力量也能預測無氧工作能力？

下肢力量參數對臨界功率和無氧工作能力的影響

摘要

目的🗯：本研究觀察了下肢力量和等速峰值力矩測試對預測臨界功率（critical power🫴🏻，CP）和無氧工作能力（anaerobic work capacity，AWC）的影響。

方法：14名有無氧訓練經驗的男性（平均年齡👩🏼‍🔧：22.4±2.5歲；身高：177.9±7.7厘米；體重🦁：84.2±12.4千克）完成了這項研究🌥。下肢力量測試包括1RM（one repetition max）背蹲（back squat🫕，BSQ）、優勢腿在30º、240º時的等速峰力矩。CP和AWC通過3分鐘的力竭性功率自行車測試（CP3MT）獲得👩🏼‍✈️，阻力為體重的4.5%。CP為CP3MT測試中最後30s的平均輸出功率🕛，AWC使用公式計算：AWC=150s（P150-CP），其中P150等於前150s的平均輸出功率。

結果：逐步回歸分析顯示只有BSQ對AWC的預測有顯著影響（AWC=0.0527×[BSQ]+8.094 [SEE=2.151kJ🔍👩🏽‍🌾；p=0.012]），r²=0.423🙇🏼‍♀️；而其它力量參數未能顯著預測CP🦋。

結論：BSQ力量占AWC變異的42%，而下肢力量與CP無關。目前的結果間接支持了CP和AWC分別作為個體有氧和無氧能力預測的獨特代謝特征。

關鍵詞🧔‍♂️：周期運動表現，運動代謝🤚，等速運動

一、前言（Introduction）

（一）臨界功率和無氧工作能力（critical power and anaerobic work capacity）

CP模型提供了對局部和全身運動的動態、間歇、靜態和連續性肌肉動作的有氧和無氧能力的預測。這些成分來自於利用不同的工作速率，在3到4次連續的鍛煉中，所做的工作總量和力竭時間之間的線性關系。臨界功率是這一線性關系的斜率👃🏿，被定義為肌群在不疲倦的狀態下能夠維持的最高功率輸出👨‍🦼‍➡️🤵🏿‍♂️。臨界功率與全身有氧代謝特性的測量有關💁🏿，如VO2max和乳酸閾等👨🏽‍🦳。AWC是總功與力竭時間關系在y軸上的截點🧝🏼，即只利用運動肌群內儲存的能源物質（磷酸肌酸[PCR]😐、三磷酸腺苷[ATP]🦹🏼、糖原🛴、與肌紅蛋白結合的氧）所做的總功💂‍♀️。前期研究證實AWC和Wingate測試得出的無氧能力之間有很強的相關性🤴🏻。因此👔，從CP模型中得出兩個不同的參數——CP和AWC👨🏻‍🎓，分別反映了有氧和無氧代謝的特點。

CP和AWC已被用於確定運動訓練計劃的有效性🏬、區分疲勞和非疲勞性活動😪、以及評估運動補劑（如肌酸和β-丙氨酸）的功效。然而👋🏽，關於受試者生理特征與CP和AWC的數據有限。研究證實AWC與肌肉的橫截面積（CSA）⏬、大腿肌肉量有關🚶🏻‍♀️，並可通過肌酸補充而增加🌷。相比之下，CP與全身肌肉質量的關系似乎比與局部肌肉質量的關系更密切🏌🏻‍♂️👨🏿‍🔬。因此，受試者的生理特征很可能與CP和AWC的水平有關🔭🛢。

（二）目的（Purpose）

前期研究表明，下肢力量訓練可提高訓練有素的自行車運動員的運動成績。此外，最大力量與自行車沖刺時間之間有較強的相關性🌥。然而，目前未見下肢力量對CP和AWC影響的研究。因此🕎🙆🏿‍♂️，本研究擬通過下肢力量測試（1RM背蹲[BSQ]、在30º、240º時的等速峰力矩）預測CP和AWC的能力🤛🏿。我們假設🦻🏿：（1）AWC與BSQ有關👨🏿‍⚕️，而與PT30和PT240無關；（2）CP與下肢力量測量無關。

