靜水皮艇500m供能特征

黎涌明，陳小平，馬格特·尼森，烏里·哈特曼

1.Faculty of Sport Science，University of Leipzig，Leipzig 04109，Germany；2.Faculty of Physical Education，Nibong University，Ningbo 315211，China；3.Guangdong International Rowing and Canoeing Center，Guangzhou 510545，China.

1 前言

自靜水皮劃艇1936年成為奧運會比賽項目以來，500 m就是歷屆奧運會的比賽距離。根據(jù)國際皮劃艇聯(lián)合會比賽章程的修改，自2012年倫敦奧運會起只有女子皮艇運動員進行500m距離的比賽。2011年世界錦標賽上，女子皮艇500m所包括的三個項目（單人艇、雙人艇和四人艇 ）第 一 名 的 成 績 分 別 為 01：47.1，01：37.1 和 01：36.3。2009年全國運動會上，此三個項目第一名的成績分別為01：54.0，01：47.0，01：37.1。作為一個運動時間在90～120s以內(nèi)的項目，靜水皮艇500m的能量供能特征是安排年度訓(xùn)練的生物學(xué)基礎(chǔ)。但是由于專項運動供能特征研究的缺失，對皮艇500m供能特征的認識主要來自早期學(xué)者的研究，因此皮艇500m曾被定義為一個以無氧供能為主的運動項目［1］。隨著皮劃艇測功儀的成熟，自20世紀90年代末開始，皮劃艇專項供能特征逐漸得到研究［8－11，13，18］，研 究 表 明 ，皮 艇 500m 的 有 氧 供 能 比 例 ＞50%。然而，國內(nèi)對皮劃艇專項供能特征的認識仍停留在20世紀90年代之前，認為500m項目有氧供能比例只占50%［2］。

對能量供應(yīng)的研究可追溯到20世紀60～70年代，以瑞典生理學(xué)家Astrand為代表的研究人員根據(jù)早期的研究結(jié)果制定出了不同持續(xù)時間下高強度運動的供能比例表格［4］。此后，隨著認識的不斷深入，對人體能量供應(yīng)特征的研究出現(xiàn)了多種方法，其中包括肌肉活檢法［7］、氧債法［21］、累 積 氧 虧 法［17］（Accumulated Oxygen－Deficit，AOD）等，但是其中采用最為廣泛的方法是累積氧虧法。在能量供應(yīng)的各種研究方法中，爭議主要存在于對無氧供能部分的計算，有氧供能部分的計算沒有爭議（運動中的實際攝氧量）。Krogh和Lindhard于1920年首次提出，氧虧（Oxygen Deficit）這個概念［16］，Hermansen等人在1969年再次提及氧虧，并進行了累積氧虧的嘗試［14］，Medbo等人于1988年首次提出，利用AOD計算高強度運動下無氧供能的方法［17］。運用AOD對靜水皮劃艇供能特征進行研究始于1997年 Byrnes等人［13］的研究，之后 Bishop等人［8－11］和 Nakagaki等人［18］運用同樣的方法也進行了類似研究。

鑒于目前國內(nèi)對靜水皮艇500m供能特征認識的滯后，以及利用AOD進行高強度運動下能量供應(yīng)研究方法的成熟，本研究選取中國運動員作為研究對象，采用AOD對靜水皮艇500m的供能特征進行研究，以來自中國運動員群體的研究結(jié)論更新國內(nèi)皮劃艇教練員和運動員對靜水皮艇500m供能特征的認識。

2 研究對象和方法

2.1 研究對象

來自某省皮劃艇二隊的8名健康女子皮艇運動員自愿參加測試，受試者在測試前被詳細告知測試流程和測試可能存在的不適，各測試流程均符合有關(guān)實驗倫理的規(guī)定。受試者參加本研究測試時正處于冬季準備期中期，受試者基本信息如表1。

