七人制橄榄球运动生物学特征研究进展

黄筱君,缪 律,虞丽娟,王 杰

橄榄球诞生于1823年的英国,经过近两个世纪的发展,橄榄球得到了全球化的推广并成为一项关注度颇高的体育项目。诸如英式橄榄球、美式橄榄球和澳式橄榄球等形式的橄榄球,得到了各国体育爱好者的参与[1]。英式橄榄球根据比赛人数,可分为十五人制橄榄球、十人制橄榄球和七人制橄榄球。七人制橄榄球诞生于1883年的苏格兰,沿用了十五人制橄榄球的规则和场地,将比赛人数缩至7 人、比赛时间减至14 min。截至2018年,全球七人制橄榄球注册的运动员人数约为700 万,预计到2020年东京奥运会这一数字将达到1 000 万[2]。鉴于七人制橄榄球良好的发展态势,国际奥委会将其列为2016 夏奥会正式比赛项目[3]。我国橄榄球运动虽然起步早,但是受困于非奥项目的限制,这项运动的参与人数和关注程度始终处于低位。我国橄榄球国家队虽然在较短时间跻身到了亚洲高水平行列,但是整体上与世界强队存在差距。无论是项目的竞技水平提高还是运动的群众化普及,都需要客观认识项目特征。本文在综述国内外七人制橄榄球文献的基础上,概括了七人制橄榄球运动员(以下简称“七人制运动员”)的形态学和生理学特点以及比赛的运动学和生理学特点,为我国七人制橄榄球的选材、训练和科研攻关提供参考。

1 七人制橄榄球运动员形态学相关研究

澳大利亚体育科学研究所对不同类型橄榄球运动员的身体素质展开了跟踪测试和分析。根据其公布的测试标准,运动员形态学测试指标主要有身高、体重和体脂[4]。运动员身体形态与选材培养、运动成绩间的关系,一直是科研人员关注的焦点[5]。虽然七人制橄榄球的雏形是十五人制橄榄球,但是这两个项目对运动员身体形态的要求并不完全一致。表1汇总了七人制运动员形态数据,国际级男子运动员身高为179～185 cm,体重为86～97.7 kg,国际级女子运动员身高为166～169 cm,体重为65.8～70.0 kg,不同位置之间的身高、体重和体脂差异较小。比较近20年国际级男子七人运动员的身高和体重,发现运动员的身高基本持平而体重逐渐增长,其中前锋运动员体重平均增长了7 kg,后锋运动员体重平均增长了4 kg,说明七人制比赛中的身体对抗程度正在提高,对运动员提出了更高要求[3]。国际级男子七人制运动员的身高和体重高于十五人制[6],国际级女子七人制运动员的身高和体重与联盟式橄榄球运动员相近。Furlan 等比较了不同位置运动员的身高和体重,发现国际级男子运动员的身高比后锋高7 cm,体重比后锋重12 kg[3]。Ross 等研究发现,国家级男子前锋运动员身高比后锋高6 cm,体重比后锋重10 kg[7]。

表1 七人制橄榄球运动员形态参数一览Table 1 List of morphological parameters of rugby sevens layers

体成分是影响七人制运动员表现的重要因素,适中的体脂和皮质厚度在保证场上运动表现的同时有助于提高身体对抗能力[1]。汇总结果可知,国际级男子七人制运动员的皮脂厚度为52.2～61.6 mm,体脂百分比为11.3%～12.1%,低于男子十五人制英式前锋运动员(14%)。我国男子七人制运动员的身高和体重基本与国外运动员持平,但是体脂百分比(14.7%)高于国外运动员,一定程度上降低了我国男子运动员国际比赛中的对抗表现,提示我国男子七人制橄榄球运动员在科学训练的同时应注重疲劳恢复和营养摄入,降低脂肪含量。国际级女子七人制运动员的皮脂厚度为56.0～91.6 mm,体脂百分比为19.3%～21.5%,与女子十五人制英式前锋运动员(20%)相近[26]。我国优秀女子七人制橄榄球运动员的身高和体重(171 cm,67 kg)[27],与国际级女子运动员水平相近。Rienzi 等探究了不同位置七人制橄榄球运动员的体成分,发现前锋的体成分高于后锋,但无显著性差异[8]。

