黎涌明

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動作和能量代謝視角下靜水皮劃艇項目特征研究

黎涌明

人體運動是將生物能轉化為機械能的過程，這一過程的外在特征和內(nèi)在特征分別是動作和能量代謝。本研究分別從動作和能量代謝的角度分析靜水皮劃艇的項目特征。動作方面，靜水皮劃艇主要需要骨盆前傾和胸椎旋轉的靈活性，腰椎和肩胛肌的穩(wěn)定性，以及髖主導(劃艇)/膝主導(皮艇)的下肢發(fā)力，肩主導(而非肘主導)的上肢發(fā)力以及軀干的旋轉發(fā)力。能量代謝方面，靜水皮劃艇短距離是無氧供能主導，長距離是有氧供能主導。短距離項目需要重點發(fā)展肌肉的橫斷面，長距離項目需要重點發(fā)展有氧能力。動作和能量代謝視角下的靜水皮劃艇訓練強調(diào)以動作技術為載體，注重動作的靈活性、穩(wěn)定性和功能化來發(fā)展這一項目所需要的能量供應能力。

動作；能量代謝；肌肉橫斷面；有氧

1 引言

人體運動是將生物能轉化成機械能的過程，動作和能量代謝是人體運動的2個基本特征，而運動訓練則是追求從生理學角度產(chǎn)生更多的能量和從生物力學角度更好地利用能量的過程[6]。靜水皮劃艇于1936年成為夏季奧運會比賽項目。在過去的70多年中，男子單人皮艇1 000 m和女子單人皮艇500 m的比賽成績分別提高了32.5%和42.1%。成績的提高主要來自更高更強壯的運動員的招募，對專項供能特點認識的深入，器材的不斷發(fā)展以及生理學和生物力學監(jiān)控診斷的進步[1]。這些原因可以歸結為動作和能量代謝方面的改善，如更高、更強壯運動員的招募意味著運動員能夠產(chǎn)生更多的能量，器材的發(fā)展提高了運動員的動作效率。

2 靜水皮劃艇的動作特征

靜水皮劃艇包括靜水皮艇和靜水劃艇2個項目，其中，靜水皮艇是運動員坐于船中，雙足交替蹬住船體(腳蹬板)，并通過左、右旋轉身體，帶動左右上肢的后拉，使手中的槳經(jīng)由槳葉作用于水，使“人船槳”系統(tǒng)獲得向前的推力；靜水劃艇是運動員單跪于船中，三點觸船(前側足底、后側膝和后側足)，并通過髖部的前拉和軀干的旋轉，帶動下方側上肢的后拉，以使手中的槳經(jīng)由槳葉作用于水，使“人船槳”系統(tǒng)獲得向前的推力。不管是靜水皮艇還是靜水劃艇，其發(fā)力過程都屬于非對稱性發(fā)力，都需要身體各環(huán)節(jié)(下肢、軀干和上肢)整體發(fā)力，都需要軀干的旋轉發(fā)力和上肢的后拉發(fā)力。而二者的區(qū)別在于靜水皮艇是兩側交替發(fā)力，靜水劃艇是單側重復發(fā)力(鑒于此特點，經(jīng)過多年訓練的劃艇運動員身體兩側的臀肌和背闊肌在肌肉增生方面會呈現(xiàn)不對稱性，其拉槳側的背闊肌和前側下肢的臀肌體積更大)。由于二者發(fā)力的姿態(tài)不同(坐姿vs.單跪姿)，靜水皮艇的下肢發(fā)力以膝關節(jié)的推(伸膝)為主，而靜水劃艇的下肢發(fā)力包括前方膝的推(伸膝)、前方髖的后拉(伸髖)和后方髖的前拉(屈髖)為主，并且由于跪姿的重心高于坐姿，靜水劃艇對運動員的身體穩(wěn)定性要求更高。

