游泳經濟性研究：歷史、特征與啟示

卞軍義，賴志杰

（廣州體育學院體育教育學院，廣東 廣州 510500）

游泳是人類最為常見的運動之一。當游泳作為競技體育項目時，要求在規定距離內以最短的時間游完全程，同時考慮到水的阻力比空氣大，游泳運動員如何有效、經濟地利用可獲得的能量，合理支配自己的體能游完全程就顯得更為重要。同時，處于訓練初期的游泳運動員通過訓練量與強度的變化， 提高游泳運動員的耐力水平，促使機體最大攝氧量（Vo2max）、乳酸閾（AT）、毛細血管密度、氧化酶活性、血漿容量、氧的運輸與利用等能力的改善與適應。隨著游泳運動員運動水平的提高，訓練量與強度已接近人體極限，訓練強度與量的改變難度加大，特別是訓練量的改變已對上述的生理適應無顯著性改善作用 ，反而游泳運動員的成績在不斷提高。 游泳運動成績的提高離不開技戰術的改進與突破，也不能忽視游泳經濟性（Swimming Economy,簡稱 SE）的適應性改善。目前，SE對高水平游泳運動員運動表現的影響機制還不完全清楚，本文從SE與高水平游泳運動員的競技表現相關性進行綜述，探討近年來SE在競技游泳訓練中的應用情況，進一步闡明SE對游泳競技表現提高的生理機制，發揮SE在高水平游泳訓練中的導向作用。

1 游泳經濟性的概念與內涵

1.1 游泳經濟性研究歷史回顧

游泳經濟性（SE）的第一次公開發文可追溯到1979年，由Craig and Pendergast首次提出。其2人的后續研究中指出，游泳速度（Swimming Velocity,簡稱V）作為評價游泳經濟性的重要參數，反映了推進力與阻力之間的關系，影響游速的因素都可影響SE,游速的提高是劃幅（Stroke Length，簡稱SL）與劃頻（Stroke Rate，簡稱SR）相互作用的結果，最快游速是SL與SR結合的最佳形式且只有一種，即游速V=SL×SR。此時的游泳經濟性研究通過游泳技術的生物力學參數：游速V與SR-SL之前的關系來反映，利用運動生物力學的方法解析、計算得出劃幅SL-劃頻SR與游速V的關系，側重于游泳技術的機械效率，以此判斷游泳經濟性的優劣,可謂是游泳經濟性研究的第一階段。此時游泳經濟性主要是指技術動作的有效性，即游泳運動員游進時對外做功的機械能占代謝生物能的比例。

20世紀中后期，學者們逐漸開始對SE進行科學化研究。1986年Prampero等人的研究中引入了游泳能耗（Cost of Swimming，簡稱CS）的概念，并與游速V等參數一同評價游泳經濟性，得出能量消耗是通過運動中耗氧量（VO2）獲得。 Prampero將攝氧量動力學指標引入SE的評價之中，他假設人體無論在水上還是在陸上，在任何固定速度下其機械效率越高，氧氣消耗越低，即SE越好。所以，此時的SE研究是生物力學與運動生理學的結合，主要特征為技術動作的有效性和能量利用的節省化。

1.2 游泳經濟性的界定與劃分

圖1 游泳經濟性示意圖

不同運動項目之間運動經濟性研究關注的重點有所差異，所以在此有必要對游泳經濟性研究的范圍進行說明。中長跑經濟性是指在次最大強度固定速度下機體單位體重的耗氧量 。考慮到水的阻力因素，在本研究中游泳經濟性指的是游進時機體能量利用的節省，具體是指單位時間內每游進1m每千克體重的耗氧量，或者每游進1m每千克體重消耗的能量，單位：J/kg.m或者ml/kg.m.min。

2 游泳經濟性的適應機制

2.1 身體形態與SE

Chatard JC等人的游速遞增試驗顯示，游進VO2與身高 、體重 成正相關，相關系數分別是0.67、0.89，在同等情況下體重大的人能耗越大，SE越低，與Montpeit RR、Carzorla 研究結果相一致。在手臂長度與SE研究中，Chatard JC等人的實驗結果顯示，在相同游速下（1m/s）手臂短的女運動員比手臂長的能耗多12%，短距離女運動員比長距離能耗多15.7%。PL Kjendlie等人在游速為1.1m/s實驗中發現身高、臂展、體重與游進時的能耗相關性分別是0.74、0.86、0.66，身高高、臂展長、體重大的運動員在同等情況下都不能很大程度地增加能耗，從而降低了SE。研究表明，體表面積（Body Area Surface，簡稱B AS）計算是根據Du Bois D和Gehan、George研究所得公式得出，BAS對游進能耗積極影響的證據至今未有明確，但是BAS與身高和體重成正相關，正好解釋了在相同游速情況下女性游泳運動員比男性游泳運動員SE高的原因 。

