现代男子100 m速度节奏特征的多维分析及其对训练的启示

姜自立++李庆

摘 要：对男子100 m速度节奏特征与能量代谢、步态特征、肌肉工作方式之间的内在联系进行深入的分析和讨论发现：“高速平稳单峰型”是现代男子100 m 速度节奏的典型模式，能量代谢途径的转换是速度节奏变化的内在原因，步态特征的变化是转换能量代谢途径的有效方式，肌肉工作方式的改变是调整步态特征的基本途径。 基于以上分析，本研究构建了男子100 m跑的速度节奏模型， 该模型对短跑训练的启示有： 坚持“以长带短”的训练理念，强调速度训练的节奏变化，突出力量训练的专项特点， 重视髋关节的柔韧性和灵活性训练。

关键词：100 m；速度节奏；训练；启示

中图分类号：G822.1 文献标识码：A 文章编号：1006-2076（2015）03-0098-07

Abstract：Through the methodology of literature， mathematical statistics， video analysis and expert interview， this paper analyzed and discussed the internal relations between the velocity pacing and the energy metabolism， gait characteristics， muscles' working way. This study showed that "high-speed steady unimodal type" is the typical model of velocity pacing in modern men's 100 m sprint， and that the change in the velocity pacing can be ascribed to the transformation in the pathways of energy metabolism， and that altering the gait characteristics is an effective way to transform energy metabolism， and that change in the muscles' working way is the basic pathway to adjust the gait characteristics. Based on the above-mentioned analysis， this paper compiled a velocity pacing model for modern men's 100 m sprinters， and it enlightens us that appreciating the training philosophy of improving sprint performance by increasing the training volume of mid-distance run， emphasizing change in running pace， highlighting the special characteristics in strength training， and paying more attention to the flexibility of hip flexors， is an effective way to improve sprint performance.

Key words： 100 m sprint； velocity pacing； training； enlightenment[HK][HT]

速度节奏是指在周期性运动中通过调节能量代谢的输出功率和比例来达到控制速度变化的过程[1]。 合理的速度节奏是取得优异成绩的基本前提， 同时也是正确理解短跑技术、诊断专项能力和制定训练计划的重要依据[2]。

为了准确反映100 m跑的速度节奏特征， 近年来许多学者进一步将100 m跑细分为了起跑阶段、 加速阶段（0～20 m）、转换阶段 （20～40 m）、最大速度阶段 （40～80 m）和降速阶段（80～100 m）[3-5]，并分别对不同段落的能量学[6-7]、运动学[8]和动力学[9]特征进行了大量研究。

然而， 尚无文献对100 m 运动中速度节奏的变化特征与能量学、运动学和动力学参数之间的内在联系进行系统的分析和讨论。 故此， 造成了许多教练员不能完全正确理解100 m运动的专项特征和技术原理。

本研究试图通过对世界优秀男子100 m运动员的速度节奏变化特征与能量代谢、步态特征、肌肉工作方式之间的内在联系进行分析， 构建出现代男子100 m 速度节奏模型，进一步加深广大教练员和运动员对100 m 跑速度节奏和技术特征的理解。

1 结果与分析

1.1 现代男子 100 m 速度节奏特征的多维分析

现代男子 100 m 速度节奏的典型模式为了准确把握 100 m 运动的专项特征， 国内、 外学者和教练对世界优秀男子 100 m 运动员的速度节奏特征进行了大量研究。 1990 年，刘济民在《现代 100 m 速度节奏的特点》一文中把 100 m 跑的速度节奏分为“单峰型”、 “双峰型”和“波浪型”三种模式[10]。 1999 年，申伟华把世界优秀男子运动员 100 m 跑的全程速度节奏分为了“高速平稳型”、 “高速起伏性”、 “快速平稳型”和“快速起伏型”四种模式[11]。 近年来，随着训练理念、 训练方法和手段的不断革新，世界男子短跑水平取得了长足进步， 同时运动员的速度节奏特征也呈现出了新的模式。 本研究对2009年柏林世界田径锦标赛男子100 m决赛前三名运动员的速度曲线变化特征进行了分析（图1）。结果显示，如果按照刘济民老师的分类方法， 前三名运动员的速度曲线呈现“单峰型”节奏模式；如果按照申伟华老师的分类方法， 前三名运动员的速度曲线属于“高速平稳型”节奏模式。如将二者合并，可称之为“高速平稳单峰型”，该模式的特点是起跑后加速平稳、速度起伏小、全程加速距离较长、最大速度出现在 60～80 m 段落、后程降速幅度较小。博尔特、 盖伊和鲍威尔作为男子 100 m史上最出色的短跑运动员，其速度节奏特征可代表现代男子 100 m 速度节奏的典型模式。