圖1 場地自行車

二、研究方法（Methods）

（一）實驗方法

本研究旨在確定自變量BSQ、PT30和PT240對因變量CP和AWC的影響。選擇自變量是因為它們提供了雙側（BSQ）和單側（PT30和PT240）下肢力量的測試。因變量源於3分鐘的力竭性功率自行車測試（CP3MT）😤，並提供了受試者全身（CP）和運動局部肌肉（AWC）代謝特征的預測🕳。

（二）受試者

14名有無氧訓練經驗的男性🧚🏿‍♀️🤾🏽‍♀️。根據美國運動醫學學會指南🙍🏽，無氧訓練被定義為在過去6個月內每周至少參加兩次抗阻訓練和高強度間歇訓練。全身DXA掃描用於評估全身脂肪百分比和瘦體重。受試者被要求去除所有物品，如珠寶或眼鏡🪹，並在掃描過程中穿著不含金屬的T恤和短褲。所有的掃描都是由一位訓練有素的研究者使用Lunar軟件進行分析。受試者沒有已知的心血管疾病、肺部疾病🎖👩🏻‍⚖️、代謝性疾病👩🏼‍🏭、肌肉疾病和冠心病。受試者被要求在每次測試前至少24小時內避免劇烈運動和飲用咖啡因。本研究已經獲得相關批準，受試者已經簽署知情同意書。

圖2 DXA儀器

（三）實驗過程

該研究包括兩個測試階段，間隔24-72小時💩。在第一個測試階段，首先測試受試者的1RM深蹲🧑🏽‍🍳。在240deg·s-1和30deg·s-1條件下進行等速測試，並進行臨界功率的3分鐘CP3MT測試。第二次是在240deg·s-1和30deg·s-1進行等速測試，以測定CP和AWC，其中阻力設為總體重的4.5%🙍🏽‍♂️。CP被定義為CP3MT測試最後30秒的平均功率輸出🕵🏿‍♂️，AWC用公式計算：AWC = 150s（P150-CP），其中P150等於前150秒的平均功率輸出。

（四）1RM測試

杠鈴背蹲（BSQ）在標準自由重量架上進行。杠鈴桿位於頸部底端的三角肌後上方🤛🏼。受試者的雙腳分開與肩同寬，腳趾略向外🧑🏽‍✈️。受試者雙腳著地🥍，背部保持平直，在整個運動範圍內保持軀幹與地板的角度相對恒定。在進行1RM測試之前，受試者進行標準化熱身🙋‍♂️☀️。熱身開始時𓀝，按預期1RM體重的50%重復10次、70%重復5次、80%重復3次、90%重復1次。在兩組之間有1-2分鐘的休息時間🕡。受試者完成最多3項測試🙅‍♀️🫗，1次重復次數以確定實際的1RM🦌。當受試者從直立姿勢到膝關節和髖關節屈曲🏂🏼，直到大腿與地板平行，然後回到原來的位置時，認為完成一次👗。在BSQ強度測試中🆙👩🏽‍🍼，不斷增加載荷👩🏽，直到受試者無法完成完整的動作範圍的重復。用較輕的負荷進行附加測試，直到1RM在2.27kg範圍內確定，這通常在3次實驗內完成測試。兩次測試間休息3分鐘。

圖3 1RM杠鈴背蹲

（五）等速測試

等速測試使用Biodex系統進行。受試者坐在等速機上🍩，測試右腿🫅🏿。受試者在30和240deg·s-1的等速測試儀上完成3次全力向心腿部伸展收縮。受試者在兩種等速測試間有3分鐘的休息。峰力矩（PT；N·m）取3次測試中最高值。

