影響1 500m跑節奏的機械要因及賽后血乳酸濃度分析

楊永昌　ENOMOTO Yasushi

摘要：目的：對影響1500m跑速的各機械變量及賽后血乳酸濃度進行相關分析。方法：以11名男子中長跑選手為研究對象，通過視頻分析與血乳酸濃度測試，獲取選手各機械變量及賽后血乳酸濃度值。結果：步幅與速度間呈顯著相關性（r=0.805，P<0.01）。賽后血乳酸濃度峰值與比賽成績無顯著相關性。L3區間速度與血乳酸濃度峰值呈顯著相關性（r=0.608，P<0.05）。各區間變量分配在L3區間速度、步頻、身體垂直剛度最小，重心位移最大;L4區間步幅、最大地面反作用力、騰空時間最小，接地時間最大。結論：步幅對選手節奏影響顯著。第三區間乳酸堆積及機械變量薄弱是導致選手比賽中、后程速度降低的主要原因。

關鍵詞：1 500m;速度;節奏;血乳酸濃度

中圖分類號：G804文獻標識碼：A文章編號：1008-2808（2021）04-0023-07

The Effect of Mechanical Factors and Post-competition Blood Lactate on Pace of 1 500m

YANG Yong-chang， ENOMOTO Yasushi

Abstract：The purpose of this study was to investigate the effect of mechanical factors and post-competition blood lactate on pace of 1500m. Methods：11 middle and long-distance runners were taken as the research objects. Through the video analysis and the blood lactate concentration test， the runners mechanical factors and post-competition blood lactate values after the race are obtained. The results were as follows： Stride length and running speed were significantly correlated （r=0.805， P<0.01）， No correlation was found between blood lactate concentration and race time， but L3 section running speed and PBLa were significantly correlated （r=0.608， P<0.05）.From the perspective of variables in each section， the speed， stride frequency， and vertical stiffness （Kvert） are the smallest，and the center of mass（Δy） is the largest in the L3 section. The stride length， maximal reaction force （Fmax） and flight time are the smallest， and the contact time is the largest in the L4 section. Conclusions： The stride length has a significant effect on the runners pace. accumulation of lactate and mechanical factors of L3 section are the main causes for the runners speed reduction。

Key words：1 500m; Running speed; Running pace; Blood lactate concentration

在計時比賽項目中，選手比賽過程并不總是恒定的，它會根據外界環境、生理和心理狀態變化而自我調整。如何設定比賽節奏對選手更新成績，贏得比賽有很大影響。Foster等學者認為適當的步調對運動成績至關重要[1]。對比前三名選手成績發現，差距僅有1%。說明即使是節奏策略上的微小變化也可能對比賽結果產生重大影響[2]。1 500m跑是一項及有氧和無氧代謝能力都很高的項目。根據Duffield等學者對1 500m跑能量代謝的研究，男性選手有氧占77%，無氧23%，女性有氧占86%，無氧為14%[3]。可見有氧與無氧代謝在1 500m運動中都占有極其重要的角色。

通常將骨骼肌抗氧化能力、最大攝氧量（VO2max）、最大心率（HRmax）等用作評價中長跑運動能力的指標。近年來，通過無氧閾（AT）評估運動成績和設定運動強度的研究亦很多[4]。學者Thompson認為，中長跑性能的特點是生物力學和生理學參數的中間值，每一個參數的巧妙組合都有可能致使高水平成績出現。機械功率的輸出和能量分配差異因比賽項目而不同。中長跑在生理性能上取決于跑步經濟性和抗疲勞性，而從生物力學角度來看，這種高經濟性源于執行理想的機械模式，包括施加適當大小、方向和時間的力，同時避免額外體能消耗。所以在保持接地時間的同時，增加步頻、降低最大垂直地面反作用力和沖擊載荷的生物力學因素與抗疲勞性有關[5]。

