網球運動不同擊球技術攝氧量和心率反應研究

袁　川，陳恩格，范江江

(四川師范大學 體育學院，成都　610101)

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網球運動不同擊球技術攝氧量和心率反應研究

袁川，陳恩格，范江江

(四川師范大學 體育學院，成都610101)

摘要：目的：為研究網球運動不同擊球技術的攝氧量和心率變化特點，為網球運動的發展、運動訓練及其能量消耗的評估提供理論依據。方法：利用間接測熱儀器(cosmedK4b2)對21名受試者分別在低球速(30 km/h)、高球速(60 km/h)各進行一次時常2分鐘的原地正手擊球、原地反手擊球、側向移動正手擊球、側向移動反手擊球、上前正手擊球(只在低速進行)、上前反手擊球(只在低速進行)、側向移動正反手交替擊球，對其VO2和心率進行監測。結果：結果顯示VO2值在25.8-37.4 mL·kg-1·min-1之間，HR在83.6-157.2次/min之間；結論：在沒有移動和向側移動時，正手擊球的VO2明顯低于反手擊球；側向移動擊球的VO2明顯高于向前移動擊球和側向移動正反手交替擊球；高球速下擊球比低球速下擊球的VO2更高。

關鍵詞：網球；擊球技術；攝氧量；心率

1問題的提出

網球運動是世界上最流行和廣泛開展的體育項目之一，但是對網球運動過程中不同擊球技術的代謝反應和能量需求的研究卻并不多見[1]。了解網球運動不同擊球技術的能量消耗對于科學指導運動健身以及推動項目發展具有重要意義。

有研究報道了運動員在不同球場地面(草地、硬地)進攻和防守有效運動的時間[2-3],卻沒有涉及能量消耗研究。有學者實驗測試了心臟速率—攝氧量(HR-VO2)關系[4]，或通過間接測熱法對網球比賽的攝氧量(VO2)進行了評估與研究[2，5]；一些研究報告指出平均VO2為在24—29 mL·kg-1·min-1[6]。可見，到目前為止研究者們只是對沒有任何干預的網球比賽所有活動中總的生理反應所體現出來的平均VO2和心率(HR)進行了評估和研究。但網球運動的正手擊球、反手擊球、原地擊球、側向或者上前的移動擊球，以及不同來球速度或者旋轉等，都會影響運動員的用力方式和能量消耗。近年來，雖有學者比較了在球場上的反手和正手擊球，以及在不同地面跑動的耗氧量[7]，但其運動方案對VO2的解釋是不清楚的；還有學者對網球正手擊球、反手擊球的生物力學原理進行了探討[8-9]，但并沒有對其能量消耗的特點進行研究。

因此，為了進一步探析網球運動的代謝特征，了解網球運動健身價值，有必要對網球運動不同擊球技術的VO2和HR的特點進行研究，為科學運動健身和網球運動訓練提供理論基礎。

2對象與方法

2.1研究對象

本實驗選取18—25歲且有網球運動基礎(進行了專業網球訓練一年以上)的21名健康成年人(以在校大學生為主)為受試對象，其中男性16名，女性5名(詳情見表1)。受試者被要求沒有運動禁忌癥，身體健康。經受試者同意后在測試知情同意書上簽字，在測試正式開始前進行培訓，使其了解整個測試的注意事項和流程。

表1　受試者基本信息一覽表

表2　受試者網球訓練信息一覽表

2.2研究方法

2.2.1實驗儀器和設備

本研究采用身高體重儀(恒康佳業HK-6000)在正式測試之前對受試者的身高、體重進行測量。正式測試時讓每個受試者佩戴便攜式氣體代謝分析儀(cosmedK4b2，簡稱K4b2)和Polar心率表對其VO2和HR進行監測，K4b2是由意大利Metabolic公司生產的，讓受試者佩帶呼吸面罩，通過內置的氣體代謝裝置分析受試者VO2和HR的變化。在實驗測試前的預熱和校檢、受試者的佩戴、實驗操作者的檢測等均嚴格按使用說明書進行。本研究采用斯波爾斯ss-8000網球發球機對網球落點、運行軌跡、球速進行控制。測試所用網球均為Teloon Rising球。

