男子輪椅競速T53/54級1500m模擬比賽供能特征研究

章凌凌，吳雪萍，黎涌明

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男子輪椅競速T53/54級1500m模擬比賽供能特征研究

章凌凌1,2，吳雪萍1,3，黎涌明1,3

1.上海體育學院 體育教育訓練學院,上海 200438; 2.上海財經大學 體育教學部,上海 200433;3.上海市人類運動能力開發與保障重點實驗室,上海 200438

輪椅競速；1 500 m；最大累積氧虧；供能特征

1 前言

運動過程中的能量代謝主要發生于肌肉，人體通過磷酸原、糖酵解和有氧氧化3大途徑[3]為肌肉提供源源不斷的能量。運動時3大供能系統在人體運動過程中是同時運作的[4,15]，各系統之間供能比例由運動項目的負荷強度和持續時間決定[4]。對運動項目能量供應特征的認識是教練員和運動員認識項目特征和制定訓練計劃的重要依據。

輪椅競速自1964年成為殘奧會正式項目以來，已成為脊髓損傷殘疾人中參與率最高的體育運動之一[10]?，F有的研究表明，輪椅競速比賽和訓練的生理學強度較高，運動員的生理能力由于殘疾程度的不同而有較大差異[5]。T53/54級(包括肢體殘疾、脊髓T1以下水平損傷和脊髓灰質炎)運動員在比賽中的心率（HR）可達169~197 次/min[9,19,30,31]；比賽后血乳酸在6.7~20.6 mmol/L之間[9,11,30,31]。對于經常參加訓練和比賽的輪椅運動員來說伴有明顯的上肢肌肉肥大和脊髓損傷以下部位的肌肉萎縮[35]，說明相同比賽距離或相同運動時間下健全人的能量供應比例是否能夠直接作為殘疾人運動的參照標準有待商榷。輪椅競速1 500 m被認為是以有氧和無氧混合供能為主的項目，該觀點主要是來源于1970年Astrand等人給出的有大肌肉群參與高強度運動時有氧和無氧供能比例的數據，提出200～240 s的全力運動有氧供能比例為60%～65%[7]。

隨著測試技術的完善，眾多學者對供能比例提出了新的觀點，認為Astrand等人關于能量供應比例的數據可能低估了有氧供能百分比[14,21,33]。這些觀點表明早期對輪椅競速項目能量供應比例的認識似乎低估了有氧供能的重要性。運用黎涌明等人有關有氧供能比例-全力運動持續時間的關系公式[1,4,25]可算得輪椅競速1 500 m的有氧供能比例約為75%。但是，輪椅競速1 500 m的供能特征到底如何，還有待專門的實驗研究。鑒于此，本研究擬運用最大累積氧虧（MAOD, Maximal Accumulated Oxygen Deficit）計算方法，在真實的比賽場地環境下對男子輪椅競速T53/54級運動員 1 500 m模擬比賽的供能特征進行研究。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

某省輪椅競速隊男子T53/54級運動員自愿參加本研究（表1）。T53級為胸1～8平面SCI（Spinal Cord Injury，脊髓損傷）運動員；T54為胸9以下平面SCI、截肢和脊髓灰質炎運動員[5]。其中，6人有國際比賽經歷，2人有全國比賽經歷，受試者訓練年限在6.5±3.9年以上。測試前已告知受試者詳細的測量流程、存在的風險，并簽署知情同意書。要求受試者在測試前一天不能進行大強度運動，測試期間運動員均在指定食堂就餐，進食時間離測試時間需≥1.5 h，可以正常飲水，但是，不可飲用含咖啡因和酒精的飲料。所有受試者均使用自己的競速輪椅進行測試。

表1 受試者基本信息

注：TPI: time post injury受傷年限；SCI：spinal cord injury脊髓損傷；Amp.: Amputee截肢

2.2 測試流程

每名受試者在2天中完成2次測試，一次為1 500 m全力測試，一次為多級遞增負荷測試。測試時間為8:00～12:00和13:30～17:00。為減小晝夜變化，兩個測試部分都在一天的同一時間進行，2次測試之間間隔≥24 h。測試在戶外合成橡膠標準400 m田徑場完成，測試地溫度11.0±4.1 ℃，濕度47.4±6.8%，大氣壓強為1 056.4±155 kPa。

