高海拔比赛该如何备战,平时要怎样训练

高海拔比赛该如何备战,平时要怎样训练

高海拔比赛该如何备战,平时要怎样训练

国内现在高海拔的比赛已经不算少了,龙腾亚丁,梅里100,顶石100以及玉龙雪山等等。那,高海拔的比赛该如何准备呢?

文章翻译:陈成 图片:龙腾亚丁

高海拔比赛该如何备战,平时要怎样训练

我住在海拔约57米的高度,这一高度还得益于我的住所——那个没有电梯、位于四楼的公寓。我的故事与你们中的大多数人相同:住在相对较低的海拔,但对阿尔卑斯山跑步和比赛有着强烈的渴望。既然想要参加高海拔的比赛,就不能忽视高海拔的影响。希望这篇文章不仅能解释我们跋涉到更高海拔地区时生理上的变化,也能在你们要准备比赛的时候,指导你如何为跑步和准备比赛。

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我对适应高海拔的结论是:如果你身体足够健康,那就没有什么能够打倒你,未来你可以在探索山峰时尽享其中的乐趣。此外,如果你正在准备前往中高海拔地区参赛,那你需要知道,尽管最初的、急性的适应过程发生在前3~4天,但增强跑步表现的适应过程需要21~28天。

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图:不同海拔的区别和影响

「 01海拔越高氧气去哪了」

虽然流行的说法是我们所在的海拔越高,“空气就越稀少”,但事实并非如此。尽管高度发生了变化,但我们周身的空气成分仍然是一样的。依旧是由20.93%的氧气,0.03%的二氧化碳和79.04%的氮气组成。

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然而,随着海拔的上升,氧气分压降低。氧气分压是总气压的一部分,是氧气对大气中气体体积施加的压力。它主要由引力产生,因为海拔越高,组成空气的分子“重量”越小:这些分子“站在”下面的分子上(给较低的分子施加压力),同时承受的上方大气压力渐小。这就是“空气稀薄”这个术语的由来。

明白这一点很重要,因为我们的肺部依靠压力梯度——或者说氧气、二氧化碳等气体的压力差——在肺泡或肺部气囊和血液间输送氧气。当我们登上高海拔地区,随着氧气的分压降低,我们吸入的空气中的氧气压力以及肺部周围血液中的氧气压力几乎变得一样。当这种情况发生时,气体交换很难进行,我们吸入的氧气难以轻松地从肺部输送到血液中。这也进而导致(在高海拔地区)奔跑时,我们更难获得大脑和肌肉所需的氧气。

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我们吸入的氧气通过毛细血管床进行气体交换,输送到血液中。毛细血管是人体中最小的血管,只有一个细胞的厚度。当它们在我们的小动脉和小静脉间(两者为略大一些的血管)形成网络(即毛细血管床)时,便成为了氧气、二氧化碳和其它营养物质在肺部和血液间交换的场所。缺乏氧气的血液从心脏泵向肺部,当到达毛细血管床时,氧气便从肺泡或肺部气囊中输送至血液中,二氧化碳被排出体外。然后,富含氧气的血液便被泵回我们的心脏,随后泵送至身体其余各个部位。

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上图我们可以看到,当海拔逐渐上升时,你吸入的氧气会逐渐减少。记住,海平面高度上室内空气含氧量为21%,因此你能够获得的最高吸入氧浓度比为21%。

「 02原适应的基本要素」

我们的身体完备而精密,能够在各大系统和细胞层面适应恶劣的环境和气候,维持我们的生命体征。正是因为人体拥有这些系统内的适应能力,我们不仅可以在高海拔地区幸存下来,还能生活在其中,有出色的运动表现,展现极强的生命力。

科技文献中有大量的人体高海拔适应实验,包括军事活动、登山等,随着高度上升,人类在生理上的壮举激励了一代又一代科学家。然而我认为在高海拔研究中,最大的推动因素是1968年墨西哥城举办的夏季奥运会。

