计时抗阻训练
基于“肌肉时钟理论”的运动表现提升方案
[英]艾米·阿什莫尔(Amy Ashmore)著 刘 也 译
人 民 邮 电 出 版 社
北 京
图书在版编目(CIP)数据
计时抗阻训练:基于“肌肉时钟理论”的运动表现提升方案 /(英)艾米·阿什莫尔(Amy Ashmore)著;刘也译. -- 北京:人民邮电出版社,2021.8
ISBN 978-7-115-55207-5
Ⅰ. ① 计… Ⅱ. ① 艾… ② 刘… Ⅲ. ① 体能一身体训练一研究 Ⅳ. ① G808.14
中国版本图书馆 CIP数据核字(2020)第224383号
著 [英] 艾米·阿什莫尔(Amy Ashmore)
译 刘 也
责任编辑 裴 倩
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人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
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作者和出版商都已尽可能确保本书技术上的准确性以及合理性,并特别声明,不会承担由于使用本出版物中的材料而遭受的任何损伤所直接或间接产生的与个人或团体相关的一切责任、损失或风险。
肌肉时钟理论表明,肌肉并非只是受神经系统支配的简单效应器,而是一种智能且自主的结构,在人体的正确提示下,肌肉可以预测即将到来的训练,从而提高运动表现。而策略性计时正是理解和利用肌肉时钟的关键。
本书以周期化训练知识为基础,介绍了肌肉时钟的理论知识,以及如何利用肌肉时钟进行力量、爆发力、柔韧性等身体训练,最后还提供了运用策略性计时来制订抗阻训练计划的方法。本书适合运动员、教练、运动防护师、物理治疗师,以及健身爱好者阅读。
若你正在阅读本书,那么你肯定对肌肉力量和爆发力的提升以及抗阻训练计划颇感兴趣,且对肌肉生理学新的研究有所了解,并与我一样,对肌肉时钟的发现,及其将来对抗阻训练和运动表现产生的影响而兴奋不已。
肌肉时钟表明,肌肉并非只是受神经系统支配的简单效应器,而是一种智能且自主的结构,可以在我们的正确提示下,预测即将到来的训练并提高运动表现。而策略性计时正是理解和利用肌肉时钟的关键。
自20世纪50年代出现周期化训练以来,运动领域的科学家就已知晓,计时是影响运动员成绩峰值的最关键的训练计划变量之一。本书虽然以已有的周期化训练知识为基础,但是以崭新的视角来研究肌肉和抗阻训练。本书最初的灵感源自20世纪90年代末在美国拉斯维加斯的一家健身房实施与记录的一项为期16周的职业拳击训练计划。在精英级职业拳击馆的几年里,我发现高效的训练计划通常具有两大特点:第一,长期坚持同一类训练;第二,严格遵守计时规则。多年后,我将肌肉时钟的新研究和对计时的新思考方式同拳击结合起来,开发出一种新的抗阻训练计划。
本书适用于以下3类群体:
● 需要提高或了解肌肉力量和爆发力的运动员和教练;
● 与运动员和精英健身爱好者一起工作的私人健身教练、运动防护师和物理治疗师;
● 对相关概念了如指掌,并可以将锻炼指导原则应用于自身的训练及计划中的体育从业者和健身爱好者。
本书共有3个部分:了解肌肉时钟的科学,学习制订训练计划的工具和制订有效的训练计划。
第1章探讨了肌肉时钟的定义及其将来对抗阻训练和运动表现产生的影响。这一章的相关研究表明,人类的600多块骨骼肌中,每一块都有自己的内部时钟,即肌肉时钟。当它被打破时,肌肉功能会受到不良影响,这说明,肌肉时钟对肌肉表现具有至关重要的作用。
第2章探讨了干扰理论。科学证据表明,如果心血管耐力训练结束后立即进行抗阻训练,就会干扰力量和爆发力输出。这一章探究了可能的干扰机制,以及如何规划抗阻训练和心血管耐力训练以避免上述情况的发生。
