基于世界級運動員身體形態(tài)、機能及素質特征的雪上項目冠軍模型研究

莊 薇，邵 恩，朱志強，傅維杰，劉 宇

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基于世界級運動員身體形態(tài)、機能及素質特征的雪上項目冠軍模型研究

莊 薇，邵 恩，朱志強，傅維杰，劉 宇

上海體育學院 運動科學學院, 上海 200438

基于國際上現(xiàn)有研究，總結出包括身體形態(tài)、身體機能、身體素質及傷病分布4個方面的信息，試圖建立雪上項目世界級運動員的冠軍模型，為我國冬季雪上項目運動員的訓練及選材提供參考。通過歸納總結發(fā)現(xiàn)：以無氧代謝為主的運動項目，如短距離越野滑雪、高山滑雪、北歐兩項、跳臺滑雪等，身材比較壯碩（身高體重比較大）的運動員更具競爭優(yōu)勢。瘦體重特別是上肢和軀干的瘦質量是決定越野滑雪運動成績的關鍵因素。長距離越野滑雪主要代謝方式為有氧供能，這類項目對有氧代謝能力要求較高。相比之下，短距離越野滑雪和北歐兩項對無氧代謝能力要求較高。基于競賽時間的長短，短距離越野滑雪的供能特點和田徑中的800 m、1 500 m中長跑代謝特點較相似，可考慮進行跨項目選材。高山滑雪運動員的下肢爆發(fā)力普遍較強，其青少年運動員的訓練和選材，可借鑒雪上項目強國的成熟測試方案。

雪上項目；冠軍模型；人體測量；生理機能

1 前言

2022年冬奧會將在北京舉行，此次盛會將帶動中國3億多人參與冰雪運動。但是，我們必須承認我國冰雪運動起步晚、底子薄、群眾基礎差，科研保障力量不足。此次平昌冬奧會我國運動員的成績表現(xiàn)平平。因此，我們急需探究冬季雪上項目世界級運動員的冠軍模型。所謂冠軍模型，指的是世界級運動員具備爭奪國際大賽冠軍的特質。本文從身體形態(tài)、身體機能、力量和素質等多個維度對世界級高水平運動員的冠軍特質做出描述，為我國冬季雪上項目運動員的訓練及選材提供參考。世界上，尤其是冬季雪上項目強國對于優(yōu)秀雪上項目運動員進行了相對系統(tǒng)的研究[17,20,27]，涵蓋了人體測量[12,14,37-39]、能量代謝特點[23,34,41,42]、運動能力[5,11,19,28,38]等多方面。本文基于這些研究，總結出包括其身體形態(tài)、身體機能、身體素質及傷病分布4個方面的信息，分析高水平運動員的相關特征，為提高我國冬季雪上項目運動員的能力和跨項目選材提供科學的參考依據(jù)。

2 身體形態(tài)特征

運動員的身體測量參數(shù)是影響運動成績的重要因素，主要包含：描述某個項目運動員的身體特征；比較不同項目運動員的身體特征差異；描述不同人種的差異，以闡述某人種在某些項目上尤其突出的原因；找出影響運動表現(xiàn)的重要測量學指標[39]。身高、體重、體重指數(shù)（BMI）等指標和訓練策略有關，在不同的項目中，它們會對運動技術和競技策略產(chǎn)生影響[2,7]。有研究提出，身體參數(shù)在青少年運動員的評價中至關重要，它們是判定一個青少年運動員是否有天賦的重要標準，許多項目已經(jīng)建立了其特有的運動員選材身體測量參數(shù)標準[29]。

2.1 身高及體重

由于冬奧會項目分類較多，不同項目差別較大。因此，對不同的項目身體測量參數(shù)的標準也大有不同。Stanula等[37]對溫哥華冬奧會上各單項前20名運動員的身體特征進行統(tǒng)計，依據(jù)能量代謝特征將雪上運動項目分為4種類型：有氧型、有氧-無氧型、無氧糖酵解型和無氧非乳酸型。研究結果如圖1所示，相對于其他3類，代謝方式為無氧非乳酸型項目的運動員（雪橇、北歐兩項、跳臺滑雪等）體重更大。多位研究者證實，高山滑雪中身材高、體重大確有一定優(yōu)勢[20]。表1為冬季雪上項目世界級男、女運動員的身高、體重信息，其中不乏奧運會冠軍及世界大賽獎牌獲得者。由表1得知，越野滑雪（短距離）運動員的身高、體重略大于其他項目運動員。從目前研究來看，以無氧代謝為主的運動項目，如短距離越野滑雪、高山滑雪、北歐兩項、跳臺滑雪等，身材比較壯碩的運動員更具競爭優(yōu)勢。

