速度滑冰和短道速滑在肌氧、主观疲劳和恢复情况方面的差异

十三五国家重点研发计划“科技冬奥”项目“冬季项目运动员专项能力特征和科学选材关键技术研究”课题组

 

　　主要内容：速滑、短道项目差异，疲劳分析，恢复策略。

 

　　01研究要点

　　背景：在速度滑冰中膝盖角度呈线性关系，而在短道速滑中双腿呈非对称关系，特别是转弯过程中的肌氧水平有差异。速度滑冰的技术特征和人体生理机制息息相关，这项运动的独特性揭示了速度滑冰中长距离运动与耐力性运动独到的运动机制与生理反应。

 

　　目的：探究肌氧、疲劳与速度滑冰项目中大道和短道运动模式的关系。

 

　　方法：本研究选取12名速滑运动员并在双腿股外侧肌采用近红外光谱法（NIRS）对肌氧进行了速度滑冰（LT）和短道速滑（ST）的连续监测。并在其滑行阶段进行视频记录，标定恢复情况。每个阶段结束后2小时和4小时测量运动自觉量，数理统计方法采用重复测量方差分析（p < 0.05）。

 

　　结果：在两腿开始运动后快速趋于饱和，速滑组运动期间发现双腿肌氧水平不对称（组织饱和指数（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）。短道速滑的右腿再饱和度相较比速度滑冰右腿相对较低，而左腿在不同速滑模式下肌氧无明显差异。在测试结束后2小时（ST=5.8±2.0;LT=4.2±1.5）、4小时（ST=4.6±1.9;LT=3.1±1.6）发现短道速滑的主观用力度较高。

 

　　结论：与速度滑冰相比，短道速滑对生理水平要求更高，而且训练后需要更长的恢复时间。不同运动模式其特有的技术特点似乎会影响肌氧能力，并且影响与运动强度调节有关的疲劳和恢复过程。

 

　　

       02速度滑冰项目的肌氧能力特点

 

　　速度滑冰运动员需要采用生物力学上有利于其运动特征的蹲姿，这点对速度滑冰运动表现至关重要。速滑蹲踞式的滑行姿势是由时间相对较长的静止蜷伏状态和强大的肌肉蹬冰状态切换而成的，正因为两者要同时消耗能量，所以在发力时肌肉会出现缺氧、乳酸堆积等情况，从而导致生理不适状况。

 

　　这种情况的原因是流向运动肌肉的血液流量减少，从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时输送到运动肌肉当中。血液流量的减少会加剧主观疲劳度与恢复过程，从而影响高水平竞技表现。由于速度滑冰的技术特征影响着氧合和血液流动等生理机制，所以这项运动为研究人员提供了一个特殊的环境，使其能够揭示竞技运动对运动生理反应方面中有关于力学的新颖见解。

 

　　肌氧的变化可以影响组织内氧分压的降低，进而加剧疲劳或影响运动表现。全身性缺氧会降低动脉氧合，加剧外周疲劳和疲劳进程。肌肉局部缺血导致减少了7%或更多的肌氧能力，并且可导致前臂肌肉做功下降。增加肌内压能够减少血流量，从而减少大腿肌肉在最大转矩力时等张收缩中的组织氧合>25-35%，相关研究已得到论证。在这种情况下，肌纤维将主要依赖糖酵解作为能量来源，这可能会加剧疲劳。速滑和短道速滑因项目性质原因会导致腿部之间的不对称性。在我们与教练和运动员的交流中我们意识到，当对短道速滑高水平运动员进行短道和速滑负荷测试时，运动员普遍感觉滑短道比滑速滑更加疲劳。

 

　　03测量的方法

　　（1）肌氧测量

　　无线空间分辨光谱仪(SRS)双波长血氧仪(Portamon）用于测量近红外光谱参数的绝对和相对变化。Portamon以前被用于速度滑冰中研究肌氧和血液动力学。Portamon有三对发光二极管，它们发出波长760和850纳米的光，分别位于距离探测器30、35和40毫米的位置。利用这些波长，可以检测到发色团血红蛋白(Hb)和肌红蛋白(Mb)浓度的变化。虽然使用双波长光谱仪可以测量氧合和脱氧浓度的变化，但无法区分Hb和Mb的氧合和脱氧形式。

 