第3章探讨了肌肉时钟用来监控训练时间间隔的三种时间线索,并将这三种线索与常见的周期化训练计划变量联系起来。这一章还探讨了非连续式休息,即间歇休息的使用,并详细介绍了其在训练计划、高强度间歇训练和恢复中的应用。
第4章提出了具体的训练建议,可在后续章节中,为力量和爆发力输出的配对训练,以及同步训练和柔韧性训练计划提供帮助。我们可以根据训练时传递给肌肉时钟的时间线索,将训练分为六大类:全身爆发力训练、双侧下肢训练、单侧下肢训练、上肢训练、孤立训练(单一肌肉训练)和快速伸缩复合训练。训练按主要关节和肌肉动作进行分解和分析,为生物力学方面相配对的训练方法奠定基础。
第5章介绍了预测训练,这是一种利用计时策略来影响肌肉时钟并培养肌肉进行预测的训练模式。这一章借鉴运动学习的概念,探讨了神经预测和肌肉预测之间的相似性,以及肌肉时钟使用上述两种预测来改善抗阻训练效果的方式。章末的小结为读者提供了将以上概念直接应用于抗阻训练计划的方法。
第6章探讨了有意训练不足的理念。这一章将计划训练时间和活动-休息阶段作为计划的主要变量,表明训练不足是一种可行的训练方法。当持续执行一项以计时为重点的抗阻训练计划时,肌肉中会发生特定的分子作用,从而优化恢复能力,提高运动表现。这一章直接对比了有意训练不足与只注重训练量和强度的训练体系,后者通常会使肌肉疲劳,导致训练过度。
最后,在第7~10章中,我将所有概念结合起来,使用配对训练法,以开发新的力量、爆发力、同步训练、柔韧性训练计划以及与肌肉时钟相关的训练方法。这几章使用早期的一些概念,如避免干扰、肌肉预测、有意训练不足、间歇休息和复合训练,展示了如何使用所建议的训练方法和策略性计时来制订新的抗阻训练计划。
特此感谢Top Rank Boxing拳击馆的米奇·汉普给予我在健身房工作的机会,并让我记录下训练计划,使我第一次认识到计时对肌肉表现的影响。十分感谢德克斯特,感谢您在得克萨斯州等地的健身房工作中给予我的帮助。
肌肉时钟是肌肉内部的转录因子或基因,这些转录因子或基因可根据环境变化和体育活动来调节生理周期。肌肉时钟的主要功能在于,它可以24小时监控身体内外的变化。为了让肌肉更好地工作,肌肉时钟会仔细地关注一些事情,如昼夜周期、活动-休息周期、激素水平、体温、饮食和运动习惯。
这些内在的自主调节式肌肉时钟的发现意义重大,因为它改变了我们对肌肉的认识。肌肉不仅能对中枢神经系统的指令做出反应,肌肉本身还能够让动作得以实施。
肌肉时钟起到了调节肌肉功能的作用。此外,它们还在肌肉骨骼系统、大脑以及整个身体之间架起了沟通的桥梁。肌肉时钟能让肌肉与大脑中的主时钟保持同步,同时,它们还能将肌肉与位于肌肉骨骼系统内外组织中的其他外周时钟连接起来。
肌肉时钟就像体内的起搏器。从细胞层面讲,分子时钟提供了一种基本的计时方法,这种方法能让肌肉随时以良好的状态应对环境的日常变化。当分子时钟、细胞内活动以及外部事件(如昼夜周期)达到同步的状态时,我们便具备了适应环境条件的能力。从这个角度讲,肌肉十分聪明,它能够很好地适应周围环境。骨骼时钟是肌肉骨骼系统时钟的一员;肝脏区域的时钟则是外周时钟的一员。
据估计,肌肉占身体总质量的40%~45%,肌肉是人体中最丰富的组织。这两项数据有一定的意义,因为单就肌肉的体积而言,它并不仅仅是一个效应器、一个受中枢神经系统支配、只对指令做出反应的结构。相反,肌肉是一种重要的调节器,它能触发身体其他系统的作用,而且除了做出反应外,它还具备其他的功能。
