生物能量途径
生物能量途径是人体在运动时产生能量的机制，主要包括三条代谢途径：ATP-PCr系统、糖酵解途径和有氧呼吸途径。这些途径共同作用，以满足不同强度和持续时间的运动需求。
ATP-PCr系统是一种快速的能量供应方式，通过分解磷酸肌酸（PCr）来迅速再生ATP，适用于短时间内的高强度运动，如短跑。这种途径的ATP再合成速率非常快，但储存量有限，大约10秒内就会耗尽。
糖酵解途径则涉及分解肌肉中的糖原和血糖，在无氧条件下产生ATP，同时产生乳酸。这种途径的ATP产生速率较ATP-PCr系统慢，但能持续更长时间，适用于中等强度的运动。
有氧呼吸途径需要氧气参与，通过线粒体分解碳水化合物、脂肪和蛋白质来产生ATP。这种途径的ATP产生速率最慢，但能量收益最高，适用于长时间的低强度运动，如长跑。
在实际运动中，这三种途径并不是独立运作的，而是根据运动的强度和持续时间相互协调。例如，在中长距离跑步中，运动员会同时利用这三种途径产生的能量。随着运动距离的增加，有氧呼吸途径的贡献会相对增加，以满足长时间运动的能量需求。
这种能量供应的双曲线关系解释了为什么在一定时间内，运动员能够维持的跑步速度是有限的，并且随着时间的延长，能够维持的速度会逐渐降低。这种关系也体现了个体差异，每个运动员都有自己独特的能量代谢特征，影响他们在比赛中的表现。
耐力表现模型
耐力表现模型是用来解释和预测耐力跑步表现的关键因素。这些模型通常包括以下几个主要组成部分：
最大氧气摄取量（VO2 max）：这是衡量一个人在运动中能够利用的最大氧气量，通常被认为是耐力运动表现的一个重要指标。
跑步经济性：这是指在特定速度下跑步时的氧气消耗效率。跑步经济性高的运动员在相同的氧气消耗下可以跑得更快。
VO2 max的分数利用或最大代谢稳态：这是指运动员在比赛中实际利用的VO2 max的百分比，或者是他们能够维持的最大代谢率。
这三个因素共同解释了大约70-80%的中长距离跑步表现。这些模型通常被称为代谢模型，因为它们主要关注与能量产生相关的生理因素。
除了传统的代谢因素，一些模型还考虑了神经肌肉因素，如神经控制、肌肉力量和弹性以及跑步力学。这些因素可以影响运动员的运动效率和速度。
在耐力跑步中，比赛配速取决于两个关键因素：
最大可持续ATP产生率：这是运动员在不导致疲劳的情况下能够维持的最大能量产生速率。这个速率取决于运动的持续时间，持续时间越短，可以维持的速率就越大。
跑步经济性：这可以被看作是将代谢能量转化为运动的能力。跑步经济性高的运动员可以用更少的能量跑得更快。
在高强度运动中，有氧系统可能无法产生足够的ATP来满足需求，这时无氧系统会被利用来弥补能量短缺。然而，这种无氧ATP的产生并不可持续，因为当无氧容量耗尽时，运动员就会疲劳，必须减速。
在中距离赛事中，运动员可以维持的比赛速度可能远高于他们的最大代谢稳态，因此无氧ATP产生成为一个重要因素。但随着比赛距离的增加，维持的跑步速度降低，接近最大代谢稳态的速度，这时有氧系统的贡献变得更加重要，而无氧ATP产生的作用则减少。
最大氧气摄取量（𝑉O2 max）
最大氧气摄取量（VO2 max）是衡量人体在运动中摄取和使用氧气的最大速率，也是通过有氧途径产生ATP的最大速率。以下是对VO2 max及其与耐力表现关系包括：
VO2 max与表现的关系：在不同群体中，VO2 max与比赛表现之间存在强烈的正相关关系，即VO2 max越高的跑步者通常比赛成绩越好。然而，在训练有素的跑步者群体中，VO2 max对表现的预测力较弱。
