越野滑雪運動經濟性影響因素研究綜述

焦怡然，劉 卉，李翰君

越野滑雪又名北歐滑雪，是冬奧會的正式比賽項目。根據使用的技術，越野滑雪分為經典式、自由式、混合式3類，比賽距離由0.8 km到50 km（奧運會與世界杯項目）。與其他耐力性項目相似，運動經濟性對越野滑雪比賽成績有重要影響。運動經濟性被定義為，運動員在次極限負荷下的單位體重、單位時間的穩態攝氧量（O2，ml·kg-1·min-1），常通過氣體代謝分析儀等實驗器械在遞增負荷實驗中獲得（Ainegren et al.，2013；Losne‐gard et al.，2017b）。它是反映耐力運動效率和能量消耗的重要指標（Cavanagh et al，1985；Sandbakk et al.，2010），與最大攝氧量（O2max）、乳酸閾并稱影響長距離運動項目成績的3個關鍵生理因素（李斐等，2019；李慧，2019）。滑雪經濟性對1 300 m短距離滑雪計時賽成績的決定系數可達30%（Andersson et al.，2017），優秀的運動經濟性可在一定程度上彌補O2max低的劣勢（Weston et al.，2000）。

了解滑雪經濟性的影響因素，對改善越野滑雪運動經濟性，從而提高成績有重要意義。目前，關于越野滑雪經濟性影響因素的研究主要集中于地形、技術類型、滑雪動作周期特征、裝備、年齡、性別以及實驗環境方面，其中地形、技術類型、周期特征、裝備因素最重要，常與訓練相結合用于提高運動員的滑雪經濟性。地形和技術類型相輔相成，常結合在一起討論。但關于越野滑雪經濟性因素的研究國內較少，且缺少影響因素的綜述。為備戰2022年冬奧會，國內較多研究者及教練開始關注提高越野滑雪經濟性的問題，明確越野滑雪經濟性的影響因素對提高成績有重要意義。

本文在百鏈云圖書館、知網、PubMed以及Web of Sci‐ence數據庫中，分別以“cross-country skiing”“economy”“economical”“energy expenditure”及“越野滑雪”“經濟性”“滑雪經濟性”等為檢索詞進行檢索，最終選擇70篇發表于1985—2020年、涉及越野滑雪運動經濟性影響因素的文獻進行研究，從越野滑雪運動經濟性的評測方法和影響因素兩方面進行綜述。

1 越野滑雪運動經濟性評測指標和方法

滑雪經濟性的直接評價指標為：次極限負荷下滑雪時，攝氧量達到穩定狀態每單位時間單位體重的氧氣消耗量。也存在一些間接評測指標：1）用輸出功率與耗氧速率比值（KJ/L）表示運動經濟性（Hegge et al.，2016；Moseley L et al.，2001）。2）用耗氧量與呼吸商（respiratory exchange ratio，RER）評價經濟性，如穩態攝氧量與RER對應氧熱價的乘積（Sandbakk et al.，2010）、單位速度下的有氧代謝功率（Moxnes et al.，2009）。3）有氧、無氧總能耗或總代謝率用于間接評價運動經濟性（Pellegrini et al.，2018b）。這些研究考慮了無氧代謝參與的可能性，測試過程會測量血乳酸濃度和二氧化碳排出量（CO2）（Hoff‐man，1992；Sandbakk et al.，2010）。4）總體效率是工作率與總能量消耗代謝率的比值，用來間接評價經濟性（Sidossis et al.，1992）。無論評價指標如何選取，更高的經濟性意味著在給定任務中O2或能量消耗更低，運動員更易取得優異成績。