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墨西哥城奥运会举办地位于海平面上海拔7350英尺(2240米)的高度,比历史上任何一届奥运会都要高。有趣的是,在这届奥运会中,尽管高海拔对耐力跑项目有着负面影响,让长跑运动员的表现大打折扣,但“空气稀薄”却为跳远、跳高、跳马、投掷项目打破世界纪录创造了的最佳的条件;此外,由于空气阻力减小,400米以内的径赛项目也有众多世界记录被打破。这是之前从未被科学家考虑过的一种环境现象,即对不同项目的选手来说,同一环境既可以提高也可以降低他们的比赛成绩。

当我们前往高海拔地区比赛或跑步时,我们的身体会经历一系列的适应过程,以改善我们体内下降的携氧能力。其中一些适应过程开始得很快,可能就在最初几个小时内发生,但许多适应过程需要几周的时间才能完成,不过也正是这种缓慢的适应过程最终产生了表现优势。这些适应过程不仅影响我们的呼吸系统,也会随着时间的推移影响我们的心血管和代谢系统。这些过程包括但不局限于增加呼吸量/次数、增大血红细胞体积、降低辛苦感、提高代谢效率以及可能得到提升的奔跑效益,尚不清楚导致这最后一种情况发生的原因。

✭心血管系统

你的身体对海拔高度最直接的反应是血容量的减少。在最开始的几个小时里,你的血浆容量会降低10%~25%。这种急性反应最有趣的地方在于,你的身体有意并自发地提高红细胞的密度,这个过程被称为“血液浓缩”

反过来,它会增加红细胞压积,或提高每单位血液中血红蛋白的百分比,这在你的身体有机会产生更多红细胞之前,会暂时提高身体输送氧气的能力。这一现象可以解释为什么在高海拔地区最开始的奔跑感觉很轻松,但24小时之后,身体开始明显地感受到适应过程带来的影响。

在这段时间里,你静止时的心脏输血量和心脏输血极量(最大输出量)会短暂上升。记住,心脏输血量=每搏输出量×心率,这个等式可以理解为心血管系统承担的工作负荷。在高海拔地区的最初几天,你的每搏输出量会因为血浆容量的下降而减少。同时,你的心率会增加,这是身体在努力弥补每搏输出量的减少,直到你静止时的心脏输血量和输血极量得到提升。

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随着海拔增加,耐力跑选手的表现明显降低。

然而几天后,随着你的身体能够更有效地提取和输送氧气,在静止和有氧运动期间,你的心脏输血量和心率开始恢复正常。不过在高海拔地区待上更长的一段时间后,最高强度运动下的最大心率和每搏输出量通常会减弱。一旦这种情况遇到不良的氧气交换,当海拔达到914米(3000英尺)的高度后,每上升1000米(3280英尺),我们就能明显地看到耐久能力的下降,最大摄氧量也会下降8%~11%的。因为这些变化发生迅速,我们在到达高海拔地区后的24~72小时内通常感觉很糟糕。这也是为什么运动生理学家建议,当你第一次到达高海拔地区,将你的活动强度限制在60%~70%的最大摄氧量范围内,以避免适应不良、受伤和不必要的疲劳。

呼吸系统和血液反应✭

当你到达高海拔地区后,另一个首要变化出现在呼吸率上,这可能会让你在跑步时感到气短。这些在呼吸率和呼吸深度上的变化会导致呼吸频率越来越高、深度越来越浅,这些现象被称为“低氧通气反应(HVR)”。

当HVR反应发生时,我们肺部的肺泡会扩张25%~30%的空间,以增加肺中氧气的分压,并将急需的氧气输送到血液中。然而,这种呼吸量的增加会造成一系列的连锁反应,例如呼出的二氧化碳超出正常水平,导致低碳酸血症或血液中二氧化碳含量低于正常值,最终罹患呼吸性碱中毒,也就是身体内的酸碱度失衡。我们的身体有着有限的酸碱度耐受值(pH值),当我们在缺氧期间体内pH值升高时,我们的肾脏会通过肾脏补偿机制应对、调整pH值变化,其中最主要的解决方式是通过尿液,即更多地排尿。

