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博能(Polar)可穿戴运动技术先锋白皮书

中文游泳文献 2025-7-2 15:16 6人浏览 0人回复
摘要

目录引言 - 1为何测量训练负荷 - 1训练负荷专业版介绍 - 13.1 心血管负荷 - 13.2 肌肉负荷 - 23.3 主观感知负荷 - 33.4 比较不同训练负荷 - 43.5 训练负荷与训练负荷等级 - 53.6 应变与耐力 - 63.7 受伤和患病风险 - ...

目录

  1. 引言 - 1
  2. 为何测量训练负荷 - 1
  3. 训练负荷专业版介绍 - 1
    • 3.1 心血管负荷 - 1
    • 3.2 肌肉负荷 - 2
    • 3.3 主观感知负荷 - 3
    • 3.4 比较不同训练负荷 - 4
    • 3.5 训练负荷与训练负荷等级 - 5
    • 3.6 应变与耐力 - 6
    • 3.7 受伤和患病风险 - 7
    • 3.8 心血管负荷状态 - 7
  4. 有效性 - 10
  5. 局限性 - 10
  6. 术语表 - 11
  7. 参考文献 - 10

在过去几十年里,心率一直是客观量化训练负荷最常用的指标。然而,包括全球定位系统(GPS)、加速度计和功率传感器在内的新型可穿戴技术带来了各种新的可能性。虽然在某些运动中,使用心率测量训练负荷仍是首选方法,但在其他运动领域,运动员和教练更倾向于基于功率指标(如在自行车运动中),或通过结合心率与距离、速度、加速度追踪(如在跑步、游泳和团队运动中)来量化训练负荷。此外,近期的文献强调了将主观感受纳入定义训练负荷和恢复过程的益处。【1,2】 

迄今为止,量化训练负荷尚无金标准。国际奥委会(IOC)最近发布的一份关于运动负荷与受伤风险的共识声明  建议,应采用与每项运动本质相关且特定的内部和外部负荷指标。“外部负荷”是指施加给运动员的任何外部刺激,其测量与运动员的内部特征(如体能、年龄、性别和身体成分)无关。相比之下,“内部负荷”涵盖了为实现外部负荷所需的生理和心理反应。 这些反应因人而异,取决于生理特征(如健康水平、训练背景、年龄、性别、身体成分)和环境因素(如在高海拔或高温环境下运动需付出更多努力)。 

遵循国际奥委会的建议,博能训练负荷专业版(Polar Training Load Pro)整合了内部和外部训练负荷指标,而非依赖单一方法。选定的内部负荷测量指标包括心血管负荷(基于心率测量)和主观感知负荷(基于主观用力程度评级)。在外部因素方面,训练负荷通过肌肉负荷进行量化,肌肉负荷由总功率输出决定。此外,博能训练负荷专业版的用户还可以监测其他外部负荷指标,如训练时间、频率、类型、速度和距离。 

2. 为何测量训练负荷

博能训练负荷专业版为用户提供以下能力:

  • 量化和监测心血管系统和肌肉骨骼系统承受的压力,以及用户对训练课程的主观感受。
  • (训练后)将本次训练课程与之前的进行比较。
  • 对比博能提供的不同训练负荷指标,以跟踪训练进展并及早发现疲劳迹象(详见 3.4 节)。
  • 分析训练模式,例如确定哪些训练阶段或训练周更具挑战性,哪些相对轻松。

1. 引言

在过去几十年里,心率一直是客观量化训练负荷最常用的指标。然而,包括全球定位系统(GPS)、加速度计和功率传感器在内的新型可穿戴技术带来了各种新的可能性。虽然在某些运动中,使用心率测量训练负荷仍是首选方法,但在其他运动领域,运动员和教练更倾向于基于功率指标(如在自行车运动中),或通过结合心率与距离、速度、加速度追踪(如在跑步、游泳和团队运动中)来量化训练负荷。此外,近期的文献强调了将主观感受纳入定义训练负荷和恢复过程的益处。

