滑得更快的科學(xué)
——速度滑冰的運(yùn)動(dòng)生物學(xué)特征

李 博，劉翠佳，楊 威，黎涌明，4*

（1.上海體育學(xué)院，上海 200438；2.福建師范大學(xué)，福建 福州 350108；3.哈爾濱市冬季運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目訓(xùn)練中心，黑龍江 哈爾濱 150036；4.國家體育總局體育科學(xué)研究所，北京 100061）

2019/2020賽季速度滑冰有3個(gè)新的世界紀(jì)錄誕生，作為一項(xiàng)歷史悠久的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，速度滑冰在追求更快的道路上從未停止。有研究表明，在速度滑冰成績提高的因素中器材的改進(jìn)約占到了50%，場地設(shè)施的改進(jìn)、分離式冰鞋和緊身速滑服對滑冰成績的提升起到了非常重要的作用（蔡旭旦等，2020；楊宸灝等，2020）。而剩下的50%主要來自運(yùn)動(dòng)員自身能力的提升，而這主要體現(xiàn)在速度滑冰技術(shù)的改進(jìn)和運(yùn)動(dòng)員身體機(jī)能的增強(qiáng)（De Koning，2010）。低姿滑冰技術(shù)，運(yùn)動(dòng)員的形態(tài)學(xué)、生理學(xué)研究的不斷深入以及訓(xùn)練的改進(jìn)對速度滑冰成績提升均起到了非常重要的作用。

2022年北京冬奧會(huì)速度滑冰比賽共設(shè)有14個(gè)小項(xiàng)，是所有參賽項(xiàng)目中金牌數(shù)最多的項(xiàng)目，其中單人項(xiàng)目10個(gè)，按照比賽距離劃分為短距離（500 m、1 000 m）、中距離（1 500 m）和長距離（3 000 m、5 000 m和10 000 m）。目前荷蘭是速度滑冰競技水平較高的國家，截止2018年平昌冬奧會(huì)，荷蘭在速度滑冰項(xiàng)目共拿到了42枚金牌，占該項(xiàng)目金牌總數(shù)的22.5%，211枚獎(jiǎng)牌，占獎(jiǎng)牌總數(shù)的22.0%。我國在速度滑冰項(xiàng)目僅獲得1枚金牌，8枚獎(jiǎng)牌。2022年北京冬奧會(huì)舉辦在即，快速提高速度滑冰項(xiàng)目成績對提升我國在冬季項(xiàng)目的競技實(shí)力有著非常重要的意義。然而在過去的兩個(gè)賽季里，我國速度滑冰運(yùn)動(dòng)員在世界杯比賽中共獲得1枚金牌和2枚銀牌，落后于荷蘭（31金、29銀、25銅）、俄羅斯（22金、25銀、35銅）和日本（18金、20銀、15銅）等國，反映出我國速度滑冰整體競技實(shí)力有待提升（李博等，2020）。速度滑冰作為冰上競速類項(xiàng)目，對運(yùn)動(dòng)員的滑冰技術(shù)和生理學(xué)能力都有著較高的要求。為了快速提高中國速度滑冰的成績，需要從科學(xué)的角度加深對速度滑冰生物力學(xué)、生理學(xué)和訓(xùn)練學(xué)在內(nèi)的項(xiàng)目特征的認(rèn)識。

1 速度滑冰的生物力學(xué)特征

1.1 速度滑冰技術(shù)的特殊之處

在多數(shù)運(yùn)動(dòng)中，人體通過肌肉收縮推動(dòng)接觸面產(chǎn)生與推力方向相反的運(yùn)動(dòng)，例如，跑步時(shí)向后蹬地推動(dòng)人向前運(yùn)動(dòng)（圖1A）（De Koning et al.，2000b）。但滑冰與多數(shù)運(yùn)動(dòng)不同，由于冰面摩擦力較小，人在冰面滑行時(shí)不能通過向后推動(dòng)冰面產(chǎn)生向前的速度，最有效的發(fā)力方向?yàn)樗矫鎯?nèi)垂直于滑冰前進(jìn)方向，而滑冰技術(shù)的難點(diǎn)在于把側(cè)向的蹬冰力轉(zhuǎn)換為向前的速度（圖1B）（侯廣慶等，2006；De Koning et al.，2000b）。滑冰時(shí)推力的反作用力（Fp）與冰面的夾角叫作蹬冰角（α），F(xiàn)p可以分解為水平分力（Fz）和垂直向上的分力（Fy），但是Fy并不能幫助滑冰前進(jìn)，因此α越小Fz就越大，蹬冰的效率就越高（De Koning et al.，2000b）（圖 1B）。Fp的水平分量會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直于滑冰方向X的加速度，使身體由蹬冰腿向支撐腿一側(cè)加速運(yùn)動(dòng)。側(cè)向加速度產(chǎn)生的速度與原滑冰方向的速度共同合成了一個(gè)新的速度，這個(gè)新的速度會(huì)稍微改變運(yùn)動(dòng)員的前進(jìn)方向，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員左右腿交替蹬冰滑行時(shí)，運(yùn)動(dòng)員沿著冰道方向成正弦曲線運(yùn)動(dòng)（Van Der Kruk et al.，2018）（圖2B）?；羞^程中的重心相對較低，蹬冰時(shí)膝關(guān)節(jié)伸展使重心略微升高，左右腿交替滑行時(shí)身體重心在前視圖內(nèi)也會(huì)呈現(xiàn)正弦曲線運(yùn)動(dòng)（圖2A）。

