力量也能预测无氧工作能力？

下肢力量参数对临界功率和无氧工作能力的影响

摘要

目的：本研究观察了下肢力量和等速峰值力矩测试对预测临界功率（critical power，CP）和无氧工作能力（anaerobic work capacity，AWC）的影响。

方法：14名有无氧训练经验的男性（平均年龄：22.4±2.5岁；身高：177.9±7.7厘米；体重：84.2±12.4千克）完成了这项研究。下肢力量测试包括1RM（one repetition max）背蹲（back squat，BSQ）、优势腿在30º、240º时的等速峰力矩。CP和AWC通过3分钟的力竭性功率自行车测试（CP3MT）获得，阻力为体重的4.5%。CP为CP3MT测试中最后30s的平均输出功率，AWC使用公式计算：AWC=150s（P150-CP），其中P150等于前150s的平均输出功率。

结果：逐步回归分析显示只有BSQ对AWC的预测有显著影响（AWC=0.0527×[BSQ]+8.094 [SEE=2.151kJ；p=0.012]），r²=0.423；而其它力量参数未能显著预测CP。

结论：BSQ力量占AWC变异的42%，而下肢力量与CP无关。目前的结果间接支持了CP和AWC分别作为个体有氧和无氧能力预测的独特代谢特征。

关键词：周期运动表现，运动代谢，等速运动

一、前言（Introduction）

（一）临界功率和无氧工作能力（critical power and anaerobic work capacity）

CP模型提供了对局部和全身运动的动态、间歇、静态和连续性肌肉动作的有氧和无氧能力的预测。这些成分来自于利用不同的工作速率，在3到4次连续的锻炼中，所做的工作总量和力竭时间之间的线性关系。临界功率是这一线性关系的斜率，被定义为肌群在不疲倦的状态下能够维持的最高功率输出。临界功率与全身有氧代谢特性的测量有关，如VO2max和乳酸阈等。AWC是总功与力竭时间关系在y轴上的截点，即只利用运动肌群内储存的能源物质（磷酸肌酸[PCR]、三磷酸腺苷[ATP]、糖原、与肌红蛋白结合的氧）所做的总功。前期研究证实AWC和Wingate测试得出的无氧能力之间有很强的相关性。因此，从CP模型中得出两个不同的参数——CP和AWC，分别反映了有氧和无氧代谢的特点。

CP和AWC已被用于确定运动训练计划的有效性、区分疲劳和非疲劳性活动、以及评估运动补剂（如肌酸和β-丙氨酸）的功效。然而，关于受试者生理特征与CP和AWC的数据有限。研究证实AWC与肌肉的横截面积（CSA）、大腿肌肉量有关，并可通过肌酸补充而增加。相比之下，CP与全身肌肉质量的关系似乎比与局部肌肉质量的关系更密切。因此，受试者的生理特征很可能与CP和AWC的水平有关。

（二）目的（Purpose）

前期研究表明，下肢力量训练可提高训练有素的自行车运动员的运动成绩。此外，最大力量与自行车冲刺时间之间有较强的相关性。然而，目前未见下肢力量对CP和AWC影响的研究。因此，本研究拟通过下肢力量测试（1RM背蹲[BSQ]、在30º、240º时的等速峰力矩）预测CP和AWC的能力。我们假设：（1）AWC与BSQ有关，而与PT30和PT240无关；（2）CP与下肢力量测量无关。

图1 场地自行车

二、研究方法（Methods）

（一）实验方法

本研究旨在确定自变量BSQ、PT30和PT240对因变量CP和AWC的影响。选择自变量是因为它们提供了双侧（BSQ）和单侧（PT30和PT240）下肢力量的测试。因变量源于3分钟的力竭性功率自行车测试（CP3MT），并提供了受试者全身（CP）和运动局部肌肉（AWC）代谢特征的预测。

（二）受试者

14名有无氧训练经验的男性。根据美国运动医学学会指南，无氧训练被定义为在过去6个月内每周至少参加两次抗阻训练和高强度间歇训练。全身DXA扫描用于评估全身脂肪百分比和瘦体重。受试者被要求去除所有物品，如珠宝或眼镜，并在扫描过程中穿着不含金属的T恤和短裤。所有的扫描都是由一位训练有素的研究者使用Lunar软件进行分析。受试者没有已知的心血管疾病、肺部疾病、代谢性疾病、肌肉疾病和冠心病。受试者被要求在每次测试前至少24小时内避免剧烈运动和饮用咖啡因。本研究已经获得相关批准，受试者已经签署知情同意书。

