第二节高原训练生理学基础

第二节高原训练生理学基础 一、高原气侯对运动能力的影响（一）高原气压与空气成分（二）高原缺氧对运动能力的影响 1、高原缺氧对机体氧气运输能力的影响 2、缺氧对运动能力的影响二、高原训练提高有氧运动能力的生理学机制（一）高原训练可以提高有氧运动的能力（二）高原训练可以提高心脏供血能力（三）高原训练可以提高骨骼肌的代谢能力（四）高原训练可以提高V○2MAX 三、提高高原训练效果的建议（一）高度和期间（二）训练内容（三）高原训练与比赛间隔

高原气压与空气成分 这个图表所示的是高度与大气压以及空气中某些成分的关系。可以看出，从海平面起，随着高度增加，空气压力和成分都会发生相应的变化。其中，氧气的浓度随高度的增加而逐渐下降，到3000米时，下降了26%。高原气压与空气成分随高度的变化面改变的原因与空气中各成分的物理特性有很大关系。氧气和氮气比重大，因此在大气的下层比较多。面氢气和氦气等由于比重轻，在空气上层比较多。所以，人到高原后，随着高度的增加，空气中的氧气浓度逐渐下降，人体所需要氧气逐渐减少。

（二）高原缺氧对运动能力的影响 1、高原缺氧对机体氧气运输能力的影响人到高原后，由于空气密度减少，呼吸时从鼻腔鼻腔运送空气到肺泡过程中所遇到的阻力相应减少，十分有利于呼吸道中气体流动。然而由于空气成分的改变，人到高原以后呼吸频率会降低，最终造成体内缺氧。下图所示的是高原环境下机体的氧气运输能力。数据表明，随着高度增加机体运输氧气能力逐渐下降。即体内的缺氧程度不断加大。

高原造成的机体缺氧可以刺激人体产生一系列抗缺氧反应，如血红蛋白和肌血红蛋白的增加，线粒体的增多，2,3-DPG及氧化酶活性的上升等，从而提高血液运氧及肌肉利用氧气的能力，提高耐力。而且，高原缺氧还会造成Vo2max降低，对运动训练有一定的积极意义。在进行高原训练时只需较小的运动强度即可达到平地锻炼心肺功能的效果。若以平地同样负荷运动时，则能进一步增加体内缺氧程度。刺激人体产生更大的抗缺氧反应。加上在高原缺氧环境下滞在时呼吸循环系统的机能亢进，抗缺氧能力增进，从理论上讲运动员是可以通过高原缺氧时的安静滞在和运动这两方面的合成作用来提高耐力。

2、高原缺氧对运动能力的影响 表18-3所示的是1968年墨西哥奥运会径赛成绩与当年世界纪录的比较。统计表明，1500米跑以上项目的运动成绩在墨西哥奥运会上均有明显下降。并且跑的距离越长，成绩下降越明显。其原因与机体高原缺氧，最大摄氧量减少有关。而小于1500米的项目运动成绩没什么变化，甚而有点提高。可能与高原地区空气密度小，运动时遇到的阻力小，而运动本身又不需要大量氧气有关。

二、高原训练提高有氧运动能力的生理学机制 （一）高原训练可以提高有氧运动的能力（二）高原训练可以提高心脏供血能力（三）高原训练可以提高骨骼肌的代谢能力（四）高原训练可以提高V○2MAX