　　（2）RPE测量

　　研究要求受试者在测试后直接在Borg CR10量表上测量他们运动自觉量。为了监测每次测试后的恢复情况，受试者还要在每次测试后2小时和4小时期间分别用Borg CR10量表记录他们的疲劳程度。

 

　　（3）生理指标测量

　　每次测试期间使用可穿戴和无线呼吸式气体分析仪（Metamax 3B，Cortex，德国），使用Jaeger 3L注射器校准设备，此外还需要对每个测试进行环境空气测量。由于氧的使用和运输适应需要一定的时间，从而导致有氧反应的滞后，因此只有在测试的最后30秒进行平均化，从而得到最大摄氧量(VO2平均值)。此外，在测试过程中还使用便携式心率监测器来监测心率。

 

　　（4）速度测量

　　在所有的速滑测试中，受试者的位置、速度和加速度都由局部定位测量(LPM)系统(Inmotio Object Tracking BV，荷兰)监测。LPM系统是一种基于射频的高频(1000hz)技术。受试者穿着背心，背心的背面装有一个应答器，应答器与两个天线相连，每个天线位于每个肩膀的上方。为了了解滑冰运动员在单圈内的动作是如何影响不同生理指标的，LPM系统收集的定位数据与NIRS收集的数据同步。本研究中，我们对两个独立因素（每圈重复两次）进行定义并分析。

 

　　（5）专项技术测量

　　躯干和膝关节的角度是速度滑冰表现的两个关键技术特征。在测试过程中，受试者在直道上被一台高速数码相机拍摄下来，以评估他们的膝盖和躯干角度。在所有环节中，摄像机都垂直于速滑运动员的矢状面。我们分析了受试者在滑行阶段的记录，以确定躯干(颈-髋水平线)和膝盖角度(大腿和小腿之间)。

 

　　（6）乳酸盐测量

　　在第二次测验结束后1分钟内，采用Lactate Pro (Arkray Inc，日本)手指采血测量受试者的乳酸值。

 

　　04实验结果

　　

表1 速度滑冰和短道速滑中肌氧恢复速率的斜率(N = 12)

　　

图1 在用时相同的比赛中，速度滑冰(上)和短道速滑(下)滑行速度分布的一个典型例子(*表示速度和加速度在滑行方式上存在显著差异，p < 0.05)

 

　　表1显示速滑（LT）和短道（ST）速滑测试表现的Means±SD。与短道相比，速滑完成时间更快（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，在测试阶段发现心率无差异（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），这表明以速度来测试可以作为生理强度标准。在不同模式之间没有显示出膝关节角度的差异（LT=103.4±4.5，ST=103.8±2.9°；P=0.843）。然而，在短道期间发现较低的躯干角度（LT=16.6±1.1，ST=15.3±0.9°；p<0.001）。此外，与速滑相比，短道受试者后程的速度下降的更快。（见表1和图1）。

 

　　图2 速度滑冰(上)和短道速滑(下)在相同时间内左右腿的组织氧合指数的情况（HbO2 为氧合血红蛋、HHb 为红细胞、tHB为血红蛋白含量）

 

　　图3 在速度滑冰试验中，左右股外侧肌在不同时间点氧合血红蛋(上)、红细胞(中)、血红蛋白含量(下)

 

　　图4 在短道速滑试验中，左右股外侧肌在不同时间点氧合血红蛋(上)、红细胞(中)、血红蛋白含量(下)的变化

 

　　两组受试者在速滑和短道测试中两腿肌肉均发生氧合的变化。（表1，图2-4），这表明，在测试开始时，与基线相比，HHb和HbO2的升高导致肌肉氧饱和度(TSI)下降，HbO2的下降大于HHb的上升，从而导致tHb的下降。随着血睾酮的进化，肌氧增加，这是由HbO2的增加引起的。HHb无变化，tHb随HbO2增加而增加。

 

　　随着血睾酮的变化，左腿和右腿之间的肌氧不对称。表1显示近红外光谱参数的时间变化率。与右腿相比，左腿的肌氧明显增加。然而，这种差异在短道上大于速度滑冰。这些氧合变化主要由HbO2引起而不是HHb。HbO2在速滑和短道均有增加，但差异较大。

 

　　图5 组织氧合指数(%)在速度滑冰中单圈测试中双腿的变化的情况

 

　　图6 组织氧合指数(%)在短道速滑中单圈测试中双腿的变化的情况

 