圖1 跑步與速度滑冰在推進(jìn)力上的差異（De Koning et al.,2000b）Figure 1.Differences in Running and Speed Skating in Propulsion（De Koning et al.,2000b）

由于滑冰生物力學(xué)的特殊性，正確的滑冰技術(shù)對速度滑冰尤為重要。速度滑冰從起跑到滑行動(dòng)作技術(shù)有很大差異，運(yùn)動(dòng)員以跑步式（running-like）技術(shù)啟動(dòng)在冰面快速奔跑，在啟動(dòng)的幾步之后（男6步，女7步）滑行的距離變長，膝關(guān)節(jié)的屈伸幅度逐漸增加，運(yùn)動(dòng)員開始使用滑冰技術(shù)（De Koning et al.，1995）。滑冰動(dòng)作周期一般分為3個(gè)階段，滑行、蹬冰和收腿。以右腿為例，在左腿蹬冰的作用下右腿向前滑行，此時(shí)左右冰刀都留在地面，滑行末期右腿快速伸膝發(fā)力蹬冰，重心轉(zhuǎn)移到左側(cè)滑行，右腿蹬冰結(jié)束后快速收腿，準(zhǔn)備下一次滑行（圖2A）（Van Der Kruk et al.，2018）。

圖2 速度滑冰直線滑行時(shí)運(yùn)動(dòng)員的前視圖與俯視圖（Van Der Kruk et al.,2018）Figure 2.Front and Top View of Athletes During Straight Skating（Van Der Kruk et al.,2018）

1.2 直道滑冰的技術(shù)特征

速度滑冰約80%的能量損失來自風(fēng)阻，運(yùn)動(dòng)員必須保持低坐位（low-sitting）的滑冰姿勢以減小風(fēng)阻。低坐位滑冰姿勢的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征主要表現(xiàn)在滑冰時(shí)身體關(guān)節(jié)角度的變化（圖3）。有研究表明，優(yōu)秀速度滑冰運(yùn)動(dòng)員冰面滑行時(shí)的膝關(guān)節(jié)角度（θ0）在 90°～110°（Van Ingen Schenau et al.，1983c；Yuda et al.，2007），軀干與水平面的夾角（θ1）約15°（Van Ingen Schenau，1982），蹬冰時(shí) α 約 55°（Noordhof et al.，2014），蹬冰膝關(guān)節(jié)在 0.2 s內(nèi)快速伸展至 170°（傳統(tǒng)冰鞋的最大伸展角度 160°）（Houdijk et al.，2000）。但低坐位的滑冰姿勢會(huì)增加滑冰運(yùn)動(dòng)員下肢肌肉的張力，間歇性的阻斷血流供應(yīng)，從而增加對下肢無氧供能的募集（Foster et al.，1999b）。累積的代謝廢物也會(huì)進(jìn)一步增加運(yùn)動(dòng)員的疲勞程度，較高的血乳酸濃度會(huì)導(dǎo)致速度滑冰運(yùn)動(dòng)員因疲勞而不能保持良好的滑冰技術(shù)，運(yùn)動(dòng)員的θ0、α隨著比賽的進(jìn)行逐漸增加，蹬冰效率隨之不斷下降。

圖3 直道滑行時(shí)速度滑冰的姿態(tài)Figure 3. Speed Skating Posture in the Straight

早期研究通過滑冰姿勢估算滑冰運(yùn)動(dòng)員的能量損失，De Koning等（2005）通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，速度滑冰1 500 m比賽中運(yùn)動(dòng)員的θ0隨比賽的進(jìn)行而增加，θ1隨比賽的進(jìn)行而減小，運(yùn)動(dòng)員速度變化約有42%是由于滑冰姿勢變化引起的。但是，Noordhof等（2013）對速度滑冰5 000 m的研究表明，比賽中滑冰速度的降低與α的增加顯著相關(guān)，與θ0和θ1之間變化不存在相關(guān)性，因此該研究認(rèn)為，比賽中滑冰速度的下降并不是因?yàn)榭諝庾枇Φ脑黾?，而且由于α增加?dǎo)致蹬冰效率下降。隨后Noordhof等（2014）進(jìn)一步推算得出，在速度滑冰比賽中α每增加1°會(huì)使1 500 m比賽中速度減小0.011 m/s，5 000 m比賽速度減小0.069 m/s，因此在長距離速度滑冰中維持較小的α尤為重要。值得注意的是，以往的研究將α定義為蹬冰腿與冰面的夾角，但是Van Der Kurk（2016）的研究表明，蹬冰的作用力并不沿此連線，蹬冰力的方向與小腿之間還存在踝扭角（ankle kink）。這提示，以往對α的研究可能存在不足。