无论肌肉进行什么样的活动,它都会影响整个身体。肌肉内包含控制其功能并与身体其他系统交流的时钟。这一发现极具革命性。从此,我们知道,肌肉可通过各种各样的线索,如经过精心策划的运动,在调节全身功能方面起着关键作用。例如,在肌肉时钟的帮助下,肌肉能够与肝脏形成交流机制,并在维持机体代谢平衡方面发挥重要作用。
很早之前,便有人提出了肌肉不仅是效应器的概念。由于肌肉在身体中占很大比例,许多人认为肌肉只有唯一的功能——在中枢神经系统的指挥下活动和执行动作。然而,这似乎不合逻辑。虽然很早便有人提出这一假设,但直到最近才出现支持这一观点的证据。本章稍后将就此进行详细的探讨。
人体内有600多块骨骼肌,每一块都有各自的肌肉时钟,此外,这些肌肉时钟包含了许多不同类型的遗传物质[20,26]。由于人体有超过600块骨骼肌且每一块都有自己的时钟,总共600多个单独的骨骼肌时钟会24小时工作,以便让肌肉活动和大脑内的主时钟、肌肉骨骼系统时钟、身体的其他系统以及环境保持同步。肌肉时钟并不是万能的,不同的肌肉由不同类型的纤维组成,各种类型的肌肉时钟自然也不尽相同。后文将详细探讨肌肉时钟的意义。
肌肉时钟位于肌肉内部,它们由转录因子组成。转录因子是一种序列特异性结合因子,负责控制遗传信息的转录速率(转录指利用脱氧核糖核酸链上的遗传信息产生互补核糖核酸链的过程),并参与脱氧核糖核酸(DNA)向核糖核酸(RNA)转化的过程(参见图1.1)。脱氧核糖核酸转化为核糖核酸之后,便可用来调节和表达给肌肉时钟功能带来重要影响的基因。转录因子包含了负责启动与调节肌肉内基因活动的基本蛋白。每个内部时钟均由许多转录因子组成,每个转录因子则在控制时钟方面扮演着不同的角色。就这些转录因子而言,有的只存在于核心分子时钟里,有的则存在于不同类型的肌肉时钟当中;肌肉时钟还包含影响骨骼肌特定功能的基因,如肌球蛋白和肌钙蛋白,以及其他影响新陈代谢及三磷酸腺苷(ATP)合成的基因。
图1.1 脱氧核糖核酸(DNA)转化为核糖核酸(RNA),用于编码、解码、调节以及表达给肌肉时钟功能带来重要影响的基因
所有生物钟都是24小时制。全身的每日变化、整体基因表达模式以及新陈代谢反映了24小时周期的存在。换句话说,在肌肉时钟以及其他生物钟里,转录因子每天的表现会随着时间的变化而变化。此外,对不同类型的刺激,它们的反应也是不同的。
特定外周组织(如肌肉)的局部活动反映了其生物钟的24小时周期。肌肉时钟通过注意如光暗周期之类的体外线索来了解日程安排,这与相对于地球轨道位置的时间相关联,与此同时,所有生物钟都能获得这种夹带线索。夹带是指生物节律性事件,如生理节律(Circadian Rhythm)与外部或局部组织环境变化之间的匹配。日常时间线索能够设置以及重设包括肌肉时钟在内的所有时钟。日常时间是最明显且最容易理解的时钟线索,然而,正如后面几章所探讨的,线索不仅数量庞大,还具备组织特定性。以肌肉为例,额外的线索包括激素水平、活动-休息模式和训练计划(如抗阻训练的时间安排)。第3章将会就上述所有线索展开详细探讨。
肌肉时钟由时钟控制型基因构成,此外,该类型的基因及其用于交流的通路具有明显的组织特异性。也就是说,每种类型的外周时钟都包含了各自的组织特异性基因,这些基因允许外周时钟监控其他系统并传达特定于该组织的变化。肌肉细胞的内部分子时钟让它们能够每天预测肌肉及其局部环境的节律性变化,并做出特定于肌肉的适应。肌肉时钟主要负责管理肌肉的状态,而其他外周时钟则关注其他组织所发生的变化(如骨骼时钟关注骨骼的状态)。