同时也对世界不同水平男子 100 m运动员的速度节奏特征进行了比较。 图2显示，相较于世界顶级短跑运动员， 一般短跑运动员在加速距离、最大速度、以及保持速度的能力等方面都存在明显差距， 而这种差距在降速阶段尤为显著， 一般短跑运动员的降速幅度为7.54%，优秀短跑运动员为3.25%。但从整体上看，不同水平男子100 m运动员的速度节奏变化特征具有高度的相似性， 即都呈现出“高速平稳单峰型”模式。

综上， “高速平稳单峰型”是现代男子100m速度节奏的典型模式。然而，世界高水平男子100m运动员为什么会表现出高度相似的速度节奏模式，有待进一步分析。

1.2 能量代谢途径： 速度节奏变化的内在原因

根据 ATP 的合成途径，人体运动中的能量代谢可分为磷酸原（无氧非乳酸）、糖酵解（无氧乳酸）和有氧氧化（葡萄糖和脂肪的氧化）三大能源系统。 但三大能源系统的输出功率和达到最大功率所需要的时间都存在显著差异（表 1）。 其中， ATP 的输出功率最大，达到11.2 mmolATP K-1S-1； CP 次之，最大输出功率为 8.6 mmol ATP K-1S-1；而糖无氧酵解生成乳酸时，最大输出功率只仅为 5.2 mmol ATP K-1S-1。磷酸原供能系统虽然启动迅速，输出功率大，但其做功能力小，持续时间仅为6～8 s，而优秀短跑运动员跑完100 m全程约耗时10 s左右。显然，磷酸原系统并不能完全满足100 m跑的能量需求，从而需要动用糖酵解系统的供能。研究表明，在10 s以下的极量运动中，磷酸原的供能比例约为 90%、糖酵解供能比例约为10%[12]。由于不同能源系统的输出效率不同，表现出的运动能力也会不同。因此，在100 m运动中运动员的速度会随能量代谢途径的变化而出现被动调整。

事实上，在任何形式的运动中三大能源系统都是同时参与供能的，但其参与程度会因肌肉收缩强度的不同而有所差异[12]（图 4）。 在周期性运动中速度节奏的本质是运动员通过调节能量代谢的输出功率和比例来达到控制速度变化的过程[1]。 换句话说，运动员可以根据不同能源系统的代谢特点和100 m运动不同段落的动力学特征， 通过主动调控速度节奏、调整步态特征和改变肌肉工作的方式， 调节不同能源系统参与收缩的比例，以达到优化三大能源系统输出功率的目的。

综上所述， 不同能源系统的输出功率不同， 能量代谢途径的改变会引起运动员100 m跑速度节奏特征的被动调整；另一方面，为了实现生物能向机械能的最大转化，运动员需要在100 m运动中主动调整速度节奏特征。因此，能量代谢途径转换是速度节奏变化的内在原因。

1.3 步态变化特征： 调整能量代谢途径的有效方式

由公式“跑速=步长×步频”可知， 步长和步频是影响速度节奏变化最重要的变量， 步长与步频在100 m运动不同段落中的最佳组合是运动员取得优秀成绩的基本前提[2]。 事实上， 在100 m运动中优秀运动员的步长与步频始终处于不断的变化和组合中（图4）。 在加速阶段，运动员的主要任务是迅速摆脱静止， 获得更大的动作加速度。 研究表明， 当跑速低于9 m/s时，增加步长比增加步频更加有利于运动员摆脱静止， 获得动作加速度[13]。此外， 在周期性运动中肌肉收缩的能量消耗与肌肉的收缩速度成立方比，即肌肉收缩速度增加一倍，其氧的消耗量就会增加七倍[14]。 因此， 在加速阶段通过增加步长提高速度比通过增加步频提高速度更具经济性。图5和图6显示，在该段落，运动员的步长约由第1步时的1.17 m提高到第11步时的2.10 m，步频则稳定在4.12 Hz左右。