表1 本研究受試者基本信息一覽表Table 1 Basic Information of Subjects

2.2 實驗流程

每名受試者在不同的測試天中進行了兩次測試，一次為測功儀120s全力劃，一次為測功儀多級測試，測試時間為上午8：00～12：00和下午13：00～17：00。測試地海拔高度為11m，溫度和濕度分別為19℃和35%。受試者被要求測試前一天不要進行劇烈運動，測試前2h內(nèi)不要進食（但可正常飲水）。測試采用風(fēng)阻型皮艇測功儀（Dansprint，I Bergmann A／S，Hvidovre，Denmark），阻力統(tǒng)一設(shè)為3，受試者在測試前可根據(jù)自身身高調(diào)整腳蹬板和座位間的距離。此測功儀通過自帶軟件可實現(xiàn)與電腦同步，并即時采集功率、槳頻、距離、速度等信息。便攜開放式氣體代謝測試儀（MetaMax 3B，Cortex Biophysic GmbH，Leipzig，Germany）被用于對測試過程的準備活動、正式測試，以及測試后10min進行每次呼吸（Breath by Breath）的氣體采集和儲存。每天測試前按照廠家操作規(guī)定對此設(shè)備進行壓力、容量和氣體校準。容量校準采用3L的注射筒，氣體校準采用標準校準氣體（O2：15.00%，CO2：5.00%）。每名受試者在第一次測試前選取適合自己的面罩型號，兩次測試使用同一型號面罩。此設(shè)備重約600g，運動員將此設(shè)備背于背上不會帶來動作幅度的改變或其他不適。氣體采集、儲存和分析使用標準軟件（MetaSoft，Cortex Biophysic GmbH，Leipzig，Germany）完成。采集20μL的耳血，并使用血乳酸分析儀（BIOSEN S line，EKF Diagnostic，Barleben，Germany）進行分析。心率的采集使用Polar心率帶（Polar Accurex Plus，Polar Electro Oy，Kempele，F(xiàn)inland）和MetaSoft完成。

1）120s最大測試

2）多級測試

擇取2016年1月至2018年2月行宮頸癌早期篩查的134例患者,其年齡為27-56歲不等,均齡為(41.50±2.35)歲。所有入選者均有性生活,具有篩查宮頸癌的需求。將其隨機分入對照組和研究組,67例為一組,對比兩組患者文化水平、年齡、疾病類型等一般資料,未見明顯差異(P>0.05),臨床可比性較高。所有患者均知曉本次研究目的、內(nèi)容,入組行為均屬自愿。

對8名青少年女子皮艇的測試結(jié)果顯示，皮艇測功儀120s全力劃過程中，共攝入氧氣4 747±652ml，累積氧虧為3 395±1 313ml，有氧供能和無氧供能的比例分別為59.6%±11.4%和40.4%±11.4%，最大心率為179±8 bpm，最高血乳酸為11.3±1.5mM／L。

不同時期施用磷肥的小麥單株次生根都比未施用的多，說明施用磷肥促進了小麥次生根的發(fā)生，但磷肥用量大于60 kg，小麥單株次生根增加不明顯。

保障患者醫(yī)療安全是醫(yī)生工作的核心。行日間手術(shù)的患者因住院時間短，相較于普通住院患者手術(shù)風(fēng)險增大。為最大限度保障其醫(yī)療安全，嚴格的圍術(shù)期評估及術(shù)后隨訪顯得格外重要[3,11]。筆者在實踐中不斷進行經(jīng)驗總結(jié)，逐漸制作出若干個評估量表，對患者進行麻醉前病情評估 、進入手術(shù)室后二次病情評估、患者離開麻醉恢復(fù)室(PACU)或手術(shù)室指征評估、患者離院指征評估(PADS)、患者離院后24h及48h內(nèi)隨訪評估等，以期對患者進行閉環(huán)管理，及時發(fā)現(xiàn)問題并將其消滅在萌芽之中，切實保障其圍術(shù)期醫(yī)療安全，真正實現(xiàn)“手術(shù)是治病，麻醉是保命”的行醫(yī)宗旨。

