测量和讨论第二阈值在耐力运动员中越来越流行
这个数值已经成为训练计划制定、进展跟踪和负荷监控的核心指标。
第二阈值到底是什么？它有什么作用？如何测量它？
什么是第二阈值?
第二阈值标志着高强度区间和极高强度区间之间的分界线（Jones, Andrew M et al., 2019）（图 1）。
也就是说，乳酸的反应在第二阈值以下或以上是不同的。
在极高强度区间, 我们的血液中会积累乳酸，血乳酸浓度升高。虽然乳酸本身并不是坏事，但它与导致疲劳出现的代谢产物（H+、Pi、ADP）的积累高度相关。
因此，测定这个乳酸积累阈值主要是为了了解导致疲劳的代谢产物保持稳定的功率水平（Jones, Andrew M et al.,2008）。
这就是为什么第二阈值被认为是众多耐力项目中表现的关键决定因素。
它也代表超过这个功率或速度后，随着时间推移，我们会不可避免地接近 VO 2 max。
这实际上是可维持稳定状态的最大功率或速度（图 2）（Jones, Andrew M et al.,2008）。
图 2. 代谢平衡在第二阈值以下或以上是不同的（Jones, Andrew M et al.,2008）。
然而实际上，这个功率更像是一个过渡阶段，而不是一个明确的阈值（Pethick, Jamie et al., 2020）。
为什么测定第二阈值很重要？
了解你在第二生理阈值的配速或功率是对最大有氧功率（PMA）或最大有氧速度（VMA）的重要补充，用于规划和监测训练带来的适应性变化。
事实上，在训练区间定义中使用的锚点越多（第一阈值、第二阈值、PMA、Pmax 等），训练课程的制定和分析就越精确（图 3）。仅有 PMA 是不够的。
此外，不同个体在第二阈值相对于 PMA 的位置上通常存在很大差异，采用统一的百分比，例如 PMA 的 80%，是有风险的。每个人的生理特征不同。
要进行第二阈值的专项训练，最好是直接测定这个第二阈值。
这种类型的训练课程非常有价值，因为在第二阈值强度下，我们可以积累大量的训练负荷而产生很少的疲劳。训练效益极高。
第二阈值也经常用于确定训练课程的负荷，如 TSS（训练压力分数）。因此，第二阈值必须定期校准。
图 3（A & B）. 示意图展示了使用 PMA 或 VMA（A）作为唯一锚点（基于强度和时间之间存在线性反比关系），以及使用多个锚点（LT 1、LT 2、PMA、Pmax）来定义个体化的功率-时间关系。
第二阈值的生理基础
从乳酸的角度来看，第二阈值是乳酸产生率等于清除率的点（图 4）。
清除是指机体消除/代谢血液中物质的能力。乳酸清除因此对应于机体消除/代谢乳酸的能力。
图 4. 第二阈值是乳酸产生和清除之间的理论平衡点
在第二阈值附近，任何强度的降低都会使血乳酸水平下降（清除超过产生）。
而强度的增加将导致乳酸以非线性方式积累（产生超过清除）。
让我们更深入地研究这两个关键因素：产生和清除...
