李 博,王欣欣,楊 威,尚 磊,付 樂,陳小平,黎涌明,

速度滑冰按照比賽距離可分為短距離(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),運動員在比賽中的最高速度可以達(dá)到60 km/h,是目前為止人類在除了自行車以外以人力驅(qū)動的方式在平坦的地面上達(dá)到的最快速度的運動方式[1]。當(dāng)運動員在冰面上快速滑行時約有80%的阻力來自風(fēng)阻[2]。為了盡可能地減小風(fēng)阻,運動員必須采取低坐位的滑冰姿勢。此外,滑冰動作中長期處于單腿滑行階段,腿部的張力持續(xù)時間占比高于其他運動方式,這都增加了運動員下肢肌肉血流限制的程度,從而增加了對無氧供能的募集[3-5]。速度滑冰的最大乳酸穩(wěn)態(tài)為6.65 mM,顯著高于賽艇和自行車[6]。因此,低姿滑行造成的血流限制可能導(dǎo)致速度滑冰的能量供應(yīng)特征有異于其他運動項目。

國內(nèi)外對速度滑冰的研究文獻(xiàn)整體上并不多[7]。對速度滑冰能量供應(yīng)的報道可追溯到Monte 在1983年的研究,其認(rèn)為速度滑冰500 m 能量供應(yīng)全部來自于無氧供能(磷酸原95%,糖酵解5%),隨著比賽距離的增加有氧供能比例逐漸增加,10 000 m有氧供能比例達(dá)到80%[8]。之后,Van IngenSchenau[2]、Foster[9]和de Koning[10]等人利用能量平衡模型,通過自行車和冰上模擬對速度滑冰不同比賽距離的能量供應(yīng)特征進(jìn)行了推算。2013年Hermsdorf 等人首次采用實驗法對速度滑冰1 500 m、3 000 m和5 000 m冰上模擬比賽的能量供應(yīng)特征進(jìn)行了探究[11]。這些推算和實驗研究一致表明Monte 的研究低估了有氧供能比例。然而,Monte 報道的能量供應(yīng)比例數(shù)據(jù)仍存在于《周期——運動訓(xùn)練理論與方法》一書[8]。該書也被翻譯成中文,成為國內(nèi)教練員(包括速度滑冰項目)認(rèn)識項目特征的重要依據(jù)之一[12]。

我國速度滑冰運動員的參賽項目主要集中在500 m、1 000 m和1 500 m這3 個距離上[13]。然而,速度滑冰500 m和1 000 m的能量供應(yīng)特征還未見冰上實驗研究,這不利于我國速度滑冰教練員形成有關(guān)項目特征的正確認(rèn)識[14]。鑒于此,本研究擬以我國青年速度滑冰運動員為對象,采用實驗法對500 m、1 000 m和1 500 m冰上模擬比賽進(jìn)行探究,為教練員認(rèn)識速度滑冰項目特征提供參考。

1 研究方法

1.1 研究對象

某省滑冰訓(xùn)練中心8 名男性和8 名女性速度滑冰運動員,自愿參加本研究并簽署知情同意書,受試者運動等級均在一級以上。測試前與教練和運動員討論選取參與測試項目,部分運動員參加了1 個以上的項目測試,每個項目的受試者基本情況見表1。測試位于運動員進(jìn)入冬訓(xùn)的初期,所有受試者均熟知測試的流程、要求和可能存在的風(fēng)險,測試前1 天未進(jìn)行大強度的訓(xùn)練,測試當(dāng)天保持正常的飲食習(xí)慣,且測試前1.5 h 內(nèi)未進(jìn)食,每2 次測試的間隔不小于24 h。

表1 受試者基本信息(±s)Table 1 Characteristics of the Subjects (±s)

表1 受試者基本信息(±s)Table 1 Characteristics of the Subjects (±s)

項目 N 性別年齡/yrs 身高/cm 體重/kg 訓(xùn)練年限/yrs 500 m 5 男 18 ±4 180 ±4 69.86 ±6.21 9 ±4 4女21 ±3 169 ±3 56.45 ±7.03 10 ±2 1 000 m 2 男 17 ±1 175 ±1 67.65 ±6.35 7 ±3 5女20 ±3 169 ±3 59.30 ±7.25 9 ±3 1 500 m 4 男 19 ±3 177 ±6 67.97 ±8.53 10 ±4 2女17 ±1 166 ±1 58.75 ±2.75 6 ±2