VO2 max的生理意义：VO2 max可以看作是人体通过有氧途径产生ATP的最大速率，它受到多个生理因素的影响，包括肺部氧气扩散、血液与血红蛋白结合氧气的能力、最大心输出量（Qmax）以及肌肉使用氧气的能力。
VO2 max的限制因素：VO2 max的限制因素包括中央因素（如肺部氧气扩散和血液运输）和外周因素（如肌肉提取和使用氧气的能力）。在海平面上，肺部通常不限制VO2 max，除非在精英跑步者中出现动脉去饱和现象。
海拔对VO2 max的影响：海拔高度降低大气中的氧气分压，减少血红蛋白的饱和度，从而影响血液中的氧气携带能力。
血液操纵对VO2 max的影响：操纵血液中的血红蛋白含量可以改变VO2 max，这是血液兴奋剂或服用促红细胞生成素（EPO）的基础。
心输出量与VO2 max的关系：心输出量是最大心率和最大心搏量的乘积，与VO2 max存在近乎完美的线性关系。精英跑步者与业余跑步者之间的差异主要在于心搏量。
训练对VO2 max的影响：通过训练可以提高VO2 max，但会受到遗传限制。训练方法包括间歇训练和持续跑步，其中间歇训练在训练有素的个体中更有效。
间歇训练对VO2 max的提高：短时高强度间歇训练和较长的间歇训练重复都能提高VO2 max，尤其是后者在训练有素的个体中更有效。
VO2 max的遗传限制：尽管训练可以提高VO2 max，但最终会达到遗传限制。然而，也有证据表明精英跑步者通过训练提高了他们的VO2 max。
VO2 max是耐力运动表现的一个重要因素，但它不是唯一的决定因素。提高VO2 max需要综合考虑多种生理因素和有效的训练方法。
最大代谢稳态
最大代谢稳态是耐力运动中一个至关重要的生理概念，它指的是运动员在运动中能够维持的代谢状态，而不会导致疲劳或性能下降。在这个阈值以下，有氧系统足以满足肌肉的能量需求，而超过这个阈值，无氧代谢开始介入，以补充ATP的不足。这种介入虽然短期内提供了能量，但是有限的无氧容量最终会导致疲劳。
最大代谢稳态通常与血乳酸积累的起始点、乳酸阈值等术语相关，这些术语反映了不同的测量方法和生理过程。它主要取决于线粒体氧化丙酮酸的能力，这涉及到线粒体的密度和氧化酶的含量。因此，线粒体的功能是决定最大代谢稳态的关键因素。
在实际的耐力运动中，最大代谢稳态与运动员的表现有着密切的关系。运动员在接近最大代谢稳态的速度下能够维持的时间，是预测他们耐力表现的一个重要指标。长距离跑步者往往有更高的最大代谢稳态，这使得他们能够在更长的时间内保持较快的速度。
尽管最大代谢稳态是一个重要的表现指标，但关于如何通过训练来提高它的研究相对较少。一些研究表明，通过适当的训练方法，如节奏跑和间歇训练，可以提高最大代谢稳态。这些训练方法旨在提高线粒体的功能和肌肉的氧化能力，从而提高最大代谢稳态。
无氧容量
无氧容量是指在运动过程中，身体通过无氧代谢途径能够重新合成的ATP的最大量。在中距离跑步比赛中，无氧容量对运动员的表现有着显著的影响。尽管随着比赛距离的增加，有氧系统提供的能量比例会上升，无氧容量在短距离比赛中的贡献更为显著，但在长距离比赛中，无氧容量同样重要，尤其是在需要应对节奏变化或地形变化导致的能量需求突然增加时。
