陈素峰，张冠男，徐起麟，王敬茹，柴建中
（河北省体育科学研究所，河北 石家庄 050011）
2022年北京冬奥会是一届精彩绝伦的冰雪盛会，从国际性赛事角度来看，北京冬奥会有利于增进世界各国人民的“中国认同”和文明互鉴；
从北京冬奥会对我国冰雪运动的影响层面来看，以此为契机有力传播了全民健康理念，极大推广和拓展了我国冰雪运动的“活跃区”。伴随着北京冬奥会的筹办进程，国内各冰雪项目设施不断完善，冰雪爱好者与日俱增，冰雪运动正以前所未有的感染力席卷全国。中国作为2022年冬奥会的主办国，从竞技体育本身出发，理应让我国冰雪健儿能以更好的表现登台亮相，因此必先在科学备战、负荷把控、机能评定上深耕厚植。
自由式滑雪空中技巧队在我国素有“雪上先锋”的殊誉，为了响应“科技助力冬奥”的号召，早在2018-2019赛季就率先引入芬兰研发的Firstbeat团队监控系统[1]。该系统以心率变异性（HRV）指标为基础，由此对运动员自主神经系统调控下的机体恢复进行监控。同时，系统中的负荷评定版块也能为专项跳台训练的负荷量、负荷强度及能量代谢类型的定量分析提供数据基础，是推进数字化、科学化训练进程的重要一步。国际国内曾就“如何对运动员机能状态进行合理监控”这一命题开展过大量的理论和实践研究[2]，Firstbeat团队监控系统的出现为我们提供了一种具有大样本量、具备“个性化”计算和评定能力的工具，用来实现批量优秀运动员的机能监控和负荷评判。而该系统此前尚未运用于自由式滑雪空中技巧项目，本文即要观察和论述Firstbeat团队监控系统中的各生理学参数能否为空中技巧专项的机能评定和负荷界定提供较好的参考。
2.1 研究对象
本文选取我国自由式滑雪空中技巧国家队现役的12名运动员（6男6女），针对2019年在加拿大外训期间的Firstbeat监控测试数据进行研究。
2.2 研究方法
2.2.1 测试法
使用Firstbeat团队监控系统对研究对象进行为期2个月的监控。Firstbeat的各项指标大致分为两个板块：一是以HRV原理及基于窦性心律不齐的程度来对运动员进行实时或者睡眠过程中的压力水平分析，进而推算出运动员在自主神经系统（ANS）主导下的恢复水平和生理应激水平；
二是基于大量的实验室研究案例及已研究证实的不同运动模式下的代谢当量（METs）和摄氧量（VO2）水平构建生理模型，并结合运动员的训练水平和实时心率（HR），对运动训练过程中各指标的变化情况进行推算，其中，训练效果（TE）、训练冲量（Trimp）、能量消耗、最大摄氧量（VO2max）等均为通过此种方法换算得出的主要指标。
2.2.2 专家访谈法
对自由式滑雪空中技巧国家队若干现任教练及相关管理人员进行访谈，寻求专项技术方面的支持和帮助。对若干重点运动员进行访谈，考察运动员们的亲身体会和实际感受，进而对照测试结果进行分析论述。
2.2.3 文献综述法
检索查阅Firstbeat研发团队关于相关研发原理和进展的论文数篇，以及关于HRV在体育运动中应用研究的论文数篇，作为本文的理论支撑。
3.1 基于Firstbeat监控系统中HRV板块进行疲劳恢
复测试的应用成果
利用Firstbeat对运动员进行疲劳恢复测试的结果表明，不同运动员的恢复能力具有较大的个体差异性。通过比较疲劳恢复得分（recovery score）的历史最高值，同一名运动员在训练干预下呈现出较为有序的疲劳恢复波动趋势，具体情况如下。
3.1.1 不同运动员recovery score纪录具有显著的个体化差异
经过跟踪测试发现，6名男子运动员recovery score纪录的平均值为270.33±53.37分，6名女子运动员recovery score纪录的平均值为233.83±43.36分。经过组间方差分析发现男女运动员recovery score纪录的差异仅具有趋势性意义而没有统计学意义，男子运动员的recovery score纪录有高于女子运动员的趋势。加拿大外训期间12名运动员的recovery score纪录，见图1。
