跳跃高度下降比率是短跑训练中疲劳的一个指标
Pedro Jiménez-Reyes；Fernando Pareja-Blanco；Víctor Cuadrado-Peñafiel；
Manuel Ortega-Becerra；Juan Párraga ； Juan José González-Badillo
摘要
本研究分析了短跑训练的急性力学和代谢反应，重点是保持最大速度直到达到一定的速度损失。9名男性高水平短跑运动员进行了60米跑步短跑，速度损失为3%，两组之间休息6分钟。在运动前和每组运动后，测量了力学反应（下蹲跳（CMJ）高度和速度损失）和代谢反应（血液中乳酸和氨的浓度）。跳跃高度下降比率与乳酸（r = 0.91）和氨（r = 0.91）的浓度都显示出几乎完美的关系。此外，每个运动员的CMJ高度损失与乳酸（r = 0.93-0.99）和氨（r = 0.94-0.99）之间都有几乎完美的关系。在速度损失和乳酸（r = 0.83）以及氨（r = 0.86）的浓度之间发现了非常大的相关性。此外，每个运动员的速度损失与乳酸（r = 0.86-0.99）和氨（r = 0.88-0.98）之间都有密切关系。这些结果表明，通过使用基于力学和生理反应的个体化冲刺剂量，而不是为所有运动员设定标准的固定冲刺次数，CMJ测试可以在冲刺训练课程中更准确地设定训练负荷。
引言
短跑能力是许多运动项目的一个关键因素，也是许多训练项目的重点。产生较大的向前加速度和较高的最大跑速，并保持这一速度的能力，有助于在短跑比赛中取得成功。精英短跑运动员的最大跑步速度是在比赛的40到60米之间达到的。这种最大强度的动作需要在短短的几秒钟内产生非常高的能量。代谢能量主要由骨骼肌细胞的无氧糖酵解和磷酸肌酸（PCr）代谢提供。因此，PCr储备对冲刺性能至关重要，在冲刺5-7秒后会严重耗尽。在长距离冲刺过程中，如100米田径比赛，无氧糖酵解提供了完成冲刺所需的大部分三磷酸腺苷(ATP ),同时对速度的损害最小(代谢能量的55-75%)。然而，当必须重复短跑时，在比赛或训练期间，这可能导致PCr和ATP浓度的显著降低以及腺嘌呤核苷酸的累积损失。这种大量的ATP消耗可能需要很长的恢复时间，并导致肌肉力量产生的损伤。此外，从代谢的角度来看，疲劳是氢离子(H+)积累和无机磷酸盐(Pi)水平增加的结果，对此有一些合理的解释。同样，短期高强度运动期间血氨水平的增加通常被解释为肌肉中氨产生加速的指示，这是由AMP脱氨基为IMP造成的。嘌呤核苷酸循环(PNC)的功能之一是维持高ATP/ADP比率，并作为一种应急机制，防止肌肉ATP在高代谢应激条件下降至临界水平。因此，训练期间血液乳酸盐和氨浓度变化的知识将提供关于诱导的生理应激的有价值的信息。
血乳酸和氨的测量是昂贵和侵入性的技术，这意味着它们在常规训练中是不可行的。然而，在抗阻训练、典型的400米跑步训练以及具有短暂(30秒)和中等恢复时间(4分钟)的重复短距离冲刺中，观察到这些血液代谢物(乳酸盐和氨)与跳跃高度下降比率之间的关系(r = 0.85–0.96)。在跳跃高度下降比率和血乳酸和氨之间观察到的这些强相关性(0.92-0.97)支持使用跳跃高度来监测训练中诱发的疲劳。然而，在典型的冲刺阶段，跳跃高度下降比率和代谢物浓度之间的关系知之甚少，包括最大速度阶段(~ 60 m)和理论上的完全恢复期。
神经肌肉疲劳被描述为任何锻炼导致的肌肉或肌肉群产生的最大随意力或力量的减少。大多数以前的研究检查了对重复冲刺的机械和代谢反应，使用了固定冲刺次数和短于一分钟的恢复期的方案。固定短跑次数导致运动员之间在跑步时间增量方面存在很大差异(45.3±9.7%)，这表现为运动导致的疲劳指数(FI)。有人认为，确定一个特定的疲劳水平会引起更均匀的反应，这在旨在研究训练过程中的疲劳的方案中可能是有用的。事实上，以前的阻力训练研究也采用了类似的方法，设定了一个目标疲劳水平（性能损伤）而不是目标重复次数。
