章凌凌，吳雪萍，黎涌明

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男子輪椅競(jìng)速T53/54級(jí)1500m模擬比賽供能特征研究

章凌凌1,2，吳雪萍1,3，黎涌明1,3

1.上海體育學(xué)院 體育教育訓(xùn)練學(xué)院,上海 200438; 2.上海財(cái)經(jīng)大學(xué) 體育教學(xué)部,上海 200433;3.上海市人類運(yùn)動(dòng)能力開發(fā)與保障重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200438

輪椅競(jìng)速；1 500 m；最大累積氧虧；供能特征

1 前言

運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的能量代謝主要發(fā)生于肌肉，人體通過(guò)磷酸原、糖酵解和有氧氧化3大途徑[3]為肌肉提供源源不斷的能量。運(yùn)動(dòng)時(shí)3大供能系統(tǒng)在人體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是同時(shí)運(yùn)作的[4,15]，各系統(tǒng)之間供能比例由運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的負(fù)荷強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間決定[4]。對(duì)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目能量供應(yīng)特征的認(rèn)識(shí)是教練員和運(yùn)動(dòng)員認(rèn)識(shí)項(xiàng)目特征和制定訓(xùn)練計(jì)劃的重要依據(jù)。

輪椅競(jìng)速自1964年成為殘奧會(huì)正式項(xiàng)目以來(lái)，已成為脊髓損傷殘疾人中參與率最高的體育運(yùn)動(dòng)之一[10]。現(xiàn)有的研究表明，輪椅競(jìng)速比賽和訓(xùn)練的生理學(xué)強(qiáng)度較高，運(yùn)動(dòng)員的生理能力由于殘疾程度的不同而有較大差異[5]。T53/54級(jí)(包括肢體殘疾、脊髓T1以下水平損傷和脊髓灰質(zhì)炎)運(yùn)動(dòng)員在比賽中的心率（HR）可達(dá)169~197 次/min[9,19,30,31]；比賽后血乳酸在6.7~20.6 mmol/L之間[9,11,30,31]。對(duì)于經(jīng)常參加訓(xùn)練和比賽的輪椅運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)伴有明顯的上肢肌肉肥大和脊髓損傷以下部位的肌肉萎縮[35]，說(shuō)明相同比賽距離或相同運(yùn)動(dòng)時(shí)間下健全人的能量供應(yīng)比例是否能夠直接作為殘疾人運(yùn)動(dòng)的參照標(biāo)準(zhǔn)有待商榷。輪椅競(jìng)速1 500 m被認(rèn)為是以有氧和無(wú)氧混合供能為主的項(xiàng)目，該觀點(diǎn)主要是來(lái)源于1970年Astrand等人給出的有大肌肉群參與高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)有氧和無(wú)氧供能比例的數(shù)據(jù)，提出200～240 s的全力運(yùn)動(dòng)有氧供能比例為60%～65%[7]。

隨著測(cè)試技術(shù)的完善，眾多學(xué)者對(duì)供能比例提出了新的觀點(diǎn)，認(rèn)為Astrand等人關(guān)于能量供應(yīng)比例的數(shù)據(jù)可能低估了有氧供能百分比[14,21,33]。這些觀點(diǎn)表明早期對(duì)輪椅競(jìng)速項(xiàng)目能量供應(yīng)比例的認(rèn)識(shí)似乎低估了有氧供能的重要性。運(yùn)用黎涌明等人有關(guān)有氧供能比例-全力運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間的關(guān)系公式[1,4,25]可算得輪椅競(jìng)速1 500 m的有氧供能比例約為75%。但是，輪椅競(jìng)速1 500 m的供能特征到底如何，還有待專門的實(shí)驗(yàn)研究。鑒于此，本研究擬運(yùn)用最大累積氧虧（MAOD, Maximal Accumulated Oxygen Deficit）計(jì)算方法，在真實(shí)的比賽場(chǎng)地環(huán)境下對(duì)男子輪椅競(jìng)速T53/54級(jí)運(yùn)動(dòng)員 1 500 m模擬比賽的供能特征進(jìn)行研究。