2.2 血乳酸濃度（[LA]）、血乳酸穩態（maximal lactate steady state，簡稱MLSS）與SE

1979年，JrDR Pendergast研究揭示了游進速度（V）是游泳技術參數劃頻（SR）和劃幅（SL）相互作用的結果，在自由泳、仰泳、蛙泳游速增加的開始階段，SL、SR都相應增加，當游速到達一定程度后，SL會下降，SR會繼續上升，其中蛙泳SL下降程度最大；蝶泳隨游速增加SR會增加，SL未出現明顯的降低。相對其他周期性耐力項目比如自行車、賽艇、皮艇等，由于水阻力的影響，游泳技術與生物力學參數指標對于SE來說更為重要，因為J Dekele、Wakayoshi K、Keskinen KL、Mariana.F.M等人利用遞增負荷與恒定負荷實驗研究SR、SL與血乳酸濃度（LA）的關系后發現，其中遞增負荷實驗中隨游速V遞增，LA隨之增高并達到穩定狀態（maximal lactate steady state，簡稱 MLSS），達到 MLSS 時對應的游速與SR下降拐點時對應的游速，兩者之間的相關系數為0.88,總結SR出現拐點時對應的游速不僅是SR與SL相互影響的分界，也是訓練強度heavy與severe sub-maximal intensity人體生理能量消耗的分界。MLSS狀態下血乳酸產生與清除的速率相等，是評價有氧能力的黃金標準，MLSS對應的速度是訓練有氧能力的最佳強度，有氧能力改善，SE提高。Barden and Kell利用遞增負荷試驗判斷臨界游速（critical speed，簡稱CS）與SR、SL關系時發現了類似特征，遞增的游速超過CV時，SR-SL出現非線性急劇變化，SR持續增加，SL加速降低。

2.3 以最大攝氧量速度持續運動到不能維持的時間（TLim-Vvo2max）與SE

2005年R.J.Fernandes等人在研究中將TLim-Vvo2max（以最大攝氧量速度持續運動到不能維持其速度的時間）列為SE評價指標，此方法彌補了在極限強度下使用VO2max代替能量消耗時忽略無氧貢獻的不足。在其研究中R.J.Fernandes利用DI Prampero等人計算的能量轉換常數2.7mlO2kg-1Mim-1和Thevelein修正后的計算方法，計算出每個遞增200m消耗的能量（66.05±8.46 O2kg-1Mim-1）,也是首次對SE能量評價指標進行了量化。R.J.Fernandes是第一個分析TLim-Vvo2max與SE的關系學者，研究發現TLim-Vvo2max與受試者的有氧代謝能力關系不大，同時與血乳酸最大值[LA]max和[LA]無顯著相關，最大攝氧量速度下凈能量消耗（C）等于能量消耗與對應速度的比值，研究發現上述的這個比值與游進時的阻力與推進力的比值相等，進一步說明游泳技術在TLim-Vvo2max測試與SE中基礎性作用。R.J.Fernandes等人在接下來的研究中將游泳技術指標：SR、SL、SI與TLim-VO2max相結合發現，TLim-Vvo2max與SR成負相關，與SL、SI成正相關，就是高劃頻、低劃幅的技術組合TLim-Vvo2max時間越短，SE越差。R.J.Fernandes最新研究結果顯示，TLim-Vvo2max的決定因素是最大攝氧量中慢速增長部分（VO2-sec）和最大攝氧量速度下的乳酸代謝率有關，可能與已募集慢肌纖維的疲勞和快肌纖維募集有關。

