現代男子100 m速度節奏特征的多維分析及其對訓練的啟示

姜自立++李慶

摘 要：對男子100 m速度節奏特征與能量代謝、步態特征、肌肉工作方式之間的內在聯系進行深入的分析和討論發現：“高速平穩單峰型”是現代男子100 m 速度節奏的典型模式，能量代謝途徑的轉換是速度節奏變化的內在原因，步態特征的變化是轉換能量代謝途徑的有效方式，肌肉工作方式的改變是調整步態特征的基本途徑。 基于以上分析，本研究構建了男子100 m跑的速度節奏模型， 該模型對短跑訓練的啟示有： 堅持“以長帶短”的訓練理念，強調速度訓練的節奏變化，突出力量訓練的專項特點， 重視髖關節的柔韌性和靈活性訓練。

關鍵詞：100 m；速度節奏；訓練；啟示

中圖分類號：G822.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-2076（2015）03-0098-07

Abstract：Through the methodology of literature， mathematical statistics， video analysis and expert interview， this paper analyzed and discussed the internal relations between the velocity pacing and the energy metabolism， gait characteristics， muscles' working way. This study showed that "high-speed steady unimodal type" is the typical model of velocity pacing in modern men's 100 m sprint， and that the change in the velocity pacing can be ascribed to the transformation in the pathways of energy metabolism， and that altering the gait characteristics is an effective way to transform energy metabolism， and that change in the muscles' working way is the basic pathway to adjust the gait characteristics. Based on the above-mentioned analysis， this paper compiled a velocity pacing model for modern men's 100 m sprinters， and it enlightens us that appreciating the training philosophy of improving sprint performance by increasing the training volume of mid-distance run， emphasizing change in running pace， highlighting the special characteristics in strength training， and paying more attention to the flexibility of hip flexors， is an effective way to improve sprint performance.

Key words： 100 m sprint； velocity pacing； training； enlightenment[HK][HT]

速度節奏是指在周期性運動中通過調節能量代謝的輸出功率和比例來達到控制速度變化的過程[1]。 合理的速度節奏是取得優異成績的基本前提， 同時也是正確理解短跑技術、診斷專項能力和制定訓練計劃的重要依據[2]。

為了準確反映100 m跑的速度節奏特征， 近年來許多學者進一步將100 m跑細分為了起跑階段、 加速階段（0～20 m）、轉換階段 （20～40 m）、最大速度階段 （40～80 m）和降速階段（80～100 m）[3-5]，并分別對不同段落的能量學[6-7]、運動學[8]和動力學[9]特征進行了大量研究。

然而， 尚無文獻對100 m 運動中速度節奏的變化特征與能量學、運動學和動力學參數之間的內在聯系進行系統的分析和討論。 故此， 造成了許多教練員不能完全正確理解100 m運動的專項特征和技術原理。

本研究試圖通過對世界優秀男子100 m運動員的速度節奏變化特征與能量代謝、步態特征、肌肉工作方式之間的內在聯系進行分析， 構建出現代男子100 m 速度節奏模型，進一步加深廣大教練員和運動員對100 m 跑速度節奏和技術特征的理解。

1 結果與分析

1.1 現代男子 100 m 速度節奏特征的多維分析

現代男子 100 m 速度節奏的典型模式為了準確把握 100 m 運動的專項特征， 國內、 外學者和教練對世界優秀男子 100 m 運動員的速度節奏特征進行了大量研究。 1990 年，劉濟民在《現代 100 m 速度節奏的特點》一文中把 100 m 跑的速度節奏分為“單峰型”、 “雙峰型”和“波浪型”三種模式[10]。 1999 年，申偉華把世界優秀男子運動員 100 m 跑的全程速度節奏分為了“高速平穩型”、 “高速起伏性”、 “快速平穩型”和“快速起伏型”四種模式[11]。 近年來，隨著訓練理念、 訓練方法和手段的不斷革新，世界男子短跑水平取得了長足進步， 同時運動員的速度節奏特征也呈現出了新的模式。 本研究對2009年柏林世界田徑錦標賽男子100 m決賽前三名運動員的速度曲線變化特征進行了分析（圖1）。結果顯示，如果按照劉濟民老師的分類方法， 前三名運動員的速度曲線呈現“單峰型”節奏模式；如果按照申偉華老師的分類方法， 前三名運動員的速度曲線屬于“高速平穩型”節奏模式。如將二者合并，可稱之為“高速平穩單峰型”，該模式的特點是起跑后加速平穩、速度起伏小、全程加速距離較長、最大速度出現在 60～80 m 段落、后程降速幅度較小。博爾特、 蓋伊和鮑威爾作為男子 100 m史上最出色的短跑運動員，其速度節奏特征可代表現代男子 100 m 速度節奏的典型模式。