圖4 Biodex等速機

（六）3分鐘力竭臨界功率測試

CP3MT在功率自行車上進行。在進行CP3MT之前，先調整座椅高度，使受試者的腿在踏板底部接近完全伸展💂🏻。整個測試過程中，腳趾接觸踏板👩🏼‍🦱。然後受試者以自己喜歡的節奏（70-80 rev⋅min -1）在~50W的範圍內完成5分鐘的熱身，然後休息5分鐘。根據相關建議🏇🏻🫴，CP3MT的阻力設定為體重的4.5%（0.045 ×體重）。測試開始時🔩，受試者在無阻力的情況下，騎行3分鐘。在空載階段的最後10秒，受試者被要求全力騎行。騎行節奏達到110rev⋅min-1時🤍，對其施加4.5%的阻力。受試者被要求在整個CP3MT過程中保持盡可能快的節奏🛬🏌️‍♂️。

CP3MT用於測定每個受試者的CP和AWC🔕。輸出功率使用相關軟件記錄。CP和AWC參數的重測信度分別為R = 0.91和R = 0.79👉🏻，檢驗和重測之間的均值差異不顯著🙂‍↔️。

圖5 Monark 894E

（七）統計分析

采用逐步多元回歸分析確定所選預測變量（BSQ🙅🏼‍♀️、PT30和PT240）與CP和AWC之間的關系🧚🏿，並確定哪個變量最能預測CP和AWC。分別使用Pearson積矩相關性描述零階關系。p≤0.05被認為具有統計學意義🦻🏿。

三、研究結果（Results）

表1顯示了受試者的個體平均（±SD）強度參數以及CP3MT參數。強度參數間零階相關結果（BSQ=138.7±33.4 kg；PT30=222.2±45.2 Nm；PT240=137.2±28.7Nm）和CP3MT測試參數（CP=210±39W；AWC=15.4±2.7kJ）見表2。逐步回歸分析表明🏬，只有BSQ（圖5）對AWC的預測有顯著性（AWC=0.0527×[BSQ]+8.094 [r2=0.423;SEE=2.151 kJ；p = 0.012）🤦。

表1 1RM杠鈴背蹲（BSQ），30°時每秒腿部伸展峰力矩（PT 30），240°時每秒腿部伸展峰力矩（PT240）👨‍🔬🐦‍⬛，臨界功率（CP）和無氧工作能力（AWC）

表2 強度參數與臨界功率3分鐘CP3MT參數的相關系數

圖6 BSQ與AWC的關系

四、分析討論（Discussion）

本研究中受試者的臨界功率CP（CP=210±39 W）和無氧工作能力AWC（AWC=15.4±2.7 kJ）略高於之前報道的業余訓練受試者（CP = 208±50W🏋️‍♂️；AWC=13.7±3.9kJ），而CP值低於優秀自行車運動員（305±32W），AWC值與高強度訓練受試者報告的AWC值（15.0±4.7kJ）一致，可能反映了本研究受試者以無氧訓練經驗為主。因此，當前有無氧訓練經驗受試者的CP和AWC值與之前報道的具有類似訓練狀態受試者的CP和AWC值相似。

本研究的主要目的是通過測量下肢力量（BSQ）和（PT30和PT240）等速峰力矩預測CP和AWC👵🏼。目前的研究結果表明，BSQ強度占AWC方差的42%🪢，但下肢力量與CP無相關性🎯，BSQ和AWC間的關系與前期研究一致。具體來說🚶🏻‍♂️‍➡️，訓練有素的自行車運動員進行力量訓練後，其力量產生和無氧峰值功率均有增加😴🌀，而僅完成耐力訓練的自行車運動員的力量或無氧峰值功率無增加。因此，當前的結果支持Ronnestad的研究結果，即下肢力量是影響無氧功率自行車表現的重要因素。未來的研究應進一步探討下肢力量訓練方案和全身力量訓練方案對CP3MT測試參數的影響。此外，由於本研究僅包括男性受試者，未來的研究應探討女性受試者的下肢力量參數與CP3MT參數（CP和AWC）是否存在相同的關系。

