为什么说呼吸训练是长跑运动的安全“兴奋剂”？

文摘体育 2022-11-21 10:28 美国

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作者毕业于清华大学，美国电子工程博士，美国认证心理催眠师，具有十几年马拉松参赛经历。现从事催眠心理学治疗研究和公司管理工作。目前居住美国波士顿地区。

图1 清晨6:30队友们在山顶合影

前不久，本人随一群清华校友登上了海拔5895米的非洲屋脊乞力马扎罗顶峰（图1）。

图2 登顶纪念衫

这个山顶的大气压只是海平面的49%。

在之前的心肺训练中，我有机会学习和实践了高山呼吸的科学方法，对无氧登顶过程帮助很大。联想到这些方法也应该对长跑有帮助，于是我花了点时间进行调研。

呼吸既是身体自主行为也是意识可以控制的动作。几千年来，控制呼吸是气功瑜伽等传统功夫达到修身养生的重要手段。传统哲学认为，“如果你可以控制呼吸，你便可以控制生命”。

运动科学界开始重视和研究呼吸方法对运动体能的影响只是近些年的事。

2011年，英国朴茨茅斯大学Lomax博士做的研究表明，独立的呼吸系统训练和预热可以使测试者的运动体能提高15%以上(1)。这可比任何合法跑鞋的作用大多了，而且是免费的。

下面我简单介绍一下原理和方法。

呼吸系统在人体动力转换中的作用

笔者在《夏天高温对跑步有多大影响?》一文中介绍了无氧和有氧运动的不同能量转换机制。这里我们将重点讨论有氧运动。

图3高度概括了有氧运动中的人体动力学原理：葡萄糖和氧气在细胞里“燃烧”产生能量，同时生成副产品二氧化碳，水和热能。

图3 葡萄糖与氧气是缺一不可的“燃料”。

葡萄糖主要靠运动前从食物中摄入和存储。氧气则需要在运动中通过呼吸系统及时获取。

呼吸循环系统由心肺，血管和神经组成，是生命存在的基础。吸进肺里的氧气主要靠血管里的红血球运送到全身的细胞。同时细胞也把代谢垃圾二氧化碳扔给红血球带到肺里排出。

如果用火车来比喻携带氧气的红血球，细胞从火车上接受的氧气数量在一定程度上跟细胞内二氧化碳浓度成正比。没能被细胞吸收的氧气会原封不动地被环行火车带回到肺部呼出。

在肺部一端，肺泡从火车上回收二氧化碳的数量也受肺里氧气浓度的正比影响。

图4 人体吸入及呼出气体成分

图4是所有教科书里公认的测量数据，人体呼出气息中氧气减少的比例跟二氧化碳增加的比例相当。

人体对二氧化碳的浓度比较敏感，过低或过高都会造成功能障碍，对氧气浓度反而比较迟钝。血液中二氧化碳的浓度是由传感神经实时监测并通过负反馈控制呼吸行为来维持平衡的。

换句话说我们憋气的感觉是因为血液中有过多的二氧化碳需要排出，并不一定是缺乏氧气。这就是为什么我们在跑步中都强调呼气。只有及时呼出二氧化碳才会有效减轻气短的感觉。

呼吸系统具有资源分配优先权

人体的呼吸行为靠一整套肌肉群来完成，其中横膈膜是主要呼吸肌（图5）；腹肌，肋间肌和肩胛肌等属于辅助呼吸肌（图6）。呼吸肌肉群的耗氧量占全身耗氧量的16%左右（1）。

图5 横膈膜肌纤维在吸气时缩短下压，呼气时放松回升

图6 肋间及肩胛肌群

Lomax团队做的另一项研究揭示(2), 当传感神经监测到呼吸肌肉群有疲劳迹象时（功能下降19%以上）会采取收缩四肢血管等措施减少非刚需部位的供血，以保证呼吸系统的正常运行。离心肺越远的肌肉群，疲劳得越快。这就是为什么很多人在马拉松比赛中小腿总是最先抽筋。

在他们的试验中，参与者只进行了4周单项呼吸训练。所以Lomax认为独立呼吸训练可以使体能增加15%是比较保守的数据。多项研究显示呼吸训练对体能提高的幅度还有更大空间。