迄今为止,量化训练负荷尚无金标准。国际奥委会(IOC)最近关于运动负荷和受伤风险的共识声明建议,根据每项运动的性质,使用相关且特定的内部和外部负荷指标。“外部负荷” 指施加给运动员的任何外部刺激,其测量与运动员的内部特征(如健康状况、年龄、性别和身体成分)无关。相比之下,“内部负荷” 涵盖了实现外部负荷所需的生理和心理反应。

3. 训练负荷专业版介绍

3.1 心血管负荷

描述

心血管负荷通过心率测量,它反映了一次训练课程中心脏的反应。

使用优势

用户可以评估和比较所有可获取心率记录的运动项目中的心血管负荷,并将这些数据用于训练计划制定和分析。

心血管负荷考虑了日常运动所需努力程度的变化。这些变化取决于多种因素,如水分和营养状况、健康水平、疲劳程度、情绪和环境条件,而肌肉负荷并未考虑这些因素。

计算与解读

心血管负荷通过训练冲量(TRIMP)计算得出,这是一种广泛使用且被科学认可的量化训练负荷的方法。该计算考虑了训练课程的持续时间和强度,可应用于所有能获取心率记录的运动项目。

计算 TRIMP 有多种公式。通过对科学家和专业人士的调查,我们发现传统的 Banister TRIMP 公式仍是首选方法。TRIMP 每秒计算一次,然后得出总和(图 1)。加权因子基于递增运动过程中心率与血乳酸之间的关系。

图 1:用 Banister 方法计算 TRIMP;  HR(t):在给定时间的心率  HR(rest):静息心率(来自用户设置) HR(max):最大心率(来自用户设置)eq1适用于男性,eq2适用于女性

心血管负荷越高,训练课程对心血管系统的压力就越大。由于 TRIMP 取决于用户的特征,如静息心率、最大心率和性别,即使不同用户以相同的心率和持续时间进行运动,他们的 TRIMP 值也可能略有差异。

对于相同的外部负荷(如后文所述的肌肉负荷),健康水平较高的运动员与健康水平较低的运动员相比,TRIMP 值更低。这是因为他们在进行相同运动时心率更低。

局限性

使用 Banister TRIMP 主要有两个局限性。首先,在高强度短时间爆发(无氧供能)的运动项目中,如力量训练和某些团队运动,使用心率来量化训练负荷存在众所周知的局限性。其次,该公式依赖通用的加权方程进行建模,仅区分了男性和女性。显然,性别并非导致运动员之间差异的唯一因素。因此,TRIMP 计算可能无法考虑到所有影响训练负荷的个体差异。

3.2 肌肉负荷

描述

博能的肌肉负荷指标是一种外部负荷测量指标,用于表示运动过程中产生的机械能(千焦)。它反映的是你的能量输出,而不是产生该能量输出所需的能量输入。功率测量是一种广泛使用且被科学认可的量化训练负荷的方法。

使用优势

  • 用户可以评估训练过程中肌肉骨骼系统的工作情况,并将这些数据用于训练计划制定和训练分析。
  • 无论地形如何(如爬坡或下坡),都可以比较不同训练课程中肌肉骨骼系统的工作情况。而使用速度或距离作为外部测量指标则无法进行这种比较。
  • 由于肌肉负荷是通过功率测量的,它几乎能立即对工作速率的增加做出反应。这使得它特别适合间歇训练,因为与心率相比,它的反应时间更快,心率可能需要几分钟才能达到稳定状态。
  • 肌肉负荷的测量范围要广泛得多。肌肉负荷可以测量有氧和无氧运动强度,而心率的测量范围仅限于有氧运动强度。

计算与解读

肌肉负荷因运动项目而异,因为每个运动项目使用的肌肉不同,所以不同运动项目之间的肌肉负荷无法进行比较。在有功率数据的运动项目中会提供肌肉负荷数据,其计算公式为:肌肉负荷 = 训练课程期间的平均功率 × 训练课程持续时间。

这需要直接测量功率(例如通过自行车功率踏板),或者根据生物力学公式估算功率。

对于个人而言,肌肉负荷越高,训练课程对肌肉骨骼系统的压力就越大。然而,根据用户的健康水平以及许多其他因素,包括水分和营养状况、情绪和环境条件,相同的肌肉负荷可能伴随着高或低的主观用力感受或心率。