精英跑步者在比赛后往往会出现高峰值的血乳酸值，这与他们在接近或超过最大代谢稳态时的乳酸水平相比要高得多。中距离跑步者的无氧容量通常比长距离跑步者大，这使得他们在需要快速产生大量ATP的短距离比赛中具有优势。
尽管无氧容量对于耐力运动表现很重要，但由于测量上的困难以及无氧代谢对总能量产生的贡献相对较低，这一生理因素的研究相对较少。在不同水平的跑步者中，无氧容量与比赛表现之间的关系也有所不同。在俱乐部级别的跑步者中，无氧容量与800米表现之间的关系较弱，而在国家标准的跑步者中，这种关系则更为显著。
高强度的间歇训练能够提高无氧容量，但关于训练有素的中长跑运动员的最佳无氧容量训练方法的科学证据目前还比较缺乏。除了通过训练提高无氧容量外，还可以通过改善肌肉膜电位调节和力量训练等非代谢手段来提高高强度运动的表现。总的来说，无氧容量是耐力运动中一个不可忽视的生理因素，对于短距离和长距离跑步者都具有重要意义。
无氧速度储备
无氧速度储备（Anaerobic Speed Reserve, ASR）是评估中距离跑步运动员潜力的一个重要指标，它衡量的是运动员最大冲刺速度与VO2 max速度之间的差距。这个概念强调了在中距离赛事中，除了需要维持高ATP产生率以支持长时间运动外，运动员还需要能够产生快速的绝对速度，特别是在800米这样的短中距离项目中，以及在比赛过程中应对节奏的突然变化。
ASR的提出基于这样一个观点：精英中距离跑步者之间的差异不仅仅在于他们维持长时间运动的能力，还在于他们的最大速度潜力。拥有更大ASR的跑步者在800米等项目中往往表现更好，因为他们能够在关键时刻产生更快的速度。理论上，提高ASR的途径可以是增加最大冲刺速度或者减少VO2 max速度，但由于更高的VO2 max速度本身也与更好的中距离表现相关，因此提高最大速度成为了提升ASR的关键。
跑步经济性
跑步经济性（Running Economy, RE）是衡量运动员在跑步时能量消耗效率的一个指标，它反映了运动员在特定速度下维持稳定运动状态时的氧气或能量成本。尽管这个概念听起来简单，但它实际上涵盖了多种生理因素，包括人体测量、神经肌肉、心肺和生物力学因素，以及在疲劳时保持这种效率的能力。
在长距离跑步中，跑步经济性是一个关键因素，因为它影响了运动员在相似的VO2 max条件下的表现差异，这种差异可以达到30%。更快的跑步者通常具有更好的跑步经济性，但即使在速度较快的运动员中，个体间的差异也可能相当大。有趣的是，一些未经训练的跑步者可能具有与精英运动员相似的跑步经济性，这表明这一指标并不完全受到训练状态的影响。
跑步经济性不仅受到生理因素的影响，还与运动员的技术有关。在跑步中，虽然完成的工作为零（因为力的作用点没有移动），但经济性可以被理解为将代谢能量转化为运动的能力。因此，跑步经济性实际上是能量消耗的测量，而不是传统意义上的效率。
尽管跑步经济性是一个重要的表现指标，但其“可训练性”尚不完全清楚。一些研究表明，训练可以提高跑步经济性，但这种改善在训练有素的运动员中并不总是一致的。一些研究显示，长期或大容量的训练可以提高跑步经济性，而其他研究则发现改善并不明显。最近的元分析表明，持续训练可能比间歇训练更有效地提高业余跑步者的跑步经济性，特别是当训练计划超过8周且每周的持续跑步量超过一定阈值时。
力量训练也被证明是提高中长跑运动员跑步经济性的一个有效策略。这可能是因为力量训练可以改善跑步的生物力学，从而提高能量转换的效率。
人体测量学
在中长跑比赛中，运动员的身高和体重差异显著，这些差异对跑步经济性（RE）有重要影响。
