靜水皮艇200 m供能特征

黎涌明

0 引言

靜水皮艇200 m自1994年成為世界錦標(biāo)賽的比賽項(xiàng)目。2009年，國際皮劃艇協(xié)會(huì)通過決議，將200 m納入奧運(yùn)會(huì)比賽項(xiàng)目。在奧運(yùn)會(huì)歷史首秀中（倫敦奧運(yùn)會(huì)），200 m皮艇的3個(gè)小項(xiàng)決賽A選手的平均成績分別為36.8 s（男子單人皮艇）、34.8 s（男子雙人皮艇）和45.5 s（女子單人皮艇）[1]。我國有關(guān)200 m靜水皮艇的項(xiàng)目特征和訓(xùn)練的探索自2009年開始，但是并未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。在2010年的亞運(yùn)會(huì)上，我國這3個(gè)項(xiàng)目均輸給日本選手。我國這3個(gè)項(xiàng)目也沒有取得2012年奧運(yùn)會(huì)的參賽資格。

早期對靜水皮艇200 m供能特征的認(rèn)識主要來自其他相似持續(xù)時(shí)間的項(xiàng)目的借鑒，或者教科書中有關(guān)供能特征的圖表（如Astrand等人編的生理學(xué)教材[2]）。1997年，Byrnes和Kearney首次對200 m皮艇項(xiàng)目進(jìn)行供能特征的研究，并得出200 m靜水皮艇的有氧供能比例為37%～40%（40 s）[3]。日本學(xué)者2008年也對此項(xiàng)目進(jìn)行類似研究，得出的有氧供能比例為29.0%[4]。此惟一兩篇有關(guān)靜水皮艇200 m供能特征的研究卻在有氧供能比例上存在較大差異。

鑒于我國有關(guān)靜水皮艇200 m項(xiàng)目特征和訓(xùn)練的探索剛剛起步，以及國外對此項(xiàng)目供能特征的研究相對不足，本研究將選取相對大樣本量的皮艇運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行靜水皮艇200 m的模擬比賽，以探求此項(xiàng)目的供能特征，為我國靜水皮艇200 m的進(jìn)一步發(fā)展提供生物學(xué)依據(jù)。

1 研究對象和方法

某省靜水皮劃艇二隊(duì)的29名健康青少年皮艇運(yùn)動(dòng)員（男15名，女14名，見表1）自愿參加本研究測試。測試內(nèi)容為皮艇測功儀（Dansprint, I Bergmann A/S, Hvidovre,Denmark）40 s全力。受試者被要求測試前一天不要進(jìn)行劇烈運(yùn)動(dòng)，測試前2 h不要進(jìn)食。所有測試均在1月份進(jìn)行，測試環(huán)境為氣溫19℃，溫度51%，氣壓1007 mbar，海拔11 m。

表1 受試者基本信息Table Ⅰ General Information of the Subjects

在調(diào)試好測功儀腳蹬板與座位的距離后，受試者在測功儀（阻力系數(shù)為3）上以自選強(qiáng)度進(jìn)行10 min的準(zhǔn)備活動(dòng)。休息5 min后，受試者進(jìn)行40 s的全力劃，以進(jìn)行200 m比賽的模擬。采集準(zhǔn)備活動(dòng)前、休息過程中第1 min和第5 min、全力劃后第1、3、5、7和10 min的耳血20 μL。運(yùn)用便攜式氣體代謝儀（MetaMax 3B, Cortex Biophysic GmbH, Leipzig, Germany）進(jìn)行全程氣體測試。測試前按照廠家要求進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)氣壓、氣體和氣量的校準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度為O2-15.00%和CO2-5.00%，氣筒容積為3 L。運(yùn)用血乳酸分析儀（BIOSEN S line, EKF Diagnostic, Barleben,Germany）對采取的血樣進(jìn)行分析，心率監(jiān)測采用Polar心率表（Polar Accurex Plus, Polar Electro Oy, Kempele,Finland）。運(yùn)用測功儀配套軟件可以對功率、速度和槳頻進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和記錄。全力劃過程中，實(shí)驗(yàn)人員對受試者進(jìn)行口頭鼓勵(lì)，以保證受試者盡量全力完成。