通過對從靈活性、穩(wěn)定性和功能化3個方面靜水皮艇和靜水劃艇的動作特征分析可以發(fā)現(xiàn)：在靈活性方面，二者都需要骨盆前傾的靈活性(主要決定因素在于股后肌群的柔韌性)，脊柱旋轉的靈活性(主要決定因素為胸椎旋轉的靈活性)，以及肩關節(jié)的靈活性(主要決定因素為盂肱關節(jié)的靈活性)；在穩(wěn)定性方面，除姿態(tài)不一樣外，二者都需要脊柱的穩(wěn)定性(主要決定因素為腰椎的穩(wěn)定性)和肩關節(jié)的穩(wěn)定性(主要決定因素為肩胛骨的穩(wěn)定性)；在功能化方面，二者都呈現(xiàn)大的身體環(huán)節(jié)帶動小的身體環(huán)節(jié)發(fā)力的特征，在完成拉的動作時，都需要在軀干的支撐和旋轉下，背闊肌發(fā)力帶動上肢發(fā)力，并且上肢的主要動作關節(jié)為肩關節(jié)而非肘關節(jié)。

表1 靜水皮劃艇動作特征分析一覽表

Table 1 Movement Characteristics of Canoe Sprint

靜水皮艇靜水劃艇靈活性骨盆前傾靈活性(股后肌群柔韌性),脊柱旋轉靈活性,肩關節(jié)靈活性骨盆前傾靈活性(前側股后肌群柔韌性),后側髖屈肌靈活性,脊柱旋轉靈活性,肩關節(jié)靈活性穩(wěn)定性坐姿穩(wěn)定性,脊柱穩(wěn)定性,肩關節(jié)穩(wěn)定性跪姿穩(wěn)定性,脊柱穩(wěn)定性,肩關節(jié)穩(wěn)定性功能化上肢拉(軀干-背闊肌-上肢,“大帶小”),非對稱性發(fā)力下方手拉(軀干-背闊肌-上肢,“大帶小”),前方腿伸膝推,兩側髖伸髖拉,后方腿屈髖拉

在過去70多年中，靜水皮艇和靜水劃艇的技術動作由于器材的改進發(fā)生了變化[1]。其中，20個世紀80年代靜水皮艇翼型槳(或螺旋槳)的出現(xiàn)對皮艇動作技術的影響最大。與以往平型槳相比，翼型槳被證明可以增加水流渦旋的面積，進而可以更好地利用槳葉在水中產(chǎn)生的升力，并由此將槳葉的效率從72%提高到88%[23]。對于動作的發(fā)力而言，翼型槳能夠更好地利用軀干旋轉發(fā)力和提高動作頻率。但是，由于對翼型槳的優(yōu)勢認識不夠全面，很多運動員的軀干旋轉發(fā)力和背闊肌發(fā)力不夠，導致出現(xiàn)“用胳膊劃船”的技術動作。圖1是2種不同軀干旋轉發(fā)力時槳葉軌跡的示意圖。如圖所示同樣的動作幅度(即圖中實線和虛線箭頭的長度一樣)，軀干旋轉發(fā)力幅度大時槳葉向軀干側面的幅度就大，軀干旋轉發(fā)力幅度小時槳葉向軀干側面的幅度就小，因此，軀干旋轉發(fā)力幅度大時槳葉能夠在軀干側向位置或軀干前方出水，而軀干旋轉發(fā)力幅度小時槳葉到軀干后方才能出水，這增加了動作發(fā)力周期中的無效部分，在比賽中限制最高槳頻的提高。對于比賽槳頻更高的200 m項目而言，這種前劃水(front stroke，即槳葉在軀干側向位置的前方出水[30])技術的優(yōu)勢更為明顯。這一現(xiàn)象已經(jīng)得到生物力學測試的證實[32]。