越野滑雪運動經濟性的測試環境主要為實驗室與雪地。由于可控性和方便性，研究者更傾向選擇在實驗室使用滾軸滑雪板模擬越野滑雪，逐漸增加跑臺速度，使用肺功能測量儀等測量運動員每種負荷下最后幾分鐘或1 min的攝氧量，以此段時間的穩態攝氧量（ml·kg-1·min-1）作為該負荷下的滑雪經濟性（Losnegard et al.，2014b，2017b）。也可和運動學測試相結合，探究經濟性和運動學特征的關系（Pellegrini et al.，2013）。滑雪功率計也可代替跑臺控制負荷，通過測量某功率下運動員的穩態攝氧量，從而評價滑雪經濟性（Bojsen-Moller et al.，2010）。還可使用雪地測量的方式評價運動員的滑雪經濟性。雪地測量通常發生在滑雪隧道或橢圓形雪道，使用節拍器或可控速度的電動雪橇控制滑雪速度，運用便攜式氣體分析儀測量此速度下的穩態攝氧量（Hoffman et al.，1990a；Saibene et al.，1989），從而評價滑雪經濟性。雪地測量和實驗室測量的不同主要在于滑雪器械及環境差異，這可能對實驗數據產生影響。雖然滾軸滑雪和雪上滑雪的經濟性指標存在高度相關性，但不同靜摩擦系數的滾軸滑雪板的經濟性不同。如果以實際雪上靜摩擦系數為標準，有些滾軸滑雪板的靜摩擦系數較高，會產生更高的耗氧量與更低的下肢推進力（Ainegren et al.，2014）。因此，若測試時的滾軸滑雪板不合適，實驗結果可能受到影響。實驗室和雪地兩種測試環境的溫度不同，雪地通常溫度較低，可能會使運動員產生更多的氧氣消耗（Wiggen et al.，2016）。

測量經濟性時需要設定次最大負荷速度，目前有多種設定方法：根據最大速度百分比選擇速度（Gopfert et al.，2013）；根據最大攝氧量、最大心率百分比選擇速度（Bjorklund et al.，2015 ；Losnegard et al.，2017b）；依據受試者主觀疲勞等級程度確定速度（Hegge et al.，2016）；根據滑雪功率計所測功率確定運動強度（Bojsen-Moller et al.，2010）等。

2 越野滑雪運動經濟性影響因素

提高經濟性，可以通過增加推進力和減小阻力來實現。除了遺傳因素外（Roberts et al.，2002），地形及技術類型、滑雪動作周期特征、裝備以及其他因素基本都通過作用于阻力或推進力，對運動員的能量消耗產生影響。

2.1 技術類型

越野滑雪具有大范圍的速度區間（5～70 km/h）及地形區間（坡度-20%～20%），比賽中，上坡、下坡和水平地形各占1/3（Sandbakk et al.，2014）。越野滑雪技術分為經典式與自由式2類（圖1）。經典式技術包括同時推進技術（double poling，DP）、二步交替式技術（diagonal stride，DS）、同時推進踢技術（kick double poling，DPK）等亞技術，自由式滑雪包括V1、V2、交替V2等多種亞技術（Nils‐son et al.，2004）。其中，DP技術要求運動員雙腳保持平行，僅靠雙桿同時支撐獲得推進力；DPK技術是在DP的基礎上增加腿的蹬伸作用；DS與走路、跑步姿勢類似，對側的上下肢同時產生推進運動；V2技術需要運動員每滑一步雙桿支撐一次；交替V2是滑行兩步雙桿支撐一次；V1技術與交替V2技術相似，但支撐姿勢不對稱，存在優勢側。探討經濟性影響因素時常將技術選擇與地形變化一起討論。實際比賽中，DP技術常用于水平地形，隨著坡度增加轉換成DPK技術，在更高坡度滑行時選用DS技術（Welde et al.，2017）。自由式比賽中，隨著坡度增加，逐漸由交替V2轉化成V2和V1技術（Stoggl et al.，2013）。

圖1 越野滑雪常用技術（Bilodeau et al.，1992 ，Welde et al.，2017）Figure 1.The Commonly Used Techniques in Cross-country Skiing

2.1.1 水平地形最佳技術

DP技術是水平地形上最經濟的技術類型（Pellegrini et al.，2013）。Hoffman等（1990a）發現，運動員在雪地滑行時（14.2 km/h），DP技術對應的穩態耗氧量約為DS技術的74%，比DPK及V1技術低約10%。使用滾軸滑雪板在14 km/h和18 km/h速度下滑行時，DP技術比DPK技術及V1技術更經濟，約降低12%（Hoffman et al.，1990b）。自由式技術（V1、V2、交替V2）間無經濟性差異（Bilodeau et al.，1991）。Saibene等（1989）證明，相比DS技術，自由式滑雪技術與DP技術的耗氧量更低，而且自由式滑雪技術的耗氧量最低。當摩擦力逐漸增加時，DP技術和自由式滑雪技術對應的氧氣消耗逐漸一致。實驗室中利用滾軸滑雪測試，也得到同樣結論。Hoffman等（1994）以8名國家級越野滑雪運動員為受試進行滾軸滑雪測試，發現DP技術的耗氧量低于DS技術。Pellegrini等（2013）使用滾軸滑雪板測試，發現水平地形下，DP技術的氧氣消耗是DP、DS和DPK 3種技術中最低的，大部分受試傾向于選擇DP技術。