同時也對世界不同水平男子 100 m運動員的速度節奏特征進行了比較。 圖2顯示，相較于世界頂級短跑運動員， 一般短跑運動員在加速距離、最大速度、以及保持速度的能力等方面都存在明顯差距， 而這種差距在降速階段尤為顯著， 一般短跑運動員的降速幅度為7.54%，優秀短跑運動員為3.25%。但從整體上看，不同水平男子100 m運動員的速度節奏變化特征具有高度的相似性， 即都呈現出“高速平穩單峰型”模式。

綜上， “高速平穩單峰型”是現代男子100m速度節奏的典型模式。然而，世界高水平男子100m運動員為什么會表現出高度相似的速度節奏模式，有待進一步分析。

1.2 能量代謝途徑： 速度節奏變化的內在原因

根據 ATP 的合成途徑，人體運動中的能量代謝可分為磷酸原（無氧非乳酸）、糖酵解（無氧乳酸）和有氧氧化（葡萄糖和脂肪的氧化）三大能源系統。 但三大能源系統的輸出功率和達到最大功率所需要的時間都存在顯著差異（表 1）。 其中， ATP 的輸出功率最大，達到11.2 mmolATP K-1S-1； CP 次之，最大輸出功率為 8.6 mmol ATP K-1S-1；而糖無氧酵解生成乳酸時，最大輸出功率只僅為 5.2 mmol ATP K-1S-1。磷酸原供能系統雖然啟動迅速，輸出功率大，但其做功能力小，持續時間僅為6～8 s，而優秀短跑運動員跑完100 m全程約耗時10 s左右。顯然，磷酸原系統并不能完全滿足100 m跑的能量需求，從而需要動用糖酵解系統的供能。研究表明，在10 s以下的極量運動中，磷酸原的供能比例約為 90%、糖酵解供能比例約為10%[12]。由于不同能源系統的輸出效率不同，表現出的運動能力也會不同。因此，在100 m運動中運動員的速度會隨能量代謝途徑的變化而出現被動調整。

事實上，在任何形式的運動中三大能源系統都是同時參與供能的，但其參與程度會因肌肉收縮強度的不同而有所差異[12]（圖 4）。 在周期性運動中速度節奏的本質是運動員通過調節能量代謝的輸出功率和比例來達到控制速度變化的過程[1]。 換句話說，運動員可以根據不同能源系統的代謝特點和100 m運動不同段落的動力學特征， 通過主動調控速度節奏、調整步態特征和改變肌肉工作的方式， 調節不同能源系統參與收縮的比例，以達到優化三大能源系統輸出功率的目的。

綜上所述， 不同能源系統的輸出功率不同， 能量代謝途徑的改變會引起運動員100 m跑速度節奏特征的被動調整；另一方面，為了實現生物能向機械能的最大轉化，運動員需要在100 m運動中主動調整速度節奏特征。因此，能量代謝途徑轉換是速度節奏變化的內在原因。

1.3 步態變化特征： 調整能量代謝途徑的有效方式

由公式“跑速=步長×步頻”可知， 步長和步頻是影響速度節奏變化最重要的變量， 步長與步頻在100 m運動不同段落中的最佳組合是運動員取得優秀成績的基本前提[2]。 事實上， 在100 m運動中優秀運動員的步長與步頻始終處于不斷的變化和組合中（圖4）。 在加速階段，運動員的主要任務是迅速擺脫靜止， 獲得更大的動作加速度。 研究表明， 當跑速低于9 m/s時，增加步長比增加步頻更加有利于運動員擺脫靜止， 獲得動作加速度[13]。此外， 在周期性運動中肌肉收縮的能量消耗與肌肉的收縮速度成立方比，即肌肉收縮速度增加一倍，其氧的消耗量就會增加七倍[14]。 因此， 在加速階段通過增加步長提高速度比通過增加步頻提高速度更具經濟性。圖5和圖6顯示，在該段落，運動員的步長約由第1步時的1.17 m提高到第11步時的2.10 m，步頻則穩定在4.12 Hz左右。