2.2.1 1 500 m模擬比賽距離測試

由于測試期溫度相對較低，因此，受試者先進行15～30 min的自選強度準備活動；準備活動結束后在輪椅上靜坐休息5 min，在此期間受試者裝戴好心率帶、氣體代謝測試儀和運動表現追蹤模塊后開始測試（圖1）。在測試過程中，操作人員和教練員對受試者進行口頭鼓勵，以盡可能促使受試者全力進行運動。為保證儀器的正常工作和測試數據的準確性，每天測試前嚴格按照廠家要求校對儀器。測試中此設備背于運動員背上不會帶來動作幅度的改變或其他不適。便攜式氣體代謝儀（K4b2, Cosmed, Italy）對受試者測試全程和運動后6 min的呼吸進行測試。采集受試者熱身前后、測試前以及測試后1、3、5、7、10 min的耳血10 μL，使用血乳酸分析儀（Biosen C_line, EKF Diagnostic, Gemany）進行分析；測試全程的HR、速度和距離監測采用心率帶（Polar Accurex Plus，Ploar Electro Oy，Finland）和衛星定位評估系統（GPSports HPU, Canberra, Australia）。測試結束后對受試者進行主觀疲勞度測試（Borg-Scale Ratings of Perceived Exertion 6～20級，RPE)[12]。

2.2.2 遞增負荷測試

遞增負荷的強度根據每位受試者1 500 m測試速度的70%、75%、80%、85%、90%、95%為設置依據，每級測試時間5 min，級與級之間間歇1 min。測試前在400 m田徑場每50 m設置1根標志桿（共8個標志桿），根據受試者個體速度制作測試音頻，在每級開始前30 s、開始、每50 m距離和每級結束時會有提示音頻。同時，運動員競速輪椅上自帶實時速度顯示器。測試過程中，研究人員在跑道外圈攜帶音響跟隨受試者，要求受試者盡可能根據音頻節拍和速度要求完成測試，并全程進行口頭鼓勵。測試全程受試者佩戴氣體代謝儀、心率帶和GPSports運動表現追蹤模塊進行測控。采集受試者每一級開始前、結束后即刻和最后一級結束后第1、3、5、7、10 min耳血，每級測試結束后進行主觀疲勞度測試[12]。實際測試中8名受試者全部完成6級遞增負荷測試，實際測試強度分別為71.3%±2.0%、75.5%±1.0%、80.4%±1.0%、85.4%±1.0%、90.3%±2.0%和97.0%±1.0%，每級測試平均距離為1 328.1±68.0 m、1 446.3±105.0 m、1 559.1±114.0 m、1 656.4±123.0 m、1 794.3±121.0 m和 1 883.1±133.0 m。

圖1 測試流程圖

Figure1 The Experiment Procedure

注：上圖為1 500 m模擬比賽測試流程；下圖為6級遞增負荷測試流程。

2.3 能量供應計算

圖2 MAOD方法示意圖[5,26]

Figure2. Illustration of Maximal Accumulated Oxygen Deficit

2.4 數理統計

氣體代謝儀測試的結果采用Excel（Microsoft）軟件計算后，所有數據均使用SPSS(SPSS Statistics 19, IBM Corporation, USA)完成。通過K-S檢驗證明數據服從正態分布（＞0.05），對受試者有氧和無氧供能百分比、能量供應量、運動前血乳酸與累積血乳酸指標進行配對樣本檢驗；對1 500 m模擬比賽測試成績與測試的生理學指標進行偏相關系數分析，取=0.05為顯著性，各數據的顯示方式都為平均值±標準差。

3 研究結果

從表2可見，8名男性輪椅競速T53/54級運動員在1 500 m測試中平均速度為23±1.3 km/h，最大速度達到27.8±1.3 km/h，成績236.1±15.2 s。測試中HRmax188.9±9.0 次/min，達到個體HRmax的96.7%±4.5%。受試者測試前血乳酸平均為3.7±1.2 mmol/L，測試后凈累積血乳酸為7.5±2.8 mmol/L（＜0.05）。通過控制協變量，進行偏相關分析得出1500m測試時間（s）與運動后凈累積血乳酸值具有邊緣性顯著負相關（=0.057，=-0.798）。測試后受試者主觀疲勞度達到15.3±0.7（介于吃力到非常吃力之間）。