圖1 2種不同軀干旋轉程度的槳葉軌跡示意圖

注：水平實線代表運動員坐立于船時軀干的水平位置，實線箭頭為大幅度軀干旋轉，虛線箭頭為小幅度軀干旋轉。

Petrone等[32]運用動作分析系統(tǒng)對5名高水平女子皮艇運動員的測功儀運動進行了研究(圖2)，發(fā)現(xiàn)奧運冠軍選手(圖2，實線)的劃槳動作側向幅度(圖2，Z軸的位移更大)和軀干旋轉角度(表2，肩-骨盆相對角度)更大。Kendal等[25]運用錄像分析研究了新西蘭國家隊運動員的技術特點，也有類似的發(fā)現(xiàn)，即高水平皮艇運動員槳葉入水位置更靠前，更靠近船體，拉槳過程中的側向幅度更大，向后拉幅度更小。

圖2 不同運動水平測功儀運動槳葉軌跡圖[32]

注：左圖視角為運動員正上方，右圖視角為運動員正前方；實線為奧運冠軍，虛線為全國冠軍。

表2 皮艇運動員測功儀恒定槳頻運動時 各生物力學指標情況[32]一覽表

Table 2 Biomechamical Comparision between Kayakers on Ergometer with Constant Stroke Rate

運動員A運動員B運動員C運動員D運動員E年齡3023282423運動水平排名12345槳葉軌跡情況排名24315肩-骨盆相對角度排名14325左右骨股大轉子運動對稱性排名12543左右膝角對稱性排名45232左右腳蹬板發(fā)力對稱性排名15324

注：A為奧運會單人皮艇500 m冠軍，B為全國錦標賽單人皮艇500 m冠軍，C為全國皮劃艇錦標賽單人皮艇1 000 m冠軍，D和E為全國皮劃艇錦標賽雙人皮艇5 000 m冠軍；槳頻為70槳/min和90槳/min；運動員為意大利備戰(zhàn)雅典奧運會的女子皮艇運動員。

作為一個左右交替進行、非對稱性發(fā)力的周期性項目，靜水皮艇動作的左右對稱性和動作技術的穩(wěn)定性是動作技術優(yōu)劣的一個重要指標。Petrone等[32]運用動作分析系統(tǒng)對高水平皮艇運動員的研究發(fā)現(xiàn)，奧運會冠軍多次動作技術的穩(wěn)定性更高(圖2，軌跡更為密集或重疊性高)，下肢運動和發(fā)力對稱性更好。Kendal等[25]通過錄像分析同樣發(fā)現(xiàn)，其所測的新西蘭國家隊運動員都存在左右側發(fā)力的不對稱，但是運動水平更高的運動員在三個維度上的槳葉軌跡一致性更高。

綜上所述，盡管目前對靜水皮劃艇(尤其是靜水劃艇)動作特征的研究很少，但是通過少數(shù)的幾則研究，以及對動作技術的主觀經(jīng)驗表明，靜水皮劃艇的動作(技術)需要具備良好的靈活性、穩(wěn)定性和發(fā)力的功能化。高水平的靜水皮劃艇可能在動作的靈活性、穩(wěn)定性和功能化方面更有優(yōu)勢，并由此帶來其更高的動作技術效率(成年靜水皮艇的效率為12.2%，青少年靜水皮艇的效率為9.9%，P<0.05[26])，實現(xiàn)能量利用的節(jié)省。

3 靜水皮劃艇的能量代謝特征

人體運動是生物能轉化為機械能的過程，生物能的產(chǎn)生可以簡單分為無氧(包括無氧磷酸原和無氧糖酵解)和有氧2個代謝個過程。人體運動的任何時刻，無氧代謝和有氧代謝都是同時存在的，只是二者對能量供應的貢獻比例不同。靜水皮劃艇包括3個不同的比賽距離(200 m、500 m和1 000 m)，其在各個距離比賽過程中的能量代謝特征并不相同。下文將從無氧供能和有氧供能2個方面分別介紹靜水皮劃艇3個不同比賽距離的能量代謝特征。