三、提高高原训练效果的建议 （一）高度和期间 Daniels，Vigil等主张，高度为2000-2400米，持续时间为4-6周的高原训练比较适合。然而，又有研究表明，4周的训练就可以达到目的，而不需要更长的高原停留时间。最近，有关亚高原（1000-1500）训练正在成为高原训练研究的以个新的热点。有研究表明，亚高原训练也可以提高耐力运动员的运动成绩。（二）训练内容 1 、Vigil的建议：高原训练期间的运动强度可以比平原训练时小一些，运动量可以保持不变。可以将高原训练安排成3个阶段：第一阶段服习阶段 4-6天以小负荷进行训练第二阶段训练阶段 4-6周训练量与平原训练时一样，但强度略减，每10千米跑可以慢2-3分钟，并注意加强力量训练。第三阶段回平原恢复阶段 4-5天 2、Smith的建议：跑距减少，跑速与平原时相同，两次跑之间的休息时间延长，跑的组数增加。这样在高原训练期间从总体上可以保持与平原时基本相同的训练量。高原训练期间还可以安排数次平原训练，每5天左右，以保证运动强度。每周进行2-3次速度练习。 3、 Daniels的建议可以进行间断性高原训练。具体过程为：14天高原训练——5天平原训练——14天高原训练——5天平原——5天高原——10天平原——5天高原。

（三）高原训练与比赛间隔 Vigil的研究表明，马拉松运动员回平原后在 4-14日间能出好成绩。而游泳运动员小鸭游水（日本）在 2300米高度训练4周回平原后第18天创造了日本最高记录。研究结果上的不同，可能与训练高度，高原停留期间，个体的适应能力等多种因素有关。因此，掌握运动员高原训练的个性特征是极为重要的。

第三节 高原训练中存在的生理学问题及解决方法一、高原训练提高运动能力的局限性二、影响高原训练效果的原因三、最大摄氧量与缺氧程度的关系与意义四、解决高原训练不足之处的办法

一、高原训练提高运动能力的局限性 • 虽然高原训练现在已经被广泛于各种运动项目，以提高运动员竞技能力，并被普遍认为具有良好的提高耐力的效果。但是通过对现有的研究进行比较，我们发现高原训练的效果并不尽人意。例如：Peronnet以1968年为限，对1956年到1991年间1500米，5000米和10000米跑的世界记录及每年这些项目世界前10名运动员的最好成绩进行了统计学处理，发现从1968年正式展开高原训练以后，其运动成绩的提高速率并不比1968年以前大。 • 此外，Baily调查了1984年以后发表的有关高原训练方面22篇论文，发现其中只有8篇涉及回平原后的运动能力，并且这8篇里面报告回平原后运动能力有显著性提高的仅2-3篇论文。以后， Baily又进一步调查了1950年以来所发表的有关高原训练对回平原后运动能力影响方面的91篇论文发现其中有64篇没有实验对照组，而且即使有实验对照组15篇论文中，也仅有4篇论文报告了回平原后运动能力有显著提高。也就是说，至今为止关于高原训练的有效性的证明并不充分。

二、影响高原训练效果的原因 • 高原训练实际是利用高原缺氧环境来刺激人体产生一系列抗缺氧反应，如血红蛋白和肌血红蛋白的增加，线粒体的增多，2,3-DPG及氧化酶活性上升等，从而提高血液运氧及肌肉利用氧气的能力，以达到提高耐力的目的。然而，高原缺氧还会引起肌肉血流量，及蛋白质合成的低下，血红细胞增加造成的血液黏性上升，应激激素的分泌增加，最大摄氧量的低下等一些不利于运动能力提高的反应。高原训练是否有效则有赖于上述这两方面反应间的平衡。当有利反应大于不利影响时，高原训练可以提高回平原后的运动能力。反之，运动能力不能提高，甚至下降。 • 除了缺氧对人体产生的各种影响之间的平衡以外，高原训练的高度，内容，经验，高原滞在期间，营养补充，水分摄取，医学监护，耐缺氧能力，以及高原训练前的训练内容，血液中铁分，血红蛋白的含量，回平原后到比赛时的间隔期间等各种因素也会影响高原训练的成效。

