NASA好奇号火星车新进展：时隔一年半重启钻孔采样

前情提要：

关于2017年的好奇号总结，看这里

haibaraemily：2017年的好奇号——出走五年，依然怀抱利器！



1、好奇号是啥？


好奇号是NASA于2011年11月发射的火星车，2012年8月成功着陆于火星的盖尔环形山中。

好奇号火星车是目前投入使用的最先进的火星车，到2018年初已经走过了18公里路程。

在过去的六年里，好奇号从黄刀湾、帕朗山、柏瑞哲盆地、穆雷孤峰行至薇拉·鲁宾山脊…它不断地向这场探险之旅最重要的目的地——高达5000米的夏普峰攀登。


好奇号在盖尔环形山中的行进路线。盖尔环形山的中央峰夏普山（Mount Sharp，后被正式命名为伊奥利亚山Aeolis Mons），是好奇号的目的地。(Voosen, Science, 2017)


2、好奇号为啥要钻孔？


好奇号的使命是探索远古火星上可能的水和生命，而它所着陆的盖尔环形山内，就是这样一个充满了疑似液态水和有机物痕迹的地方。


怎么探测这些可能的生命痕迹呢？其中一种重要的方法就是钻孔采样，然直接分析这些样本的成分。在过去的几年里，好奇号边走边打洞，已经成功完成了15次钻孔采样。

截止到2016年10月，好奇号完成了15次钻孔采样。来源：NASA/JPL


3、好奇号出了啥问题？


2016年12月初，好奇号的钻孔机出现了故障，不能顺利按照指令打洞了。虽然远在地球上的工程师们立刻开始检修工作，但2017年的好奇号还是有点着急——2017年6月中旬，好奇号到达薇拉·鲁宾山脊（Vera Rubin Ridge）一带，这是一处富含赤铁矿的地质单元，富含铁的矿物可以为微生物提供能量来源，也就是说，这是一处很可能探测到生命痕迹的区域。

机不可失，时不再来。

2017年中旬，好奇号来到了富含赤铁矿的薇拉·鲁宾山脊一带。来源：NASA/JPL



4、怎么修？


好奇号原本的钻孔原理是先用两根稳定器（stabilizer）把要采样的岩石外围固定住（就是图上垂直的圆柱形的那两根）。

好奇号原本的钻孔采样方案。来源：NASA/JPL


再用推进装置伸出钻头（中间那个）进行钻孔。

好奇号原本的钻孔采样方案。来源：NASA/JPL


工程师们发现，钻孔机的伸缩故障正是因为推进装置出了问题。

https://www.zhihu.com/video/988150770390302720
好奇号2013年5月19日在Cumberland成功钻孔采样的过程。来源：NASA/JPL


另外一边的地球上，NASA的工程师们正对着一个几乎一模一样的好奇号副本机，夜以继日地寻找钻孔机的修复方案。

工程师们在测试新的钻孔方案。来源：NASA/JPL


多次恢复推进装置的尝试未果之后，好奇号团队决定采用更加简单粗暴的方式：索性不用稳定器了，直接把机器臂连着钻头一起钻进地里不就好了……他们管这个新方案叫做Feed-Extended Drilling (FED)（别看我，我不会翻译，你们自行体会一下…）。


新方案的钻孔过程有点像人类用螺丝起子，可以一边旋转着打洞一边把钻孔往里送，从这个角度来说，好奇号的机器臂已经"进化"得更像人类的手臂了。

好奇号新的钻孔采样方案FED，两根稳定器完全不要了，钻孔的伸缩完全由机器臂控制。来源：NASA/JPL


但这在控制上的难度要高得多，毕竟推进装置只能在一维方向上运动，而机器臂…虽然配备了力和扭矩传感器，但它…有五个自由度啊…


5、进 展


新方案经过了几次测试。


2017年10月17日，好奇号的钻孔机时隔十个月再次尝试启动！这次主要是为了测试机器臂的传感器，所以只是把机器臂连着钻孔机一起从空中伸向地面并接触地面，并没有钻孔采样。


2018年2月26日，验证新方案。好奇号在Lake Orcadie钻了一个约1厘米深的孔，这个深度虽然对科学采样分析来说是不够的，但从验证方案的角度来说振奋人心。


2018年5月中旬，地球上的好奇号副本机成功进行了完整的钻孔演习，就差火星上再来一遍了。


BUT！

勤勤恳恳的好奇号已经快要走出这片赤铁矿区域了！

怎么办？！


好奇号团队当机立断，决定折返。


5月，好奇号往回走了一点，到达了薇拉·鲁宾山脊的一处叫做Duluth的石块。


2018年5月20日，又是激动人心的一天，好奇号火星车在Duluth石块上打了一个约5.1厘米深的孔，并成功完成了采样。

这是好奇号在2016年10月之后第一次成功完成钻孔采样。



6、打完洞以后怎么办？


这些打洞挖出来的岩石和土壤样本，会被好奇号送到自己内部的两个实验装置中进行进一步分析。

一个叫CheMin，可以理解为一台通过X射线分析矿物组成的"验矿仪"。

这些不同地方的矿物成分和含量都是CheMin测的。来源：NASA


另一个叫SAM，是一套可以通过质谱仪分析采样物成分的"试管"。它是整个好奇号火星车上占体积最大，设计最复杂的仪器。

好奇号钻孔集的固体样本被送入SAM中对应的"试管"（化学实验杯）里之后，内部的"烤箱"会把试管中的样本加热到气化（1100摄氏度），然后再用氦气流把这些气体"吹入"质谱仪中进行成分测定。

SAM的内部结构 (Voosen, Science, 2017)

SAM的内部结构 (Voosen, Science, 2017)



至于这次采样分析的结果嘛，目前还在处理中，说不定很快就能有个大新闻哦~（工作太忙好久没更新了…今天看到NASA明天凌晨要开好奇号的发布会，心想莫不是跟这次的结果有关吧，不行赶紧要更了……拖延症都被治好了orz）



