及訓(xùn)練經(jīng)驗(yàn)。

4.6 運(yùn)動(dòng)處方

雖然研究者們的訓(xùn)練方案各有所不同，但總結(jié)上述研究可知，持續(xù)的大肌肉群運(yùn)動(dòng)，3～4次/周，40～60 min，85%～90% HR，最低持續(xù)12周的有氧能力訓(xùn)練方案能有效改善青少年的有氧能力。由于青少年處于生長發(fā)育階段，以及存在先天遺傳、個(gè)體差異性等，教練員在設(shè)計(jì)青少年有氧能力訓(xùn)練方案時(shí)要考慮多方面的影響因素，以制定個(gè)性化的訓(xùn)練計(jì)劃。

5 結(jié)論

長期以來，受“敏感期”理論的影響，普遍認(rèn)為青春期前青少年不適宜進(jìn)行有氧能力訓(xùn)練，這對青少年有氧能力訓(xùn)練科學(xué)化產(chǎn)生消極影響。基于國內(nèi)外權(quán)威研究成果，可以形成如下基本共識(shí)：雖然青少年的有氧能力受生長和成熟度的影響，但通過訓(xùn)練可以改善不同階段青少年（青春期前和青春期）的有氧能力。青春期前青少年有氧能力的可訓(xùn)練性與年齡、性別和成熟度無關(guān)，訓(xùn)練效益與初始體能、水平呈負(fù)相關(guān)。青春期前青少年有氧能力的訓(xùn)練適應(yīng)性機(jī)制主要表現(xiàn)為：V.O增加、攝氧量動(dòng)力學(xué)加快、乳酸堆積減少、VT提高。目前，國際較為認(rèn)同的青少年有氧能力訓(xùn)練的經(jīng)典模式為：持續(xù)和間歇的大肌肉群運(yùn)動(dòng)，85%～90% HR、3～4 次/周、40～60 min/次，最少持續(xù)12周。

亟待對我國青少年有氧耐力訓(xùn)練進(jìn)行全面的原創(chuàng)研究，探索青春期前青少年對不同訓(xùn)練模式的適應(yīng)，探索發(fā)育程度、性別、年齡、營養(yǎng)、環(huán)境與有氧能力之間的關(guān)系，探索有氧能力與其它運(yùn)動(dòng)能力的關(guān)系，探索有氧能力對運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)的影響，探索青春期前后與成年人對訓(xùn)練的適應(yīng)差異等，為我國青少年有氧能力科學(xué)化訓(xùn)練及青少年體能訓(xùn)練體系建設(shè)提供中國鮮活的循證證據(jù)支持。