表2 本研究1 500 m模擬比賽測試各項生理學指標

在能量代謝指標方面，運動員平均累積攝氧量為 6 889.3±1 311.1 mL，累積氧虧2 667.3±894.5 mL，運動員總能量供應量為205.5±29.2 kJ，有氧和無氧的能量供應量分別為146.6±21.6 kJ和58.9±18.9 kJ（圖3），有氧和無氧的供能比例分別為71.7%±7.1%和28.3%±7.1%（＜0.001，圖4）。

4 分析與討論

目前，國內、外教練員和科研人員普遍認為，輪椅競速 1 500 m是以有氧和無氧糖酵解混合供能為主的運動項目，但這一觀點并非來自輪椅競速的實驗研究。鑒于此，本研究采用MAOD計算方法在室外400 m田徑場對輪椅競速T53/54級男子1 500 m模擬比賽的供能特征進行研究，并從能量供應百分比、能量供應量、時序性特征和生理學指標4個方面加以分析。

圖3 男子輪椅競速T53/54級1 500 m模擬比賽測試能量供應量

Figure3. Energy Contributions of T53/54 Men’s Wheelchair Racing 1500m SimulationTest

圖4 男子輪椅競速T53/54級1 500 m模擬比賽測試能量供應比例

Figure4. Relative Energy Contributions of T53/54 Men’s Wheelchair Racing 1500m SimulationTest

注：公式即為黎涌明等人在綜合39篇文獻的159個數據得出的有氧供能百分比與最大運動持續時間回歸方程：[Y=22.404×Ln（X）+45.176,R2=0.933 4，Y為有氧供能百分比（%），X為持續時間（min）][1,5,25]計算的1 500m有氧供能百分比。

4.1 輪椅競速1 500 m能量供應百分比

Astrand等人在1970年通過研究提出200～240 s的全力運動有氧供能比例為60%～65%[8]，該結論被應用于多國訓練學著作和文獻中[8,9,30,35]，并成為當前教練員、科研人員對此項目認識的基礎。但本研究顯示男子輪椅競速T53/54級 1 500 m是以有氧供能為主的項目，有氧供能比例高達71.7%±7.1%，明顯高于60%～65%的原有認識。Astrand等人對有氧供能比例的低估可能是由于其研究是建立于受試者在功率自行車上的運動效率為23%的假設之上，而受試者實際運動效率小于23%[4]。同時，Astrand等人直接將功率自行車的研究結果擴展到所有大肌肉參與的運動方式，而沒有考慮到不同運動方式之間的區別[1]。

在Astrand等人的研究之后,也有研究者采用更為可信的計算方法對健全人不同運動方式的供能特征進行研究。黎涌明等人于2013年收集了1987年之后39篇文章的156個供能比例數據，得到了健全人有氧供能百分比與最大運動持續時間的回歸方程[Y=22.404×Ln（X）+ 45.176, R2=0.933 4, y為有氧供能百分比（%），x為持續時間（min）]，提出有氧供能百分比與最大運動時間成指數關系[1,4,25]。將本研究受試者個體測試成績（min）分別代入公式X中得出有氧供能百分比平均值為75.7%。本研究中競速輪椅1 500 m的71.7%有氧供能比例略低于該回歸方程的預測值。

該回歸方程是基于相似持續時間下健全人跑步[8,14,21,29,33]、自行車[16]、皮劃艇[13,27]、手搖測功儀[24]等項目的測試結果，暗示殘疾人運動的供能特征可能有別于健全人，原因可能是參與運動的肌纖維比例不同[1,34]以及殘疾人運動員的肌肉總量要少于健全人[18,36]，全力運動條件下殘疾人運動員參與運動的肌肉百分比更高，因而有氧供能比例更低。由于本研究中的競速輪椅運動員樣本量有限，未顯示統計學差異（=.072），因此，現階段健全人運動的供能特征能否應用于殘疾人體育仍有待進一步研究。