在缺乏基于实验室的直接测量的情况下，通过基于现场的实际测量来获得有关急性反应的信息，以获得与神经肌肉疲劳有关的实际信息可能是有用的。这将使教练员能够利用在短跑训练中更容易监测的参数，如速度或跳跃高度的损失，做出实时的决定。例如，在力量训练中，已经验证了速度损失是神经肌肉疲劳的一个很好的标志，就像下蹲跳（CMJ）的表现一样。
这种方法将开始建立一个有科学依据的训练方法，利用表达性能损伤的变量及其与生理反应的关系，使短跑负荷处方个体化。因此，本研究的目的是。1）分析急性机械反应（速度和跳跃高度下降比率）和代谢反应（血乳酸和氨），重点是最大速度的典型短跑训练，进行到每个运动员达到相同的速度损失（3%）；以及2）确定机械或代谢反应是否可以用来监测短跑训练期间的疲劳。
方法
受试者
9名国家和国际水平的男性运动员（年龄：23.1±4.4岁，体重：73.7±4.6公斤，身高：177.6±5.9厘米；体脂：9.6±2.9%）参加了这项研究。他们100米的最佳成绩在10.29-11.17秒之间（其中7人在100米比赛中跑在11.00秒以下），他们至少参加过5个赛季的比赛。他们都受过严格的训练，熟悉测试工作。其中一人在测量时是200米（20.47秒）的国家纪录保持者。没有任何可能影响测试的身体限制或肌肉骨骼损伤的报告。所有参与者都被充分告知了研究的程序、潜在的风险和益处，他们都在测试前签署了书面知情同意书。本调查符合本刊的伦理标准，并得到了西班牙塞维利亚的巴勃罗-德-奥拉维德大学伦理委员会的批准。
实验设计
运动员以尽可能高的速度进行60米冲刺，两次冲刺之间有6分钟的恢复期，直到每个运动员在训练期间记录的最佳时间减少3%。我们使用基于百分比的FI得分来对冲刺负荷的处方进行个性化处理，并减弱固定冲刺方案中增加的变异性。在本研究中选择了3%的FI目标，因为这些运动员都是短距离（最长200米）的专家。因此，高FI对于提高他们的成绩是不可取的。此外，以前的一项研究分析了典型的短跑训练的急性反应，使用40米的短跑距离，确定了3%的FI水平。此外，在每次冲刺后10秒，进行了CMJ。每次训练后1分钟测量血乳酸和氨的浓度（图1）。测试课程总是在完整的休息日之后，在一天中的同一时间（18:00-20:00 h）和类似的环境条件下（20-22°C和55-65%的湿度）进行的。使用了标准化的热身方案，其中包括 1）以自选的轻松速度跑5分钟；2）5分钟的关节活动练习；3）两次30米跑步加速；4）一次50米跑步加速；5）五次强度增加的CMJ。
测量
60m冲刺时间
使用光电管计时门记录60米距离的短跑时间。短跑测试是在一个合成的室外跑道上进行的。采用站立式起跑，前脚放在第一个计时门后1米处。两次比赛间隔6分钟进行恢复。短跑的标准化过程如下。
参赛者采用标准的蹲姿开始，他们喜欢的腿的脚趾在起跑线后。一旦就位，参赛者被要求身体前倾，将他们的身体压在他们的前腿上，然后给他们一个 “3-2-1-go “的倒数。运动员被提示要最大限度地加速，并试图尽可能快地完成冲刺距离。风速小于1.5米/秒，使用Oregon Scientific WMR-918气象站对风况进行持续监测。使用变异系数（CV）和类内相关系数（ICC）以及95%的置信区间（95%CI）对60米冲刺时间的测试-重测可靠性进行了测量。该测试显示出非常高的可靠性（CV：1.5%，ICC（95%CI）：0.92（0.84-0.96））。