2.2.2測試內容與方案

具體擊球位置、移動方式、球落點及發球機擺放位置等見圖1。

如圖1所示，受試者以底線中心點O點為擊球的準備位置和完成擊球后的結束位置。A1為原地正手擊球，B1為原地反手擊球，受試者在擊球過程中根據來球方向小碎步調整完成擊球；A2、A3為向前和側向移動正手擊球，B2、B3為向前和側向移動反手擊球，要求受試者根據來球方向向前或側向移動2—3米完成擊球動作；C1為側向移動正反手交替擊球，要求受試者在落點1和落點2之間(距離為4—6米)來回移動完成擊球。1、2、3、4、5、6分別是正手側向移動擊球、反手側向移動擊球、原地正手擊球、原地反手擊球、上前正手擊球和上前反手擊球落點位置，1、2、5、6距O點3米。受試者所有反手擊球均使用雙手反手擊球技術。A1、A3、B1、B3、C1方案分別在低球速(30 m/h)、高球速(60 km/h)各進行一次測試，A2、B2只在低球速(30 km/h)進行一次測試。發球機在中線上前后移動，以調節球落點，發球機的發球間隔設定為12 s，來球不帶任何旋轉。每個練習項目進行2分鐘，間隔時間為1分鐘。

受試者被要求在測試前1小時沒有大量進食，且均有5分鐘左右的熱身與準備活動時間，身體和心理上無異常。在擊球過程中要求其對于每個擊球均勻用力，打出直線底線球，在球場對面底線與擊球位置相對應的點擺上標志物，以方便受試者按實驗方案完成擊球。測試員對受試者每個練習階段的擊球個數進行記錄。本研究的全部運動過程均在室內標準網球場地進行。

圖1　運動方案示意圖

2.2.3數據分析

3研究結果

如表3所示，不同球速、不同移動方式和不同擊球方式下，受試者的VO2、HR具有顯著性差異(P<0.05)。

注：VO2單位是“mL·kg-1·min-1”，HR單位是“次/min”，全文一致并做省略處理。

3.1正手擊球和反手擊球

圖2　不同擊球方式的VO2折線圖

圖3　不同擊球方式的HR折線圖

如圖2所示，正手擊球在原地和向側移動時VO2明顯比反手低，A1低速(25.8±6.7)、A1高速(27.0±7.3)、A3低速(35.3±7.7)、A3高速(36.7±8.8)、A2低速(34.9±7.9)比相應的反手(27.8±6.8、28.1±7.3、36.2±7.9、37.4±8.3、34.3±7.7)分別低了7.2%、3.9%、2.5%、1.9%和1.7%，其中除了上前移動擊球外，低球速時反手與正手擊球VO2差異比高球速下更大。從HR來看(圖3)，其變化特點同VO2一樣，A1低速(123.5±25.5)、A3低速(139.8±29.8)和A3高速(154.1±19.9)明顯低于B1低速(127.8±23.8)、B3低速(149.6±25.7)和B3高速(157.2±19.7)；而A2低速(153.8±16.6)高于B2低速(152.7±17.9)；A1高速(140.9±17.7)卻明顯低于B1高速(146.0±18.8)。

3.2三種不同移動方式擊球

受試者以不同移動方式擊球，其VO2與RH也明顯不同。如圖4、圖5所示，無論是在低球速還是在高球速下，側向移動擊球(A3、B3)的VO2均明顯高于上前移動擊球(A2、B2)和側向移動正反手交替擊球(C1)，且高球速側向移動擊球(A3、B3)的VO2更高。低球速的側向移動擊球(A3/B3低)平均比上前移動擊球(A2/B2低)和側向移動正反手交替擊球(C1低)的VO2高3.2%和7.9%，上前移動擊球(A2/B2低)比側向移動正反手交替擊球(C1低)的VO2高4.5%；高球速下側向移動擊球(A3/B3高)比側向移動正反手交替擊球(C1高)的VO2高5.8%。