训练呼吸肌肉群的几种方法

呼吸肌肉群训练的宗旨是在安全范围内改变对体内二氧化碳浓度的敏感程度，同时锻炼横膈膜肌肉，提高呼吸效率。

下面介绍的锻炼方法除非特别说明都是在坐姿或仰卧体位下进行。

腹式呼吸（Belly Breathing）

所有刚出生的婴儿都是用腹式呼吸。你会看见他们的腹部随呼吸起落。由于某种原因，成年以后绝大部分人都改成了只用胸腔的浅呼吸。

因为肋骨的限制，胸腔呼吸的换气效率不高，运动中急增的氧气需求容易使相对细小的辅助呼吸肌群产生疲劳。

腹式呼吸是最大限度地降低横膈膜增加肺活量的呼吸，同时能够有效地锻炼横膈膜肌肉（图7）。养成腹式呼吸习惯可以大幅提高呼吸效率。

图7 腹式呼吸启用横膈膜和腹肌

具体方法是，

把一只手放在腹部，另一只手放在胸口。
用鼻腔吸气时想象把气吸到肚脐下方的丹田并感觉腹部自然隆起，同时胸部静止不动。
用鼻腔呼气时腹部收缩，胸部仍然没有变化。

开始时每天三次，每次做30个。熟悉以后可以在慢跑中进行尝试，直到形成习惯。

瑜伽里的火呼吸（圣光调息法）是通过快速收缩腹肌呼气的腹式呼吸方法，可以很好地达到锻炼横膈膜的作用。网上有很多视频演示具体做法，这里我就不再赘述。

四方呼吸法（Box Breathing）

四方呼吸法（4）主要是锻炼提高对二氧化碳浓度的忍耐阈值。

具体做法是，采用腹式呼吸法，从鼻腔吸气时数4下，憋住数4下，呼气4下，再憋住4下为一个周期（图8）。每天三次，每次做30个周期。

顺便提一下，道家做任何重复动作都强调要做36的整数倍次。不要问我为什么。你信的话，前面的次数都改成36即可。

图8 四方呼吸法因示意图形状而得名

这个训练的目的是逐渐增加每一段的长度到5下，6下甚至更长，在过程中感觉到气短的不适在减少。

跑步中的呼吸方法

前面介绍的都是静态的呼吸训练方法。也许你会问，跑步中该怎样优化呼吸呢？

2022年3月，奥地利萨尔斯堡大学运动科学系的研究人员在《生理学前沿》（Frontiers in Physiology）学术杂志上发表了一篇研究报告（3）。这篇文章在综合分析了人体呼吸研究成果的基础上给跑步爱好者们总结出以下几个建议。

换气应该交替落在两只脚上

研究表明，换气时呼吸肌肉不稳定，内脏器官会受到触地反冲力的挤压和摩擦。换气总是发生在一只脚落地时刻容易造成身体单侧受伤。

这个问题可以通过调整呼吸与步频的关系来解决。具体来说就是在一个呼吸周期里完成奇数迈步。比如，5步呼吸（图9）：两步吸，三步呼；或者7步呼吸，三步吸，四步呼等。这样便可以做到两只脚平衡分担换气时触地的冲击力。

图9 5步呼吸图解

放慢呼吸频率

呼吸频率跟呼吸深度成反比。配合腹式呼吸，练习放慢呼吸频率可以有效增加呼吸深度，减缓呼吸系统疲劳的速度。比如从3步呼吸调整到5步，7步呼吸。

主动并延长呼气

前面介绍过，主动收腹呼出二氧化碳可以有效改善气短的感觉。同时腹肌收缩也有助于跑步过程中稳定内脏器官，达到减少受伤的目的。

另外，人体的吸气和呼气的行为是受不同的自主神经系统控制。焦（交）感神经管吸气，负焦（副交）感神经负责呼气。后者是主管人体滋养和放松的神经系统。延长呼气时间有助于减轻跑步的负荷感，提高整体运动表现。

结束语

我写这篇短文的目的主要是给跑友们介绍一下运动科学领域对呼吸潜能的研究现状。这方面的研究和开发才刚刚开始，各种结论还不一定成熟。

我个人过去两年的尝试经验是，长跑中的呼吸可优化的空间非常大，改变和训练都比较容易。调整呼吸给我带来的一个好处就是在马拉松比赛中可以避免抽筋的烦恼。

欢迎跑友们一起来尝试，让跑步变得更加愉快和有趣。

参考文献：

Lomax M, Grant I, Corbett J. Inspiratory muscle warm-up and inspiratory muscle training: separate and combined effects on intermittent running to exhaustion. Journal of Sports Sciences. 2011;29(6):563–9
McConnell, A.K., and Lomax, M. 2006. The influence of inspiratory muscle work history and specific inspiratory muscle training upon human limb muscle fatigue. J. Physiol. 577: 445–457
Eric Harbour, Thomas Stöggl, Hermann Schwameder and Thomas Finkenzeller: Breath Tools: A Synthesis of Evidence-Based Breathing Strategies to Enhance Human Running. March 2022, Frontiers in Physiology vol13 artcl 813243
https://unityperformancelab.com/mindset/how-breathwork-can-boost-your-athletic-performance
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