体重与氧气摄取量：绝对氧气摄取量和能量消耗随体重增加而增加。为了比较不同体重的运动员，通常将这些指标按体重进行校正。然而，这种线性校正假设的有效性受到质疑，有建议使用非线性缩放来更准确地反映氧气摄取量与体重之间的关系。
体重校正的争议：尽管在广泛的年龄、体重和活动水平范围内，氧气摄取量和体重之间缺乏线性关系，但在大型样本的训练有素的跑步者中，通过绝对体重校正分数比非线性缩放更有效地消除了体重对RE的影响。
身体质量分布：影响RE的不仅是体重，还包括身体质量的分布，如身高、四肢长度、节段质量和体积。研究表明，脚部附加的重量比大腿或躯干上的重量更会增加RE，暗示较大的远端腿质量可能因摆动腿部所需的额外能量而损害经济性。
身体组成与RE：精英东非跑步者通常具有更好的RE，这与他们更纤细的身体形状和较低的腿部周长有关，这减少了摆动腿部所需的能量。
人体测量因素：尽管存在一些相互矛盾的证据，但一些研究发现，优越的RE与更纤细的四肢和苗条的身体有关。跟腱力矩臂的长度，即坐姿时跟骨中心到跟腱的水平距离，是与RE始终有联系的人体测量因素。较短的跟腱力矩臂有助于更好的RE，因为它允许更大的弹性应变能量的存储和释放。
综上所述，跑步经济性受到体重、身体质量分布和组成的影响，以及特定的身体特征，如跟腱力矩臂的长度。这些因素共同作用，影响运动员在跑步时的能量消耗效率。了解这些关系有助于运动员和教练优化训练计划，以提高跑步经济性，从而提高耐力表现。
心肺变量
心肺变量对跑步经济性（RE）有影响，但这种影响相对较小。在一项大规模研究中，只有在特定速度下跑步时的通气量（𝑉E）和心率（HR）与RE显著相关。这表明心肺变量对RE的贡献有限，大约1-2%由心肌工作差异造成，7-8%由通风差异造成。此外，增加训练强度可以改善RE，特别是通过进行长间歇训练或连续跑步，而短间歇训练对RE的改善不明显。RE的改善与亚最大跑步期间通气量的减少密切相关。因此，虽然心肺健康对跑步经济性有一定影响，但这种影响并不是决定性的，其他因素如训练方法和个体的生理条件也在其中起作用。
RE的神经肌肉决定因素
跑步经济性（RE）的神经肌肉决定因素涉及一系列复杂的生理机制，这些机制共同影响运动员在跑步时的能量效率。
肌肉纤维募集策略：这涉及到运动时肌肉纤维的激活模式。有效的肌肉募集策略可以优化肌肉纤维的使用，减少不必要的能量消耗。
肌肉力量产生能力：肌肉产生力量的能力直接影响跑步时的效率。肌肉力量越高，维持给定速度所需的能量可能越少。
肌肉-肌腱单位（MTU）的弹性能量：肌肉-肌腱单位在跑步中发挥着重要作用，它们创造、存储和使用弹性应变能量的能力可以提高跑步效率。这涉及到肌肉和肌腱在每一步中吸收和释放能量的能力，从而减少额外的能量需求。
肌动蛋白-肌球蛋白交叉桥：这些交叉桥的数量决定了产生和维持给定跑步速度所需的肌肉激活和能量产生的水平。更有效的交叉桥循环可以减少能量消耗，提高RE。
这些神经肌肉因素相互作用，共同影响运动员在跑步时的能量消耗。优化这些因素可以通过提高肌肉效率、减少能量浪费和利用弹性能量来提高跑步经济性。因此，训练和运动员的个体差异在跑步经济性中起着重要作用。
肌纤维募集
