静水皮艇500m供能特征

黎涌明，陈小平，马格特·尼森，乌里·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

自静水皮划艇1936年成为奥运会比赛项目以来，500 m就是历届奥运会的比赛距离。根据国际皮划艇联合会比赛章程的修改，自2012年伦敦奥运会起只有女子皮艇运动员进行500m距离的比赛。2011年世界锦标赛上，女子皮艇500m所包括的三个项目（单人艇、双人艇和四人艇 ）第 一 名 的 成 绩 分 别 为 01：47.1，01：37.1 和 01：36.3。2009年全国运动会上，此三个项目第一名的成绩分别为01：54.0，01：47.0，01：37.1。作为一个运动时间在90～120s以内的项目，静水皮艇500m的能量供能特征是安排年度训练的生物学基础。但是由于专项运动供能特征研究的缺失，对皮艇500m供能特征的认识主要来自早期学者的研究，因此皮艇500m曾被定义为一个以无氧供能为主的运动项目［1］。随着皮划艇测功仪的成熟，自20世纪90年代末开始，皮划艇专项供能特征逐渐得到研究［8－11，13，18］，研 究 表 明 ，皮 艇 500m 的 有 氧 供 能 比 例 ＞50%。然而，国内对皮划艇专项供能特征的认识仍停留在20世纪90年代之前，认为500m项目有氧供能比例只占50%［2］。

对能量供应的研究可追溯到20世纪60～70年代，以瑞典生理学家Astrand为代表的研究人员根据早期的研究结果制定出了不同持续时间下高强度运动的供能比例表格［4］。此后，随着认识的不断深入，对人体能量供应特征的研究出现了多种方法，其中包括肌肉活检法［7］、氧债法［21］、累 积 氧 亏 法［17］（Accumulated Oxygen－Deficit，AOD）等，但是其中采用最为广泛的方法是累积氧亏法。在能量供应的各种研究方法中，争议主要存在于对无氧供能部分的计算，有氧供能部分的计算没有争议（运动中的实际摄氧量）。Krogh和Lindhard于1920年首次提出，氧亏（Oxygen Deficit）这个概念［16］，Hermansen等人在1969年再次提及氧亏，并进行了累积氧亏的尝试［14］，Medbo等人于1988年首次提出，利用AOD计算高强度运动下无氧供能的方法［17］。运用AOD对静水皮划艇供能特征进行研究始于1997年 Byrnes等人［13］的研究，之后 Bishop等人［8－11］和 Nakagaki等人［18］运用同样的方法也进行了类似研究。

鉴于目前国内对静水皮艇500m供能特征认识的滞后，以及利用AOD进行高强度运动下能量供应研究方法的成熟，本研究选取中国运动员作为研究对象，采用AOD对静水皮艇500m的供能特征进行研究，以来自中国运动员群体的研究结论更新国内皮划艇教练员和运动员对静水皮艇500m供能特征的认识。

2 研究对象和方法

2.1 研究对象

来自某省皮划艇二队的8名健康女子皮艇运动员自愿参加测试，受试者在测试前被详细告知测试流程和测试可能存在的不适，各测试流程均符合有关实验伦理的规定。受试者参加本研究测试时正处于冬季准备期中期，受试者基本信息如表1。

