青少年运动员早期专业化训练的生理学问题，本文主要内容关键词为：生理学论文,运动员论文,青少年论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：G808.17；G804.2 文献标识码：A
文章编号：1000-677X(2000)06-0029-05
1 引言
当今更多的青少年运动员被鼓励参加以竞技比赛为目的的早期专业化训练。而且青少年运动员的成绩进入世界排名前列、甚至拿到世界冠军的已不足为奇。具有特殊运动能力的青少年正引起广泛关注，这一现象被青少年运动员在大型国际比赛中的突出成绩而放大，像瑞士的网球新星Martina和澳大利亚的游泳天才Ian Thorpe。然而人们也在关心和关注青少年运动员运动的生理极限问题。与对成年人的研究相比较，目前对青少年的训练能力的研究还很欠缺。青少年时期人体生长、发育速度之快使得对这一特殊群体运动员的研究非常困难。本综述旨在探讨与青少年运动员运动能力相关的一系列生理学问题。
最近的研究焦点会聚在训练对激素变化的敏感性的影响及对青少年进行周期性训练的方式问题上。激素分泌的变化作为短期训练的分解代谢与合成代谢的明显标志也许能为未来的研究工作提供有价值的参考信息。核磁共振光谱仪([31]PMRS)作为对运动肌肉无氧代谢能力进行检测的一种无伤害手段，进一步支持了人们先前所接受的与成年人相比青少年的无氧能力差的学术观点。而且青少年运动员较差的无氧代谢能力还被归咎为已经得到解释的肌肉的遗传特性。关于青少年运动员有氧训练能力方面的文献大多只涉及到男性，女性这方面的资料很少。关于男性有氧训练能力在青春发育期的几年内得到明显改善这一现象，最合理的解释之一是身体素质自然增长理论，该理论将有氧能力的增长及青春期激素分泌的变化以及心血管、肌肉、骨骼系统的实质性增长联系起来。由于青春期人体发育之快，使得对运动时身体所受的生理应激的长期跟踪研究变得困难。然而多数的研究结果显示，过早从事专业化训练将会影响青少年运动员的正常发育及成熟，但适量的运动将有助于青少年的正常生长发育。
2 青春期身体发育特点
青春期是人体生长发育的高峰期。这一时期人体增长速度快的确切生理机制目前还不十分清楚。然而，毫无疑问与激素分泌有密切关系。而且，处于青春期的运动员虽然经历着相同的生物学变化过程，但是，其发育速度及相应时间却有着明显的不同。青春发育期的女性一个最突出的发育特点是骨盆的增长。一般来说，从儿童期到青春发育的末期，女性性骨盆变化比同龄男性大得多，之后两性的骨盆宽度基本相当。骨盆宽度与促进臂部周围的脂肪和骨组织增长的雌性激素的分泌密切相关。男性青春期最明显的变化之一是双肩峰半径，其峰值与最大身高增长速度几乎同时到来。身高增长最快的时期女性通常长6～11cm，男性一般为7～12cm。青春期男性“瘦肌肉”明显增长，从5岁时肌肉质量占身体总量的42%，增加到18岁时的54%，而同龄女性仅从40%增加到42.5%。女性青春期身体构成的最大变化是脂肪增加。从6岁时的脂肪占身体总构成的14%增加到17岁时的25%，而同龄男性却仅从11%增加到15%。Cowell等研究了性别及激素分泌对青少年身体脂肪含量的影响。他们用双能X光仪检测了335名年龄在4到35岁实验对象的身体情况。得出结论：青春期几年内男性雄性激素的突出作用加快了脂肪的分解，并且抑制了脂蛋白的储存能力；相反，女性雌激素的分泌却加快了脂肪的堆积。研究还表明，男性脂肪分布主要在中轴部位，而不是呈全身性的分布；女性脂肪随着在腹、臀部的堆积而呈全身性增长。关于性别不同与脂肪分布的确切机制有待于今后进一步研究。研究结果还显示，男性不论是否从事运动训练，青春期脂肪趋于减少，但较早进入青春发育期的女性，过快的脂肪增长速度可能导致他们远离成为运动明星的目标，特别是像体操、跳水、滑冰等涉及体重及体型美的运动项目。然而，发育较早的男性比发育晚的同龄男性有着更优越的瘦质肌肉条件，因此他们可以在力量、速度、爆发力等方面占有更大优势。