3.1 無氧供能

在人體的三大供能系統(tǒng)中，無氧供能的總量決定于身體的肌肉質(zhì)量，每公斤濕肌經(jīng)由無氧磷酸原供能可產(chǎn)生的ATP量為20～25 mM，經(jīng)由無氧糖酵解供能可產(chǎn)生的ATP量為50 mM[21]。盡管供能總量有限，但是無氧供能系統(tǒng)能夠在運動開始階段(如起航)和結束階段(如沖刺)為人體運動快速提供能量。對于任一比賽距離的靜水皮劃艇項目，運動員都需要由靜止狀態(tài)起航，并在5 s左右將功率提高到全程最高值，在10 s左右將速度和槳頻提高到全程最高值，這一過程的槳力高達480～500 N，起航5～10 s功率輸出的要求只有無氧供能系統(tǒng)能夠滿足(無氧磷酸原和無氧糖酵解功率分別為每公斤濕肌每秒3～6 mM ATP和1.5～3 Mm ATP)[16，21，26]。因此靜水皮劃艇起航5～10 s的能力主要取決于無氧供能系統(tǒng)的總供能量和供能速率，而無氧供能系統(tǒng)總供能量和供能速率又分別取決于肌肉的量和質(zhì)。

伴隨靜水皮劃艇世界水平不斷提高的是運動員體重的不斷增加。圖3為多屆奧運會中靜水皮劃艇運動員體重的變化，在2000年之前男子和女子運動員體重都呈增加的趨勢。到2000年悉尼奧運會時，男子和女子平均體重分別為85.2 kg和67.7 kg。在2012年倫敦奧運會上，男子運動員的體重進一步提高至88.0 kg(其中1000 m運動員提高至87.0 kg，200 m運動員為89.3 kg)，而女子運動員則下降至66.0 kg。這主要是由200 m項目的出現(xiàn)造成的(平均體重89.3 kg)。目前，各國男子200 m運動員已從1 000 m運動員，分離出來，增加了力量訓練的比例，而女子200 m大部分由500 m運動員兼項[2]。運動員體重的增加是以肌肉質(zhì)量的增加為主，而肌肉質(zhì)量的增加會直接帶來無氧供能總量的增加。靜水皮劃艇成年運動員在1 000 m全力劃過程中，盡管無氧供能量的絕對值顯著高于青少年運動員(100.4 kJ vs.86.2 kJ)，但是二者的相對值卻沒有顯著區(qū)別(1.19 kJ/kg vs.1.16 kJ/kg)[26]。類似的情況也存在不同性別運動員之間，靜水皮劃艇男子運動員在200 m全力劃過程中，盡管無氧供能量的絕對值顯著高于女子運動員(73.5 kJ vs.51.0 kJ)，但是二者相對值的差距卻明顯縮小(0.98 kJ/kg vs.0.80 kJ/kg)[26]。但是，靜水皮劃艇是一個船載人的運動項目，體重的增加同樣也帶來阻力的增加(主要為水阻)，因此體重并不一定越大越好，在保證相同的技術效率且體重的增加帶來的動力大于阻力的條件下，體重的增加才能帶來水上能力的增加。

圖3 多屆奧運會靜水皮劃艇運動員體重變化趨勢圖[26]

影響無氧磷酸原供能的另一個因素是供能速率，肌肉的質(zhì)(快、慢肌纖維構成)是決定供能速率的主要因素。人體肌纖維可分為快肌纖維和慢肌纖維2種，其中快肌纖維收縮速度快(約30 ms)，無氧代謝酶濃度和活性高，主要參與肌肉高強度快速收縮；慢肌纖維收縮速度慢(約80 ms)，線粒體濃度高，毛細血管豐富，主要參與肌肉中低強度、中慢速度收縮[22,33]。人體肌纖維可以根據(jù)訓練刺激選擇性適應，力量訓練(受試對象為普通人群，80%～85%RM，10次×3組，每周2次，20周)可以使肌纖維面積增加(慢肌纖維增加15%，快肌纖維增加45%～57%)，并由此帶來快肌纖維比例的增加[38]。快肌纖維比例高的運動員對應做功的最大功率也相對高[35]。