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此外,在这段时间内,体内会加快释放“促红细胞生成素(EPO)”。在许多人听来,EPO像是一种非法的、增强运动表现的药物,特别是自行车选手会在公路赛中使用EPO促进红细胞生成。然而,当受到“HIF-1(缺氧诱导因子-1)”刺激时,我们的肾脏会自动分泌EPO这种有助于调节机体耗氧量的蛋白质,我们稍后将对此做进一步的讨论。

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血氧水平的改变产生一连串的反应,导致肾脏分泌释放促红细胞生成素(EPO),进而刺激红骨髓制造更多的红细胞。

高海拔地区的利尿作用被称为“缺氧利尿反应(HDR)”,它受“低氧通气反应(HVR)”影响而发生。HVR发生时,由于呼吸时间变长,体内pH值上升,身体便开始在排泄的尿液中增加钠和碳酸氢根离子,同时在体内保留更多的氢离子,以保证酸碱平衡的状态。

这也是身体出现“血液浓缩”的方式之一,即通过增加尿液来排出体液,减少血容量。这样做的缺点是,作为一名运动员,由于排尿过多造成体液流失,同时由于在高海拔地区不容易口渴(这一现象尚无法解释)造成液体摄入减少,导致脱水的风险增加。

在高海拔地区,我们的肾脏则采取了另一种巧妙的办法,即分泌更多EPO进入血液中。EPO促使红细胞生成,即在骨髓中产生新的红细胞。尽管在初至高海拔的几个小时中,EPO就已经被释放到血液中,但是红细胞生成至少需要1周的时间,以及2~3周的时间让这些红细胞成熟并具备完整的功能。在这之后,你的血浆容量方能恢复正常,并最终上升到基准线之上的水平。

随着红细胞数量的增长,血红蛋白(一种在红细胞中发现的红色的、含铁的氧运输蛋白质)的数量也相应增长,这也增加了我们血氧的结合能力和携氧能力。为了更好地将这些增加的氧气从血液中转移到我们的身体组织中,我们的身体采取了最后一种办法:增加我们红细胞中2,3-二磷酸甘油酸(2,3-DPG)的浓度。总的来说,2,3-DPG是一种化合物,促使氧气从血红蛋白释放到最需要它的身体组织中。它以一种特殊的方式与血红蛋白结合,使血红蛋白释放已经结合的氧气,而不是继续吸收更多的氧气,从而更快地将氧气输送到身体组织中。正常情况下,血红细胞只释放其所携带的8%的氧分子,但是2,3-DPG能迫使它释放高达66%的氧分子!

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高海拔地区系统范围内的适应过程总结,包括急慢性、长短期适应。

历史研究表明,刺激EPO释放的最低海拔为海平面上6890至8200英尺(2100至2500米),但最近有证据表明,长期(21天)处于5905英尺(1800米)的海拔高度足以刺激血液变化,而低于5250英尺(1600米)的海拔则无法实现这一点。

「 03细胞对海拔高度反应」

当我们处于高海拔地区时,身体内会发生两种主要的细胞水平变化。缺氧诱导因子-1(HIF-1)和热休克蛋白90(HSP90)帮助我们的身体增强在高海拔地区的细胞耐受性。

我知道说清楚这一过程需要一些时间,让我们从之前提到过的HIF-1开始。HIF-1被认为是众多适应过程中关键的遗传性影响因素,这些适应过程是高海拔适应活动的一部分。实际上就像前文所说的,HIF-1不仅能刺激负责产生EPO的细胞分泌EPO,还能激活负责血管生成(产生新血管)的基因以及负责糖酵解正调节(分解葡萄糖)的基因;此外,它还负责协调铁的摄取及其向骨髓的输送,以增加血红蛋白的产生。HIF-1对氧气如何在人体内整个循环系统内传输起着至关重要的作用。

