测功仪研究赛艇运动员某些生理变量与其运动能力的关系-跑酷街原标题:通过2000米划船测功仪测试研究赛艇运动员某些生理变量与其运动能力的关系

2001年

本文目的在于通过在concept iib型划船测功仪进行的2000米计时测试,来确定赛艇运动员某些生理变量与赛艇运动成绩之间的相关关系。受试者为13名俱乐部水平的男性划手,平均年龄、体重、身高分别为19.9±0.6岁、73.1±6.6kg和180.5±4.6cm。受试者在划船测功仪上测定vo2max、划船经济性、vo2max时的预测速度、乳酸阈时的vo2以及血乳酸浓度4mmol.l-1时的速度和vo2。体脂百分数用皮褶法测定。2000米能力测试时速度、乳酸阈时的预测速度、血乳酸浓度4mmol.l-1时的速度、以及vo2max时的速度分别为4.7±0.2、3.9±0.2、4.2±0.2、4.6±0.2米/秒。重复测量的方差分析显示三个预测速度之间均有显著性差别(p<0.05)。vo2max和瘦体重与2000米计时测试的速度之间的相关关系最显著(r=0.85)。逐步多元回归显示vo2max是2000米计时测试速度的最佳预测指标,与vo2max结合的模式解释2000米划船能力变异性的72%。结果建议:赛艇运动员应该把更多的时间用于提高vo2max和瘦体重。

关键词:乳酸阈 vo2max  赛艇运动 划船经济性 vo+max速度 

1前言 

有研究对乳酸的生成与消除重要性的生理因素、训练对在划船测功仪上运动能力的影响、高原训练对平原划船能力的影响以及通过无损伤方法确定无氧阈进行过一系列报道。尽管这些研究有助于对赛艇运动的科学理解,但赛艇运动员的运动能力与某些生理变量之间的关系还不清楚,而和运动能力密切相关的生理变量对运动计划的制定和组队有着重要意义。

在2000米的比赛中,尽管大约6-7分钟的比赛时间要依赖于赛艇的类型以及运动员的水平,但运动员完成比赛的能量供应主要依赖于有氧代谢。在2000米距离的比赛中,有氧能力和无氧能力对总能量要求的贡献率大约分别为70%和30%。

尽管赛艇上全体运动员的整体水平可以通过2000米比赛的成绩来评价,但对在水上划船期间的运动员的生理参数的评价却非常困难。由于评定实际在水上划船时的生理功能的不可行,使得我们转而求助于用划船功率仪来评价划船能力。在训练中被最广泛使用的功率仪是concept ii型风阻力制动划船测功仪,克拉文(craven)等分析了在此型测功仪上的划桨动作,认为其与实际运动中的划桨动作非常接近,因此可以用于准确测定赛艇运动中生理机能的变化。另外,concept ii型测功仪可以提供在水上运动中无法做到的赛艇运动测试的标准化。

一些研究对优秀赛艇运动员和一般赛艇运动员的生理特点进行了比较,发现优秀运动员的vo2max水平高、慢肌纤维所占比例大、体重大、4mmol.l-1血乳酸水平时vo2水平高。克拉默(kramer)等研究了20名加拿大大学女划手不同的场地和实验室变量以及与运动成绩的关系。在这些测定的变量中,仅绝对最大摄入量与运动成绩有较高的相关关系,相关系数为0.71。

经济性是指在稳定状态的工作负荷时工作肌所消耗的氧气量。在有关赛艇运动的研究中,涉及经济性的研究还几乎未被关注,仅有一篇文献报道了赛艇运动经济性的研究,但不足的是,这个研究中受试者仅仅是学会了使用划船测功仪,但均没有过赛艇运动的经历。与赛艇运动不同,一些研究已对跑的经济性进行过测定。但跑的经济性是否可以较好地反映运动能力还存在不同的争论。有人认为组内水平越参差不齐,经济性耐力成绩的预测效果越好。