4.2 輪椅競速1 500 m能量供應量

研究結果表明，輪椅競速1 500 m的有氧供能量為146.6±21.6 kJ，無氧供能量為58.9±18.9 kJ，總能量供應量為205.5±29.2 kJ，明顯低于4 min靜水皮艇[24]、劃艇[24]、跑步和自行車[3]的能量供應量。輪椅競速T53/54級1 500 m項目能量供應量僅為相似持續時間健全人跑步、自行車、皮劃艇項目的46.4%～54.1%，說明輪椅競速T53/54級1 500 m與健全人4 min左右全力運動的供能總量相差巨大。

4.3 輪椅競速1 500 m時序性特征和生理學指標

在本研究中，受試者1 500 m全力測試中平均速度為23 km/h，達到個體HRmax的96.7%±4.5%，運動后最高血乳酸為11.1±2.3 mmol/L。通過偏相關分析發現1 500 m測試時間與凈累積血乳酸具有邊緣性顯著負相關（=0.057，= -0.798），說明無氧糖酵解能力是影響輪椅競速1 500 m成績的一個重要因素。

圖5 受試者平均速度HR和O2相對百分比最大值時序變化圖

注：圖中數據為8名受試者的平均值；①、②、③和④分別對應3大系統動態供能過程的4個階段,分別為ATP-CP為主供能階段、糖酵解為主供能階段、有氧供能為主階段和最后的穩定階段。

4.4 研究局限性

1）本研究對8名輪椅競速運動員進行了實驗研究，結果發現以往認識對這一項目有氧供能重要性的低估。雖然受試者樣本量較小，8名受試者的年齡和訓練年限差距較大，可能影響了相關研究結論的得出。但是，考慮到我國高水平的輪椅競速運動員數量相對有限，本研究仍然具有一定價值。2）本研究測試期間由于氣候較冷，測試前對受試者準備活動時間和運動量控制不足導致部分受試者測試前的血乳酸值偏高。3）本研究受試者測試成績相比較慢于個人最佳比賽成績，主要是由運動員在測試中佩戴氣體代謝儀等設備、運動員測試時的競技狀態、測試時的自然環境因素等共同造成的，但是，對整體實驗數據不會產生較大影響。作為系列研究中的一部分，也提示研究者在后續測試過程中要注重對實驗各個細節的嚴格控制。

5 結論

1.輪椅競速T53/54級1 500 m是一個以有氧供能為主導的運動項目，其有氧供能比例高達71.7%±7.1%，早期對男子輪椅競速T53/54級1 500 m項目供能比例的認識可能低估了有氧供能的重要性。

2.男子競速輪椅T53/54級1 500 m的能量代謝指標時序特征可以作為安排專項訓練計劃、發展不同供能系統、評價運動能力的重要生物學基礎。前10 s的能量供應主要源于ATP-CP系統，10～30 s的能量主要來自于無氧糖酵解系統，90 s后有氧系統為運動員維持速度提供穩定供能。

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Energetic Profile of T53/54 Men’s Wheelchair Racing 1500m Simulation Test

ZHANG Ling-ling1,2, WU Xue-ping1,3, LI Yong-ming1,3

1.Shanghai University of Sports, Shanghai 200438, China; 2.Shanghai University of Finance and Economics, Shanghai 200433, China; 3.Shanghai Key Lab of Human Performance, Shanghai 200438, China.

1002-9826(2018)03-0092-06

10.16470/j.csst.201803012

G808

A

2017-09-08；

2018-03-12

上海市體育科技“重點備戰攻關”項目(18J001);上海市人類運動能力開發與保障重點實驗室資助項目(11DZ2261100); 國家自然科學基金項目(31500963)。

章凌凌,女,副教授,在讀博士研究生,主要研究方向為運動訓練學和適應體育,E-mail:Zhang.lingling@mail. shufe.edu.cn。

吳雪萍,女,教授,博士,博士生導師,主要研究方向為適應體育,E-mail:wuxueping@sus.edu.cn。