2 研究對(duì)象與方法

2.1 研究對(duì)象

某省輪椅競(jìng)速隊(duì)男子T53/54級(jí)運(yùn)動(dòng)員自愿參加本研究（表1）。T53級(jí)為胸1～8平面SCI（Spinal Cord Injury，脊髓損傷）運(yùn)動(dòng)員；T54為胸9以下平面SCI、截肢和脊髓灰質(zhì)炎運(yùn)動(dòng)員[5]。其中，6人有國(guó)際比賽經(jīng)歷，2人有全國(guó)比賽經(jīng)歷，受試者訓(xùn)練年限在6.5±3.9年以上。測(cè)試前已告知受試者詳細(xì)的測(cè)量流程、存在的風(fēng)險(xiǎn)，并簽署知情同意書。要求受試者在測(cè)試前一天不能進(jìn)行大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)，測(cè)試期間運(yùn)動(dòng)員均在指定食堂就餐，進(jìn)食時(shí)間離測(cè)試時(shí)間需≥1.5 h，可以正常飲水，但是，不可飲用含咖啡因和酒精的飲料。所有受試者均使用自己的競(jìng)速輪椅進(jìn)行測(cè)試。

表1 受試者基本信息

注：TPI: time post injury受傷年限；SCI：spinal cord injury脊髓損傷；Amp.: Amputee截肢

2.2 測(cè)試流程

每名受試者在2天中完成2次測(cè)試，一次為1 500 m全力測(cè)試，一次為多級(jí)遞增負(fù)荷測(cè)試。測(cè)試時(shí)間為8:00～12:00和13:30～17:00。為減小晝夜變化，兩個(gè)測(cè)試部分都在一天的同一時(shí)間進(jìn)行，2次測(cè)試之間間隔≥24 h。測(cè)試在戶外合成橡膠標(biāo)準(zhǔn)400 m田徑場(chǎng)完成，測(cè)試地溫度11.0±4.1 ℃，濕度47.4±6.8%，大氣壓強(qiáng)為1 056.4±155 kPa。

2.2.1 1 500 m模擬比賽距離測(cè)試

由于測(cè)試期溫度相對(duì)較低，因此，受試者先進(jìn)行15～30 min的自選強(qiáng)度準(zhǔn)備活動(dòng)；準(zhǔn)備活動(dòng)結(jié)束后在輪椅上靜坐休息5 min，在此期間受試者裝戴好心率帶、氣體代謝測(cè)試儀和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)追蹤模塊后開始測(cè)試（圖1）。在測(cè)試過(guò)程中，操作人員和教練員對(duì)受試者進(jìn)行口頭鼓勵(lì)，以盡可能促使受試者全力進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。為保證儀器的正常工作和測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，每天測(cè)試前嚴(yán)格按照廠家要求校對(duì)儀器。測(cè)試中此設(shè)備背于運(yùn)動(dòng)員背上不會(huì)帶來(lái)動(dòng)作幅度的改變或其他不適。便攜式氣體代謝儀（K4b2, Cosmed, Italy）對(duì)受試者測(cè)試全程和運(yùn)動(dòng)后6 min的呼吸進(jìn)行測(cè)試。采集受試者熱身前后、測(cè)試前以及測(cè)試后1、3、5、7、10 min的耳血10 μL，使用血乳酸分析儀（Biosen C_line, EKF Diagnostic, Gemany）進(jìn)行分析；測(cè)試全程的HR、速度和距離監(jiān)測(cè)采用心率帶（Polar Accurex Plus，Ploar Electro Oy，F(xiàn)inland）和衛(wèi)星定位評(píng)估系統(tǒng)（GPSports HPU, Canberra, Australia）。測(cè)試結(jié)束后對(duì)受試者進(jìn)行主觀疲勞度測(cè)試（Borg-Scale Ratings of Perceived Exertion 6～20級(jí)，RPE)[12]。

2.2.2 遞增負(fù)荷測(cè)試

遞增負(fù)荷的強(qiáng)度根據(jù)每位受試者1 500 m測(cè)試速度的70%、75%、80%、85%、90%、95%為設(shè)置依據(jù)，每級(jí)測(cè)試時(shí)間5 min，級(jí)與級(jí)之間間歇1 min。測(cè)試前在400 m田徑場(chǎng)每50 m設(shè)置1根標(biāo)志桿（共8個(gè)標(biāo)志桿），根據(jù)受試者個(gè)體速度制作測(cè)試音頻，在每級(jí)開始前30 s、開始、每50 m距離和每級(jí)結(jié)束時(shí)會(huì)有提示音頻。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)員競(jìng)速輪椅上自帶實(shí)時(shí)速度顯示器。測(cè)試過(guò)程中，研究人員在跑道外圈攜帶音響跟隨受試者，要求受試者盡可能根據(jù)音頻節(jié)拍和速度要求完成測(cè)試，并全程進(jìn)行口頭鼓勵(lì)。測(cè)試全程受試者佩戴氣體代謝儀、心率帶和GPSports運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)追蹤模塊進(jìn)行測(cè)控。采集受試者每一級(jí)開始前、結(jié)束后即刻和最后一級(jí)結(jié)束后第1、3、5、7、10 min耳血，每級(jí)測(cè)試結(jié)束后進(jìn)行主觀疲勞度測(cè)試[12]。實(shí)際測(cè)試中8名受試者全部完成6級(jí)遞增負(fù)荷測(cè)試，實(shí)際測(cè)試強(qiáng)度分別為71.3%±2.0%、75.5%±1.0%、80.4%±1.0%、85.4%±1.0%、90.3%±2.0%和97.0%±1.0%，每級(jí)測(cè)試平均距離為1 328.1±68.0 m、1 446.3±105.0 m、1 559.1±114.0 m、1 656.4±123.0 m、1 794.3±121.0 m和 1 883.1±133.0 m。