已经有不同的定义用来描述最大摄氧量水平时的速度,并且也有一些程序可以来测定它。丹尼尔(daniels)利用线性外推法通过亚极限稳态时吸氧量与速度关系来推测跑步运动员最大摄氧量水平时的速度。丹尼尔(daniels)等人均报道最大摄氧量时的跑的经济性可以很好地反映耐力跑能力,但在赛艇运动中类似的研究未见报道。

在不同距离范围的耐力跑和自行车运动中,血乳酸已经被认为是评价运动能力的最佳指标。沃尔夫(wolf)和罗斯(roth)发现产生4mmol.l-1血乳酸时的功率是评价有训练赛艇运动员特别是小艇运动员比赛能力的最佳指标。另有研究表明,在4mmol.l-1血乳酸水平时,绝对vo2值高的赛艇运动员在完成6或7分钟的尽力测试所表现出的能力要好于绝对vo2值低的赛艇运动员。低水平赛艇运动员在血乳酸水平为4mmol.l-1时的高vo2表明他们更容易先于优秀赛艇运动员出现疲劳。疲劳的可能机制是由于糖酵解的供能比例的增加使得h+不断堆积而导致细胞内ph值的下降,而细胞的酸化将干扰肌球和肌动蛋白的相互滑行,最终导致力量的下降。

本文的拟通过在赛艇测功仪上进行2000米计时测试实验,研究男子赛艇运动员某些生理变量与赛艇运动能力的关系。

 2 方法 

2.1受试者:为13名来自glasgow大学划船俱乐部的自愿者,训练年限从1年到9年不等,但均参加过长于2000米的赛艇比赛,并在同一concept ii划船测功仪上进行系统训练。所有受试者均明确表示同意参加本实验,同时得到glasgow伦理委员会的伦理许可。受试者的基本情况见表1。

表1 受试者的基本情况(平均值±标准差) 

年龄(岁)
 19.9±0.6
 
身高(厘米)
 181±5
 
体重(公斤)
 73.1±6.6
 
体脂百分比(%)
 16.1±3.3
 
瘦体重(公斤)
 60.9±5.2
 
最大摄氧量(升/分钟)
 4.5±0.4
 

2.2方案:受试者在不同的测试日分别完成三个测试,两个测试之间至少相隔两天;但保证每个受试者所完成的三个测试在14天内完成。第一天,分别测定身高、体重、体脂百分比和vo2max;第二天,完成划船经济性和运动后不同时间点乳酸的测定;第三天,完成运动能力测定。

2.3测功仪:在同一台concept ii b型赛艇测功仪(concept ii, nottingham, uk)上完成所有测试。测试中仅用两个驱动齿轮中大的一个,并完全关闭轮叶;用sport testertm pe3000心率表(polar electro, kempele, finland)监控心率;在极限运动测试中,hewlett packard 43200a 心电图监视器被用作预防措施;用道格拉斯袋收集呼出气做气体分析,样品气体在通过干燥的试管时用pk morgan 801d和servomex 570a系统分别测定二氧化碳和氧气的浓度,通过tissot呼吸量测定器校准过的rkinson cowan 流量表计算气体体积。通过这些数据,计算vo2和各种通气指标数值;用analox gm7分析全血血乳酸值。

2.4程序:在当前强度时完成500米赛段的时间和划手频率(500米的分段时间)被计算并在测功仪上显示出来。当500米的分段时间为2分或更多时,划桨频率被限制在24-28次/分之间。当分段之间少于2分时,划桨频率增加到28-32次/分,通过增加强度使得500米分段时间能达到期望值。

对划手频率的限制可以保证每个受试者在每个阶段的运动强度保持一致。由于划桨频率的个体差异以及不可能保持500米分段时间完全不变,因此强度控制可能会有小的偏差。但这些问题是划船测功仪设计上以及划桨机械装置上的固有问题。

在所有测试开始前,受试者进行6分钟的准备活动,强度为用2分30秒完成500米赛程时强度,然后做6分钟的伸展运动进行休息。

2.5体脂百分比:体脂百分比用皮褶测量法测定。体褶根据林尔宁(durnin)和沃默斯利(womersley)的方法用holtain 卡规测定。

2.6最大摄氧量(vo2max)测试:受试者完成连续递增负荷直至精疲力竭。本次测试目标时间为8-14分钟。测试开始时,受试者用2分30秒的500米分段时间完成运动。此后,分段时间每分钟减少5秒直至受试者到力竭。每个强度后10秒时测定心率,当心率达到170次/分,开始收集呼出气,呼出气在开始收集的每个运动强度均收集1分钟。

