23 体育科学家们

寻找跑步秘密的实验室

在达拉斯城的一个实验室里，一位科学家用棉花球给弗兰克·肖特瘦削的腿肚子消毒。肖特皱着眉头，这位科学家往他腿肚里注射了麻醉剂。药物生效后，他立即熟练地用手术刀切开一个四分之一英寸的口子。一位助手递给他一件不锈钢的器械，仅有铅笔一半粗，六英寸长，中心是空的，象根针管。科学家们把圆头的一端插进口子里，并用力推，直到把它埋进肖特的腿部腓肠肌纤维里。然后把一个小圆管插入上述针状器械的空心管里，圆管一端边缘磨的很快，象一个微型的做甜饼的模子。小圆管特的小腿肚子里切下象桔子核大的一块肉。然后把两根管都抽出来,腿肚子上的口子用绷带包扎起来，把刚从小腿深处取出的肌肉纤维样品放人液体氮中进行冷却。

体育科学家们又在努力研究这个问题了。在年头不太久以前，跑步者大都靠自己去摸索如何进行锻炼。即使有一个人有幸碰上一位知识丰富的教练，但是对于速度和耐力的基本来源了解得很少，因此如果采用了任何行之有效的锻炼方法，那一定主要是碰巧而已。但是这一切，无论如何大部分已成往事。近几年来，对于跑步的生理学，营养，甚至各种因素中最难捉摸的一种——动机，也已有了许多了解。

因此，一个运动员，如果他不怕麻烦，仅仅通过阅读，就可以很快取得过去别人要终身才能得到的经验。不仅是最优秀的运动员，就是连我们一般人也都能利用这些经验。仅举营养方面的一点为例，直到前不久，许多这动员，甚至连许多教练都认为，如果需要能量，就得吃蛋白质。可是使科研人员感到惊奇的是，他们终于发现，在剧烈锻炼中，能量的主要来源是碳水化合物，而不是蛋白质，如果在有些足球运动员训练时的餐桌上还以牛排为主菜，那只是因为常识的力量往往敌不过传统。

碳水化合物的秘密以及其他许多秘密，是由于本世纪初出现了一种新事物而发现的，这就是体育生理实验室的建立。第一批这类实验室是在英国和德国建立的。

在本世纪二十年代，这种做法也在美国流行开了。拥有第一台踏旋器的哈佛疲劳实验室在坎布里奇大力展开了活动。但是，直到六十年代才开始进入大发展时期，那时，由于人们对心理学的好奇心和可以获得适当的资金，实验室如雨后春笋一样出现在美国各地。

由于现在有如此多的实验室，它们在从事多种多样的研究。芝加哥伊利诺斯大学的劳伦斯·B ·奥斯凯博士正在设法弄明白体育锻炼对脂肪细胞的大小及数量有 什么影响。他的研究有朝一日可能被视为在防止体重过重的斗争中的重要里程碑。

宾夕法尼亚州立大学诺尔实验室里，埃尔斯沃斯·巴斯柯科博士一直在研究轻便的去纤颤器的效用，这是一种当心脏跳动已松弛到无效间歇时使心脏重新搏动起来的器械。此外，州立鲍尔大学的研究人员已在研究象如何使膝部动过手术的病人康复，以及体育锻炼在帮助糖尿病患者过正常生活方面的作用之类的问题，但大多数实验室迟早总要回到几乎所有运动生理学家最喜爱的课题上去：跑步。理由是：在跑步过程中人体承受这样强的压力，以致变化产生得很快，并易于用数量测量出来。如果一个人在一整年内每星期有一天晚上玩滚球，他的身体可能会略有一些变化，但是谁能想出什么办法去测量这种变化呢？相反，一个每天跑五英里的人，身体一定会有显著的变化。