在轉換階段， 運動員的主要任務是為運動員達到和保持最大速度水平做準備。因此，在該階段，運動員要充分利用加速階段產生的速度慣性，通過“順勢跑”調整動作節奏， 在穩步增加步長的同時，將步頻增加到最大。由于“順勢跑”時肌肉相對放松，既有助于節省能量輸出，也有助于ATP-CP的再合成， 能為達到和保持最大速度儲備能量。 另一方面， 從動力學角度而言， 步頻的增加意味著觸地時間的減少。研究表明， 在保持步長穩定的情況下，減少觸地時間是節省能量消耗[7]和達到最大速度水平的重要途徑[15]。 圖5和圖6顯示，在該段落， 運動員的步長約由2.10 m增加到2.35 m，步頻則由4.1 Hz提高到4.8 Hz，步頻成為了該段落速度變化的主導變量。

在最大速度階段，運動員的主要任務是充分利用已經獲得的速度慣性和動用能量儲備，同步增加步長和步頻， 達到和保持最大速度，在競爭中脫穎而出， 獲得最終的勝利。圖4示，在該段落，運動員的步長與步頻出現了同步增加；在降速階段，隨著磷酸原的耗竭，能量代謝途徑已轉換為乳酸能供能為主，乳酸的堆積會導致步頻的急劇下降。 因此，運動員在此階段不宜、也不能通過增加步頻提高速度，而是應通過步長的增加來彌補步頻下降引起的速度損失[4]。因為步長的增加意味著騰空時間增加，肌肉的放松時間延長，有利于乳酸的緩沖和 ATP-CP 的再合成，步長與步頻的這一變化規律也在圖 4 中得到體現。

綜上所述，100 m運動中速度節奏的變化取決于步長與步頻的不斷變化和組合，與此同時，步長和步頻的不斷變化與組合也是調節能量代謝途徑、實現生物能向機械能最佳轉換的有效方式。

1.4 肌肉工作方式： 調整步態變化特征的基本途徑

研究表明，在100 m運動的不同階段，運動員的腿部肌肉工作方式有一個細微的轉變過程，即在100 m跑的前11步中，運動員主要以腿部前群伸肌（股直肌、股外肌、腓腸肌）的最大收縮為主。當進入到途中跑階段后，運動員的腿部前群肌肉參與收縮的比重下降，而髖部屈肌和股后肌群肌肉參與收縮的比重有上升的趨勢[16]。 圖7顯示，與前11步相比， 在途中跑階段運動員腿部后群（股二頭肌）的肌電活性出現了微弱的上升趨勢。

當跑速低于9 m/s 時，步長是速度增加的主導變量（圖8），因此，在加速階段，運動員需要通過步長的大幅增加來迅速擺脫靜止和獲得更大的動作加速度。 從動力學角度來看，步長主要取決于運動員的驅動力量。研究表明，當騰起角度約為 45° 時，最有利于運動員充分“蹬伸”，產生最佳的水平驅動力[17]， 因此，在奧運會或世界田徑錦標賽等世界頂級的 100 m比賽中，我們可以觀察到運動員在起跑后的會盡量壓低上體，因為在“前傾”的身體姿勢下，著地時間相對較長，運動員有相對足夠的時間運用腿部伸肌收縮的最大力量完成“蹬伸”動作[18]，產生更大的驅動力量，增加步長。

進入到途中跑階段后， 優秀短跑運動員的跑速已經達到10 m/s 以上， 具備了較大的速度慣性， 步頻成為了速度增加的主導變量（圖8）。從動力學視角看，步頻由觸地時間和騰空時間構成。因此， 若想增加步頻，必須減少觸地時間。隨著觸地時間的減少， 運動員已沒有足夠的時間充分地蹬伸， 因為在支撐腿剛進入后蹬階段就已離地了。此時， 腿部主要伸肌在“蹬伸”技術中的作用逐漸減弱，而髖部屈肌和股后肌群在“拔地”技術的作用逐漸增強， 運動員的身體姿勢也逐漸正直。 然而， 在進入到降速階段后， 隨著磷酸原的耗竭， 步頻出現了顯著下降， 運動員需要再次壓低上體， 加大腿部前群肌肉參與收縮的比重， 以增加步長，彌補步頻下降引起的速度損失。