最大摄氧量测试结束后1,3,5分钟,分别取指尖血进行乳酸分析。每份样品分析两次,取两次平均值得出血乳酸值。

2.7 vo2max时速度的测定:vo2max时速度根据希尔(hill)与罗威尔(rowell)推荐的被认为是用于评价运动能力最精确和最合适的方法来计算;即亚极限速度和摄氧量关系的线性外推法。

2.7血乳酸的曲线图和划船经济性测试:血乳酸浓度和赛艇运动经济性用不连续增加的亚极量测试来测定。测试包括5个阶段的运动,每个阶段运动5分钟。在第一个阶段中,500米分段时间根据每个受试者最大摄氧量的测试结果而定。开始分段时间范围从2分30秒(最低vo2max水平者)到2分15秒(最高vo2max水平者)。每个接下来的阶段比前一个快5秒,每个阶段之间休息30秒,采指尖血测定血乳酸。测试一直延续到血乳酸达到4mmol.l-1或更高。

在每个阶段的第3、第4分钟和第4、第5分钟之间收集一分钟呼出气,两次值的平均用于评价划船经济性;测定运动时每一分钟后10秒的心率。

2.8 生理参数的测定:分别测定乳酸阈和乳酸浓度为4mmol.l-1时的速度和vo2。把每个500米分段时间中所对应血乳酸值绘制成乳酸浓度曲线图,通过数学回归分析模拟乳酸和划船速度的关系来达到客观性。乳酸阈为乳酸曲线中乳酸浓度急剧增加时的拐点。4mmol.l-1血乳酸浓度通过速度和对应于4mmol.l-1血乳酸时的vo2来确定。经过先前确定的乳酸阈和4mmol.l-1血乳酸两点画两条水平直线在垂直轴上截取血乳酸值,在经由这两点向下作垂线,与水平轴相交得到个体乳酸阈和4mmol.l-1血乳酸浓度时所对应的速度和摄氧量。

2.9 划船能力:划船运动能力在划船测功仪上进行2000米计时测试来评价。测试时,在每分钟的后10秒以及实验结束时测定心率。完成2000米的测试后,于1,3,5分取指血测定乳酸并与vo2max测试时的值进行比较。

2.10 统计分析:首先,用恰当的bonferroni多元跟踪比较与重复测量的方差分析来评价2000米计时测试速度与乳酸阈时、4mmol.l-1血乳酸浓度时以及vo2max的预测速度之间差异显著性检验,显著性水平为p<0.05。

用佩尔松相关系数来评价各种变量之间的内在关系。从这些简单线性回归中,先前生理变量(在表3中的九个变量显示了与2000米计时测试速度有高度相关,p<0.05)的子集被放入进一步的用变量选择程序完成的逐步多元线性回归进行分析,其中用计时测试速度作为响应变量,检验发现这些变量在预测计时测试速度时都很重要。 

 3 结果 

3.1 vo2max测试:尽管受试者的体重相对偏低,但还是有一些受试者的vo2max值显示出较高的水平,平均值为4.5±0.4 1·min-1。绝对vo2max(l· min-1)值与2000米计时测试的速度相关较好(r=0.85),受试者vo2max越高,划桨越快(图1a)。但相对vo2max(ml·kg-1· min-1)值与2000米计时测试的速度之间没有较好的相关关系(r=0.13)。vo2max与瘦体重相除得到的值与计时测试速度之间的相关系数仅为0.01;而以ml·kg-2/3· min-1表示的vo2max与速度之间相关系数为r=-0.05。

3.2划船经济性:由于开始速度不同和各人能力差异的原因,仅有3个阶段所有受试者均在同一速度上完成测试。在所有3个速度时的经济性值均在较小范围内被描述(图2)。在2分5秒的500分段时间里的vo2值与2000米计时测试时速度的负相关最为显著(r=-0.62);而另外两个强度时的vo2与计时测试速度之间相关关系不明显:2分15秒分段时间时为r=-0.20; 2分10秒分段时间时为r=-0.51。