此外，我國發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+”和“大數(shù)據(jù)”戰(zhàn)略，智能科技水平也不斷的提高——如虛擬現(xiàn)實增強技術(shù)(VR技術(shù))、人工智能(AI)等，這些技術(shù)與華誼產(chǎn)品或營銷方式的結(jié)合，將為消費者帶來全新的體驗，鞏固品牌忠誠度。

受試者裝戴好心率帶和氣體代謝測試儀后，采集安靜時耳血，并進行4～6級遞增強度測試。根據(jù)120s最大測試結(jié)果設(shè)定起始強度為40～55W，遞增幅度為15W，每級強度持續(xù)5min，級與級之間間歇1min［8，18］。采集每一級后即刻耳血和最后一級結(jié)束后第3、5、7、10min耳血。

根據(jù)每名受試者在多級負荷中對應(yīng)的功率和攝氧量關(guān)系，可以得到二者之間線性回歸公式，將此公式進行外推，即可求得全力運動下每一槳功率所對應(yīng)的所需攝氧量，所需攝氧量和實際攝氧量之間的差值即為氧虧，氧虧對時間的積分即為該時間段內(nèi)無氧供能的量（圖1）。實際攝氧量和計算需攝氧之間的比值即為有氧供能的比例。參照每1ml氧氣可產(chǎn)生21.131J的能量［20］，可以計算出有氧和無氧供能產(chǎn)生的能量。

采用SPSS 18.0軟件對數(shù)據(jù)進行分析處理，計量資料以（均數(shù)±標準差）表示，采用t檢驗；計數(shù)資料以（n，%）表示，采用χ2檢驗，以P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖1 AOD計算演示圖Figure 1. AOD Calculation and Presentation

2.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)處理均用SPSS 10.0完成，對所有受試者多級測試中功率和攝氧量的關(guān)系進行皮爾遜相關(guān)分析。各數(shù)值的顯示方式都為平均值±標準差。

3 結(jié)果

3.1 供能特征

受試者裝戴好心率帶和氣體代謝測試儀后，采集安靜時耳血，再以自選強度進行10min恒定強度的準備活動，準備活動結(jié)束后在測功儀上靜坐5min，并采集第1min和第5min的血乳酸。之后，受試者以自選全程節(jié)奏進行120s全力劃，全力運動結(jié)束后采集第1，3，5，7，10min的耳血。全力劃過程中操作人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。鑒于能量供應(yīng)特征與最大運動時間有關(guān)，為避免不同受試者在完成測功儀500 m距離所用的時間不一，本研究統(tǒng)一選取120s來模擬皮艇500m。

圖3是基于8名青少年女子皮艇運動員功率、攝氧量、心率、速度和槳頻相對于在120s全力劃過程中最大值的百分比的時序特征。在運動開始后的前5s內(nèi)，槳頻、速度和功率迅速增加，速度和槳頻達到最大值的90%～95%，功率達到全程過程中的最大值，此時心率緩慢增加，攝氧量幾乎沒有變化；在第5～10s內(nèi)，攝氧量迅速增加，心率繼續(xù)增加，槳頻和速度達到全程內(nèi)最大值，但是功率開始下降；在第10～40s內(nèi)，攝氧量繼續(xù)大幅增加并達到全程最大值的95%，心率也繼續(xù)增加至全程最大值的95%，速度和槳頻則基本保持不變，功率下降至最大值的80%～85%；在第40～75s內(nèi)，攝氧量、心率、速度和槳頻基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是功率則繼續(xù)下降，至全程最大值的70%；在最后45s內(nèi)，各指標均處于穩(wěn)定狀態(tài)，盡管最后10～20s內(nèi)槳頻有所提高，但帶來的只是攝氧量和功率的小幅提高，沒有帶來速度的提高。