前情提要再来一遍：

关于2017年的好奇号总结，看这里

haibaraemily：2017年的好奇号——出走五年，依然怀抱利器！




本文首发于公众号"永结无情游相期邈云汉"（id：haibaraemily_planets）。


参考



来源：知乎 www.zhihu.com
作者：haibaraemily

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有限元中的Lagrange插值与Gauss积分

Lagrange插值与Gauss积分是在学习FEM中不可回避的两部分，虽然说是两部分，其实在Gauss积分中，构造多项式的被积函数时，也用到了Lagrange插值多项式，所以在讲关于参数单元刚度矩阵求积分的时候，在数值积分中一起提出。

\int_{a}^{b} f(x)dx\approx\int_{a}^{b} P(x)dx

以上表达式是说，对于一个比较难以积分的函数f，我们找到了一个与之相似度很高的多项式函数P，用P的积分来代替f的积分，那么现在的问题就是如何找到多项式P。

那么，先看第一种关于Newton-Cotes数值积分：

Lagrange插值的定义

如果已知n个点的数值，那么可以构造一个n-1阶的多项式，通过待定系数的方式，使得这个多项式在这n个点的值就等于原本函数在这n个点的数值，关于待定系数的求解，如下：

a_{0}+a_{1}x_{1}^{}+a_{2}x_{1}^{2}+a_{3}x_{1}^{3}+...+a_{n-1}x_{1}^{n-1}=f(x_{1})

a_{0}+a_{1}x_{2}^{}+a_{2}x_{2}^{2}+a_{3}x_{2}^{3}+...+a_{n-1}x_{2}^{n-1}=f(x_{2})

... ...

a_{0}+a_{1}x_{n}^{}+a_{2}x_{n}^{2}+a_{3}x_{n}^{3}+...+a_{n-1}x_{n}^{n-1}=f(x_{n})

用矩阵表示这个线性方程组：

\left( \begin{array}{ccc} 1 & x_{1} & x_{1}^{2} & ... & x_{1}^{n-1} \\ 1 & x_{2} & x_{2}^{2} & ... & x_{2}^{n-1} \\ ... & ... & ...&...&... \\ 1 & x_{n} & x_{n}^{2} & ... & x_{n}^{n-1} \\ \end{array} \right) \left( \begin{array}{ccc} a_{0} \\ a_{1} \\ ... \\ a_{n-1} \\ \end{array} \right) = \left( \begin{array}{ccc} f(x_{1}) \\ f(x_{2}) \\ ... \\ f(x_{n}) \\ \end{array} \right)

这里我用一个二次多项式来举例吧，给出三个已知点:

(x_1,y_1)；(x_2,y_2)；(x_3,y_3)

二次多项式为： y=a_0+a_1x+a_2x^2

将三个点带入二次多项式来确定系数，得到的线性方程组为：

\left( \begin{array}{ccc} 1 & x_{1} & x_{1}^{2} \\ 1 & x_{2} & x_{2}^{2} \\ 1 & x_{3} & x_{3}^{2}\\ \end{array} \right) \left( \begin{array}{ccc} a_{0} \\ a_{1} \\ a_{2} \\ \end{array} \right) = \left( \begin{array}{ccc} y_{1} \\ y_{2} \\ y_{3} \\ \end{array} \right)

系数矩阵A明显是一个范德蒙矩阵，范德蒙矩阵是可逆的，因此，我们可以直接通过克莱姆法则来求解系数向量，得到系数向量以后，把每一个系数写成纵坐标y的线性组合，我直接给出我计算的结果，并且只保留y_1的系数：

a_0 =x_2·x_3·(x_3-x_2)·y_1+...

a_1=(x_2-x_3)·(x_2+x_3)·y_1+...

a_2=(x_3-x_2)·y_1+...

另外系数矩阵，即范德蒙行列式的值为：

D=(x_3-x_2)·(x_3-x_1)·(x_2-x_1)

现在可以得到y的表达式：

y=\frac{x_2·x_3·(x_3-x_2)+(x_2-x_3)·(x_2+x_3)·x+(x_3-x_2)·x²}{(x_3-x_2)·(x_3-x_1)·(x_2-x_1)} y_1+...

y=\frac{x_2·x_3-(x_2+x_3)·x+x²}{(x_3-x_1)·(x_2-x_1)} y_1+...

y=\frac{(x-x_2)·(x-x_3)}{(x_1-x_3)·(x_1-x_2)} y_1+.\frac{(x-x_1)·(x-x_3)}{(x_2-x_3)·(x_2-x_1)} y_2+\frac{(x-x_1)·(x-x_2)}{(x_3-x_1)·(x_3-x_2)} y_3

接下来，记：

f_1(x)=\frac{(x-x_2)·(x-x_3)}{(x_1-x_3)·(x_1-x_2)}

f_2(x)=\frac{(x-x_1)·(x-x_3)}{(x_2-x_3)·(x_2-x_1)}

f_3(x)=\frac{(x-x_1)·(x-x_2)}{(x_3-x_1)·(x_3-x_2)}

则： y=f_1(x)·y_1+f_2(x)·y_2+f_3(x)·y_3

可以容易的看出：

f_i(x_j)=\delta_{ij} ，这个意思就是说，在某一个带入值的点，比如点1，f2与f3都取0，而f1则取1，所以，在所有带入值的点，多项式插值的结果与原来函数的值是相等的。

这就是Lagrange插值，最后给一个一般性的表达式：

P(x)=\sum_{n}^{i=1}[{\prod_{j=1(i\ne j)}^{n}}\frac{(x-x_j)}{(x_i-x_j)}·y_i]