体育生理实验室的工作已取得某些令人注意的（即使有时是有限的）实际成效。

在我写这本书时，新西兰的约翰·沃克是一英里赛跑的世界冠军。他受到的医疗照顾也许比历史上任何其他赛跑运动员都多。他的医生劳埃德·德雷克博士密切地观察他的脉搏、血液指数和用氧能力。如果他的血红素数量下降了（从而他的血液输送氧气的能力也下降了），德雷克就要使它升上去，给他注射维生素B12，以刺激骨髓制造更多的血红素。假如沃克受了一点轻伤，德雷克就会立刻给予处理，防止伤势转重。他甚至规定沃克锻炼时应当跑多快（经常是每英里五分钟的速度）。但是对生理学家的工作最重视的地方是东德。那里每一个世界第一流运动员都有整整一个专家小组辅助他，正如一位医生说的那样，“就象把宇航员送人太空时的飞行控制”。

鉴于东德人近年来在体育方面取得的成功，如果我们自己的运动生理实验室不能迅速发挥日益重要的作用，那将是令人感到意外的。

但并不是所有的人都认为上述作法是好办法。在一次运动和心脏病的学术讨论会上，罗杰·班尼斯特说，他认为“科学研究对运动员没有多大帮助，因为每个运动员都互不一样”。班尼斯特说：“他必须既试试快跑，也试试慢跑，从自己的错误中吸取教训，然后计算出自己最有效的训练方法。”他说，此外，身体的因素只是一个跑步运动员取得成功的条件的一部分：“我认为使一个跑步运动员得到提高的最重要的素质，是他的干劲和顽强的精神。那是和任何身体素质一样重要的。”有些评论者还担心我们最终会培养出一批没有头脑的一九八四年式的超级明星，身体虽然锻炼得很完美，但却受一些专搞权术的研究人员和技术人员小组的操纵。

这种情况是不大可能出现的。首先，正象班尼斯特指出的，精神上的素质在赛跑时是很重要的。其次，比赛的成功要依靠许多可变因素，因此几乎不可能在某一特定时刻使每一项因素做好准备。谁也没法知道。不管怎样，东德是个例子。自从医师参加后，东德取得奥运会奖牌的能力大幅度上升了。

为了弄清楚运动生理实验室究竟千些什么，我访问了它们中最著名和最受尊重的实验室之一，印地安纳州芒西市州立鲍尔大学的人类行为实验室。该实验室由一位能言善辩、思想敏捷的生理学家戴维·科斯蒂尔领导。

人类行为实验室是一座看不出有什么建筑风格的很不起眼的金属结构房子。在整个州立鲍尔大学校园内，它属于最小和最不引人注目的建筑物。然而，近来它兴旺起来。该实验室于六十年代中期刚创立时，只有一辆自行车，一条阶梯式长凳和一抽屉听诊器。当一九六六年戴维·科斯蒂尔来到后，它才开始受到人们的注意。

科斯蒂尔四十一、二岁，头发微灰，身材瘦削。他是个怎么说就怎么做的人，自己每天都跑五英里。他虽然自小就对付育感兴趣，但是直到很晚的时候才想到要把运动生理学当作自己的事业。他告诉我说：“离开大学以后，我曾当过一阵中学游泳教练。我很快发现我不愿一辈子当教练，因为除了我喜欢孩子们以外，我不能得到其他满足。我真正喜欢的是对运动员进行研究。我能用数百小时计的业余时间从事这方面的研究，只是因为这种研究有意思。最后，我进入俄亥俄州州立大学读博士学位，但是那时我还不知道我想干什么。我开始在研究实验室外徘徊。我有时会进去呆上一整天，只是为了好玩。”戴维·科斯蒂尔获得生理学博士学位后，开始找职位。

恰好有人寄给他一份州立鲍尔大学为它的实验室招聘负责人的广告。他便应征就聘了。

这个实验室的北墙有五、六间普通办公室，包括科斯蒂尔本人的办公室。而在实验室的其他的地方则挤满了各种最新型的设备：一部电子计算机，一部离心机，测量跑步运动员在踏旋器上活动时他们身体吸收和排出的氧、二氧化碳和其他气体的设备，以及一间用来研究人体对极高或极低温度的反应的十英尺见方的热室。屋子正中间则是一架踏旋器，这个国家的一些最优秀的赛跑运动员曾在这架踏旋器上为科研作出了贡献。