運(yùn)用Beneke等人首提的能量代謝計(jì)算方法對受試者40 s全力劃過程中的能量代謝進(jìn)行計(jì)算[5,6]。有氧供能部分（WAER）來自全力劃過程中的累積凈攝氧量（VO2）[WAER = 累積凈攝氧量（ml） × 能量當(dāng)量（J?ml-1）]，無氧無乳酸供能部分（WPCR）來自全力劃后氧虧的快速部分（VO2PCR）[WPCR = VO2PCR（ml） × 能量當(dāng)量（J?ml-1）]，無氧乳酸供能部分（WBLC）來自全力劃過程中的凈累積血乳酸 [WBLC = 凈累積血乳酸（mmol?l-1） × 氧氣 -乳酸換算系數(shù)（ml?kg-1?mmol-1?l） × 體重（kg） × 能量當(dāng)量（J?ml-1）]。全力劃過程中的實(shí)際累積VO2減去安靜值（本研究采用男子 4.0 ml?kg-1?min-1，女子 3.5 ml?kg-1?min-1的固定安靜值[7]）即累積凈攝氧量。運(yùn)動(dòng)后前3 min（氧虧快速部分）和后7 min（氧虧慢速部分）的攝氧量的指數(shù)趨勢線在前3 min內(nèi)進(jìn)行相減即VO2PCR[8-10]。凈累積血乳酸為全力運(yùn)動(dòng)后最高血乳酸與全力運(yùn)動(dòng)前即刻的血乳酸之差。氧氣—乳酸換算系數(shù)采用 3.0 ml?kg-1?mmol-1?l[11]。當(dāng)呼吸商>1.0時(shí)，1 ml氧氣所產(chǎn)生的熱量對應(yīng)為21.131 J[12]。

本研究的所有數(shù)據(jù)均以平均值（M）和標(biāo)準(zhǔn)差（SD）的形式呈現(xiàn)。

2 結(jié)果

測功儀40 s全力劃的功率和能量代謝情況見表2，三大供能系統(tǒng)（無氧無乳酸供能、無氧乳酸供能和有氧供能）的供能比例見圖1。

表2 40 s全力劃功率和能量代謝情況（N = 29）TableⅡ Power and Energetic Metabolism in 40s All-out Paddling (N = 29)

圖1 40 s全力劃能量供能比例（N = 29）Figure 1 Energy Supply Proportion in 40s All-out Paddling (N = 29)

將29名受試者在40 s全力劃過程中的功率、VO2、心率、速度和槳頻進(jìn)行平均后，得到40 s全力劃各指標(biāo)的時(shí)序特征（圖2）。功率在開始運(yùn)動(dòng)后5 s左右達(dá)到最大值，然后緩慢下降，到運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)約降為最大值的75%。速度和槳頻在第5～10 s間達(dá)到最大值，之后也緩慢下降至最大值的90%。VO2經(jīng)過5 s延遲后迅速增加至第20 s（約達(dá)最大值的80%），之后進(jìn)行緩慢增長區(qū)。心率則最大值的70%緩慢增加至100%。

圖2 40s全力劃各指標(biāo)時(shí)序特征（N=29）Figure 2 Timing Characteristics of the Different Indicators in 40s All-out Paddling(N=29))