1.2 速度滑冰模擬比賽測試

受試者分別進(jìn)行500 m、1 000 m和1 500 m的冰上模擬比賽。測試場地為標(biāo)準(zhǔn)的速度滑冰場地。2 名速度滑冰裁判員分別負(fù)責(zé)發(fā)令與計時。裁判員發(fā)令槍響后運動員自選配速策略以最短的時間到達(dá)終點。為了激勵受試者積極參與比賽,選取成績相近的2 名受試者同時進(jìn)行測試。受試者在10 min 自選強度的冰上熱身后佩戴便攜式氣體代謝儀(K4b2,Cosmed,Italy)和心率帶(Polar,N2965,Finland)。采集受試者模擬比賽全程攝氧量和心率數(shù)據(jù)。測試當(dāng)天按照儀器使用要求進(jìn)行氣壓、氣體濃度和氣體量的校準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)氣體中O2濃度為15.00%,CO2濃度為5.00%,其余N2補充;校準(zhǔn)氣筒容積為3 L)。選取測試結(jié)束前15 s 的攝氧量和心率的平均值為受試者的峰值攝氧量和峰值心率。受試者在沖過終點后隨慣性繼續(xù)滑行200 m 抵達(dá)血乳酸采集點。采集受試者測試結(jié)束后靜坐期間的攝氧量。采集測試準(zhǔn)備活動前后、測試開始前、測試結(jié)束后第1、3、5、7、10 min 的耳血各10 μl,運用血乳酸分析儀(BiosenC_Line,EKF,Germany)對血乳酸進(jìn)行分析。

1.3 能量供應(yīng)計算方法

運用基于運動中高于安靜值的累積攝氧量、運動中的累積血乳酸,以及運動后攝氧量動力學(xué)的快速部分的方法對速度滑冰模擬比賽的能量供應(yīng)進(jìn)行計算[15-16]。其中磷酸原供能量=運動后攝氧量動力學(xué)的快速部分(ml)×能量當(dāng)量(J/ml),糖酵解供能量=累積血乳酸(mM)×氧氣-乳酸換算系數(shù)(ml/mM/kg)×體重(kg)×能量當(dāng)量(J/ml),有氧供能量=凈累積攝氧量(ml)×能量當(dāng)量(J/ml)。無氧供能量=磷酸原供能量+糖酵解供能量,總供能量=有氧供能量+無氧供能量。磷酸原供能比例、糖酵解供能比例、有氧供能比例分別等于各自供能量除以總供應(yīng)量得到供能比例。當(dāng)呼吸商>1.0 時,能量當(dāng)量為1 ml 氧氣所產(chǎn)生的熱量21.13 J[17]。氧氣-乳酸換算系數(shù)為3.00 ml/mM/kg[18]。本研究統(tǒng)一選取4.50 ml/min/kg(男)和4.00 ml/min/kg(女)的安靜攝氧量。

1.4 統(tǒng)計方法

速度滑冰500 m、1 000 m和1 500 m模擬比賽的耗時、心率、攝氧量、血乳酸和能量供應(yīng)數(shù)據(jù)均通過平均值± 標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)的形式呈現(xiàn)。采用非參數(shù)Kruskal-Wallis 單因素方差分析法對速度滑冰不同距離模擬比賽的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計檢驗。選取P<0.05 為顯著水平。

2 研究結(jié)果

速度滑冰500 m、1 000 m和1 500 m模擬比賽的持續(xù)時間、達(dá)到運動員上賽季最佳成績的比例見表2所示。不同比賽距離之間模擬比賽的峰值心率、峰值攝氧量和峰值血乳酸均不存在顯著差異(P>0.05)(表2)。

表2 速度滑冰模擬比賽的生理學(xué)與能量供應(yīng)量(±s)Table 2 Performance and physiological responses of simulated speed skating races (±s)

表2 速度滑冰模擬比賽的生理學(xué)與能量供應(yīng)量(±s)Table 2 Performance and physiological responses of simulated speed skating races (±s)

項目(N) 耗時/s 相對最佳/% 峰值心率/bmp 峰值攝氧量/ml/min/kg 峰值血乳酸/mM 500 m(9) 42.20 ±2.17 92.40 ±1.64 178.82 ±7.21 40.97 ±5.58 12.29 ±1.65 1 000 m(7) 89.39 ±6.19 91.04 ±2.54 174.96 ±6.26 37.02 ±3.35 12.67 ±1.77 1 500 m(6) 135.67 ±11.13 90.58 ±1.94 179.25 ±10.98 42.74±6.55 13.34 ±2.61

圖1所示為速度滑冰模擬比賽的能量供應(yīng)。結(jié)果表明,不同比賽距離的磷酸原(31.32 ±8.23kJ～36.65 ±5.46 kJ)和糖酵解(37.99 ±12.97kJ～45.71 ±11.92 kJ)供能量無顯著差異(P>0.05),但更長的比賽距離對應(yīng)的有氧供能量顯著更大(26.27 ±6.10 kJ<55.87 ±7.18kJ<105.73 ±23.68 kJ,P<0.05)。更長的比賽距離對應(yīng)的磷酸原(32.91% ±5.70%<27.39% ± 4.39%<18.84 ±2.67%)和糖酵解(39.23% ± 5.82%<30.99% ± 6.34%<24.40% ±2.88%)供能比例均更小,有氧供能比例均(27.86% ±4.65%<41.63% ±5.02%<56.76% ±2.14%)更大,但只有500 m 與1 500 m對應(yīng)的糖酵解與有氧供能比例存在顯著差異(P<0.05)。