就在这些房间里获得了一些重要的发现，其中有几项使跑步运动发生了永久性的变化。例如，几年前当科斯蒂尔和一位哥本哈根大学的医师本特·扎尔廷一起进行研究时，科斯蒂尔注意到世界第一流跑步运动员们的肌肉似乎和那些造诣较差的运动员们有所不同。为了寻找这种难以捉摸的线索，这两位研究者终于探索到肌肉纤维本身去。当他们仔细观察这些象头发那样的细丝时，他们注意到了一些令人感兴趣的现象。在染色之后，可以分辨出两种不同类型的纤维质。此外，在第一流的选手身上，都大部分是同一类型的纤维质。这意味着什么？他们使用了复杂的分析技术，开始研究肌肉纤维，以探讨酶的活动和收缩特性等因素。最后终于从这种研究中获得相当重要的发现：有些纤维质名为ST 型，收缩慢；另一种纤维质名为FT型，收缩快。他们发现，实际上每一个第一流长跑选手肌肉中的慢收缩纤维都多于快收缩纤维。例如对包括弗兰克·肖特和现已去世的史蒂夫·普雷方泰等在内的十四名长跑运动员检查的结果，据发现他们肌肉中的慢收缩纤维平均占百分之七十九（随便挑一批人来检查，慢收缩纤维的平均数仅为百分之五十七）。由于他们又发现中距离（半英里至两英里）赛跑运动员的慢收缩纤维占百分之六十二，显然这两类赛跑运动员的肌肉纤维的组成存在着差异。但是这是否是一个决定性的差异，说明某些人是天生的优秀马拉松赛跑运动员，而另一些人是天生的优秀中距离赛跑运动员呢？从进一步的研究结果看出，大概就是如此。

有人认为上述实验结果似乎意味着第一流的赛跑运动员是天生的，而不是靠锻炼培养出来的。对科斯蒂尔来说，却不意味着是这样。上述结果确实表明有朝一日，运动员可以避免走进一条死胡同，即避免向着进展可能性很有限的方向努力，而把力量集中于他们最适合的方面。当然不能保证某一个运动员就一定能获得冠军，不过这至少可以使他（或她）避免把精力花在他（或她）天生没有突出才能的方面。

科斯蒂尔说：“我们使你看到，除非你的肌肉中有很多慢收缩纤维，否则你永远不会成为长跑冠军。”

人们在进行象马拉松长跑这样的激烈运动时，体液会发生什么变化？在这方面，科斯蒂尔也有一些重要发现，在这个过程中，他大概已经救了许多人的生命。几年以前，他对不让人在运动时喝饮料的古老规矩是否有道理表示怀疑。他和另一些人的研究结果表明，这规定是没有道理的，并且事实上，特别是在又热，又湿的气候中，如果不能摄人液体，那将能够引起中暑。进一步的实验表明，在运动时喝饮料不仅不会减低效率，反而能增进效率。其结果是美国运动医学学院于一九七五年发表一项具有划时代意义的意见书，要求不再限制人们在运动时喝饮料。这已产生了广泛的影响。

科斯蒂尔目前使跑步锻炼方法产生的另一个变化是关于跑步的路程。赛跑运动员一向以一个星期为单元来合计其跑步路程的多少。例如当我和比尔·罗杰斯交谈时，罗杰斯说：“在过去三年间，我每周共跑一百四十英里。”以周而不是以日来计算里程之所以成为一种公认的办法，是因为这样一个跑步者就比较容易补偿一天和另一天的差额。科斯蒂尔认为就是这样也还做得不够。他有数据支持他的论点，而且是以他了解得最清楚的他本人作为实验对象而得来的。跑步时的能量来源于称为肝醣的象糖那样的物质。肝醣存储在肌肉组织中，在运动时，其供应逐步消耗掉。