三、最大摄氧量与缺氧程度的关系与意义 图18-6所示的是最大摄氧量的变化和缺氧程度之间的关系。可以看出，从标高1200米开始，随着高度的上升，最大摄氧量逐渐下降。其变化指数大约为每升高1000米，最大摄氧量下降10%。Robinson发现，每标高2000米时，长跑运动员的最大摄氧量下降20%。而Gore报告在标高610米时，受试者的最大摄氧量即明显下降。因此，尽管研究结果是有差异，高原缺氧情况下最大摄氧量的降低是可以肯定的。这可能与高原缺氧时肺泡，动脉血氧分压的低下造成的动脉血氧饱和度降低，以及动脉血氧含量的降低造成的组织供养不足等有关。

进一步研究表明，高原缺氧造成的最大摄氧量降低与受试者个体差异有关，运动员比一般人更容易受到缺氧的影响。一般人到标高1200米时最大摄氧量才开始显著下降，而有训练者在900米高度时最大摄氧量即明显下降。最近，又有实验表明，优秀耐力项目运动员在标高580米时最大摄氧量就显著下降。特别是最大摄氧量为 65ml/kg/min以上的运动员下降了50%。其原因可能与运动员由于训练而产生的代偿性肺毛细血管增多，肺换气量相对较小有关。在高原缺氧环境下运动时，运动员的肺泡和肺毛细血管间的氧气扩散易受到限制，因而，容易造成最大摄氧量的下降。实践表明，由于高原缺氧造成最大摄氧量降低，以及运动后的疲劳难以恢复，运动员是很难保持与平地相同的物理强度进行训练的。高原训练的这一不足之处早在1967年就为Saltin所指责。研究表明，高原训练时运动强度的降低与标高有关。2000米高度时的运动强度下降15%，而3000米高度时的运动强度仅达平地的55%。加上高原缺氧引起的肌肉血流量及蛋白质的降低，可以认为，高原训练是不利于肌肉能力的发展的。这是高原训练不能提高运动成绩的一个重要原因。因此，如何保持高原训练中的运动强度，在发展机体运氧和利用氧气能力的同时，又能促进肌肉的运动能力是一个非常重要的课题。

解决高原训练不足之处的办法 “HiLo” 自 1991年美国学者Dr.Leving提出HiLo (高原居住、低处训练 )的新方法。 “INHE” 20世纪80年代初由俄罗斯科学家尔勃斯特列尔科夫提出来的一种提高人体有氧耐力的方法。其原理是在平原上借助低氧仪让运动员间隙性地吸入低于正常氧分压的气体，造成体内适度缺氧，导致一系列有利于提高有氧代谢能力的抗缺氧生理生化适应。

近年来 ,高原训练得以迅速发展 ,其实践经验和基础理论的研究得到了逐步完善 ,训练方法也不断改进 ,并发展出一系列新的训练手段及模拟训练方法 ,比较有代表性的有 :HiLo训练和间歇性低氧训练。这些方法在沿袭高原训练基本思路的基础上 ,摒弃其存在的诸多弊端 ,有效利用其优势 ,为科学运动训练开辟了广阔的前景。

“Hilo”即高住低训,指运动员在较高海拔区域居住,而到较低海拔区域或平原训练,运动员既可以接受低氧刺激,改善血液运氧能力又可以以足够的强度进行训练,从而更大限度的提高成绩。 “Hilo”起始于20世纪50年代,经过十几年的经验积累,1966年3月美国奥委会组织召开了首次高原训练研讨会———“海拔高度对运动技能影响研讨会”,从而奠定了高原训练实践与理论进一步发展的基础。现在高原训练普及世界各地,普及奥运会几乎所有项目。

