我国男子皮艇200 m项目能量代谢特征研究

田 中，崔书强，王 舸，李清正

我国男子皮艇200 m项目能量代谢特征研究

田 中，崔书强，王 舸，李清正

目的：研究男子皮艇200 m项目能量代谢特征。方法：以6名优秀男子皮艇运动员为研究对象，在皮划艇测功仪上进行36 s测验模拟男子皮艇200 m比赛，测试安静血乳酸和运动后的最高血乳酸，分析安静、运动中和运动后的摄氧量，计算出能量代谢的供能比例，并对测试中的各指标与成绩(36 s测验的划行总距离)进行相关分析。结果：男子皮艇200 m有氧氧化、糖酵解和磷酸原3种供能系统的比例分别为17.70%±7.70%、53.72%±6.9%和28.59%±5.57%；相关分析表明，糖酵解供能、最高乳酸、前9 s平均摄氧量、前9 s平均摄氧量-安静摄氧量和成绩正相关，磷酸原供能百分比和成绩负相关。结论：男子皮艇200 m项目是以无氧供能为主的项目，其中，糖酵解供能的比例最高；摄氧量和成绩的相关分析表明，起航时宜保持较高的摄氧量。

男子；皮艇；200 m；能量代谢比例

奥运会皮划艇项目包括1 000 m、500 m和200 m 3种距离的比赛，不同距离的皮划艇项目强度和持续时间不同，因此，其能量代谢的特点不同，即3种能量代谢系统的供能比例不同。Byrnes等[11]发现，男子皮划艇运动员1 000 m和500 m有氧供能的比例分别为82%和62%；Bishop等[10]以2 min皮划艇测验模拟女子皮艇500 m项目，发现有氧供能的比例为70.25%±5.61%；Zouhal等[26]通过研究实际水域划船发现，皮艇1000 m和500 m项目有氧供能的比例分别高达86.61%±1.86%和78.30%±1.85%，其他研究也都发现类似的结果，这些研究表明，皮划艇1 000 m和500 m项目的能量代谢供能比例是不同的，但都以有氧供能为主。

皮划艇200 m项目直到2012年才进入奥运会，皮划艇200 m项目在单人艇上共包括男子皮艇(男子皮艇还包括一个双人艇项目)、男子划艇和女子皮艇3个小项，优秀男子皮艇运动员的成绩一般在36 s左右，优秀男子划艇和女子皮艇运动员的成绩一般在40 s左右，男子皮艇比赛时间要短于男子划艇和女子皮艇，而且，由于男、女在运动中能量代谢特点上的差异，即使同为200 m距离的项目，这3个小项目间的能量代谢规律也是不同的。关于皮划艇200 m项目能量代谢供能比例的研究较少，Byrnes和Nakagaki[11，19]报道了男子皮艇200 m项目有氧供能和无氧供能的比例，但没有区分糖酵解和磷酸原系统的供能比例。其后，黎涌明[2]报道了皮划艇200 m项目有氧氧化、糖酵解和磷酸原3种供能系统的供能比例，该研究是目前关于皮划艇200 m项目3种能量代谢系统供能比例的唯一研究，但该研究以青少年运动员为研究对象，且没有区分男子皮艇、男子划艇和女子皮艇，研究结论不适于男子皮艇项目，也不能完全反映优秀运动员的代谢特征。为更深入了解皮划艇200 m项目的能量代谢特征，本研究以男子皮艇运动员为研究对象，探讨男子皮艇200 m项目的能量代谢特点，为制定针对性的训练计划提供依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

某市队6名男子皮艇运动员参加测试，受试者均能够熟练使用皮划艇测功仪，同意参加测试，并在测试前已经知道详细测试流程和测试存在的不适感，测试也得到研究主管部门的同意。运动员处于夏训阶段，身体健康，测试前1天无剧烈活动，下午休息，正常饮食(表1)。