關于水平地形上DP技術有助于產生更低能量消耗的原因，有3種解釋。1）相較其他技術，DP技術能產生更小的空氣阻力、更大的向前推進分力以及更長的推進時間。此時側向與垂直方向的分力較少，意味著DP技術利于提高做功效率，對提高經濟性有積極影響（Bellizzi et al.，1998；Hoffman et al.，1990a）。2）雖然理論上運動員使用不同技術的對外做功（克服重力與摩擦力做功之和）是一致的，但由于技術動作不同，運動員的重心會發生額外波動，并產生不同的摩擦力（Hoffman et al.，1995；Sand‐bakk et al.，2012）。使用DP技術時，質心位置波動小，對外做功比DS及DPK技術更小（Pellegrini et al.，2014），減少了與技術相關的機械能損耗，實現更高的經濟性。3）Bellizzi等（1998）發現，在水平地形僅用上肢滑雪比只用下肢滑雪少消耗40%的能量，這可能是由于上肢質量小，運動時能夠輔助呼吸，所以耗氧量更少（Boldt et al.，2016）。DPK與DS技術需要上肢支撐與下肢推進共同參與，而DP技術主要依賴上肢獲得推進力（Hoff et al.，1999），因此水平地形滑雪時能耗更少。

2.1.2 上坡地形技術

坡度增加時，DP技術能量消耗低的優勢不復存在。考慮到DS技術產生的速度更大，運動員傾向選擇DS技術繼續滑行（Hoffman et al.，1994；Pellegrini et al.，2013）。Hoffman等（1994）發現，當滑雪者在7.1%的坡度上滑行時，使用DS技術消耗的氧氣與DP技術相似，為7.26 km/h，但在同樣的主觀疲勞感覺下，前者耗氧量更低。

自由式滑雪比賽中，運動員在上坡滑行時普遍使用V1技術。Kvamme等（2005）利用滾軸滑雪板測試優秀運動員使用V1與V2技術在3°～8°的坡度上滑行時的生理反應（3 m/s），發現在較低坡度，V2與V1的耗氧量相似；當坡度高于5°時，V1的耗氧量比V2更低；當在5°上坡滑行時，多種速度條件下（2.25～3.25 m/s）V1耗氧量皆更少。這表明，從能量消耗角度出發，在陡上坡的地形條件下使用V1更有利。

2.1.3 坐式越野滑雪技術

坐式越野滑雪是殘奧會的重要運動項目。運動員坐在滑雪板坐架上利用DP技術向前推進，不同坐位方法會對耗氧量產生不同影響。具有軀干支撐的條件下，跪式（KL）坐位與膝蓋高于臀部（KH）坐位相比經濟性更高（Hofmann et al.，2016）。Lajunen等（2020）發現，沒有軀干支撐，KL也比KH坐位消耗更少的氧氣。但Ohlsson等（2017）發現，使用DP技術滑行時，大部分受試者使用KL坐位產生的氧氣消耗高于KH坐位，并且KH坐位的滑雪總體效率更高。這可能與KL坐位基于向前軀干支撐的姿勢有關。目前，關于坐式越野滑雪的研究大多以健康人群作為受試，可能對研究造成些許局限。