局限性

肌肉负荷没有考虑运动所需的努力程度。在比较同一用户的肌肉负荷测量值时,需要注意的是,达到相同功率(无论是平坦地形上的绝对功率,还是爬坡时的功率体重比)所需的努力程度,取决于健康水平、疲劳程度、环境条件(如海拔或温度)等因素。

3.3 主观感知负荷

描述

训练负荷最常用且最简单的测量方法之一是主观用力程度(RPE),这是一种对主观运动负荷的测量。博能的主观感知负荷指标由训练课程的 RPE 值和持续时间得出。

RPE 被定义为一种内部负荷测量指标,是一种在各种运动类型中量化运动训练的有效方法。它在团队运动中尤为常见,多项研究也表明,它在力量训练的训练负荷计算中也很有用。

使用优势

用户可以评估和比较所有运动项目中的主观感知负荷,并将其用于训练计划制定和分析。

计算与解读

主观感知负荷使用以下公式计算:主观感知负荷 = RPE × 持续时间。

主观感知负荷越高,训练课程对用户来说就越费力。主观感知负荷在不同个体之间和个体内部都具有可比性。

用户在训练课程结束后,使用 1 到 10 的量表输入他们的 RPE 值(图 2)。(图 2:训练课程 RPE 量表)

局限性

主观感知负荷是一种主观测量指标,因此可能会受到用户的影响。主观用力感受也可能是心血管和肌肉努力的综合结果,因此无法区分不同的生理系统,而区分不同生理系统对于优化训练是有益的(例如在游泳或划桨运动中,腿部的肌肉负荷较高)。

3.4 比较不同训练负荷

描述

如前所述,功率测量的是肌肉所做的功,与努力程度无关(外部负荷测量指标),而心率和 RPE 是产生功率所需努力程度的测量指标(内部负荷测量指标)。比较内部和外部测量指标,以及研究 RPE 和心率之间的关系,为监测训练提供了有价值的新方法。

使用优势

如果有功率和心率数据,用户可以在每次训练课程后跟踪特定运动项目的表现进展。

计算与解读

例如:一名跑步者想要检查经过十次训练课程后的跑步表现进展。假设他们生成了如表 1 所示的数据:

表 1:10 次训练课程的数据

训练课程
平均心率(bpm)
平均功率(W)
平均心率 / 平均功率比
1
178
385
0.462
2
150
330
0.455
3
132
291
0.454
4
138
305
0.452
5
144
326
0.442
6
168
385
0.436
7
180
415
0.434
8
160
378
0.423
9
130
310
0.419
10
155
380
0.408

每次跑步课程的平均心率与平均功率之比可以绘制成图 3。该比值越低,达到训练表现(在本示例中以训练课程的平均功率衡量)所需的努力程度(以训练课程的平均心率衡量)就越小,这表明跑步表现有所提高。另一方面,平均心率 / 平均功率比的增加则表明亚极量跑步表现下降。

图 3:通过平均心率与平均功率之比衡量的十次训练课程中跑步表现的提升。该比值越低,表现越好

此外,比较 RPE 和心率也可能会有帮助,因为在生病前,这些变量之间的 “正常” 关系可能会反转。

局限性

水分、温度、情绪、睡眠质量和营养等变量对心率和 RPE 都有正向和负向影响。因此,除非在可比条件下进行测量,否则平均心率与平均功率比的变化不一定是由健康水平下降引起的。

3.5 训练负荷与训练负荷等级

描述

博能的训练负荷功能量化了单次训练课程的强度,并使不同的训练课程具有可比性。该功能分别计算并呈现三个训练负荷指标:

  • 心血管负荷(基于心率)
  • 肌肉负荷(基于功率)
  • 主观感知负荷(基于主观用力程度)

博能训练负荷专业版会显示这三个负荷的绝对值(图 4)。为了让每个绝对值更容易理解,用户还可以看到他们的心血管、肌肉和主观感知负荷相对于自己之前负荷的 1 - 5 级相对等级。这些相对训练负荷被称为心血管负荷等级、肌肉负荷等级和主观感知负荷等级。