1.3 彎道滑冰的技術(shù)特征

速度滑冰直線與彎道技術(shù)的差異較大，彎道滑行時(shí)需要運(yùn)動(dòng)員的左腿向右側(cè)蹬冰，右腿在左腿前快速交叉步，滑行時(shí)重心向場地內(nèi)傾斜以更好地利用向心力，這大大增加了彎道滑行時(shí)的技術(shù)難度（De Boer et al.，1987a）。不同于速度滑冰直道滑行時(shí)蹬冰腿發(fā)力都指向身體對側(cè)，彎道滑行時(shí)運(yùn)動(dòng)員左右腿都需要向身體右側(cè)蹬冰，這造成了運(yùn)動(dòng)員左右腿發(fā)力不對稱。研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)員彎道滑行時(shí)左腿的平均功率輸出為（4.38±0.48）W/kg，右腿的輸出功率為（3.00±0.63）W/kg，而直線時(shí)左右腿輸出功率均為（3.94±0.72）W/kg（De Koning et al.，1991）。發(fā)力的不對稱性也體現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)員下肢肌肉氧飽和的變化，通過近紅外光譜儀測得運(yùn)動(dòng)員在直道滑行時(shí)左右腿肌肉氧飽和度交替上升與下降，而在彎道滑行時(shí)左腿的肌肉氧飽和度始終高于右腿（Hettinga et al.，2016）。

不同水平速度滑冰運(yùn)動(dòng)員的彎道技術(shù)存在一定差異，在此方面日本和韓國的研究者對彎道滑冰技術(shù)細(xì)節(jié)有著更加深入的研究。Yuda等（2003，2004）研究發(fā)現(xiàn)，彎道速度快的運(yùn)動(dòng)員開始蹬冰時(shí)身體與冰面的夾角更小，身體重心能夠充分的傾斜到場地內(nèi)。高水平運(yùn)動(dòng)員還表現(xiàn)出彎道蹬冰的時(shí)間更短，蹬冰時(shí)膝關(guān)節(jié)的伸展角度更大（De Boer et al.，1987a），在長距離比賽后半段彎道蹬冰頻率更高，滑冰動(dòng)作中滑行階段時(shí)間更短（Yuda et al.，2007），單圈比賽中的速度變化率更小（Takenaka et al.，2011）。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)，在速度滑冰500 m比賽中彎道速度快的運(yùn)動(dòng)員并不一定能在比賽中獲得更好的成績（Song et al.，2018）。這似乎表明，頻繁的加減速會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)員額外的能量消耗，彎道速度可能并不是決定運(yùn)動(dòng)員比賽獲勝的決定因素，運(yùn)動(dòng)員還要重視彎道與直道的銜接以及出彎道之后的降速問題。

2 速度滑冰運(yùn)動(dòng)員的生理學(xué)特征

2.1 速度滑冰運(yùn)動(dòng)員形態(tài)學(xué)特征

對2018年平昌冬奧會(huì)速度滑冰運(yùn)動(dòng)員身高、體重的信息統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)（表1），速度滑冰男子不同項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員的平均身高178～182 cm，平均體重72～79 kg，女子運(yùn)動(dòng)員平均身高168～172 cm，平均體重56～62 kg。速度滑冰不同項(xiàng)目之間運(yùn)動(dòng)員的平均身高和體重差異不大。同樣，De Greeff等（2011）和De Koning等（1994）對青少年精英速度滑冰運(yùn)動(dòng)員的研究均發(fā)現(xiàn)，體型與參賽項(xiàng)目和運(yùn)動(dòng)成績之間均不相關(guān)。此外，Kudybyn等（2018）對2012—2016年世界級優(yōu)秀速度滑冰運(yùn)動(dòng)員體重信息統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，速度滑冰不同比賽項(xiàng)目之間的平均體重不存在明顯差異，這與多數(shù)耐力項(xiàng)目短距離運(yùn)動(dòng)員身材更加高大有所不同。這似乎表明體型可能并不是制約速度滑冰成績的關(guān)鍵因素。對高水平運(yùn)動(dòng)員體型與運(yùn)動(dòng)成績之間的關(guān)系有待更加深入的研究。

表1 平昌冬奧會(huì)速度滑冰動(dòng)員身高、體重信息統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics on Height and Mass of Speed Skaters in Pyeongchang Winter Olympics