为了评价用于测定划船运动经济性方法的精确性,对每个受试者、每个阶段第4和第5分钟的vo2值进行了相关t检验,来确定两值之间的差异程度。如果达到稳定状态的氧消耗,则认为此方法可靠。检验结果显示,每个受试者每个阶段第4和第5分钟的氧消耗统计学上没有差异,说明达到了是稳定状态。

 3.3 vo2max水平时的预测速度:vo2max水平时的预测速度与计时测试速度相关较好(r=0.77;图1b)。vo2max水平时的预测速度越高受试者均在2000计时测试表现出较好的速度。

3.4血乳酸曲线:乳酸阈水平时的vo2与计时测试速度之间没有显著性相关(r=0.39),而在血乳酸浓度为4mmol.l-1水平时的vo2则与计时测试速度之间显著相关(r=0.68)。在乳酸阈水平与4mmol.l-1水平时的vo2值越低,在实际运动中就会在较低的速度时达到这两个乳酸水平;血乳酸水平为4mmol.l-1时的预测速度与计时测试速度之间的相关关系也很显著(r=0.73)。

3.5能力测试:2000米计时测试的时间差异很大,时间从6分30秒到7分45秒,速度从4.3到5.1m·s-1。为了维持较低的500米分段时间,受试者就需要在划桨时动员更大的力量。瘦体重是提高速度的一个重要因素(r=0.85; 图1c),肌肉质量越大速度越快。

3.6统计分析:重复测量的方差分析显示2000米计时测试的速度、乳酸阈时的速度、血乳酸浓度4mmol.l-1时的速度以及vo2max时的速度是不同的(p<0.001)。恰当的分析显示计时测试的速度与乳酸阈及血乳酸浓度4mmol.l-1时的速度有显著差异,但与vo2max时的速度之间没有显著差异。跟踪分析还显示乳酸阈时速度、血乳酸浓度4mmol.l-1时的速度以及vo2max时的速度之间均有显著性差异。

表2  所有受试者完成3个亚极限强度(500米分段所用时间)的经济性值 

受试者     2分15秒时的vo2    2分10秒时的vo2      2分05秒时的vo2  

a            2.60                    2.65                      3.22 

b            2.63                    2.94                      3.19 

c            2.48                    2.85                      3.17 

d            2.68                    2.94                      3.19 

e            2.75                    3.10                      3.29 

f            2.56                    2.90                      3.19 

g            2.80                    3.06                      3.45 

h            2.63                    3.14                      3.21 

i             2.64                    3.20                      3.45 

j             2.74                    3.23                      3.57 

k            2.66                    2.99                      3.23 

l             2.73                    3.05                     3.34 

m            2.68                    2.88                     3.28 

平均值±标准差   2.66±0.09               2.99±0.16                3.29±0.13 

  

表3   每个变量与2000米计时测试成绩之间的皮尔逊相关系数(r)和p值 

                                            r                  p 

变量                              0.207               0.497

身高                              0.698               0.008

体重                             -0.254               0.402

体脂百分比                        0.848              <0.001

去脂体重vo2max                             0.848                     <0.001

在vo2max时的速度                  0.773               0.002

耐力时间                          0.791               0.001

vo2max测试后5分钟最大乳酸值      0.579               0.038

划船经济性                                    

2分15秒时的vo2max                      0.200                0.513 

2分10秒时的vo2max                      0.514                0.072

2分5秒时的vo2max                         0.619                0.024

乳酸阈时vo2                                   0.39                 0.190

乳酸阈时速度                      0.39                0.190

4mmol/l乳酸值时vo2                        0.68                 0.011

4mmol/l乳酸值时速度               0.734                0.004

能力测试后5分钟最大乳酸值        0.584                0.036

  

