23體育科學家們

尋找跑步秘密的實驗室

在達拉斯城的一個實驗室里，一位科學家用棉花球給弗蘭克·肖特瘦削的腿肚子消毒。肖特皺著眉頭，這位科學家往他腿肚里注射了麻醉劑。藥物生效后，他立即熟練地用手術(shù)刀切開一個四分之一英寸的口子。一位助手遞給他一件不銹鋼的器械，僅有鉛筆一半粗，六英寸長，中心是空的，象根針管?？茖W家們把圓頭的一端插進口子里，并用力推，直到把它埋進肖特的腿部腓腸肌纖維里。然后把一個小圓管插入上述針狀器械的空心管里，圓管一端邊緣磨的很快，象一個微型的做甜餅的模子。小圓管特的小腿肚子里切下象桔子核大的一塊肉。然后把兩根管都抽出來,腿肚子上的口子用繃帶包扎起來，把剛從小腿深處取出的肌肉纖維樣品放人液體氮中進行冷卻。

體育科學家們又在努力研究這個問題了。在年頭不太久以前，跑步者大都靠自己去摸索如何進行鍛煉。即使有一個人有幸碰上一位知識豐富的教練，但是對于速度和耐力的基本來源了解得很少，因此如果采用了任何行之有效的鍛煉方法，那一定主要是碰巧而已。但是這一切，無論如何大部分已成往事。近幾年來，對于跑步的生理學，營養(yǎng)，甚至各種因素中最難捉摸的一種——動機，也已有了許多了解。

因此，一個運動員，如果他不怕麻煩，僅僅通過閱讀，就可以很快取得過去別人要終身才能得到的經(jīng)驗。不僅是最優(yōu)秀的運動員，就是連我們一般人也都能利用這些經(jīng)驗。僅舉營養(yǎng)方面的一點為例，直到前不久，許多這動員，甚至連許多教練都認為，如果需要能量，就得吃蛋白質(zhì)?？墒鞘箍蒲腥藛T感到驚奇的是，他們終于發(fā)現(xiàn)，在劇烈鍛煉中，能量的主要來源是碳水化合物，而不是蛋白質(zhì)，如果在有些足球運動員訓練時的餐桌上還以牛排為主菜，那只是因為常識的力量往往敵不過傳統(tǒng)。

碳水化合物的秘密以及其他許多秘密，是由于本世紀初出現(xiàn)了一種新事物而發(fā)現(xiàn)的，這就是體育生理實驗室的建立。第一批這類實驗室是在英國和德國建立的。

在本世紀二十年代，這種做法也在美國流行開了。擁有第一臺踏旋器的哈佛疲勞實驗室在坎布里奇大力展開了活動。但是，直到六十年代才開始進入大發(fā)展時期，那時，由于人們對心理學的好奇心和可以獲得適當?shù)馁Y金，實驗室如雨后春筍一樣出現(xiàn)在美國各地。

由于現(xiàn)在有如此多的實驗室，它們在從事多種多樣的研究。芝加哥伊利諾斯大學的勞倫斯·b·奧斯凱博士正在設(shè)法弄明白體育鍛煉對脂肪細胞的大小及數(shù)量有什么影響。他的研究有朝一日可能被視為在防止體重過重的斗爭中的重要里程碑。

賓夕法尼亞州立大學諾爾實驗室里，埃爾斯沃斯·巴斯柯科博士一直在研究輕便的去纖顫器的效用，這是一種當心臟跳動已松弛到無效間歇時使心臟重新搏動起來的器械。此外，州立鮑爾大學的研究人員已在研究象如何使膝部動過手術(shù)的病人康復，以及體育鍛煉在幫助糖尿病患者過正常生活方面的作用之類的問題，但大多數(shù)實驗室遲早總要回到幾乎所有運動生理學家最喜愛的課題上去：跑步。理由是：在跑步過程中人體 承受這樣強的壓力，以致變化產(chǎn)生得很快，并易于用數(shù)量測量出來。如果一個人在一整年內(nèi)每星期有一天晚上玩滾球，他的身體可能會略有一些變化，但是誰能想出什么辦法去測量這種變化呢？相反，一個每天跑五英里的人，身體一定會有顯著的變化。