鑒于1993年靜水皮劃艇距離(200 m)才成為世界皮劃艇錦標賽比賽項目，2009年才成為奧運會比賽項目，目前未見有關此項目距離(200 m)和長距離(500 m和1 000 m)運動員肌纖維比例的比較研究，但是，研究已發(fā)現(xiàn)上臂圍度、肱骨寬和最大臥拉成績與200 m和500 m的成績顯著相關，國際水平200 m靜水皮劃艇運動員的上臂圍、胸圍和肱骨寬顯著大于國家水平運動員[9，42]。因此，可以肯定的是，以發(fā)展橫斷面和最大力量為目的的力量訓練可以增加肌肉質(zhì)量，并由此帶來無氧供能能力的增加，提高運動員起航能力，對200 m運動員來說更是如此[41]。人體無氧供能系統(tǒng)在靜水皮劃艇項目中的供能總量有限，其可提高空間也小，而無氧供能比例與比賽距離有關，比賽距離越短，無氧供能的比例越高。200 m、500 m和1 000 m的無氧供能比例分別為約70%、約40%和約25%[26]。

3.2 有氧供能

圖4 不同人群靜水皮艇模擬比賽過程中

注：圖中青年和成年的曲線為多人曲線測試結果的平均值，高水平曲線為推測的曲線。

綜上所述，不同距離的靜水皮劃艇在能量代謝方面的特征不一樣，長距離(500 m和1 000 m)為有氧供能主導的項目，短距離(200 m)為無氧供能主導的項目。盡管如此，有氧供能對于短距離項目仍然具有重要意義。高水平運動員能夠在比賽中經(jīng)由無氧和有氧供能系統(tǒng)產(chǎn)生更多的能量。

4 動作和能量代謝視角下的靜水皮劃艇訓練

靜水皮劃艇的訓練目的可分為以動作為載體提高能量利用的能力，以及以能量代謝為載體提高能量供應的能力。前者注重動作的靈活性、穩(wěn)定性和功能化，后者注重三大供能系統(tǒng)的合理發(fā)展。以下簡單對靜水皮劃艇的動作訓練和能量代謝系統(tǒng)的訓練進行介紹。

4.1 動作的訓練

靜水皮劃艇的動作訓練主要圍繞靈活性、穩(wěn)定性和功能化來開展。靈活性主要是指骨盆前傾和胸椎旋轉的靈活性，穩(wěn)定性主要是指腰椎和肩胛骨的穩(wěn)定性，功能化主要是指髖主導(劃艇)/膝主導(皮艇)發(fā)力、肩主導發(fā)力，以及軀干旋轉發(fā)力。圖5為發(fā)展靜水皮劃艇靈活性、穩(wěn)定性和功能化的練習動作示例，這些練習動作是進行陸上力量訓練和水上訓練的基礎。進行陸上力量訓練時，先確保練習的動作具備靈活性、穩(wěn)定性和功能化，然后再考慮負重形式(固定軌跡式或自由軌跡式)、重量、動作速度以及重復次數(shù)；進行水上訓練時，同樣確保技術動作具備靈活性、穩(wěn)定性和功能化，然后再考慮力度和頻率，時長/距離。即以動作為載體，注重動作的靈活性、穩(wěn)定性和功能化，來發(fā)展靜水皮劃艇的力量、耐力和速度。需要強調(diào)的是，體現(xiàn)人體對外做功的唯一指標是功率，而功率是動作的力和動作的速度的乘積，因此，動作速度能力也是提高人體對外做功的方式之一。陸上力量訓練時需要增加功率力量(即輕負重少次數(shù)的快速動作)的練習，而水上訓練時不能一味追求大力劃，需要加強功率劃(即槳力適當減小，劃槳速度增加)。此外，靜水皮劃艇的動作訓練在長距離和短距離項目中幾乎沒有區(qū)別，只是短距離項目需要更快的動作速度和更多課次的發(fā)展肌肉橫斷面的力量訓練。