3 青少年运动员训练的激素指标
无疑大运动量训练能刺激激素分泌的增加，特别是与运动训练有关的激素如生长激素可由于突然能量枯竭、氧枯竭及体温升高而增加分泌量。除了合成代谢作用外，有报告显示激素的分泌增加能促进细胞有氧工作能力及增大左心室直径和每搏输出量。对成人而言，睾酮的增加与有氧及无氧运动能力的增加都有关系，但Copper等认为，青春期生长激素及睾酮分泌的增加对改变肌肉的结构和功能的确切机制还有待于进一步研究。Daly等最近研究了16名青春期前（平均年龄是10.5岁）的优秀男性体操运动员反映肌肉合成和分解的激素的血液指标变化。作者认为这些指标能反映出合成代谢（睾酮总量和生长素1，即IGF-1）和分解代谢（肾上腺皮质素）的活动情况。研究人员对体操运动员与同龄对照组在3种不同阶段性训练中的激素变化进行了研究。结果显示，在训练期内两组的睾酮、肾上腺皮质素或睾酮和肾上腺皮质素比值没有明显变化。但IGF-1和肾上腺皮质素的比值，在安静、训练高峰和调整阶段却明显低于对照组(P<0.05)。显然，能反映运动负荷的敏感指标是IGF-1和肾上腺皮质素的比值。作者建议，需要更多的研究以确定在生长期内反映有氧和无氧应激的指标。IGF-1对训练的敏感性也在对23名平均年龄15～17的少年女运动员安排为期5周的耐力训练（每天1h，每周5d）中进行了研究。与对照组相比，有氧运动后IGF-1降低了14%。Eliakim等认为，短期训练可影响这一时期女性激素的分泌。对38名平均年龄为16.7岁的男性少年运动员的类似研究也得到相同结论，IGF-1降低了12%。不同的是，男性IGF-1的变化与有氧能力并不相关。作者认为，少年男性的靶细胞可能存在一个在正常范围内对生长素的繁感性提高的现象。这个现象可能是由于较低的生长素结合蛋白和脑垂体分泌较多的生长素（对有氧能力提高的长期适应的结果）相互作用的结果。生长素复合物的降低与男性少年有氧功峰值和大腿肌肉体积呈负相关。作者认为了解雄性和雌性激素对生长素结合蛋白的不同作用是解释上述由于性别不同而造成差异的原因。
4 青少年运动员无氧代谢能力
在从事大强度运动中，青少年每公斤体重的功率输出比成年人要低，有许多理论试图对这一现象的生理机制进行解释。其中包括磷酸果糖激酶活性低，交感—肾上腺反应较低，肌纤维类型的不同及较弱的无氧应激能力，如较低的睾酮分泌水平等。在过去几十年中，研究人员以成年人为研究对象，通过使用侵入性手段如肌肉活检，已经获得了一些在大强度运动时能量需求的研究结果。由于种族及道德等原因限制了有关青少年运动员新陈代谢机制及运动极限方面的研究。最近，核磁共振光谱仪(PMRS)作为一种安全、无伤害的细胞内Pi、Pcr、ATP、PH等物质的检测手段已得到应用。这些物质在比例上的变化能反应出无氧酵解供能的变化过程。例如持续运动时，Pi和Pcr的比值就会增加以适应运动的需要。青少年的这一比值的变化幅度要比成人低。经训练后，这一比值仅为成年人的27%。Kuno等对Pcr与(Pcr+Pi)的比值也进行了研究，发现对于12～17岁的青少年，无论是否参加运动训练这一比值都很接近，但却高于成人。这一发现进一步支持了以往的研究结论，即青少年较弱的无氧能力可能与健康、年龄和发育有关。