體育生理實驗室的工作已取得某些令人注意的（即使有時是有限的）實際成效。

在我寫這本書時，新西蘭的約翰·沃克是一英里賽跑的世界冠軍。他受到的醫(yī)療照顧也許比歷史上任何其他賽跑運動員都多。他的醫(yī)生勞埃德·德雷克博士密切地觀察他的脈搏、血液指數(shù)和用氧能力。如果他的血紅素數(shù)量下降了（從而他的血液輸送氧氣的能力也下降了），德雷克就要使它升上去，給他注射維生素b12，以刺激骨髓制造更多的血紅素。假如沃克受了一點輕傷，德雷克就會立刻給予處理，防止傷勢轉(zhuǎn)重。他甚至規(guī)定沃克鍛煉時應(yīng)當跑多快（經(jīng)常是每英里五分鐘的速度）。但是對生理學家的工作最重視的地方是東德。那里每一個世界第一流運動員都有整整一個專家小組輔助他，正如一位醫(yī)生說的那樣，“就象把宇航員送人太空時的飛行控制”。

鑒于東德人近年來在體育方面取得的成功，如果我們自己的運動生理實驗室不能迅速發(fā)揮日益重要的作用，那將是令人感到意外的。

但并不是所有的人都認為上述作法是好辦法。在一次運動和心臟病的學術(shù)討論會上，羅杰·班尼斯特說，他認為“科學研究對運動員沒有多大幫助，因為每個運動員都互不一樣”。班尼斯特說：“他必須既試試快跑，也試試慢跑，從自己的錯誤中吸取教訓，然后計算出自己最有效的訓練方法?！彼f，此外，身體的因素只是一個跑步運動員取得成功的條件的一部分：“我認為使一個跑步運動員得到提高的最重要的素質(zhì)，是他的干勁和頑強的精神。那是和任何身體素質(zhì)一樣重要的?！庇行┰u論者還擔心我們最終會培養(yǎng)出一批沒有頭腦的一九八四年式的超級明星，身體雖然鍛煉得很完美，但卻受一些專搞權(quán)術(shù)的研究人員和技術(shù)人員小組的操縱。

這種情況是不大可能出現(xiàn)的。首先，正象班尼斯特指出的，精神上的素質(zhì)在賽跑時是很重要的。其次，比賽的成功要依靠許多可變因素，因此幾乎不可能在某一特定時刻使每一項因素做好準備。誰也沒法知道。不管怎樣，東德是個例子。自從醫(yī)師參加后，東德取得奧運會獎牌的能力大幅度上升了。

為了弄清楚運動生理實驗室究竟千些什么，我訪問了它們中最著名和最受尊重的實驗室之一，印地安納州芒西市州立鮑爾大學的人類行為實驗室。該實驗室由一位能言善辯、思想敏捷的生理學家戴維·科斯蒂爾領(lǐng)導。

人類行為實驗室是一座看不出有什么建筑風格的很不起眼的金屬結(jié)構(gòu)房子。在整個州立鮑爾大學校園內(nèi)，它屬于最小和最不引人注目的建筑物。然而，近來它興旺起來。該實驗室于六十年代中期剛創(chuàng)立時，只有一輛自行車，一條階梯式長凳和一抽屜聽診器。當一九六六年戴維·科斯蒂爾來到后，它才開始受到人們的注意。

科斯蒂爾四十一、二歲，頭發(fā)微灰，身材瘦削。他是個怎么說就怎么做的人，自己每天都跑五英里。他雖然自小就對付育感興趣，但是直到很晚的時候才想到要把運動生理學當作自己的事業(yè)。他告訴我說：“離開大學以后，我曾當過一陣中學游泳教練。我很快發(fā)現(xiàn)我不愿一輩子當教練，因為除了我喜歡孩子們以外，我不能得到其他滿足。我真正喜歡的是對運動員進行研究。我能用數(shù)百小時計的業(yè)余時間從事這方面的研究，只是因為這種研究有意思。最后，我進入俄亥俄州州立大學讀博士學位，但是那時我還不知道我想干什么。我開始在研究實驗室外徘徊。我有時會進去呆上一整天，只是為了好玩?！贝骶S·科斯蒂爾獲得生理學博士學位后，開始找職位。

恰好有人寄給他一份州立鮑爾大學為它的實驗室招聘負責人的廣告。他便應(yīng)征就聘了。

這個實驗室的北墻有五、六間普通辦公室，包括科斯蒂爾本人的辦公室。而在實驗室的其他的地方則擠滿了各種最新型的設(shè)備：一部電子計算機，一部離心機，測量跑步運動員在踏旋器上活動時他們身體吸收和排出的氧、二氧化碳和其他氣體的設(shè)備，以及一間用來研究人體 對極高或極低溫 度的反應(yīng)的十英尺見方的熱室。屋子正中間則是一架踏旋器，這個國家的一些最優(yōu)秀的賽跑運動員曾在這架踏旋器上為科研作出了貢獻。