在我的一篇讨论热适应的文章中,我曾提到了“热休克蛋白(HSP)”,但事实上热休克蛋白是分子伴侣,维护和清除不同原因受损(包括过热)的细胞和蛋白质。热休克蛋白,特别是其中的HSP90,能够捕捉并重新折叠复性变性蛋白质,保护其免受未来的热损伤。令人感到好奇的是,研究者发现HSP90与HIF-1能够进行相互作用。事实也表明,HIF-1在正常氧气环境中会不断降解或消亡。一般来说,HIF-1会随着海拔高度升高而稳定存在并正常工作。在癌症研究中,通过观察HIF-1引起的不受控制的细胞增长,我们发现HSP90可以和HIF-1相互作用,并使后者处于稳定状态。

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在高海拔地区进行适应时,人体系统范围内的适应过程既可以是急性的,也可以是慢性的,或者既是短期的又是长期的。

真正有趣的地方在于,运动生理学家发现除海拔高度以外,还有一种截然不同的、能刺激和控制HIF-1的潜在方式。如果我们通过提高温度增加HSP90的释放,从而提升HIF-1的正调节,那么不去高海拔地区,我们也能获得相应的益处,这一办法听上去怎么样?

这一方式被称为“交叉适应”,即通过使用一种刺激因素和适应方式来获得另一个完全不同的环境因素下的益处。它带给人无法言喻的兴奋感,是科学文献中非常新颖的话题,少有相关的研究。正如你能想象的那样,人们对这种新颖的方式很感兴趣,它能够为那些需要前往高海拔地区,却因为居住地限制而没有办法进行高海拔适应的人提供了另一种预备方案。

「 04高海拔适应的方法」

有关高海拔适应或者使用高原训练来提高运动员在高海拔以及海平面高度的运动表现,大多数争论集中在“高住高训”法和“高住低训”法之间。如果你有能力、时间和金钱来筹备自己的高海拔训练营,或者你生活在中高海拔地区,你可能会对高海拔训练的理想安排感到好奇。基于所有本文外的相关研究,人们普遍认为“高住低训”法会带来最高的表现收益。

这是因为你在保证高质量锻炼的同时,所身处的高海拔环境能长时间地刺激血液的变化,并在充分恢复的同时获得了达成了更高的运动量。

但比上述更好的训练方式则是一种被称为“高高低”的方法即“高住、低强度高训、高强度低训”。这是世界上最好的方法!然而,很少有训练场地能够提供这种方便,由于这种方法不符合我们大多数人的标准,因此我们将重点放在高海拔适应的基本方法上。

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以上是一些潜在的训练场所,可以便利地实践“高住低训”的训练方法。当然这是一个很简单的列表。

高海拔适应的两个主要分类是“低压低氧”适应和“常压低氧”适应。低压低氧环境可以在拥有低分压的和低氧环境的正常海拔高度进行,也可以在自然环境中进行,或者是使用低压室进行模拟。在这些情形下,你主要在自然高度中生活和/或训练。例如去年,因为住在海平面高度的缘故,我在计划参加“Leadville Trail 100”的路上,顺道拜访了住在蒙大拿州的Bozeman、科罗拉多州的Steamboat Springs和Breckenridge的朋友。

与此相对照的方法便是常压低氧环境。该环境可以通过气压模拟实现,不论你处于什么海拔高度,其中的氧气含量可以通过高原房间、高原帐篷,或者呼吸一种比室内空气含氧量小的混合气体来改变。