Copper等注意到训练强度保持在以有氧代谢为主和次最大强度下成年人和青少年肌肉磷酸原的供能并无太大差异。这一发现有力地挑战了以往认为青少年比成年人有氧代谢能力强的观点。作者也比较了青少年与成年人在有氧运动过程中能源的来源途径，结果表明只有当无氧运动占优势时差异才会出现。因此作者认为青少年就其有氧功能方面与成人并无差异。用PMRS方法由于有严格的环境限制，因而不能完全反映大强度运动时的真实情况。例如脚受的压迫太大而限制了大强度运动的进行。测试仪，如功率自行车、等动力量测试仪等本身的磁力也会对PMRS的工作产生影响。
5 青少年运动员的负重训练
早期关于青少年的负重训练研究并没有与增进力量联系起来。这些研究通常运动量不大，而且研究人员认为，由于与成人相比青少年的绝对力量的增长及肌肉本身力量的增长都相对较弱，所以对青少年运动员进行负重训练效果并不一定很理想。但是，来自美国的研究发现，适当的指导及合理的负重训练计划能既有效又安全地改善青少年运动员的力量。然而，对青少年运动员进行负重训练可信度高的研究还很少。Falk等指出了一些少年运动员进行负重练习的缺点，强调研究人员应当提供与技术及检测手段相关的负重训练的预警值，从而避免只重视试验过程而忽略力量的真正变化。作者进一步指出，这一领域的研究人员往往忽略设置对照组。并且有关女性少年运动员的负重训练研究的可靠数据太少。类似的评论在早期的对男少年运动员研究的文献中也频繁出现。在对青少年男运动员进行的负重训练的研究中，许多结论表明各种负重训练与绝对力量的获得有着明显的联系。青春期男性的瘦体重会自然增长，但虽经负重训练其增长的幅度也不如力量增长的幅度大。Blimkie等认为，早熟的男孩比晚熟的男性更强壮。这种情况在青春发育期结束之后就不明显。青春期男性力量增长速度的高峰是随身高增长速度的高峰的到来而到来。而女性则不同，只有50%的女性的高峰是随着高增长高峰的到来而到来。许多女孩的力量增长高峰先于身高增长高峰出现，而这期间男孩的力量增长值总是高于女孩。对青少年女性运动员负重练习的研究通常与骨发育及力量变化相联系。最近，Michols等比较了5个月的负重练习（每天30～45min，每周3d）中力量与骨的矿物质密度变化关系。研究者对10名少年女性运动员及10名不常参加运动的对照组女性（每周少于2h活动，年龄在14～17岁的）进行研究。一次性腿部最大力量分别提高了18%和20%。而对照组的身体骨矿物质密度在负重练习中却与运动员组略有不同。但脊柱及股骨头矿物质密度的变化量却并无差异。Blimkie等又对月经初潮的青少年女性进行了为期26周的负重训练研究，要求参加者每周使用液压阻力训练仪训练3次。与对照组相比，身体总的骨矿物质和腰脊柱中矿物质密度没有差别。训练前后，肌肉力量百分数的增加具有明显意义，测试指标包括：肱二头肌力量（增加21.4%），膝伸肌力量（增加25.1%），膝关节屈肌力量（增加52.8%），下蹲压力（增加21.5%）。用形态学指标测试上臂围长及计算机处理的X线断层照片显示，股四头肌交叉处的形态在训练前后没有发生显著变化。肥胖和骨矿物质的改变可能不是青春期女性在负重训练后出现的典型特征。所以，通过制定完善的计划，使用周密的监测手段，青春期女性的肌肉力量还是可以得到明显提高的。
上述研究，由于每一研究的实验对象不同，处在不同的发育期的评价手段的不同，因而造成了各实验的结果有较大的差异。这一差异为我们制定负重训练的处方增添了难度。对青少年负重训练来说，安全是最重要的。正确的教学、科学的计划、周密的监测和完善的训练器械是负重训练安全有效进行的根本保证。