盡管現(xiàn)有的研究表明，精英速度滑冰運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)成績與體型不存在相關(guān)性，但是在身體結(jié)構(gòu)上可能存在一定的差異。Sovak等（1987）對加拿大速度滑冰國家隊(duì)運(yùn)動(dòng)員的研究發(fā)現(xiàn)，精英級速度滑冰運(yùn)動(dòng)員與大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員相比下肢更短，軀干更長。Van Ingen Schenau等（1983c）對5名精英級速度滑冰運(yùn)動(dòng)員與普通速度滑冰運(yùn)動(dòng)員形態(tài)學(xué)特征對比發(fā)現(xiàn)，雖然兩者的身高、腿長無明顯差異，但是精英級運(yùn)動(dòng)員的大腿更短小腿更長。鑒于上述兩篇研究發(fā)表的時(shí)間較早（距今超過30年），其數(shù)據(jù)的參考價(jià)值有待進(jìn)一步驗(yàn)證。盡管速度滑冰運(yùn)動(dòng)員在體型上似乎與普通人沒有明顯差異，但是研究表明，優(yōu)秀速滑運(yùn)動(dòng)員大腿圍度和肌肉量比大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員、馬拉松運(yùn)動(dòng)員、短跑運(yùn)動(dòng)員、花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員和低水平速度滑冰運(yùn)動(dòng)員更高（Akahane et al.，2006；Sovak et al.，1987）。這也反映了大腿維度和肌肉量在速度滑冰中的重要性。

身體成分是除了體型和身體結(jié)構(gòu)以外人體形態(tài)學(xué)研究的重點(diǎn)。Van Ingen Schenau等（1983b）研究發(fā)現(xiàn)，相對輸出功率（W/kg）高的運(yùn)動(dòng)員往往有著更好的運(yùn)動(dòng)成績，因此運(yùn)動(dòng)員保持相對較高的肌肉量和較低的體脂率就顯得尤為重要，高水平速滑運(yùn)動(dòng)員體脂率應(yīng)保持在男子＜10%、女子＜20%。高維緯等（1993）對中國速度滑冰運(yùn)動(dòng)員身體成分的研究發(fā)現(xiàn)，男子短距離運(yùn)動(dòng)員體脂率為9.6%、全能運(yùn)動(dòng)員為10.9%，女運(yùn)動(dòng)員短距離為24.1%，全能運(yùn)動(dòng)員為23.7%，均高于世界高水平運(yùn)動(dòng)員的體脂率。劉俊一等（2010）對中國女子短道速滑國家隊(duì)運(yùn)動(dòng)員2007—2008賽季7個(gè)月的訓(xùn)練和比賽發(fā)現(xiàn)，女子短道速滑隊(duì)的體脂率從賽季初的24.2%下降至22.7%。Pollock等（1982）在對美國男子不同水平速滑運(yùn)動(dòng)員體脂率的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，奧運(yùn)組的體脂7.6%＜非奧運(yùn)組8.1%＜普通人13.6%。Van Ingen Schenau等（1990）運(yùn)用公式推算認(rèn)為，速度滑冰運(yùn)動(dòng)員每降低1 kg體脂，可以使500 m速滑的成績提高0.12 s。但是De Koning等（1994）對荷蘭速度滑冰青年國家隊(duì)運(yùn)動(dòng)員長達(dá)5年的跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，男（9.6%～11.0%）、女（20.0%～22.2%）運(yùn)動(dòng)員在16～21歲的體脂率變化并不大，且體脂率與運(yùn)動(dòng)成績之間并不存在相關(guān)性。綜合上述研究結(jié)果，本研究認(rèn)為，優(yōu)秀速度滑冰運(yùn)動(dòng)員體脂率應(yīng)維持在男子約10%、女子約20%。

2.2 速度滑冰運(yùn)動(dòng)員的有氧能力

2.3 速度滑冰運(yùn)動(dòng)員的無氧能力

速度滑冰運(yùn)動(dòng)員需要在0.2 s內(nèi)快速蹬冰發(fā)力，這對運(yùn)動(dòng)員的無氧能力有著較高的要求。對高水平速度滑冰運(yùn)動(dòng)員30 s Wingate測試的研究發(fā)現(xiàn)，男運(yùn)動(dòng)員的峰值功率為1 260.0～1 910.0 W（16.6～24.4 W/kg），平均功率為947.5～1 054.0 W（11.2～14.2 W/kg）（De Koning et al.，1994；Foster et al.，1993；Greeff et al.，2011；Hofman et al.，2017；Smith et al.，1991；Van Ingen Schenau et al.，1988，1992）；優(yōu)秀女運(yùn)動(dòng)員的峰值功率為840.7～1 316 W（11.4～20.0 W/kg），平均功率為 641.4～769 W（9.3～12.6 W/kg）（De Koning et al.，1994；Greeff et al.，2011；Hofman et al.，2017；Schenau et al.，1988；Smith et al.，1991；Van Ingen Schenau et al.，1998），均達(dá)到美國大學(xué)生運(yùn)動(dòng)聯(lián)盟（NCAA）中30 s Wingate測試精英級標(biāo)準(zhǔn)（男子峰值功率＞13.74 W/kg，平均功率＞9.79 W/kg，女子峰值功率＞11.07 W/kg，平均功率＞8.22 W/kg）（Zupan et al.，2009）。我國速度滑冰運(yùn)動(dòng)員30 s Wingate測試男子峰值功率為793.2～876.3 W（10.7～11.5 W/kg）、平均功率為 534.2～622.7 W（8.9～9.6 W/kg）；女子峰值功率為619.2～682.3 W（8.2～10.9 W/kg）、平均功率為406.3～483.8 W（7.4～10.3 W/kg）（王晶晶 等，2014；張?jiān)h等，2008）。這提示，我國運(yùn)動(dòng)員30 s Wingate測試的峰值功率和平均功率均小于世界水平運(yùn)動(dòng)員。