下蹲跳高度
跳跃高度是用红外平台根据飞行时间计算的。红外线平台根据飞行时间来估计跳跃高度，其公式如下：h = t2 *1.22625，h为跳跃高度（米），t为跳跃的飞行时间（秒）。在CMJ过程中，受试者被要求将双手放在臀部，同时做一个向下的运动，达到大约90º的膝盖弯曲，然后做一个最大的垂直跳跃。所有受试者都被要求在跳跃的飞行阶段保持膝盖伸直，并以直立的姿势着地，以避免因运动员 “收腹 “而高估跳跃高度的可能性。对于预估值，在第一次60米冲刺之前，进行了三次最大的CMJ，中间休息30秒。三次跳跃的平均值被用于随后的统计分析。CMJ测试的可靠性为CV：2.6%；ICC（95%CI）：0.97（0.92-0.98）。每次冲刺后10秒，进行一次CMJ，试图将全部CMJ测试引起的疲劳降到最低。
疲劳的机械测量
两种不同的方法被用来量化冲刺训练所引起的疲劳程度。第一种方法是分析从最快冲刺开始的时间增加的百分比[（最快时间-最后时间）/最快时间-100]。运动员进行60米短跑，直到连续两次达到3%的FI。第二种方法是计算每次冲刺后的CMJ高度与测试前的数值相比的变化百分比。
血液乳酸和氨的分析
用于测定乳酸和氨浓度的毛细血管血样是在运动前和每次运动后1分钟从指尖获取的。使用Lactate Pro LT-1710便携式乳酸分析仪进行乳酸测量。氨是用PocketChem BA PA-4130测量的。两台设备在每次运动前都按照制造商的规格进行了校准。这些设备的可靠性先前已有报道。乳酸的CV值在2.6%到4.1%之间，氨的CV值在3.0%到5.2%之间。
统计分析
数值以平均值±标准差（SD）报告。统计学意义在P≤0.05水平上成立。相对可靠性用ICC评估，95%的CI用单向随机效应模型计算。测试-重测的绝对可靠性是用测量的标准误差来衡量的，标准误差的计算方法是被试内总均方的均方根。此标准误差用于计算CV。可靠性是在同一测试环节（2次短跑和3次跳跃）的重复测量中评估的，短跑的间隔时间为6分钟，跳跃的间隔时间为1分钟。评估变异性时，使用的是以SD除以平均值并乘以100的CV。用Kolmogorov-Smirnov检验来验证数据的正常分布。用皮尔逊系数（r）的关系来计算各变量之间的关系。计算了估计的标准误差（SEE）。< 0 . 1-0.3，小；< 0 . 3-0.5，中度；< 0 . 5-0.7，大；`0 . 7-0.9，非常大；以及<0.9-1.0，几乎完美。采用带有Bonferroni调整的重复测量的方差分析来研究所有跑步短跑在不同时间对机械和代谢反应的影响。通过效应大小（Cohen’s d系数）来评估不同变量的前后值之间发现的差异的重要性，解释如下：小差异。0.15 非常大的差异：d>1.10。统计分析使用SPSS软件18.0版进行。
表1实验过程中，机械和新陈代谢的急性影响可达到速度损失的3%。
结果
所用方案的描述性特征在表1中报告。最快的60米冲刺时间为7.00±0.26秒（表1），CMJ高度的预值为46.4±5.4厘米。基础条件下的血乳酸和氨浓度分别为1.5±0.5mmol-l-1和31.7±3.2µmol-l-1。图2显示了一个有代表性的对象和方案的冲刺时间、CMJ高度损失以及血液中乳酸和氨的浓度变化的例子。前6次冲刺比1、2和3%的速度损失在每个变量上引起更大的变化（CMJ高度：1%：21.8%，2%。14.9%, 3%: 15.6%，和6个第一冲刺。23.4%；乳酸。1%: 11.9%, 2%: 10.8%, 3%: 10.4%，和6次第一次冲刺。21.8%；以及氨：1%：16.5%，2%。13.4%, 3%: 7.4%，和6次第一次冲刺。24.2%).
