靜水皮艇200 m供能特征

黎涌明

0 引言

靜水皮艇200 m自1994年成為世界錦標賽的比賽項目。2009年，國際皮劃艇協會通過決議，將200 m納入奧運會比賽項目。在奧運會歷史首秀中（倫敦奧運會），200 m皮艇的3個小項決賽A選手的平均成績分別為36.8 s（男子單人皮艇）、34.8 s（男子雙人皮艇）和45.5 s（女子單人皮艇）[1]。我國有關200 m靜水皮艇的項目特征和訓練的探索自2009年開始，但是并未取得實質性進展。在2010年的亞運會上，我國這3個項目均輸給日本選手。我國這3個項目也沒有取得2012年奧運會的參賽資格。

早期對靜水皮艇200 m供能特征的認識主要來自其他相似持續時間的項目的借鑒，或者教科書中有關供能特征的圖表（如Astrand等人編的生理學教材[2]）。1997年，Byrnes和Kearney首次對200 m皮艇項目進行供能特征的研究，并得出200 m靜水皮艇的有氧供能比例為37%～40%（40 s）[3]。日本學者2008年也對此項目進行類似研究，得出的有氧供能比例為29.0%[4]。此惟一兩篇有關靜水皮艇200 m供能特征的研究卻在有氧供能比例上存在較大差異。

鑒于我國有關靜水皮艇200 m項目特征和訓練的探索剛剛起步，以及國外對此項目供能特征的研究相對不足，本研究將選取相對大樣本量的皮艇運動員進行靜水皮艇200 m的模擬比賽，以探求此項目的供能特征，為我國靜水皮艇200 m的進一步發展提供生物學依據。

1 研究對象和方法

某省靜水皮劃艇二隊的29名健康青少年皮艇運動員（男15名，女14名，見表1）自愿參加本研究測試。測試內容為皮艇測功儀（Dansprint, I Bergmann A/S, Hvidovre,Denmark）40 s全力。受試者被要求測試前一天不要進行劇烈運動，測試前2 h不要進食。所有測試均在1月份進行，測試環境為氣溫19℃，溫度51%，氣壓1007 mbar，海拔11 m。

表1 受試者基本信息Table Ⅰ General Information of the Subjects

在調試好測功儀腳蹬板與座位的距離后，受試者在測功儀（阻力系數為3）上以自選強度進行10 min的準備活動。休息5 min后，受試者進行40 s的全力劃，以進行200 m比賽的模擬。采集準備活動前、休息過程中第1 min和第5 min、全力劃后第1、3、5、7和10 min的耳血20 μL。運用便攜式氣體代謝儀（MetaMax 3B, Cortex Biophysic GmbH, Leipzig, Germany）進行全程氣體測試。測試前按照廠家要求進行標準氣壓、氣體和氣量的校準，標準氣體濃度為O2-15.00%和CO2-5.00%，氣筒容積為3 L。運用血乳酸分析儀（BIOSEN S line, EKF Diagnostic, Barleben,Germany）對采取的血樣進行分析，心率監測采用Polar心率表（Polar Accurex Plus, Polar Electro Oy, Kempele,Finland）。運用測功儀配套軟件可以對功率、速度和槳頻進行實時顯示和記錄。全力劃過程中，實驗人員對受試者進行口頭鼓勵，以保證受試者盡量全力完成。

運用Beneke等人首提的能量代謝計算方法對受試者40 s全力劃過程中的能量代謝進行計算[5,6]。有氧供能部分（WAER）來自全力劃過程中的累積凈攝氧量（VO2）[WAER = 累積凈攝氧量（ml） × 能量當量（J?ml-1）]，無氧無乳酸供能部分（WPCR）來自全力劃后氧虧的快速部分（VO2PCR）[WPCR = VO2PCR（ml） × 能量當量（J?ml-1）]，無氧乳酸供能部分（WBLC）來自全力劃過程中的凈累積血乳酸 [WBLC = 凈累積血乳酸（mmol?l-1） × 氧氣 -乳酸換算系數（ml?kg-1?mmol-1?l） × 體重（kg） × 能量當量（J?ml-1）]。全力劃過程中的實際累積VO2減去安靜值（本研究采用男子 4.0 ml?kg-1?min-1，女子 3.5 ml?kg-1?min-1的固定安靜值[7]）即累積凈攝氧量。運動后前3 min（氧虧快速部分）和后7 min（氧虧慢速部分）的攝氧量的指數趨勢線在前3 min內進行相減即VO2PCR[8-10]。凈累積血乳酸為全力運動后最高血乳酸與全力運動前即刻的血乳酸之差。氧氣—乳酸換算系數采用 3.0 ml?kg-1?mmol-1?l[11]。當呼吸商>1.0時，1 ml氧氣所產生的熱量對應為21.131 J[12]。