30 s Wingate測試對速度滑冰運(yùn)動(dòng)員的成績有著非常重要的意義。De Koning等（1994）對荷蘭青年速度滑冰運(yùn)動(dòng)員的研究發(fā)現(xiàn)，高水平速度滑冰運(yùn)動(dòng)員30 s Wingate測試的峰值功率和平均功率（男子1 454.7 W，1 054.0 W；女子：970.5 W，742.5 W）均高于低水平運(yùn)動(dòng)員（男子1 385.7 W，1 026.6 W；女子892.3 W，668.1 W），但是在相對功率上均不存在太大差異。Greeff等（2011）對荷蘭青少年速度滑冰運(yùn)動(dòng)員的研究發(fā)現(xiàn)，30 s Wingate測試的相對輸出功率與500 m速度滑冰成績正相關(guān)，與3 000 m成績負(fù)相關(guān)。Smith等（1991）對加拿大運(yùn)動(dòng)員的研究同樣發(fā)現(xiàn)，短距離速度滑冰運(yùn)動(dòng)員30 s Wingate測試5 s峰值功率為16.6 W/kg，顯著高于全能運(yùn)動(dòng)員（14.4 W/kg），且與500 m成績正相關(guān)。然而，Van Ingen Schenau等（1992）對荷蘭青年速度滑冰運(yùn)動(dòng)員1987/1988賽季年度訓(xùn)練間的30 s Wingate測試進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)員平均相對功率（男子約14 W/kg，女子約12 W/kg）并沒有太大變化，且不同運(yùn)動(dòng)員之間平均功率的變化與運(yùn)動(dòng)成績之間并不一致。但是近年來Hofman等（2017）對荷蘭1 500 m奧運(yùn)級速度滑冰運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行連續(xù)3年的跟蹤研究，對運(yùn)動(dòng)員夏季陸上訓(xùn)練結(jié)束時(shí)的30 s Wingate測試結(jié)果與運(yùn)動(dòng)員冬季冰上比賽的成績進(jìn)行回歸分析，得出速度滑冰運(yùn)動(dòng)員30 s Wingate測試峰值功率和平均功率每提高1 W/kg，將會(huì)使1 500 m男子成績提高0.92 s和2.32 s，女子提高0.75 s和2.05 s。綜合上述研究結(jié)果本研究認(rèn)為，速度滑冰運(yùn)動(dòng)員對無氧能力有著非常高的要求，我國運(yùn)動(dòng)員的無氧能力存在較大的差距，30 s Wingate測試對速度滑冰運(yùn)動(dòng)員擇項(xiàng)和訓(xùn)練均有著非常重要的指導(dǎo)意義。

2.4 速度滑冰運(yùn)動(dòng)員的肌纖維類型

速度滑冰不同比賽距離對應(yīng)的最佳能量供應(yīng)系統(tǒng)和肌纖維類型可能存在一定的差異，其中慢肌纖維I型主要作用在于維持滑冰姿勢，快?。á蛐停├w維則在膝關(guān)節(jié)快速發(fā)力時(shí)起到重要作用（De Groot et al.，1987）。Yazvikov等（1988）對速度滑冰運(yùn)動(dòng)員股外側(cè)肌的研究發(fā)現(xiàn)，500 m和1 000 m速度滑冰運(yùn)動(dòng)員快肌纖維比例更高（Ⅱa 56%±6%；Ⅱb 31%±7%），而長距離速度滑冰運(yùn)動(dòng)員的慢肌纖維比例更高（60%±4%）。Ahmetov等（2011）對速度滑冰運(yùn)動(dòng)員的股外側(cè)肌肌肉活檢發(fā)現(xiàn)，男、女運(yùn)動(dòng)員慢肌纖維比例分別為65.7%±10.5%、64.4%±10.3%，均大于普通人（50.1%±11.1%），且長距離速度滑冰運(yùn)動(dòng)員的慢肌纖維比例比短距離更高，該研究還發(fā)現(xiàn)，ACTN3（α-actinin-3）基因R577X多態(tài)性與速度運(yùn)動(dòng)員肌纖維類型和最佳比賽距離密切相關(guān)。因此，速度滑冰運(yùn)動(dòng)員最佳比賽距離很可能是由肌纖維類型決定的，這表明肌纖維類型可以作為速度滑冰運(yùn)動(dòng)員選材和擇項(xiàng)的重要參考指標(biāo)。