主时钟位于大脑,负责监督身体内的所有时钟(包括肌肉时钟)。此外,肌肉骨骼系统包含了软骨、骨骼与肌腱时钟。如前所述,每个时钟都具备组织特异性,包含特定于该组织的转录因子,其中,只有少数几个转录因子符合共享的条件。此外,每个组织特异性时钟都有自己独特的表现。当我们在研究中控制肌肉、骨骼以及软骨时钟时,每种时钟都会带来不同的负面影响。例如,如果时钟功能的关键转录因子——BMAL1蛋白在所有三个外周时钟(肌肉、骨骼和软骨)里都被敲除,则会引起不同的生理事件。以肌肉为例,其中的纤维会变得杂乱无章、线粒体功能失常,肌纤维的尺寸也会缩小[1]。此外,敲除肌肉时钟里的BMAL1蛋白不仅会缩小肌纤维的直径,还会诱发肌肉减少症(肌肉组织随年龄增长而减少)[11]。BMAL1蛋白被敲除后,肌肉的再生功能也会受影响[4]。这些结果说明构成肌肉时钟的基因对肌肉的最佳功能与表现是多么重要。
生物钟遭到破坏之后,受影响的不仅是肌肉。当全身BMAL1蛋白而不仅是肌肉BMAL1蛋白被敲除时,肌肉中正常的活动-休息节律便会消失,日常运动活动量也会减少[11]。综上所述,敲除BMAL1蛋白后,随之发生的肌肉特定性事件表明,肌肉时钟在调节肌肉功能及表现方面具有重要的作用。
敲除BMAL1蛋白不仅会在肌肉中产生很多效应,还影响着其他肌肉骨骼系统里的时钟。在软骨中,敲除BMAL1蛋白会给生长板带来负面影响——导致骨骼变短[3]。此外,如果敲除骨骼本身的BMAL1蛋白,则会导致骨质流失,这与衰老过程中发生的情况相类似[19]。
值得注意的是,在这种情况下,相同的转录因子——BMAL1蛋白可以在不同的组织中造成不同的后果。敲除转录因子的后果不仅阐明了内部调节时钟的重要性,也强调了以下事实:在各种组织中发现的不同类型的时钟均具备特定于组织的调节功能。内部时钟基因,如局部BMAL1蛋白丢失后,肌肉所做出的组织特定性反应进一步说明了骨骼肌的自主性。
本书的内容以肌肉时钟为重点,因此,我们并没有就肌腱、骨骼和软骨时钟展开充分的探讨。然而,我们需要认识到这些时钟的存在,因为它们能够与肌肉时钟形成交流机制,进而优化肌肉骨骼系统的发展与表现。此外,它们还在调节肌肉骨骼系统的代谢功能、预防代谢及骨骼疾病方面发挥着一定作用。
肌肉时钟通过密切关注时间线索或授时因子(在德语中是“线索”的意思,与生物钟相关的文献经常引用该术语)来监测时间间隔。肌肉时钟负责将环境中发生的事情与肌肉中发生的事情进行比较。在时间线索的协助下,肌肉不仅能够了解当前的时刻,还能即时地了解身体内外所发生的事情。因此,肌肉具备协调肌肉分子事件的能力。24小时内,肌肉一直都努力地在环境和肌肉活动之间做协调。
所有内部时钟都会接收一个最重要的时间线索——光。光提供了与日常时间以及活动-休息模式相关的信息。然而,其他因素,如激素水平、体温、运动和饮食习惯,也会影响分子时钟的活动,第3章将详细探讨这方面的内容。就目前而言,我们需要认识到,肌肉时钟通过时间线索来监测时间间隔,并从这些线索中了解如何做出合乎时宜的预测以及反应。
骨骼肌通过自己的生物节律(Biological Rhythms)来寻找与时间有关的线索。早在1986年,研究人员就发现骨骼肌中存在生物节律,当时,他们在老鼠身上注意到了肌蛋白合成的每日变化[17]。最初观察生物节律的时候,他们并没有认为那是肌肉时钟,直到1998年,齐尔卡及其同事才发现肌肉中存在一个独立的生理节律振荡器[29]。2007年,高桥及其同事[25]绘制了首个骨骼肌时钟,他们分别在小鼠和大鼠骨骼肌中发现了215个和107个基因,每个基因都包含了与时间线索相关的独特的表达性节律模式。2007年,其他研究人员发现,大鼠的骨骼肌包含了200个以上的节律基因[13,14]。
与肌肉时钟相关的研究进展得十分迅速。现在,科学家知道肌纤维的类型决定了节律基因的性质[8]。除了肌纤维的特异性外,我们也发现了越来越多的节律基因。就动物研究而言,科学家在快速收缩的胫骨前肌中发现了684个节律基因的同时,在收缩较慢的比目鱼肌中发现了1359个节律基因[8]。