3 討論

本研究選取29名青少年運(yùn)動(dòng)員在測功儀上進(jìn)行靜水皮艇200 m比賽的模擬，以探究該項(xiàng)目的供能特征。結(jié)果表明，靜水皮艇200 m為無氧供能為主的項(xiàng)目（68.2%），其中無氧非乳酸供能比例最高（39.4%），但是有氧供能的比例（31.8%）卻比以往Astrand等人給予的數(shù)值要高[2]，也高于國內(nèi)目前對此項(xiàng)目的認(rèn)識（20%）[13]，但是與國外研究的結(jié)果相似。Byrnes和Kearney首次對200 m皮艇項(xiàng)目進(jìn)行供能特征的研究，并得出的有氧供能比例為37 ～ 40%（40 s）[3]。日本學(xué)者2008年也對此項(xiàng)目進(jìn)行類似研究，得出的有氧供能比例為29.0%[4]。黎涌明等對40 s靜水劃艇水上測試的結(jié)果表明有氧供能比例為34.5%[14]。Byrnes和Kearney，以及日本學(xué)者在計(jì)算能量代謝量運(yùn)用的是最大累積氧虧法，此方法自1988年被Medbo等人提出后一直受到爭議[15-17]，并且在計(jì)算短時(shí)間（如40 s）高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)存在對有氧供能比例的高估（黎涌明，未公開發(fā)表）。本研究所采用的能量代謝計(jì)算方法為Beneke等人在綜合Rodolfo Margaria[18]、P.E. di Prampero[11]、Juergen Stegemann[19]等人研究的基礎(chǔ)上于2002年提出來的[5,6]，目前已被用于空手道、花樣滑冰等項(xiàng)目[6,20-23]。相比于最大累積氧虧法，本研究所采用的方法能夠進(jìn)一步將無氧供能部分細(xì)分為無乳酸供能和乳酸供能，這對于短時(shí)間高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的意義更大。人體三大供能系統(tǒng)中，無氧無乳酸和無氧乳酸總供能量是與人體的肌肉量相關(guān)的，每公斤濕肌的無氧無乳酸供能量為20～25 mmol ATP，無氧乳酸供能量為50 mmol ATP[24]。因此，發(fā)展肌肉橫斷面和增加肌肉質(zhì)量對于靜水皮艇200 m的意義尤為重要，因?yàn)榧∪赓|(zhì)量的增加可以帶來無氧供能量的增加（68.2%的供能部分），尤其是無氧無乳酸的供能量（39.4%的供能部分）。對倫敦奧運(yùn)會(huì)決賽A選手的體重統(tǒng)計(jì)表明，男子200 m選手平均體重高于1000 m選手2.0 kg,而女子200 m選手反而低于500 m選手1.0 kg。這是因?yàn)殪o水皮劃艇200 m項(xiàng)目中，男子有3個(gè)項(xiàng)目，而女子只有1個(gè)項(xiàng)目，并且供能特征方面200 m和1000 m差異比較大（有氧供能比例分別約為30%和75%），而200 m和500 m差異相對?。ㄓ醒豕┠鼙壤謩e約為30%和60%）[1]，因此女子200 m項(xiàng)目的選手多為500 m的兼項(xiàng)選手，而男子200 m項(xiàng)目的選手則已從1000 m項(xiàng)目的選手中分離出來執(zhí)行單獨(dú)的訓(xùn)練計(jì)劃，并且他們的訓(xùn)練內(nèi)容增加了力量訓(xùn)練的比例，并由此帶有肌肉質(zhì)量（和體重）的增加。

靜水皮艇200 m為奧運(yùn)會(huì)的新設(shè)項(xiàng)目，對于此項(xiàng)目的研究也相對不足。本研究對象為29名青少年運(yùn)動(dòng)員，其平均功率為220 watt，為Nakagaki等人對日本大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員的研究結(jié)果的下限（217～377 watt）；本研究的累積VO2為1.568 l，處于日本大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員的范圍（1.110 ～1.819 l）[4]。本研究的最大血乳酸為7.9 mM，高于van Someren對英國成年運(yùn)動(dòng)員的研究結(jié)果（6.7 mM）；本研究的最大心率為175 bpm，同樣高于英國成年運(yùn)動(dòng)員的研究結(jié)果（169 bpm）[25]。但是由于本研究所選取的研究對象和Nakagaki、van Someren等人所選取的研究對象一樣未經(jīng)過200 m項(xiàng)目的系統(tǒng)訓(xùn)練，因此在肌肉質(zhì)量和能量代謝方面可能呈現(xiàn)耐力型特征，即無氧供能總量少、有氧供能調(diào)動(dòng)慢[26]。靜水皮艇200 m世界比賽獎(jiǎng)牌選手的最高血乳酸可以高達(dá)13～15 mM，與500 m和1000 m的最高血乳酸一樣[27]。但是鑒于系統(tǒng)的200 m訓(xùn)練不僅能夠提高短時(shí)間無氧供能的能力，也能夠提高有氧供能的調(diào)動(dòng)能力，因此訓(xùn)練水平對供能比例沒有影響（黎涌明，未公開發(fā)表），本研究選用青少年運(yùn)動(dòng)員得出的有關(guān)供能比例的結(jié)果同樣可以代表成年運(yùn)動(dòng)員。