2.5 速度滑冰比賽的能量供應(yīng)特征

速度滑冰單人項(xiàng)目的比賽距離在500～10 000 m之間，世界紀(jì)錄在33 s～13 min之間，不同比賽距離對能量供應(yīng)需求的差異較大。目前對速度滑冰比賽能量供應(yīng)特征的研究并不多，并且查閱到的速度滑冰能量供應(yīng)差異較大（圖4）。Dal Monte（1983）研究認(rèn)為，速度滑冰500 m的能量全部來自無氧供能（磷酸原95%，糖酵解5%），隨著比賽距離的增加無氧供能比例逐漸減小，有氧供能比例逐漸增加，在10 000 m比賽中無氧供能比例為20%（磷酸原5%，糖酵解15%），有氧供能比例為80%。但是該研究得到的供能比例是根據(jù)其他全力運(yùn)動(dòng)方式的能量供應(yīng)比例結(jié)合速度滑冰比賽時(shí)間推測得到的，并沒有對速度滑冰進(jìn)行實(shí)際的實(shí)驗(yàn)測試。在此之后，Van Ingen Schenau等（1990）、Foster等（1999a）和De Koning等（2005）利用能量平衡模型，結(jié)合運(yùn)動(dòng)員功率自行車測試和比賽實(shí)際滑行時(shí)間，估算得到了速度滑冰的能量供應(yīng)比例。這些研究結(jié)果中不同比賽距離的有氧供能比例均高于Dal Monte的研究。

圖4 速度滑冰不同比賽距離的能量供應(yīng)比例Figure 4.Energy Contributions in Different Competitions Distance of Speed Skating

值得注意的是，上述研究中僅有Hermsdorf的研究是在室內(nèi)冰場通過對不同距離的模擬比賽得到的。該研究不同比賽距離的有氧供能比例高于Van Ingen Schenau等（1990）、Foster等（1999a）和De Koning等（2005）通過能量流模型計(jì)算間接推算的結(jié)果。但這一結(jié)果可能是由于Hermsdorf等（2013）實(shí)驗(yàn)中受試者的耗時(shí)更長造成的。此外，Hermsdorf等（2013）的研究中1 500 m、3 000 m、5 000 m的耗時(shí)分別為 133.10 s、270.20 s、427.40 s，有氧供能比例分別為65.2%、79.6%、85.4%，該結(jié)果與黎涌明等（2014）、Li等（2015）由全力運(yùn)動(dòng)能量供應(yīng)比例推算公式［y=22.404×Ln（x）＋45.176，y為有氧供能比例（%），x為全力運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間（min），公式來自多種運(yùn)動(dòng)方式的數(shù)據(jù)］得到的有氧供能比例63.0%、77.9%、89.2%類似。這似乎表明速度滑冰與其他周期性全力運(yùn)動(dòng)的有氧供能比例類似。但是速度滑冰低坐位滑冰姿勢的血流限制增加了代謝產(chǎn)物的堆積和對快肌纖維的募集，導(dǎo)致速度滑冰較其他運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目在相同O2和心率下有著更高的血乳酸，而這可能會(huì)影響速度滑冰的比賽能量供應(yīng)特征（Foster et al.，1999b）。因此，未來有待進(jìn)一步對速度滑冰能量供應(yīng)特征進(jìn)行更進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。