纤维募集策略对跑步经济性（RE）有着直接影响。随着跑步速度的增加，肌肉激活的数量和频率都会增加，特别是对于双关节肌肉，如腓肠肌、腘绳肌和股直肌。这种增加的肌肉激活导致收缩时间减少，需要更快的肌动蛋白-肌球蛋白交叉桥循环速率，进而增加了能量消耗的速率。因此，RE的测量更应关注能量消耗而非仅是氧气成本，因为能量消耗随速度增加而增加，而氧气成本则是线性的。训练有素的跑步者显示出更小的步幅到步幅变化的EMG活动，这表明他们的运动更为熟练，但尚不清楚这是高训练状态的结果还是原因。
力量产生
力量产生在跑步经济性（RE）中扮演着重要角色。增强肌肉力量可以使肌肉在较低的最大力量百分比下进行收缩，这意味着在跑步过程中，每次肌肉收缩所需的肌肉纤维数量减少，从而可能降低能量需求。尽管耐力跑界曾担心抗阻训练会导致肌肉肥大，进而减少线粒体密度和增加能量消耗，但最新的研究显示，抗阻训练实际上可以显著提高RE，且不伴随明显的体重增加。
此外，跑步到筋疲力尽后，力量产生能力会下降，这可能间接影响RE，尽管这种联系尚未被直接证实。因此，力量训练对于提高跑步经济性是一个有效的策略，它通过优化肌肉收缩的效率来降低跑步时的能量消耗。
肌肉-肌腱单位弹性
肌肉-肌腱单位（MTU）的弹性在跑步经济性（RE）中起着关键作用。跑步可以看作是一系列弹跳动作，其中腿部在着地时像弹簧一样被压缩，并在推离地面时释放能量。MTU的弹性成分在这一过程中储存和释放能量，减少了肌肉工作的需求，从而降低了能量消耗。
具有更高顺从性的肌腱理论上能够储存和返回更多的能量，但实际上，更经济的跑步者往往拥有更僵硬的肌腱。这是因为更僵硬的肌腱可以缩短地面接触时间，并更有效地返回储存的弹性能量。随着跑步速度的增加，MTU的刚度也会增加，这有助于进一步缩短地面接触时间并加快力量产生的速率。
MTU刚度的增加是由于在着地前肌肉的预激活，这有助于吸收冲击力量并产生制动冲量。虽然这种增加的肌肉活动可能会增加能量消耗，但它有助于优化长度-张力和力量-速度关系，使肌肉纤维能够在更节能的条件下产生力量。
MTU的刚度可以通过各种类型的抗阻训练来增加，这可能有助于提高跑步经济性。因此，肌肉-肌腱单位的弹性和刚度是影响跑步经济性的的重要因素，通过训练可以优化这些特性，从而提高跑步效率。
跑步力学
跑步力学与跑步经济性（RE）之间的关系复杂且不完全明确。尽管理论上跑步风格和力学应该直接影响RE，但研究并没有发现一个明确的模式。在大规模且异质的样本中，少数几个变量，如地面接触期间的骨盆垂直振荡、支撑阶段的最小膝关节角度和最小骨盆水平速度，被找到与RE有关联，但它们只能解释RE变异的一部分。这表明虽然跑步力学可能对RE有影响，但这种影响并不直接，且受到多种因素的影响。因此，跑步力学的优化可能有助于提高RE，但它不是唯一的决定因素。
保持RE的能力
跑步经济性（RE）并非在日复一日的基础上保持稳定，而是会因疲劳而恶化。长时间连续跑步、5公里跑和间歇训练后，RE都可能出现下降。RE的多因素性质使得确定RE下降的具体原因变得复杂。虽然疲劳引起的步态变化看似是显而易见的原因，但这些变化似乎与RE的变化无关。实际上，RE的下降可能更多地与神经肌肉因素有关，如增加肌肉纤维募集、减少弹性应变能量的储存和使用、降低肌肉-肌腱单位的刚度以及肌肉力量的减少。此外，离心肌肉耐力与RE的下降之间存在负相关关系，即更好的离心肌肉耐力可能导致RE下降较少。这些变化表明，对重复冲击力量的耐受性降低和拉伸-缩短循环功能的丧失可能是疲劳时RE下降的主要原因。尽管保持RE与比赛表现之间的联系尚未被充分研究，但保持RE可能是中长跑表现的一个重要决定因素。