表1 本研究受试者基本信息一览表Table 1 Basic Information of Subjects

2.2 实验流程

每名受试者在不同的测试天中进行了两次测试，一次为测功仪120s全力划，一次为测功仪多级测试，测试时间为上午8：00～12：00和下午13：00～17：00。测试地海拔高度为11m，温度和湿度分别为19℃和35%。受试者被要求测试前一天不要进行剧烈运动，测试前2h内不要进食（但可正常饮水）。测试采用风阻型皮艇测功仪（Dansprint，I Bergmann A／S，Hvidovre，Denmark），阻力统一设为3，受试者在测试前可根据自身身高调整脚蹬板和座位间的距离。此测功仪通过自带软件可实现与电脑同步，并即时采集功率、桨频、距离、速度等信息。便携开放式气体代谢测试仪（MetaMax 3B，Cortex Biophysic GmbH，Leipzig，Germany）被用于对测试过程的准备活动、正式测试，以及测试后10min进行每次呼吸（Breath by Breath）的气体采集和储存。每天测试前按照厂家操作规定对此设备进行压力、容量和气体校准。容量校准采用3L的注射筒，气体校准采用标准校准气体（O2：15.00%，CO2：5.00%）。每名受试者在第一次测试前选取适合自己的面罩型号，两次测试使用同一型号面罩。此设备重约600g，运动员将此设备背于背上不会带来动作幅度的改变或其他不适。气体采集、储存和分析使用标准软件（MetaSoft，Cortex Biophysic GmbH，Leipzig，Germany）完成。采集20μL的耳血，并使用血乳酸分析仪（BIOSEN S line，EKF Diagnostic，Barleben，Germany）进行分析。心率的采集使用Polar心率带（Polar Accurex Plus，Polar Electro Oy，Kempele，Finland）和MetaSoft完成。

1）120s最大测试

2）多级测试

择取2016年1月至2018年2月行宫颈癌早期筛查的134例患者,其年龄为27-56岁不等,均龄为(41.50±2.35)岁。所有入选者均有性生活,具有筛查宫颈癌的需求。将其随机分入对照组和研究组,67例为一组,对比两组患者文化水平、年龄、疾病类型等一般资料,未见明显差异(P>0.05),临床可比性较高。所有患者均知晓本次研究目的、内容,入组行为均属自愿。

对8名青少年女子皮艇的测试结果显示，皮艇测功仪120s全力划过程中，共摄入氧气4 747±652ml，累积氧亏为3 395±1 313ml，有氧供能和无氧供能的比例分别为59.6%±11.4%和40.4%±11.4%，最大心率为179±8 bpm，最高血乳酸为11.3±1.5mM／L。

不同时期施用磷肥的小麦单株次生根都比未施用的多，说明施用磷肥促进了小麦次生根的发生，但磷肥用量大于60 kg，小麦单株次生根增加不明显。

保障患者医疗安全是医生工作的核心。行日间手术的患者因住院时间短，相较于普通住院患者手术风险增大。为最大限度保障其医疗安全，严格的围术期评估及术后随访显得格外重要[3,11]。笔者在实践中不断进行经验总结，逐渐制作出若干个评估量表，对患者进行麻醉前病情评估 、进入手术室后二次病情评估、患者离开麻醉恢复室(PACU)或手术室指征评估、患者离院指征评估(PADS)、患者离院后24h及48h内随访评估等，以期对患者进行闭环管理，及时发现问题并将其消灭在萌芽之中，切实保障其围术期医疗安全，真正实现“手术是治病，麻醉是保命”的行医宗旨。

此外，我国发展“互联网+”和“大数据”战略，智能科技水平也不断的提高——如虚拟现实增强技术(VR技术)、人工智能(AI)等，这些技术与华谊产品或营销方式的结合，将为消费者带来全新的体验，巩固品牌忠诚度。

受试者装戴好心率带和气体代谢测试仪后，采集安静时耳血，并进行4～6级递增强度测试。根据120s最大测试结果设定起始强度为40～55W，递增幅度为15W，每级强度持续5min，级与级之间间歇1min［8，18］。采集每一级后即刻耳血和最后一级结束后第3、5、7、10min耳血。

根据每名受试者在多级负荷中对应的功率和摄氧量关系，可以得到二者之间线性回归公式，将此公式进行外推，即可求得全力运动下每一桨功率所对应的所需摄氧量，所需摄氧量和实际摄氧量之间的差值即为氧亏，氧亏对时间的积分即为该时间段内无氧供能的量（图1）。实际摄氧量和计算需摄氧之间的比值即为有氧供能的比例。参照每1ml氧气可产生21.131J的能量［20］，可以计算出有氧和无氧供能产生的能量。

采用SPSS 18.0软件对数据进行分析处理，计量资料以（均数±标准差）表示，采用t检验；计数资料以（n，%）表示，采用χ2检验，以P＜0.05表示差异具有统计学意义。

