十三五國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”項(xiàng)目“冬季項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員專項(xiàng)能力特征和科學(xué)選材關(guān)鍵技術(shù)研究”課題組

 

　　主要內(nèi)容：速滑、短道項(xiàng)目差異，疲勞分析，恢復(fù)策略。

 

　　01研究要點(diǎn)

　　背景：在速度滑冰中膝蓋角度呈線性關(guān)系，而在短道速滑中雙腿呈非對(duì)稱關(guān)系，特別是轉(zhuǎn)彎過程中的肌氧水平有差異。速度滑冰的技術(shù)特征和人體生理機(jī)制息息相關(guān)，這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的獨(dú)特性揭示了速度滑冰中長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)與耐力性運(yùn)動(dòng)獨(dú)到的運(yùn)動(dòng)機(jī)制與生理反應(yīng)。

 

　　目的：探究肌氧、疲勞與速度滑冰項(xiàng)目中大道和短道運(yùn)動(dòng)模式的關(guān)系。

 

　　方法：本研究選取12名速滑運(yùn)動(dòng)員并在雙腿股外側(cè)肌采用近紅外光譜法（NIRS）對(duì)肌氧進(jìn)行了速度滑冰（LT）和短道速滑（ST）的連續(xù)監(jiān)測(cè)。并在其滑行階段進(jìn)行視頻記錄，標(biāo)定恢復(fù)情況。每個(gè)階段結(jié)束后2小時(shí)和4小時(shí)測(cè)量運(yùn)動(dòng)自覺量，數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法采用重復(fù)測(cè)量方差分析（p < 0.05）。

 

　　結(jié)果：在兩腿開始運(yùn)動(dòng)后快速趨于飽和，速滑組運(yùn)動(dòng)期間發(fā)現(xiàn)雙腿肌氧水平不對(duì)稱（組織飽和指數(shù)（TSI %斜率：左= 0.053±0.032；右= 0.023±0.020，p < 0.05）以及短道速滑（TSI %斜率：左= 0.050±0.052，右 = 0.001±0.053，p < 0.05）。短道速滑的右腿再飽和度相較比速度滑冰右腿相對(duì)較低，而左腿在不同速滑模式下肌氧無明顯差異。在測(cè)試結(jié)束后2小時(shí)（ST=5.8±2.0;LT=4.2±1.5）、4小時(shí)（ST=4.6±1.9;LT=3.1±1.6）發(fā)現(xiàn)短道速滑的主觀用力度較高。

 

　　結(jié)論：與速度滑冰相比，短道速滑對(duì)生理水平要求更高，而且訓(xùn)練后需要更長(zhǎng)的恢復(fù)時(shí)間。不同運(yùn)動(dòng)模式其特有的技術(shù)特點(diǎn)似乎會(huì)影響肌氧能力，并且影響與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度調(diào)節(jié)有關(guān)的疲勞和恢復(fù)過程。

 

　　

       02速度滑冰項(xiàng)目的肌氧能力特點(diǎn)

 

　　速度滑冰運(yùn)動(dòng)員需要采用生物力學(xué)上有利于其運(yùn)動(dòng)特征的蹲姿，這點(diǎn)對(duì)速度滑冰運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)至關(guān)重要。速滑蹲踞式的滑行姿勢(shì)是由時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)的靜止蜷伏狀態(tài)和強(qiáng)大的肌肉蹬冰狀態(tài)切換而成的，正因?yàn)閮烧咭瑫r(shí)消耗能量，所以在發(fā)力時(shí)肌肉會(huì)出現(xiàn)缺氧、乳酸堆積等情況，從而導(dǎo)致生理不適狀況。

 