圖5 靜水皮劃艇動作訓練舉例示意圖

注：左上圖為靈活性練習示意圖，左下圖為穩(wěn)定性練習示意圖，右側圖為功能化發(fā)力練習示意圖。

4.2 能量代謝系統(tǒng)的訓練

由于靜水皮劃艇包括短距離和長距離2個項目，且短距離項目是無氧供能主導，長距離項目是有氧供能主導，靜水皮劃艇的能量代謝系統(tǒng)的訓練在長距離和短距離項目中有所不同。短距離項目的訓練內(nèi)容中包括更多的高強度間歇訓練，而長距離項目的訓練內(nèi)容中包括更多的低強度持續(xù)訓練(有氧訓練)。盡管如此，世界高水平運動員的成功經(jīng)驗表明，短距離項目每天至少需要進行一堂低強度持續(xù)訓練，其目的可能在于促進強度訓練后的恢復、發(fā)展有氧、完善技術等[30]。鑒于有氧供能的重要性，長距離靜水皮劃艇項目水上年度訓練負荷的中低強度有氧訓練比例高達85%～88%[18]。為了能夠監(jiān)測有氧能力變化，德國國家靜水皮劃艇隊每年進行6次多級測試(1 000 m×4)，并根據(jù)測試結果制定出下一階段的有氧訓練強度[18]。自北京奧運周期開始，這一有氧測試方法也被我國靜水皮劃艇所采用[7,8]。此外，由于靜水皮劃艇的最大乳酸穩(wěn)態(tài)約為5 mM[27],5mM乳酸閾比4mM乳酸閾更適合作為評價靜水皮劃艇有氧能力的指標，5 mM、3 mM乳酸閾比4 mM、2 mM乳酸閾更適合作為靜水皮劃艇強度劃分的生理學參照。

5 總結

靜水皮劃艇比賽是一個將生物能轉化為“人船槳”機械能的過程，這一項目訓練的目的在于提高運動員供應能量和利用能量的能力。動作和能量代謝視角下的靜水皮劃艇訓練強調(diào)以動作技術為載體，注重動作的靈活性、穩(wěn)定性和功能化來發(fā)展這一項目所需要的能量供應能力。靜水皮劃艇所需要的力量、耐力和速度都是動作和能量代謝特征的一種綜合體現(xiàn)。

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Characteristics of Canoe Sprint from Perspectives of Movement and Energetics

LI Yong-ming

Human exercise is a process of transferring the biological energy into mechanical energy,the external and internal characteristics of which are movement and energetics,respectively.This paper analyzed the characteristics of canoe sprint from the perspectives of movement and energetics.Regarding the movement,canoe sprint is one sport which primarily needs the mobility of pelvis forward tilt and the thoracic rotation,the stability of lumbar vertebrae and the scapula,and the hip-dominant movement with lower-extremity (in canoeing),the knee-dominant movement with lower-extremity (in kayaking),the shoulder dominant (instead of elbow-dominant) in upper-extremity movement,as well as the the rotational movement of trunk.In terms of energetics,the short-distance events of canoe sprint are anaerobic-dominant,while the long-distance events are aerobic-dominant.When it comes to training,the short-distance events need more emphasis on developing the muscular hypertrophy,while the long-distance events more on the aerobic capability.The perspectives of movement and energetics highlight the fact that the development of energy systems in canoe sprint should be based on the movement/technique of canoe sprint,which is comprised of mobility,stability,as well as funtionalization.

movement;energetics;muscularhypertrophy;aerobic

2015-05-26；

2015-10-18

國家自然科學基金項目(31500963)。

黎涌明(1985-)，男，湖南汨羅人，副教授，博士，主要研究方向為人體運動的動作和能量代謝特征，Tel：(021)51253193，E-mail：59058729@163.com。

上海體育學院 體育教育訓練學院，上海 200438 School of Physical Education & Training,Shanghai University of Sport,Shanghai 200438,China.

1000-677X(2015)11-0038-07

10.16469/j.css.201511006

G804.2

A