3）AOD計算

圖2 本研究受試者120s全力劃實際攝氧量（有氧）和計算需氧量（有氧＋無氧）時序特征圖Figure 2. Timing Characteristics of Actual Oxygen Uptake（Aerobic）and Calculation of Oxygen Demand（Anaerobic）of 120sAll－out Test

3.2 生理學(xué)和生物力學(xué)時序特征

圖2是120s全力劃有氧和無氧供能的時序特征。由圖可以看出，在運動開始20s內(nèi)，累積氧虧量一直高于實際攝氧量；40s時實際需氧量接近全程過程的最高值（約3 000ml／min）；40～75s期間，實際需氧量基本保持不變，累積氧虧量逐漸下降；75s之后，實際攝氧量和累積氧虧量均達到穩(wěn)定狀態(tài)，并持續(xù)至運動結(jié)束。

圖3 本研究生物力學(xué)和生理學(xué)指標相對值在120s全程中的時序特征圖Figure 3. Timing Characteristics of Biomechanical and Physiological Index Relative Values of 120sAll－out Test

4 討論

本研究對8名青少年女子皮艇運動員的測功儀120s全力劃的測試結(jié)果表明，靜水皮艇500m是一個以有氧供能為主的運動項目，有氧供能比例達到59.6%，此結(jié)果與國外類似研究結(jié)果一致，高于國內(nèi)對此項目所認識的比例。Byrnes等人對美國國家隊皮劃艇運動員進行測功儀120s全力劃的結(jié)果顯示，有氧供能的比例為62.0%（男子）和69.0%（女子）［13］；Bishop等人研究澳大利亞優(yōu)秀女子皮艇運動員，其測功儀120s全力劃的有氧供能比例占70.3%［8］；在Bishop等人的其他研究中，測功儀120s全力劃的有氧供能分別為59.1%～68.1%［9－11］；Nakagaki等人對日本男子大學(xué)生皮劃艇運動員進行了測功儀120s全力劃測試，結(jié)果顯示有氧供能的比例為57.0%［18］。盡管Byrnes等人和Bishop等人使用的測功儀為澳大利亞產(chǎn)的K1PRO，而Nakagaki等人和本研究使用的測功儀為Dansprint，但并不能證明本研究得出的有氧供能比例相對偏低是由于不同的測功儀造成。另外，綜合考慮Byrnes等人、Bishop等人和Nakagaki等人以及本研究結(jié)果，還不能發(fā)現(xiàn)性別和運動水平能夠單獨影響有氧供能比例。有氧供能比例與性別、運動水平或測功儀的關(guān)系還有待嚴謹?shù)膶嶒炑芯??？梢钥隙ǖ氖?，靜水皮艇500m是一個有氧供能為主的運動項目（有氧供能比例為57%～70%）。目前國內(nèi)對這個項目的認識（有氧供能比例為50%［2］）還停留在20個世紀60～70年代的研究結(jié)果上，當(dāng)時以瑞典生理學(xué)家Astrand［3，6］為代表的研究人員通過假定人體運動效率為22%，并結(jié)合功率自行車顯示的瓦特數(shù)進行計算，但人體運動的效率往往低于22%（如皮劃艇為13%～17%［12］），這樣就造成了對有氧供能比例的低估，而Astrand等人的早期研究數(shù)據(jù)仍然出現(xiàn)在目前的體育科學(xué)著作上（如Astrand等人2003年編的第四版Textbook of Work Physiology［5］和 Hollman等 人2009年 編 的 第 五 版 Sportmedizin：Glundlagen fuer koerperliche Aktivitaet，Training und Praeventivmedizin［15］），這干擾了人們對各項目專項供能特征的認識。目前國內(nèi)對靜水皮劃艇有氧供能的低估也主要來自于這些著作的干擾。

