影響1 500m跑節(jié)奏的機(jī)械要因及賽后血乳酸濃度分析

楊永昌　ENOMOTO Yasushi

摘要：目的：對(duì)影響1500m跑速的各機(jī)械變量及賽后血乳酸濃度進(jìn)行相關(guān)分析。方法：以11名男子中長(zhǎng)跑選手為研究對(duì)象，通過視頻分析與血乳酸濃度測(cè)試，獲取選手各機(jī)械變量及賽后血乳酸濃度值。結(jié)果：步幅與速度間呈顯著相關(guān)性（r=0.805，P<0.01）。賽后血乳酸濃度峰值與比賽成績(jī)無顯著相關(guān)性。L3區(qū)間速度與血乳酸濃度峰值呈顯著相關(guān)性（r=0.608，P<0.05）。各區(qū)間變量分配在L3區(qū)間速度、步頻、身體垂直剛度最小，重心位移最大;L4區(qū)間步幅、最大地面反作用力、騰空時(shí)間最小，接地時(shí)間最大。結(jié)論：步幅對(duì)選手節(jié)奏影響顯著。第三區(qū)間乳酸堆積及機(jī)械變量薄弱是導(dǎo)致選手比賽中、后程速度降低的主要原因。

關(guān)鍵詞：1 500m;速度;節(jié)奏;血乳酸濃度

中圖分類號(hào)：G804文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-2808（2021）04-0023-07

The Effect of Mechanical Factors and Post-competition Blood Lactate on Pace of 1 500m

YANG Yong-chang， ENOMOTO Yasushi

Abstract：The purpose of this study was to investigate the effect of mechanical factors and post-competition blood lactate on pace of 1500m. Methods：11 middle and long-distance runners were taken as the research objects. Through the video analysis and the blood lactate concentration test， the runners mechanical factors and post-competition blood lactate values after the race are obtained. The results were as follows： Stride length and running speed were significantly correlated （r=0.805， P<0.01）， No correlation was found between blood lactate concentration and race time， but L3 section running speed and PBLa were significantly correlated （r=0.608， P<0.05）.From the perspective of variables in each section， the speed， stride frequency， and vertical stiffness （Kvert） are the smallest，and the center of mass（Δy） is the largest in the L3 section. The stride length， maximal reaction force （Fmax） and flight time are the smallest， and the contact time is the largest in the L4 section. Conclusions： The stride length has a significant effect on the runners pace. accumulation of lactate and mechanical factors of L3 section are the main causes for the runners speed reduction。

Key words：1 500m; Running speed; Running pace; Blood lactate concentration

在計(jì)時(shí)比賽項(xiàng)目中，選手比賽過程并不總是恒定的，它會(huì)根據(jù)外界環(huán)境、生理和心理狀態(tài)變化而自我調(diào)整。如何設(shè)定比賽節(jié)奏對(duì)選手更新成績(jī)，贏得比賽有很大影響。Foster等學(xué)者認(rèn)為適當(dāng)?shù)牟秸{(diào)對(duì)運(yùn)動(dòng)成績(jī)至關(guān)重要[1]。對(duì)比前三名選手成績(jī)發(fā)現(xiàn)，差距僅有1%。說明即使是節(jié)奏策略上的微小變化也可能對(duì)比賽結(jié)果產(chǎn)生重大影響[2]。1 500m跑是一項(xiàng)及有氧和無氧代謝能力都很高的項(xiàng)目。根據(jù)Duffield等學(xué)者對(duì)1 500m跑能量代謝的研究，男性選手有氧占77%，無氧23%，女性有氧占86%，無氧為14%[3]?？梢娪醒跖c無氧代謝在1 500m運(yùn)動(dòng)中都占有極其重要的角色。