乳酸的产生
乳酸在任何时候都由身体产生，即使在休息时也是如此，因为能量不断通过 3 个系统转化（线粒体呼吸、糖酵解系统和磷酸原系统）（图 5）。
图 5. 不同能量系统之间的相互作用是连续的
随着需要越来越多的 ATP（三磷酸腺苷，身体的能量货币）来满足功率增加的需求，糖酵解系统的贡献也随之增加。
糖酵解系统的最终产物是乳酸，因此其产生量增加。
对于相同的功率，你的乳酸产生量的减少将来自有氧系统（线粒体呼吸）更强的脂肪氧化能力，从而提供更大比例的能量需求，减少对糖酵解系统的依赖和能量产生需求。
VLaMax（最大乳酸产生率）有时用于指示运动员产生乳酸的倾向。
乳酸的清除
乳酸清除对应于机体消除/代谢乳酸的能力。
清除产生的乳酸（更重要的是，清除与疲劳出现相关的相关代谢产物）涉及将乳酸从收缩的肌纤维转运到其他部位，在那里它要么在线粒体中被氧化，要么用于一个叫做糖异生的过程，即乳酸重新转化为葡萄糖/糖原。
然而，乳酸的氧化在运动期间对乳酸清除的贡献最大，而不是糖异生。
一些导致乳酸转运改善的适应似乎是由大量低强度训练引起的。
然而，其他适应似乎只能通过高强度间歇训练来刺激，这种训练反复使肌肉暴露于高水平的乳酸，并考验身体转运和利用乳酸的能力。
低强度和高强度训练都是改善乳酸清除所必需的。
除了乳酸的转运，线粒体中乳酸的利用也影响其清除。
利用因素主要取决于线粒体密度、I 型纤维的比例和毛细血管密度。这就是为什么我们在具有高比例 I 型纤维和高毛细血管密度的运动员中发现更高的第二阈值和更长的维持时间（Mitchell, Emma A et al., 1985；Coyle, E F et al., 1988；Coyle, E F et al., 1991）。
第二阈值的测定方法
MLSS
测定第二阈值的金标准方法是 MLSS（最大乳酸稳态，Maximal Lactate Steady State）。
该方案要求运动员以恒定功率运动 30 分钟，在 10 分钟和 30 分钟时测量血乳酸浓度（图 6）。
如果血乳酸浓度增加超过 1 mmol/L，生理反应被认为是不稳定的；如果没有超过，反应被认为是稳定的。
该方案在几天内以几个不同的功率重复进行，观察到血乳酸稳定的最高功率被定义为第二阈值。
该方案的主要缺点是需要多天的测试才能得出一个估计值。
阶梯测试
图 7. 短阶梯测试方案
阶梯测试可以通过几种方式进行，要么使用短阶梯（3 分钟或更短，图 7），要么使用长阶梯（6 分钟或更长，图 8）。
图 8. 长阶梯乳酸测试，每个阶梯之间有休息间歇
如果你仅通过血乳酸浓度测定阈值，不建议使用短阶梯。
事实上，血乳酸浓度对应于功率水平存在一个小的延迟。因此，阈值会被高估。相反，如果阈值是通过气体交换测定的，短阶梯是合适的。
要进行乳酸测试，需要长阶梯，至少 6 分钟。
血乳酸浓度在每个阶梯结束时测量。如果你必须重复血乳酸测量并暂停测试，结果不会受到这个暂停的影响，因为阶梯足够长，乳酸水平可以稳定，因此不会受到起始乳酸值的影响。
然后可以通过几种方式测定乳酸阈值 2。
要么通过数学模型（ModDmax 是不同模型中最可靠的方法（Jamnick, Nicholas A et al., 2018）），要么使用固定的血乳酸浓度（4 mmol/L），要么目测（第二个拐点）。
使用 4 mmol/L 要小心，这是基于人群平均值的估计，因此不会给出个性化的第二阈值数值。
4 mmol/L 阈值主要对耐力训练非常充分的运动员有问题，因为他们的有氧系统非常发达，在所有强度下血乳酸浓度都很低。
目测时，第二个拐点对应于曲线上的点，从该点开始，血乳酸浓度开始相对于运动强度呈指数增长。
通气阈值 2（斜坡测试）
图 9. 斜坡测试
许多实验室进行斜坡测试来测量阈值。
在这些测试中，功率每分钟增加固定量（图 9），运动员尽可能长时间地坚持。
这种类型的方案只适合使用气体交换测量的测试，我们将其称为通气阈值 2（Ventilatory Threshold 2, VT 2）。
在第一阈值以上，随着功率的增加，代谢需求增加，糖酵解系统因此变得更加活跃，乳酸产生增加。
尽管代谢需求增加，质子 H+ 数量的增加最初被最小化，主要（约 65%）归功于碳酸氢盐缓冲系统、红细胞中的血红蛋白（约 30%）和血浆中的蛋白质和磷酸盐（约 5%）（Calvo, Jorge Lorenzo et al., 2021）。