2 七人制橄榄球运动员生理学相关研究

2.1 有氧能力

七人制橄榄球比赛时长14 min,上、下半场各7 min,场间间歇1～3 h,一天进行2～3 场比赛,一项锦标赛持续2～3天,世界七人制系列赛持续近8 个月,男、女子系列赛分别由10 项、6 项锦标赛组成[1,11]。良好的有氧能力既能保证运动员以充沛的体能参加锦标赛,还能通过短暂的恢复促进体内磷酸肌酸的合成,为间歇性高强度活动供能[1,28]。评价七人制运动员有氧耐力的方法包括:跑台(TM)最大摄氧量(˙VO2max)测试、Yo-Yo 间歇性耐力测试(YYIE)、Yo-Yo 间歇性恢复测试(YYIR)和20 m 多级体能测试(MSFT)。Higham 等[4]采用跑台测试了男子国际级七人制运动员的˙VO2max,发现运动员的˙VO2max为53.8 ml/min/kg,高于十五人制英式运动员(51.1 ml/min/kg)和联盟式运动员(50.1 ml/min/kg)。Clarke 等对女子国家级[20]、国际级[21]七人制运动员进行了跑台测试,发现运动员的 ˙VO2max分别为46.5 和51.0 ml/min/kg(表2)。

表2 七人制橄榄球运动员有氧能力一览Table 2 List of aerobic abilities of rugby sevens players

尽管实验室跑台测试能够准确的评价有氧耐力,但是其对测试环境和设备要求高,因此实践中多采用Yo-Yo 测试。Higham 等[4]对男子国际级七人制运动员进行了YYIR测试,发现运动员平均成绩为2 256 m,高于联盟式橄榄球运动员(1 656 m)[30]和十五人制英式运动员(2 040 m)[26]。Elloumi 等[12]对男子国家级运动员进行了YYIE 测试,发现其平均成绩为1 925 m,与国际级运动员无显著差异。Ross等[7]对男子国际级和州级七人制运动员进行了MSFT,发现两组成绩无显著差异。Vescovi 等[29]探究了不同水平运动员有氧耐力的差异,发现女子国际级运动员的YYIR 测试成绩(1 160 m)显著高于发展级运动员(781 m)。Goodale等[24]对女子国际级运动员进行测试,发现运动员的年龄、训练年限都会影响有氧耐力。与其他类型橄榄球运动相比,七人制运动员具备较高的有氧耐力,不同水平男子运动员的有氧耐力不存在显著差异,女子国际级七人制运动员的有氧能力显高于国家级。

2.2 无氧能力

七人制橄榄球比赛中运动员要进行大量间歇性冲刺跑,这对其无氧能力提出了较高要求。重复冲刺跑(Repeated sprint ability,RSA)是评价集体球类运动员的无氧耐力的常用方法,针对七人橄榄球项目RSA 的常用方法有30 m×6、40 m×8 和40 m×10 跑,测试中用到的评价指标有总时间、平均冲刺时间和冲刺速度下降率等。以国际级七人制运动员为研究对象的文献表明,国际级七人制运动员的无氧耐力高于联盟式橄榄球运动员[15]。Higham 等研究发现,男子国际级七人制运动员完成30 m×6 的总耗时为24.76 s[4]。Ross 等[7]测试了不同水平和位置男子运动员40 m×10 的平均冲刺时间,发现国际级运动员的平均冲刺时间(5.43 s)显著低于州级(5.76 s),后锋的平均冲刺时间(5.55 s)低于前锋(5.59 s),建议后锋加强重复冲刺能力训练[7]。Ross等[7]研究发现,七人制运动员的重复冲刺跑能力与场上活动时间呈显著中度相关(r=0.39,P<0.05)。建议:在进行身体素质训练时,应重视并采取诸如重复冲刺跑等无氧训练[31]。