受試者的HR和VO2有相似之處但也存在差異(圖5)，不同球速下不同移動擊球方式的HR值波動幅度較大，高球速下側向移動擊球(A3/B3高)和側向移動正反手交替擊球(C1高)的HR比低速下(A3/B3低、C1低)高出6.5%和1.8%，低球速下的上前移動擊球(A2/B2低)比側向移動擊球(C1低)的HR高出2.2%，在相同速度下上前擊球的HR明顯高于其他移動方式擊球，隨著球速的增加側向移動擊球的HR逐漸超過側向移動正反手交替擊球。

圖4　不同移動方式擊球的VO2值柱狀圖

圖5　不同移動方式擊球HR值柱狀圖

3.3不同球速的擊球

圖6　不同球速下擊球的VO2值柱狀圖

圖7　不同球速下擊球的HR值柱狀圖

研究結果顯示，受試者在高球速下擊球比在低球速下擊球VO2更高，高球速下的原地擊球(A1/B1高)、側向移動擊球(A3/B3高)、側向移動正反手交替擊球(C1高)比低球速下相同擊球方式的VO2分別高2.6%、2.8%和4.8%。

研究結果顯示，高球速擊球比低球速擊球HR反應更為強烈，高球速下的原地擊球(A1/B1高)、側向移動擊球(A3/B3高)、側向移動正反手交替擊球(C1高)比低球速下相同擊球方式的HR分別高了11.3%、6.5%和1.8%。

4分析與討論

本研究的目的是評估和比較不同擊球方式(A1、B1、A3、B3、A2、B2、C1)在不同球速下VO2和RH反應。本研究利用K4b2對各個運動階段進行監測，該方法被廣泛應用于安靜和運動過程中的能量代謝測定,其信效度已被眾多研究證明是可靠的[10-12]。由于受試者的限制，本研究把男性和女性合并在一起分析。

研究結果表明，不同擊球方式的VO2有所差異，處于25.8—37.4之間，此前Smekal等人[13]研究顯示，網球運動的VO2在24—29之間。這表明，網球運動中某些具體運動方式的VO2比網球運動或比賽的整體VO2要高很多。從本研究的HR值來看，其變化特點與VO2變化特點有相似之處，不同擊球方式下HR有較大的波動幅度，其變化值在123.5—153.8之間。

4.1不同擊球方式的攝氧量

圖2表明反手擊球通常比正手擊球耗氧更多。從能量守恒的角度來講，人體所消耗的能量應該完全轉化為擊球瞬間的擊打力量，但是往往由于各種原因(如阻力、肌肉用力方式、揮拍軌跡等)，這個轉化過程中的消耗是不可避免的。反手擊球(默認為雙手握拍)，右臂向前伸展時受到身體的限制，擊球點較近，導致額外消耗增加，因此運動員為了達到更好的擊球效果就需要消耗更多能量[14]。而正手擊球不受身體的限制，更利于發揮全身之力擊球，擊球也更省力[15]。

4.2不同移動方式的攝氧量

毋庸置疑，移動中擊球比在原地擊球耗氧量更多。在向側移動擊球過程中，由于球的落點距離準備位置較遠(3米)，運動員首先需要做一個90度轉身，并快速移動到合理擊球區，完成擊球動作后再快速返回到準備位置，整個過程涉及到三個轉身(共270度，不算擊球的轉體動作)、兩個跑動距離(共5—6米)。在向前的移動擊球過程中，其移動距離相同，但不需要轉體動作，早在之前就有研究表明，折返跑同比同速度直線跑需要消耗更多的氧和能量[16]；同時擊球方式也對導致VO2的差異：人向前移動有著與來球方向相反的慣性動能，其對擊球有輔助作用，而向側移動的慣性動能與來球方向是垂直的，輔助作用不大，這就需要運動員調動更多的能量完成擊球過程。本研究結果也顯示，側向移動擊球比向前移動擊球的VO2更大。