6 青少年运动员有氧代谢能力
有关有氧运动能力的早期训练对循环和呼吸系统的有利影响以前已有报导。Pate等认为有3个因素能影响青少年的运动能力，这些因素为高水平的耗氧能力、大量产生乳酸的时间延迟，在极量强度运动时能源物质的有效而经济的利用。同时他们认为，这些因素经过训练都可以得到改善，从而提高青少年运动员的耐力。纵观青少年耐力训练的研究，大多数课题研究重点放在有氧功峰值上，而忽略了乳酸阈和次极量运动。
虽然有体质上的差异，但青少年运动员的有氧功峰值却可能与成年运动员相似。Bar-Or认为，和成年运动员相比，这可能是由于青少年心输出量低和氧利用率不高造成的。但也有相反报道认为，在青少年生长过程中氧利用率没有发生变化。
青春期的有氧能力可训练性已成为综述性文章关注的主要内容。这些研究由于采用的标准不同其结论差异也较大。Pate把对综述性的文章研究限定在这些范围，即有对照组（随机和配对），对训练结果进行生理指标测定，有详细的训练计划，以及综述类的杂志。作者认为，年龄在13岁及以下的青少年，其有氧功峰值经有氧训练后可逆性可达10%。当把综述范围只限定在那些实验设计较合理、对照组选定较区配、训练较科学的研究时，结果发现青春期前的青少年有氧功峰值可训练性平均在5%左右。Rowlang等的研究显示，青春期前的青少年经12周的训练后（每次30min，每周3次，平均心率为166次/分），有氧功的峰值增加了6.5%。和成年人的情况不同，作者认为早期训练的青少年的有氧功峰值并不能发生巨大变化。对青春期前青少年而言，即使是从事大强度的训练，其有氧功峰值的改变也是有限的。
Katch最早提出了身体素质的“自然增长理论”，该理论认为，和青春期前的男性少年相比（其有氧可训练性低），青春期男性有氧可训练性显著提高。其有氧功的可训练性与青春期的变化有关。这方面有力的例证是Founrnier等进行的、也是经常被引用的青春期耐力训练的研究；经3个月的训练，使16～17岁的男性青少年的最大耗氧量增加10%，琥珀酸脱氢酶的活性增加42%。近期研究者们对优秀的青春期和已度过了青春期的男性铁人三项运动员的有氧功峰值进行了研究。岁数大的青春期男性运动员（15.5岁）的有氧功峰值在功率自行车上所得的数值为67.2ml/kg/m，在自行车上为63.4ml/kg/m。年龄小的少年运动员（13.3岁）其有氧功的峰值在功率自行车和自行车上分别为62.3ml/kg/m和54.6ml/kg/m。随后的研究发现，尽管两组的训练次数相同，但年龄小的运动员有氧功的增加并没有年龄大组的变化大。如果以跑的距离为运动量标准的话，两组每次跑的距离是不同的。作者认为，除了训练不同外，可能还有其它因素造成两组有氧功的差异。这些因素可能是年龄大的青春期运动员身体结构发生变化，使其具有较高质量的肌肉、较高的心输出量和较高的血氧含量。这些因素可能还和发育期肌肉中睾酮和其它雄性激素的分泌水平增加有关。Kobayashi等观察了不同年龄组（9～10岁和15～16岁）长跑运动员耗氧峰值的变化。结果发现，约在14岁左右，耗氧峰值有个呈倍数增长的变化。因此，男性青少年有氧能力的提高除了训练因素外，还和自身的发育有关。但训练和自身发育使男性青少年有氧能力提高的生理机制目前还不十分清楚。