年龄(岁)训练年限(年)身高(cm)体重(kg)体脂百分比(%)最大摄氧量(L/min)23.00±3.857.67±3.93186.83±2.9388.20±5.8811.33±3.194.90±0.27

注：最大摄氧量是使用CORTEX Metalyzer 3B气体代谢分析系统在跑台上进行测试，跑步起始速度为10 km/h，递增强度为每分钟1 km/h，测试人员依据相关标准判断是否达到最大摄氧量。

1.2 研究指标和方法

1.2.1 乳酸测试

以Lactate Scout便携式血乳酸分析仪按照要求的条件和测试方法，采耳血，以SensLab公司乳酸试剂条测试。

1.2.2 安静、运动和运动后摄氧量测试

在实验室内以CORTEX Metalyzer 3B气体代谢分析系统测试安静、运动和运动后的摄氧量，室温和湿度分别为26℃和75%，时间为上午9:00～12:00。运动员测试前2 h无进食，测试时无补糖。测试前准备活动包括10 min心率在130次/min左右的慢跑，拉伸5 min，拉伸后在皮划艇测功仪上(Kayak Pro InfoMaster 2008型)划行5 min(桨频为60桨/min，阻力系数为84)，期间每分钟做一次5 s的加速划。之后测量体重，带好面罩，胸前带心率遥测仪，在皮划艇测功仪上保持安静坐姿5 min，然后以36 s全力划模拟男子皮艇200 m比赛，全力划结束后仍带面罩，在测功仪上保持安静坐姿直至全力划后摄氧量恢复为高于安静值10%。

1.2.3 有氧氧化、磷酸原和糖酵解系统供能比例的计算

参照文献报道方法[4,8]，具体方法如下：

1.2.3.1 有氧氧化系统供能的计算

取全力划前最后30 s的摄氧量平均值为安静摄氧量，利用梯形法计算运动耗氧量-时间曲线下的面积，该值为全力划期间的总摄氧量，减去36 s乘以安静摄氧量值，即为全力划所消耗的氧气量。

1.2.3.2 磷酸原系统(ATP-CP系统)供能的计算

磷酸原代谢系统的供能可以看作运动后过量氧耗的快成分，在摄氧量-时间曲线上以Origin 6.0拟合运动后的过量氧耗恢复曲线，并求得曲线拐点，利用Origin 6.0求运动结束后至拐点对应时间曲线下的积分，减去该时间段的安静摄氧量，即为磷酸原系统的耗氧量。

1.2.3.3 糖酵解供能的计算

测量全力划前安静状态的血乳酸，之后测试全力划后即刻、1 min、3 min、5 min、7 min和9 min时的血乳酸，找到运动后的峰值乳酸。全力划后的最高血乳酸与全力划前的血乳酸之差为净累积血乳酸，按照氧气-乳酸换算系数为3.0 mL/kg/mmolL，依下列公式计算糖酵解供能的耗氧量：

糖酵解供能=(全力划后的峰值血乳酸-全力划前的安静血乳酸)×3×体重

最后按照1 L氧气的能量等效为20.92 kJ的功换算，把上述3种能量代谢系统的耗氧量×20.92 kJ计算出每种能量代谢系统的做功，三者相加为总功，以每种能量代谢系统的做功除以总功，求出各自的供能比例。

1.3 数据处理方法

2 研究结果

结果表明，36 s全力划有氧氧化、糖酵解和磷酸原3种供能系统的供能比例分别为17.70%±7.70%、53.72%±6.9%和28.59%±5.57%；相关分析表明，糖酵解供能、最高乳酸、前9 s平均摄氧量、前9 s平均摄氧量-安静摄氧量和36 s全力划与总距离正相关，磷酸原供能百分比和总距离负相关(表2)；摄氧量和时间曲线的示范图如图1所示。

