足球运动的体能需求:一项概要回顾

原标题:足球运动的体能需求:一项概要回顾

足球运动的体能需求:一项概要回顾

摘要:足球是一项需要高水平的战术、技术和体能水平才能成功、复杂而消耗性高的团队运动。在90分钟的足球比赛中,运动员需要以间歇性的方式,随机完成大量伴随着技术和战术意图的爆发性和力量性的身体活动。本综述对描述足球比赛活动和供应能量的文献进行了详细的分析和最新的综述,以帮助体能教练清楚地了解足球运动员在比赛中的体能需求。

关键词:生理学;能量系统;能量贡献;有氧能力;耐力参数

介绍

在观众、球迷和参与者方面,足球是全世界最受欢迎的团队运动项目之一。官方的足球比赛包括上、下两个半场,每半场45分钟,中间有15分钟的休息时间。足球是一项间歇性运动,运动员需要重复执行各种爆发性的技、战术动作。这一系列活动的表现需要一个复杂的生理需求,对无氧和有氧供能系统的要求极高。因此,分析足球对身体和代谢的需求,是为球员设计有效和适当的体能训练方案的关键步骤。

近年来,运动技术跟踪系统的出现导致了更多旨在捕捉和描述足球活动和代谢需求的数据的产生。虽然这些数据的获取提供了关于足球生理和比赛表现的更多信息,但需要仔细分析其有效性和可靠性,并考虑数据收集手段的意义,以了解这些跟踪系统实际测量的是什么,以及它们遗漏了什么。本文通过对现有文献的批判性综述,探讨和分析了足球运动对身体和能量的需求。这将为体能训练实践者提供足球运动员身体需求本质的和全面的了解,对制定具体和有效的训练计划至关重要。

足球比赛移动分析综述

体育科技的进步导致了包括全球定位系统(GPS)和视频分析技术等球员监控设备的出现和使用,从而能够量化足球运动员在训练和比赛环境中的各种身体和技、战术活动。从这些系统收集到的数据主要通过将不同运动员的活动分配到不同的速度类别,如站立、行走、慢跑和不同强度的跑动,具体地描述了各种比赛活动的非节奏性变化。采用以速度为基础的方法进行的研究已经清楚地表明,优秀的外场足球运动员在90分钟的比赛中通常跑动9到14千米,其中22-24%的距离以高于15千米/小时(高强度阈值,对应于职业足球运动员第二呼吸阈值处的平均速度)的速度完成;8-9%的距离以高于20千米/小时(非常高强度阈值,对应于职业足球运动员平均最大有氧速度)的速度完成,2-3%的距离以高于25千米/小时(冲刺阈值,对应于接近职业足球运动员的最大冲刺速度)的速度完成。然而,最近的文献报道,2012/2013和2006/2007赛季相比,英格兰足球超级联赛球员跑动总距离增加了2%,高强度跑增加了30%。这清晰地表明足球运动在不断发展,对体能的要求也越来越高。这些数据还可能受到特定比赛情境变量(如球队比赛阵型)的影响。例如,最近的一项研究报告指出,4-3-3阵型比4-4-2阵型表现出更多高强度的跑动,防守阵型(即4-5-1)在不控球的情况下比其他进攻阵型(4-4-2和4-3-3)多出20%的高强度跑动。此外,不同位置的球员在比赛跑动上存在差异,边路球员(边后卫和边前卫)和中前卫通常比前锋和中后卫高强度跑更多,总跑动距离也更多,而前锋和边路球员通常冲刺最多。相比之下,守门员的跑动距离显著低于其他位置球员,平均每场跑动在5.6到6.0千米之间,主要是走(4.0千米,占总跑动距离的70%)和慢跑(1.2千米,占总跑动距离的20%)。比赛跑动中的这些差异可能给个性化训练带来一定的意义。然而,无论场上位置如何,比赛跑动数据一致表明,精英球员往往以低于高强度阈值(在大多数职业足球运动员的研究中,速度为14-16千米/小时,业余或半职业足球运动员的速度可能更低)的速度区间进行大部分足球比赛,其次,超过这个阈值,由于速度增加,球员的跑动距离往往较短。在高强度的足球比赛中,球员跑动的距离也可能因其年龄和联赛水平而异。据报道,业余球员与职业球员相比,高强度跑的时间较少,但这可能是因为业余球员训练较少,速度能力较低。当比较不同水平的职业足球运动员(他们的训练方式相似)时,低水平的运动员在高强度跑中所占的比例更高。事实上,较低水平的联赛中出现的较低的比赛技术指标数值,如传球成功率、向前传球和总传球次数、接球数和每次持球的平均触球次数,被认为是低水平职业联赛出现更多身体活动的原因。这一原因也可能导致了(相对于球员身体能力的)越来越多的高强度比赛活动的出现,年轻运动员通常比成年人表现地更明显。然而,相比之下,年龄本身的影响似乎对不同年龄的青少年球员并不是绝对性的,因为在U12到U16的球员之间,比赛身体活动量与球员身体能力比值的差异并不大。