40 s測功儀全力劃各指標(biāo)的時(shí)序特征反映了此項(xiàng)目能量代謝的過程。功率在運(yùn)動(dòng)后5 s左右達(dá)到最大值，速度和槳頻在第10 s左右達(dá)到最大值，此過程的能量供應(yīng)主要來自磷酸原，因?yàn)閂O2在此過程中還未調(diào)動(dòng)起來，并且只有無氧無乳酸供能的功率才能滿足起航5 ～ 10 s期間高的輸出功率要求[28]，功率、速度和槳頻在起航階段的時(shí)序特征與賽艇項(xiàng)目相似[29]。此VO2在經(jīng)過5 s延遲后迅速增加，到第20 s左右進(jìn)入緩慢增長期，此階段之前磷酸原大量被消耗，而有氧供能還未被充分調(diào)動(dòng)起來，此能量供應(yīng)的空缺由無氧乳酸供能完成。盡管40 s全力劃過程中有氧供能比例只占31.8%，但是有氧供能在40 s全力劃的后程（第20 ～ 40 s，尤其是最后10 s）占據(jù)重要作用，即占31.8%的有氧供能主要在后半程發(fā)揮作用。

40s全力劃的這些供能特征是制定200 m訓(xùn)練計(jì)劃和評價(jià)運(yùn)動(dòng)能力的重要生物學(xué)基礎(chǔ)。首先，靜水皮艇200 m有氧供能比例為31.8%，以往對此項(xiàng)目的認(rèn)識，以及國內(nèi)目前對此項(xiàng)目的認(rèn)識，都低估了有氧供能的重要性。在冬訓(xùn)過程中，靜水皮艇200 m項(xiàng)目除了發(fā)展力量外，同樣需要加強(qiáng)有氧能力的訓(xùn)練。德國教練員甚至認(rèn)為，200 m運(yùn)動(dòng)員在冬訓(xùn)中可以實(shí)施和500 m、1000 m運(yùn)動(dòng)員一樣的訓(xùn)練計(jì)劃（個(gè)人交流）。其次，靜水皮艇200 m項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)員在年度訓(xùn)練中需要加大力量訓(xùn)練的負(fù)荷，進(jìn)一步發(fā)展肌肉質(zhì)量，以儲(chǔ)備無氧供能的物質(zhì)基礎(chǔ)。再次，10 s和20 s（或30 s）可以作為評價(jià)全程（40 s）供能能力的時(shí)間點(diǎn)，前10 s主要反映無氧無乳酸供能，第10～20 s（或30 s）主要反映無氧乳酸供能，第20 s（或30 s）～40 s 主要反映有氧供能。日本選手在2010年亞運(yùn)上的取得靜水皮艇200 m 3個(gè)項(xiàng)目的金牌可能也與Nakagaki等人于2008年開展的200 m供能特征的研究有關(guān)。

4 結(jié)論

4.1 靜水皮艇200 m三大供能系統(tǒng)的供能比例分別為39.4%（無氧無乳酸）、28.8%（無氧乳酸）和31.8%（有氧），我國目前對此項(xiàng)目的認(rèn)識低估了有氧供能的重要性。

4.2 靜水皮艇200 m能量代謝的時(shí)序特征可以作為制定訓(xùn)練計(jì)劃和評價(jià)運(yùn)動(dòng)能力重要生物學(xué)基礎(chǔ)。前10 s能量供應(yīng)主要來自無氧無乳酸系統(tǒng)，第10～20 s（或30s）能量供應(yīng)主要來自無氧乳酸系統(tǒng)，有氧供能對于最后10～20 s的運(yùn)動(dòng)能力有重要意義。

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