3 速度滑冰訓(xùn)練

速度滑冰作為一項(xiàng)冬季項(xiàng)目，其訓(xùn)練條件很大程度上受季節(jié)影響。不同訓(xùn)練階段的訓(xùn)練內(nèi)容安排和訓(xùn)練負(fù)荷的周期性分布是制定訓(xùn)練計(jì)劃的關(guān)鍵因素。Pollock等（1982）對1980年美國速度滑冰國家隊(duì)訓(xùn)練的統(tǒng)計(jì)表明，運(yùn)動(dòng)員夏季陸上周訓(xùn)練時(shí)間為30～35 h，其中40%進(jìn)行一般的有氧訓(xùn)練（自行車、跑步），20%進(jìn)行無氧訓(xùn)練（高強(qiáng)度間歇），15%進(jìn)行一般力量訓(xùn)練，＜25%進(jìn)行陸上的專項(xiàng)訓(xùn)練（滑板、直排輪滑和低姿行走）。但是該研究年代較早，隨著訓(xùn)練實(shí)踐和科學(xué)的進(jìn)步，速度滑冰的訓(xùn)練已經(jīng)發(fā)生了很多改進(jìn)。YU等（2012）對中國速度滑冰隊(duì)2004—2006賽季訓(xùn)練課的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)員的年度訓(xùn)練課次約285次，其中冰上技術(shù)訓(xùn)練約30%，在剩下的陸上訓(xùn)練中約35%的訓(xùn)練課為耐力訓(xùn)練，約20%的力量訓(xùn)練，速度與技術(shù)訓(xùn)練課共約15%。吳新炎等（2012）、De Boer等（1987b）發(fā)現(xiàn)，輪滑練習(xí)和速度滑冰練習(xí)在生理學(xué)與生物力學(xué)特征上差異不大，但是低坐姿行走和陸上模擬蹬冰練習(xí)與速度滑冰的生理學(xué)與生物力學(xué)特征差異較大。因此該研究認(rèn)為，輪滑可以很好地用作夏季陸上練習(xí)方法以提高運(yùn)動(dòng)員的冰上技術(shù)，而不建議進(jìn)行過多的陸上專項(xiàng)訓(xùn)練。Orie等（2014）對荷蘭優(yōu)秀速度滑冰運(yùn)動(dòng)員長期訓(xùn)練計(jì)劃的跟蹤研究表明，運(yùn)動(dòng)員輪滑訓(xùn)練時(shí)間從1988年的33.3小時(shí)/年減少至2010年的7.5小時(shí)/年。研究認(rèn)為，雖然輪滑很好地模擬了冰上技術(shù)動(dòng)作，輪滑一樣需要運(yùn)動(dòng)員采取低坐位的滑冰姿勢。但是低坐位滑冰姿勢的血流限制會(huì)增加生理學(xué)負(fù)荷，可能不利于發(fā)展運(yùn)動(dòng)員的有氧能力。此外，低坐位滑冰姿勢的血流限制會(huì)間歇性地阻斷下肢肌肉的血液供應(yīng)，造成局部低氧，這會(huì)進(jìn)一步增加對下肢快肌纖維的募集，產(chǎn)生更多的血乳酸（Foster et al.，1999b）。研究發(fā)現(xiàn)，速度滑冰較其他項(xiàng)目最大乳酸穩(wěn)態(tài)的血乳酸更高（Beneke et al.，1996）。如何通過訓(xùn)練提高運(yùn)動(dòng)員低姿滑冰時(shí)的乳酸清除能力或高乳酸狀態(tài)下的技術(shù)保持能力就顯得尤為重要，但是目前還缺乏進(jìn)一步的研究。自行車訓(xùn)練以下肢發(fā)力為主，這與速度滑冰下肢主要參與蹬冰非常類似，且騎自行車時(shí)下肢關(guān)節(jié)受力較小，損傷風(fēng)險(xiǎn)低，因此可以考慮使用自行車訓(xùn)練來提升速度滑冰運(yùn)動(dòng)員的一般體能，而通過冰上訓(xùn)練提高運(yùn)動(dòng)員的滑冰技術(shù)（Foster et al.，1999a）。實(shí)踐領(lǐng)域也表明，荷蘭優(yōu)秀速度滑冰運(yùn)動(dòng)員夏季采用大量的自行車低強(qiáng)度騎行訓(xùn)練來發(fā)展運(yùn)動(dòng)員的有氧能力，自行車作為重要的訓(xùn)練手段貫穿了速度滑冰運(yùn)動(dòng)員整個(gè)賽季的訓(xùn)練過程。

近年來研究發(fā)現(xiàn)，低強(qiáng)度有氧訓(xùn)練對耐力性項(xiàng)目成績提升起到重要作用。Yu等（2012）連續(xù)跟蹤了中國速度滑冰國家隊(duì)2個(gè)賽季的訓(xùn)練，運(yùn)動(dòng)員在2004—2005賽季采用傳統(tǒng)的乳酸閾模式，2005—2006賽季采用兩極化模式，在不增加訓(xùn)練課次的情況下減少了中等強(qiáng)度（血乳酸2～4 mM）訓(xùn)練比例，增加了低強(qiáng)度（血乳酸＜2 mM）和高強(qiáng)度（血乳酸＞4 mM）訓(xùn)練比例，結(jié)果運(yùn)動(dòng)員在各個(gè)距離的比賽成績都有了顯著提升。Orie等（2014）對荷蘭1972—2010年6屆奧運(yùn)會(huì)的19名男子中、長距離速度滑冰金牌獲得者在奧運(yùn)周期的訓(xùn)練計(jì)劃進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)員除了在2006年周凈訓(xùn)練時(shí)間最多（11.9 h），其他5個(gè)奧運(yùn)周期的周訓(xùn)練時(shí)間均在5.6～7.6 h，但是運(yùn)動(dòng)員的冰上訓(xùn)練和輪滑訓(xùn)練總時(shí)間均降低，更為重要的是運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練強(qiáng)度分布逐漸朝著“金字塔”和“兩極化”的方向發(fā)展。此外，荷蘭研究者Orie等（2020）采用主觀疲度（RPE）對2010年冬奧會(huì)金牌獲得者連續(xù)4年的夏訓(xùn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。該運(yùn)動(dòng)員一般性訓(xùn)練中RPE強(qiáng)度為2、3的訓(xùn)練時(shí)間與30 s Wingate測試平均功率成正相關(guān)，RPE為4、5的訓(xùn)練時(shí)間與30 s Wingate測試的平均功率呈負(fù)相關(guān)（圖5）。這似乎表明在長期訓(xùn)練中低強(qiáng)度的一般性訓(xùn)練可以幫助提高無氧耐力，而過多中等強(qiáng)度一般性訓(xùn)練會(huì)降低運(yùn)動(dòng)員的無氧耐力。1 500 m比賽的sRPE強(qiáng)度在9或10，但是進(jìn)行該強(qiáng)度的訓(xùn)練并不會(huì)提高運(yùn)動(dòng)員的成績。在夏訓(xùn)階段進(jìn)行一般性訓(xùn)練時(shí)的RPE以2、3為主，減少RPE為4、5的訓(xùn)練課。這在一定程度上反映了目前速度滑冰越來越重視運(yùn)動(dòng)員低強(qiáng)度的訓(xùn)練。