图1 空中技巧国家队运动员外训期间recovery score纪录Figure 1. Recovery score records of the national aerial team during external training
通过一段时间的疲劳恢复测试发现，在运动员状态较好、无疲劳累积且前夜睡眠质量较好时，可能会创造新的recovery score。运动训练过程伴随着新recovery score纪录的不断出现，类似于超量恢复理论中的“破”与“立”之学说。恢复指数（Recovery Index）由HR、HRV和HRV基础呼吸率计算，其中HRV测量值利用短时傅里叶变换（STFT）方法进行逐秒计算[1]。此外，数据过滤用于选择具有代表性的数据周期，以最优地描述恢复状态。目前，有不少同仁对于不同运动中HRV的技能监控和负荷诊断进行了专门性的研究[3-5]。但有数据表明，在所有条件下，Recovery Index对运动员恢复状况的反映似乎比基本HR或传统的HRV更敏感[2]。因此通过此种算法得到运动员的Recovery Index，更有利于直观地对运动员的整体恢复情况进行判定。同时通过跟队发现，运动员竞技能力提高的过程也是自主神经系统调控更加均衡和recovery score纪录不断刷新的过程。
3.1.2 运动员疲劳恢复情况的个体性波动趋势研究
以空中技巧项目国家队重点运动员徐**、齐**、王**、孔**加拿大外训期间40天的疲劳恢复比率变化趋势为例，研究疲劳恢复情况的个体性波动趋势，见图2。
图2 运动员个体恢复水平波动趋势Figure 2. Fluctuation trend of individual recovery level of athletes
由2图可知，运动员疲劳恢复比率呈现出个性化的波动趋势。通过结合每日训练计划和负荷可知，运动员恢复比率的波动趋势主要与测试前一日的训练负荷呈负相关关系；
同时，同样的训练内容，次日疲劳恢复比率也可能会出现不同的波动，主要取决于运动员对于训练负荷的耐受和适应情况。经过对几名重点运动员进行访谈发现，疲劳恢复状态与运动员睡眠质量、生理周期（尤其是女子运动员）及前一日的训练负荷具有较为明显的关系。教练员可以根据训练次日运动员不同的恢复特点，对训练内容进行个性化的修正，以保证训练负荷对运动员机体产生适宜的刺激[6]，使训练强度更加科学。
根据ANS中HRV指标对于人体机能反馈的生物学原理[7]，交感神经和副交感神经同步、相反地发挥着作用，并相互对立。副交感神经主要涉及放松，帮助身体休息和恢复；
交感神经则通过加速身体功能来为身体战斗做好准备，并且还与压力相关，能根据需要提高心肌收缩力量，在应激状态下可将心输出量提高2～3倍。交感神经与副交感神经通过气压和化学感受器收集到的心脏跳动干扰信息来维持心血管的动态稳定。支配心脏的副交感神经支是迷走神经，HRV则是迷走神经与交感神经对心脏支配水平的一个重要指标，在一定程度上能够反应交感神经与迷走神经支配强度的水平[8]。运动训练时会使交感神经张力大幅度增加，过量的训练负荷会使机体在较长一段时间内保持着交感神经的兴奋，进而妨碍副交感神经的恢复性措施顺利开展，表现为HRV测试结果的下降。因此，通过测试可以反映个体对训练负荷的适应情况，并据此不断调整训练负荷。
3.2 基于Firstbeat监控系统中HR和个体生理模型对专项跳台训练负荷的评价
3.2.1 负荷强度相关指标的监控结果分析
3.2.1.1 进行相同难度跳台训练时的负荷强度变化运动员在进行相同动作难度的训练时负荷强度不尽相同，会在相同TE水平里出现上下波动的情况，以女子运动员邵*的监测数据为例，见图3。
图3 邵*进行相同动作组合跳台训练时的TE变化Figure 3. TE changes when Shao＊ performs the same action combination air training