图1 AOD计算演示图Figure 1. AOD Calculation and Presentation

2.3 数据处理

所有数据处理均用SPSS 10.0完成，对所有受试者多级测试中功率和摄氧量的关系进行皮尔逊相关分析。各数值的显示方式都为平均值±标准差。

3 结果

3.1 供能特征

受试者装戴好心率带和气体代谢测试仪后，采集安静时耳血，再以自选强度进行10min恒定强度的准备活动，准备活动结束后在测功仪上静坐5min，并采集第1min和第5min的血乳酸。之后，受试者以自选全程节奏进行120s全力划，全力运动结束后采集第1，3，5，7，10min的耳血。全力划过程中操作人员对受试者进行口头鼓励，以尽可能促使受试者全力进行运动。鉴于能量供应特征与最大运动时间有关，为避免不同受试者在完成测功仪500 m距离所用的时间不一，本研究统一选取120s来模拟皮艇500m。

图3是基于8名青少年女子皮艇运动员功率、摄氧量、心率、速度和桨频相对于在120s全力划过程中最大值的百分比的时序特征。在运动开始后的前5s内，桨频、速度和功率迅速增加，速度和桨频达到最大值的90%～95%，功率达到全程过程中的最大值，此时心率缓慢增加，摄氧量几乎没有变化；在第5～10s内，摄氧量迅速增加，心率继续增加，桨频和速度达到全程内最大值，但是功率开始下降；在第10～40s内，摄氧量继续大幅增加并达到全程最大值的95%，心率也继续增加至全程最大值的95%，速度和桨频则基本保持不变，功率下降至最大值的80%～85%；在第40～75s内，摄氧量、心率、速度和桨频基本处于稳定状态，但是功率则继续下降，至全程最大值的70%；在最后45s内，各指标均处于稳定状态，尽管最后10～20s内桨频有所提高，但带来的只是摄氧量和功率的小幅提高，没有带来速度的提高。

3）AOD计算

图2 本研究受试者120s全力划实际摄氧量（有氧）和计算需氧量（有氧＋无氧）时序特征图Figure 2. Timing Characteristics of Actual Oxygen Uptake（Aerobic）and Calculation of Oxygen Demand（Anaerobic）of 120sAll－out Test

3.2 生理学和生物力学时序特征

图2是120s全力划有氧和无氧供能的时序特征。由图可以看出，在运动开始20s内，累积氧亏量一直高于实际摄氧量；40s时实际需氧量接近全程过程的最高值（约3 000ml／min）；40～75s期间，实际需氧量基本保持不变，累积氧亏量逐渐下降；75s之后，实际摄氧量和累积氧亏量均达到稳定状态，并持续至运动结束。

图3 本研究生物力学和生理学指标相对值在120s全程中的时序特征图Figure 3. Timing Characteristics of Biomechanical and Physiological Index Relative Values of 120sAll－out Test

4 讨论

本研究对8名青少年女子皮艇运动员的测功仪120s全力划的测试结果表明，静水皮艇500m是一个以有氧供能为主的运动项目，有氧供能比例达到59.6%，此结果与国外类似研究结果一致，高于国内对此项目所认识的比例。Byrnes等人对美国国家队皮划艇运动员进行测功仪120s全力划的结果显示，有氧供能的比例为62.0%（男子）和69.0%（女子）［13］；Bishop等人研究澳大利亚优秀女子皮艇运动员，其测功仪120s全力划的有氧供能比例占70.3%［8］；在Bishop等人的其他研究中，测功仪120s全力划的有氧供能分别为59.1%～68.1%［9－11］；Nakagaki等人对日本男子大学生皮划艇运动员进行了测功仪120s全力划测试，结果显示有氧供能的比例为57.0%［18］。尽管Byrnes等人和Bishop等人使用的测功仪为澳大利亚产的K1PRO，而Nakagaki等人和本研究使用的测功仪为Dansprint，但并不能证明本研究得出的有氧供能比例相对偏低是由于不同的测功仪造成。另外，综合考虑Byrnes等人、Bishop等人和Nakagaki等人以及本研究结果，还不能发现性别和运动水平能够单独影响有氧供能比例。有氧供能比例与性别、运动水平或测功仪的关系还有待严谨的实验研究。可以肯定的是，静水皮艇500m是一个有氧供能为主的运动项目（有氧供能比例为57%～70%）。目前国内对这个项目的认识（有氧供能比例为50%［2］）还停留在20个世纪60～70年代的研究结果上，当时以瑞典生理学家Astrand［3，6］为代表的研究人员通过假定人体运动效率为22%，并结合功率自行车显示的瓦特数进行计算，但人体运动的效率往往低于22%（如皮划艇为13%～17%［12］），这样就造成了对有氧供能比例的低估，而Astrand等人的早期研究数据仍然出现在目前的体育科学著作上（如Astrand等人2003年编的第四版Textbook of Work Physiology［5］和 Hollman等 人2009年 编 的 第 五 版 Sportmedizin：Glundlagen fuer koerperliche Aktivitaet，Training und Praeventivmedizin［15］），这干扰了人们对各项目专项供能特征的认识。目前国内对静水皮划艇有氧供能的低估也主要来自于这些著作的干扰。