就在這些房間里獲得了一些重要的發(fā)現(xiàn)，其中有幾項使跑步運動發(fā)生了永久性的變化。例如，幾年前當科斯蒂爾和一位哥本哈根大學的醫(yī)師本特·扎爾廷一起進行研究時，科斯蒂爾注意到世界第一流跑步運動員們的肌肉似乎和那些造詣較差的運動員們有所不同。為了尋找這種難以捉摸的線索，這兩位研究者終于探索到肌肉纖維本身去。當他們仔細觀察這些象頭發(fā)那樣的細絲時，他們注意到了一些令人感興趣的現(xiàn)象。在染色之后，可以分辨出兩種不同類型的纖維質(zhì)。此外，在第一流的選手身上，都大部分是同一類型的纖維質(zhì)。這意味著什么？他們使用了復雜的分析技術(shù)，開始研究肌肉纖維，以探討酶的活動和收縮特性等因素。最后終于從這種研究中獲得相當重要的發(fā)現(xiàn)：有些纖維質(zhì)名為st型，收縮慢；另一種纖維質(zhì)名為ft型，收縮快。他們發(fā)現(xiàn)，實際上每一個第一流長跑選手肌肉中的慢收縮纖維都多于快收縮纖維。例如對包括弗蘭克·肖特和現(xiàn)已去世的史蒂夫·普雷方泰等在內(nèi)的十四名長跑運動員檢查的結(jié)果，據(jù)發(fā)現(xiàn)他們肌肉中的慢收縮纖維平均占百分之七十九（隨便挑一批人來檢查，慢收縮纖維的平均數(shù)僅為百分之五十七）。由于他們又發(fā)現(xiàn)中距離（半英里至兩英里）賽跑運動員的慢收縮纖維占百分之六十二，顯然這兩類賽跑運動員的肌肉纖維的組成存在著差異。但是這是否是一個決定性的差異，說明某些人是天生的優(yōu)秀馬拉松賽跑運動員，而另一些人是天生的優(yōu)秀中距離賽跑運動員呢？從進一步的研究結(jié)果看出，大概就是如此。

有人認為上述實驗結(jié)果似乎意味著第一流的賽跑運動員是天生的，而不是靠鍛煉培養(yǎng)出來的。對科斯蒂爾來說，卻不意味著是這樣。上述結(jié)果確實表明有朝一日，運動員可以避免走進一條死胡 同，即避免向著進展可能性很有限的方向努力，而把力量集中于他們最適合的方面。當然不能保證某一個運動員就一定能獲得冠軍，不過這至少可以使他（或她）避免把精力花在他（或她）天生沒有突出才能的方面。

科斯蒂爾說：“我們使你看到，除非你的肌肉中有很多慢收縮纖維，否則你永遠不會成為長跑冠軍?！?/p>

人們在進行象馬拉松長跑這樣的激烈運動時，體液會發(fā)生什么變化？在這方面，科斯蒂爾也有一些重要發(fā)現(xiàn)，在這個過程中，他大概已經(jīng)救了許多人的生命。幾年以前，他對不讓人在運動時喝飲料的古老規(guī)矩是否有道理表示懷疑。他和另一些人的研究結(jié)果表明，這規(guī)定是沒有道理的，并且事實上，特別是在又熱，又濕的氣候中，如果不能攝人液體，那將能夠引起中暑。進一步的實驗表明，在運動時喝飲料不僅不會減低效率，反而能增進效率。其結(jié)果是美國運動醫(yī)學學院于一九七五年發(fā)表一項具有劃時代意義的意見書，要求不再限制人們在運動時喝飲料。這已產(chǎn)生了廣泛的影響。

科斯蒂爾目前使跑步鍛煉方法產(chǎn)生的另一個變化是關(guān)于跑步的路程。賽跑運動員一向以一個星期為單元來合計其跑步路程的多少。例如當我和比爾·羅杰斯交 談時，羅杰斯說：“在過去三年間，我每周共跑一百四十英里?！币灾芏皇且匀諄碛嬎憷锍讨猿蔀橐环N公認的辦法，是因為這樣一個跑步者就比較容易補償一天和另一天的差額?？扑沟贍栒J為就是這樣也還做得不夠。他有數(shù)據(jù)支持他的論點，而且是以他了解得最清楚的他本人作為實驗對象而得來的。跑步時的能量來源于稱為肝醣的象糖那樣的物質(zhì)。肝醣存儲在肌肉組織中，在運動時，其供應(yīng)逐步消耗掉。