2.2 滑雪動作周期特征

越野滑雪比賽中，高水平運動員的技術優勢常給他們帶來更高的經濟性。技術優勢直接體現在運動員滑雪動作的周期特征上。周期特征是指運動員一個滑行周期（支撐、回桿階段）的運動學及動力學特征，包括周期滑行長度、周期時間、支撐頻率、支撐沖量、回桿時間等參數。Stoggl等（2007）發現，雖然耗氧量與短距離比賽（1 100 m）的運動表現（平均速度）不存在相關性，但最快的滑雪者與最慢的相比，相同支撐頻率下產生更長的周期滑行長度。Lindinger等（2011）探究了周期特征與耗氧量之間的關系，發現滑雪者使用DP技術滑行時，隨著支撐頻率的增加，一個周期的滑行長度變長。雖然支撐頻率40次/min與60次/min條件下的氧氣消耗沒有統計學差異，但兩者與80次/min時相比時，穩態攝氧量降低約13%。這種耗氧量差異可能是因為高頻率滑行時產生較大的下肢關節屈伸范圍，以及更大的回桿時期角速度。低頻、長滑行長度的動作模式有利于提高經濟性，因此，適當增加低頻訓練可能提高經濟性。另外，經濟性和回桿時間可能存在一定關系。Holmberg等（2006）發現，運動員使用DP技術時，更低耗氧量對應更長絕對回桿時間。Stoggl等（2013）發現，使用V1技術時，回桿時間更長，周期頻率更慢。Stoggl等（2009）認為，高沖量的推進是更經濟的動作，尤其是對DS、V2以及DP技術而言。總之，更經濟的周期特征及動作特征是相輔相成的，周期頻率降低會伴隨周期時間的增加，相對較短且沖量較大的支撐階段會造成時間相對較長的回桿階段。

上肢的有效擺動有助于實現更長的滑行周期長度，可能是降低能量消耗的重要技術特征。Alsobrook等（2009）發現，可以用10 s上肢平均輸出功率反映越野滑雪運動員的經濟性，平均輸出功率越高，經濟性越好。因此，有效的上肢力量訓練可能是改善滑雪經濟性的重要方法。Sandbakk等（2013）探究了有無上肢支撐動作對V2技術耗氧量的影響，發現伴有手臂支撐動作有利于產生更低的耗氧量、更長的滑行周期長度和時間，以及更低的周期頻率。Grasaas等（2014）發現，交替V2技術也存在類似結論。Gopfert等（2016）研究了交替V2技術中手臂擺動對神經肌肉激活及腿部力量的影響，發現伸膝時，手臂自由擺動條件下的股內側肌和股直肌的平均肌電更低，中速與高速滑行下尤為明顯，從側面體現手臂運動對經濟性的提高作用。雖然神經激活模式未發生改變，但擺臂能充分利用拉伸-收縮周期儲存的彈性勢能，使有擺臂比無擺臂的經濟性更高。在不控制周期長度和周期頻率的情況下，上肢擺動產生更長的滑行周期長度，可能也是經濟性提高的側面體現。

下肢動作也會對經濟性產生一定影響。DP技術中，下肢膝關節及踝關節的有效運動對維持更長時間的運動有重要作用。雖然膝、踝關節有無自由活動未對穩態耗氧量造成統計學差異，但下肢關節自由運動時，受試者滑行至力竭的時間更長。這說明雖然DP技術中下肢運動無法直接降低能量消耗，但可能通過增加運動時間減少相對能耗（Holmberg et al.，2006）。對于自由式滑雪如V2技術，降低髖關節垂直方向的加速度有利于減少氧氣消耗和1 000 m計時賽的時間。因此，這種髖關節運動模式可能是V2技術的關鍵點，能夠改善滑雪經濟性，提高比賽成績（Losnegard et al.，2017a）。

較高質心的穩定性有利于提高經濟性。Zoppirolli等（2015）發現，與水平較低的滑雪運動員相比，高水平滑雪運動員通常伴隨更低的耗氧量，這可能是由于他們支撐早期身體前傾角更明顯，質心垂直位移范圍較小，從而降低周期頻率，改善了經濟性。在冬季兩項滑雪項目中，建議通過將步槍靠近身體質心來增強身體-器械總體質心的穩定性，從而提高滑雪經濟性（Rundell et al.，1998）。Pellegrini等（2018a，2018b）發現，區域級運動員的多余運動（如高頻振動）更多，且與能量消耗成正相關。