本研究得出120s全力劃的實際攝氧量和累積氧虧分別為4 747±652ml和3 395±1 313ml，這兩個值均明顯小于文獻報道的男性運動員的相應(yīng)值（6 210～7 270ml和4 450～4 680ml）［10，11，18］，但 是 相 比 于 文 獻 報 道 中 女 性 運動員［8］的實際攝氧量（5 610ml）和累積氧虧（2 390ml），本研究的實際攝氧量明顯要低，而累積氧虧卻明顯要高。考慮到本研究的青少年皮艇運動員的年齡、體重和運動水平方面均與文獻報道存在差距（15vs.23歲，70vs.65kg，國家－國際級vs.青少年級），而成年運動員在肌肉質(zhì)量、最大攝氧量、最大乳酸能力方面均高于青少年運動員［15］，可以判斷本研究所選取的青少年皮艇運動員在有氧能力方面相對欠缺。

其次，對于計算機數(shù)據(jù)的保護，我國刑法僅對獲取這一行為進行處罰。而《公約》對于數(shù)據(jù)的保護規(guī)定了兩個罪名：非法干擾計算機數(shù)據(jù)罪和非法攔截計算機數(shù)據(jù)罪?！矮@取”與“干擾”“攔截”相比，顯然后者規(guī)定的范圍廣，因此更有利于對計算機數(shù)據(jù)的保護。

本研究功率、攝氧量、心率、速度和槳頻的時序特征反映了人體三大供能系統(tǒng)在靜水皮艇500m全力劃過程中的動態(tài)過程。在全力運動的前5s內(nèi)，功率達到最大值，槳頻和速度迅速增加，而攝氧量幾乎沒有變化，這個過程是運動員從靜止到快速運動的過程，需要人體在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的能量，這種對能量的快速需求只有人體的磷酸原系統(tǒng)（ATP－CP）能夠滿足，但是人體的這種磷酸原數(shù)量有限，在5～10s內(nèi)便達到最低值［19］，此后的30s內(nèi)（即第10～40s）有氧供能系統(tǒng)還未達到最高供能狀態(tài)，到第20s時才達到最高供能狀態(tài)的70%，第30s時才達到最高供能狀態(tài)的90%。此期間（尤其是第10～20s期間），人體運動所需要的能量主要來自糖酵解，乳酸生成速率在此期間也達到最高。但由于糖酵解供能和有氧供能的功率都沒有磷酸原供能大，因此，在此期間功率繼續(xù)下降（直至最大值的80%）。40s后，攝氧量（代表有氧供能）幾乎達到最高水平，并維持在最大值的95%～100%之間。糖酵解供解繼續(xù)進行，但是由于糖酵解供能產(chǎn)生的大量乳酸造成人體內(nèi)環(huán)境pH值迅速下降，這種pH值的下降減緩了糖酵解過程的繼續(xù)進行，因此，乳酸生成速率下降，功率在此期間也隨之繼續(xù)下降（直至最大值的70%）。75s后，有氧供能（實際攝氧量）和無氧供能（累積氧虧，且此時的無氧供能幾乎全部來自糖酵解過程）達到一種穩(wěn)定狀態(tài)，直至結(jié)束前10～20s的沖刺。沖刺過程槳頻明顯提高（從90%到100%），并由此帶來攝氧量從95%增加到100%，但給功率和速度帶來的效果卻不明顯。靜水皮艇500m全力劃過程中功率、攝氧量、心率、速度和槳頻的這些時序特征是安排訓(xùn)練計劃、發(fā)展不同供能系統(tǒng)的重要生物學(xué)基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

1.靜水皮艇500m是一個以有氧供能為主的運動項目，有氧供能的比例為59.6%，國內(nèi)對此項目的供能特征的認識低估了有氧供能的作用。

2.靜水皮艇500m全力運動的前5～10s供能以磷酸原為主，第10～40s期間糖酵解供能占據(jù)重要地位，40 s之后影響運動能力的主要為有氧供能。此能量供應(yīng)的時序特征可以作為安排訓(xùn)練、發(fā)展不同供能系統(tǒng)的重要生物學(xué)基礎(chǔ)。

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