那么，Newton-Cotes数值积分也就顺理成章的被引出了：

Newton-Cotes数值积分将原积分转化为权函数与原函数值的线性组合

然后，就是FEM里常用的Gauss积分了：

首先谈一下我的理解，上面的Newton-Cotes数值积分，是将一个函数转换为一个多项式，采用的多项式是Lagrange插值多项式，采用的n个点没有特殊的要求，下面的Gauss积分，就是要对积分点进行确定，对积分点函数值得权函数同时进行确定。

Gauss积分的定义

可以看出，构造的高斯积分的函数虽然阶次提高到了2n-1，它的两项中的第一项仍然为n-1阶，并且就是之前的拉格朗日插值多项式，只是在后面添加了一个"辅助项"，辅助项在所有积分点处的值为零，其实为什么这么构造我是不清楚的，我是一个没学过数值分析的本科生，惭愧，但是毋庸置疑的是：

（1）整个多项式的阶次被提高到2n-1次，相比于牛顿积分更精确；

（2）利用上述的积分条件（共n个），可以用来确定n个积分点的位置。

确定积分点之后，再确定权函数

今天就写这么多吧，作为参数单元内容的补充。



来源：知乎 www.zhihu.com
作者：QuYln

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皮肤科“万能药”竟然是它？

它，被称为"皮肤科万能药"，"皮肤科第一法宝"，"皮肤科医生的好帮手"，曾被精致时尚girls用来除黑头、去角质、美白遮瑕。

世上竟有如此神奇的药？没错，它就是——氧化锌软膏。


"万能药"氧化锌软膏，了解一下


氧化锌软膏具有吸附油脂和水分的作用，用在皮肤上能起到收敛、保护、抑菌三大功效，所以常常被用来预防和辅助治疗皮肤病。


而且氧化锌为惰性矿物、无毒、不溶于水，没有刺激性，也几乎不被皮肤吸收，不管是婴儿，孕妇还是老人，都可以放心用。

预防感染，促进伤口愈合



氧化锌有一定抑制金黄色葡萄球菌和念珠菌的作用，可用于预防伤口感染。


此外，伤口抹的氧化锌软膏，还可以持续、缓慢地释放锌离子，通过给皮肤补充必需的微量元素锌，来促进伤口的修复。

抵挡紫外线，能防晒


氧化锌是一种不透光物质，具有遮盖作用，还可以反射包括UVA和UVB在内的紫外线。


看看你的护肤品和防晒霜的成分表，应该都能找到它的名字。

隔水保护，防治宝宝"红屁屁"

宝宝臀部皮肤娇嫩，受到刺激容易过敏，长出尿布皮炎或尿布疹，变成"红屁屁"。


氧化锌软膏具有隔离水分的作用，让皮肤避免接触刺激物；而收敛和保护的作用，则可以帮助预防和治疗"红屁屁"。


其实大多数正规品牌的护臀霜，主要成分都是氧化锌。所以宝宝出现了"红屁屁"，抹氧化锌软膏大部分情况下能够起到一定作用~

9种皮肤问题，一支就搞定


FDA（美国食品药品监督管理局）把氧化锌软膏归为"皮肤保护剂"。很多皮肤问题，都可以用氧化锌来搞定。比如......


❶ 夏天，脖子、腋窝、大腿根出汗多，汗液浸渍出的红斑和刺痒


❷ 接触某些植物后出现的过敏性皮炎


❸ 亚急性湿疹


❹ 日光皮炎


❺ 轻微烫伤、 蚊虫咬伤


❻ 冻疮


❼ 激光治疗术后护理


❽ 糖尿病病人腿上的皮肤溃疡


❾ 长期卧床的病人出现的褥疮、压疮

也就是说在小面积皮肤损害的情况下，不管是伤口、轻微渗液、湿疹还是水疱，都可以抹氧化锌软膏，来保护皮肤破损、促进皮肤愈合。


氧化锌软膏去黑头？看起来很美丽


网上流传着一种神奇的"清洁面膜"——某品牌含有氧化锌成分的婴儿护臀霜。



把膏体均匀地抹在脸上，静待数小时（学医出身的小编曾经顶着3个小时的"小白脸"，这种黑历史emmm......），然后擦掉"面糊"，清洗干净，就可以见证奇迹了~


但是！氧化锌软膏的"美颜"功效并不是真的！


氧化锌软膏的膏体成分附着能力强，不易清洁。


在擦掉软膏时，里面的氧化锌颗粒会和皮肤表面相互摩擦，产生了物理性去角质的效果，使得皮肤看起来更细腻。


而残留在皮肤表面的氧化锌颗粒，又起到了"美白遮瑕"的效果，使黑头粉刺看起来不那么明显。


但氧化锌软膏本身并没有去除黑头粉刺的功效，随着颗粒物逐渐脱落，黑头又会再次"现身"。


氧化锌软膏并不是真的"万能"


虽然氧化锌软膏对很多皮肤问题都有用，但它并不是真的"万能"。这两种情况，最好不要用。


1.皮肤干燥的疾病，越用越干


氧化锌颗粒有干燥和收敛的作用，皮肤干燥症状较为明显疾病不宜首选，因为可能会加重皮损干燥的程度。


慢性角化性湿疹、鱼鳞病、寻常型银屑病等这类皮肤比较干燥疾病，还是抹点保湿霜吧。


2. 有大面积渗液时不宜用


乳膏一般比较粘稠，会在皮肤表面形成一层保护膜，但这也会让皮肤渗出的液体流不出去。


虽然氧化锌本身有一点收敛的作用，但如果皮肤有大量渗液的情况，渗液被氧化锌软膏所阻碍，反而会影响皮肤愈合。


所以，有大量渗出的急性湿疹、大面积溃疡、糜烂、水疱、大疱等，最好都不要首选应用氧化锌软膏。

总体而言，"皮肤科万能药"绝不是浪得虚名，氧化锌软膏，居家旅行之良药，备一支不吃亏，备两支不上当，用得对就是好药！


内容来自好大夫在线微信订阅号科普文章：

ID：haodf_wx

《皮肤科"万能药"竟然是它？ 》——好大夫在线

本文作者 舒畅 北京协和医院 皮肤科

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来源：知乎 www.zhihu.com
作者：好大夫在线