邵*在8月6～20日进行了固定组合的三周台训练，其中8月8日、12日、15日、16日和19日为调整日。通过观察可知，在每个训练小周期（约3天）的第1个训练日，TE水平会出现一个峰值，随后在小周期内呈下降趋势。在不同的训练日，同一名运动员做相同难度的动作产生的训练效果并不相同，可能是由于不同跳次中，运动员的机能状态、心理准备、内分泌水平均不相同所形成的综合性表现结果。
TE是指在长时间运动中，单次运动对改善心肺功能和抗疲劳能力的影响[9]。不同的训练负荷会引起训练中TE在1～5之间波动，TE值越高表示训练的负荷强度相对越大且越偏向于无氧训练，越低则表示训练的负荷强度相对越小且偏向于有氧练习。在专项运动训练中，要积极探索适合本项目的TE水平波动趋势和强度配比，制定相应的TE水平训练子目标，让训练更加行之有效。自由式滑雪空中技巧项目运动员由于进行跳台练习时的生理和心理准备不尽相同，在完成相同难度的动作时受到动作熟练程度的影响，往往会出现TE从起伏落差较大向趋于平稳过渡。
3.2.1.2 进行不同跳台周数和难度的负荷情况研究
同一名运动员不同周数的跳台训练负荷强度显然不一致。通常自由式滑雪空中技巧国家队每次专项跳台训练是由8～20跳不等的跳台次数组成，难度越低、跳台周数越低，跳次越多；
反之亦然。通过大量的监控数据表明，随着跳台动作难度、跳台周数的上升，训练所造成的TE水平、最大心率（HRmax）会呈现显著上升的趋势。以女子运动员孔**多次训练中两周台动作组合和三周台动作组合的TE、HRmax情况为例，见表1。
表1 孔**进行跳台专项训练的TE和HRmax指标对比Table 1 Comparison of TE and HRmax indexes for Kong＊＊’s specific air training
通过对两周台、三周台负荷强度指标进行配对T检验，结果显示三周台的TE 、HRmax指标数值显著高于两周台，表明随着跳台难度的上升，TE和HRmax也会出现上升的趋势。随着跳台周数、动作难度的上升，腾空高度、助滑长度、过渡区速度、出台速度和腾空抛物线都会出现相应的变化，尤其是高度和速度的改变会导致内分泌系统的同步生理应激效应，导致肾上腺素分泌增加，HR加快。同时由于前馈作用的存在，通过Firstbeat监控系统可以发现，运动员从起滑点就开始表现出HR明显提升的现象。
3.2.1.3 长期进行相同动作难度训练时训练负荷的变化研究
同一名运动员在进行相同动作难度的训练时，相对负荷强度也不一致。随着运动员水平、动作掌握程度的增强，跳台动作难度也会逐渐增加。当运动员开始进入新的高难度动作初期或者重回历史较高难度动作初期，训练引起的代谢水平较高、TE和HRmax水平较高；
当运动员适应了该难度动作之后，再进行同样难度动作的跳台训练时，训练引起的负荷强度相关指标会有明显的下降趋势。以女子运动员邵*学习和巩固三周台bLTT、bLTF动作组合时的负荷强度指标TE变化为例，见图4。
图4 邵＊进行相同动作难度组合专项训练时负荷强度的变化Figure 4. Changes of Shao＊’s load intensity during special training with the same movement difficulty combination
造成此现象的原因可能是由于运动员在刚刚进入某个新的难度动作训练初期，并不能完全地、熟练地掌握动作技术的全部细节，需要进行大量的调节及抑制活动。而当运动员逐渐习惯此技术动作后，部分技术要领已初步固化甚至自动化，需要进行的机体反馈调节减少，进而使机体代谢水平、应激水平相应下降[10]，出现TE和HRmax指标降低的情况。
3.2.2 负荷量相关指标的监控结果分析