3 分析讨论

3.1 皮划艇项目能量代谢供能比例

能量代谢供能比例的研究具有重要的意义，早在20世纪60年代，众多学者就开始了该领域的研究，Fox等人[15]最早利用氧债和乳酸来研究能量代谢的供能比例。已经有较多关于皮划艇能量代谢的研究，从测试的准确性上分析，利用划船测试无疑是研究皮划艇项目能量代谢系统供能比例最为准确的方法，然而，在实际水域进行划船测试存在很多的困难，尤其是收集和分析气体、血液，尽管便携式气体代谢分析仪的出现为现场气体分析提供了可行的手段，但皮划艇作为在水面进行的室外项目，受自然条件如风、浪等的影响较大，不稳定的环境因素会影响到测试的准确性。

表 2 36 s全力划能量代谢供能比例及各指标与总距离的相关性一览表
Table 2 Correlation between the Indicators of Energy Metabolism Ratio and the Total Distance of 36s All-out Efforts

指 标X±SD与总距离相关系数P运动时摄氧量(L)1.32±0.290.60.21最高心率(次/min)161.17±3.970.390.44有氧供能(kJ)16.14±9.290.470.35磷酸原供能(kJ)23.38±3.780.180.74糖酵解供能(kJ)46.68±9.730.95**0.003有氧供能%17.70±7.700.230.67磷酸原供能%28.59±5.57-0.81*0.05糖酵解供能%53.72±6.90.40.43安静乳酸(mmol/L)1.03±0.240.160.76最高乳酸(mmol/L)9.47±1.700.90*0.02前9s平均摄氧量(L/min)0.74±0.290.82*0.04安静摄氧量(L/min)0.72±0.11-0.160.75前9s平均摄氧量-安静摄氧量(L/min)0.02±0.280.92**0.0099s后摄氧量(L)1.21±0.280.490.32总距离(m)181.38±9.98——

注：**P<0.01,*P<0.05。

图 1 1名运动员摄氧量-时间曲线图Figure 1. Curve of Oxygen Uptake and Time for Athlete

鉴于在实际水面上测试有以上缺陷，学者在研究中多采用实验室设备来代替划船，其中，气阻和计算机控制的皮划艇测功仪是理想的替代手段。Van Someren等[24]的研究表明，在测功仪上全力划4 min的总机械功与实际划船距离高度相关，且两者运动时的摄氧量和运动后的乳酸值类似，表明皮划艇测功仪是评价皮划艇运动员生理学的可靠方法。因此，本研究使用36 s皮划艇测验来模拟实际200 m划船比赛，以此来研究其能量代谢特征。

在能量代谢系统供能比例的研究方法上，有氧代谢供能的研究方法较为简单和可靠，本研究采用公认的较为可靠的气体代谢分析法计算出运动期间的摄氧总量，以此来计算运动中有氧代谢的供能。在磷酸原系统的供能方面，本研究使用目前较准确的氧亏法来计算运动中磷酸原系统的供能，该方法的原理是运动后的恢复过程中，ATP不同再生机制对气体交换具有不同的影响，研究表明，快恢复成分主要用于高能磷酸原的合成，该方法是计算磷酸原系统供能的一种无损测试，但也有研究认为，该方法高估磷酸原系统的供能[6,18]。目前尚没有糖酵解供能的准确研究方法，把运动时产生的乳酸转换为等量的氧气再计算其供能是目前唯一的较为简便的辅助性方法，Zamparo等[25]在研究中也使用该方法来计算皮划艇项目糖酵解供能比例。虽然本研究采用的方法不能精确反映糖酵解供能的情况，但作为唯一被验证的能够区分3种能量代谢供能比例的方法，上述方法在能量代谢供能比例的研究方面还是具有重要的应用价值[9]，而且就目前已知的方法和研究进展来讲，本研究采用的方法在计算上没有明显的系统错误，是可行的[7,13]。