圖1 2010年溫哥華冬奧會不同代謝類型項目前20名運動員身高、體重、BMI信息

Figure 1. Characteristics of Athletes (Height, weight, BMI) Placing in Top 20 at the Olympic Games in Vancouver

注：有氧型：越野滑雪長距離；有氧-無氧型：越野滑雪中長距離、冬季兩項；無氧糖酵解型：越野滑雪短距離、高山滑雪、自由式滑雪、單板滑雪；無氧非乳酸型：北歐兩項、跳臺滑雪、單板滑雪U型場地技巧。

2.2 身體成分特征

早在1987年，Orvanová就研究了冬季項目運動員的身體成分比例和競賽成績間的關系[23]，現(xiàn)如今隨著檢測技術和訓練方法的改變，基于身體成分的選材標準也發(fā)生著變化[37]。一些研究者著重關注瘦質量（瘦質量表示人體不同部位的去脂質量）和運動表現(xiàn)之間的關系，以期發(fā)現(xiàn)高水平運動員的特征。表2為部分項目世界級運動員的身體成分信息。越野滑雪是一項特殊的耐力型項目，比賽距離從1.5 km到50 km不等。Stoggl等[39]對來自瑞典、奧地利和挪威國家隊的14名世界高水平（世界排名前20）越野滑雪短距離運動員的身體成分進行采集分析，研究采用雙能X射線（DXA）進行全身掃描。和前人對低級別運動員的研究結果對比發(fā)現(xiàn)，高水平運動員不僅體重大，且瘦體重明顯高出低級別運動員，并且這種差異在上肢、軀干更加明顯[12]。作者指出，這種差異也可能是來自于其研究對象（世界級運動員）在訓練中會有專門針對上肢、軀干的力量練習[39]。但可以看出，優(yōu)秀的越野滑雪短距離運動員，瘦質量特別是上肢和軀干的瘦質量是決定運動成績的關鍵因素。因此，針對上肢和軀干的力量訓練非常重要。增加上肢及軀干的質量，尤其是瘦質量可能是提高成績的有效方法[39]。除此之外，本文中的另一個發(fā)現(xiàn)是無論運動員使用何種滑雪技術，都有使用更長的滑雪桿的趨勢。Nilsson等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，更長的滑雪桿會提供更大推進沖量和更長的推進階段時長。當使用長滑雪桿時，在高速滑階段縮短了上肢后擺的距離，使運動員獲得更快的速度。但是過長的滑雪桿會造成低速滑階段滑雪桿著地過早，影響上肢前擺，進而影響上肢和下肢的整體動作協(xié)調。因此，在訓練中使用長滑雪桿需要考慮運動員的上肢力量、技術動作等多方面因素，其與運動表現(xiàn)之間的關系仍有待深入研究[39]。

表1 部分雪上項目世界級運動員年齡、身高、體重信息

2.3 青少年運動員的相對年齡效應

圖2 瑞士高山滑雪項目選入和未選入國家隊青少年身高、體重信息

Figure 2. Height and Weight Difference between Selected and Unselected in Swiss Youth National Team

青少年選材是培養(yǎng)高水平運動員的關鍵一環(huán)。冬季項目成績優(yōu)異的國家（地區(qū)）都有專業(yè)的滑雪學校對有天賦的青少年運動員進行培訓和選拔。奧地利Muller團隊的多個研究中，受試者都來自于奧地利著名的青少年滑雪學校[19,25]。他們中的佼佼者最終很有可能成為未來的世界冠軍。正如有研究者指出的[24]，很多青少年在運動技術形成階段正處于身體的發(fā)育期，因此，他們更需要符合其年齡的訓練方式和選拔標準，以保證真正有天賦的運動員被選拔出來。