　　使用空间分辨率的方法可以在实验结束时对肌肉氧饱和度TSI进行绝对测量。两组间唯一的差异是短道右腿的肌氧合。短道左腿肌氧合与短道右腿肌氧合相等。TSI、tHb、HbO2和HHb的时间变化显示出单圈过程中氧合的显著差异。这可以通过速滑(图5)和短道(图6)中半圈的高分辨率分析来说明。膝盖被分成两幅图中所示的部分。图7速滑和图8 短道显示了不同环节是如何影响技术的。在速滑的直道上(图5)，腿在滑行阶段和蹬离阶段(当腿在冰上时)不饱和，而腿在重新定位阶段(当腿离开冰面时)重新饱和。在短道(图6)中，典型的仅靠右腿在拐角处撑冰(悬挂)，这时左腿呈饱状态和右腿去饱和状态。

 

　　图7 在速度滑冰比赛中，弯道(上)和直线(下)的身体姿态

 

　　图8 在短道速滑比赛中，弯道(左一至左三)和直道(右一)的身体姿态

 

　　速度滑冰的弯道阶段通常包含一系列的交叉步（上）。直线阶段的特点是几个冲程，它包含滑行阶段(左下)，推离阶段(中下)和重新定位阶段(右下)。在短道速滑的直线滑行中， 每次滑行都伴随着一次蹬冰动作阶段(蹬冰时双腿可以都在冰上)。短道速滑的每个弯道都可以拆为三个部分：1.入弯阶段，运动员在此运用交叉步的技术动作；2.弯道滑进阶段，运动员仅靠右脚内刃绕弯道顶点滑行；3.出弯道阶段，运动员在此同样运用交叉步的技术动作。

 

　　图9 在「6秒冲刺测试」中记录记录双腿的组织氧合指数(TSI %)

 

　　表2 关于组织氧合度TSI %恢复情况的表格，包括：「6秒冲刺测试」的消耗情况、测试期间以及测试后2、4小时后的恢复情况

 

　　图9显示了在测试前后进行的6秒冲刺单车测试中肌氧的变化。在6s单车测试中，双腿间、测试前和测试后、速滑短道之间的TSI%变化量下降无显著性差异(P > 0.05，表二)。与速滑相比，短道组6秒单车后TSI%变化量的恢复半衰期时间明显增加。然而，在两种速滑模式下，双腿之间的恢复率没有差异。此外，与短道相比，受试者声称他们感觉测试后2小时(P = 0.014)和4小时(P = 0.026)期间恢复得更好(表2)。

 

　　05结论

　　本研究的目的是测量不同滑冰模式（速滑与短道）对肌氧的影响，并检验其是如何影响速度滑冰中主观疲劳和恢复过程的。由于短道速滑运动员在较短的赛道上进行比赛，比赛径直路线较短，更多的是弯道线路，因此，肌内压、有氧能力以及疲劳和恢复的差异就有所体现。研究结果表明，速滑运动员出发时蹲踞姿势会造成一种压力，每到转弯做出蹲踞姿势都会遭受血液循环的静态阻塞，这可能会阻碍氧合功能与恢复过程。在短道速滑中，弯角越窄，右腿血流阻塞间期越长，我们认为这是影响恢复过程和主观疲劳的主要因素。

 

　　我们提出在短道速滑中，因为肌肉保持在相对较长时间的静态收缩，所以工作肌将持续维持在缺氧状态中，从而导致左右腿之间的不对称性。基于此假设，我们认为短道速滑比速度滑冰更易疲劳，并且需要更长的恢复时间。对于速滑项目的运动员来讲，如果肌氧与疲劳之间的关系取决于速度滑冰项目中速滑和短道运动模式的话，这表明，肌氧的测量可以作为其他运动项目训练强度与恢复负荷的依据，或是其他非对称性、可使肌肉局部缺血的运动项目。

 

　　专家简介

　　刘俊一，男，博士，东北师范大学体育学院副院长，速度滑冰国家级裁判员。研究方向为运动训练理论和实践、冰雪运动训练理论和实践，编著我国首部全媒体中小学《冰雪运动》读本。

 

　　张冠男，女，硕士，任职于河北省体育科学研究所，研究方向为运动生理和运动生化学，从事运动训练监控、运动营养、运动技术分析等科研工作。

 

　　翻译| 李嘉琦（东北师范大学）、王润达（东北师范大学）

　　编辑/校对 | 张冠男

 

　　参考文献：

　　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,近红外,短道速滑,冬奥,NIRS,短道速滑