綜上，100 m運動中速度節奏的變源于步長與步頻的不斷變化和組合， 而肌肉工作方式的轉換是調節步態特征的根本方式。

2 現代男子 100 m 速度節奏模型

上文已經證實，在100 m運動的不同階段運動員會呈現出不同的速度節奏特征、能量代謝途徑、步態特征和肌肉工作方式。所謂“理想的速度節奏模型”是指運動員能夠在100 m運動的不同段落運用符合能量學、運動學和動力學特征的短跑技術， 實現生物能向機械能的最佳轉化。 如果運動員在不同段落轉換不正確或運用的技術不恰當，將會損失動作沖量，影響跑速[17]。

本研究根據世界高水平男子100 m運動員的速度節奏特征與能量代謝特點、步態變化特征、以及肌肉工作方式之間的內在聯系，制定了現代男子100 m的“速度節奏模型”（圖9），可供短跑教練員和運動員參考。值得注意的是，從生物力學的角度來看，存在理想的速度節奏模型，但由于運動員在生理（身高、體重、骨骼、肌肉力量等）或心理上存在顯著差異[20]，不宜將“理想的速度節奏模型”強加于任何運動員，而是應該讓運動員形成獨具風格的速度節奏特征。在運動實踐中， 聰明的教練員會讓運動員理解正確的技術原理，并在這些技術原理的指導下訓練，選擇合適的訓練手段和方法，以形成符合生物學、生物力學、動力學、能量學原理以及個人身心特點的技術風格。

3 現代100 m速度節奏特征對訓練的啟示

3.1 堅持“以長帶短”的訓練理念

在100 m運動的降速階段， 隨著磷酸原的耗竭， 運動員的能量代謝主要以糖酵解系統供能為主， 但無氧糖酵解系統在供能的同時會產生乳酸，當乳酸的堆積超過一定濃度時，就會導致神經沖減弱，降低動作頻率，進而導致速度大幅下降。 研究表明， 運動員水平越高， 后程降速的幅度越小，同時其賽后的乳酸濃度越低[21]，這說明耐受和緩沖乳酸的能力是區別優秀短跑運動員和一般短跑運動員的重要指標。

“以長帶短”是指通過較長段落（200～500 m）的練習促進短距離 （100 m）跑成績的提高。從運動生化的角度來看， 較長距離的次最大強度間歇或重復跑， 能有效地提高腦細胞和組織細胞對酸性代謝產物的耐受性，增加血液系統對酸性代謝產物的緩沖能力， 進而提高運動員保持最大速度的能力；此外，較長距離的間歇跑在對機體產生較大刺激的同時，有助于運動員體會短跑的技術，提高技術的穩定性，而且不易引起神經系統的疲勞；更重要的是，相對于短距離最大速度練習， 較長距離的間歇跑對肌纖維細微結構的損傷較小， 大大地降低了運動員的肌肉損傷率。據了解，尤塞恩·博爾特、克里斯托弗·勒梅特、費米·奧古諾德、 張培萌等名將都曾在生涯早期以200 m或400 m作為主項[22]。

3.2 注重速度訓練的節奏變化

在短跑訓練實踐中，無論是在一般準備期，還是在專項準備期，都需要通過大量的短距離（ 30～80 m）和中長距離（ 150～300 m） 的練習來提高速度水平。然而，大量的重復某一練習會使運動員的技術動作在時間和空間特征上趨于穩定，造成技術能力的動力定型，出現速度障礙。

速度障礙主要源于運動員在動作空間、 動作時間、 步態特征以及能量輸出功率上趨于穩定。 研究表明，通過長期的變速跑或變換節奏訓練， 能夠有效地提高運動員神經過程的靈活性，打破肌肉收縮時能量供應的固定模式，突破速度障礙[23]； 此外，注重速度節奏的變化還可以讓運動員體會加速和慣性跑等技術， 提高肌肉的放松能力，減少肌肉收縮時的阻力，有利于 ATP-CP 的再合成，提高跑步的經濟性。在短跑訓練中， 速度節奏訓練的手段主要有變速跑、助力跑和阻力跑等。在全國100 m、200 m紀錄保持者張培萌的訓練中，節奏訓練的主要手段有“20 m 快+20 m 慢+20 m 快+20 m慢”的變速跑，不同間距的跑格、多種節奏組合的繩梯練習等。 此外，助力跑和阻力跑也是張培萌突破速度障礙的重要手段。