圖2展示了瑞士高山滑雪項目被選入和未被選入國家隊青少年的身高、體重信息[8]。按照年齡分為U16/U18/U21 3組，可以看出，入選者的身高、體重基本都大于未選中者。說明相同年齡的青少年體重和身高的優(yōu)勢可能會使其更容易被挑選入國家隊接受更好的早期訓練。但需要注意的是，在很多按照年齡分組的項目中，出生日在1月的運動員比出生日在12月的運動員年長近1歲。因此，在實際比賽中，相對年齡較大的運動員會更具競賽優(yōu)勢。這種由于人為分組造成的年齡差別，進而帶來成績差別的現(xiàn)象稱為相對年齡效應（relative age effect，RAE）[43]。在2012年[26]、2015年[16]、2016年[15]3年世界級高水平冬季項目比賽的追蹤研究中發(fā)現(xiàn)，相對年齡效應不僅存在，且廣泛存在于青年運動員（14～19歲）以及少年運動員（12～15歲）中。在對2012年的第一屆青年冬季奧運會參賽者的統(tǒng)計研究發(fā)現(xiàn)，參賽者的年齡分布不均，且年齡分布在1～3月的運動員表現(xiàn)出身高更高體重更大的身材優(yōu)勢[26]。因此，許多研究者認為，相對年齡大的運動員因為身材高大的原因而更容易被挑選出來。那么，是否身高、體重也是會加深相對年齡效應的因素呢？Muller等[18]的研究表明，這種推測可能是正確的，至少在冬季項目中是存在的。因此，在實際選材中，建立更加科學的選材系統(tǒng)，將人體測量以及成熟度等因素都考慮在內，才能保證選拔過程的公平以及不會遺漏有天賦的青少年運動員。

表2 越野滑雪類項目世界級運動員脂肪質量、瘦質量、體脂率信息

注：瘦質量（體重），指去除脂肪后的剩余質量。

3 身體機能特征

Stanula等[37]根據(jù)各項的能量代謝特點、持續(xù)時間將冬奧會雪上項目按有氧、有氧-無氧、無氧糖酵解、無氧非乳酸4類代謝類型進行歸納。表3顯示，除長距離越野滑雪外，大部分冬季雪上項目為無氧代謝類運動。

高山滑雪的競速項目持續(xù)時間在45 s～2.5 min之間，無氧代謝在即刻能量供應中占比很大[21]。Neumayr等[21]采用功率自行車遞增負荷測試（遞增負荷為每3 min增加50 W），連續(xù)3個賽季測試高水平運動員（男、女）的攝氧量、峰值輸出功率，探討最大輸出功率和運動成績之間的關系。作者認為，雖然此項中無氧代謝在即刻供能中占比很大，但是有氧能力卻是提高競技能力的關鍵因素[21]。前人研究和該研究都發(fā)現(xiàn)，有氧功率和運動員（男）世界排名之間存在緊密的聯(lián)系[21]。最終，作者得出結論：雖然影響高山滑雪運動員成績的生理因素是多種的，并互有交互作用，不能以一個因素來預測成績，但依據(jù)目前的研究結果，優(yōu)秀的有氧能力能提升高山滑雪項目運動員的獲勝機率。

1998年單板滑雪成為冬奧會比賽項目。單板滑雪包含自由式、高山項目、障礙追逐等，其中，自由式屬技巧型項目，高山類項目（平行大回轉、平行回轉）和障礙追逐屬于競速類項目[42]。競速類項目需要消耗大量能量將身體姿態(tài)進行周期性的調整并形成流線型，并在比賽中能夠完成急轉回旋等動作[42]。Vernillo等[42]的研究對比了意大利滑雪國家隊高山類項目（平行大回轉、平行回轉）和障礙追逐類項目運動員的生理數(shù)據(jù)（表4），通過分析作者認為，輸出功率比通氣率更能影響運動表現(xiàn)。由此可見，最大攝氧量似乎并不影響單板項目的運動表現(xiàn)。單板滑雪教練員也提出，有氧能力更適合用來判斷運動員體能恢復而不是能量儲備能力[13,41]。

表3 雪上項目能量代謝類型分類[37]

表4 意大利單板滑雪國家隊高山項目和障礙追逐優(yōu)秀運動員（男子）最大攝氧量測試[42]

