【专业前沿】竞技体育中的生理和表现监测：精英运动员的回顾性研究
摘要：生理监测在竞技体育中的应用是十分重要的。生理监测包含对运动剂量反应的反馈，运动强度和运动表现的监测。由于主观参数和客观参数通常都是测量外在的运动，研究调查准确性和监控工具的适用性对于竞技体育是有限的。生理监测通过测量各种参数突出了个体的优势和弱势，包括生理表现，生化参数和主观参数。本文基于对现有的科学文献的分析，为教练提供参考。
关键词：生理监测、生化监测、主观监测、跳跃表现监测
通常使用各种生理和表现监测的方法去评估运动员的训练负荷，监控过度训练，以便教练调整训练与运动的生理需求。个人以不同的方式反应相同的训练或竞争压力尽管在年龄、种族、性别和目前的训练水平是相同的。因此，对训练和竞争压力反应的单独监测是重要的。在训练和比赛期间诱发的过度的身体压力，可能导致干扰外围和中央反应，如肌肉酸痛，情绪状态，生化标记和神经反应时间。监测运动员活动和训练负荷可以提供基本信息，如个人是否达到或超过训练和比赛期间的最佳功能压力水平。监控还可以告知运动员、教练和支持者如何最好地训练满足竞技体育的需求。
在运动员中用测量运动强度的心率（HR），各种血液生物标志物，以及主观评级量表（RPE）的方法量化施加的生理压力。对于运动员的监测来说生理，生物化学，和主观测量和跳跃性能是所有潜在参数，可使用指标培训和竞争，如通过跳跃性能或距离覆盖（以米）作为功率输出;然而，在运动员比赛期间的体育表现由于多种因素在竞技体育环境中的使用不清楚和研究较少，监测时出现困难包括规则和条例、环境条件和剂量反应机制的个性化。
有严格的重量限制运动，如赛马，赛车和格斗，有严格的重量限制，这可能禁止使用监控设备增加额外的重量。环境条件（包括感知竞争的重要性）可能唤起运动员身体、动机或生理影响的反应。此外气候因素，如增加在风和温度，可以影响运动员在比赛中的心率。尽管在竞技比赛中的气象负荷已证明难以量化，但设备技术进步设计使心率和全球定位系统 （GPS） 可以追踪运动员的活动。虽然 HR应用于运动员在比赛中的监测，但仍缺乏关于其他与生理参数对比的足够的研究依据。因为不是所有对运动的反应都是生理的，回顾的目的是调查在个人运动环境常用于记录生理评估，性能、生化和次级竞争中的参数的方法。这些参数已预先通过多个人运动在评估的特殊竞争环境：格斗运动， 自行车， 马术运动， 赛车运动，球拍运动，水上运动，田径，举重。
生理监测包含生理反馈的功能工具，通过剂量反应确定培训计划设计和比赛期间的努力强度。以体育科学家在生理实验室的性能测试为前提获取生理数据变得更容易实现心率的监测，加速度计监测，GPS监测和集成技术（IT）监测。但是，因为官方施加的身体限制，生理和性能竞争中的需求往往难以量化。
心率监控器是可访问的非侵入性工具，主要用于记录心率平均和峰值。虽然一些个人体育项目比赛之间和比赛中心率差异很大，但实时监控对于估计对参赛者急性生理负荷是重要的。心率通常用于衡量锻炼强度通过胸部绑带。电极放在胸部显示平均偏差和变异性小于每分钟1.0拍。心率设备经过验证，可以测量低强度和高强度的运动。最常见最准确品牌Polar被报道为一个可靠的报告心率均值的工具。多项在竞技和个人运动环境的研究使用了HR数据。越野比赛，赛马，奥运会赛马，帆船运动和赛车运动只是一些个人项目使用HR作为衡量比赛强度的量度的运动。虽然外部的环境因素，例如温度，海拔和过度训练，会影响HR，竞争还必须考虑压力。在专业羽毛球运动员中肾上腺素分泌增加，在高浓度时期技术精度十分明显。荷尔蒙增加反应可能会导致升高心率反应，不仅仅是什么实际的体力劳动所需要的。在体重受限的运动中脱水状态尤其常见，其结果也会影响心率值。准等距效应，为代谢反应增加通过增强区域的血流肌肉压力，也可能会升高心率。这可能发生在赛艇运动和骑马中，四头肌上施加了较长的等向应力，心率增加与耗氧量不成比例。尽管必须特别考虑竞争需求和环境因素，心率监控器被视为用户友好，可靠且有效的测量运动强度反应的工具。