众多学者对不同距离皮划艇项目能量代谢的供能比例进行了测试，由于技术的困难，在现场进行的研究较少，多数都是在实验室内进行的，且以500 m和1 000 m项目的研究居多，到目前为止，关于皮划艇200 m项目能量代谢供能比例的研究仍较少。Byrnes等[11]是最早研究该项目能量代谢比例的专家，他们于1997年在测功仪上以40 s的全力划来模拟200 m比赛，采用氧亏法通过建立强度和摄氧量的线性关系来计算有氧和无氧供能的比例，发现皮划艇200 m项目有氧和无氧代谢供能比例为37%和73%，该研究是以6名男子皮艇和2名男子划艇运动员为研究对象，能量代谢的供能比例是男子皮艇和男子划艇项目的平均值。Nakagaki等[19]采用和Byrnes相同的研究方法，以8名男子皮艇运动员为研究对象，发现有氧和无氧代谢供能比例为29%和71%。上述两项研究都采用了40 s测功仪测验，在时间上都远长于男子皮艇的比赛时间，可能无法反映男子皮艇200 m项目的真实能量代谢状态，而且，都是采用氧亏法对供能比例进行测试，因而，无法区分3种能量代谢系统的供能比例，而对于持续时间较短的皮划艇200 m项目，了解3种能量代谢系统的供能比例具有重要的意义。鉴于此，国内学者黎涌明[2]以40 s测功仪全力划模拟200 m皮划艇比赛，发现有氧氧化、糖酵解和磷酸原3种供能系统的供能比例为31.8%、28.8%和39.4%。该研究是目前关于皮划艇200 m项目3种能量代谢系统供能比例的唯一研究，深化了对皮划艇200 m项目能量代谢规律的认识，但该研究以青少年运动员为研究对象，在计算时没有区分皮划艇200 m项目的3个小项，而且也使用40 s测功仪测验模拟皮划艇比赛，研究结论不能完全反映优秀男子皮艇运动员的代谢特征。

为了解男子皮艇200 m项目的能量代谢特征，本研究利用优秀男子皮艇运动员为研究对象，利用36 s测功仪测验来模拟200 m皮划艇比赛，以此来测试3种能量代谢系统的供能比例，结果显示，有氧氧化、糖酵解和磷酸原3种供能系统的比例分别为17.70%±7.70%、53.72%±6.9%和28.59%±5.57%，糖酵解系统的供能比例最高。本研究在计算时没有计入体内的氧储备，由于体内与肌球蛋白和血红蛋白结合的氧储备大约为400 mL[5]，该部分氧气尽管没有在运动中的摄氧量中体现出来，但也将会在运动中参与有氧代谢，因此，本课题采用的方法可能会低估有氧代谢供能比例，如果计入该部分氧气(以400 mL计算)，有氧氧化、糖酵解和磷酸原系统的供能比例分别为25.92%、49.36%和24.72%。

同Byrnes等[11]和Nakagaki等[19]的研究比较，本研究有氧供能的比例低，无氧供能比例高，造成这种差异的原因可能与测功仪测验持续的时间不同有关。Byrnes采用了40 s测功仪测验来模拟200 m，本研究采用36 s测功仪测验来模拟200 m，Byrnes的时间长于本研究，时间的延长将伴随有氧供能比例的升高，由于Byrnes的研究对象是男子皮艇和划艇运动员，因此，这也可能反映了男子皮艇和男子划艇200 m项目在能量代谢方面存在不同。除采用的测验持续时间和研究对象不同外，供能比例测试方法的不同可能是造成结果不同的主要原因，Byrnes通过建立运动强度和摄氧量的关系，再通过外推求得实际运动强度的理论摄氧量，以此计算有氧供能和无氧供能的比例，研究表明，该方法将高估有氧供能的比例，低估无氧供能的比例[6]。测试方法和测功仪全力划持续时间的不同也是本研究有氧代谢供能比例低于Nakagaki等的研究的主要原因。