注：實驗采用功率自行車遞增負荷測試，每3 min增加50 W，最大負荷100 W，持續(xù)時間約為8～12 min；第一通氣閾指肺通氣曲線的第一拐點，一般認為此時供能方式發(fā)生改變，乳酸開始產(chǎn)生；第二通氣閾指通氣曲線的第二拐點，約等同于無氧域，一般認為此時乳酸開始積累；最大輸出功率為攝氧量達到最大的30 s內輸出功率的平均值。

表5 挪威世界級越野滑雪、北歐兩項運動員最大攝氧量、亞極量測試結果

注：呼吸商峰值為呼出CO2與吸入O2體積之比的最大值；血乳酸恢復值為血乳酸峰值與測試結束10 min后血乳酸值之差；總效率為輸出功率占代謝速率百分比。

越野滑雪通常被認為是對耐力要求較高的運動[31]。Sandbakk等[33]以挪威世界級越野滑雪短距離運動員為研究對象，對比世界水平和國家隊水平運動員的生理學指標。最大攝氧量測試采用遞增負荷測試，起始速度4.4 m/s，坡度5%，逐漸增加速度直至力竭。亞極量測試采用5 min測試，起始速度3.9 m/s，坡度5%。測試對象包括世界級運動員（包含3名世界冠軍）和國家級運動員（來自挪威國內前20名），研究表明，世界級運動員在多個生理學指標上都優(yōu)于國家級運動員（世界級運動員指標具體值如表5所示）。Sandbakk等[34]的另一項研究對比了越野滑雪和北歐兩項運動員的生理指標（表5），作者指出，為了合理分配耐力、爆發(fā)力等各項技術能力，對北歐兩項選手的耐力訓練約為越野滑雪專項選手的2/3。以上3項不同類型的越野滑雪項目，對有氧能力和無氧能力的分配不同。因此，在實際的訓練中需要區(qū)別對待，制定不同的訓練計劃。挪威是世界越野滑雪強國，Sandbakk等的兩項研究涵蓋了挪威優(yōu)秀運動員的數(shù)據(jù)，具有較大的參考價值。

圖3 越野滑雪短距離和800 m、1 500 m最大攝氧量及血乳酸值

Figure 3. Maximum Oxygen Uptake and Blood Lactic Acid of Cross-Country Sprint Athletes and 800 m, 1 500 m Athletes

注：越野滑雪短距離最大攝氧量測試采用跑臺遞增負荷實驗，起始速度4.4 m/s，坡度5%。

越野滑雪短距離項目總長1 200～1 800 m，耗時2～3 min，主要為無氧糖酵解供能。它需要運動員快速加速并保持高速完成比賽，因此，和傳統(tǒng)的長距離越野項目略有不同。圖3為越野滑雪短距離運動員[33]和800 m、1 500 m運動員最大攝氧量[36]、血乳酸值[1]。由于運動時長和代謝方式相似，兩個項目存在跨項的可能性。短距離越野滑雪和中距離跑（800 m、 1 500 m）運動員的最大攝氧量和血乳酸峰值數(shù)值比較相近。對比發(fā)現(xiàn)，中距離跑（800 m、1 500 m）運動員的身高范圍在175～189 cm[36]，和越野滑雪短距離項目運動員184 cm[33]的平均身高有一致性。但800 m和1 500 m運動員的體重（平均體重66 kg）[36]小于越野滑雪短距離項目運動員（平均體重83 kg）[33]。

4 身體素質特征

很多冬季雪上項目對運動員的力量要求很高，尤其是下肢力量。強大的力量可以產(chǎn)生更大的推進力及加速度。等速肌力、縱跳（SJ、CMJ）、跳箱測試等都是常用的評價運動員下肢力量的方法。

在Neumay等[21]對奧地利國家隊高山滑雪4個項目（速降、超級大回轉、大回轉、障礙滑雪）運動員連續(xù)3個賽季（1997-2000）的追蹤研究中發(fā)現(xiàn)，3個賽季中奧地利國家滑雪隊獲得世界大賽前3名的人數(shù)逐年增加，但3個賽季內，運動員下肢膝關節(jié)屈伸肌峰值力矩（240°/s）卻沒有增加的趨勢（圖4）。雖然女運動員的峰值力矩略微增加，但是分析發(fā)現(xiàn)其和運動表現(xiàn)之間相關性并不高[21]。由此推測，在這些項目中，成績提高的關鍵原因可能不在于絕對肌力的增加。