　　這種情況的原因是流向運(yùn)動(dòng)肌肉的血液流量減少，從而降低了肌肉群募集的有氧能力，而不是所有的可利用氧都能在速度滑冰時(shí)輸送到運(yùn)動(dòng)肌肉當(dāng)中。血液流量的減少會(huì)加劇主觀疲勞度與恢復(fù)過程，從而影響高水平競(jìng)技表現(xiàn)。由于速度滑冰的技術(shù)特征影響著氧合和血液流動(dòng)等生理機(jī)制，所以這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)為研究人員提供了一個(gè)特殊的環(huán)境，使其能夠揭示競(jìng)技運(yùn)動(dòng)對(duì)運(yùn)動(dòng)生理反應(yīng)方面中有關(guān)于力學(xué)的新穎見解。

 

　　肌氧的變化可以影響組織內(nèi)氧分壓的降低，進(jìn)而加劇疲勞或影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。全身性缺氧會(huì)降低動(dòng)脈氧合，加劇外周疲勞和疲勞進(jìn)程。肌肉局部缺血導(dǎo)致減少了7%或更多的肌氧能力，并且可導(dǎo)致前臂肌肉做功下降。增加肌內(nèi)壓能夠減少血流量，從而減少大腿肌肉在最大轉(zhuǎn)矩力時(shí)等張收縮中的組織氧合>25-35%，相關(guān)研究已得到論證。在這種情況下，肌纖維將主要依賴糖酵解作為能量來源，這可能會(huì)加劇疲勞。速滑和短道速滑因項(xiàng)目性質(zhì)原因會(huì)導(dǎo)致腿部之間的不對(duì)稱性。在我們與教練和運(yùn)動(dòng)員的交流中我們意識(shí)到，當(dāng)對(duì)短道速滑高水平運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行短道和速滑負(fù)荷測(cè)試時(shí)，運(yùn)動(dòng)員普遍感覺滑短道比滑速滑更加疲勞。

 

　　03測(cè)量的方法

　　（1）肌氧測(cè)量

　　無線空間分辨光譜儀(SRS)雙波長(zhǎng)血氧儀(Portamon）用于測(cè)量近紅外光譜參數(shù)的絕對(duì)和相對(duì)變化。Portamon以前被用于速度滑冰中研究肌氧和血液動(dòng)力學(xué)。Portamon有三對(duì)發(fā)光二極管，它們發(fā)出波長(zhǎng)760和850納米的光，分別位于距離探測(cè)器30、35和40毫米的位置。利用這些波長(zhǎng)，可以檢測(cè)到發(fā)色團(tuán)血紅蛋白(Hb)和肌紅蛋白(Mb)濃度的變化。雖然使用雙波長(zhǎng)光譜儀可以測(cè)量氧合和脫氧濃度的變化，但無法區(qū)分Hb和Mb的氧合和脫氧形式。

 

　　（2）RPE測(cè)量

　　研究要求受試者在測(cè)試后直接在Borg CR10量表上測(cè)量他們運(yùn)動(dòng)自覺量。為了監(jiān)測(cè)每次測(cè)試后的恢復(fù)情況，受試者還要在每次測(cè)試后2小時(shí)和4小時(shí)期間分別用Borg CR10量表記錄他們的疲勞程度。

 

　　（3）生理指標(biāo)測(cè)量

　　每次測(cè)試期間使用可穿戴和無線呼吸式氣體分析儀（Metamax 3B，Cortex，德國(guó)），使用Jaeger 3L注射器校準(zhǔn)設(shè)備，此外還需要對(duì)每個(gè)測(cè)試進(jìn)行環(huán)境空氣測(cè)量。由于氧的使用和運(yùn)輸適應(yīng)需要一定的時(shí)間，從而導(dǎo)致有氧反應(yīng)的滯后，因此只有在測(cè)試的最后30秒進(jìn)行平均化，從而得到最大攝氧量(VO2平均值)。此外，在測(cè)試過程中還使用便攜式心率監(jiān)測(cè)器來監(jiān)測(cè)心率。

 