此外，優秀中長跑運動員均表現出較高的攝氧量[6-7]，在有氧條件下可以維持的最大速度與中長跑成績顯著相關[8]。在無氧能力評價方面，森丘等學者認為血液中乳酸濃度的變化對其評價無氧功率與中長跑性能十分重要[9]。在賽后乳酸與成績方面，榎本等學者對800m跑賽后血乳酸濃度進行了相關研究，結果顯示賽后血乳酸濃度與運動成績并無顯著相關性，但區間速度與血乳酸濃度方面存在不同程度相關[10]。黃仁官等學者在10 000m跑和半程馬拉松項目研究中發現，比賽成績與賽后血乳酸濃度呈顯著負相關[11]。

基于當前中長跑項目研究現狀，本研究意在通過對1 500m跑各機械要因及賽后血乳酸濃度變化的分析，探討對其實際比賽中跑步節奏分配的影響，從而為訓練與比賽提供參考。

1研究對象與方法

1.1研究對象

11名健康男性中長跑運動員，年齡20.2±1.03歲;身高1.72±0.06m;體重57.8±5.45kg;比賽成績4.05.21±3.86s;個人最佳成績4.00.84±5.11s;比賽達成率為98%±1.64;賽后血乳酸濃度峰值（PBLa）為19.93±3.32mmol/L。所有選手自愿參加了這項研究（詳見表1）。

1.2研究方法

1.2.11 500m數據采集本研究采用兩臺數碼相機（HC-VX908M，松下，日本）沿跑道對選手進行跟蹤拍攝。拍攝速度為59.94fps，鳴槍閃光拍攝時的快門速度為1/60s，之后相機速度以1/500s～1/1000s錄制至比賽結束。視頻以AVI格式保存， Quick Time Player軟件讀取。

1.2.2賽后血乳酸采取為獲取PBLa（血乳酸濃度峰值），賽后對其進行指尖取血（Lactate Pro 2;Japan;測量范圍0.5～25.0mmol/L;測量時間15s）。采血以賽后間隔1、3、5分鐘進行，直至選手血乳酸濃度開始降低為止。部分選手采血至4～5次，所有選手均在10min內完成PBLa測定。

1.2.3各變量計算從視頻中讀取每100m段的時間（1/100s），將每段時間代入公式（1），計算每100m區間的速度。

讀取每100m區間中10步所需時間，將1步所需時間倒數作為步幅（SF），公式（2）。將每個區間平均速度比上步頻求得每100m區間的步幅（SL），公式（3）。

讀取每100m區間10步所需幀幅，計算每100m區間的平均接地時間（CT）和騰空時間（FT）。本研究相機拍攝速度為59.94fps。假設FI是腳接觸地面時的瞬時幀數，FO是腳離開地面時的瞬時幀數，由此可得公式（4）。

速度變化率是指從前1區間到后1區間的速度變化方式。將1 500m劃分14個區間，分別表示為：L1-2：0-100m～100-200m;L2-3：100-200m～200-300m …… L14-15：1 300～1 400m-1 400～1 500m，由此可得：

此外，Nummela等學者表明，跑的經濟性受到地面反作用力的垂直沖力，步幅長度，地面接觸時間變化以及腿部垂直剛度的影響[12]。根據Carrard等學者研究，通過對接地時間（CT）、騰空時間（TF）、運行速度和體重評估，可采用Morin等學者提出的方法來計算身體彈簧質量參數（spring-mass parameters）來評價其經濟性[13-14]。即垂直剛度（Kvert，單位N/m， 公式（6）），最大反作用力（Fmax，單位N，公式（7）），身體重心位移（Δy，單位m，公式（8））。

1.2.4數理統計法運用描述性統計對數據做初步分析，結果表示為平均值±標準差（Means±S.D.）。用Pearson 相關系數對其變量間做相關分析，r取值范圍為[-1，1]，統計顯著性水平設為5%。