“HiLo”的有效性也存在着较大的个体差异。其中一个重要原因可能与受试者的血液EPO的变化有关。将“HiLo”的成绩提高与没提高的受试者的血液EPO作个比较，可以发现，运动成绩提高者在训练过程中EPO的增加明显高于成绩没提高的受试者。EPO的增加可以促进红细胞的生成，增加人体运输氧气耐力，提高最大吸氧量。训练过程中EOP能否增加与体内铁的储备有关。因此，在实施“HiLo”训练时铁的补充十分重要。“HiLo”的有效性也存在着较大的个体差异。其中一个重要原因可能与受试者的血液EPO的变化有关。将“HiLo”的成绩提高与没提高的受试者的血液EPO作个比较，可以发现，运动成绩提高者在训练过程中EPO的增加明显高于成绩没提高的受试者。EPO的增加可以促进红细胞的生成，增加人体运输氧气耐力，提高最大吸氧量。训练过程中EOP能否增加与体内铁的储备有关。因此，在实施“HiLo”训练时铁的补充十分重要。 “HiLo”的精华所在，就是用这种方法即可以通过缺氧暴露改善运动员的氧气运输和利用能力。又可以保证正常的运动强度进行训练。因此，从理论上讲这是优于传统的高原训练的一种训练方法。加上现有的研究也表明了“HiLo”的有效性。我们深信随着“HiLo”的研究和普及，耐力项目的运动员将得益于这一训练方法。进一步提高运动成绩。最近研究又表明，通过缺氧暴露时间的控制以及低氧运动还可以提高运动员的无氧率，如10秒自行车最大输出功率的增加等。因此， “HiLo”应用的前景十分的广泛。

如何进行低氧训练（HiLo） ①HiLo的居住高度：2800-3000米较佳。低氧居住很重要。 ②HiLo时的常氧训练很重要：按照正常训练计划进行，当血红蛋白增加时可进一步增加训练强度和量 ③HiLo时的低氧训练很重要：心肺功能和耐乳酸能力提高、用血氧饱和度、肌氧饱和度控制运动强度、要与常氧训练密切配合 ④HiLo的持续时间不能少于3周 ⑤HiLo时要加强力量练习，尤其是次最大力量训练。同时注意蛋白质的补充。 ⑥氧饱和度-高原训练的实用指标：血氧饱和度和肌氧饱和度氧饱和度指标可以用于个性化高原训练计划的制定和高原训练效果的评价 ⑦注意疲劳恢复：可以补充电解质饮料、高氧吸入 ⑧防止红细胞免疫机能下降 ⑨加强铁代谢的监控 ⑩加强运动机能监控

中国开展低氧训练的研究与应用现状 ①中国低氧训练的起源 ■1993年，西安体育学院雷志平教授开始间歇性低氧训练的基础性研究 ■1996年，北京体科所李强研究员开始间歇性低氧训练研究，并应用于赛艇、羽毛球等运动队的训练，并介绍了北京体科所羽毛球运动员间歇性低氧训练研究的实验结果。 ■1998年，山东体科所建成40平米，最高可以模拟6000米的低压氧仓，进行模拟高原训练。 ■2000年，黑龙江省体科所引进美国“科罗拉多高原训练低氧房”-常压低氧 ■中国目前有18家拥有低氧训练设备的单位。具体见右图上海体科所：6间低氧房、住24人、1间低氧训练房。介绍了上海体科所游泳、赛艇和自行车运动员的模拟高原训练情况北京体科所：3间低氧房、住12人、1间低氧训练房。介绍了北京体科所游泳、柔道、摔跤等项目的模拟高原训练情况，北京体科所得出的初步结论是：HiHiLo：Hb、Vo2max、运动力竭时间增加；HiLo：下肢绝对力量、最大功率显著下降；LoHi：下肢伸肌疲劳指数显著性增加，最大功率上升。江苏体科所：6间低氧房、住24人、1间低氧训练房。