圖1 速度滑冰模擬比賽的能量供應(yīng)Figure 1 Energy contributions to simulated speed skating races

3 分析與討論

低坐位姿勢造成的血流限制對速度滑冰的能量供應(yīng)可能存在影響,然而有關(guān)速度滑冰冰上模擬比賽的能量供應(yīng)特征研究非常有限(尤其是500 m 和1 000 m)。本研究旨在探究速度滑冰500 m、1 000 m和1 500 m冰上模擬比賽的能量供應(yīng)特征,主要研究結(jié)果表明,盡管速度滑冰不同比賽距離的峰值心率、峰值攝氧量和峰值血乳酸沒有顯著差異,但是更長的比賽距離會導(dǎo)致有氧供能量和供能比例的增加。

本研究中500 m、1 000 m和1 500 m模擬比賽的有氧供能比例分別為27.86% ± 4.65%、41.63% ± 5.02% 和56.76% ± 2.14%,明顯高 于Monte 報 道的值(500 m 和1 500 m分別為0%和10%)。遺憾的是,在2018年出版的第6 版《周期——運動訓(xùn)練理論與方法》中,Monte 報道的速度滑冰能量供應(yīng)值仍然被引用[8]。此外,本研究中1 500 m模擬比賽的有氧供能比例高于Van IngenSchenau(46%)等人[2]的研究,略高于de Koning(55%)[10]等人的研究結(jié)果,低于Foster(64%)[19]等人的研究,但是值得注意的是本研究受試者的耗時長于de Koning 等人的研究,而更長的比賽時間會增加有氧供能比例,因此本研究中1 500 m的供能比例與de Koning 等人的研究較為一致。這似乎表明利用能量平衡模型得到的有氧供能比例與實驗法較為接近。與同樣使用實驗法的Hermsdorf 等人的研究相比,本研究中1 500 m模擬比賽的有氧供能比例偏低(56.76% vs.65.20%)[11]。值得注意的是,本研究中1 500 m的耗時(135.67 vs.138.10 s)、相對成績(90.58% vs.94.60%)和受試者年齡(18.2 vs.18.3 yrs)均相似,但是1 500 m比賽中的峰值心率(179.25 vs.188.00 bpm)和攝氧量(42.74 vs.53.10 ml/min/kg)均低于Hermsdorf 等人的研究,同時本研究也有著更高的血乳酸(13.34 vs.12.00 mM)。因此,本研究中較低的有氧供能比例可能是由于受試者的有氧供能系統(tǒng)動員不足造成的。較低的有氧供能系統(tǒng)動員一方面可能是由于測試處于賽季初期,冰上訓(xùn)練不足導(dǎo)致運動員滑冰時的有氧供能系統(tǒng)動員不足,但更有可能是由于受試者的有氧訓(xùn)練不足導(dǎo)致的,對本研究中受試者的教練員訪談也表明,乳酸閾強度的訓(xùn)練占據(jù)較大比重。Yu 等人對中國速度滑冰國家隊的研究表明,短距離項目運動員采用兩極化的訓(xùn)練模式后成績較上一賽季的乳酸閾訓(xùn)練模式有了顯著的提升[20]。Orie 等人對荷蘭奧運會速度滑冰運動員的研究也表明,在過去的30 多年里運動員的訓(xùn)練負(fù)荷模式逐漸從乳酸閾轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓸O化[21]。在兩極化訓(xùn)練模式中,大量低強度的訓(xùn)練可以使受試者產(chǎn)生更好外周適應(yīng),從而提高有氧耐力[22]。而一直以來中國速度滑冰很難在1 500 m及以上距離取得突破,在中長距離甚至短距離比賽中普遍存在后程降速的問題,這都說明中國速度滑冰運動員的有氧能力有待進(jìn)一步提升[13,23-24]。