在转换阶段， 运动员的主要任务是为运动员达到和保持最大速度水平做准备。因此，在该阶段，运动员要充分利用加速阶段产生的速度惯性，通过“顺势跑”调整动作节奏， 在稳步增加步长的同时，将步频增加到最大。由于“顺势跑”时肌肉相对放松，既有助于节省能量输出，也有助于ATP-CP的再合成， 能为达到和保持最大速度储备能量。 另一方面， 从动力学角度而言， 步频的增加意味着触地时间的减少。研究表明， 在保持步长稳定的情况下，减少触地时间是节省能量消耗[7]和达到最大速度水平的重要途径[15]。 图5和图6显示，在该段落， 运动员的步长约由2.10 m增加到2.35 m，步频则由4.1 Hz提高到4.8 Hz，步频成为了该段落速度变化的主导变量。

在最大速度阶段，运动员的主要任务是充分利用已经获得的速度惯性和动用能量储备，同步增加步长和步频， 达到和保持最大速度，在竞争中脱颖而出， 获得最终的胜利。图4示，在该段落，运动员的步长与步频出现了同步增加；在降速阶段，随着磷酸原的耗竭，能量代谢途径已转换为乳酸能供能为主，乳酸的堆积会导致步频的急剧下降。 因此，运动员在此阶段不宜、也不能通过增加步频提高速度，而是应通过步长的增加来弥补步频下降引起的速度损失[4]。因为步长的增加意味着腾空时间增加，肌肉的放松时间延长，有利于乳酸的缓冲和 ATP-CP 的再合成，步长与步频的这一变化规律也在图 4 中得到体现。

综上所述，100 m运动中速度节奏的变化取决于步长与步频的不断变化和组合，与此同时，步长和步频的不断变化与组合也是调节能量代谢途径、实现生物能向机械能最佳转换的有效方式。

1.4 肌肉工作方式： 调整步态变化特征的基本途径

研究表明，在100 m运动的不同阶段，运动员的腿部肌肉工作方式有一个细微的转变过程，即在100 m跑的前11步中，运动员主要以腿部前群伸肌（股直肌、股外肌、腓肠肌）的最大收缩为主。当进入到途中跑阶段后，运动员的腿部前群肌肉参与收缩的比重下降，而髋部屈肌和股后肌群肌肉参与收缩的比重有上升的趋势[16]。 图7显示，与前11步相比， 在途中跑阶段运动员腿部后群（股二头肌）的肌电活性出现了微弱的上升趋势。

当跑速低于9 m/s 时，步长是速度增加的主导变量（图8），因此，在加速阶段，运动员需要通过步长的大幅增加来迅速摆脱静止和获得更大的动作加速度。 从动力学角度来看，步长主要取决于运动员的驱动力量。研究表明，当腾起角度约为 45° 时，最有利于运动员充分“蹬伸”，产生最佳的水平驱动力[17]， 因此，在奥运会或世界田径锦标赛等世界顶级的 100 m比赛中，我们可以观察到运动员在起跑后的会尽量压低上体，因为在“前倾”的身体姿势下，着地时间相对较长，运动员有相对足够的时间运用腿部伸肌收缩的最大力量完成“蹬伸”动作[18]，产生更大的驱动力量，增加步长。

进入到途中跑阶段后， 优秀短跑运动员的跑速已经达到10 m/s 以上， 具备了较大的速度惯性， 步频成为了速度增加的主导变量（图8）。从动力学视角看，步频由触地时间和腾空时间构成。因此， 若想增加步频，必须减少触地时间。随着触地时间的减少， 运动员已没有足够的时间充分地蹬伸， 因为在支撑腿刚进入后蹬阶段就已离地了。此时， 腿部主要伸肌在“蹬伸”技术中的作用逐渐减弱，而髋部屈肌和股后肌群在“拔地”技术的作用逐渐增强， 运动员的身体姿势也逐渐正直。 然而， 在进入到降速阶段后， 随着磷酸原的耗竭， 步频出现了显著下降， 运动员需要再次压低上体， 加大腿部前群肌肉参与收缩的比重， 以增加步长，弥补步频下降引起的速度损失。