图 4:博能训练负荷专业版在博能 Flow 移动应用程序中的视图。每个负荷都以绝对值和 5 级量表(带有圆点和文字说明)的形式显示

使用优势

  • 用户可以使用绝对值进行训练计划制定和训练分析。
  • 训练负荷等级帮助用户更好地理解绝对训练负荷数值,因为负荷是相对于他们自己的训练历史显示的。

计算与解读

不同绝对负荷的计算在前面的章节中已有详细描述。简而言之,绝对值越高,训练课程就越费力。

训练负荷等级是通过将新训练课程的绝对心血管负荷、肌肉负荷和主观感知负荷,与过去 90 天的平均训练课程负荷进行比较来计算的。表 2 概述了不同的解读方式及其计算方法。

表 2:训练负荷等级

等级
定义
极低
新训练课程负荷小于过去 90 天所有训练课程平均负荷的 0.5 倍
新训练课程负荷等于过去 90 天所有训练课程平均负荷的 0.5 - 0.75 倍
中等
新训练课程负荷等于过去 90 天所有训练课程平均负荷的 0.75 - 1.25 倍
新训练课程负荷等于过去 90 天所有训练课程平均负荷的 1.25 - 2 倍
极高
新训练课程负荷等于或高于过去 90 天所有训练课程平均负荷的 2 倍

最初,训练负荷等级算法需要三次训练课程的数据。如果在 90 天的滑动窗口内完成的训练课程少于三次,则 90 天的平均值将不会更新,而是使用最近有效的平均值。

局限性

前面的章节已经描述了绝对负荷的局限性。关于负荷等级,其局限性在于极低、低、中等、高和极高之间的界限。这些界限是基于对博能客户训练负荷的分析得出的,因此并没有坚实的科学依据。

3.6 应变与耐力

描述

到目前为止,我们已经描述了用户如何在每次训练课程后查看他们的心血管负荷、肌肉负荷和主观感知负荷值,以及这些值是如何计算的。此外,博能训练负荷专业版能够将心血管负荷计算为短期和长期训练负荷。在科学文献中,短期训练负荷通常被称为急性训练负荷,而长期训练负荷则被称为慢性训练负荷。博能的术语中,“应变” 表示短期负荷,“耐力” 表示长期负荷。

使用优势

  • 用户可以跟踪过去几个月应变的变化情况,以确定哪些训练周更艰苦或更轻松。
  • 用户可以查看过去几周或几个月耐力的变化情况,以判断训练是否具有渐进性(这是提高健康水平的必要条件)。

计算与解读

应变被定义为最近七天每日平均心血管负荷的滚动平均值(在科学文献中称为急性负荷),而耐力反映的是最近 28 天每日平均心血管负荷的滚动平均值(在科学文献中称为慢性负荷)。根据加贝特等人的建议,博能选择将一周的训练(7 天)作为应变的默认计算周期,28 天作为耐力的默认计算周期。然而,耐力的计算周期可以在三到六周的训练范围内变化。

应变类似于 “疲劳” 状态(过去一周内训练量越大,身体感受到的疲劳 / 应变就越大)。同样,耐力类似于 “健康” 状态(过去一个月内训练量越大,用户预计会越健康,并且他们对训练的承受和忍耐能力也越强)。班尼斯特等人提出,运动员对训练的表现反应可以通过负函数(应变)和正函数(耐力)之间的差异来估计。

局限性

将短期负荷解释为类似于应变状态,将长期训练负荷解释为类似于耐力状态,这只是一种估计,并且取决于个人对训练的反应。训练和生活方式之外的因素也会影响这种反应。

此外,这些解释在阶段性训练期间并不适用,阶段性训练的高度集中训练工作量针对精心挑选的健康组成部分,这与传统的训练周期化不同,传统训练周期化通常旨在同时发展多种能力。

3.7 受伤和患病风险

描述

当你的训练量超过平时时,受伤和患病的风险就会增加。在这种情况下,博能训练负荷专业版会发出警报。

使用优势

当受伤和患病风险增加时收到警报,用户可以相应地调整训练,以防止受伤或生病。

计算与解读

根据科学文献,受伤和患病风险通过应变除以耐力来计算。当耐力逐渐且系统地增加到较高水平(即运动员的健康水平得到提升),同时应变较低时,运动员被认为准备充分。相反,如果应变超过耐力(即过去一周的训练负荷迅速增加,导致疲劳,或者过去四周的训练不足以提升健康水平),则运动员被认为准备不足,受伤风险可能增加。