由于在肌肉中发现了这些节律基因,研究人员现在可以做出有把握的推断——肌肉骨骼系统在设置与重置全身日常休息-活动阶段中具有重要的作用。科学家还未确定不同组织的具体作用,同时,还需要更多的研究来论证骨骼肌的自主程度以及规律性运动对节律和功能的影响。
肌肉并不能单独工作。在影响全身节律时,肌肉会与结缔组织、骨骼以及软骨一起工作。因此,影响这些组织的因素反过来又会影响肌肉和全身的生理节律。研究人员在小鼠软骨中确定了具体的分解代谢(导致组织受破坏)与合成代谢(构建组织)的计时机制:小鼠经历夜间阶段之后,大多数分解代谢基因会在白天早些时候达到峰值状态[11];然而,合成代谢基因则在12小时后,也就是晚上早些时候达到峰值状态。研究人员在肌肉中也观察到了类似的合成代谢基因的峰值时间。该结果表明,小鼠的肌肉组织很有可能在夜间12小时后开始生长。由于具备了同步的特征,肌肉骨骼系统组织的节律性分解代谢和合成代谢活动的时间变得十分重要。小鼠、大鼠软骨与肌肉的分解代谢-合成代谢节律与人类普遍接受的节律相类似[11](第3部分将详细探讨这方面的内容)。最重要的是,啮齿动物的分解代谢-合成代谢生物周期图与支持预测性人类肌肉日常生长潜力的数据相吻合。
另一个重要的线索与软骨周期及其对肌肉表现的影响相关联。杜德克和孟[7]认为,肌肉骨骼代谢周期和动物日常活动的长期脱钩或许会导致软骨出现退行性改变以及肌肉削弱的整体表现。另外,不同肌肉骨骼系统组织之间的同步性或许能让肌肉生理机能处于积极的状态中。为了支持不同肌肉骨骼系统组织之间的相互作用,软骨会丧失生理节律,如此一来,小鼠的骨骼会变得更短[7]。可以预见的是,在肌肉骨骼系统中,如果其中的一个方面不同步,其他系统,如肌肉也会受到影响。
有了与运动训练以及计划相关的线索,肌肉时钟不仅能够调节肌肉表现,还能协调肌肉骨骼系统和身体内部的其他系统。肌肉能够从抗阻训练中获得相应的线索,如运动方式(运动类型和生物力学)、频率、持续时间、运动量、强度和休息时间。第3章将会就上述所有因素展开详细探讨。
生物钟是一个分层结构。大脑中的主时钟(参见图1.2)与所有的外周时钟形成了交流机制。自20世纪70年代以来,科学家们就已经知道了主时钟的存在,而且很长一段时间以来,人们都知道它与生理节律或生物节律之间存在着联系。主时钟解释了为什么长途飞行会打乱睡眠模式,为什么轮班工人在工作时间不固定时容易生病,或者为什么在某些情况下,夜班会影响健康的生理节律功能。生物钟对一致性有很高的要求——它们不断寻找能够创造一致性的线索,如运动训练以及计划线索。
当主时钟被破坏时,生理节律就会被打乱[12]。主时钟能够向骨骼肌、肌腱、软骨和骨骼等外周器官施加节律性。在很长一段时间里,即直到发现外周时钟之前,人们一直认为主时钟是唯一的内部起搏器——不仅独立地控制着所有组织的生理节律,还涵盖了所有的肌肉骨骼系统时钟。
所有的外周时钟都会受到主时钟的影响,然而外周时钟并不能向主时钟施加起搏作用。这个概念十分重要。包括肌肉时钟在内的外周时钟并不会对主时钟产生任何影响。主时钟的地位至高无上,能够影响所有的外周时钟。然而实际上,外周时钟包含了一些特征,如它们拥有自己的生理节律和夹带方式,这让它们在一定程度上独立于主时钟。就肌肉时钟而言,如运动时间、特定的运动训练和计划特征这样的夹带线索为肌肉提供了自主权。
最重要的是,虽然局部时钟(如肌肉时钟)能够根据环境以及内部变化的特定需求来调动局部组织,但不会对主时钟造成影响。然而如本章的后文所述,骨骼肌的反复收缩会对主时钟产生影响。