CMJ高度损失
当所做的重复次数接近建议的3%的速度损失时，运动前CMJ高度的下降幅度更大。在完成所有的重复动作后，运动后的CMJ高度与运动前相比有明显的不同（P <0.05）（表1）。观察到的CMJ高度损失在第一次冲刺后为6.7±1.4、11.0±2.4、13.4±2.0和16.0±2.5％，在60米跑步冲刺期间诱发1、2和3％的速度损失。
血乳酸和氨的反应
血液中乳酸和氨的浓度随着每个受试者所做的重复次数接近最大可能的重复次数而增加，直至提出的3%的速度损失（图3）。从第一次冲刺开始，乳酸和氨的水平都明显高于运动前的静止值（P < 0.05，表1）。最后一次冲刺后，血液中乳酸和氨的浓度分别为16.5±1.7 mmol-l-1和153.1±11.6 µmol-l-1。
跳跃高度下降比率和60米跑步冲刺速度损失与血液中乳酸和氨的浓度之间的关系
当9名运动员的数据汇总后，观察到CMJ高度损失与血乳酸（r = 0.91）、氨（r = 0.91）和60米跑短跑速度损失（r = 0.76）之间几乎完美/非常大的关系（表2）。此外，每个运动员的CMJ高度损失与血乳酸（r=0.93-0.99）、血氨（r=0.94-0.99）和速度损失（r=0.84-0.98）之间的关系几乎完美（表2）。
表2 每个受试者的相对跳跃高度下降比率和相对速度损失、血乳酸和氨浓度之间关系的回归方程和估计误差。
60米跑步冲刺的速度损失与血液中乳酸和氨的浓度之间的关系
当所有的数据汇总后，发现速度损失与血乳酸（r = 0.83）和氨（r = 0.86）浓度之间有非常大的相关性（表3）。此外，每个运动员的速度损失与血乳酸（r=0.86-0.99）和血氨（r=0.88-0.98）浓度之间都有几乎完美/非常大的关系（表3）。
表3每个受试者的相对速度损失与血乳酸和氨的浓度之间的关系的回归方程和估计误差。
讨论
据我们所知，只有一项研究使用机械和代谢反应来客观监测短跑运动员进行的典型短跑训练所引起的疲劳。该研究分析了40米跑步短跑，两次训练之间的恢复期为4分钟，直到每名运动员的最佳时间减少3%，而本研究分析了60米跑步短跑，两次训练之间的恢复期为6分钟，性能标准同样减少3%。因此，两项研究的 “运动距离：恢复 “比例是相同的，即每10米运动距离为1分钟。考虑到这一点，值得注意的是，我们的研究中使用的距离和恢复是根据短跑运动员的习惯性锻炼程序选择的，以便具有实际的适用性。在CMJ高度损失和新陈代谢反应之间观察到的高度相关性表明，CMJ高度可以作为一种简单的方法来确定短跑训练中的疲劳，以实现负荷处方的个性化。这一信息是有意义的，因为它为教练提供了有意义的反馈，说明特定的短跑训练方案引起的代谢反应与由此产生的急性跳跃性能的恶化有关。
尽管有几项研究考察了短跑训练的急性效应，但对所有受试者进行的重复次数都是相同的，并比较了所有运动员相同训练量的效果，其中重复次数事先是固定的，因此诱发了机械和代谢刺激的巨大变化。与这种固定剂量的短跑训练相反，我们的研究旨在为所有受试者诱发相同水平的疲劳，因为尽管达到这一标准的重复次数不同（9.2±2.7次短跑），但机械和代谢反应是由相同水平的努力或疲劳（3%的速度损失）诱发的。当我们比较两种方法引起的变异性时，前6次冲刺显示出比个性化的疲劳水平更大的变异性，在这种情况下，通过冲刺期间的速度损失来评估。这种方法可以更好地确定达到特定水平的性能下降或疲劳所需的冲刺努力量。这种监测短跑训练的新见解只在上述研究中进行了分析，而且它分析的是40米的距离。因此，分析60米的表现可以证实这些趋势，并能更好地理解以最大速度为重点的短跑运动员的一个非常典型的训练距离，因为60米以上是两个主要的短跑阶段（加速和最大速度）。