本研究得出120s全力划的实际摄氧量和累积氧亏分别为4 747±652ml和3 395±1 313ml，这两个值均明显小于文献报道的男性运动员的相应值（6 210～7 270ml和4 450～4 680ml）［10，11，18］，但 是 相 比 于 文 献 报 道 中 女 性 运动员［8］的实际摄氧量（5 610ml）和累积氧亏（2 390ml），本研究的实际摄氧量明显要低，而累积氧亏却明显要高。考虑到本研究的青少年皮艇运动员的年龄、体重和运动水平方面均与文献报道存在差距（15vs.23岁，70vs.65kg，国家－国际级vs.青少年级），而成年运动员在肌肉质量、最大摄氧量、最大乳酸能力方面均高于青少年运动员［15］，可以判断本研究所选取的青少年皮艇运动员在有氧能力方面相对欠缺。

其次，对于计算机数据的保护，我国刑法仅对获取这一行为进行处罚。而《公约》对于数据的保护规定了两个罪名：非法干扰计算机数据罪和非法拦截计算机数据罪。“获取”与“干扰”“拦截”相比，显然后者规定的范围广，因此更有利于对计算机数据的保护。

本研究功率、摄氧量、心率、速度和桨频的时序特征反映了人体三大供能系统在静水皮艇500m全力划过程中的动态过程。在全力运动的前5s内，功率达到最大值，桨频和速度迅速增加，而摄氧量几乎没有变化，这个过程是运动员从静止到快速运动的过程，需要人体在短时间内产生大量的能量，这种对能量的快速需求只有人体的磷酸原系统（ATP－CP）能够满足，但是人体的这种磷酸原数量有限，在5～10s内便达到最低值［19］，此后的30s内（即第10～40s）有氧供能系统还未达到最高供能状态，到第20s时才达到最高供能状态的70%，第30s时才达到最高供能状态的90%。此期间（尤其是第10～20s期间），人体运动所需要的能量主要来自糖酵解，乳酸生成速率在此期间也达到最高。但由于糖酵解供能和有氧供能的功率都没有磷酸原供能大，因此，在此期间功率继续下降（直至最大值的80%）。40s后，摄氧量（代表有氧供能）几乎达到最高水平，并维持在最大值的95%～100%之间。糖酵解供解继续进行，但是由于糖酵解供能产生的大量乳酸造成人体内环境pH值迅速下降，这种pH值的下降减缓了糖酵解过程的继续进行，因此，乳酸生成速率下降，功率在此期间也随之继续下降（直至最大值的70%）。75s后，有氧供能（实际摄氧量）和无氧供能（累积氧亏，且此时的无氧供能几乎全部来自糖酵解过程）达到一种稳定状态，直至结束前10～20s的冲刺。冲刺过程桨频明显提高（从90%到100%），并由此带来摄氧量从95%增加到100%，但给功率和速度带来的效果却不明显。静水皮艇500m全力划过程中功率、摄氧量、心率、速度和桨频的这些时序特征是安排训练计划、发展不同供能系统的重要生物学基础。

5 结论

1.静水皮艇500m是一个以有氧供能为主的运动项目，有氧供能的比例为59.6%，国内对此项目的供能特征的认识低估了有氧供能的作用。

2.静水皮艇500m全力运动的前5～10s供能以磷酸原为主，第10～40s期间糖酵解供能占据重要地位，40 s之后影响运动能力的主要为有氧供能。此能量供应的时序特征可以作为安排训练、发展不同供能系统的重要生物学基础。

［1］黎涌明.静水皮划艇比赛成绩75年发展分析［J］.中国体育科技，2012，48（3）：69－74.