先前的研究已证实青春期前男女间有氧能力的差异。krahenbuhl等发现，8岁男孩的吸氧峰值比同龄女孩高6%。这个差异在12岁时可达12%。Rowland总结出了3个普遍认同的、造成青春期前男女吸氧峰值性别差异的原因，即组织结构的差异、血红蛋白数量不同及女性是否经常运动。而这3种解释没有一个能完全解释清楚造成吸氧峰值不同的原因，并且社会文化因素也可能是一个原因。
对波兰女孩进行的有氧功峰值的研究表明，女性在初潮前两年其有氧功达峰值，而在初潮后峰值呈直线下降，这种情况最多可持续3年。尽管以上情况还须进一步研究，但有报导显示，当女少年从事耐力性运动时，其有氧功峰值与已报导的青春期女性的值相近或比她们高。Baxter等跟踪研究从事大强度训练者的最大摄氧量的变化，运动项目包括足球、体操、网球和游泳。研究中采用了混合式的跟踪研究方法，采用集群式样本（8、10、12、14和16岁），被测运动员共450名，历时3年。他们观察到在青春期前，青春期及青春期后男性青少年的有氧功峰值的绝对值呈稳定增长。与男性相比，女性并没有出现这种变化。但是，研究者注意到，参加所有研究项目的运动员的有氧功峰值的平均值均高于英国同龄组的青少年。
值得引起高度重视的是，好动的女性青少年经常从事有氧运动，其脂肪数量和体型都会发生本质上的变化。但是，和男性少年相比，其有氧功的可训练性的研究要少得多。几乎没有只采用女性青少年作为试验对象而进行的运动训练研究。Welsman等比较了3组运动员运动后有氧功峰值的变化。第1组17名（平均10.2岁，原始有氧功峰值为47ml/kg/m）从事有氧训练，第2组18名（平均10.2岁，原始有氧功峰值为47ml/kg/m）从事自行车训练，第3组16名（平均10.2岁，原始有氧功峰值为
46ml/kg/m）从事8周耐力训练。参加者每周训练3次，每次20～25min，自行车测试组心率控制在160～170次/分。结果显示8周的训练对3组有氧功峰值的影响没有差别。Rowland等的研究发现，10～12岁的男女少年经12周的耐力性训练后，有氧功峰值没有发生明显变化。Eliakim等的研究发现，5周每天1h的耐力性训练后女性青少年（15～17岁）的有氧功峰值提高12%。与之不同的研究发现，14岁的女性，经10周的训练后（每周3次，每次40min，平均心率在160以上/分钟），其有氧功峰值只提高7%。造成实验结果不同的原因是，与Amstrong的实验相比，这些实验中选定的运动量较小，另一可能的原因是，在Amstorng的研究中，有意挑选了有氧功能力强的测试者，所以女青少年的有氧能力已处在一个较高的水平。但由于这些实验开始时，女青少年的有氧功峰值均在42ml/kg/m左右，所以有关女运动员的有氧可训练性还有待于进一步研究。
以前的研究重点关注通过运动训练改善有氧功峰值而达到健康的目的。当前研究运动对青少年影响的趋势是，研究目的还包括和健康相关的脂蛋白分布和对骨健康的影响。
7 大强度运动对青春期少年产生的影响
对研究运动对青少年心脏影响的学者来说，确定适宜的运动强度以促进青少年的生长在未来的10年内无疑是一个严峻的课题。英国学者历时3年跟踪研究了从事不同项目的优秀青少年运动员。实验结果有饽常理，所有参加不同项目（体操、网球、橄榄球和游泳）的受试者均采用相同的运动强度和运动量，受试者是在提供的各项目优秀青少年运动员名单中随机抽取的。研究者发现，经3年的训练，大部分青少年的身高体重在各项目中的排位没有变化。比如，游泳运动员在测试前和测试后的身高及体重的百分数均处在最高水平。由于各项目的身高体重的排位没有发生变化，作者认为3年测试期间内，相对大的运动量没有影响青少年的生长。然而也有迹象显示，对体重要求高的项目（体操、花样滑冰、游泳）能影响运动员的发育。