GPS最初为军事目的而建立，现在在空中，海洋和陆地环境中关于定位，位移和运动员的运动速度提供定量数据。研究者最初将地面参考点用于体育目的；但是，在现代，由于减少了设备重量，费用首选非防御性的基于卫星的设备。自行车的有效性研究已经发现GPS在两个常数上线性和非直线耳道的速度变化均要精确，尽管GPS也被证明是测量活动的总距离例如步行和慢跑有效的工具。它被理解为非线性运行运动的速度增加了而测量的有效性减少了。因此，像耐力运动，例如长跑，产生低速线性动作，可以接受所报告的测量值的有效性。制造商现在生产设备以15 Hz采样位置数据;然而，除了采样频率外，非定标的准确性在很大程度上还取决于卫星信号强度。人口稠密和部分封闭的竞技场被认为削弱了接收器的GPS信号。这可能会影响跳跃，水球，和一些赛车运动。在设备中信号减弱可能会导致距离和位移计算的错误计算。在目前文献中，没有发布的GPS室内运动的数据或结果，而大多数GPS研究调查优秀男性的田径运动。一些研究已经证明在运动员的速度和位移的应用特别是关于需要定期改变速度和方向运动。
基于加速度计的设备的使用已取得了积极进展，研究可以从设备获得高达100 Hz的采样频率。加速度计测量单轴方向运动和三轴平面以指示频率，持续时间和强度活动。明显改善的能量支出估算（EE）现在也已经与原始加速器数据：跟踪活动达到的次数所需的活动阈值优先于计算数据。加速度计的应用已经用于个人运动中以估算能量支出，运动强度和游泳等运动技能的分析（计数数据）和网球等（原始数据加速度数据）的分析。据报道，加速度计在许多个人运动中成为衡量活动的有价值的工具，包括赛马，游泳和网球。对身体活动的有效性研究表明，氧气之间存在中等至强相关性消耗和加速度计计数（r 5 0.45–93）。然而，计数数据无法区分特别是活动的类型活动中发现的问题，例如作为骑自行车和举重的地方报告的强度与活动的运动环境。运动的原始加速度数据因此首选。加速度计有被发现是可靠的测量身体活动，而且，是澳大利亚规定比赛允许的设备;但是，在体育比赛并没有这样的研究。
加速度计应用运动强度的计算能量支出包括许多局限性以及分析挑战。由于运动强度与能量支出的相关性和较弱数据可比性，从佩戴在身体不同部位的传感器收集的数据是一个问题。当分析数据时，由于回归方程记录活动时需要解释其他身体部位的强度所达到的切碎成本的差异，也需要更大的成本和时间使用手腕上的加速度计。进一步的不足之处还存在每个制造商计算强度的阈值变化和算法。加速度计是测量低强度的有效行使工具;但是，存在局限性关于高强度运动和高强度运动的能量支持计算。因此，从业者应考虑强度和考虑这项运动的要求使用加速度计。
平均寿命监视器EQ02（EQ02; Hidalgo，英国剑桥）是戴在胸前的传感器的组合通过三轴加速度计进行运动记录HR，热状态，胸部扩张引起的呼吸频率。轻巧的设备是新颖，能够存储和传输实时的生理和生理信息最多50天心理生理数据。据报道，Equivital为一个有效，可靠的工具，用于对生理反应进行移动监测。刘等提出心率，呼吸频率，皮肤温度和核心之间的强相关性使用Equivital工具可以测量温度也可以估算能量支出。Equivital已用于个人竞争性运动环境来监测骑行者;然而，用此设备测量能量支持需要前步骤测试，不适合职业运动员。无线设备，包括通用的纺织电极的皮带，容易发生运动干扰，这在动态的运动环境中可能会抑制HR监测期间的R波检测。通过使用了纺织电极，可以预期，佩戴者体验其他集成设备可以更舒适。研究成本是对此的附加限制设备，因为没有真皮贴片或药囊（可食用的胶囊）可重复使用，因此Equivital是一项昂贵的研究工具。总之，Equivital是可靠且有效的工具记录低强度活动；但是，可能可用更便宜的选择。