综上，100 m运动中速度节奏的变源于步长与步频的不断变化和组合， 而肌肉工作方式的转换是调节步态特征的根本方式。

2 现代男子 100 m 速度节奏模型

上文已经证实，在100 m运动的不同阶段运动员会呈现出不同的速度节奏特征、能量代谢途径、步态特征和肌肉工作方式。所谓“理想的速度节奏模型”是指运动员能够在100 m运动的不同段落运用符合能量学、运动学和动力学特征的短跑技术， 实现生物能向机械能的最佳转化。 如果运动员在不同段落转换不正确或运用的技术不恰当，将会损失动作冲量，影响跑速[17]。

本研究根据世界高水平男子100 m运动员的速度节奏特征与能量代谢特点、步态变化特征、以及肌肉工作方式之间的内在联系，制定了现代男子100 m的“速度节奏模型”（图9），可供短跑教练员和运动员参考。值得注意的是，从生物力学的角度来看，存在理想的速度节奏模型，但由于运动员在生理（身高、体重、骨骼、肌肉力量等）或心理上存在显著差异[20]，不宜将“理想的速度节奏模型”强加于任何运动员，而是应该让运动员形成独具风格的速度节奏特征。在运动实践中， 聪明的教练员会让运动员理解正确的技术原理，并在这些技术原理的指导下训练，选择合适的训练手段和方法，以形成符合生物学、生物力学、动力学、能量学原理以及个人身心特点的技术风格。

3 现代100 m速度节奏特征对训练的启示

3.1 坚持“以长带短”的训练理念

在100 m运动的降速阶段， 随着磷酸原的耗竭， 运动员的能量代谢主要以糖酵解系统供能为主， 但无氧糖酵解系统在供能的同时会产生乳酸，当乳酸的堆积超过一定浓度时，就会导致神经冲减弱，降低动作频率，进而导致速度大幅下降。 研究表明， 运动员水平越高， 后程降速的幅度越小，同时其赛后的乳酸浓度越低[21]，这说明耐受和缓冲乳酸的能力是区别优秀短跑运动员和一般短跑运动员的重要指标。

“以长带短”是指通过较长段落（200～500 m）的练习促进短距离 （100 m）跑成绩的提高。从运动生化的角度来看， 较长距离的次最大强度间歇或重复跑， 能有效地提高脑细胞和组织细胞对酸性代谢产物的耐受性，增加血液系统对酸性代谢产物的缓冲能力， 进而提高运动员保持最大速度的能力；此外，较长距离的间歇跑在对机体产生较大刺激的同时，有助于运动员体会短跑的技术，提高技术的稳定性，而且不易引起神经系统的疲劳；更重要的是，相对于短距离最大速度练习， 较长距离的间歇跑对肌纤维细微结构的损伤较小， 大大地降低了运动员的肌肉损伤率。据了解，尤塞恩·博尔特、克里斯托弗·勒梅特、费米·奥古诺德、 张培萌等名将都曾在生涯早期以200 m或400 m作为主项[22]。

3.2 注重速度训练的节奏变化

在短跑训练实践中，无论是在一般准备期，还是在专项准备期，都需要通过大量的短距离（ 30～80 m）和中长距离（ 150～300 m） 的练习来提高速度水平。然而，大量的重复某一练习会使运动员的技术动作在时间和空间特征上趋于稳定，造成技术能力的动力定型，出现速度障碍。

速度障碍主要源于运动员在动作空间、 动作时间、 步态特征以及能量输出功率上趋于稳定。 研究表明，通过长期的变速跑或变换节奏训练， 能够有效地提高运动员神经过程的灵活性，打破肌肉收缩时能量供应的固定模式，突破速度障碍[23]； 此外，注重速度节奏的变化还可以让运动员体会加速和惯性跑等技术， 提高肌肉的放松能力，减少肌肉收缩时的阻力，有利于 ATP-CP 的再合成，提高跑步的经济性。在短跑训练中， 速度节奏训练的手段主要有变速跑、助力跑和阻力跑等。在全国100 m、200 m纪录保持者张培萌的训练中，节奏训练的主要手段有“20 m 快+20 m 慢+20 m 快+20 m慢”的变速跑，不同间距的跑格、多种节奏组合的绳梯练习等。 此外，助力跑和阻力跑也是张培萌突破速度障碍的重要手段。