无论是以上哪种情况,都存在量的问题。海拔多高、训练多久?如果采取低压低氧环境,这一点就没有那么重要。对于在5905英尺(1800米)以上和9842英尺(3000米)以下的高度范围内进行的慢性适应过程来说,这些基本要求非常重要。在3000米以上,适应的益处不一定会减少,但是从血液和呼吸适应的角度来看,似乎没有额外的益处。可以将5905英尺(1800米)视为最大化收益的最小有效量。就训练时间而言,这些适应过程需要至少2周的时间,但理想状态是持续4周,因为在第21天~第28天期间,每天适应环境的收益都呈现出指数性的增长。

此外,在高海拔地区每待100小时,血红蛋白会有1.1%的显著增长,而血红蛋白每增长1%,最大摄氧量会增加0.6%~0.7%。一般来说,你的血红蛋白存在一个最大值,因此红细胞压积也会随着这些增长而提高,同时血液粘度或血液厚度也会增加。我们的身体非常善于避免适应不良的情况出现,但血液粘度过高会导致血凝块、中风和肾损伤等一系列医疗并发症。

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如果选择常压低氧环境,运动员在追求理想的21~28天的适应时间的同时,训练时长需保持基本稳定。常压环境导致的更大问题是:你要在高原房间或帐篷里待多久时间以达到呼吸和血液的变化?因为最常用的常压低氧环境适应模式是采用高原帐篷或高原房间,它们会减少进入室内空间的氧气或者增加吸入的氮气百分比(从而减少被吸入的氧气)。这个话题在过去十年中得到了广泛的讨论,人们的普遍共识是,居住在5905英尺(1800米)海拔高度以下的运动员需要每天在模拟海拔8200~9842英尺(2500~3000米)的空间内待上12~16个小时。

这其中有两个主要问题:一个是每天限制运动员如此长时间的可行性,另一个是他们静止不动的时间有多长。尽管在常压低氧环境下,许多运动员身上没有对低海拔的血液反应(其原因尚未得到充分的研究),但我们可以参考美国国家航空航天局(NASA)和一些欧洲航空研究所等组织所做的实验。NASA在过去15年进行了一系列卧床研究,在评估血浆容量时发现,即使只有几天,卧床会造成15%~20%的血容量损失。显然这是高海拔应过程中需要考虑的问题,因为适应过程的最终目的是要增加你的血浆容量。

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然而,也有研究表明在模拟海拔为8200~9842英尺(2500~3000米)时,每晚仅使用高原帐篷9~10个小时,并在5905英尺(1800米)的海拔下生活21天,就会产生低压低氧环境下出现的血液变化。值得关注的是,这些研究是由澳大利亚体育学院、东京大学和美国陆军环境医学研究所做的,他们与模拟常压低氧环境设备的公司没有利益关联。

由于一些未知的原因,常压和低压低氧之间最显著的差异在于:常压低氧环境下,身体恢复到高海拔应前的血液指标和运动能力仅需7~12天,而低压低氧环境下恢复速度较慢,需要16~21天。

除了这些比较传统的高海拔适应方案外,也有人将目光对准了其他办法,如每天在运动中短时间模拟缺氧状态进行高海拔适应,或是在回到海平面高度后维持高海拔适应的过程,例如每日运动中包含10分钟到3个小时在常压低氧环境下运动的时间。不幸的是,这些研究表明,持续该运动4周后,尽管EPO水平有所增长,低氧环境确实也对呼吸调节有一定的影响,但红细胞数量并没有显著的变化。

在高海拔适应过程中存在一定的个体差异。在过去的十年中,出现了许多像“有响应者和无响应者”这样的短语,在科学界,这些短语被称为“流行词”。事实上,研究表明某些个体在高海拔环境下,不会出现预期的EPO和血红蛋白的正常上升。

然而,尽管我们现在已经简要地讨论了高海拔适应的抑制因素,但其背后的原因尚未得到充分的研究。在这种情况下,作为一个单独的个体,你可能在高海拔地区同时获得正面的和负面的体验,但这不会使你成为一位永久的“无响应者”。同时这也强化了适应环境的重要性,有助于我们理解其他可能带来影响的变量。