通过合并的HR测量能量支出和运动分析并可以记录长达21天的体育锻炼数据。Actiheart设备重10克，并且带有内部可充电电池提供了一种轻巧的设备来测量身体活动和能量支出。设备通常戴在胸前使用心电图（ECG）垫并可以监视HR和能量支出。尽管心率可以用来表示能量支出，结合HR和运动分析可以提高能量支出的准确性计算。Actiheart是被认为是有效和可靠的工具步行和慢跑时测量能量消耗。虽然它已经被使用于运动员，却被认为测量男性和女性篮球运动员的高强度运动时不准确。为了提高数据分析的准确性，Spierer等人提出设备经过单独校准。准确测量HR和运动分析对于在比赛中运动的剂量反应关系研究至关重要。与其他设备一样，加速度计的位置可能影响获得的数据的可靠性。有数据提出，Actiheart加速度计放置在髋部周围的性能不及其他加速度计设备，并特别参考高强度活动，例如水平慢跑。为了避免错误，最好将设备放置在胸骨下方，就像Polar设备一样，也可以减少影响需要经验的个人运动接触的性质。它是用于低强度活动的有效且可靠的设备，但在高强度运动中需要进一步验证。
是戴在身上的多功能设备可以测量热量的上臂生产，双轴加速度和能量消耗。多传感器设备由热流传感器，原电池组成感应器，皮肤温度传感器和近身环境温度传感器。高效时代，该设备能够收集和存储生理数据，直至5.5天。设备周围的文献已验证臂带以进行估计中低自由度的能量消耗活动;但是， 最近发现散步和慢跑时臂带步进低估了能量消耗。尽管特定的算法可能会改善设备的精度和该设备先前已在竞技乒乓球平均年龄大于10 METS的运动需要进行研究，仍然建议使用该设备衡量活动强度代谢当量低于10梅托（METS）。使用体育活动纲要，从业者可以识别出哪些运动持有10 METS或更大的值例如田径，直排轮滑和潜水。臂带设计轻巧重量轻，适合许多人穿着运动环境；但是，数据收集之前，参与者仍然需要15分钟熟悉期。这个会影响在许多竞争中不可能在主要比赛开始前要进行预热的运动环境。该设备由多个传感器组成克服了与单传感器的能量消耗计算，但有一个要求是需要进一步开发运动监测模型。设备在需要高强度运动环境的实验室中是否可靠仍是未知。
Catapult Minimax devices.
尽管定义不同，Dellaserra等将集成技术定义为包含GPS，HR监视器和单个设备中的加速度计。制造商还声称准确通过g-force使用加速器数据报告冲击力。弹射器创新设计了紧凑型，轻巧耐用的设备使用高达15赫兹。MinmaxX系列是训练中最常用的工具并在文献中引用。弹射器已验证其设备可以使用个人在团队中长距离，低强度的工作;但是，在个人体育竞赛中目前没有这样的研究。它是理解5 Hz可以提供更大的量化比1Hz单位高的运动时的准确性和可靠性，但不清楚10 Hz MinimaxX V4.0是否设备提高了非线性精度相对于5 Hz V2.0单位的高速运动；两者均重约67克。监控高速短跑时，必须考虑使用IT设备时，必须校准设备的每个元素切线，且在同一时间或其可靠性和有效性可能是减少。关于碰撞参数，集成的GPS技术无法精确冲击力的量化。对于从业者来说，存在障碍收集可靠的数据。目前，某些游泳机构，网球和某些足球组织禁止在比赛中使用设备。即使有竞争的环境的某些足球相关研究基于团队来自研究人员的强度和工作量标记的共识，可能有助于验证所有运动的工具。综上所述，关于HR，GPS，加速度计和IT的文献主要由两个领域：低强度普通人群体育锻炼和各种足球法规中的职业运动员的研究。因此，需要进行大量研究高强度活动中需要的单人运动。