圖1 測(cè)試流程圖

Figure1 The Experiment Procedure

注：上圖為1 500 m模擬比賽測(cè)試流程；下圖為6級(jí)遞增負(fù)荷測(cè)試流程。

2.3 能量供應(yīng)計(jì)算

圖2 MAOD方法示意圖[5,26]

Figure2. Illustration of Maximal Accumulated Oxygen Deficit

2.4 數(shù)理統(tǒng)計(jì)

氣體代謝儀測(cè)試的結(jié)果采用Excel（Microsoft）軟件計(jì)算后，所有數(shù)據(jù)均使用SPSS(SPSS Statistics 19, IBM Corporation, USA)完成。通過(guò)K-S檢驗(yàn)證明數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布（＞0.05），對(duì)受試者有氧和無(wú)氧供能百分比、能量供應(yīng)量、運(yùn)動(dòng)前血乳酸與累積血乳酸指標(biāo)進(jìn)行配對(duì)樣本檢驗(yàn)；對(duì)1 500 m模擬比賽測(cè)試成績(jī)與測(cè)試的生理學(xué)指標(biāo)進(jìn)行偏相關(guān)系數(shù)分析，取=0.05為顯著性，各數(shù)據(jù)的顯示方式都為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

3 研究結(jié)果

從表2可見，8名男性輪椅競(jìng)速T53/54級(jí)運(yùn)動(dòng)員在1 500 m測(cè)試中平均速度為23±1.3 km/h，最大速度達(dá)到27.8±1.3 km/h，成績(jī)236.1±15.2 s。測(cè)試中HRmax188.9±9.0 次/min，達(dá)到個(gè)體HRmax的96.7%±4.5%。受試者測(cè)試前血乳酸平均為3.7±1.2 mmol/L，測(cè)試后凈累積血乳酸為7.5±2.8 mmol/L（＜0.05）。通過(guò)控制協(xié)變量，進(jìn)行偏相關(guān)分析得出1500m測(cè)試時(shí)間（s）與運(yùn)動(dòng)后凈累積血乳酸值具有邊緣性顯著負(fù)相關(guān)（=0.057，=-0.798）。測(cè)試后受試者主觀疲勞度達(dá)到15.3±0.7（介于吃力到非常吃力之間）。

表2 本研究1 500 m模擬比賽測(cè)試各項(xiàng)生理學(xué)指標(biāo)

在能量代謝指標(biāo)方面，運(yùn)動(dòng)員平均累積攝氧量為 6 889.3±1 311.1 mL，累積氧虧2 667.3±894.5 mL，運(yùn)動(dòng)員總能量供應(yīng)量為205.5±29.2 kJ，有氧和無(wú)氧的能量供應(yīng)量分別為146.6±21.6 kJ和58.9±18.9 kJ（圖3），有氧和無(wú)氧的供能比例分別為71.7%±7.1%和28.3%±7.1%（＜0.001，圖4）。

4 分析與討論

目前，國(guó)內(nèi)、外教練員和科研人員普遍認(rèn)為，輪椅競(jìng)速 1 500 m是以有氧和無(wú)氧糖酵解混合供能為主的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，但這一觀點(diǎn)并非來(lái)自輪椅競(jìng)速的實(shí)驗(yàn)研究。鑒于此，本研究采用MAOD計(jì)算方法在室外400 m田徑場(chǎng)對(duì)輪椅競(jìng)速T53/54級(jí)男子1 500 m模擬比賽的供能特征進(jìn)行研究，并從能量供應(yīng)百分比、能量供應(yīng)量、時(shí)序性特征和生理學(xué)指標(biāo)4個(gè)方面加以分析。

圖3 男子輪椅競(jìng)速T53/54級(jí)1 500 m模擬比賽測(cè)試能量供應(yīng)量

Figure3. Energy Contributions of T53/54 Men’s Wheelchair Racing 1500m SimulationTest