本研究有氧供能比例也低于黎涌明[2]的测试结果，除持续时间的差异外，黎涌明在研究中采用了男、女皮划艇运动员为研究对象，而本研究仅以男子皮艇运动员为研究对象，Byrnes的研究表明，在完成同等距离的比赛时，女子皮划艇运动员更多的依赖有氧供能[11]，另外，黎涌明的研究中实验对象为处于冬训阶段的青少年，本研究为成年运动员，处于夏训阶段，实验对象水平和训练背景的差异也可能是造成不同的原因。

同持续时间类似以下肢运动为主的跑步等项目比较，皮划艇200 m有氧供能比例更低，如持续30 s的跑步有氧供能比例为27%[17]。皮划艇是以上肢运动为主的项目，同下肢运动比较，上肢运动参与的肌群相对较小及静力性收缩较多，上肢运动为主的运动很难达到个体的最大摄氧量。Tesch等[22]测试了瑞典成年和青少年男子皮艇运动员跑台最大摄氧量以及500 m、1 000 m划船测验后摄氧量的情况，跑台测试的最大摄氧量为5.4 L/min，1 000 m测验后成年队员的峰值摄氧量为4.7 L/min，为跑台测试最大摄氧量值的87%，500 m测验后峰值摄氧量为4.2 L/min，为跑台测试最大摄氧量值的77%。由于划船时胸肋骨固定对循环系统的妨碍，皮划艇运动员血压较高[20]，反映了外周血管阻力的增加，因此，皮划艇运动员可能更加依赖无氧供能。

3.2 测试各指标与成绩相关性的分析

测试中的各指标和成绩(36 s全力划的总距离)的相关分析表明，糖酵解供能、最高乳酸、前9 s平均摄氧量、前9 s平均摄氧量-安静摄氧量和成绩正相关，磷酸原供能百分比和成绩负相关。

皮划艇200 m项目的无氧供能比例高，是无氧供能为主的项目，本研究也发现，糖酵解是供能比例最高的供能系统，因此，糖酵解供能和最高乳酸与成绩呈现正相关。Fry等[16]以1 min全力做功来评价皮划艇运动员的糖酵解能力，发现1 min全力做功和500 m、1 000 m成绩相关系数为-0.508和-0.633，表明糖酵解供能对于皮划艇项目的重要性。而作为200 m皮划艇项目供能比例最高的供能系统，糖酵解的做功能力可能更为关键。Van Someren等[23]以皮划艇测功仪模拟200 m比赛，发现峰值血乳酸为6.7±1.7 mmol/L，而两名国际水平运动员的乳酸分别达到8 mmol/L和10 mmol/L，成绩最好的队员乳酸值最高。

进一步的分析发现，全力划前9 s平均摄氧量、前9 s平均摄氧量-安静摄氧量与成绩正相关，实际测试的结果也显示，在全力划的最初9 s内，摄氧量高的队员成绩较好，而起始9 s摄氧量低的队员(低于安静值)成绩较差。研究表明，皮划艇运动员在45 s时摄氧量才能够达到其个人峰值摄氧量的99.2%，运动初期是积累氧债的主要阶段，以无氧供能为主[10]，在运动最初9 s内摄氧量高的队员将积累更少的氧债。全力划最初9 s内(起航阶段)摄氧量低于安静值是屏息造成的，这种相关性表明，对于皮划艇200 m项目来讲，起航时不宜屏息，因此，皮划艇200 m比赛起航时是否以正确的方式呼吸(不屏息)将会影响到成绩，而屏息可能和过于发力或过度集中注意力有关。