在一項對美國滑雪隊的研究中[9]，對比高山滑雪和越野滑雪運動員的縱跳能力（圖5）發(fā)現(xiàn)，高山滑雪運動員的縱跳能力更強。Vernilo等[42]對意大利國家單板滑雪隊運動員的測試中也發(fā)現(xiàn)，高山項目（平行大回環(huán)、平行回環(huán)）運動員的下肢肌力、爆發(fā)力更優(yōu)秀（表6）。

圖4 奧地利高山滑雪國家隊男、女運動員膝關節(jié)做功及力矩

Figure 4. Peak Torque and Work for Knee in Austria Alpine Skiing National Team

圖5 美國高山滑雪和越野滑雪運動員縱跳做功情況

Figure 5. Vertical Jump Work of Alpine Skiing and Cross-Country Skiing Athletes in U.S.

根據(jù)以上研究，下肢爆發(fā)力應該作為高山滑雪項目青少年選材的重點考慮因素。Gorski等[8]的研究中，對瑞士高山滑雪青少年運動員進行各項運動能力測試，對比選入國家隊和未入選者發(fā)現(xiàn)，彈跳能力（雙腿5次跳、立定跳遠、跳箱）入選者要優(yōu)于未入選者（表7）。這也印證了青少年高山滑雪項目運動員的選拔中，下肢力量的綜合評估（絕對力量、爆發(fā)力、耐力等）十分重要。在奧地利的青少年滑雪學校中，有著針對不同年齡段、不同運動水平及成年人的運動能力測試方案[27]，其中包括敏捷性、平衡能力、下肢肌力、下肢爆發(fā)力、有氧能力、無氧能力等多項內容。這些選拔及評估測試方案對我國青少年運動員的選拔和培養(yǎng)有著一定的借鑒意義。

表6 意大利單板滑雪國家隊隊員下肢肌力及爆發(fā)力

表7 瑞士不同年齡青少年高山滑雪運動員（入選和未入選國家隊）彈跳能力數(shù)據(jù)[8]

5 損傷分布特征

傷病是限制運動員成績提升和運動能力的一大因素。兩篇關于2010年[4]和2014[35]年連續(xù)兩屆冬奧會運動員損傷情況的調查研究，對世界高水平運動員的大賽損傷進行了總結。2010年溫哥華冬奧會損傷發(fā)生率為11%，其中，雪車、高山滑雪、自由式滑雪以及單板障礙追逐損傷率較高，越野滑雪、冬季兩項、北歐兩項的損傷率較低。2014年索契冬奧會中，落地沖擊是帶來損傷的最主要原因，比例達到25%。越野滑雪、單板障礙滑雪、單板U型場地技巧、雙板U型場地技巧、單板大回環(huán)、自由式滑雪雪上技巧等都是易發(fā)生快速落地沖擊的項目。常發(fā)的損傷有韌帶撕裂、骨折、外傷血腫等。另外，訓練中發(fā)生的損傷通常比比賽中更多、更嚴重，有些運動員訓練損傷未恢復也是大賽失利的一大原因，因此，需要特別關注隨時監(jiān)控[35]。不同雪上項目的對比發(fā)現(xiàn)，單板滑雪、自由式滑雪、高山滑雪的損傷風險較大（圖6）[6]，作者分析是由于這些項目需要運動員高速滑行或跳躍，且保護較少，故而易受傷。

表8展示了各類型損傷發(fā)生率[6]，關節(jié)和韌帶的損傷占比近半數(shù)，其中又以膝關節(jié)前交叉韌帶表現(xiàn)最為嚴重。不難推測，快速跳躍和高沖擊力大大增加了膝關節(jié)負荷，使膝關節(jié)成為最易損傷的部位。圖7中身體部位損傷率也表明了這一點。除越野滑雪外，其余項目膝關節(jié)損傷率均居于首位[6]。

圖6 各雪上項目每賽季每百人損傷率

Figure 6. Injury Rate (per season) of Skiing Events

表8 雪上項目不同損傷類型發(fā)生率[6]