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增肌：力竭还是不力竭？

抱歉，在阅读之前允许我厚着脸皮打个广告~~~

你刚开始健身，不知道应该从哪里开始？

你练了一段时间，但还是原地踏步？

网上关于健身的信息过多，你不知所措？

那你就需要这本书！

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建议在阅读之前和这些术语熟悉一下。


术语定义：

训练量（Training Volume）= 一位训练者在一定时间内所完成的总训练。由训练组数乘以训练个数来代表，不过在本文里，训练量由训练组数来代表。

训练强度（Training Intensity）= 指训练时所使用的重量。由1RM的百分比而定。例如，1RM的<60%算是"低"强度，1RM的60%-80%算是"中"强度，1RM的>80%算是"高"强度。

RM（Repetition Maximum）= 最高个数，1RM代表只能做1个，不能做2个的重量。3RM代表只能做3个，不能做4个的重量。

大周期（Macrocycle）= 由好几个小周期而组成的训练周期，通常以年算。

小周期（Mesocycle）= 由好几个微周期而组成的训练周期，通常以月算。

微周期（Microcycle）= 由好几个训练而组成的训练周期，通常以周算。

积累阶段/期（Accumulation Phase）= 一个目地是以积累训练量为主的训练阶段。

减负/减负周（Deload/ Deload week）= 一个降低训练量和训练强度的训练周，目地是为了去除多余的疲劳，防止训练过度。


在健身房练过一段时间的人都应该听说过"力竭"这个词。顾名思义，它的意思就是把一组训练组做到"力量竭尽"为止。

想要增肌的朋友们应该也都听说过，"得把每组练到力竭，否者肌肉就无法增长"等类似的话。

这不仅限于健身房里"哥们"的聊天，就连出名的健美冠军们也说过类似的话。尤其是迈克.门泽尔和多里安·耶茨，他们的训练理念就是以力竭为主。他们认为，只要你做到完全力竭，你就不需要再多做了，因为肌肉已经完全力竭了，你已经给予肌肉那天所需的所有增肌刺激。

那增肌真的需要把每组都练到力竭吗？今天我们就来看看，现有科学如何看待这个问题。


迈克.门泽尔

增肌需不需要力竭？


想要回答这个问题，先让我们看看那些直接对比力竭和不力竭的研究结果，看看能否从这些直接研究里得出答案。


先从这项2015的研究开始（1）。

科学家们召来了28位男士，并将他们分成了3组。第1组和第2组不做到力竭，第3组练到力竭。研究人员让他们做二头弯举，每周练3次，每次做4组，每组采用1RM的85%。第1和第2组平均每组做了4个，第3组平均每组做了6个。12周之后，3组都的肘屈肌都得到了增长，但每组之间没有区别。


再看看这项2018年的研究（2）。

科学家们测试了4种不同的股四头肌训练法，大重量（1RM的80%）训练至力竭，小重量（1RM的30%）训练至力竭，大重量和小重量至实验者认为足够为止（不力竭）。结果发现，4种训练法都得到了类似的股四头肌增长。


乍眼一看，似乎力竭还是不力竭对于增肌来说并没有区别。不过，这两项研究的实验者都是缺乏锻炼的新手，而我们知道，任何训练对新手都有效。所以这两项研究的结果只能证明，对于新手来说，力竭还是不力竭并不重要。


那有没有任何研究测试过有一定训练经验的实验者呢？有，但问题是它们都没有测量肌肉大小，而且结果都不一致（5、6）。


比如这项2006年的研究（3）。

科学家们把42位运动员分成了两组。一组做3x10RM（力竭组），另一组做6x3-5（不力竭组），使用同样的训练强度（1RM的75%）。结果发现，两组都得到了类似的力量增长，但研究人员并没有测量肌肉大小。


在这项2005年的研究里（4），科学家们把26位篮球和足球运动员分成了两组。一组力竭组做4x6，另一组不力竭组做8x3，使用同样的训练强度（~1RM的85-105%）。结果发现，力竭组的力量增长要比不力竭组高将近两倍，但研究人员也没有测量肌肉大小。


所以，光凭这些直接研究的结果无法得出一个满意的答案。既然无法从直接研究里得出答案，那让我们看看那些间接研究的发现。

多里安·耶茨




力竭的好处


我指得的"间接"研究就是那些只看当力竭发生时，肌肉里面会发生什么事，但并没有直接测量肌肉变化的研究。


根据这些"间接"研究，力竭对增肌似乎有3种好处：

1.更高的荷尔蒙反应

研究发现，和不力竭相比，力竭训练能使身体分泌出更多的同化荷尔蒙，更准确地来说，生长激素（7）。

由于生长激素和肌肉增长有着一定的联系（8、9、10），科学家们就理所当然地认为力竭训练会有更好的增肌效果。


2.更多运动单位的招募

运动单位可以简单地理解为肌纤维。每块肌肉都由不同的肌纤维组成。肌纤维可以简单地分为2种，I型（耐力型）和II型（力量型）。

根据大小原则（11），一块肌肉在发力的时候，I型肌纤维会先被招募，II型肌纤维再被招募。不过，随着发力的大小，这个顺序会稍微改变。在大重量训练情况下（>1RM的60%），II型肌纤维会更早地被招募。