在Firstbeat监控系统的诸多指标中，有3个指标可以直接评价训练负荷量的大小，分别为Trimp、能量消耗和训练过程的平均心率（HRaverage）。由于技巧类项目的特殊性，训练时间的累积、跳次的增加、跳台难度的增加、跳台负荷强度的提高都可能对单位时间内负荷量的变化产生影响。通过对运动员在加拿大的跳台训练数据进行统计学研究，将训练时长（Duration）和TE作为自变量，以Trimp、能量消耗和HRaverage指标作为代表训练负荷量的因变量进行相关性分析，发现Trimp、能量消耗与Duration指标间具有显著相关性（P<0.05），而HRaverage与TE间具有显著的相关性（P<0.05）。
Trimp的影响因素主要是Firstbeat监控系统根据运动员的年龄、性别、活动等级等指标建立的个性化生理模型，能量消耗的主要影响指标为个体基础代谢率、训练负荷等[11]。通过统计学检验可知，在相对恒定的基础代谢率前提下，跳台训练的负荷量水平主要与持续时长相关，而与跳台动作难度的相关性并不显著。这可能是由于跳台训练造成生理代谢水平提高是一过性的，持续时间也较为短暂，并不足以引起运动训练负荷量的显著提高。
3.2.3 跳台训练/比赛VO2水平的测试结果及分析
通过对2018-2019赛季自由式滑雪空中技巧三站世界杯比赛中男子运动员王**的监控发现，累计其近10次完成的三周台高难度动作，平均VO2约为VO2max的80%，上下浮动在3%以内。通过对女子运动员邵*进行跳台训练监控时发现，其在进行固定的两周台bFF和三周台bLTT动作组合训练时，平均VO2也已达到VO2max的80%左右，且VO2max水平与王**接近。由此可以部分反映出两方面的问题：一是在进行跳台高难度动作时，VO2max水平在男女运动员间的差异不大，在训练和比赛中的差异也不大；
二是VO2max水平可能会影响运动员进一步增加跳台难度。技术动作能否进一步优化提升的前提是机体供能能力是否配套，如果VO2max水平（有氧供能系统的能力）得不到有效提升，很可能会限制其专项动作技术的长远发展，此观点也与空中技巧国家队体能主教练牛雪松[12-14]教授相一致。原则上来讲，自由式滑雪空中技巧项目对于有氧代谢能力是十分依赖的，因为从解剖学的角度来看，空中进行诸多体态的调整、出台瞬间身体姿态的稳固以及中枢神经系统调节机制都仰仗于高水平的有氧供能能力。空中技巧项目运动员也一直较为注重基于最大心率百分比（HRmax%）、最大摄氧量百分比（VO2max%）层面的供能训练，坚持供能系统服务于专项跳台竞技表现的“两点论”[15]。因此在日常的训练备战过程中，应该更加重视对VO2max的提高，以从能量代谢角度支持更高难度的训练。对于跳台训练进行VO2监控有利于教练员了解运动员训练时的机能代谢状态，并可以将之作为是否可以提升训练难度的一个参考指标。
4.1 结论
1.以Firstbeat团队监控系统为标尺对运动员进行疲劳恢复测试，可以对比评价运动员对运动负荷的个体性生理适应能力和负荷承受水平。
2. 可以利用Firstbeat团队监控系统中的负荷指标体系来评价自由式滑雪空中技巧专项跳台训练的相对负荷强度和负荷量，对于优化专项训练计划、规避专项运动损伤具有积极作用。
3. 为了更好地运用非技术指标对自由式滑雪空中技巧专项跳台训练负荷进行量化，可以参考Firstbeat团队监控系统中相关指标，其中负荷量的评定可以参考Trimp和能量消耗；
负荷强度的评定可以参考HRaverage和TE。
4.2 建议
训练负荷对于运动员重建专项生理适应具有十分重要的作用，竞技体育运动的关键在于重塑专项生理适应、构建专项动作模式、强化专项肌肉功能，因此围绕此三方面的评价，应该在依托Firstbeat团队监控系统的基础上，综合开发和运用更多的监测手段。当前运动科学乘新一轮科技革命和对外开放之风，表现出加速革新、快速迭代的趋势，更多功能、更高精度、更广跨度的运动负荷和生理机能监控方法层出不穷并在国内快速推广普及，我们既要正确认识运动监控的本质要求，又要兼容并蓄地看待和运用各类新兴监控手段。只有明确监控的意义和目的，与时俱进地掌握新的监控方法，才能根据实际工作需求选取最恰当的方法手段，提出最严谨可信的结论建议。
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