图2 DXA仪器

（三）实验过程

该研究包括两个测试阶段，间隔24-72小时。在第一个测试阶段，首先测试受试者的1RM深蹲。在240deg·s-1和30deg·s-1条件下进行等速测试，并进行临界功率的3分钟CP3MT测试。第二次是在240deg·s-1和30deg·s-1进行等速测试，以测定CP和AWC，其中阻力设为总体重的4.5%。CP被定义为CP3MT测试最后30秒的平均功率输出，AWC用公式计算：AWC = 150s（P150-CP），其中P150等于前150秒的平均功率输出。

（四）1RM测试

杠铃背蹲（BSQ）在标准自由重量架上进行。杠铃杆位于颈部底端的三角肌后上方。受试者的双脚分开与肩同宽，脚趾略向外。受试者双脚着地，背部保持平直，在整个运动范围内保持躯干与地板的角度相对恒定。在进行1RM测试之前，受试者进行标准化热身。热身开始时，按预期1RM体重的50%重复10次、70%重复5次、80%重复3次、90%重复1次。在两组之间有1-2分钟的休息时间。受试者完成最多3项测试，1次重复次数以确定实际的1RM。当受试者从直立姿势到膝关节和髋关节屈曲，直到大腿与地板平行，然后回到原来的位置时，认为完成一次。在BSQ强度测试中，不断增加载荷，直到受试者无法完成完整的动作范围的重复。用较轻的负荷进行附加测试，直到1RM在2.27kg范围内确定，这通常在3次实验内完成测试。两次测试间休息3分钟。

图3 1RM杠铃背蹲

（五）等速测试

等速测试使用Biodex系统进行。受试者坐在等速机上，测试右腿。受试者在30和240deg·s-1的等速测试仪上完成3次全力向心腿部伸展收缩。受试者在两种等速测试间有3分钟的休息。峰力矩（PT；N·m）取3次测试中最高值。

图4 Biodex等速机

（六）3分钟力竭临界功率测试

CP3MT在功率自行车上进行。在进行CP3MT之前，先调整座椅高度，使受试者的腿在踏板底部接近完全伸展。整个测试过程中，脚趾接触踏板。然后受试者以自己喜欢的节奏（70-80 rev⋅min -1）在~50W的范围内完成5分钟的热身，然后休息5分钟。根据相关建议，CP3MT的阻力设定为体重的4.5%（0.045 ×体重）。测试开始时，受试者在无阻力的情况下，骑行3分钟。在空载阶段的最后10秒，受试者被要求全力骑行。骑行节奏达到110rev⋅min-1时，对其施加4.5%的阻力。受试者被要求在整个CP3MT过程中保持尽可能快的节奏。

CP3MT用于测定每个受试者的CP和AWC。输出功率使用相关软件记录。CP和AWC参数的重测信度分别为R = 0.91和R = 0.79，检验和重测之间的均值差异不显著。

图5 Monark 894E

（七）统计分析

采用逐步多元回归分析确定所选预测变量（BSQ、PT30和PT240）与CP和AWC之间的关系，并确定哪个变量最能预测CP和AWC。分别使用Pearson积矩相关性描述零阶关系。p≤0.05被认为具有统计学意义。

三、研究结果（Results）

表1显示了受试者的个体平均（±SD）强度参数以及CP3MT参数。强度参数间零阶相关结果（BSQ=138.7±33.4 kg；PT30=222.2±45.2 Nm；PT240=137.2±28.7Nm）和CP3MT测试参数（CP=210±39W；AWC=15.4±2.7kJ）见表2。逐步回归分析表明，只有BSQ（图5）对AWC的预测有显著性（AWC=0.0527×[BSQ]+8.094 [r2=0.423;SEE=2.151 kJ；p = 0.012）。

表1 1RM杠铃背蹲（BSQ），30°时每秒腿部伸展峰力矩（PT 30），240°时每秒腿部伸展峰力矩（PT240），临界功率（CP）和无氧工作能力（AWC）

表2 强度参数与临界功率3分钟CP3MT参数的相关系数

图6 BSQ与AWC的关系

四、分析讨论（Discussion）

本研究中受试者的临界功率CP（CP=210±39 W）和无氧工作能力AWC（AWC=15.4±2.7 kJ）略高于之前报道的业余训练受试者（CP = 208±50W；AWC=13.7±3.9kJ），而CP值低于优秀自行车运动员（305±32W），AWC值与高强度训练受试者报告的AWC值（15.0±4.7kJ）一致，可能反映了本研究受试者以无氧训练经验为主。因此，当前有无氧训练经验受试者的CP和AWC值与之前报道的具有类似训练状态受试者的CP和AWC值相似。