高强度多向间歇比赛活动

使用上述“速度区间”方法(绝对区间或相对区间)的比赛分析可以提供足球活动的概况。然而,它不可避免地低估了爆发性动作的发生,因为它没有适当地解释低速跑动状态下的高强度加速、减速或变向次数。然而,在2007/08赛季的德国顶级足球联赛(德甲)中,据观察,下半赛季83%的进球中,至少有一个爆发性动作(如旋转、直线跑或转向冲刺),这表明高强度活动,即使持续时间或距离很短,也对进球得分至关重要。图1概述了足球比赛活动概况,特别是高强度活动。最近一项对英国职业足球联赛外场球员的研究表明,在一场比赛中,高强度跑(速度大于21千米/小时)的平均次数介于20.3±6.5(最低值出现在中后卫位置)和38.7±14.4(最高值出现在边前卫位置)。Di Salvo等人(2010)对欧洲洲际高水平比赛的研究也发现类似数量的高强度跑(中后卫17.3±8.7,边前卫35.8 ±13.4),但他们只考虑了冲刺跑动(>25.2千米/小时)。

最近,Ade等人报道称,在欧洲职业足球比赛中,速度大于21千米/小时的高强度跑的平均时间不超过3.1±0.5秒,平均距离不超过20.3±3.5米。在各种高强度跑中(速度大于21千米/小时),无球跑动(定义为在没有控球的情况下进行的活动)所占的比例更大。相反,中后卫在有球状态(如盘带、传球、头球或拦截球)表现出更少的高强度跑动(23.4±10.8%),而边前卫在有球状态表现更多的高强度跑动(39.1±18.2%)。此外,中后卫和边前卫在高强度跑动(速度大于21千米/小时)之间分别出现最多(271.4±93.7秒)和最少(154.5±49.5秒)的恢复时间。虽然上述数据表明高强度跑动之间的“工作:休息”比率较低,但应该承认的是,在仅考虑速度高于19.8km/h而不是21km/h时的高强度跑动时,有研究称平均“工作:休息”比率要高得多。具体来说,据估计,在整场比赛中,高强度跑动的平均“工作:休息”比率为1:12,但在比赛最激烈的阶段可能会降至1:2。同样,这样的速度数据很可能没有包括短暂的高强度的活动(例如加速、跳跃和变向),因此,低估了足球运动员真正的高强度活动。

足球运动的体能需求:一项概要回顾

图1:职业足球运动员90分钟比赛活动(特别是高强度活动)概况

据观察,在高强度活动之前和之后都有高达180°的方向改变,通常包快速变向或C形变向。在高强度活动之前、期间和之后,转身和多方向运动的频繁出现进一步支持了足球是多方向性运动的界定。具体来说,职业足球运动员在比赛中有48.7±9.2%的时间在进行直线跑动,20.6±6.8%的时间进行不定向移动,30.7±2.6%的时间在向后、横向、对角线和拱形方向移动。此外,在90分钟的比赛中,足球运动员每场比赛可以改变方向超过700次,每场比赛活动状态发生变化可多达1200-1400次。其中,低于90°变向的出现频率是更高角度变向频率的6倍。

尽管采取“时间-区域”方法的研究已经得出,足球比赛中大量的多方向高强度活动都穿插着恢复时段,验证了足球的间歇性特征,但通过观察加速度计设备产生的具体加速和减速数据,可以进一步突出这一特点。具体地说,在近期的一项研究中,将不同位置球员数据合并后,欧洲职业足球运动员在每场比赛中的加速(持续时间至少0.5秒,超过0.5 m/s 2 的最大加速度)和减速(持续时间至少0.5秒,超过0.5 m/s 2 的最大减速度)的平均次数分别为656±57和612±59次。此外,据报道,职业足球运动员平均有18%的跑动总距离是在加速度或减速度大于1 m/s 2 的情况下完成的。

由于足球运动中存在各种间歇和多向运动,运动员需要具备在不同方向重复进行高强度和低强度活动的能力。因此,在不同和不可预测的情况下高效和间歇地移动的能力,以及完成爆发性动作(例如加速和变向)的能力,似乎对于促进和优化足球特定运动模式的执行从而改善体能表现至关重要。耐力和力量训练有潜力发展这些方面,需要在足球训练中适当考虑。