表3列出的是各变量与2000米计时测试的速度是否有显著相关关系检验的相关系数和p值。最显著的相关关系在vo2max与计时测试成绩之间(r=0.848,p<0.001)以及瘦体重与计时测试成绩之间(r=0.848,p<0.001);在计时测试成绩与vo2max测试中的持续时间(r=0.791,p=0.001)、vo2max中的最高速度值(r=0.773,p=0.002)以及血乳酸浓度4mmol.l-1时的速度之间(r=0.734,p=0.004)也存在显著相关;另外,在计时测试成绩与体重、vo2max测试后5分钟最高乳酸以及能力测试后5分钟的最高乳酸值之间也存在显著相关关系(r=0.698,p=0.008;r=0.579,p=0.038;r=0.584,p=0.036)。尽管三个划船运动经济性变量均与成绩之间的相关均呈现负相关,但仅在2分5秒的500米分段时间中的划船经济性与成绩之间的相关性有显著意义(r=-0.62,p=0.024),。

分别用2000米计时测试的速度作为响应变量,用9个与运动成绩有显著相关的变量作为说明变量进行逐步多元回归。结果(表4)显示vo2max是计时测试速度最好的简单预测指标;与vo2max结合的模式反映了2000米划船运动能力72%的变化。运动能力测试后5分钟血乳酸浓度的介入可提高计时测试速度的可预测性;用同时与两个预测值结合的模式可以阐示2000米划船能力87%的变化。

                                                     表4    用2000米成绩作为响应变量进行分布多元回归 

步骤                输入变量                   r²            β权数

                      系数                     0.720           1.96

1                                                             vo2max                                 0.870                 0.497

2                                                          能力测试后5分钟最大乳酸值                   0.0499

 4 讨论 

本研究的主要发现在于vo2max和瘦体重作为划船运动能力最好的预测指标对划船运动胜利具有重要作用。绝对vo2max与2000米计时测试速度之间密切关系与塞彻等的结果一致。施泰奈克强调在比赛全程中保持高速需要很强的有氧氧化能力。尽管高vo2max值是划船运动能力良好预测指标,但与相对vo2max(ml·kg·min-1)之间的相关水平很低。与优秀耐力跑运动员相比,优秀赛艇运动员的大体重导致了与vo2max之间低相关,但大的肌肉质量没有影响赛艇运动员的运动能力,原因在于他们的体重是由赛艇来支持的。

内维尔等(1992)认为赛艇运动能力与vo2max和体重相关,并且这两个变量本身之间也相关。塞彻(1983)报道,根据国际男桨手93kg的平均体重,具有大体重的赛艇运动员占有优势。本文中赛艇运动员的平均体重(73kg)远远低于这个水平,但确实与2000米计时测试速度存在相当明显的关系(r=0.70)。计时测试速度与瘦体重和vo2max之间的相关系数均为0.85。但是,用皮褶技术来计算瘦体重的方法值得怀疑,由此人们应对瘦体重与划船运动能力之间关系的可靠性的认识有所保留。杜尔宁等人提出的计算体脂的方法有误差,提示在评价体重和划船能力的关系时应谨慎。杜尔宁等人的公式是以苏格兰西部的人群为基础的,由于我们的受试者也来自这个地区,因此就我们的实验而言,使用他们的公式是合适的。因为vo2max和体重之间有高度相关,并且与计时测试有相同的相关系数,因此我们决定把vo2max回归模型中分析。

在能力测试期间,我们注意到能以较短的时间完成500米分段的运动员可以更快地完成能力测试。取得较短的500米分段时间具备在划桨过程中同时包含动力成分和能产生较大作用力的能力,这可能可以解释瘦体重与计时测试速度之间的高度相关关系。瘦体重大的人比瘦体重小的人拥有更大肌肉质量,因此在划桨时具有产生更大推动力的潜能。

瘦体重与2000米计时测试速度之间的高度相关说明肌肉的质量大小在划船运动能力中是一个重要的变量,因此提示,在轻量级赛艇项目中,体重不够大的运动员应该增加瘦体重,同时在保证不超过自己级别体重的前提下,尽量减少体脂以使得肌肉质量最大化。因为没有真正的大体重赛艇运动员参与此项研究,所以在大级别赛艇运动员中瘦体重与2000米计时测试速度之间的相关关系还不能确定,有待以后进一步的研究。