结语

当你为高海拔比赛制定比赛策略时,以下是我提供的其他几条建议:

「 05 抑制高海拔适应的因素」

有些人可能没有意识到,有一些因素能够轻易抑制你适应高海拔的能力,其中一个因素包括受伤或/和疾病,因为炎症事实上会降低海平面高度下人体内血红蛋白的水平;同时这种情况可能会因为皮质醇(人体中主要的应激激素)水平的上升进一步加剧。许多运动生理学家建议,不要在前往高海拔地区的时间内进行任何高强度的训练,避免训练时造成不必要的炎症。

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另一个重要的因素是铁含量,铁的储存可以专门用于血液铁生化指标的测量。有几项研究表明,即使在4周的高海拔适应训练后,一些血液铁生化指标低的(运动人群低于35纳克/毫升)、参加高原训练营的运动员,他们的红细胞数量和最大摄氧量没有发生改变。正因为如此,我建议你在前往高海拔地区或支付高原帐篷之前检查你的铁状态。许多生理学家建议运动员在中高海拔地区时食用铁补剂,以刺激红细胞生成。如果你的身体处于一种不良状态,就无法适应高海拔。

✭理解你选择的方式✭

并不是每一个人都可以以旅行的方式前往比赛地,或负担得起一套像高原帐篷一样的常压低氧设备。如果这是一场你备战的首选比赛,而且你的时间不够充裕,你可以在比赛前一天晚上到达,以避免24小时后身体机能开始衰退,因为24小时后,你的身体开始消耗能量来进行适应;你也可以提前至少5天到达,确保你的比赛在大部分急性适应发生之后开始。这是你最好的两种选择。

然而,我的一般建议是注意慢性适应的重要性,例如海拔位于500~2000米的比赛需要3~5天的适应时间,位于2000~3000米的比赛需要1~2个星期,海拔超过3000米以上的比赛需要至少3个星期的适应时间。

✭不妨试试交叉适应✭

尽管关于HSP90的研究数量有限,但我们可以据此运用之前提到的交叉适应方式,利用中低海拔地区的高温为高海拔地区的比赛做准备(7,8,11)。比如你的热适应方案可以是在蒸桑拿后运动上20~30分钟。但是两者有一个关键的区别:脱水问题。

为什么呢?因为脱水会导致血容量短暂性缺失,进而减少血流量。你的肾脏感知到血流量减少,因此携氧量会与高海拔地区时一样会下降。这会触发HIF-1的级联刺激,同时高温会促使身体释放HSP90,进而释放EPO。瞧,你都不用去高海拔地区。但是离开桑拿房后的3~4个小时内,你要记得缓慢地补充水分,确保安全。

高海拔比赛该如何备战,平时要怎样训练

你可能会认为,如果热适应和高海拔适应都是好方法,那么将两者结合或许会有更好的效果!不幸的是,这似乎不符合事实。研究发现,在海平面高度上,单独进行热适应、单独进行高海拔适应,以及将热适应和高海拔适应相结合,这三种方式获得的效果几乎一致,采用任意两种相结合的方法并不会带来额外的收益。所以,最好选择一种刺激因素,以减少训练时对身体施加的额外压力。切记对于提高运动成绩而言,重要的是找到获得预期结果所需的最小有效量。

✭个体差异✭

与任何事物一样,高海拔适应的过程中也存在一定程度的个体差异。生理学有许多未知领域,大多与遗传因素有关,因此你也不用局限于某份高海拔适应的时间表或执着于预设的结果。这里有许多供你自己摸索的空间。

✭恢复非常重要✭

在一定的工作负荷下,海拔会增加身体的负荷,因此我们要特别关注运动后身体的恢复效率,例如在到达高海拔地区前的3~4天降低运动强度、减少运动持续时间等。

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