比赛跑动表现波动

尽管前几节中报告的数据代表了90分钟比赛的平均表现,但在比赛期间,无论何种年龄或水平级别,人们经常观察到体能表现的波动。具体地说,在一些研究中,与比赛平均强度相比,在一场比赛中强度最高的5分钟后,高强度跑出现了显著但短暂的下降。此外,在上、下半场(尤其是下半场)临近结束时,跑动距离、高强度跑动距离、冲刺跑和加速都出现了下降。研究人员指出,比赛一开场的几分钟强度越高,在比赛后期观察到的体能水平的下降就越大。因此,尽管技术因素和跑动配速策略可能在比赛中的表现波动中起作用,但在比赛过程中观察到的运动输出下降主要归因于高生理性比赛需求引起的急性疲劳。因此,在高强度训练期间更快的恢复能力,或者在整个比赛期间通过更有效地跑动来节省能量的能力(与有氧水平有关的能力),可能是有助于在关键比赛期间和整个90分钟比赛期间保持足球跑动表现的相关因素。因此,在足球训练中,提高运动员这些身体素质的策略是值得考虑和研究的。

尽管在比赛中经常观察到跑动表现的下降,但球队在比赛之间(即密集的赛程)的跑动表现波动并不常见。最近的一项研究表明,应该从球员个体角度,而不是从球队角度来分析评估比赛的身体表现波动,因为对手的实力、体能水平和战术任务等多种因素可能会导致每个球员出现特定的疲劳趋势。

足球运动员的能量供应

有氧和无氧供能系统共同组成了人体产生可供肌肉使用的能量的机制。这两个系统引入多个相互关联的进程来提供能量。更具体地说,有氧供能系统通过在有氧条件下分解碳水化合物和脂肪来产生能量。这种能量途径能够产生更多的三磷酸腺苷(ATP),这种化学物质在细胞中充当能量的货币,但速率很低,因此在长期耐力活动中充当能量的主要贡献者。无氧供能系统在缺氧情况下通过分解储存的ATP和磷酸肌酸(PCr)以及将碳水化合物分解为乳酸等多个进程产生能量。它比有氧供能系统中提供的ATP更少,但合成速率较高,因此,它主要是在短时间的最大运动或重复高强度的主要能量供应。足球比赛的间歇性,包括90分钟以上不同强度(最大和次最大)的工作和恢复时段,因此,需要有氧和无氧供能系统的复杂相互作用。近年来,通过GPS计算足球运动员的代谢功率来评价能量消耗已成为一种流行的方法。虽然这种方法新颖而且有一些优点,应该指出的是,这种方法可能导致对比赛实际能量消耗的低估,并且无法准确计算恢复期(运动员在高强度运动后站立或行走)或进行足球专项活动(如跳跃、横向移动,向后跑,或带球)期间的能量消耗。因此,本综述中足球能量需求的量化将仅基于直接对足球运动员进行测试的生理数据。

足球无氧能量需求的量化

无氧能量的贡献在高强度活动中是至关重要的,这种活动在比赛中是非节律性的。当将比赛中的心率值(HR)与单独确定的无氧阈(当乳酸开始积累超过4mmol/L时的强度;或当乳酸生成速度高于清除速度发生时)相关联时,有报道称,运动员总比赛时间的50%都高于该阈值。因为乳酸的产生是通过糖酵解产生能量的代表(被定义为缺氧时从碳水化合物[CHO]底物中提取能量),所以在足球比赛过程中,很明显无氧供能系统也为球员提供相当大的能量。

血乳酸(BLa)水平通常被认为是乳酸产生量的直接评价指标,反过来又是无氧供能的评价指标。更具体地说,对足球运动员的血乳酸值进行直接测量的结果显示,不同年龄和水平的运动员血乳酸浓度为2-10mmol/L不等,更高水平和年龄类别的运动员表现出更高的无氧供能水平。尽管这些数值表明在比赛期间乳酸产生量较高,但这些数据也可能低估了足球的无氧供能,因为用于分析的血液样本主要代表取样前5分钟内的血乳酸浓度。此外,间歇性活动时,BLa清除率可能更高,这与足球比赛中肌肉乳酸和BLa之间缺乏相关性和赛后肌糖原浓度下降有关,丹麦球员在比赛结束时发现大量肌纤维糖原部分或完全耗尽。