圖4 男子輪椅競(jìng)速T53/54級(jí)1 500 m模擬比賽測(cè)試能量供應(yīng)比例

Figure4. Relative Energy Contributions of T53/54 Men’s Wheelchair Racing 1500m SimulationTest

注：公式即為黎涌明等人在綜合39篇文獻(xiàn)的159個(gè)數(shù)據(jù)得出的有氧供能百分比與最大運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間回歸方程：[Y=22.404×Ln（X）+45.176,R2=0.933 4，Y為有氧供能百分比（%），X為持續(xù)時(shí)間（min）][1,5,25]計(jì)算的1 500m有氧供能百分比。

4.1 輪椅競(jìng)速1 500 m能量供應(yīng)百分比

Astrand等人在1970年通過(guò)研究提出200～240 s的全力運(yùn)動(dòng)有氧供能比例為60%～65%[8]，該結(jié)論被應(yīng)用于多國(guó)訓(xùn)練學(xué)著作和文獻(xiàn)中[8,9,30,35]，并成為當(dāng)前教練員、科研人員對(duì)此項(xiàng)目認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)。但本研究顯示男子輪椅競(jìng)速T53/54級(jí) 1 500 m是以有氧供能為主的項(xiàng)目，有氧供能比例高達(dá)71.7%±7.1%，明顯高于60%～65%的原有認(rèn)識(shí)。Astrand等人對(duì)有氧供能比例的低估可能是由于其研究是建立于受試者在功率自行車上的運(yùn)動(dòng)效率為23%的假設(shè)之上，而受試者實(shí)際運(yùn)動(dòng)效率小于23%[4]。同時(shí)，Astrand等人直接將功率自行車的研究結(jié)果擴(kuò)展到所有大肌肉參與的運(yùn)動(dòng)方式，而沒(méi)有考慮到不同運(yùn)動(dòng)方式之間的區(qū)別[1]。

在Astrand等人的研究之后,也有研究者采用更為可信的計(jì)算方法對(duì)健全人不同運(yùn)動(dòng)方式的供能特征進(jìn)行研究。黎涌明等人于2013年收集了1987年之后39篇文章的156個(gè)供能比例數(shù)據(jù)，得到了健全人有氧供能百分比與最大運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間的回歸方程[Y=22.404×Ln（X）+ 45.176, R2=0.933 4, y為有氧供能百分比（%），x為持續(xù)時(shí)間（min）]，提出有氧供能百分比與最大運(yùn)動(dòng)時(shí)間成指數(shù)關(guān)系[1,4,25]。將本研究受試者個(gè)體測(cè)試成績(jī)（min）分別代入公式X中得出有氧供能百分比平均值為75.7%。本研究中競(jìng)速輪椅1 500 m的71.7%有氧供能比例略低于該回歸方程的預(yù)測(cè)值。

該回歸方程是基于相似持續(xù)時(shí)間下健全人跑步[8,14,21,29,33]、自行車[16]、皮劃艇[13,27]、手搖測(cè)功儀[24]等項(xiàng)目的測(cè)試結(jié)果，暗示殘疾人運(yùn)動(dòng)的供能特征可能有別于健全人，原因可能是參與運(yùn)動(dòng)的肌纖維比例不同[1,34]以及殘疾人運(yùn)動(dòng)員的肌肉總量要少于健全人[18,36]，全力運(yùn)動(dòng)條件下殘疾人運(yùn)動(dòng)員參與運(yùn)動(dòng)的肌肉百分比更高，因而有氧供能比例更低。由于本研究中的競(jìng)速輪椅運(yùn)動(dòng)員樣本量有限，未顯示統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（=.072），因此，現(xiàn)階段健全人運(yùn)動(dòng)的供能特征能否應(yīng)用于殘疾人體育仍有待進(jìn)一步研究。

4.2 輪椅競(jìng)速1 500 m能量供應(yīng)量

研究結(jié)果表明，輪椅競(jìng)速1 500 m的有氧供能量為146.6±21.6 kJ，無(wú)氧供能量為58.9±18.9 kJ，總能量供應(yīng)量為205.5±29.2 kJ，明顯低于4 min靜水皮艇[24]、劃艇[24]、跑步和自行車[3]的能量供應(yīng)量。輪椅競(jìng)速T53/54級(jí)1 500 m項(xiàng)目能量供應(yīng)量?jī)H為相似持續(xù)時(shí)間健全人跑步、自行車、皮劃艇項(xiàng)目的46.4%～54.1%，說(shuō)明輪椅競(jìng)速T53/54級(jí)1 500 m與健全人4 min左右全力運(yùn)動(dòng)的供能總量相差巨大。