通常將骨骼肌抗氧化能力、最大攝氧量（VO2max）、最大心率（HRmax）等用作評(píng)價(jià)中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)能力的指標(biāo)。近年來，通過無氧閾（AT）評(píng)估運(yùn)動(dòng)成績(jī)和設(shè)定運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的研究亦很多[4]。學(xué)者Thompson認(rèn)為，中長(zhǎng)跑性能的特點(diǎn)是生物力學(xué)和生理學(xué)參數(shù)的中間值，每一個(gè)參數(shù)的巧妙組合都有可能致使高水平成績(jī)出現(xiàn)。機(jī)械功率的輸出和能量分配差異因比賽項(xiàng)目而不同。中長(zhǎng)跑在生理性能上取決于跑步經(jīng)濟(jì)性和抗疲勞性，而從生物力學(xué)角度來看，這種高經(jīng)濟(jì)性源于執(zhí)行理想的機(jī)械模式，包括施加適當(dāng)大小、方向和時(shí)間的力，同時(shí)避免額外體能消耗。所以在保持接地時(shí)間的同時(shí)，增加步頻、降低最大垂直地面反作用力和沖擊載荷的生物力學(xué)因素與抗疲勞性有關(guān)[5]。

此外，優(yōu)秀中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員均表現(xiàn)出較高的攝氧量[6-7]，在有氧條件下可以維持的最大速度與中長(zhǎng)跑成績(jī)顯著相關(guān)[8]。在無氧能力評(píng)價(jià)方面，森丘等學(xué)者認(rèn)為血液中乳酸濃度的變化對(duì)其評(píng)價(jià)無氧功率與中長(zhǎng)跑性能十分重要[9]。在賽后乳酸與成績(jī)方面，榎本等學(xué)者對(duì)800m跑賽后血乳酸濃度進(jìn)行了相關(guān)研究，結(jié)果顯示賽后血乳酸濃度與運(yùn)動(dòng)成績(jī)并無顯著相關(guān)性，但區(qū)間速度與血乳酸濃度方面存在不同程度相關(guān)[10]。黃仁官等學(xué)者在10 000m跑和半程馬拉松項(xiàng)目研究中發(fā)現(xiàn)，比賽成績(jī)與賽后血乳酸濃度呈顯著負(fù)相關(guān)[11]。

基于當(dāng)前中長(zhǎng)跑項(xiàng)目研究現(xiàn)狀，本研究意在通過對(duì)1 500m跑各機(jī)械要因及賽后血乳酸濃度變化的分析，探討對(duì)其實(shí)際比賽中跑步節(jié)奏分配的影響，從而為訓(xùn)練與比賽提供參考。

1研究對(duì)象與方法

1.1研究對(duì)象

11名健康男性中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員，年齡20.2±1.03歲;身高1.72±0.06m;體重57.8±5.45kg;比賽成績(jī)4.05.21±3.86s;個(gè)人最佳成績(jī)4.00.84±5.11s;比賽達(dá)成率為98%±1.64;賽后血乳酸濃度峰值（PBLa）為19.93±3.32mmol/L。所有選手自愿參加了這項(xiàng)研究（詳見表1）。

1.2研究方法

1.2.11 500m數(shù)據(jù)采集本研究采用兩臺(tái)數(shù)碼相機(jī)（HC-VX908M，松下，日本）沿跑道對(duì)選手進(jìn)行跟蹤拍攝。拍攝速度為59.94fps，鳴槍閃光拍攝時(shí)的快門速度為1/60s，之后相機(jī)速度以1/500s～1/1000s錄制至比賽結(jié)束。視頻以AVI格式保存， Quick Time Player軟件讀取。

1.2.2賽后血乳酸采取為獲取PBLa（血乳酸濃度峰值），賽后對(duì)其進(jìn)行指尖取血（Lactate Pro 2;Japan;測(cè)量范圍0.5～25.0mmol/L;測(cè)量時(shí)間15s）。采血以賽后間隔1、3、5分鐘進(jìn)行，直至選手血乳酸濃度開始降低為止。部分選手采血至4～5次，所有選手均在10min內(nèi)完成PBLa測(cè)定。

1.2.3各變量計(jì)算從視頻中讀取每100m段的時(shí)間（1/100s），將每段時(shí)間代入公式（1），計(jì)算每100m區(qū)間的速度。

讀取每100m區(qū)間中10步所需時(shí)間，將1步所需時(shí)間倒數(shù)作為步幅（SF），公式（2）。將每個(gè)區(qū)間平均速度比上步頻求得每100m區(qū)間的步幅（SL），公式（3）。

讀取每100m區(qū)間10步所需幀幅，計(jì)算每100m區(qū)間的平均接地時(shí)間（CT）和騰空時(shí)間（FT）。本研究相機(jī)拍攝速度為59.94fps。假設(shè)FI是腳接觸地面時(shí)的瞬時(shí)幀數(shù)，F(xiàn)O是腳離開地面時(shí)的瞬時(shí)幀數(shù)，由此可得公式（4）。