　　（4）速度測(cè)量

　　在所有的速滑測(cè)試中，受試者的位置、速度和加速度都由局部定位測(cè)量(LPM)系統(tǒng)(Inmotio Object Tracking BV，荷蘭)監(jiān)測(cè)。LPM系統(tǒng)是一種基于射頻的高頻(1000hz)技術(shù)。受試者穿著背心，背心的背面裝有一個(gè)應(yīng)答器，應(yīng)答器與兩個(gè)天線相連，每個(gè)天線位于每個(gè)肩膀的上方。為了了解滑冰運(yùn)動(dòng)員在單圈內(nèi)的動(dòng)作是如何影響不同生理指標(biāo)的，LPM系統(tǒng)收集的定位數(shù)據(jù)與NIRS收集的數(shù)據(jù)同步。本研究中，我們對(duì)兩個(gè)獨(dú)立因素（每圈重復(fù)兩次）進(jìn)行定義并分析。

 

　　（5）專項(xiàng)技術(shù)測(cè)量

　　軀干和膝關(guān)節(jié)的角度是速度滑冰表現(xiàn)的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)特征。在測(cè)試過程中，受試者在直道上被一臺(tái)高速數(shù)碼相機(jī)拍攝下來，以評(píng)估他們的膝蓋和軀干角度。在所有環(huán)節(jié)中，攝像機(jī)都垂直于速滑運(yùn)動(dòng)員的矢狀面。我們分析了受試者在滑行階段的記錄，以確定軀干(頸-髖水平線)和膝蓋角度(大腿和小腿之間)。

 

　　（6）乳酸鹽測(cè)量

　　在第二次測(cè)驗(yàn)結(jié)束后1分鐘內(nèi)，采用Lactate Pro (Arkray Inc，日本)手指采血測(cè)量受試者的乳酸值。

 

　　04實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　

表1 速度滑冰和短道速滑中肌氧恢復(fù)速率的斜率(N = 12)

　　

圖1 在用時(shí)相同的比賽中，速度滑冰(上)和短道速滑(下)滑行速度分布的一個(gè)典型例子(*表示速度和加速度在滑行方式上存在顯著差異，p < 0.05)

 

　　表1顯示速滑（LT）和短道（ST）速滑測(cè)試表現(xiàn)的Means±SD。與短道相比，速滑完成時(shí)間更快（LT=63.45±2.20，ST=60.94±2.90s；p=0.005），平均速度更高（LT=44.36±1.97，ST= 38.26±1.46km/h；p<0.001）。然而，在測(cè)試階段發(fā)現(xiàn)心率無差異（LT=178.8±5.8，ST=179.6±6.6 bpm；p= 0.609），乳酸（LT=10.5±1.5，ST=11.0±1.1mmol/l；p=0.356）或RPE（LT= 8.9±1.2，ST= 9.2±1.1 p= 0.555），這表明以速度來測(cè)試可以作為生理強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。在不同模式之間沒有顯示出膝關(guān)節(jié)角度的差異（LT=103.4±4.5，ST=103.8±2.9°；P=0.843）。然而，在短道期間發(fā)現(xiàn)較低的軀干角度（LT=16.6±1.1，ST=15.3±0.9°；p<0.001）。此外，與速滑相比，短道受試者后程的速度下降的更快。（見表1和圖1）。

 

　　圖2 速度滑冰(上)和短道速滑(下)在相同時(shí)間內(nèi)左右腿的組織氧合指數(shù)的情況（HbO2 為氧合血紅蛋、HHb 為紅細(xì)胞、tHB為血紅蛋白含量）

 

　　圖3 在速度滑冰試驗(yàn)中，左右股外側(cè)肌在不同時(shí)間點(diǎn)氧合血紅蛋(上)、紅細(xì)胞(中)、血紅蛋白含量(下)

 