假如不力竭，所有的肌纤维不一定会全部被招募。相反，在力竭的时候，所有的肌纤维都会被招募（12、13）。

科学家们推测，更多的肌纤维招募等于更好的增肌效果（14）。


3.更高的肌电活动

肌电活动其实和肌肉的运动单位类似，更多运动单位的参与等于更高的肌电活动，而力竭有更高的肌电活动（15）。

所以科学家们也认为更高的肌电活动等于更好的增肌效果。


4.让训练更有趣

（这一点是我自己加进去的，它并没有出现在研究里。）

根据不同的性格，不同人群会更喜欢力竭训练，因为他们渴望那种把自己推向极限、甚至超越极限的感觉。

所以对于某些人来说，或许力竭能让他们更容易地长期坚持训练，从此得到更好的效果。毕竟，假如某人无法长期坚持训练，那多么好的训练法都是白费。


既然力竭在理论上对增肌有这么多的好处，为什么在实际研究里的结果却那么不一致呢？

因为这些好处都是一些短期的变化，研究人员并没有测量长期的变化。


首先，力竭训练的确可以在训练之后短期地提升血液内生长激素的含量，但短期的提升不一定就等于更好的增肌效果（16）。

生长激素是一种在健美圈里常被人谈到的荷尔蒙，说"生长激素对增肌非常重要，所以训练应该以最大化生长激素的分泌为主"。但其实，生长激素和增肌并没有多大关系（23）。

在这项1992年的研究里（17），科学家们把16位男士分成了两组，一组接受额外的生长激素（40ug/kg/day）和一组安慰剂，并让两组都做同样的抗阻力训练。 结果发现，两组的肌肉都得到了类似的增长。所以额外的生长激素并没有帮助添加更多的肌肉。

在这项2009年的研究里（18），科学家们召来了12位男士，并让他们做同样的二头训练，但两只手臂在不同的情况下进行。一只手臂用指定的二头训练（低荷尔蒙情况，由于小肌群训练无法提升荷尔蒙），另一只手臂也用指定的二头训练，但外加股四训练（高荷尔蒙情况，因为大肌群训练能提升荷尔蒙）。在高荷尔蒙情况下，生长激素、睾酮和胰岛素样生长因子都得到了提升（将近另一情况的10倍）。不过，15周之后，两支手臂都得到了类似的增长。

因此生长激素对增肌来说，没有特别的帮助（除非使用超生理剂量）。


接着，传统智慧倾向于大重量训练（>1RM的70%）的增肌效果，低估了小重量训练（<1RM的70%）的增肌效果。而且当研究人员用肌电测量运动单位的参与时，大重量训练时运动单位的参与更多，小重量更少。因此，科学家们一直认为更多运动单位的参与和更高的肌电活动等于更好的增肌效果。

不过，最近几年有许许多多的研究陆续出现，证明小重量训练（低至1RM的30%）都可以拥有类似的增肌效果（19）。

比如在这项2017年的研究里（20），科学家们召来了30位男士，并分成两组，一组高重量组（1RM的80%），一组低重量组（1RM的30%），两组都做坐姿腿屈伸。结果发现，即使只有高重量组在这6周内明显地增加了肌电活动，但两组始终还是得到了类似的肌肉增长。

所以这项研究很清楚地证明，对于增肌来说，肌电活动或运动单位参与的高低并不重要。


最后，力竭的确可以让训练更有趣，从而使某些人更容易地长期坚持下去。但很多人使用力竭的方法不佳，过于滥用，缓慢了进步速度。


这其实就是我想暗示的点：力竭并不只有好处，也伴随着一定的负面影响。


阿诺德.施瓦辛格




力竭的弊处


力竭的弊处主要就是一点：力竭会伤害到训练量的堆积。


我们知道，想要增肌，必须得先给予肌肉一个增长的理由，也就是一种外界压力或刺激。这种增肌刺激来自训练。

那在训练的时候，有很多的变量可以控制，比如训练量、强度（=重量）、频率、动作选择、是否练到力竭（也可以算是训练强度）等等。

而科学家们都一致地同意（21、14），训练量（总训练次数或总训练组数）才是和增肌关系最密切的变量：直到一定程度，越高的训练量会有越好的增肌效果。

例如在这项研究里（22），科学家们对比了3种不同训练量的增肌效果，1组、3组和5组。结果发现，5组的增肌效果比3组更好，3组的增肌效果比1组更好。

所以，想要增肌，得首先顾及到训练量，积累越高的训练量越好（直到一定程度）。但不要认为训练量越高越好，就马上去健身房做10x10或20x20。和力竭一样，短期的训练量积累没有长期的训练量积累重要。想要长期地进步，得长期地积累训练量。可是，如果滥用力竭或用得过早，力竭很可能影响到训练量的堆积。


让我来举个例子：

小白今天准备用100kg深蹲，他能使用这个重量蹲10RM。

假设他决定把每一组都做到力竭，所以在第一组就做了10个，那他在第二组还能做几个？肯定无法再作10个，因为这是他的10RM，所以肯定更低，或许能做7个。那在第三组的时候，他能做几个？肯定也更低，或许4个。如果我们算一算他今天的总深蹲训练量就是10+7+4=21个。

相反，假设他第一组只做8个，留着2个不做，那他第二第三组都可以再做8个。所以他的总训练量就变成了8+8+8=24个。

或者，他第一组只做7个，留着3个不做，但一共做了四组，因为没那么吃力。那他今天的总训练量就是7+7+7+7=28个。


你可能会说，21和24之间只差3个而已，真的会有那么明显的区别吗？

像我在上面说的，对于增肌来说，最重要地是长期的训练量积累，而不是短期的训练量积累，所以我们得退后几步，学会长远的思考。

21和24之间虽然只差3个，但假如小白每周做两次深蹲，那就是42对48了！一个月下来就是168对192！一年下来就是2184对2496！

所以不要过于地关注那一次的训练，学会看得长远一点。


此外，力竭和不力竭之间存在着一个很大的区别，那就是疲劳的积累。

我们在训练的时候，疲劳也会慢慢地积累。等到疲劳积累到一定程度之后，就会使我们的运动表现退步。因此到那个程度之后，就得做一个减负周，为了消除多余的疲劳，让我们更好地进步。