训练的 “最佳区间” 被定义为急性与慢性负荷比在 0.8 到 1.3 之间的区域(图 5)。

这个模型在澳大利亚足球、板球和橄榄球运动中得到了验证,表明当急性与慢性负荷比(应变除以耐力)在 0.8 - 1.3 范围内时,受伤可能性较低(<10%)。当该比值超过 1.5 时(即最近一周的负荷是过去四周平均负荷的 1.5 倍),受伤可能性翻倍。

如果用户的训练负荷高于平时(应变与耐力比在 1.3 到 1.5 之间),博能训练负荷专业版会显示受伤和患病风险略有增加的警报。应变与耐力比高于 1.5 将被视为受伤和患病风险增加。

对于以前使用博能产品的用户,计算受伤和患病风险的最低要求是在 28 天的时间窗口内有 3 天进行了心血管负荷计算,且这 3 天中至少有 1 天不在 7 天的负荷窗口内。对于新用户,最低要求是在 28 天的时间窗口内有 3 天进行了心血管负荷计算。如果用户的心血管负荷低于世界卫生组织关于身体活动和久坐行为指南中规定的活动建议水平,则不提供受伤和患病风险数据。然而,当应变与耐力的比值超过 2 且用户的训练负荷接近较高水平时,会显示一条鼓励用户倾听身体信号并记得休息的提示信息。

局限性

虽然缺乏研究证实,但人们认为同样的原理适用于参加个人耐力运动和技巧性运动的运动员。目前尚未对经常在不同运动项目间切换的用户进行受伤风险与急慢性负荷比之间关系的研究。一般认为,参与多种运动有助于降低受伤风险。因此,这一功能对于参与多种运动的用户来说,可能不够精确。

3.8 心血管负荷状态

描述

心血管负荷状态展示了当前的应变与耐力之间的关系(心血管负荷状态等于应变除以耐力)。它能让用户快速判断自己的状态属于训练不足、维持、有效训练、过度训练还是恢复阶段。

使用优势

  • 用户可以追踪自己预估的训练适应情况和对运动的反应,包括训练不足、维持、有效训练、过度训练或恢复。
  • 用户可以在运动前查看自己的训练状态,以决定是进行训练、调整训练强度还是休息。
  • 用户可以观察运动后训练状态的变化,了解此次训练对自身负荷的影响。
  • 用户可以预测未来几天自己的训练状态预计会如何变化,从而帮助他们规划下一次关键训练课程。
  • 用户可以评估在过去几周或几个月里自己是否积累了足够的训练负荷,以确保训练是有效的且能提升身体素质。
  • 如果用户处于过度训练状态,他们可以看到自己的训练状态预计何时能恢复到有效训练或维持水平,这样就可以避免因等待时间过长而导致身体素质下降,同时又能在合适的时候恢复训练。
  • 用户可以回顾过去几周和几个月心血管负荷状态的变化,找出训练强度较大或较小的时期。
  • 在过度训练后,用户看到的状态是 “恢复” 而非 “训练不足”。这有助于鼓励用户在需要时休息,降低过度训练后过早增加训练负荷的风险。

计算与解读

心血管负荷状态的计算方法是 “应变” 除以 “耐力”。虽然它与受伤和患病风险的计算方法类似,但界限并不完全相同(见表 3)。简而言之,“最佳区间” 分为两类:

  • 维持
    当应变略低于耐力时。这意味着你的训练量比平时少,但足以维持当前的身体素质水平。如果长期保持这种状态,可能会出现训练不足的情况。
  • 有效训练
    当应变略高于耐力时,反映训练有进展。这表明你一直在进行渐进式训练,这应该有助于提升你的身体素质。继续保持!