2研究結果

11名選手平均比賽成績在405”21左右，一位選手達到我國1級水平，剩余10名選手均達到了我國2級水平。比賽成績達到個人最佳成績的98%左右。表2為各區間變量分配指標。將1 500m分為四個區間來看（即L1：0～400m;L2：400～800m;L3：800～1 200m;L4：1 200-1 500m），其中，速度（6.03m/s，98.4%）、步頻（3.2Hz，99.0%）、身體垂直剛度（37 430N/m，97.3%）在L3區間最小;步幅（1.88m，98.8%）、最大地面反作用力（1 694.93N，96.7%）與騰空時間（0.145s，95.5%）在L4區間最小;接地時間L4區間最大（0.162s，102.8%）;身體重心位移在L3區間最大（0.047m，102.1%）。

圖1表示的是各機械變量與速度相關性示意圖。 關于影響跑速的要因，除了本研究所涉及的變量外，跑步者在接地時小腿的角度、髖關節制動、軀干前傾、踝關節彎曲等生物力學要因也對中長跑速度產生重要的影響[15]。從本研究的結果來看：步幅與速度之間具有顯著正相關性（r=0.805，P<0.01），步幅越大，速度越快。其他變量與速度之間呈現弱相關性或無顯著相關性。由此可見，步幅對此次比賽選手速度方面影響顯著。

圖2為選手比賽成績與賽后血乳酸濃度峰值示意圖。從本次實驗結果來看，比賽成績與賽后乳酸濃度峰值并無顯著相關性（r=0.021，P=0.95）。圖3為1 500m各區間速度與賽后血乳酸濃度峰值示意圖。將1 500m速度分為四個區間（L1：0～400m;L2：400～800m;L3：800～1 200m;L4：1 200～1 500m），第三區間速度與賽后乳酸濃度峰值存在顯著相關性（r=0.608，P<0.05），其余區間無顯著相關性。

3分析與討論

3.1速度分配模式對運動性能的影響

在中長跑比賽中，節奏分配關系著運動員的成績水平。從運動學角度，主要考慮速度的分配;從生理學角度，主要考慮能量代謝與供給（有氧、無氧供能）[16]。根據學者Adams研究，可將中長類跑速類型主要分為三類：slow-fast、fast-slow-fast、steady[17]。從運動學角度來看，steady型跑法最為理想，但實際比賽中，因人體能量代謝、空氣阻力、地心引力等因素影響，速度并非一成不變。另外Pettitt和Jones等學者通過對中長跑臨界速度、臨界功率、氧動力學的研究提出前半程速度的快慢對比賽成績起到了決定性作用[18-19]。然而，另一些研究指出，快速的啟動模式會使選手ATP-PCr系統供能過早，或導致運動員提前達到最大攝氧量而引起選手過早疲勞[20]。Hanon等學者認為過度快速的起跑戰略會損害整體表現，啟動速度必須低于VO2max的115%，且持續時間不應超過25-30s。啟動速度應足夠快用以增強VO2動力學，并快速調整節奏，以將1 500m中部的能量成本降至最低，以便能夠在終點前300m加速[21]。

從本研究參賽選手速度變化來看（見圖4），水平較高的選手，速度保持較為穩定，比賽后程沖刺表現明顯。而水平較低的選手，從1 200m處開始明顯減速，表現最為明顯的是8號選手在1 200m處的突然減速。導致該選手速度明顯下降原因為前程速度過快，節奏戰略分配失衡而導致前程體力過度消耗，體內產生大量疲勞物質所致。從所有選手各區間速度變化率來看（見圖5），加速最明顯的區間是L1-2，主要考慮選手為獲取較有利的位置而采取的戰略表現。減速最為明顯的區間則在L9-10。此時考慮選手過度消耗體力及體內疲勞物質堆積（乳酸）對選手速度帶來直接影響。從選手速度分配模式來看（見圖6），以相對速度100%為基準，全程速度表現出「fast-slow-fast-slow」的戰略分配模式。若最后200m沖刺階段能維持在相對速度100%左右，整體水平將大幅提高。