血乳酸浓度[La2] b值先前已记录为代谢疲劳的指标（参考表二）。在除了监测疲劳，血乳酸已被用于分析有氧运动和运动时的纵队纵向波动的无氧运动。乳酸PRO（Akray, Nakagyo-ku, Kyoto-shi,Japan）是一种构成大量分析仪与标准相比酶法的设备。测量血液的部位（耳垂，指尖）以及设备和血液样本可能会影响测试结果。乳酸PRO不需要吸血这减少了实验错误的机会，而只有一小部分需要5 mL的血液样本用于分析的试剂条。对于现场样本的准确性，样本从耳垂采集的血液中乳酸浓度始终低于从指尖采集的血液中乳酸浓度。但是，在所有运动中的学科中两个位置的足够浓度都认为乳酸PRO和较新的乳酸计是一种有效而可靠的测量工具。由于许多运动需要经常使用需要一些运动员的双手戴手套，从耳垂中的毛细血管中采集乳酸盐样品是一种常见的野外采集方法。虽然乳酸会测试会在自愿性疲劳或运动中逐步增加，通常在3至8分钟之间可以看到乳酸峰值。与其他生理工具一样，需要考虑外部和内部环境因素如环境温度和水分状态可能会影响乳酸浓度的稀释。脱水导致身体质量降低3.9％导致随后骨骼肌乳酸浓度增加。此外，从业人员必须注意，如果比较运动，运动方式会影响乳酸的积累，因为肌肉质量变化会在运动之间循环。如果比较同一项运动中的个人运动，必须考虑训练状态和训练负荷都影响最大和次最大乳酸浓度。
皮质醇。唾液皮质醇（一种免疫抑制激素）被认为可以是骨骼肌分解代谢过程的主要蛋白质，因为它会减少蛋白质的合成。在运动中激素已被用来监测类固醇，肽和免疫标记。目前测量了心理生理反应的众多运动包括赛马，赛车运动和游泳。唾液皮质醇可用于确定重复运动中单向或双向的心理生理反应;然而，文献表明，没有任何一种激素可以指明过度训练综合症。皮质醇检测（以毫微克/毫升为单位）通常是在使用市售的研究Elisa试剂盒（ELISA SLV-2930; DRG Instruments GmbH, Marburg, Germany）。各种个人运动使用该试剂盒分析通过棉签，包括跆拳道，下坡山地自行车，游泳和残奥会游泳。此外，唾液皮质醇水平与血液浓度水平找到了相关性，证明该工具是一种准确的方法测量值。用棉签“个人状况”和“被动流口水”的护理唾液采样的方式是有效和可靠。唾液皮质醇的测定涉及一个简单且无创的方法确定优秀运动员在比赛中的生理反应。与其他生理变量类似，训练有素或精英水平的个人运动员可以展示在24小时内出现大的节奏变化。皮质醇分泌清晨醒来后达到顶峰此后血清水平下降时间。因此，建议使用重复的临床和现场试验表明一致的数据收集时间点被认为可以避免对结果的误解。其他限制和混杂因素必须也可以考虑。例如Tsai等发现格斗运动员的体重变化除了高强度的训练比赛前4周皮质醇显着降低。两次临床采集的样品质量运动设置很大程度上取决于所采用的方法，在测试前建议不要吸烟，进食或含有果汁或咖啡因的饮用液要消耗30分钟，以免产生样品污染。在生化水平，雌激素，口服避孕药，和月经周期也影响皮质醇的结合。抗炎药中的皮质类固醇激素可治疗疾病，例如哮喘，背痛或发炎，也可能在评估唾液皮质醇的免疫测定中与抗体发生交叉反应。从实际的角度来看，从业人员收集数据前必须了解运动员的药物和饮食摄入量避免对结果描述产生偏差。