主时钟位于大脑前部深处——下丘脑的视交叉上核(SCN)区域(参见图1.2)。视交叉上核是一个神经元簇,不仅能够识别昼夜循环,还能让身体处于24小时周期当中,这给肌肉以及所有其他外周时钟带来了重要的影响。即使在没有光线的情况下,视交叉上核也可以使身体的其他部分维持大约24小时的作息时间。
图1.2 位于大脑视交叉上核的主时钟会影响体内很多外周时钟,主要负责传递和日常时间以及明暗周期相关的信息。内部时钟不会直接影响主时钟
当视交叉上核的某些部分遭到破坏时,外周时钟(如肌肉时钟)并不会受影响[5]。但是视交叉上核遭到破坏会导致内部外周时钟不再与其他躯体调节系统保持同步。事实上,尽管视交叉上核遭到破坏,肌肉时钟还是能够维持24小时的作息时间,这一点很重要,因为它论证了肌肉时钟与肌肉的自主性。
大脑中的主时钟会影响所有的外周时钟,包括肌肉、肌腱、骨骼和软骨时钟,以及身体其他部位的时钟。由于主时钟能够识别光线周期,它能让肌肉时钟24小时地维持工作状态。然而,主时钟不是唯一的调节器。每个组织都有自己的时钟,这些时钟会对组织特定性线索,如肌肉运动的时间及类型做出反应。时钟有了具体的线索以及来自主时钟和环境的信息,能区分一天的时间,并设定相应的时间表。
肌肉时钟不会直接影响主时钟。虽然,对外周时钟的功能而言,主时钟非常重要,但外周时钟不会对主时钟产生直接影响。主时钟会向外周时钟发送与日常时间以及活动-休息周期相关联的信号,而外周时钟不会向主时钟传递信息。
虽然肌肉时钟不会直接影响主时钟,但是骨骼肌可以通过反复的肌肉收缩间接地影响主时钟。和肌肉时钟一样,主时钟也受运动的影响。换句话说,肌肉时钟或许不会直接影响主时钟,但肌肉的活动可以。这再次表明,肌肉是自主调节器,而不仅仅是效应器。
就肌肉活动如何影响主时钟而言,主时钟能够对运动的时间以及多次预先安排的运动做出反应。在研究运动对主时钟的影响时,研究人员发现,主时钟会将预先安排好的运动视为一种线索[20,21]。运动功能不仅有利于视交叉上核适应环境,还能提供关于活动-休息周期的线索。肌肉在运动时,日常的负荷/空负荷会让局部基因表达以及代谢方面发生变化,这些变化被认为是全身生理节律的重要组成部分。定期的运动能够管控主时钟以及光-昼循环,也就是说,外周组织,如肌肉,能够对环境和其他时间线索做出灵活的反应[6,18,25]。
有规律的运动让肌肉能够自主且灵活地应对其独特环境的要求。一项与小鼠的运动相联系的研究表明,每天都会有一个可以增强生理节律的最佳运动时间。然而人类还不能通过理想的运动时间来优化肌肉时钟在肌肉表现中的作用。因此,在更多地了解他人推荐的训练时间之前,应该每天坚持计时运动[26]。
艾米·阿什莫尔拥有得克萨斯大学奥斯汀分校人体运动学博士学位和佛罗里达州立大学运动科学硕士学位。她撰写了数十篇文章、博客,并且是经美国国家体能协会(NSCA)、美国大学体能教练协会(CSCCa)、美国运动理事会(ACE)和美国国家运动医学学会(ACSM)认可的继续教育项目的负责人。艾米曾在佛罗里达州立大学运动科学系任教,曾任美国军事大学运动科学和运动管理的项目主管。此外,她还是一位作家和继续教育专家。
刘也
北京体育大学运动训练学硕士(体能测评与训练方向);国家体育总局训练局体能训练师,曾为国家游泳队、田径队、体操队、羽毛球队、乒乓球队、排球队、篮球队、举重队等提供体能测试和体能训练指导服务;曾担任中超大连人职业足球俱乐部科研教练;曾担任中国国家羽毛球青年队体能教练,备战亚洲青年羽毛球锦标赛、世界青年羽毛球锦标赛;曾担任中国武警雪豹突击队体能教练;曾担任北京大学高水平羽毛球代表队体能教练、北京体育大学高水平羽毛球代表队体能教练。
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