圖5 RPE與Wingate平均功率相關(guān)性統(tǒng)計(jì)（Orie et al.,2020）Figure 5.Pearson correlation coefficients between RPE and mean powerout of Wingate test（Orie et al.,2020）

4 總結(jié)與展望

4.1 總結(jié)

冰面的低摩擦力減小了速度滑冰的阻力，把側(cè)向的蹬冰力轉(zhuǎn)化為前進(jìn)方向的速度是滑冰技術(shù)的難點(diǎn)。低坐位的滑冰姿勢可以降低滑行時(shí)的空氣阻力，α是決定滑冰效率的重要因素，α越小滑冰效率越高。彎道滑行時(shí)由于受向心力的作用，其技術(shù)難度大于直道，且彎道滑行時(shí)存在左右腿負(fù)荷不對稱的現(xiàn)象。

速度滑冰運(yùn)動(dòng)員的體型與普通人差異不大，但速度滑冰運(yùn)動(dòng)員的下肢肌肉較其他項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員更為發(fā)達(dá)，優(yōu)秀速度滑冰運(yùn)動(dòng)員的體脂率應(yīng)保持在男子約10%、女子約20%。

對速度滑冰不同比賽距離能量供應(yīng)特征的研究發(fā)現(xiàn)，過去的研究可能低估了有氧供能的比例，速度滑冰不同比賽距離的能量供應(yīng)特征似乎與其他全力運(yùn)動(dòng)方式差異不大。近40年來，速度滑冰的訓(xùn)練大幅增加了低強(qiáng)度有氧訓(xùn)練比例，大幅度降低了中、高強(qiáng)度訓(xùn)練的比例。

4.2 展望

2022年冬奧會(huì)舉辦在即，我國速度滑冰項(xiàng)目面臨挑戰(zhàn)。因此，我們要以科技助力為抓手，加深對項(xiàng)目生物學(xué)特征的認(rèn)識，通過科學(xué)化訓(xùn)練來提高運(yùn)動(dòng)成績（張雷等，2020）。由于國內(nèi)外對速度滑冰研究的關(guān)注度不高，因此通過加強(qiáng)對速度滑冰的科技助力有望實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的“彎道超車”，在2022年冬奧會(huì)實(shí)現(xiàn)新的突破。對速度滑冰的科技助力可以從以下幾個(gè)方面出發(fā)：1）加強(qiáng)對滑冰技術(shù)的研究，尤其重視不同比賽距離運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的動(dòng)態(tài)變化，彎道滑行技術(shù)、直道和彎道過渡階段的滑冰技術(shù)以及運(yùn)動(dòng)員個(gè)體最佳化滑冰技術(shù)；2）重視速度滑冰的減阻研究，進(jìn)行風(fēng)洞測試為運(yùn)動(dòng)員定制個(gè)性化的減阻服裝和改進(jìn)滑冰技術(shù)，減小滑冰時(shí)的風(fēng)阻；3）加強(qiáng)對速度滑冰運(yùn)動(dòng)員體能訓(xùn)練，彌補(bǔ)中國速度滑冰運(yùn)動(dòng)員在有氧及無氧能力的不足；4）量化速度滑冰運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練負(fù)荷，總結(jié)與提煉國內(nèi)外高水平速度滑冰運(yùn)動(dòng)員不同階段的訓(xùn)練計(jì)劃，量化不同訓(xùn)練內(nèi)容的負(fù)荷，幫助教練員和運(yùn)動(dòng)員制定科學(xué)的訓(xùn)練計(jì)劃。