该算法要求在过去 28 天内至少有三次训练课程。如果用户的心血管负荷低于世界卫生组织关于身体活动和久坐行为的指南标准,将显示 “有效训练” 而非 “过度训练”。如果用户在过度训练后大幅降低心血管负荷,在接下来的 14 天内将显示 “恢复” 而非 “训练不足”。

4. 有效性

心血管负荷、肌肉负荷、主观感知负荷以及受伤和患病风险的计算均基于科学认可的方法。

5. 局限性

尽管博能训练负荷专业版采用了独特的综合方法,但它并未涵盖人体生理和心理系统的所有可能方面。

6. 术语表

术语
解释
心血管负荷
心血管负荷(训练冲量,TRIMP)反映了一次训练课程中心脏的反应。心血管负荷等级表明一次训练课程与过去 90 天平均训练课程相比的强度。
心血管负荷状态
心血管负荷状态展示了当前的应变与耐力之间的关系(心血管负荷状态等于应变除以耐力)。用户可以快速判断自己的状态属于训练不足、维持、有效训练还是过度训练。
心血管系统
即循环系统。例如:直立试验得出以下结果:“您的心血管系统尚未完全恢复” 和 “您的心血管系统已恢复”。
有氧训练
有氧训练需要在一段时间内持续进行大肌肉群运动,同时将心率保持在最大心率的至少 50%。它能有效地锻炼心脏、肺部和循环系统。
训练不足
训练不足的心血管负荷状态:“您有意或无意地减少了训练量。如果继续这样下去,您的身体素质水平将会下降。”
受伤和患病风险
如果用户的训练量超过平时,他们受伤或生病的风险将会增加,此时会收到受伤风险警报。
维持
维持的心血管负荷状态:“您的训练量比平时少,但足以维持您的身体素质水平。如果长期保持这种状态,可能会出现训练不足的情况。”
肌肉负荷
肌肉负荷表示运动员在跑步或骑行训练中产生的机械能(千焦)。它反映的是能量输出,而非产生该能量输出所需的能量输入。一般来说,身体素质越好,能量输入和输出之间的效率越高。对于跑步运动,还会考虑体重因素。肌肉负荷等级表明一次训练课程与过去 90 天平均训练课程相比的强度。
过度训练
过度训练的心血管负荷状态:“您的训练量超过了平时。如果长期如此,您受伤的风险会增加,训练可能会适得其反。”
主观感知负荷
主观感知负荷是根据训练持续时间和主观评估(如对训练课程的主观需求感知)计算得出的。它对于那些仅基于心率测量训练负荷存在局限性的运动(如力量训练、短时间间歇训练和短跑)特别有用。主观感知负荷等级表明一次训练课程与过去 90 天平均训练课程相比的难度。
有效训练
有效训练的心血管负荷状态:“如果您进行了足够长时间的渐进式训练,那么您很可能正在变得更健康。”
RPE
RPE 是 “主观用力程度(rate of perceived exertion)” 的缩写。这个指标用于跟踪训练课程的难度感受。如果类似训练课程的主观用力程度随着时间下降,可能表明训练表现有所提升。相反,异常高的主观用力程度可能表明存在影响恢复的因素。
恢复
如果心血管负荷状态等于或小于 0.8,且在过去 14 天中至少有一天处于过度训练状态,此时将显示 “恢复” 而非 “训练不足”。这样做的目的是在需要时鼓励休息,而不是促使增加心血管负荷。博能的恢复功能可以更好地评估恢复情况,并确定是否准备好进行下一次运动。
应变
应变描述了近期训练带来的压力程度。它显示的是过去七天的平均每日负荷。心血管负荷状态表明应变与耐力之间的关系(心血管负荷状态等于应变除以耐力)。
耐力
耐力描述了身体对有氧训练的承受能力。它显示的是过去 28 天的平均每日负荷。心血管负荷状态表明应变与耐力之间的关系(心血管负荷状态等于应变除以耐力)。
训练负荷专业版
训练负荷专业版包括心血管负荷、肌肉负荷和主观感知负荷。它帮助用户了解训练课程对身体造成压力的方式。
您的预估
这个预估指标(RPE)用于跟踪训练课程的难度感受,以及实际感受是否与计划的训练强度相符。RPE 是 “主观用力程度(rate of perceived exertion)” 的缩写。如果类似训练课程的预估难度降低,可能表明训练表现正在提升。异常高的预估难度可能表明存在影响恢复的因素。

7. 参考文献

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