②中国关于低氧训练的应用性研究 ■低氧训练提高运动员竞技能力的研究 ■低氧训练维持高原训练效果的研究 ■低氧训练防治运动型血红蛋白低下的研究 ■低氧训练降低体重的研究 ■低氧训练预防急性高山病的研究 ③中国关于低氧训练的基础性研究 ■低氧、运动对大鼠腓肠肌血管内皮素细胞生长因子表达的研究 ■间歇性低氧暴露对运动型贫血大鼠血红蛋白及血清一氧化氮、一氧化氮合酶的影响 ■高住低训抑制大鼠骨骼肌mTOR蛋白表达 ■力竭性运动对“高住低训”小鼠脑部HIF-1α蛋白表达及NOS/NO的影响 ■低氧、低氧耐力训练对大鼠肌球蛋白重链表达的影响 ■不同低氧训练模式对大鼠肝脏及肾脏组织内自由基代谢的影响 ■模拟4000米高住低训对大鼠肝细胞凋亡与增殖的影响 ■模拟高住低训对小鼠心肌线粒体抗氧化能力的影响 ■低氧训练对大鼠骨骼肌血红素氧合酶mRNA表达的影响 ■耐力运动和低氧暴露对骨骼肌IGF-1mRNA和蛋白质表达的影响

北京体育大学低氧训练的应用与研究 ①北京体育大学的低氧设备：建于2002年，氧含量15.4%、CO2浓度低于5000ppm、平均温度22℃、平均湿度60%、室内面积30m2。具体见右图 ②北京体育大学低氧训练的研究与应用 ■提高运动员体能的有效性 ■个性化低氧训练 ■加快低氧训练疲劳恢复措施 ■正常免疫机能的维持 ■铁代谢特点其中个性化低氧训练包括低氧训练适应规律、低氧训练适应机理、低氧训练适应能力预测指标（血氧饱和度与血象指标的变化关系、网织红细胞与血象指标的变化关系、基因多态性与血象指标的变化关系）。个性化低氧训练已经应用于2008年奥运会。

兰迪•威尔伯博士 讲学题目：《精英运动员高原/低氧训练的应用情况》威尔伯博士是美国奥委会科罗拉多奥林匹克训练中心的高级运动生理学家，运动能力实验室主任。多年来，威尔伯博士致力于高原训练对运动能力影响的研究，卓有建树。其讲学的主要内容如下：（1）肯尼亚大裂谷优秀运动员的成功原因肯尼亚大裂谷是全非洲最高的地带，属东非裂谷高原区。世居高原的肯尼亚运动员有天生的适合于运动的经济高效的身体特点和长期在高原高强度训练形成的高原适应，促进了肯尼亚运动员耐力成绩的提高。 ①大裂谷的高原环境使肯尼亚运动员在较小年龄跑步训练时形成了较高的最大摄氧量。 ②肯尼亚运动员天生的流线形身材为其形成比较经济和高效的代谢方式奠定了基础。 ③肯尼亚运动员肌腱的良好弹性和倒泪滴型的大腿在运动时形成经济的生物力学机制。 ④良好的肌纤维和氧化酶活性。 ⑤传统的饮食特点：水果、豆子、南瓜和米饭、牛奶 ⑥经济原因：“我两条腿能跑出来的成绩关乎以后全家人吃饭还是喝粥！” ⑦居住训练都在高原环境

（2）平原人常用的低氧/高原训练方法 ①传统方法：高住高训（LHTH） ②高住低训（LHTL） ■威尔伯博士讲述了几个较好的自然高原：Park City(2500m)、Salt Lake City(1250m)、Mammoth Lakes(2440m)。通过中长跑项目的高原训练，研究了高住低训自然高原对运动员Hb、红细胞容量和最大摄氧量等的影响。 ■威尔伯博士讲述了通过N2稀释法人工模拟常压低氧环境的原理，并通过实验证明此种低氧训练提高了自行车运动员的肌肉缓冲能力和亚极量运动的效率；增强了优秀耐力运动员的低氧通气反应；提高了优秀运动员机体运动时的经济性。 ■威尔伯博士讲述了常用的O2过滤法的低氧设备，通过游泳运动员的实验研究了此低氧训练对红细胞容量的影响。 ③低住高训（LLTH） ■威尔伯博士总结了目前已经发表的有关低住高训的文章，其中有20篇的研究结果显示低住高训对运动员成绩的提高作用不大，有7篇的研究结果显示高住低训可以提高运动员的成绩。 ■威尔伯博士通过实验证实优秀耐力运动员的低住高训提高了其有氧能力。