如果肝醣全部消耗完，不管你的意志力有多強，活動必然會停止?？扑沟贍栐谶B續(xù)三夭每天跑十英里之后檢查他的肝醣數(shù)量，發(fā)現(xiàn)肝醣的供應(yīng)量恢復到正常水平，需要長達兩星期之久。說得清楚些，他在連續(xù)進行了一個星期的全力訓練之后，不可能再有足夠的肌肉肝醣來進行一次重要的比賽。他告訴我：“我的肝醣恢復得很慢。

這種恢復速度的快慢是各人不同的。我除了多吃碳水化合物外，別無他法?！?/p>

科斯蒂爾建議，跑步者以一個月而不是以一個星期來合計所跑的路程，這樣就較易于使自己能夠偶爾在某一周運動量少一些。他把這項建議連同其他許多建議都寫進一本名為《對待長跑的科學態(tài)度》的非常杰出的書中，但是這本書還沒有出版。

他曾經(jīng)讓我看過這本書的底稿。關(guān)于按月還是按周計算路程的問題，科斯蒂爾寫道：

“鍛煉的目的是使跑步者體內(nèi)持續(xù)地迅速產(chǎn)生能量所必需的生物系統(tǒng)受到壓力，并常常使其受到一些損耗。除非能讓有機體有足夠的休息，來進行恢復和補償鍛煉的勞損并有所增進，那么這種鍛煉就毫無價值可言因此在一個鍛煉計劃中，休息是具有同樣重要性的組成部分，缺少休息，這個計劃必然會失敗。鑒于大多數(shù)生理系統(tǒng)（例如：肌肉酶）需要三到四星期的時間才能對一定的鍛煉強度作出反應(yīng)。

看來一個跑步運動員所受鍛煉的強度，應(yīng)根據(jù)四個星期跑步的總路程來判斷。這樣的鍛煉辦法的好處在于既能使每周跑步所用力量大小有所不同，又可以安排較長時期的輕松鍛煉，以使身體能得到充分恢復。”

科斯蒂爾發(fā)現(xiàn)，他有一種滯緩的糖原系統(tǒng)，這個發(fā)現(xiàn)使他得出了另一個結(jié)論：

不論一項訓練原則在科學上如何有道理，它都可能并不適用于某些跑步者。他說：

“我們每個人的情況都不同。如果你想發(fā)現(xiàn)你能做些什么的話，你就去試做各種不同的事情，甚至做那些看來是極端的和完全不合理的事情?！?/p>

科斯蒂爾還發(fā)現(xiàn)其他一些情況如下：

一、甚至長跑運動員也需要快跑的訓練。有些教練否認這一點，但是科斯蒂爾的研究表明，只有在快跑的時候，所有在比賽中使用的肌肉纖維才發(fā)揮作用。快跑還會增強生物力學方面的效果。

二、劇烈的訓練會消耗大約三天的糖原供應(yīng)。所以在比賽之前應(yīng)該進行一天多一些的輕微訓練?？扑沟贍柦ㄗh進行三天的輕微訓練。順便提一下，他認為，在比賽的前一天沒有必要停止跑步，只要跑步的距離不超過四英里到六英里，而且跑步的速度很慢。

我訪問科斯蒂爾的這一周是很繁忙的一周。當我們交 談的時候，正好在他的窗戶外面有一臺載在拖拉機后面的挖土機發(fā)出震耳的響聲，正在為建立實驗室的一個附屬建筑物挖掘地基。一位科學儀器制造公司的推銷商來到這里進行一次示范。在實驗室里面，技術(shù)人員通過顯微鏡進行探測，并且用針一樣的儀器選擇一些肌肉纖維，供以后的化學分析之用。在我離開之前，我又向科斯蒂爾提出一個問題：他認為在人類生理學方面探索的下一個領(lǐng)域是什么？

他回答說：“關(guān)于這類工作，情況發(fā)展得恨快。”“僅在幾年以前，我們還是用老鼠試驗的。當時碰到的問題是，你不可能使老鼠拼命的跑，不管你怎樣沖擊它，它也是呆著不動。后來我們學會了如何在活人身上進行肌肉研究，這是一個突破?，F(xiàn)在生物化學是要探索的領(lǐng)域。我們必須發(fā)現(xiàn)在肌肉中發(fā)生什么情況。我確信，這就是活動的部位。到目前為止我們進行的工作好象是剛剛打開大門，向里面窺探了一下。我們知道里面有大量的奧秘。我們現(xiàn)在必須趕緊發(fā)現(xiàn)它究竟是什么。”