本研究的主要目的是通过测量下肢力量（BSQ）和（PT30和PT240）等速峰力矩预测CP和AWC。目前的研究结果表明，BSQ强度占AWC方差的42%，但下肢力量与CP无相关性，BSQ和AWC间的关系与前期研究一致。具体来说，训练有素的自行车运动员进行力量训练后，其力量产生和无氧峰值功率均有增加，而仅完成耐力训练的自行车运动员的力量或无氧峰值功率无增加。因此，当前的结果支持Ronnestad的研究结果，即下肢力量是影响无氧功率自行车表现的重要因素。未来的研究应进一步探讨下肢力量训练方案和全身力量训练方案对CP3MT测试参数的影响。此外，由于本研究仅包括男性受试者，未来的研究应探讨女性受试者的下肢力量参数与CP3MT参数（CP和AWC）是否存在相同的关系。

在本研究中，力量对AWC（而不是CP）的显著贡献间接支持了AWC和CP分别作为个体有氧和无氧能力预测的独特代谢特征。具体而言，AWC参数与工作肌肉内的储存的能源（磷酸肌酸[PCr]、三磷酸腺苷[ATP]、糖原和与肌红蛋白结合的氧）相关，而CP参数依赖于全身代谢，理论上，反映了无疲劳时有氧ATP再生的最高速率。先前的研究探讨了抗阻训练对骨骼肌生化适应的影响，并显示骨骼肌能量储存（PCr和ATP）的增加与骨骼肌大小和力量的增加有关。此外，抗阻训练已被证明可以降低肌肉的氧化能力，导致肌肉纤维内线粒体体积的降低。这些结果表明，肌肉力量的增加，在一定程度上，与肌肉内能量储存有关，并可能解释在本研究中，力量和AWC之间的显著关系。此外，在本研究中，所有力量测试与CP之间的非显著关系可能与抗阻训练和力量增加的潜力有关，以对应骨骼肌的肌肉氧化能力的下降。这些发现间接支持AWC和CP分别作为与无氧和有氧代谢特性相关的不同参数。

双腿功率自行车得出的AWC与双侧BSQ的关系比与单侧等速肌力的关系更为密切。双侧抗阻训练和自行车运动都需要同时使用所有的下肢肌肉，然而，理论上，单侧力量测试只能反映下肢储存能量的一半，因为在这个运动过程中只有一半的下肢肌肉被使用。1RM BSQ的完成主要依赖于无氧供能系统，可能比单侧运动更能反映与AWC参数相关的工作肌肉内储存的能量。因此，目前的研究结果表明，双侧下肢力量是无氧功率自行车表现的一个重要指标，而单侧力量不是。

五、结论（Conclusion）

综上所述，下肢BSQ强度对CP3MT功率自行车实验中的无氧成分（AWC）有显著贡献，但与有氧成分（CP）无关。这些发现为理论模型提供了间接的支持，即AWC和CP分别提供了工作肌肉内无氧能量储存和有氧全身代谢的单独测量。目前的研究结果表明，在特定的运动表现任务中，力量可能是工作肌肉无氧代谢能力的一个重要指标。未来的研究应该用这些运动肌肉的横截面积来检测下肢实际的能量储存，以确定更大的横截面积是否可以提供更多的储存能量和能量利用。这将有助于进一步探讨观察到的下肢能量储存与CP3MT试验（CP和AWC）参数之间的潜在关系。

六、实际应用（Practical applications）

BSQ力量对AWC的显著贡献表明，下肢、双侧力量对无氧功率自行车冲刺成绩有重要影响。在这项研究中，42%的AWC变异与双侧肌肉力量有关。这些研究结果表明，想要提高无氧能力的运动员应将双侧阻力型运动纳入其训练计划中。双侧阻力训练（如BSQ）可能会增加肌肉力量和大小，从而在局部活动肌群内储存更多的能量，并可能反映了CP3MT测量的AWC增加。目前的研究结果还表明，AWC中58%的变化与强度无关。因此，训练计划还应关注与无氧性能相关的其他因素，如提高无氧代谢系统的缓冲能力。这项研究的结果也表明，下肢力量与功率自行车表现无关。因此，双侧力量训练可以改善无氧功率自行车表现。