速度變化率是指從前1區(qū)間到后1區(qū)間的速度變化方式。將1 500m劃分14個(gè)區(qū)間，分別表示為：L1-2：0-100m～100-200m;L2-3：100-200m～200-300m …… L14-15：1 300～1 400m-1 400～1 500m，由此可得：

此外，Nummela等學(xué)者表明，跑的經(jīng)濟(jì)性受到地面反作用力的垂直沖力，步幅長(zhǎng)度，地面接觸時(shí)間變化以及腿部垂直剛度的影響[12]。根據(jù)Carrard等學(xué)者研究，通過對(duì)接地時(shí)間（CT）、騰空時(shí)間（TF）、運(yùn)行速度和體重評(píng)估，可采用Morin等學(xué)者提出的方法來計(jì)算身體彈簧質(zhì)量參數(shù)（spring-mass parameters）來評(píng)價(jià)其經(jīng)濟(jì)性[13-14]。即垂直剛度（Kvert，單位N/m， 公式（6）），最大反作用力（Fmax，單位N，公式（7）），身體重心位移（Δy，單位m，公式（8））。

1.2.4數(shù)理統(tǒng)計(jì)法運(yùn)用描述性統(tǒng)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)做初步分析，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（Means±S.D.）。用Pearson 相關(guān)系數(shù)對(duì)其變量間做相關(guān)分析，r取值范圍為[-1，1]，統(tǒng)計(jì)顯著性水平設(shè)為5%。

2研究結(jié)果

11名選手平均比賽成績(jī)?cè)?05”21左右，一位選手達(dá)到我國(guó)1級(jí)水平，剩余10名選手均達(dá)到了我國(guó)2級(jí)水平。比賽成績(jī)達(dá)到個(gè)人最佳成績(jī)的98%左右。表2為各區(qū)間變量分配指標(biāo)。將1 500m分為四個(gè)區(qū)間來看（即L1：0～400m;L2：400～800m;L3：800～1 200m;L4：1 200-1 500m），其中，速度（6.03m/s，98.4%）、步頻（3.2Hz，99.0%）、身體垂直剛度（37 430N/m，97.3%）在L3區(qū)間最小;步幅（1.88m，98.8%）、最大地面反作用力（1 694.93N，96.7%）與騰空時(shí)間（0.145s，95.5%）在L4區(qū)間最小;接地時(shí)間L4區(qū)間最大（0.162s，102.8%）;身體重心位移在L3區(qū)間最大（0.047m，102.1%）。

圖1表示的是各機(jī)械變量與速度相關(guān)性示意圖。 關(guān)于影響跑速的要因，除了本研究所涉及的變量外，跑步者在接地時(shí)小腿的角度、髖關(guān)節(jié)制動(dòng)、軀干前傾、踝關(guān)節(jié)彎曲等生物力學(xué)要因也對(duì)中長(zhǎng)跑速度產(chǎn)生重要的影響[15]。從本研究的結(jié)果來看：步幅與速度之間具有顯著正相關(guān)性（r=0.805，P<0.01），步幅越大，速度越快。其他變量與速度之間呈現(xiàn)弱相關(guān)性或無顯著相關(guān)性。由此可見，步幅對(duì)此次比賽選手速度方面影響顯著。

圖2為選手比賽成績(jī)與賽后血乳酸濃度峰值示意圖。從本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，比賽成績(jī)與賽后乳酸濃度峰值并無顯著相關(guān)性（r=0.021，P=0.95）。圖3為1 500m各區(qū)間速度與賽后血乳酸濃度峰值示意圖。將1 500m速度分為四個(gè)區(qū)間（L1：0～400m;L2：400～800m;L3：800～1 200m;L4：1 200～1 500m），第三區(qū)間速度與賽后乳酸濃度峰值存在顯著相關(guān)性（r=0.608，P<0.05），其余區(qū)間無顯著相關(guān)性。