每一组训练组，越接近力竭，疲劳就积累地越快。疲劳积累地越快，减负的频率就得越高。通常来说，一个成功小周期的持续时间在4-6周，接着就得减负，因此减负比例是4:1，一年下来，只有8.5个减负周。假如你决定每组都练到力竭，那你的小周期也许只能持续2-3周就得减负（因为每一组的疲劳积累地更快），因此你的减负比例就是2:1，一年下来，你就得有17个减负周。

但在减负的那一周，我们并没有在进步，只是在为下一周期的训练做好准备。所以减负周过多，会影响到我们的进步速度。


由此所见，如果力竭地过多、过早会明显地伤害长期训练量的积累，使增肌效果没那么好。

这么看来，力竭得不惜一切代价地避免咯？不，如果恰当地使用，力竭其实还可以帮助提升训练量。


弗兰克·赞恩




如何恰当地使用力竭？


如何用力竭来提升训练量？

通过以下两种方法，力竭可以提升训练量。


第一种方法就是把力竭只用在最后一组。

再用上面的例子：小白深蹲100kg10RM。第一第二组都做8个，留2个，但第三组做到力竭，他也许能做9个，或状态超好的话甚至10个。这样一来它就做了8+8+9=25个。和第一组力竭相比就多了4个。

不过，这种用法还是有一定的缺陷。因为假如训练者决定在每一动作的最后一组都做到力竭的话，疲劳还是会积累地过快，尤其是当将力竭用在这些大重量复合动作上时。而且用在第一个动作的话还会影响后面几个训练动作的表现。所以我更建议第二种方法。


第二种方法就是只用在某个部位最后一个练习的最后一组，通常是孤立动作。

例子：小白的股四训练是先深蹲3x8，再蹬腿3x12，再腿屈伸3x15。那他可以把腿屈伸的最后一组做到力竭。由于腿屈伸是一个孤立动作，所以没有深蹲或蹬腿一样那么费力，这样他就可以得到力竭理论上的好处，还可以避免疲劳积累地过快。


所以以上两种方法都可以利用力竭理论上的好处，还可以帮助提升训练量。


弗莱克斯·惠勒




总结


让我们来总结一下今天的内容：

  1. 想要增肌，不一定要把每组都练到力竭。增肌只是一个做到足够训练量的结果。所以在训练的时候得优先训练量，而不是是否练到力竭。
  2. 但力竭对于增肌的确有不少理论上的好处，如更高的荷尔蒙反应，更多运动单位的招募和更高的肌电活动。
  3. 但这些好处都只是一些短期的改变，并不一定能帮助到长期肌肉大小的变化。
  4. 虽然力竭训练更有趣（对某些人来说），但力竭过多过早会影响长期训练量的积累，而长期训练量的积累才是长期增肌最重要的变量。
  5. 所以应该策略性地安排力竭，把它放在每个部位最后一个动作的最后一组。这样不仅能得到力竭的理论好处，还可以帮助提升训练量。


所以力竭只是一种训练工具，而且是一种弊大于利的工具，并不是一种训练原则。换句话说，力竭不是必需的，在合适的情况下我们可以用它来帮助提升训练量，但在大部分情况下，力竭只会带来过于的疲劳，影响训练量的堆积。



文献参考

（1）Is repetition failure critical for the development of muscle hypertrophy and strength? Sampson et al 2016.

（2）Effect of Resistance Training to Muscle Failure vs. Volitional Interruption at High- and Low-Intensities on Muscle Mass and Strength. Nobrega et al 2018.

（3）Differential effects of strength training leading to failure versus not to failure on hormonal responses, strength, and muscle power gains. Izquierdo et al 2006.

（4）Training leading to repetition failure enhances bench press strength gains in elite junior athletes. Drinkwater et al 2005.

（5）Is Resistance Training to Muscular Failure Necessary? Nobrega et al 2016.

（6）Training to Failure and Beyond in Mainstream Resistance Exercise Programs. Willardson et al 2010.

（7）Acute hormonal responses to submaximal and maximal heavy resistance and explosive exercises in men and women. Linnamo et al 2005.

（8）Growth hormone and the insulin-like growth factor system in myogenesis. Florini et al 1996.

（9）Anabolic processes in human skeletal muscle: restoring the identities of growth hormone and testosterone. West DW et al 2010.

（10）Aging and sarcopenia. Thompson DD 2007.

（11）Relation between size of neurons and their susceptibility to discharge. Henneman 1957.

（12）The application of training to failure in periodized multiple-set resistance exercise programs. Willardson 2007.

（13）Influence of exercise and training on motor unit activation. Sale DG 1987.

（14）The influence of frequency, intensity, volume and mode of strength training on whole muscle cross-sectional area in humans. Wernbom 2007.

（15）Activation of quadriceps femoris including vastus intermedius during fatiguing dynamic knee extensions. Akima and Saito 2013.

（16）GROWTH HORMONE: GREAT EXPECTATIONS. Layne Norton

（17）Effect of growth hormone and resistance exercise on muscle growth in young men. Yarasheski 1992.

（18）Elevations in ostensibly anabolic hormones with resistance exercise enhance neither training-induced muscle hypertrophy nor strength of the elbow flexors. West DW et al 2010.

（19）Strength and Hypertrophy Adaptations Between Low- vs. High-Load Resistance Training: A Systematic Review and Meta-analysis. Schoenfeld et al 2017.

（20）Greater Neural Adaptations following High- vs. Low-Load Resistance Training. Jenkins et al 2017.

（21）Dose-response relationship between weekly resistance training volume and increases in muscle mass: A systematic review and meta-analysis. Schoenfeld et al 2016.

（22）Dose-response of 1, 3, and 5 sets of resistance exercise on strength, local muscular endurance, and hypertrophy. Radaelli et al 2015.