由于疲劳被认为是一个持续的而不是一个失败点的现象，肌肉疲劳可以被看作是相关肌肉产生力量的能力的下降。因此，在反复的最大冲刺过程中发生的跑步速度和垂直跳跃高度的逐渐下降可以被解释为神经肌肉功能受损的证据；其测量可以提供一个相对简单而客观的手段来量化个别运动员的疲劳程度。事实上，当完成的重复次数接近速度损失的3%时，CMJ高度的下降幅度更大（CMJ高度损失。在第一次冲刺后和速度损失为1、2和3%的情况下，CMJ高度分别为6.7±1.4、11.0±2.4、13.4±2.0和16.0±2.5%，表1）。从本质上讲，所有的疲劳模型都涉及两个部分：疲劳诱发和疲劳量化。在本研究中，使用两种不同的方法对表现的变化进行量化：1）在所有的重复动作中速度下降的百分比，直到达到3%的速度损失；2）每次冲刺前后CMJ高度的百分比变化。使用CMJ高度损失来量化表现的变化并不是一个新的方法。然而，在实际的短跑训练中，使用这种简单的、非疲劳的测试来实时量化成绩的变化，还没有进行过详细的分析。
使用垂直纵跳高度损失的百分比来衡量短跑训练期间的表现变化的有效性，进一步得到了疲劳的机械测量（速度和跳跃高度下降比率：r = 0.76）以及CMJ高度损失和代谢压力（急性乳酸：r = 0.91，和氨反应：r = 0.表2）之间的关系的支持。血液中的乳酸和氨随着执行的重复次数接近本研究使用的3%的速度损失而增加（乳酸浓度。16.5 ± 1.7 mmol-l-1和氨浓度。153.1 ± 11.6 µmol-l-1，表1）。以前使用相同的 “运动距离：恢复 “比例的研究也报告了代谢物的浓度。Johnston等人报告说，在进行了6次50米的短跑，并在两次重复之间进行了5分钟的恢复后，乳酸浓度为9.3±1.7mmol-l-1。Jiménez-Reyes等人也报告了在进行40米短跑，并在4分钟内恢复到3%的速度损失后的较低代谢反应（乳酸浓度。14.3 ± 3.4 mmol-l-1和氨气浓度。122±33µmol-l-1）。因此，对于类似的成绩损伤（速度下降3%），相同的 “运动距离：恢复 “比例可能不会引起相同的代谢反应。因此，在计划训练量和恢复时应考虑与不同短跑训练相关的代谢压力。然而，从本研究和Jiménez-Reyes等人报告的方程式来看，除了使用相同的 “运动距离：恢复 “比例外，通过重复短跑引起的10-12%的跳跃高度分别对应着大约10-12mmol-l-1和90-100µmol-l-1的血液乳酸和氨的浓度。此外，每个运动员的CMJ高度损失与血乳酸（r=0.93-0.99）、血氨（r=0.94-0.99）和速度损失（r=0.84-0.98）之间的关系几乎完美（表2）。因此，当这些公式对每个运动员进行个体化处理时，它们可以更准确地评估在典型的短跑训练中引起的疲劳程度。相比之下，在60米跑短跑过程中的速度损失和代谢反应之间的关系较低，无论是对所有的集合数据（血乳酸：r=0.83；氨：r=0.86）还是对每个运动员（血乳酸：r=0.86-0.99；氨：r=0.88-0. 表3）。因此，鉴于它与代谢反应的关系更密切，在短跑训练中根据CMJ的表现而不是短跑速度来决定短跑的次数可能更有利。据我们所知，目前还没有关于冲刺训练应该何时中断的数据；事实上，冲刺训练中的适当剂量是有争议的。然而，我们的研究结果支持这样的观点：停止短跑训练的标准应该是基于成绩的损伤或代谢的稳定，而不是以前广泛使用的固定的短跑次数。