所有受试者在完成最大亚极量负荷时的vo2与计时测试速度呈显著负相关(r=-0.62);在其它最大负荷时的vo2与计时测试速度之间接近显著相关(r=-0.51);但最低负荷时的vo2与计时测试速度之间呈现非常低的负相关(r=-0.20)。

  最高负荷时的经济性值与较低负荷时的经济性值相比,与2000的成绩的相关关系更明显。最高负荷时与实际的2000米赛艇比赛情况更接近。如果经济性值从真正赛艇运动员中测定(500米的分段时间大约为1分40秒),可能与计时测试成绩会更相关。本研究中的划手具有非常相近的经济性值,提示这个变量对赛艇运动不是至关重要的。跑的经济性研究发现具有相似vo2max的运动员的经济性却有着不同的特点。如果划船运动员能够降低在给定速度时的氧消耗,他们的运动成绩可能会得到提高。

通过具有不同特点的赛组来研究跑的经济性发现跑的经济性与成绩具有好的相关关系,而具有相同特点的赛组的却反之。本研究中经济性的值相对是同质的,因此解释了为什么与2000米计时测试成绩的相关关系不明显。

埃文斯等人(1995)证实跑步运动员在vo2max的速度与与其运动成绩呈正相关,我们也发现在此两个变量之间也存在显著正相关(r=0.77)。我们没有与其他组别的男划手进行比较,同时也未发现有关男划手vo2max时速度的报道。但可以推测vo2max时的速度与计时测试成绩有好的相关,因为这个速度接近2000米能力测试时的速度,血乳酸的变量证实这些速度要远远低于vo2max时的速度。我们的结果提示划船运动员在vo2max的速度值得研究,因为它与成绩有好的相关关系。

在当前研究中,血乳酸浓度4mmol.l-1时的vo2显示了与计时测试速度之间的正相关(r=0.68),与沃尔夫、罗斯以及施泰奈克(1993)的结果类似,他们发现这两个变量之间的相关关系显著。血乳酸浓度4mmol.l-1时具有高vo2的运动员通常划的更快。本研究中,因为所有受试者具有相似的划船经济性,所以那些在血乳酸浓度4mmol.l-1时有高vo2值的人能在更高的运动负荷时达到这个浓度。因为我们的受试者能够在血乳酸显著积累前划到较高的负荷,因此他们的划船能力将会好于那些在低负荷时就开始积累乳酸的人。

划船经济性在以前的研究中没有引起足够重视,而已有实验主要研究它对运动成绩影响的程度。我们的研究注意到划船经济性与成绩之间存在正相关,而此成绩与受试者完成的最高负荷有关。耐力跑运动员在vo2max时的速度先前已证实是预测运动能力的良好指标。在本研究中,vo2max时的速度是运动员2000米计时测试成绩很好的预测指标。但进一步的研究还需对这个变量进行更深入的探索。

赛艇能力最好的预测指标是vo2max和瘦体重,其次是vo2max测试时的持续时间、vo2max测试时的速度以及血乳酸浓度4mmol.l-1时的速度。在2000米计时测试中预测速度的最佳预测指标是vo2max;结合vo2max的模式仅能反映2000米赛艇成绩的变异的72%。能力测试后5分钟时的血乳酸浓度也可以提高计时测试成绩的预测准确性。与两个预测指标相结合的可以反映2000米划船能力变化性的87%。赛艇运动员和教练员可以在制定训练计划时参考这些结果,同时应该把更大的注意力集中到如何提高vo2max水平和瘦体重上来。

图注:velocity in 2000 m time-trial(m·s­­-1­)  2000米计时训练速度(米/秒) 

vo­2max(l·min-1)                                  vo­2max(升/分钟) 

velocity at vo­2max(m·s­­-1­)             vo­2max(米/秒) 

lean body mass(kg)                                 瘦体重(公斤) 

图1  拟全线图显示了(a) vo­2max;(b) vo­2max时速度;(c)瘦体重与2000米计时测试速度之间的关系。 

突点表示回归线,虚点表示95%可信区间