无氧供能也可以在不产生乳酸的情况下发生,即当能量是通过分解已经储存在肌肉中的磷酸盐(PCr)而不是仅仅通过碳水化合物(CHO)产生时。因此,在短暂的高强度活动期间需要考虑的无氧供能贡献的另一个直接指标是PCr浓度,因为较低的浓度(即耗尽)反映了该底物更大的无氧利用率。然而,PCr的测量很复杂,在足球中需要采取身体侵入性的和难以操作的活检方式(实际上,这是已然是最实用的方式)。因此,只有一项研究在一场激烈的比赛后提供了PCr的直接测量,表明PCr降低到了赛前静息状态的75%。然而,考虑到PCr的再合成率(0.5mmol/kgDW/s,其中DW=干重),以及运动和活检之间所用的时间(15-30秒),报告的PCr浓度约为足球比赛期间静息水平的60%。此外,如果在两者之间进行了更剧烈的活动,恢复时间较短,PCr浓度可能会下降到静息水平的30%以下。尽管在90分钟的比赛中,无氧供能系统对能量供应的贡献很小,但与有氧供能系统相比,在比赛的特定时期,无氧供能系统似乎仍然占有很高的比重。高强度活动(主要依靠糖酵解作为能量途径)和短暂的爆发性运动(主要依靠PCr作为能量途径),在足球的运动需求和印象中是显而易见的。因此,无氧供能系统在足球运动中的作用不应被低估,而应作为体能教练的训练参照。

足球有氧需求的量化

由于有氧供能系统需要氧气来产生能量,因此摄氧量(V̇ O 2 )的值可以用来对有氧需求进行量化。只有通过气体分析仪(在实验室或便携式)才能直接测量V̇ O 2 ,但不幸的是,这在比赛中并不实用。事实上,在之前的研究中,戴着沉重且不舒服的气体分析仪的运动员,相比那些没有戴评估设备的运动员,只能在较低的强度下完成比赛。因为这个原因,从该研究中获得的V̇ O2直接值(分别为上半场和下半场最大摄氧量[V̇ O2max]的61%和49%)被认为是低估值。尽管近年来技术已经进步,包括更轻和更小的便携式气体分析装置,但在比赛期间对V̇ O2的常规监测仍然不是常见的,依然是一种不切实际和不可行的方法,无法直接获得足球比赛期间有氧供能系统贡献的精确值。作为一种实用的替代方法,研究者和实践者已经采用了运动强度的替代测量方法,如核心温度和心率测量,这些方法提供了比赛期间耗氧量的间接估计。然而,使用这些措施来预测能力,是在假设摄氧量和这些参数之间存在稳定的线性关系前提下。特别是,足球运动员的核心温度为39℃-40℃,相当于V̇ O2max的70-75%。同样,在正式和非正式比赛中,不受运动员水平和年龄的影响,报告的最大心率(HRmax)的80-90%已转换为平均70-80%的V̇ O2max。应该承认,当使用这些间接方法时,其他生理因素可能会导致在部分比赛中高估(脱水、高温和精神压力)或低估(例如HR滞后)摄氧量。然而,不管使用间接方法估计的可变性如何,都一致认为有氧代谢在比赛中提供了最大的能量供应,因为估计的摄氧量约占比赛活动所需总能量的90%。

结论

足球比赛要求运动员进行多种不可预测的爆发性动作,包括加速、减速、跳跃和变向。这些动作的表现在不同位置的球员之间可能有所不同,通常观察到中前卫和边前卫球员表现出更大和更剧烈的活动(更大的跑动总距离和高速跑距离;两次跑动之间的恢复时间更短)。尽管如此,在比赛过程中,无论位置如何,都会不断观察到跑动能力下降。这可以归因于高生理需求,无氧和有氧两种能量系统都对满足这些需求做出了贡献,后者提供了一场比赛所需的更多总能量。

实际应用

本综述中分析的数据清楚地强调了发展球员位置所特有的特定体能的重要性,以便在足球比赛的复杂场景中有效地竞争,并减轻在比赛中跑动能力下降的现象。具体来说,边前卫和中前卫球员可能更好地受益于高强度耐力训练,以加快高强度训练之间的恢复,并能够在比赛中覆盖更大的跑动距离。前锋和后卫,虽然仍然需要良好的耐力水平,但可以从足球专项力量的发展中获得更大的优势。在这方面,体能教练应根据运动员的位置来具体平衡特定身体能力的发展:(a)在短距离内(<20米)最大限度地进行加速、减速、变向和任何特定环境下最大努力的训练和(b)通过特别重视主要的能量供应系统,即有氧能量系统,来最大限度地发展间歇和持续性地重复此类活动的能力。

中国体育科学学会体能训练分会

China Sport Science Society for Strength and Conditioning

载来源:中国体育科学学会体能训练分会

原文翻译:钟世盛,刘鸿优

原文审校:余少阳

原文编辑:Yiyi

学会编辑:韩 炜

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