［2］田中，陈贵岐.皮划艇项目的训练监控［J］.沈阳体育学院学报，2011，30（5）：87－90.

［3］ASTRAND I，P O ASTRAND，E H CHRISTENSEN，et al.Myohemoglobin as an oxygen－store in man［J］.Acta Physiol Scand，1960，48：454－460.

［4］ASTRAND P O，K RODAHL.Textbook of work physiology［M］.New York：McGraw－Hill，1970.

［5］ASTRAND P O，K RODAHL，H A DAHL，et al.Textbook of work physiology［M］.Champaign：Human Kinetics，2003：257.

［6］ASTRAND P O，B SALTIN.Oxygen uptake during the first minutes of heavy muscular exercise［J］.J Appl Physiol，1961，16：971－976.

［7］BANGSBO J，P D GOLLNICK，T E GRAHAM，et al.Anaerobic energy production and O2deficit－debt relationship during exhaustive exercise in humans［J］.J Physiol，1990，422：539－559.

［8］BISHOP D.Physiological predictors of flat－water kayak performance in women［J］.Eur J Appl Physiol，2000，82（1－2）：91－97.

［9］BISHOP D，D BONETTI，B DAWSON.The effect of three different warm－up intensities on kayak ergometer performance［J］.Med Sci Sports Exe，2001，33（6）：1026－1032.

［10］BISHOP D，D BONETTI，B DAWSON.The influence of pacing strategy on˙VO2and supramaximal kayak performance［J］.Med Sci Sports Exe，2002，34（6）：1041－1047.

［11］BISHOP D，D BONETTI，M SPENCER.The effect of an intermittent，high－intensity warm－up on supramaximal kayak ergometer performance［J］.J Sports Sci，2003，21（1）：13－20.

［12］BUNC V，J HELLER.Ventilatory threshold and work efficiency during exercise on cycle and paddling ergometers in young female kayakists［J］.Eur J Appl Physiol Occupational Physiol，1994，68（1）：25－29.

［13］BYRNES W C，J T KEARNEY.Aerobic and anaerobic contributions during simulated canoe／Kayak sprint events 1256［J］.Med Sci Sports Exe，1997，29（5）：220.

［14］HERMANSEN L.Anaerobic energy release［J］.Med Sci Sports Exe，1969，1（1）：32－38.

［15］HOLLMANN W，H K STRUEDER.Sportmedizin：Grundlagen fuer koerperliche aktivitaet，training und praeventivmedizin［M］.Stuttgart：Schattauer，2009，68：501－507.

［16］KROGH A，J LINDHARD.The changes in respiration at the transition from work to rest［J］.J Physiol，1920，53（6）：431－439.

［17］MEDBO J I，A C MOHN，I TABATA，et al.Anaerobic capacity determined by maximal accumulated O2deficit［J］.J Appl Physiol，1988，64（1）：50－60.

［18］NAKAGAKI K，T YOSHIOKA，Y NABEKURA.The relative contribution of anaerobic and aerobic energy systems during flat－water kayak paddling［J］.Jpn J Phys Fitn Sports Med，2008，57：261－270.

［19］POWERS S K，E T HOWLEY.Exercise physiology：theory and application to fitness and performance［M］.New York：Mc－Grow Hill，2007：33－38.

［20］STEGMANN J.Leistungsphysiologie：Physiologische grundlagen der arbeit und des sports［M］.Stuttgart：Georg Thieme Verlag，1991：56－59.

［21］WHIPP B J，C SEARD，K WASSERMAN.Oxygen deficit－oxygen debt relationships and efficiency of anaerobic work［J］.J Appl Physiol，1970，28（4）：452－456.