盡管有研究認(rèn)為全力運動的能量供應(yīng)比例與運動方式無關(guān)[25],而該結(jié)論是基于自行車、跑步、皮劃艇和游泳等項目的研究結(jié)果,但是低坐位滑冰姿勢的血流限制可能會增加無氧供能比例。本研究中500 m、1 000 m和1 500 m模擬比賽的耗時分別為42.20 ±2.17 s (0.70 min)、89.39 ±6.19 s(1.50 min)和135.67 ±11.13 s (2.27 min),有氧供能比例分比為27.86% ± 4.63%、41.63% ± 5.02% 和56.76% ±2.14%。有氧供能比例小于45 s 和90 s 全力騎功率自行車(38%、58%)[26],48 s 和126 s 全力游泳(41%、63%)[27-28],也小于40 s 和135 s 全力滑皮劃艇功率計(31.30%、60.40%)[29-31]和126 s 全力跑步(64.40%)的有氧供能比例。將本研究的結(jié)果帶入黎涌明等人全力運動能量供應(yīng)比例推算公式[y=22.40*Ln(x)+45.18,y 為有氧供能比例(%),x 為全力運動持續(xù)時間,公式來自多種運動方式的數(shù)據(jù)[15],得到的有氧供能比例分別為37.27%、54.10%和63.38%,均高于本研究得到的有氧供能比例,而采用相同方法的Hermsdorf 等人1 500 m 模擬比賽的有氧供能比例與推算值卻較為接近(65.20%vs.63.38%)[11]。因此,造成本研究有氧供能比例偏低可能是由于受試者的有氧能力較差導(dǎo)致的,這也在本研究與其他相似持續(xù)時間的全力運動相比有著更低的攝氧量得以表現(xiàn)[32-33]。同時該現(xiàn)象是否適用于其他速度滑冰運動員還有待進(jìn)一步驗證。

本研究中受試者沖過終點后無法在短距離內(nèi)(如跑步)停止,而是需要在慣性的作用下繼續(xù)滑行至200 m(～30 s)后減速停止。這可能會增加結(jié)束后攝氧量動力學(xué)的快速部分的攝氧量,從而增加磷酸原的供能量。本研究中1 500 m的磷酸原供能量為34.37 ±5.64 kJ,高于2 min 皮劃艇測功儀全力滑(32.90 kJ)[34]和2.1 min 全力游泳(31.50 kJ)[35]的磷酸原供能量。而本研究中較低的攝氧量本身就會導(dǎo)致較小的攝氧量動力學(xué)快速部分。因此,本研究測試方法的局限性可能導(dǎo)致對磷酸原供能比例的高估,從而導(dǎo)致有氧供能比例的偏低。

有研究認(rèn)為滑冰姿勢特有的血流限制會增加運動員對無氧供能的募集,這可能會影響速度滑冰的能量供應(yīng)特征[3]。糖酵解供能參與的增加可以表現(xiàn)在運動員全力運動結(jié)束后更高的血乳酸。本研究中速度滑冰運動員的峰值血乳酸為12.29 ±1.65～13.34 ±2.61 mM,這與Hermsdorf 等人對速度滑冰1 500 m模擬比賽的血乳酸峰值血乳酸12.00 mM 類似[11]。對比其他類型的全力運動,本研究受試者的血乳酸低于Hill 等人對田徑運動員800 m 跑男性18.10 mM,女性14.10 mM[36],略高于Capelli 等人對游泳運動員2.13 min 全力游的11.90 mM[35]和黎涌明等人對女子皮劃艇2 min 測功儀全力劃的血乳酸11.30 mM[34]。此外,Kindmann 等人對跑步和速度滑冰賽后血乳酸的研究表明,在相同耗時的比賽中,除速度滑冰在5 000 m和10 000 m賽后有著更高的血乳酸,其他距離比賽的血乳酸均低于相同比賽時間的跑步[37]。這似乎表明在本研究的速度滑冰1 500 m比賽中糖酵解供能的動員和其他全力運動方式之間的差異并不大。

本研究存在一些不足之處。首先,本研究的樣本量只有16 名運動員(8 名男性和8 名女性),且模擬比賽每個距離的受試者數(shù)量均不相同,但本研究已最大程度地招募青年高水平的受試者。其次,本研究招募的大多是青年運動員,盡管受試者運動水平都高于或等于一級,但其運動水平仍處于國內(nèi)一般水平,較低的運動水平可能導(dǎo)致本研究的有氧供能比例偏低。但這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)可能對受試者未來的訓(xùn)練具有啟示作用,即受試者未來運動能力的進(jìn)一步提升可能需要更多地發(fā)展有氧供能能力[38]。

4 結(jié)論

速度滑冰500 m、1 000 m和1 500 m的能量供應(yīng)特征不同,更長的比賽距離對應(yīng)的磷酸原和糖酵解供能比例更小,有氧供能比例更高。早期的研究低估了速度滑冰的有氧供能比例,有氧供能在速度滑冰不同比賽距離中均起到了非常重要的作用。本研究中速度滑冰的有氧供能比例似乎低于其他全力形式的運動,也低于國外同年齡組水平的運動員,這表明運動方式和運動水平可能都會影響有能量供應(yīng)比例,建議我國青年速度滑冰運動員進(jìn)一步通過加強有氧能力來提高比賽成績。