　　圖4 在短道速滑試驗(yàn)中，左右股外側(cè)肌在不同時(shí)間點(diǎn)氧合血紅蛋(上)、紅細(xì)胞(中)、血紅蛋白含量(下)的變化

 

　　兩組受試者在速滑和短道測(cè)試中兩腿肌肉均發(fā)生氧合的變化。（表1，圖2-4），這表明，在測(cè)試開始時(shí)，與基線相比，HHb和HbO2的升高導(dǎo)致肌肉氧飽和度(TSI)下降，HbO2的下降大于HHb的上升，從而導(dǎo)致tHb的下降。隨著血睪酮的進(jìn)化，肌氧增加，這是由HbO2的增加引起的。HHb無變化，tHb隨HbO2增加而增加。

 

　　隨著血睪酮的變化，左腿和右腿之間的肌氧不對(duì)稱。表1顯示近紅外光譜參數(shù)的時(shí)間變化率。與右腿相比，左腿的肌氧明顯增加。然而，這種差異在短道上大于速度滑冰。這些氧合變化主要由HbO2引起而不是HHb。HbO2在速滑和短道均有增加，但差異較大。

 

　　圖5 組織氧合指數(shù)(%)在速度滑冰中單圈測(cè)試中雙腿的變化的情況

 

　　圖6 組織氧合指數(shù)(%)在短道速滑中單圈測(cè)試中雙腿的變化的情況

 

　　使用空間分辨率的方法可以在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)對(duì)肌肉氧飽和度TSI進(jìn)行絕對(duì)測(cè)量。兩組間唯一的差異是短道右腿的肌氧合。短道左腿肌氧合與短道右腿肌氧合相等。TSI、tHb、HbO2和HHb的時(shí)間變化顯示出單圈過程中氧合的顯著差異。這可以通過速滑(圖5)和短道(圖6)中半圈的高分辨率分析來說明。膝蓋被分成兩幅圖中所示的部分。圖7速滑和圖8 短道顯示了不同環(huán)節(jié)是如何影響技術(shù)的。在速滑的直道上(圖5)，腿在滑行階段和蹬離階段(當(dāng)腿在冰上時(shí))不飽和，而腿在重新定位階段(當(dāng)腿離開冰面時(shí))重新飽和。在短道(圖6)中，典型的僅靠右腿在拐角處撐冰(懸掛)，這時(shí)左腿呈飽狀態(tài)和右腿去飽和狀態(tài)。

 

　　圖7 在速度滑冰比賽中，彎道(上)和直線(下)的身體姿態(tài)

 

　　圖8 在短道速滑比賽中，彎道(左一至左三)和直道(右一)的身體姿態(tài)

 

　　速度滑冰的彎道階段通常包含一系列的交叉步（上）。直線階段的特點(diǎn)是幾個(gè)沖程，它包含滑行階段(左下)，推離階段(中下)和重新定位階段(右下)。在短道速滑的直線滑行中， 每次滑行都伴隨著一次蹬冰動(dòng)作階段(蹬冰時(shí)雙腿可以都在冰上)。短道速滑的每個(gè)彎道都可以拆為三個(gè)部分：1.入彎階段，運(yùn)動(dòng)員在此運(yùn)用交叉步的技術(shù)動(dòng)作；2.彎道滑進(jìn)階段，運(yùn)動(dòng)員僅靠右腳內(nèi)刃繞彎道頂點(diǎn)滑行；3.出彎道階段，運(yùn)動(dòng)員在此同樣運(yùn)用交叉步的技術(shù)動(dòng)作。

 

　　圖9 在「6秒沖刺測(cè)試」中記錄記錄雙腿的組織氧合指數(shù)(TSI %)

 

　　表2 關(guān)于組織氧合度TSI %恢復(fù)情況的表格，包括：「6秒沖刺測(cè)試」的消耗情況、測(cè)試期間以及測(cè)試后2、4小時(shí)后的恢復(fù)情況

 