4.3 輪椅競(jìng)速1 500 m時(shí)序性特征和生理學(xué)指標(biāo)

在本研究中，受試者1 500 m全力測(cè)試中平均速度為23 km/h，達(dá)到個(gè)體HRmax的96.7%±4.5%，運(yùn)動(dòng)后最高血乳酸為11.1±2.3 mmol/L。通過(guò)偏相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)1 500 m測(cè)試時(shí)間與凈累積血乳酸具有邊緣性顯著負(fù)相關(guān)（=0.057，= -0.798），說(shuō)明無(wú)氧糖酵解能力是影響輪椅競(jìng)速1 500 m成績(jī)的一個(gè)重要因素。

圖5 受試者平均速度HR和O2相對(duì)百分比最大值時(shí)序變化圖

注：圖中數(shù)據(jù)為8名受試者的平均值；①、②、③和④分別對(duì)應(yīng)3大系統(tǒng)動(dòng)態(tài)供能過(guò)程的4個(gè)階段,分別為ATP-CP為主供能階段、糖酵解為主供能階段、有氧供能為主階段和最后的穩(wěn)定階段。

4.4 研究局限性

1）本研究對(duì)8名輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以往認(rèn)識(shí)對(duì)這一項(xiàng)目有氧供能重要性的低估。雖然受試者樣本量較小，8名受試者的年齡和訓(xùn)練年限差距較大，可能影響了相關(guān)研究結(jié)論的得出。但是，考慮到我國(guó)高水平的輪椅競(jìng)速運(yùn)動(dòng)員數(shù)量相對(duì)有限，本研究仍然具有一定價(jià)值。2）本研究測(cè)試期間由于氣候較冷，測(cè)試前對(duì)受試者準(zhǔn)備活動(dòng)時(shí)間和運(yùn)動(dòng)量控制不足導(dǎo)致部分受試者測(cè)試前的血乳酸值偏高。3）本研究受試者測(cè)試成績(jī)相比較慢于個(gè)人最佳比賽成績(jī)，主要是由運(yùn)動(dòng)員在測(cè)試中佩戴氣體代謝儀等設(shè)備、運(yùn)動(dòng)員測(cè)試時(shí)的競(jìng)技狀態(tài)、測(cè)試時(shí)的自然環(huán)境因素等共同造成的，但是，對(duì)整體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不會(huì)產(chǎn)生較大影響。作為系列研究中的一部分，也提示研究者在后續(xù)測(cè)試過(guò)程中要注重對(duì)實(shí)驗(yàn)各個(gè)細(xì)節(jié)的嚴(yán)格控制。

5 結(jié)論

1.輪椅競(jìng)速T53/54級(jí)1 500 m是一個(gè)以有氧供能為主導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，其有氧供能比例高達(dá)71.7%±7.1%，早期對(duì)男子輪椅競(jìng)速T53/54級(jí)1 500 m項(xiàng)目供能比例的認(rèn)識(shí)可能低估了有氧供能的重要性。

2.男子競(jìng)速輪椅T53/54級(jí)1 500 m的能量代謝指標(biāo)時(shí)序特征可以作為安排專項(xiàng)訓(xùn)練計(jì)劃、發(fā)展不同供能系統(tǒng)、評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)能力的重要生物學(xué)基礎(chǔ)。前10 s的能量供應(yīng)主要源于ATP-CP系統(tǒng)，10～30 s的能量主要來(lái)自于無(wú)氧糖酵解系統(tǒng)，90 s后有氧系統(tǒng)為運(yùn)動(dòng)員維持速度提供穩(wěn)定供能。

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Energetic Profile of T53/54 Men’s Wheelchair Racing 1500m Simulation Test

ZHANG Ling-ling1,2, WU Xue-ping1,3, LI Yong-ming1,3

1.Shanghai University of Sports, Shanghai 200438, China; 2.Shanghai University of Finance and Economics, Shanghai 200433, China; 3.Shanghai Key Lab of Human Performance, Shanghai 200438, China.

1002-9826(2018)03-0092-06

10.16470/j.csst.201803012

G808

A

2017-09-08；

2018-03-12

上海市體育科技“重點(diǎn)備戰(zhàn)攻關(guān)”項(xiàng)目(18J001);上海市人類運(yùn)動(dòng)能力開發(fā)與保障重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目(11DZ2261100); 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31500963)。

章凌凌,女,副教授,在讀博士研究生,主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)和適應(yīng)體育,E-mail:Zhang.lingling@mail. shufe.edu.cn。

吳雪萍,女,教授,博士,博士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)檫m應(yīng)體育,E-mail:wuxueping@sus.edu.cn。