α-淀粉酶。唾液淀粉酶是唾液中最重要的酶。皮质醇，α-淀粉酶已被用作身体压力反应的生物标记和交感神经系统活动标记。收集使用口腔液收集器套件，认为α-淀粉酶比皮质醇更敏感的生物标记，因为它在唾液腺中产生而不是从从血液到唾液。在竞赛环境中对蛋白质进行了监测。α-淀粉酶密切相关在非竞争性环境中运行时具有无氧阈值，尽管在跆拳道运动员比赛中也发现血乳酸值和α-淀粉酶之间很强相关性。这个可能表明其在训练和比赛中的作为强度标记的潜在用途。在运动员的比赛中α-淀粉酶已被广泛使用。但是，它作为疲劳，疾病或在竞争激烈之后以长期能力表现。也被理解为唾液皮质醇的增加是与唾液的产生和浓度降低有关免疫球蛋白A（IgA）。虽然提出了生化标记可以检测免疫抑制激素，这可能会导致性能下降，很少有研究将运动诱发的免疫抑制与运动员确诊疾病的发生率增加相关联。
免疫球蛋白A。唾液中，IgA可以抵抗上呼吸道感染，先前的研究报告了唾液IgA水平与运动员疾病发生率的关系。由BN ProSpec分析仪分析在个人运动比赛中进行测量，发现了IgA作为确定精英运动员感染风险的可靠生物标志物。特别是参考基础值时，受试者之间和受试者内部的较大差异是显而易见的。此外，在精英人群与久坐人群相比受试者内部的变异性也被证明。由于基础IgA值是特定的对个人来说，比较需要样品数量建立可靠的基准值。收集数据最重要的方法似乎是唾液IgA分泌率，因为它考虑了数量并代表准确唾液中IgA的数量唾液。虽然职业运动员一般不低于普通人群，在激烈和沉重的训练中唾液IgA水平仍较低。建议除测量IgA，对于进入疲劳状态的运动员主观评级量表（RPE）可能会提供更多信息。
事前和事后跳高可能有关运动强度和运动员神经肌肉疲劳。在个人运动中运动后的表现降低与最大的努力有关，包括反复的垂直跳动，和没有负重的运动，如骑自行车。人们认为，疲劳是由于力量和肌肉的丧失而导致的收缩速度减慢，此外还有反向运动跳跃（CMJ）测试被认为是由神经肌肉和肌肉疲劳引起的小腿伸肌力量产生能力的小变化。文献报道了CMJ “再测试可靠性”得分高，Markovic等人报告可靠性得分为0.98（P，0.01）。CMJ的可靠性也很高与其他跳跃测试相比是对下肢的近似爆发力的最有效测试。常用深蹲深度和从30厘米跳高两者的得分均低于CMJ（26,77）。虽然有金标准方法测量抬空时间和神经电细胞，但Chronojump-Bosco系统（Chronjump-Bosco system; Chronojump, Barcelona, Spain）对于在所有级别中跳跃是有效和便宜的工具。用于记录跳跃Chronojump-Bosco系统在男性和女性的运动中的高度具有相对中等的可靠性，尽管在男性受试者中测试CMJ据报道女性受试者的相对可靠性较高。重测可靠性可确保跳跃高度很高，但仍存在争议CMJ是否是用于检测疲劳的准确监控工具。考虑到这一点，测力的测试的发展，是对于赛前和赛后可能提供监测神经肌肉疲劳的替代方法。跳跃表现的有效性测试是在文献中有争议。垂直刚性可以提供替代参数来进行测量特别是神经肌肉疲劳提及需要垂直运动动作。此外，它可能对跑步的运动员很重要使用存储的弹性能使他们各自的运动保持垂直。如Butler等人所示，垂直刚性的测量可能在监测绩效方面应发挥作用；使用的方法为一块力板，将最大垂直地面反作用力除以中心的最大垂直位移接地过程中的质量。垂直刚性和损伤之间没有直接关系，但由于基线量度可能表明疲劳并降低了运行经济性。尽管这是对垂直刚性的有效量度，但使用力板块和有关演算可能证明从业者在比赛中很费时间。在竞争激烈的环境中，霍夫曼等人发现疲劳可能没有被发现后立即保持力量输出，进行运动。这可能是由于没有急性肌肉酸痛或Tillin和Bishop认为在高强度后的增强活动潜在的疲劳消退速度比激活后更快。但是，在较低强度下活动中，发现比赛后跳高在铁人三项运动员中明显减少，表明在高强度和低强度运动规则之间存在敏感性。通过Chronojump系统确保的CMJ测量是测量跳高的可靠工具；但是，建议采用共同登陆策略。CMJ测量的有效性事件后的疲劳在文献中有争议，特别是关于高强度运动，因此需要进一步研究需要将其用于疲劳检测。从实际的角度来看，监测性能或疲劳的跳跃测试很容易进行，并引起相对较小的影响运动员疲劳。