碳酸氢盐缓冲系统的反应导致 CO 2 的形成，这是在有氧系统产生的 CO 2 之外额外产生的。
因此，这增加了流向肺部的 CO 2，导致通气量增加以呼出额外的 CO 2。这种反应能够最小化质子 H+ 的细胞内和细胞外增加，即环境酸度的增加（Stringer, W et al., 1992）。
然而，在 VT 2 水平，碳酸氢盐缓冲系统不再能够应对质子 H+ 产生的持续增加。
这导致质子 H+ 的逐渐积累，即代谢性酸中毒的发展（Wasserman, Karlman et al., 2011）。
此时，通气量（VE）相对于二氧化碳排出量（VCO 2）和氧气摄取量（VO 2）的增加都急剧上升。
然后我们将通过 VE/VCO 2 比率（图 10）和 VE/VO 2 比率（图 11）的拐点识别 VT 2。
以这种方式测定的第二阈值会略微高估第二阈值的功率（根据 MLSS 方法测定）（Caen, Kevin et al., 2021）。
那么 VT 2 会接近临界功率吗？
鉴于阈值不是精确的边界，MLSS 将是第二阈值的下限，而 VT 2 或临界功率则是上限。
图 10. VT 2（红线）被识别为 VE/VCO 2 比率的拐点
图 11. VT 2（红线）被识别为 VE/VO 2 比率的拐点
注意： 避免在没有生理测量的情况下使用斜坡测试来估计你的阈值。在室内训练台上进行时，这些测试使用达到的最终功率的百分比（约 75%）来估计第二阈值。然而，不同类型的运动员有非常不同的生理特征。有些人的阈值相当接近 VO 2 max（我们在许多铁人三项运动员中看到这种类型的特征），而其他人在阈值和 VO 2 max 之间有更大的"储备"（通常是那些参加短距离比赛的人）。因此，这些斜坡测试可能会给出第二阈值的错误估计。
临界功率
临界功率（Critical Power, CP）不是生理测量，而是一个允许估计第二阈值的数学模型（Poole, David C et al., 2016）。
图 12. 临界功率的建模
计算相当简单：在功率-持续时间曲线上进行 ax + b 类型的线性回归。临界功率被定义为该曲线的渐近线。
功率-持续时间关系是从 2 到 5 次约 2 到 20 分钟的最大测试构建的。
最近，使用训练数据而不是特定测试来估计临界功率已被研究，结果令人失望。
相反，从比赛中收集的数据可能足以建模临界功率（Spragg J and Leo P., 2020）。
如果我们将临界功率与 MLSS 进行比较，似乎 CP 会高估第二阈值（图 13，Pringle and Jones., 2002）。
图 13. CP 平均高估 MLSS 20 瓦（Maturana et al., 2016）
最近，Maturana 和他的同事（Maturana et al., 2016）证明 CP 平均高估 MLSS 20 瓦（基于阈值约 255 瓦的受试者）。
这是 8% 的高估。虽然这看起来不多，但如果你的骑行功率比 MLSS 高 20 瓦，这将导致血乳酸浓度持续增加，过早疲劳，因此维持时间更短。
值得注意的是，临界功率也可以通过一次 3 分钟的测试来估计。
该测试包括三分钟的"竭尽全力"运动，即不进行配速管理。从冲刺开始，临界功率被定义为测试最后 30 秒的平均功率（Burnley, Mark et al., 2006）。
然而，"3 分钟竭尽全力"测试倾向于高估训练有素运动员的临界功率，因此不建议这类人群使用这个测试。
FTP
功能阈值功率（Functional Threshold Power, FTP）可能是第二阈值测定中最流行的方法。
FTP 的概念源于研究，这些研究显示 60 分钟计时赛的平均功率与 40 公里公路计时赛表现相对于第二乳酸阈值之间存在强相关性（Coyle, E F et al., 1988；Coyle, E F et al., 1991）。
理论上，FTP 因此指的是可以维持 60 分钟的最大功率。
由于需要进行一小时的计时赛测试，提出了 20 分钟的测试作为替代方案，其中 20 分钟平均功率的 95% 被认为是 FTP（Allen and Coggan, 2006）。
然而，这个系数并非基于科学研究。最近的研究表明，20 分钟功率的 90% 是 60 分钟功率的更好估计（MacInnis, Martin J et al., 2018）。