2.4 最大攝氧量（VO2max）與SE

ACSousa等人研究表明最大攝氧量（VO2max）能夠有效地預測200m自由泳的成績，特別與攝氧量快速增長的部分高度相關，相關系數0.72～0.75，同時證明了攝氧量峰值與攝氧量慢速增長部分無顯著相關，在高強度的固定負荷測試中，攝氧量慢速增長并未出現，從而進一步說明了有氧功能在游泳項目中的基礎性作用。隨著競技游泳比賽的激烈與訓練水平的提高，當下競技游泳訓練除了強調訓練量與強度，更加關注訓練質量與過程的控制與把握，在這樣背景下，TLim-Vvo2max作為VO2max和最大攝氧量速度的補充，起到了重要作用。Ricardo J. Fernandes等人的研究表明，SE優劣更大程度取決于TLim-Vvo2max和誘導達到個人最大攝氧量時的速度，與VO2max無顯著性相關，同時研究表明SE與攝氧量慢速增長部分相關性更高，具體影響機制還有待進一步研究。

作為一個有氧能力的評價與預測指標已被廣泛應用，特別是在評價200m與400m成績方面存在著相對較高的相關性，

3 游泳經濟性研究對我國競技游泳訓練與大眾健身的啟示

3.1 游泳經濟性研究由結果分析向過程分析的轉變

游泳經濟性研究推動了游泳技術由結果分析向過程分析的轉變，以往國內游泳技術的相關分析，主要是對游泳運動員游進的生物力學參數進行結果分析，如游速、劃幅—劃頻、出發反應時、滯臺時間、轉身時間、沖刺時間與速度等指標，當然這些指標的使用能夠客觀地反映游泳運動員在游進時運動學特征。隨著競技體育競爭的日趨激烈，決定比賽勝負的差異越來越小，對運動能力提高機制的研究要求越來越細，游泳經濟性研究不僅從上文描述的生物力學參數進行研究，同樣還關注導致生物力學參數變化的生理學因素，有助于對游泳訓練生理學效應有更為深刻的認識。

3.2 游泳經濟性研究對原有攝氧量動力學特征的挑戰

由于游泳經濟性研究都需要攝氧量動力學分析，所以在攝氧量增負荷測試中，如果初始強度大于乳酸閾強度，特別是大于臨界功率，且運動時間在3min以上,最大攝氧量（VO2max）就會出現最大攝氧量慢速增長部分（VO2-sec）,而維持最大攝氧量速度的時間（TLim-Vvo2max）與VO2-SC成正相關，VO2與游速成負相關，即維持最大攝氧量速度的時間越長（TLim-Vvo2max），VO2-SC幅度越大，游速V越低。隨著訓練課訓練強度的增加，有氧能力動員不足，乳酸耐受力下降，給訓練帶來不利影響。

3.3 游泳經濟性研究對游泳運動原有供能特點挑戰

在男女400m自由泳項目中，最后100m分段中有氧代謝供能的貢獻率分別是73.15%、71.34% ；自由泳超過400m時有氧供能貢獻率為81.1%，最后200m有氧供能貢獻率為93.1% ；200m自由泳有氧與無氧貢獻率分別為65%～35%，200m仰 泳 有 氧 與 無氧貢獻率分別為70%～30%，蛙泳為63%～37%，蝶泳是 61%～39% 。無論是哪種供能比例關系，游泳經濟性的改善表明運動員有氧能力的提高，毛細血管擴張、線粒體密度的增加，大強度準備活動，積極飽滿，縮短從安靜水平進入最佳狀態的時間，減小VO2-sec波動幅度，改善有氧能力的動員，提高運動員乳酸耐受能力。

3.4 游泳經濟性研究的發展方向

游泳經濟性是通過能量消耗與游進速度之間的關系來表明游泳運動員有氧代謝能力，能夠解釋高水平游泳運動員在最大攝氧量（VO2max）、無氧閾（AT）差別不大的前提下，游泳成績變異的來源，是實現低能耗下達到高游速的路徑，其應用價值主要在游泳競技領域。目前，游泳經濟性主要是研究與分析不同游速下劃幅-劃頻不同組合方式的能量消耗情況，其評價指標體系是運動生物力學與運動生理學的結合，其泳姿多數僅限自由泳，未來蝶、仰、蛙3種泳姿下的游泳經濟性研究將是重要發展方向，同時為了進一步明確游泳經濟性研究成果對4種游泳姿勢的指導意義，不同姿勢下每個劃水周期的能耗情況將引領游泳經濟性研究的發展。