　　圖9顯示了在測(cè)試前后進(jìn)行的6秒沖刺單車測(cè)試中肌氧的變化。在6s單車測(cè)試中，雙腿間、測(cè)試前和測(cè)試后、速滑短道之間的TSI%變化量下降無顯著性差異(P > 0.05，表二)。與速滑相比，短道組6秒單車后TSI%變化量的恢復(fù)半衰期時(shí)間明顯增加。然而，在兩種速滑模式下，雙腿之間的恢復(fù)率沒有差異。此外，與短道相比，受試者聲稱他們感覺測(cè)試后2小時(shí)(P = 0.014)和4小時(shí)(P = 0.026)期間恢復(fù)得更好(表2)。

 

　　05結(jié)論

　　本研究的目的是測(cè)量不同滑冰模式（速滑與短道）對(duì)肌氧的影響，并檢驗(yàn)其是如何影響速度滑冰中主觀疲勞和恢復(fù)過程的。由于短道速滑運(yùn)動(dòng)員在較短的賽道上進(jìn)行比賽，比賽徑直路線較短，更多的是彎道線路，因此，肌內(nèi)壓、有氧能力以及疲勞和恢復(fù)的差異就有所體現(xiàn)。研究結(jié)果表明，速滑運(yùn)動(dòng)員出發(fā)時(shí)蹲踞姿勢(shì)會(huì)造成一種壓力，每到轉(zhuǎn)彎做出蹲踞姿勢(shì)都會(huì)遭受血液循環(huán)的靜態(tài)阻塞，這可能會(huì)阻礙氧合功能與恢復(fù)過程。在短道速滑中，彎角越窄，右腿血流阻塞間期越長(zhǎng)，我們認(rèn)為這是影響恢復(fù)過程和主觀疲勞的主要因素。

 

　　我們提出在短道速滑中，因?yàn)榧∪獗３衷谙鄬?duì)較長(zhǎng)時(shí)間的靜態(tài)收縮，所以工作肌將持續(xù)維持在缺氧狀態(tài)中，從而導(dǎo)致左右腿之間的不對(duì)稱性。基于此假設(shè)，我們認(rèn)為短道速滑比速度滑冰更易疲勞，并且需要更長(zhǎng)的恢復(fù)時(shí)間。對(duì)于速滑項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)員來講，如果肌氧與疲勞之間的關(guān)系取決于速度滑冰項(xiàng)目中速滑和短道運(yùn)動(dòng)模式的話，這表明，肌氧的測(cè)量可以作為其他運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目訓(xùn)練強(qiáng)度與恢復(fù)負(fù)荷的依據(jù)，或是其他非對(duì)稱性、可使肌肉局部缺血的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。

 

　　專家簡(jiǎn)介

　　劉俊一，男，博士，東北師范大學(xué)體育學(xué)院副院長(zhǎng)，速度滑冰國(guó)家級(jí)裁判員。研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)訓(xùn)練理論和實(shí)踐、冰雪運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練理論和實(shí)踐，編著我國(guó)首部全媒體中小學(xué)《冰雪運(yùn)動(dòng)》讀本。

 

　　張冠男，女，碩士，任職于河北省體育科學(xué)研究所，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)生理和運(yùn)動(dòng)生化學(xué)，從事運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練監(jiān)控、運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)、運(yùn)動(dòng)技術(shù)分析等科研工作。

 

　　翻譯| 李嘉琦（東北師范大學(xué)）、王潤(rùn)達(dá)（東北師范大學(xué)）

　　編輯/校對(duì) | 張冠男

 

　　參考文獻(xiàn)：

　　Florentina J.Hettinga,Marco J.Konings,Chris E.Cooper.Differences in muscle oxygenation,perceived fatigue and recovery between long-track and short-track speed skating. Original research, 2016 Dec 15. Article 619.

肌氧,近紅外,短道速滑,維拓啟創(chuàng)