3.3 突出力量训练的专项特点

力量是速度的基础， 但力量与速度并非线性关系。 只有那些在动作幅度、动作频率和肌肉工作方式上符合短跑专项技术特点的力量练习才能有效地提高运动员的速度水平。 在100 m运动的不同段落中，运动员腿部肌群的工作方式会发生一个细微的转变。在加速阶段，运动员以“蹬伸”技术为主， 因此， 腿部前群伸肌的最大力量对跑速起着决定性的作用[16]。研究表明，运动员1 RM 的深蹲能力与10 m疾跑和30 m疾跑的相关系数分别达到0.94和0.71[24-25]。因此，以杠铃半蹲或全蹲为主要手段的传统力量练习仍是发展腿部伸肌最大力量的有效方式。另外， “蹬伸力量练习器” 能弥补杠铃半蹲或深蹲发力角度与短跑专项特征不一致的缺陷， 可有效地发展运动员腿部伸肌的专项力量。

在途中跑阶段，运动员以“扒地”技术为主， 因此， 髋部屈肌、股后肌群、以及腓肠肌、胫骨前肌的快速反应收缩力量对跑速起着决定性的作用[16]。在训练实践中，负重弓箭步、伸髋练习、股后肌群的向心收缩练习，以及符合短跑专项特点的超等长练习应该得到足够重视。值得注意的是，短跑运动员的力量训练需要在突出专项特征的同时，保持力量素质的整体平衡，尤其应该重视向心力量训练和离心力量训练的比例， 以及力量训练前、后的拉伸训练。因为某些部位力量的过度发展，不仅会破坏运动员整体的协调性，也是造成运动损伤的重要原因。

3.4 重视髋关节灵活性和柔韧性的训练

研究表明， 在髋、膝、踝的三大附属肌群中，髋部肌群对跑速的影响最大，在一个跑的周期中，髋关节周围的肌群所完成的全部机械功是膝关节的14.6倍和踝关节的2.3倍[16]。髋关节的柔韧性越好， 髋关节的活动范围越大，运动员的步长越大。髋关节的伸展范围增加可以增加运动员扒地前的准备时间，产生更大的驱动力量，从而使髋部屈肌的机械效率得到充分发挥。此外，100 m跑全程速度节奏的控制和能量代谢途径转换取决于步长和步频的不断变化和组合，而步长与步频的不断变化和组合很大程度上取决于髋关节的灵活性。 因此，髋关节的柔韧性和灵活性在速度节奏的控制和肌肉工作机械效率的发挥中扮演者重要的角色。据报道，为了改善髋部灵活性的不足对速度的影响，前100 m世界纪录保持者泰森·盖伊甚至接受了髋关节修面手术[26]。在运动训练实践中，增加髋关节柔韧性和灵活性的主要手段有负重弓箭步、 高抬腿跑、绕栏架、仰卧交叉摆腿、侧身交叉跑等练习。此外，各种拉伸练习也是提高髋关节柔韧性和灵活性的有效手段。

4 结论与建议

4.1 合理的速度节奏是100 m比赛中取得优异成绩基本前提， 世界优秀男子100 m运动员的速度节奏特征具有高度的相似性， 这源于对速度节奏变化特征与能量代谢、步态特征和肌肉工作方式之间内在联系的一致性理解。

4.2 科学训练的首要原则是区别对待，教练员不应将所谓的“理想模型”强加于任何运动员，而应该让运动员理解正确的技术原理，并在这些原理的指导下， 结合个人特点，选择有效的训练方法和手段。

4.3 在短跑训练实践中，坚持“以长带短”的指导思想，强调速度训练的节奏变化，突出力量训练的专项特点，重视髋关节的柔韧性和灵活性训练，是提高短跑成绩、 取得突破的必由之路。

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