從研究結果還可以發現，移動的正反手交替擊球比側向移動擊球耗氧量低，從理論上講兩者應該是一樣的。但移動正反手交替擊球往往由于準備時間不足或者移動速度不夠快而導致擊球時往往采取被動的防守式擊球，身體并沒有做出完整的擊球過程，因而導致了其VO2稍低。

4.3不同球速下的攝氧量

本研究分別用30 km/h和60 km/h球速進行了測試，在較高球速下運動員對來球的判斷和準備時間明顯較短，這要求運動員移動、引拍、揮拍速度都更快。同時由于球速快，來球的沖擊力度更大，運動員需要克服更大的阻力來完成擊球過程。所以運動員在較高球速下需要消耗能多的氧來支撐其生理需求，這與本研究結果(3.3)是一致的。有研究也報道了類似的結果，快速移動擊球下VO2顯著高于低速移動擊球[17]。

4.4心率反應與攝氧量

王步標指出，在一定范圍內心率隨機體需氧量的增加而增加[18]。本研究通過曲線圖和散點圖(圖2、圖3、圖8)可以直觀地觀察到RH和VO2的變化情況：隨著運動的進行，兩者變化基本同步，呈正相關。機體在運動過程中需要更多的氧來滿足其生理需求，必然導致機體心肺活動加強、心率加快。

圖8　VO2、RH散點圖

5研究結論

本研究測試了網球運動低球速和高球速下的原地擊球、側向移動擊球、向前移動擊球和側向移動正反手交替擊球的VO2和RH。結果顯示VO2在各練習中有顯著性變化，VO2平均值在25.8—37.4之間，HR在83.6—157.2之間。

在沒有移動和向側移動時，正手擊球的VO2比反手擊球要低2.0%—6.9%；側向移動擊球同比向前移動擊球和側向移動正反手交替擊球的VO2要高3.1%—8.0%；較高球速下擊球比較低球速下擊球VO2要高1.8%—11.4%。

心率變化與攝氧量的變化同步，成正相關。

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收稿日期：2016-03-09

基金項目：四川省科技廳項目“城市青少年體力活動建成環境測量關鍵技術研究”(2015ZR0214)

作者簡介：袁川(1993-)，男，湖南株洲人，在讀碩士，研究方向為體力活動測量與評價。

中圖分類號：G845

文獻標志碼：A

文章編號：1008-3596(2016)04-0083-06

Oxygen Uptake and Heart Rate Response of Different Stroke Skills during Tennis Games

YUAN Chuan, CHEN En-ge, FAN Jiang-jiang

(School of Physical Education, Sichuan Normal University, Chengdu 610101, China)

Abstract：Objective: This research aims at studying the changing characteristics in oxygen uptake and heart rate (HR) of different stroke skills during tennis games, and laying a theoretical foundation for the advancement of tennis, training and the evaluation of energy consumption. Methods: the indirect calorimetry instrument (cosmed K4b2) is introduced to monitor 21 volunteers who are required to anticipate in situ forehand stroke, situ backhand stroke, lateral movement forehand, lateral movement backhand, approached forehand (only at low velocity), approached backhand(only at low velocity), and lateral movement alternating forehand and backhand stroke. Each activity lasts two minutes at comparative low velocity (30km/h) and high velocity (60km/h) separately. Each stage produces a set of VO2 and HR data. Results: Those statistics indicate that the average level of VO2 ranges from 25.8 mL·kg-1·min-1to 37.4 mL·kg-1·min-1, and the HR ranges from 83.6 times per minute to 157.2 times per minute. Conclusions: VO2 level of forehand stroke is significantly lower than backhand stroke when there is no movement and side movement, VO2 during side movement stroke is higher than front movement stroke and lateral movement alternating forehand and backhand stroke, and stroke at higher velocity requires more VO2than the one at lower velocity.

Key words：tennis; stroke skills; oxygen uptake; heart rate