本研究的所有數據均以平均值（M）和標準差（SD）的形式呈現。

2 結果

測功儀40 s全力劃的功率和能量代謝情況見表2，三大供能系統（無氧無乳酸供能、無氧乳酸供能和有氧供能）的供能比例見圖1。

表2 40 s全力劃功率和能量代謝情況（N = 29）TableⅡ Power and Energetic Metabolism in 40s All-out Paddling (N = 29)

圖1 40 s全力劃能量供能比例（N = 29）Figure 1 Energy Supply Proportion in 40s All-out Paddling (N = 29)

將29名受試者在40 s全力劃過程中的功率、VO2、心率、速度和槳頻進行平均后，得到40 s全力劃各指標的時序特征（圖2）。功率在開始運動后5 s左右達到最大值，然后緩慢下降，到運動結束時約降為最大值的75%。速度和槳頻在第5～10 s間達到最大值，之后也緩慢下降至最大值的90%。VO2經過5 s延遲后迅速增加至第20 s（約達最大值的80%），之后進行緩慢增長區。心率則最大值的70%緩慢增加至100%。

圖2 40s全力劃各指標時序特征（N=29）Figure 2 Timing Characteristics of the Different Indicators in 40s All-out Paddling(N=29))

3 討論

本研究選取29名青少年運動員在測功儀上進行靜水皮艇200 m比賽的模擬，以探究該項目的供能特征。結果表明，靜水皮艇200 m為無氧供能為主的項目（68.2%），其中無氧非乳酸供能比例最高（39.4%），但是有氧供能的比例（31.8%）卻比以往Astrand等人給予的數值要高[2]，也高于國內目前對此項目的認識（20%）[13]，但是與國外研究的結果相似。Byrnes和Kearney首次對200 m皮艇項目進行供能特征的研究，并得出的有氧供能比例為37 ～ 40%（40 s）[3]。日本學者2008年也對此項目進行類似研究，得出的有氧供能比例為29.0%[4]。黎涌明等對40 s靜水劃艇水上測試的結果表明有氧供能比例為34.5%[14]。Byrnes和Kearney，以及日本學者在計算能量代謝量運用的是最大累積氧虧法，此方法自1988年被Medbo等人提出后一直受到爭議[15-17]，并且在計算短時間（如40 s）高強度運動時存在對有氧供能比例的高估（黎涌明，未公開發表）。本研究所采用的能量代謝計算方法為Beneke等人在綜合Rodolfo Margaria[18]、P.E. di Prampero[11]、Juergen Stegemann[19]等人研究的基礎上于2002年提出來的[5,6]，目前已被用于空手道、花樣滑冰等項目[6,20-23]。相比于最大累積氧虧法，本研究所采用的方法能夠進一步將無氧供能部分細分為無乳酸供能和乳酸供能，這對于短時間高強度運動的意義更大。人體三大供能系統中，無氧無乳酸和無氧乳酸總供能量是與人體的肌肉量相關的，每公斤濕肌的無氧無乳酸供能量為20～25 mmol ATP，無氧乳酸供能量為50 mmol ATP[24]。因此，發展肌肉橫斷面和增加肌肉質量對于靜水皮艇200 m的意義尤為重要，因為肌肉質量的增加可以帶來無氧供能量的增加（68.2%的供能部分），尤其是無氧無乳酸的供能量（39.4%的供能部分）。對倫敦奧運會決賽A選手的體重統計表明，男子200 m選手平均體重高于1000 m選手2.0 kg,而女子200 m選手反而低于500 m選手1.0 kg。這是因為靜水皮劃艇200 m項目中，男子有3個項目，而女子只有1個項目，并且供能特征方面200 m和1000 m差異比較大（有氧供能比例分別約為30%和75%），而200 m和500 m差異相對?。ㄓ醒豕┠鼙壤謩e約為30%和60%）[1]，因此女子200 m項目的選手多為500 m的兼項選手，而男子200 m項目的選手則已從1000 m項目的選手中分離出來執行單獨的訓練計劃，并且他們的訓練內容增加了力量訓練的比例，并由此帶有肌肉質量（和體重）的增加。