在这方面，在典型的短跑训练中引起的性能损伤的一个可能的解释是，在运动中产生的代谢物（H+、ADP、Pi）的情况下，肌肉纤维的收缩机制功能下降。目前还不清楚源于H+积累的细胞内酸中毒是否是疲劳的主要原因。有人认为，以前归因于H+积累的肌肉功能损害主要是积累的Pi的结果，因为每次冲刺期间ATP周转速度很快，抑制了肌浆网的钙释放。在任何情况下，已经证明了细胞内pH值低与力量和功率下降之间的密切联系。另一方面，在重复的短期和最大强度的动作中观察到的性能下降可能部分是由于PCr的恢复不足。PCr浓度的下降会降低肌肉ATP水平，这与AMP含量的增加密切相关。AMP被脱氨，增加IMP水平和氨浓度。这样，在短期高强度的运动中，血氨水平的增加通常被解释为嘌呤核苷酸的加速降解和肌肉中总腺嘌呤核苷酸的损失。这一发现表明，速度或垂直跳跃高度等机械变量的下降可能是不可取的，特别是在短跑运动员中，因为它们会诱发过度的性能损伤，还可能影响到后续短跑训练的恢复。事实上，尽管运动引起的核苷酸损失的很大一部分可能被恢复，但肌肉中的新合成是一个缓慢和耗能的过程，在高强度训练后的48-72小时内，肌肉表现可能仍然受损。
我们的结果表明，通过监测训练期间的垂直跳跃高度，可以合理地估计典型的短跑训练所引起的代谢压力和神经肌肉疲劳。CMJ高度损失信息可以为教练提供有价值的信息，因为它提供了一种非侵入性的、低成本的和简单的方法来指示氨浓度明显高于静止值的点。以前的一项研究还表明，与其他跳跃和短跑测试相比，CMJ测试对改变的神经肌肉功能具有更高的敏感性。此外，已经表明，与CMJ表现相比，短跑表现需要的恢复时间要短得多。这些作者总结说，仅仅使用基于时间的变量来评估冲刺能力可能缺乏必要的敏感性来确定神经肌肉的疲劳状态。无论如何，由于观察到与代谢和机械变化的高度相关性，速度损失也可能是冲刺训练期间内部负荷的一个很好的标志。
实际应用
典型的固定剂量的短跑训练所引起的巨大变化强调了遵循个体化模型方法来监测短跑运动员的训练课程的重要性。CMJ的表现可能提供了一个比短跑训练本身更敏感的指标来反映短跑训练所引起的代谢负荷。因此，尽管任务特异性较低，但CMJ测试可能对从业者更有帮助。因此，训练中基于跳跃的测量可能会导致在短跑训练课程中更准确地设置训练负荷，通过使用基于机械和生理反应的个体化短跑剂量，而不是对所有运动员的标准固定短跑数量。客观控制训练负荷的实际应用是，CMJ的测量可以被教练和运动员用来间接估计与高速再生ATP的能力有关的肌肉收缩机制的功能状态。因此，如果在训练过程中，既不能准确地测量速度，也不能准确地测量血液中的乳酸或氨的浓度，那么CMJ测试应被用于训练负荷的监测和剂量。CMJ高度的损失提供了精确的信息，以告知受试者何时应该中断训练的决定。考虑到这一点，分析使用CMJ高度来评估冲刺的准备情况将是有趣的。有必要进行更多的研究，以进一步探索这种个性化的方法来监测短跑训练中的内部负荷。本研究有望通过对短跑训练刺激物进行更合理的描述，为运动科学领域做出贡献。
结论
总之，本研究获得的结果强烈支持使用CMJ高度来监测短跑训练和量化机械和代谢疲劳，因为知道短跑训练课程引起的代谢压力。在CMJ高度损失和代谢反应（乳酸和氨）之间观察到的高度关系支持这一结论。此外，当这些公式对每个运动员进行个性化处理时，它们能更准确地估计短跑训练中引起的机械和代谢反应。使用像CMJ这样简单而不疲劳的测试可以帮助监测短跑训练课程，而不需要测量血液乳酸或氨的浓度，并且比记录短跑时间更准确。因此，CMJ可能是一个非常有用和强大的间接测量短跑训练中引起的机械和代谢变化。