这方面科学的研究报导还不多见。但是也有研究发现，常参加运动的青少年的身高均值在标准差范围内有不正常的下降现象。瑞士优秀体操运动员（平均12.3岁，每周训练22h）被观察到腿骨发育有明显受阻的现象。作者推测持续和大强度的训练能影响下丘脑—垂体—性腺轴的功能活动。Pigeon等的研究也发现，97名青少年舞蹈演员的生长速度降低，和正常对照组比，初潮期也滞后。但是要完整地了解这种现象，应当和这些青少年母亲的初潮期相比较，而不是和很少参加运动的对照组相比。Malina等认为初潮期受多种因素的影响，如训练、营养、教练及家庭环境等。对大多数经常参加运动的青少年来说，训练是他们平衡的生活方式的一部分。和缺乏运动的青少年相比，某些负重运动对骨骼系统的发育是有利的。总的来说，正常范围内的身体活动不会阻碍性发育和身高的增长。
8 大强度运动可能对青少年造成的危害
和以往相比，现在越来越多的青少年从事正规的早期训练。这就产生了常识性的误解，即过度的身体运动对生长发育的青少年的心脏呼吸系统和肌肉骨骼系统将产生不正常的生理应激，这将对机体正常和潜在的功能造成损伤。纵览文献的结果并不支持这种观点。事实上，有大量的实验证明了长期运动训练带来的生理上明显的益处。青少年常见的肌肉骨骼损伤发生率几乎和成人相等，尽管引发的原因不同。这一点可通过成人及少年各100例就诊的后背疼痛的运动员损伤的原因中看到。脊柱脱臼在青少年发病率为47%，而成人运动员为5%。美国Little League（8～12岁，男女商业性棒球联赛）投手肘关节的严重损伤及在体操运动员中存在的阻碍生长的现象，应该引起我们的重视。最近许多综述文章关注引发女性体操运动员由于运动负荷而导致的桡骨发育受阻的情况。经对5名具代表性的运动员的研究发现，女体操运动员由于运动导致的桡骨远端骺软骨的生长受阻的现象在体操中的发病率为10～85%。但是作者认为，这些数据还不足以说明什么问题。Best认为青少年骺软骨的撕裂及损伤在生长期比成人发生的韧带及肌肉的损伤更容易发生。在生长的加速阶段，骺软骨被认为是最脆弱的。青少年骺软骨发生的微创伤与骺撕裂密切相关，如不及时治疗就会发生退行性变化，导致骨软骨病。Segesser等报道男女青少年运动员骺软骨发生损伤的比例为9:1。
青少年参加正规、大强度的运动训练，应该有适当的仪器设备，并得到成人的保护和指导。一般情况下，青少年不应该过早进行专业化训练。为避免受伤，强烈建议参加大强度运动训练的青少年进行训练前检查，并定期到专业运动门诊接受检查。
9 小结
青春期运动训练对青少年运动员及他们的教练来说是个挑战。这段时间适量参加体育运动不会影响他们的发育过程。参加运动的女性与不参加运动的同龄人相比，会表现出更强的有氧能力、更易保持苗条的身材。而参加体育运动的男性青少年，可能由于身体结构的改变、血红蛋白的增加、激素分泌的改变或是大强度的有规律的运动而使他们的有氧能力得到提高。
先进技术方法的应用，不仅挖掘了运动员的内在潜能，同时也帮助我们了解了青少年的运动能力。与成人相比，造成青少年较弱的无氧运动能力的机制目前还不十分清楚。作为运动时代谢水平的标志—激素的波动，有助于我们了解男女青少年在从事运动训练时身体机能的不同变化，但这方面仍需进一步的研究。本文讨论了青少年运动员的教练和从事该问题研究人员都要面对的一些生理学问题。青少年训练科学领域已向我们展示了其所具有的较高的研究价值，并向我们提出了挑战。但是，如果我们想要更多的青少年从事体育运动，想要吸引更多的参加者并使其从中受益，还必须有丰富的让人信服的理论和研究结果作依托。