（23）The role of hormones in muscle hypertrophy. Fink et al 2017.

看完了？那允许我再厚着脸皮打一次广告~~~

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作者：黄啸

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专栏 | 高温VS跑步：跑者无法承受之热

文丨肯尼亚玲

当跑步遇到高温天气，我们究竟应该怎么跑？

2018年的夏天，似乎比往年来得要早一些。我们都还没来得及好好享受春风十里的五月赛事，就被迅速切换进入热浪模式——让人心想浪，却力不足。

尤其在立夏过后，各地气温飙升到30度+，许多小伙伴哭着说："同样的心率，配速直接掉了一分钟，不忍直视！"还有很多跑者，将晨跑改为夜跑，面对火辣辣的太阳，惹不起就选择躲咯。

当跑步遇到高温天气，我们究竟应该怎么跑？环境温度对人体会有什么影响？如何避免发生危险？

【一】那些不幸，警示高温运动之险

先来看几则近期的新闻：

一场单位长跑运动会，让25岁的洪先生（化名）跑出了热射病，差点进"鬼门关"。5月15日上午9时许，25岁的洪先生参加了一场10公里的长跑运动会，快跑到终点时，洪先生突然倒地昏迷，甚至出现肾、肝功能急性衰竭，随后被急救车送往长沙市第四医院急诊科抢救。目前，洪先生在急诊ICU进一步康复治疗中。
——《潇湘晨报》2018年5月16日
5月1日晚9时，据南方都市报报道，深圳龙岗河华策中心城附近，一名28岁男子在跑步时晕倒，后经120现场抢救无效死亡。
——奥一网2018年5月2日
昨日早上，一名年轻男子在环岛干道晨跑时突然倒地不起，虽然路人及时帮忙叫了120，但在医务人员赶到前，因没有得到有效的心肺复苏，男子送医后不治身亡。
——厦门网2018年5月27日

看到这些新闻，你的感受是什么？是否对夏天跑步心生敬畏？

以上只是今年立夏以来的一些报道，事实上，每年类似的新闻不胜枚举。天下跑友是一家，这些噩耗每每都会在各大跑群内引起热议。大家在惋惜的同时，也都在思考：生命安全的这条警戒线，如何在跑步时好好守住。

【二】高温运动，最怕运动性中暑

【定义Tips】

中暑（Heat Illness）：常发生在高温和湿度较大的环境中，是以体温调节中枢障碍、汗腺功能衰竭和水电解质丧失过多为特征的疾病。

运动性中暑（Exertional Heatstroke）：肌肉运动时产生的热超过身体能散发的热而造成运动员体能的过热状态。它常见于年轻的体育锻炼者、战士、马拉松跑者、超马跑者、铁三运动员等。


久居城市的人，对"中暑"这件事越来越陌生，好像中暑跟我们已经没啥关系了。的确，作为现代文明"最伟大"的发明之一，空调赐予我们清凉，再加上社会分工的变化，人们越来越少需要长期待在高温中作业。但由此带来的是，我们对中暑症状缺乏了解和重视，同时久居空调房，我们的体温调节机制被弱化，外出更易发生中暑。

我对"热射病"这一词的知晓，就是从相关的新闻报道中得来。它在中暑的分级里是重症中暑，病死率高，一旦发生就是大新闻，常可见诸报端。

而事实上，除了热射病之外，热痉挛、热虚脱以及轻度中暑等不至于致命的病症，更应当被普及，引起跑者们的重视。它们是身体在无法适应环境、自我调节时，发出的警示信号，我们只有敏锐地及时抓取身体信号，才能防患于未然，守住健康安全的底线。

运动性中暑，本质亦是中暑。它的特别之处在于，当我们在跑步时，注意力通常聚焦在身体以外的地方，比如路边的风景、耳朵里的音乐、今晚的晚饭等，往往忽略了本体感受的变化，再加上跑者特有的强大"意志力"，不适感通常会被视而不见。

并且当我们运动时，体内ATP供能过程中，本身就会产生非常多的热能，导致体内温度升高，让人觉得"好热"，但通常却无法分辨热度高低和散热好坏的细微差别，

由此，就需要我们对中暑的症状有清晰了解，并在夏季跑步时，将专注力更多放在体感变化上，尊重身体信号，不要试图用意志力掌控一切。

在维基百科的"中暑"词条中，是这样分类的：

  • 热失神：在直射日光下长时间照射的情况下睡醒。由于流汗引致的脱水和末端血管的扩张，全身的血液循环降低而导致意识在突然之间消失。体温比平常的高，明显地流汗，脉搏呈现徐脉（缓慢的脉搏）。建议进行输液及冷却疗法。
  • 热疲劳：水分和盐分的补给赶不上到大量的流汗，形成了脱水症状的时候发生。有各样的症状，例如：直肠温上升至39℃、皮肤寒冷、明显地流汗，等等。建议进行输液及冷却疗法。
  • 热痉挛：大量流汗后只补充水分，盐分和矿物质不足时发生，突然性有痛性痉挛和硬直的产生。体温比平常的高，明显地流汗。建议经口注入食盐水。
  • 热射病：下视丘的温热中枢受到障碍，体温调节机能丧失时发生。产生高度的意识障碍，体温上升至40℃以上，不明显地流汗，皮肤干燥。建议紧急入院，并且尽快进行冷却疗法。

你会发现，中暑不仅是生理上的不适感，还有神经层面的失控。而且，并不是所有的中暑都会觉得很热、流很多汗，所以需要对其表现做全面的了解。

以表格的形式，将上述中暑各种症状进行归纳，以便收藏：

【三】预防中暑，从学会自观开始

很多人会说，我夏天跑步就是觉得很热、流汗很多而已，从没有中暑过，不必太担心。但是实际上，很可能你已经有了中暑的先兆，只是自己没察觉罢了，这根本上是源自于对概念的不知。