靜水皮艇200 m為奧運會的新設項目，對于此項目的研究也相對不足。本研究對象為29名青少年運動員，其平均功率為220 watt，為Nakagaki等人對日本大學生運動員的研究結果的下限（217～377 watt）；本研究的累積VO2為1.568 l，處于日本大學生運動員的范圍（1.110 ～1.819 l）[4]。本研究的最大血乳酸為7.9 mM，高于van Someren對英國成年運動員的研究結果（6.7 mM）；本研究的最大心率為175 bpm，同樣高于英國成年運動員的研究結果（169 bpm）[25]。但是由于本研究所選取的研究對象和Nakagaki、van Someren等人所選取的研究對象一樣未經過200 m項目的系統訓練，因此在肌肉質量和能量代謝方面可能呈現耐力型特征，即無氧供能總量少、有氧供能調動慢[26]。靜水皮艇200 m世界比賽獎牌選手的最高血乳酸可以高達13～15 mM，與500 m和1000 m的最高血乳酸一樣[27]。但是鑒于系統的200 m訓練不僅能夠提高短時間無氧供能的能力，也能夠提高有氧供能的調動能力，因此訓練水平對供能比例沒有影響（黎涌明，未公開發表），本研究選用青少年運動員得出的有關供能比例的結果同樣可以代表成年運動員。

40 s測功儀全力劃各指標的時序特征反映了此項目能量代謝的過程。功率在運動后5 s左右達到最大值，速度和槳頻在第10 s左右達到最大值，此過程的能量供應主要來自磷酸原，因為VO2在此過程中還未調動起來，并且只有無氧無乳酸供能的功率才能滿足起航5 ～ 10 s期間高的輸出功率要求[28]，功率、速度和槳頻在起航階段的時序特征與賽艇項目相似[29]。此VO2在經過5 s延遲后迅速增加，到第20 s左右進入緩慢增長期，此階段之前磷酸原大量被消耗，而有氧供能還未被充分調動起來，此能量供應的空缺由無氧乳酸供能完成。盡管40 s全力劃過程中有氧供能比例只占31.8%，但是有氧供能在40 s全力劃的后程（第20 ～ 40 s，尤其是最后10 s）占據重要作用，即占31.8%的有氧供能主要在后半程發揮作用。

40s全力劃的這些供能特征是制定200 m訓練計劃和評價運動能力的重要生物學基礎。首先，靜水皮艇200 m有氧供能比例為31.8%，以往對此項目的認識，以及國內目前對此項目的認識，都低估了有氧供能的重要性。在冬訓過程中，靜水皮艇200 m項目除了發展力量外，同樣需要加強有氧能力的訓練。德國教練員甚至認為，200 m運動員在冬訓中可以實施和500 m、1000 m運動員一樣的訓練計劃（個人交流）。其次，靜水皮艇200 m項目的運動員在年度訓練中需要加大力量訓練的負荷，進一步發展肌肉質量，以儲備無氧供能的物質基礎。再次，10 s和20 s（或30 s）可以作為評價全程（40 s）供能能力的時間點，前10 s主要反映無氧無乳酸供能，第10～20 s（或30 s）主要反映無氧乳酸供能，第20 s（或30 s）～40 s 主要反映有氧供能。日本選手在2010年亞運上的取得靜水皮艇200 m 3個項目的金牌可能也與Nakagaki等人于2008年開展的200 m供能特征的研究有關。

4 結論

4.1 靜水皮艇200 m三大供能系統的供能比例分別為39.4%（無氧無乳酸）、28.8%（無氧乳酸）和31.8%（有氧），我國目前對此項目的認識低估了有氧供能的重要性。

4.2 靜水皮艇200 m能量代謝的時序特征可以作為制定訓練計劃和評價運動能力重要生物學基礎。前10 s能量供應主要來自無氧無乳酸系統，第10～20 s（或30s）能量供應主要來自無氧乳酸系統，有氧供能對于最后10～20 s的運動能力有重要意義。

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