磷酸原供能比例与成绩的负相关表明，在200 m项目中不能过于依赖磷酸原系统供能。磷酸原系统的供能效率高，持续时间短，是开始数秒之内的主要供能方式，之后糖酵解和有氧供能比例升高，并逐渐成为主要的供能系统。在持续36 s的皮划艇测验中，磷酸原系统供能比例最高的两名运动员分别是有氧和糖酵解供能最少的运动员，反映了这2名运动员分别在有氧能力和糖酵解能力上存在不足，由于不能充分利用其他两种代谢系统供能，从而导致总供能小，成绩(总距离)相对较差。另外，在运动起始的数秒内，由于磷酸原系统供能时CP的快速分解会引起无机磷酸的累积和pH值的短暂升高，能够分别提高磷酸化酶和磷酸果糖激酶的活性，加速肌糖元的分解，增加了糖酵解的速率[17，12]，但乳酸的快速累积会因为pH值下降而导致疲劳，运动员不得不降低功率[17]。

3.3 研究的局限性分析

在国内、外的研究中，经常使用皮划艇测功仪作为研究皮划艇项目的手段，但和在实际的水域测试比较，在水上进行划船测试无疑更为准确，如前所述，在公开水域进行测试时会受到多种自然因素的影响，而在专用室内划船场地进行测试将能够克服这些因素的影响，是更为准确的方法。本研究使用了Lactate Scout测量血乳酸，张云龙等[3]通过与YSI 1500型乳酸盐分析仪的对比研究，认为Lactate Scout测定结果与YSI 1500相关度较高,可作为运动现场准确测定血乳酸水平的仪器；陈瑶等[1]认为，Lactate Scout的测定结果与EKF-C-Line-GP型台式乳酸盐分析仪在测量结果上存在很好的一致性，在实际中能够互相替代使用。但Tanner等[21]的研究表明，Lactate Scout测试结果的平均值低于ABL 700台式乳酸仪0.4 mmol/L；Ferasin等[14]也发现在血乳酸高于5 mmol/L时Lactate Scout的测试结果低于Konelab 30i台式乳酸分析仪，因此，使用Lactate Scout测试血乳酸将可能低估糖酵解系统的供能比例。另外，由于本研究实验对象较少，影响到统计分析结果的稳定性，对此尚需进行更为严谨的后续研究。

4 研究结论

本研究表明，男子皮艇200 m项目是无氧供能为主的项目，其中，糖酵解系统是主要的供能系统，是男子皮艇200 m项目重点发展的供能系统，起航时宜维持较高的摄氧量，不宜屏息。

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Study on Energy Metabolism of Male Kayak 200 Meters Event

TIAN Zhong,CUI Shu-qiang,WANG Ge,LI Qing-zheng

Objectives:To study the energy system characteristics of 200 m sprint men kayaking.Methods:Six elite men kayakers participated in this research.A 36s all-out kayak ergometer test was used to simulate 200m men kayka race.Rest plasma lactate,post-paddling plasma peak lactate,rest oxygen consumption,exercise oxygen consumption and post-exercise oxygen consumption were collected to calculate the contribution of energy metabolism.Result:The contribution of the aerobic metabolism,lactic anaerobic system and anaerobic alactic metabolism is 17.70%±7.70%,53.72%±6.9%and 28.59%±5.57%,contribution of the lactic anaerobic system,peak lactate,first 9s average oxygen consumption,first 9s average oxygen consumption-rest oxygen consumption correlate with the total paddling distance positively,but anaerobic alactic metabolism contribution correlates with the total paddling distance negtively.Conclusion:200m men kayka race is an anaerobic dominated event,lactic anaerobic system is the major energy supply system.The correlations between oxygen consumption and paddling distance indicate to maitain a higher oxygen consuptionon on the start is beneficial.

men;kayak;200m;energymetabolismcontribution

1002-9826(2016)03-0074-05

10.16470/j.csst.201603011

2015-06-19；

2016-03-30

北京市体育局科研项目(2014BTP004)。

田中(1971-)，男，山东费县人，副研究员，博士，主要研究方向为训练监控，Tel：(010)87280754，E-mail:tianzhong1971@163.com。作者单位：北京市体育科学研究所，北京 100075 Beijing Institute of Sports Science，Beijing 100075,China.

G861.4

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