如果肝醣全部消耗完，不管你的意志力有多强，活动必然会停止。科斯蒂尔在连续三夭每天跑十英里之后检查他的肝醣数量，发现肝醣的供应量恢复到正常水平，需要长达两星期之久。说得清楚些，他在连续进行了一个星期的全力训练之后，不可能再有足够的肌肉肝醣来进行一次重要的比赛。他告诉我：“我的肝醣恢复得很慢。

这种恢复速度的快慢是各人不同的。我除了多吃碳水化合物外，别无他法。”

科斯蒂尔建议，跑步者以一个月而不是以一个星期来合计所跑的路程，这样就较易于使自己能够偶尔在某一周运动量少一些。他把这项建议连同其他许多建议都写进一本名为《对待长跑的科学态度》的非常杰出的书中，但是这本书还没有出版。

他曾经让我看过这本书的底稿。关于按月还是按周计算路程的问题，科斯蒂尔写道：

“锻炼的目的是使跑步者体内持续地迅速产生能量所必需的生物系统受到压力，并常常使其受到一些损耗。除非能让有机体有足够的休息，来进行恢复和补偿锻炼的劳损并有所增进，那么这种锻炼就毫无价值可言..因此在一个锻炼计划中，休息是具有同样重要性的组成部分，缺少休息，这个计划必然会失败..。鉴于大多数生理系统（例如：肌肉酶）需要三到四星期的时间才能对一定的锻炼强度作出反应。

看来一个跑步运动员所受锻炼的强度，应根据四个星期跑步的总路程来判断。这样的锻炼办法的好处在于既能使每周跑步所用力量大小有所不同，又可以安排较长时期的轻松锻炼，以使身体能得到充分恢复。”

科斯蒂尔发现，他有一种滞缓的糖原系统，这个发现使他得出了另一个结论：

不论一项训练原则在科学上如何有道理，它都可能并不适用于某些跑步者。他说：

“我们每个人的情况都不同。如果你想发现你能做些什么的话，你就去试做各种不同的事情，甚至做那些看来是极端的和完全不合理的事情。”

科斯蒂尔还发现其他一些情况如下：

一、甚至长跑运动员也需要快跑的训练。有些教练否认这一点，但是科斯蒂尔的研究表明，只有在快跑的时候，所有在比赛中使用的肌肉纤维才发挥作用。快跑还会增强生物力学方面的效果。

二、剧烈的训练会消耗大约三天的糖原供应。所以在比赛之前应该进行一天多一些的轻微训练。科斯蒂尔建议进行三天的轻微训练。顺便提一下，他认为，在比赛的前一天没有必要停止跑步，只要跑步的距离不超过四英里到六英里，而且跑步的速度很慢。

我访问科斯蒂尔的这一周是很繁忙的一周。当我们交谈的时候，正好在他的窗户外面有一台载在拖拉机后面的挖土机发出震耳的响声，正在为建立实验室的一个附属建筑物挖掘地基。一位科学仪器制造公司的推销商来到这里进行一次示范。在实验室里面，技术人员通过显微镜进行探测，并且用针一样的仪器选择一些肌肉纤维，供以后的化学分析之用。在我离开之前，我又向科斯蒂尔提出一个问题：他认为在人类生理学方面探索的下一个领域是什么？

他回答说：“关于这类工作，情况发展得恨快。”“仅在几年以前，我们还是用老鼠试验的。当时碰到的问题是，你不可能使老鼠拼命的跑，不管你怎样冲击它，它也是呆着不动。后来我们学会了如何在活人身上进行肌肉研究，这是一个突破。现在生物化学是要探索的领域。我们必须发现在肌肉中发生什么情况。我确信，这就是活动的部位。到目前为止我们进行的工作好象是刚刚打开大门，向里面窥探了一下。我们知道里面有大量的奥秘。我们现在必须赶紧发现它究竟是什么。”