最近的研究将 FTP 与传统的第二阈值测量进行了比较，不幸的是测量之间的一致性很差（Borszcz, Fernando Klitzke et al., 2018；Klitzke Borszcz, Fernando et al., 2019；Inglis, Erin Calaine et al., 2019；Jeffries, Owen et al., 2021； Lillo-Beviá, José Ramón et al., 2022；Morgan, Paul T et al.,2019）。
这并不令人惊讶，因为20 分钟 FTP 测试是 60 分钟平均功率的估计，而 60 分钟平均功率本身又是第二阈值的估计。
此外，第二阈值和 60 分钟平均功率之间的联系在群体平均水平上可能是真实的。
然而在个体水平上，**第二阈值的维持时间变化很大。**维持时间实际上是一个可训练的因素，对大多数耐力项目非常重要。
最优秀的运动员有超过 60 分钟的维持时间，相反，初学者运动员的维持时间通常少于 45 分钟。
最后，似乎FTP 可能掩盖训练周期带来的生理适应（Inglis, Erin Calaine et al., 2019）。
Murias 博士团队进行的这项研究表明，在训练周期之后，根据标准方案测量的 MLSS 有所提高，但从 20 分钟测试得出的 FTP 却没有变化。
鉴于 20 分钟测试需要最大努力，因此需要非常高的动机，动机因素可能会影响结果，特别是如果运动员必须在每个周期后进行 20 分钟测试。
相反，MLSS 测试不需要最大努力，因此可以更定期地重复，从而能够建立训练周期带来的生理适应的可靠跟踪。
此外，20 分钟测试也可能受到配速策略的影响，而 MLSS 测试则需要预先设定固定功率。
DFA-alpha 1
一种新的运动期间心率变异性（HRV）分析方法可以精确和个性化地测定阈值（Rogers, Bruce et al., 2021；Mateo-March, Manuel et al., 2022）。
这种方法，DFA-alpha 1 指数（去趋势波动分析的 alpha 1），分析每次心跳之间时间波动的相关性。
随着运动强度的增加，DFA-alpha 1 从中等强度运动期间远高于 1.0 的数值（数据高度相关）下降，在第一阈值附近从中等强度到高强度运动转换期间降至 0.75，然后进一步下降到低于 0.5（数据不相关，呈现随机模式），超过第二阈值后更是如此（Rogers B et al., 2021）。
为了更好地理解"相关性"的概念，可以用随机游走来比喻。
想象一个行走者，每走一步，行走者可以选择向左或向右走。如果行走者做出的选择不是随机的，而是基于之前发生的模式（一系列向左或向右的选择），那么这个模式被描述为"相关的"（DFA a 1 约为 1.0），因为未来的模式基于过去的序列。
然而，如果每个新选择都以相等和随机的概率向左或向右走，这就是一个"不相关"的模式（DFA a 1 约为 0.5）。
DFA a 1 随运动强度下降的潜在机制似乎与自主神经系统的平衡以及两个主要部分（即副交感神经和交感神经）的复杂相互作用有关（Gronwald et Hoos, 2020）。
这种方法的最大优势是可以在训练期间实时测定第二阈值。
因此，实时监测 DFA-alpha 1 可以帮助以正确的强度进行训练。
然而，我们不能完全依赖这种方法，因为统一的阈值标准（0.75 和 0.5）似乎在个体水平上并不适用。
此外，有一部分人群的 DFA-alpha 1 指数无法使用（曲线平坦或在运动开始时指数就下降）。
总结
- 测定第二阈值的最佳方法是 MLSS 测试
- 短阶梯测试（每个阶梯少于 6 分钟）或仅测量血乳酸浓度的斜坡测试不可靠
- 长阶梯测试（每个阶梯超过 6 分钟）仅测量血乳酸浓度是可靠的
- 测量气体交换的斜坡测试对于测定第二阈值是可靠的，前提是阈值由经验丰富的运动表现专家手动确定
- FTP 不是可靠的方法
- 临界功率是可靠测量方法中最容易获得的。然而，它倾向于高估你的第二生理阈值，因此在确定训练强度时要谨慎
- 标准的 DFA-alpha 1 可以指导训练，但存在个例
想要提高你的第二阈值吗？
你的第二阈值越高，你的表现就越好。
与很快达到平台期的 PMA 不同，你在第二阈值上有很大的进步空间。
下期我们展开来说一个案例。
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