在本研究中，力量對AWC（而不是CP）的顯著貢獻間接支持了AWC和CP分別作為個體有氧和無氧能力預測的獨特代謝特征。具體而言🏜，AWC參數與工作肌肉內的儲存的能源（磷酸肌酸[PCr]🧛🏻、三磷酸腺苷[ATP]🍊🙆🏿‍♀️、糖原和與肌紅蛋白結合的氧）相關⛹🏿‍♀️，而CP參數依賴於全身代謝，理論上，反映了無疲勞時有氧ATP再生的最高速率。先前的研究探討了抗阻訓練對骨骼肌生化適應的影響👳🏿，並顯示骨骼肌能量儲存（PCr和ATP）的增加與骨骼肌大小和力量的增加有關🧛🏻‍♀️。此外，抗阻訓練已被證明可以降低肌肉的氧化能力👳🏿，導致肌肉纖維內線粒體體積的降低💇🏼‍♀️。這些結果表明，肌肉力量的增加，在一定程度上，與肌肉內能量儲存有關，並可能解釋在本研究中，力量和AWC之間的顯著關系。此外，在本研究中，所有力量測試與CP之間的非顯著關系可能與抗阻訓練和力量增加的潛力有關，以對應骨骼肌的肌肉氧化能力的下降。這些發現間接支持AWC和CP分別作為與無氧和有氧代謝特性相關的不同參數。

雙腿功率自行車得出的AWC與雙側BSQ的關系比與單側等速肌力的關系更為密切。雙側抗阻訓練和自行車運動都需要同時使用所有的下肢肌肉🌅，然而🍭，理論上，單側力量測試只能反映下肢儲存能量的一半，因為在這個運動過程中只有一半的下肢肌肉被使用🕥。1RM BSQ的完成主要依賴於無氧供能系統👋🏼，可能比單側運動更能反映與AWC參數相關的工作肌肉內儲存的能量。因此，目前的研究結果表明🍋‍🟩☄️，雙側下肢力量是無氧功率自行車表現的一個重要指標，而單側力量不是👨🏼‍🔬。

五🏄🏽‍♂️、結論（Conclusion）

綜上所述，下肢BSQ強度對CP3MT功率自行車實驗中的無氧成分（AWC）有顯著貢獻，但與有氧成分（CP）無關。這些發現為理論模型提供了間接的支持，即AWC和CP分別提供了工作肌肉內無氧能量儲存和有氧全身代謝的單獨測量。目前的研究結果表明，在特定的運動表現任務中，力量可能是工作肌肉無氧代謝能力的一個重要指標🤸🏿‍♀️。未來的研究應該用這些運動肌肉的橫截面積來檢測下肢實際的能量儲存，以確定更大的橫截面積是否可以提供更多的儲存能量和能量利用。這將有助於進一步探討觀察到的下肢能量儲存與CP3MT試驗（CP和AWC）參數之間的潛在關系🏆。

六、實際應用（Practical applications）

BSQ力量對AWC的顯著貢獻表明，下肢、雙側力量對無氧功率自行車沖刺成績有重要影響。在這項研究中，42%的AWC變異與雙側肌肉力量有關。這些研究結果表明，想要提高無氧能力的運動員應將雙側阻力型運動納入其訓練計劃中。雙側阻力訓練（如BSQ）可能會增加肌肉力量和大小，從而在局部活動肌群內儲存更多的能量，並可能反映了CP3MT測量的AWC增加。目前的研究結果還表明，AWC中58%的變化與強度無關。因此，訓練計劃還應關註與無氧性能相關的其他因素🥒，如提高無氧代謝系統的緩沖能力。這項研究的結果也表明，下肢力量與功率自行車表現無關。因此⬛️，雙側力量訓練可以改善無氧功率自行車表現。