圖7 雪上項目損傷常發(fā)部位損傷率

Figure 7. Injury Rate of Different Parts in Skiing Events

圖7中[6]，越野滑雪和其他項目損傷分布有所不同，其損傷更容易發(fā)生在下背部及肩部。這可能是由于越野滑雪為非高沖擊類項目，但距離較長。相比之下更容易因疲勞而發(fā)生下背部、肩部的過用型損傷。高山滑雪、技巧類（自由式滑雪、單板滑雪、跳臺滑雪）等項目由于存在高速落地沖擊，膝關節(jié)損傷率更高。

常用的人體測量學指標中，體重和體脂率（上肢、下肢、軀干）和運動員的成績相關程度更高。在前人研究中，此兩項作為評價指標的使用頻率較高。身體機能方面，最大攝氧量、峰值功率以及最大心率在多數(shù)研究中使用較多，可作為描述冠軍模型代謝能力的指標。專項素質方面，主要關注運動員的下肢力量，包括絕對肌力和爆發(fā)力。這是由于大部分的冬季雪上項目都需要較大的蹬地沖量而獲得較大的起跳速度?？v跳能力是一種簡單易行且直觀的測試手段，常采用的縱跳類型包括下蹲跳（squat jump）和下蹲反跳（count movement jump）。因此，建議將體重、體脂率、最大攝氧量、峰值功率、縱跳高度作為描述冬季雪上項目冠軍模型身體形態(tài)、機能及素質3個方面的重點指標加以分析。針對不同項目的單項冠軍模型，可據(jù)此進一步分析整理，使模型更具有專項特征。

6 結語

綜合以上針對世界級頂尖運動員的研究表明，以無氧代謝為主的運動項目，如短距離越野滑雪、高山滑雪、北歐兩項、跳臺滑雪等，身材比較壯碩（身高體重比較大）的運動員更具競爭優(yōu)勢。越野滑雪運動員體脂率較低。相較于下肢瘦質量，上肢和軀干的瘦質量是決定運動成績的關鍵因素。雖然高山滑雪是以無氧糖酵解為主的運動項目，有氧代謝能力的提高可以增加運動員的獲勝機率；輸出功率能更好的反映單板滑雪運動員的競技能力，有氧能力主要是用來評判其體能恢復情況而并非能量儲備。基于競賽時間的長短，短距離越野滑雪的供能特點和田徑中的800 m、1 500 m中長跑代謝特點較相似，可考慮進行跨項目選材。高山滑雪項目運動員的下肢爆發(fā)力較強，絕對力量訓練、下肢爆發(fā)力和力量耐力的訓練需合理分配。

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Building A Champion Model Based on Anthropometry, Physical Function and Condition Characteristics of World-Class Athletes in Snow Sports

ZHUANG Wei, SHAO En, ZHU Zhi-qiang, FU Wei-jie, LIU Yu

Shanghai University of Sport, Shanghai 200438, China.

Based on the previous researches, a champion model of word-class athletes in snow sports was built within four aspects, including anthropometry, physical function, physical condition and injuries. It can provide suggestions for the athletes selection and training in our country. To sum up, in anaerobic events, such as Cross-Country Sprint, Alpine Skiing,Nordic Combined, Ski Jumping, athletes with huge body have competitive advantages. Greater lean mass, especially greater lean mass of upper limbs and trunk, is the key factor to determine the performance in Cross-Country Skiing. The main metabolic type of Cross-Country Skiing is aerobic. By contrast, anaerobic capacity is more crucial in Cross-Country Sprint and Nordic Combined. According to the performance, Cross-Country Sprint is similar to 800m and 1500m racing in track and field. Therefore, it may be effective to select these athletes to participate in Cross-Country Sprint. Alpine Skiing athletes have strong muscle power of lower limbs. The training and test protocols applied in top countries of winter sports can be used as a reference for training and selection of adolescent athletes in our country.

G808.18

A

1000-677X(2018)10-0080-09

10.16469/j.css.201810009

2018-04-23；

2018-10-03

科技冬奧國家重點研發(fā)計劃(2018YFF0300500); 研究生境外訪學資助項目上海體育學院項目(stfx20160105)。

莊薇,女,在讀博士研究生,主要研究方向為運動生物力學, E-mail: weizhuangsus@163.com。