2.3 裝備

合適的滑雪裝備是增加推進力或減少阻力的重要因素。其中，滑雪桿的長度非常重要，許多研究發現使用長桿有利于減少能量消耗。Losnegard等（2017b）發現，滑雪者在低坡度下使用DP技術，長桿（自選桿＋7.5 cm）對應的穩態耗氧量比自選桿（84±1%身高）更低，1 000 m計時賽成績更優。Carlsen等（2018）得出相似的結論，發現在低坡度（1.7°）的實驗條件下，使用長桿（自選桿＋10 cm）消耗的氧氣最少，其他桿長的耗氧量間無統計學差異；中等坡度（4.5°）滑行時，長桿仍保持最低氧耗，此時多種桿長（自選桿-5 cm、自選桿、自選桿＋5 cm和自選桿＋10 cm）的氧氣消耗均有統計學差異。這說明隨著坡度的增加，桿長對氧氣消耗量的影響逐漸變大。桿長對經濟性的影響可能通過作用于滑雪動作周期特征完成，與回桿時間、支撐沖量呈正相關，與周期頻率呈負相關。這些周期特征有利于提高經濟性（Onasch et al.，2017）。優秀的打蠟技術及滑雪板，能減小滑行時的摩擦系數，從而影響經濟性（Breitsch?del et al.，2012；Swarén et al.，2014）。滑雪板鉸鏈（hinge）及滑雪桿握把位置的改變未對運動員的穩態攝氧量產生顯著影響，但其分別造成肌肉激活模式、上肢輸出功率的改變，可能會潛在地影響能量消耗（Bolger et al.，2016；Heil et al.，2004）。

2.4 其他因素

年齡可能會造成滑雪經濟性改變。Lepers等（2016）發現，隨著年齡增長，同樣測試條件下的穩態攝氧量增加。但也有研究發現，年齡較大滑雪者的經濟性及總體效率比年輕滑雪者更高（Ainegren et al.，2013）。這種差異可能由于年長及年輕的定義不同：前者年長滑雪者平均年齡為40歲，后者年齡為25歲，因此推測隨年齡增長，穩態攝氧量可能呈現先上升后下降的趨勢。

性別因素也可能對滑雪經濟性產生影響。Rundell等（1998）研究不同性別滑雪者的耗氧量差異時，發現女性的相對氧氣消耗高于男性，此時使用的是交替V2和V1技術。但Ainegren等（2013）發現，無論水平高低，滑雪運動員的經濟性不存在性別差異，此時使用的技術是DS及V2。因此，性別對滑雪經濟性的影響尚未定論，可能與技術類型有關。

越野滑雪運動存在多種距離項目。不同距離項目中，運動員的經濟性水平可能有所差異。同樣的測試條件下，長距離與短距離專項運動員的氧氣消耗沒有差異，但短距離運動員滑雪時氧虧更大，峰值攝氧量（O2peak）更高，有更強的無氧能力，意味著總能耗可能更多（Losne‐gard et al.，2014a）。Skattebo等（2019）進一步發現，長距離（大于50 km）滑雪運動員與參與多種距離項目的全能運動員相比，氧氣消耗量更低。

3 結論及展望

1）大部分研究使用次極限負荷下單位體重和單位時間的穩態攝氧量評價滑雪經濟性，也存在少量研究使用有氧、無氧總能耗進行評價。大多數研究使用滾軸滑雪模擬實地越野滑雪方法的測試，但實驗條件以及器械可能對結果產生影響。2）在水平地形，DP技術是提高運動員比賽經濟性的重要措施。隨著坡度增加，DS技術的優勢更大。3）技術訓練中，運動員應注意增加滑行周期長度、支撐期沖量，延長回桿時間，減少質心在垂直方向的運動，保持身體前傾，從而提高經濟性。上肢力量訓練，降低髖關節垂直方向的加速度，都有利于產生更經濟的滑行。這些因素可能通過改變滑雪的周期特征而改變運動經濟性。4）使用長桿（長于自選桿）可以有效減少越野滑雪運動員的耗氧量。5）性別、年齡等個體差異對經濟性的影響尚不明確。

目前越野滑雪經濟性的研究仍較多關注某個因素的影響，缺乏對多個因素綜合效應的探究和總結，未來需對此類問題加強研究。此外，需要進一步統一實驗條件，增強研究的可比較性，更好地體現滑雪經濟性是影響越野滑雪成績的重要因素，運動員的水平差異可在經濟性上有所反映。