当我们在运动时，人体内部发生着多种化学反应，不仅会产生动能，还会产生热能，而且以后者居多，大约会占到总能量的70%，它除了会提升体温以外，别无他用。（换句话讲，跑步经济性更高的跑者，意味着他热能的比率会更低）

大自然的法则规定了，人体的体温必须保持在35℃-42℃范围内，才能够保证机体正常运转。也正因此，我们的身体自身有着一套散热和体温调控机制，比如辐射、传到、对流、蒸发的散热机制，又比如大脑通常会在体温达到41℃之前，就做出停止运动的指令。

人体的调节机制能发挥多大作用，又依赖于外部环境的条件。当气温和湿度过高时，散热机制会面临更大挑战，我们能做的，就是帮助身体更好降温、散热，以及及时地降低运动强度，不要硬撑。

1、预防过度脱水

夏天运动，最显著的特点就是汗如雨下，尤其是LSD，跑完以后整个人跟从西湖里捞出来的一样，鞋子里都能养鱼。

夏天跑步必然会流失更多水分。通常来讲，当我们在炎热的环境中剧烈运动若干小时候，大量排汗会导致脱水。我们每排出1升的汗，运动心率就会提高8次，心输出量则会降低1L/min。此时，体温和心率会明显升高，心输出量下降。


所以酷暑运动，尤其是长距离、高强度的训练时，要注意体感，进行多次适量地补水。**特别是有心源性心脏病的跑者**，一定要降低速度，注意补水，跑步中关注心率的飘高，不能按照往常配速"任性"。

这里要特别说明，有的减肥跑者为了追求"燃脂效果"，会特意穿上不透气的衣服或裹上保鲜膜去跑步，因为很多人相信：流汗越多，训练感觉越辛苦，就越能够减肥。

但其实这是一件危险且毫无意义的事。这么做，唯一的效果就是让你丢失更多水分（甚至进入脱水状态）。即使你跑后站上体重秤，发现数字让人惊喜，那少掉的也只是水分而已，会在随后很快就补回来。

根据研究，在运动中要想实实在在地减掉1kg体重，需要消耗37500KJ的热量，相当于要跑160km，所以，可想而知，你跑一次就轻1kg有多大的"水分"。在跑步中，你所消耗的能量只与你所跑的距离相关，如果你想减肥，你要做的应该是在安全的前提下，尽量跑得更远。

2、警惕中暑先兆

严重的中暑症状不是一蹴而就的，大多数是因为你忽略了前期的不适感信号。当你除了大量流汗之外，开始出现头疼头晕、全身疲乏、心悸、注意力不集中、动作不协调等症状时，就说明身体机能开始异常，需要引起重视，这是中暑的征兆。

如果此时不立刻停止运动，降温补液，就有可能会进入轻度中暑，表现为面色潮红、大量出汗、脉搏快速等，体温升高到38℃以上。

假如你在跑步时，出现过以上情况，千万不要觉得这是很正常的现象，应立即停下休息、降温补水，留得青山在，不怕没柴烧。

3、关注湿度变化

相信很多人，最讨厌的是潮湿闷热的天气，这种本能的反应不是没道理的。相比单纯的高温天气，确实湿热天气运动会更"可怕"。

安静状态下，人体的体表温度大概是33℃，此时主要靠空气对流散热。而当气温高于33℃时，人体降温就将无法通过空气对流来有效实现，此时我们就会开始流汗——1公斤的汗水蒸发，将会带走人体1092-2520KJ的热量。

但是，流汗不是万能的，它的散热效果受制于空气湿度。如果湿度过大，空气将无法吸收更多的水分，汗水无从被蒸发，就只能从体内排出，自然也就无法发挥萨热的功效。

换句话说，你的流汗散热功能取决于外界环境的条件，并不是流汗越多散热越好。因此，夏季跑步时提前关注天气预报，需要同时关注气温和湿度指数，湿热气候应主动降低运动强度。

需要特别说明的是，大体重跑者在湿热天气下，尤其需要控制运动强度。根据研究表明，体重越轻的跑者，自身产生热能会越少，越能够在湿热环境下越能保持配速；而体重越大的跑者，自身产生热能会越多，当外部环境气温和湿度都过高时，就会很难保持体内的热平衡状态，进而导致心率升高等。

【结语】

对于跑者来讲，步是必须要跑的，无论寒冬还是酷暑。夏天它就在在那里，不来也不去，也不会有半点让步。我们能做的，就是与环境建立良好的关系，才能愉快地奔跑。

我们热爱跑步，是希望它能带给我们健康、强健的体能，也希望在挑战自我中，收获内心的充实，而这一切都必须建立在跑步得是一件愉悦且无害的事的基础上。

高温天气跑步，体温上升，散热负荷大，易引发疲劳，进而导致运动表现下降，这是自然法则所决定的必然过程，也是身体自我保护机制的运转结果，我们需要理解并接纳它的存在。如果试图反抗，或者无视规则的存在，任性乱来，就会走向高危红线。

面对高温天气，我们也不是只能举手投降。人体有聪明的调节机制，通过7-14天的训练就可以实现热适应。炎热天气下训练也有其特殊的意义，那么究竟如何在高温天气进行训练，又有哪些装备可以帮助我们更好地跑酷高温？后续文章敬请期待。

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参考文献：
Tim Noakes, MD: Lore of Running, Oxford University Press,175-196,1986
王瑞元,苏全生: 运动生理学,人民体育出版社,409-412,2012
史蒂芬麦格尼斯: 跑步的科学与实务,晨星出版社,136-138,2016
王强,钟堂武,颜智. 运动性中暑的发病原因及其预防. 临床医学工程，2008,15(69-74)

专栏作者：肯尼亚玲，十年跑龄老司机，心率训练跑步教练，CrossFit一级教练，码字圈内腹肌最好看的跑步教练。



来源：知乎 www.zhihu.com
作者：爱燃烧

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