低氧/高原训练的建议 ①低氧/高原训练前的预适应：减轻或避免急性高山病发生 ②最适高度：2000m-2500m ③最适时间：≥22小时/天，持续3-4周 ④上高原后7天机体HR、HbO2出现良好适应。这期间要注意运动员转铁蛋白、Vc、碳水化合物、L-肉碱的补充和体重、尿颜色、尿比重的监控等。 ⑤下高原后高原训练效果的持续时间：3-4周？ ⑥模拟高原训练和自然高原训练的效果是一致的。

目前高原训练的研究热点问题 通过本次学习可以发现目前高原训练的研究热点主要集中在以下几个方面： ①低氧训练的适宜海拔高度：最佳高度为海拔2000-2500m。 ②低氧训练的持续时间：最佳持续时间3-4周。 ③低氧训练的负荷量和强度的控制强度控制可参考以下原则: 1)依运动员训练水平高低而定，水平高的强度可大些;训练水平低的，则强度可适当减小；2)依比赛强度而定，应安排部分接近或略超过比赛强度的训练，以适应实战需要；3)强度安排必须考虑与上高原前、下高原后的强度衔接起来，上高原前要作充分的有氧耐力训练，下高原后平原训练的强度要高于高原；4)依机体对高原环境的适应状况来安排。 ④低氧训练的下山时间选择：研究结论各异 ⑤低氧训练能否提高平原运动成绩：通过血液学和非血液学机制来体现

未来高原训练的研究方向 通过本次培训总结可见，未来的高原训练研究方向主要集中在以下几个方面： ①低氧训练的血液学和非血液学机制研究 ②有效的高原训练剂量研究 ③低氧训练的基因多态性研究 ④低氧训练的伦理学研究国际反兴奋剂委员会的兴奋剂禁用标准：某药物或手段1）可提高运动成绩；2）威胁运动员的健康；3）与“奥林匹克精神”相违背。某药物或手段只要符合其中两条就可作为兴奋剂被禁用。 ⑤低氧训练的大众健身效果研究低氧会引起人体在代谢方面发生一系列变化，如基础代谢率增高、运动时耗氧量明显高于常氧环境、食欲抑制、胃/肠道消化吸收功能下降、甘油三酯浓度、肝素后脂蛋白脂肪酶及骨骼肌蛋白脂肪酶活性提高等。此外，低氧还会使骨骼肌胰岛素受体密度增加，对胰岛素反应能力增强，提高组织摄取葡萄糖的能力。这些影响无疑对减体重、防治代谢综合症有积极意义，但其机理、应用模式和有无副作用等有待研究与探讨。

未来高原训练研究的注意事项 ①对照组的设置：几乎所有高原训练的研究都忽略了在平原上设立进行同一训练计划的对照组。没有对照组的研究是不符合科研设计和统计学原理的,其研究结果是或然性或偶然性的。这是造成目前尚无任何一种高原训练方法的研究直接表明高原训练提高了平原环境下运动能力的主要原因。只有建立了对照组，才有可能找出在平原上的普通训练效果与在高原上形成的训练效果的区别。 ②注意人体及其运动的复杂性：人体是一个复杂系统，人体的复杂性和高原训练规律的复杂性决定了高原训练研究对象和方法的复杂性。复杂系统演化具有随机性、不可逆性、非线性等规律。事实上，高原训练中各种生理适应及其之间的关系，高原训练的高度、训练安排及高原停留期间营养补充、医学监护等因素的任何细微变化和差异都隐含着“初始条件”影响和“非线性”作用，这些都可能最终导致预测结果与实际大相径庭。这是造成以往高原训练的成效评价存在争议和分歧根源所在。

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第二节 高原训练生理学基础