3分析與討論

3.1速度分配模式對(duì)運(yùn)動(dòng)性能的影響

在中長(zhǎng)跑比賽中，節(jié)奏分配關(guān)系著運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)水平。從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度，主要考慮速度的分配;從生理學(xué)角度，主要考慮能量代謝與供給（有氧、無氧供能）[16]。根據(jù)學(xué)者Adams研究，可將中長(zhǎng)類跑速類型主要分為三類：slow-fast、fast-slow-fast、steady[17]。從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度來看，steady型跑法最為理想，但實(shí)際比賽中，因人體能量代謝、空氣阻力、地心引力等因素影響，速度并非一成不變。另外Pettitt和Jones等學(xué)者通過對(duì)中長(zhǎng)跑臨界速度、臨界功率、氧動(dòng)力學(xué)的研究提出前半程速度的快慢對(duì)比賽成績(jī)起到了決定性作用[18-19]。然而，另一些研究指出，快速的啟動(dòng)模式會(huì)使選手ATP-PCr系統(tǒng)供能過早，或?qū)е逻\(yùn)動(dòng)員提前達(dá)到最大攝氧量而引起選手過早疲勞[20]。Hanon等學(xué)者認(rèn)為過度快速的起跑戰(zhàn)略會(huì)損害整體表現(xiàn)，啟動(dòng)速度必須低于VO2max的115%，且持續(xù)時(shí)間不應(yīng)超過25-30s。啟動(dòng)速度應(yīng)足夠快用以增強(qiáng)VO2動(dòng)力學(xué)，并快速調(diào)整節(jié)奏，以將1 500m中部的能量成本降至最低，以便能夠在終點(diǎn)前300m加速[21]。

從本研究參賽選手速度變化來看（見圖4），水平較高的選手，速度保持較為穩(wěn)定，比賽后程沖刺表現(xiàn)明顯。而水平較低的選手，從1 200m處開始明顯減速，表現(xiàn)最為明顯的是8號(hào)選手在1 200m處的突然減速。導(dǎo)致該選手速度明顯下降原因?yàn)榍俺趟俣冗^快，節(jié)奏戰(zhàn)略分配失衡而導(dǎo)致前程體力過度消耗，體內(nèi)產(chǎn)生大量疲勞物質(zhì)所致。從所有選手各區(qū)間速度變化率來看（見圖5），加速最明顯的區(qū)間是L1-2，主要考慮選手為獲取較有利的位置而采取的戰(zhàn)略表現(xiàn)。減速最為明顯的區(qū)間則在L9-10。此時(shí)考慮選手過度消耗體力及體內(nèi)疲勞物質(zhì)堆積（乳酸）對(duì)選手速度帶來直接影響。從選手速度分配模式來看（見圖6），以相對(duì)速度100%為基準(zhǔn)，全程速度表現(xiàn)出「fast-slow-fast-slow」的戰(zhàn)略分配模式。若最后200m沖刺階段能維持在相對(duì)速度100%左右，整體水平將大幅提高。

3.2跑的機(jī)械因素對(duì)跑速節(jié)奏的影響

跑速由步頻與步幅乘積決定。根據(jù)Hogberg和Luhtanen等研究，當(dāng)跑速接近最大速度的70-80%之前，步幅的增加比步頻的增加影響要大，如果跑速繼續(xù)增大，步頻則急劇增加，步幅則會(huì)減小[22-23]。另外，學(xué)者Peter在其步幅與氧氣攝入量關(guān)系研究中，在最短和最長(zhǎng)步幅時(shí)的VO2的平均攝入量分別為2.6和3.4 ml·kg-1·min-1。步幅越大，氧氣攝入量越多，能量消耗越大[24]。在速度與各機(jī)械變量方面，Carrard等學(xué)者發(fā)現(xiàn)各機(jī)械變量與速度之間呈現(xiàn)不同程度相關(guān)性[13]。而從本研究各機(jī)械變量與跑速的相關(guān)性來看（見圖1），步幅與速度之間具有顯著正相關(guān)性（r=0.805，P<0.01），其他變量與速度之間呈現(xiàn)弱相關(guān)性或無顯著相關(guān)性。導(dǎo)致該結(jié)果原因或許與實(shí)驗(yàn)對(duì)象水平差異不大有關(guān)。因此，今后需加強(qiáng)對(duì)不同級(jí)別，不同水平選手的研究，從而進(jìn)一步探討機(jī)械變量及賽后血乳酸濃度對(duì)其節(jié)奏性能變化的影響。