3.3 突出力量訓練的專項特點

力量是速度的基礎， 但力量與速度并非線性關系。 只有那些在動作幅度、動作頻率和肌肉工作方式上符合短跑專項技術特點的力量練習才能有效地提高運動員的速度水平。 在100 m運動的不同段落中，運動員腿部肌群的工作方式會發生一個細微的轉變。在加速階段，運動員以“蹬伸”技術為主， 因此， 腿部前群伸肌的最大力量對跑速起著決定性的作用[16]。研究表明，運動員1 RM 的深蹲能力與10 m疾跑和30 m疾跑的相關系數分別達到0.94和0.71[24-25]。因此，以杠鈴半蹲或全蹲為主要手段的傳統力量練習仍是發展腿部伸肌最大力量的有效方式。另外， “蹬伸力量練習器” 能彌補杠鈴半蹲或深蹲發力角度與短跑專項特征不一致的缺陷， 可有效地發展運動員腿部伸肌的專項力量。

在途中跑階段，運動員以“扒地”技術為主， 因此， 髖部屈肌、股后肌群、以及腓腸肌、脛骨前肌的快速反應收縮力量對跑速起著決定性的作用[16]。在訓練實踐中，負重弓箭步、伸髖練習、股后肌群的向心收縮練習，以及符合短跑專項特點的超等長練習應該得到足夠重視。值得注意的是，短跑運動員的力量訓練需要在突出專項特征的同時，保持力量素質的整體平衡，尤其應該重視向心力量訓練和離心力量訓練的比例， 以及力量訓練前、后的拉伸訓練。因為某些部位力量的過度發展，不僅會破壞運動員整體的協調性，也是造成運動損傷的重要原因。

3.4 重視髖關節靈活性和柔韌性的訓練

研究表明， 在髖、膝、踝的三大附屬肌群中，髖部肌群對跑速的影響最大，在一個跑的周期中，髖關節周圍的肌群所完成的全部機械功是膝關節的14.6倍和踝關節的2.3倍[16]。髖關節的柔韌性越好， 髖關節的活動范圍越大，運動員的步長越大。髖關節的伸展范圍增加可以增加運動員扒地前的準備時間，產生更大的驅動力量，從而使髖部屈肌的機械效率得到充分發揮。此外，100 m跑全程速度節奏的控制和能量代謝途徑轉換取決于步長和步頻的不斷變化和組合，而步長與步頻的不斷變化和組合很大程度上取決于髖關節的靈活性。 因此，髖關節的柔韌性和靈活性在速度節奏的控制和肌肉工作機械效率的發揮中扮演者重要的角色。據報道，為了改善髖部靈活性的不足對速度的影響，前100 m世界紀錄保持者泰森·蓋伊甚至接受了髖關節修面手術[26]。在運動訓練實踐中，增加髖關節柔韌性和靈活性的主要手段有負重弓箭步、 高抬腿跑、繞欄架、仰臥交叉擺腿、側身交叉跑等練習。此外，各種拉伸練習也是提高髖關節柔韌性和靈活性的有效手段。

4 結論與建議

4.1 合理的速度節奏是100 m比賽中取得優異成績基本前提， 世界優秀男子100 m運動員的速度節奏特征具有高度的相似性， 這源于對速度節奏變化特征與能量代謝、步態特征和肌肉工作方式之間內在聯系的一致性理解。

4.2 科學訓練的首要原則是區別對待，教練員不應將所謂的“理想模型”強加于任何運動員，而應該讓運動員理解正確的技術原理，并在這些原理的指導下， 結合個人特點，選擇有效的訓練方法和手段。

4.3 在短跑訓練實踐中，堅持“以長帶短”的指導思想，強調速度訓練的節奏變化，突出力量訓練的專項特點，重視髖關節的柔韌性和靈活性訓練，是提高短跑成績、 取得突破的必由之路。

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