最广泛接受的主观使用Borg量表的RPE是评估对训练和竞争的生理反应的工具。福斯特等开发了RPE方法的扩展，名为会话RPE（sRPE）方法（会话的RPE得分[1–10] 3分钟（以分钟为单位））。博格类别比率比修改10量表（CR10）可能是一种更有效的方法来计算运动强度和主观生理事件的负载。虽然也存在其他方法，例如原始的6-20评定Borg量表RPE量表，现在考虑使用sRPE方法计算感知的工作量和负载的常用标准方法。sRPE是最小化的准确工具通过操纵产生不良的训练效果根据等级训练负荷这是一种行之有效的主观方法量化运动强度。对于耐力和高强度间歇运动，sRPE训练负荷的计算方法和训练强度被认为是有效的，中强度和低强度阶段时，组内相关系数为0.88的量度。另外，sRPE与内部密切相关训练负荷的量度采取客观的培训措施强度。在培训环境中计算训练强度的sRPE方法是一种行之有效的方法；但是，它尚未在与个人运动员的比赛环境使用。在研究中提出没有什么限制，但华莱士等和斯科特等最近报告了很高的测量误差当使用0-10 RPE规模进行报告时进行短时间的跑步。目前研究基于人口的耐力运动。进一步在竞争环境中对sRPE方法的研究值得确定其在报告中的有效性运动员与比赛有关的压力。从实践的角度来看，运动员应单独提交RPE分数避免基于其他运动员的成绩。此外，让我们应该在之后提交他们的RPE分数急性疲劳已消失，得分可能反映了最后的努力而不是反映整个会话强度的分数。10之间建议在运动后30分钟内报告RPE得分。
尽管许多监视设备可提供信息性数据，但从业人员必须考虑其适用性选择的环境。对于设备在精英设置中有效，监视工具必须是用户友好且时间紧迫的高效，同时确保它不会对运动员的表演常规产生负面影响。如果要穿戴设备在完成过程中，教练应确保设备舒适对于运动员，并且被允许由监管机构佩戴。提供从业人员的设备通过事前和事后措施，例如如生化讨论并跳到表现部分，可以为教练提供有效的数据。竞争要求的知识优势但是，应该支撑生理和性能监控以确保从业人员收集数据，这是在多个时间点保持一致比赛环境。最好是教练记录确切的协议他们将在每个测试会话中使用确保创建一个标准化且可比的监视环境。这也适用于主观sRPE等措施。从业者还必须认识到涉及运动员个性的含义，尤其是关于运动剂量反应的变化。它是教练意识到的重要执行数据时的这些变化对许多运动员进行分析和数据比较。内部和外部因素，例如水合状况，营养和药物摄入，气候和心理状态，应注意在准备和期间完成以提供有关数据的背景信息。这样的方法将确保可以将一个监测会话的结果与后续或先前的数据进行比较，以评估是否有随之而来的是值得的改变。
许多监控工具（例如，心率，GPS，IT，生化，跳跃性能，主观反应）可能会为实验目的，包括运动剂量反应，运动强度和运动表现。虽然它显然需要进一步研究在个人和竞技体育环境中，由此产生的其他信息性发展审查：（a）进一步确认和展示运动设备的研究高强度和非线性运动模式是必要的。（b）实用设备设计中的注意事项适用于竞争性环境，例如设备重量，舒适度和设备位置需要引起注意。（c）未来研究将衡量竞争需求的特殊性，并为人们所知需要生理来增强我们的指导个人运动训练的能力。
China Sport Science Society for Strength and Conditioning