另外，從各區(qū)間各變量分配來看（見表2），L3區(qū)間的速度、步頻、身體垂直剛度最小，重心位移在該區(qū)間最大。L4區(qū)間的步幅、最大地面反作用力與騰空時(shí)間最小，接地時(shí)間在該區(qū)間最大?？梢姷谌齾^(qū)間與第四區(qū)間各機(jī)械變量在整個(gè)比賽中較為薄弱。Jordan與中野等學(xué)者在其研究中同樣認(rèn)為1 500m跑速的四個(gè)區(qū)間中，L3區(qū)間是運(yùn)動(dòng)員性能最為薄弱的環(huán)節(jié)[25-26]。因此，為提高選手中后程的運(yùn)動(dòng)能力，保持騰空與接地時(shí)間穩(wěn)定，積極加快步頻與加大步幅，維持身體重心位移平穩(wěn)與身體剛度穩(wěn)定等方面至關(guān)重要。與此同時(shí)，選手在接地時(shí)的小腿角度，盆骨的峰值制動(dòng)速度，踝關(guān)節(jié)彎曲程度及軀干姿勢(shì)等技術(shù)要領(lǐng)，也對(duì)其速度產(chǎn)生重要影響[15，27]。

3.3血乳酸濃度對(duì)跑速節(jié)奏的影響

血乳酸濃度作為評(píng)價(jià)選手無氧能力指標(biāo)，一些研究表明比賽成績(jī)與賽后乳酸濃度顯著相關(guān)[11]。但亦有研究表明，對(duì)于高水平運(yùn)動(dòng)員，賽后血乳酸濃度并不能作為評(píng)價(jià)成績(jī)的絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)[10，28]。本研究結(jié)果為賽后血乳酸濃度與賽后成績(jī)并無顯著相關(guān)性。而第三區(qū)間速度與賽后乳酸濃度峰值存在顯著相關(guān)性（r=0.608，P<0.05）。因此，第三區(qū)間乳酸堆積或許是導(dǎo)致第三區(qū)間各機(jī)械變量較為薄弱，影響選手速度節(jié)奏變化的原因之一。

目前，關(guān)于1 500m賽后血乳酸的研究較少。我國(guó)學(xué)者李金珠在對(duì)國(guó)內(nèi)大學(xué)生男子中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員測(cè)得的運(yùn)動(dòng)后血乳酸濃度峰值為12.6mmol/L[29]，與本研究賽后選手乳酸峰值19.93mmol/L相比，濃度相對(duì)較低，其原因或許在于正式與非正式比賽運(yùn)動(dòng)后獲取峰值的不同。因此無法客觀比較兩國(guó)大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員實(shí)際水平。但據(jù)Lacour等學(xué)者對(duì)800m選手賽后乳酸濃度的峰值研究，賽后選手峰值可達(dá)到20mmol/L左右[8]。因此，對(duì)于1 500m跑賽后血乳酸濃度研究還有待深入研究。

4結(jié)論

基于上述1 500m跑各機(jī)械變量及賽后血乳酸濃度對(duì)其節(jié)奏的相關(guān)性研究，可得：

（1）步幅與速度顯著相關(guān)，步幅調(diào)整對(duì)選手節(jié)奏變化產(chǎn)生顯著影響。賽后血乳酸濃度峰值與比賽成績(jī)無顯著相關(guān)。區(qū)間速度上，第三區(qū)間速度與賽后乳酸濃度峰值存在顯著相關(guān)性。乳酸生成與堆積或許是導(dǎo)致第三區(qū)間速度降低的主要原因之一。

（2）在節(jié)奏分配方面，選手整體表現(xiàn)出fast-slow-fast-slow的戰(zhàn)略模式，個(gè)別選手因節(jié)奏分配不均，表現(xiàn)出明顯fast-slow模式。選手若能在最后200米沖刺階段維持相對(duì)速度穩(wěn)定，整體水平將大幅提高。

（3）在不同區(qū)間各變量分配上，L3區(qū)間的速度、步頻、身體垂直剛度最小，重心位移最大;L4區(qū)間的步幅、最大地面反作用力與騰空時(shí)間最小，接地時(shí)間最大。選手中、后程機(jī)械變量薄弱，對(duì)整體節(jié)奏影響較大。

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收稿日期：2020-04-18;修回日期：2020-06-11

作者簡(jiǎn)介：楊永昌（1988-），男，博士，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)生理學(xué)。