3.2跑的機械因素對跑速節奏的影響

跑速由步頻與步幅乘積決定。根據Hogberg和Luhtanen等研究，當跑速接近最大速度的70-80%之前，步幅的增加比步頻的增加影響要大，如果跑速繼續增大，步頻則急劇增加，步幅則會減小[22-23]。另外，學者Peter在其步幅與氧氣攝入量關系研究中，在最短和最長步幅時的VO2的平均攝入量分別為2.6和3.4 ml·kg-1·min-1。步幅越大，氧氣攝入量越多，能量消耗越大[24]。在速度與各機械變量方面，Carrard等學者發現各機械變量與速度之間呈現不同程度相關性[13]。而從本研究各機械變量與跑速的相關性來看（見圖1），步幅與速度之間具有顯著正相關性（r=0.805，P<0.01），其他變量與速度之間呈現弱相關性或無顯著相關性。導致該結果原因或許與實驗對象水平差異不大有關。因此，今后需加強對不同級別，不同水平選手的研究，從而進一步探討機械變量及賽后血乳酸濃度對其節奏性能變化的影響。

另外，從各區間各變量分配來看（見表2），L3區間的速度、步頻、身體垂直剛度最小，重心位移在該區間最大。L4區間的步幅、最大地面反作用力與騰空時間最小，接地時間在該區間最大。可見第三區間與第四區間各機械變量在整個比賽中較為薄弱。Jordan與中野等學者在其研究中同樣認為1 500m跑速的四個區間中，L3區間是運動員性能最為薄弱的環節[25-26]。因此，為提高選手中后程的運動能力，保持騰空與接地時間穩定，積極加快步頻與加大步幅，維持身體重心位移平穩與身體剛度穩定等方面至關重要。與此同時，選手在接地時的小腿角度，盆骨的峰值制動速度，踝關節彎曲程度及軀干姿勢等技術要領，也對其速度產生重要影響[15，27]。

3.3血乳酸濃度對跑速節奏的影響

血乳酸濃度作為評價選手無氧能力指標，一些研究表明比賽成績與賽后乳酸濃度顯著相關[11]。但亦有研究表明，對于高水平運動員，賽后血乳酸濃度并不能作為評價成績的絕對標準[10，28]。本研究結果為賽后血乳酸濃度與賽后成績并無顯著相關性。而第三區間速度與賽后乳酸濃度峰值存在顯著相關性（r=0.608，P<0.05）。因此，第三區間乳酸堆積或許是導致第三區間各機械變量較為薄弱，影響選手速度節奏變化的原因之一。

目前，關于1 500m賽后血乳酸的研究較少。我國學者李金珠在對國內大學生男子中長跑運動員測得的運動后血乳酸濃度峰值為12.6mmol/L[29]，與本研究賽后選手乳酸峰值19.93mmol/L相比，濃度相對較低，其原因或許在于正式與非正式比賽運動后獲取峰值的不同。因此無法客觀比較兩國大學生運動員實際水平。但據Lacour等學者對800m選手賽后乳酸濃度的峰值研究，賽后選手峰值可達到20mmol/L左右[8]。因此，對于1 500m跑賽后血乳酸濃度研究還有待深入研究。

4結論

基于上述1 500m跑各機械變量及賽后血乳酸濃度對其節奏的相關性研究，可得：

（1）步幅與速度顯著相關，步幅調整對選手節奏變化產生顯著影響。賽后血乳酸濃度峰值與比賽成績無顯著相關。區間速度上，第三區間速度與賽后乳酸濃度峰值存在顯著相關性。乳酸生成與堆積或許是導致第三區間速度降低的主要原因之一。

（2）在節奏分配方面，選手整體表現出fast-slow-fast-slow的戰略模式，個別選手因節奏分配不均，表現出明顯fast-slow模式。選手若能在最后200米沖刺階段維持相對速度穩定，整體水平將大幅提高。

（3）在不同區間各變量分配上，L3區間的速度、步頻、身體垂直剛度最小，重心位移最大;L4區間的步幅、最大地面反作用力與騰空時間最小，接地時間最大。選手中、后程機械變量薄弱，對整體節奏影響較大。

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收稿日期：2020-04-18;修回日期：2020-06-11

作者簡介：楊永昌（1988-），男，博士，研究方向為運動生理學。