2.3 速度素质

冲刺速度是七人制运动员所需具备的重要素质,是运动员冲刺得分的关键[1]。Robbins 和Young 测试了澳式足球运动员的10 m、20 m、30 m 和40 m 冲刺跑,发现运动员的最高速度出现在30～40 m 之间,20 m、30 m、40 m 冲刺跑与10 m冲刺跑成绩高度相关(相关性依次为0.94、0.89、0.81),20～40 m 段冲刺跑成绩与10 m 冲刺跑成绩低度相关(r=0.50)[32],因此其认为20 m、30 m 和40 m 冲刺跑适合评价运动员的最高速度,10 m 冲刺跑适合评价运动员的加速能力[32]。汇总文献中七人制运动员的最高速度,发现运动员的最高速度为9.2 m/s,与十五人制英式运动员(9.1 m/s)相近。有研究分析对比了不同距离下运动员的冲刺时间,Higham 等研究显示男子国际级七人制运动员20 m 和30 m冲刺跑时间分别为2.92 s 和4.02 s,低于十五人制英式运动员(2.96 s 和4.11 s)[33],40 m 冲刺跑时间为5.11 s,低于联盟式运动员(5.32 s)[34],而10 m 冲刺跑时间为1.74 s,低于十五人制英式前锋(1.76 s)但高于十五人制英式后锋(1.68 s)[4,33]。Ross 等分析了不同位置运动员的冲刺速度,发现七人制后锋运动员的冲刺速度高于前锋,但无显著性差异[7]。Ross 等研究显示,七人制运动员的冲刺速度与场上队员的扑搂、进攻效率呈中度相关(r=0.51,P<0.05),建议:冲刺速度练习应成为七人制运动员体能训练的重要内容[31]。

2.4 力量素质

七人制运动员的肌肉最大力量和爆发力,是影响场上斯克兰、冒尔和拉克等身体对抗表现的关键因素[16]。测试最大力量的常用的方法包括1 次重复最大重量的卧推、深蹲、负重引体向上和高翻(表3)。Ross 等测试了不同水平和不同位置男子七人制运动员的最大力量,发现国际级运动员的1 RM 卧推、1 RM 负重引体向上成绩显著高于州级,前锋队员的1 RM 卧推、1 RM 负重引体向上成绩显著高于后锋,且七人制运动员1 RM 卧推和引体向上成绩均好于十五人制英式运动员(119 kg 和132 kg)[35]。与十五人制英式运动员相似,七人制前锋运动员的最大力量要高于后锋[35]。

表3 七人制橄榄球运动员最大力量一览Table 3 List of the maximum strength of rugby sevens players

七人制运动员在比赛中频繁地进行冲刺、加速、减速和变向跑动,这要求运动员具备出色的爆发力。纵跳和反向跳是测定垂直方向爆发力的方法,立定跳远和立定三级跳是测定水平前后方向爆发力的手段[36]。研究发现,男子七人制运动员的爆发力[4]高于十五人制英式和联盟式运动员[25]。Higham 等测试了男子国际级七人制运动员的纵跳,发现其成绩为66.3 cm[4],Clarke 等测试了男子国际级七人制运动员纵跳的成绩为65.8 cm[25]。上两则研究中的测试结果,高于国际级联盟式(63.9 cm)和十五人制英式运动员(61.0 cm)。Clarke 测试了女子国际级七人制运动员的纵跳,发现其成绩为49.6 cm,高于联盟式运动员(前锋35.1 cm、后锋35.7 cm)[25]。Ross[7]和Goodale[24]先后测试了男子、女子国际级七人制运动员的立定跳远,发现其成绩为266.0 cm 和227.3 cm,与国际级十五人制英式运动员相似、略低于拳击等对抗类项目[25]。Mitchell 等跟踪测试了男子国际级七人制运动员赛季中的力量和爆发力,发现休赛季最大力量出现下降,赛季中最大力量出现增长,前锋的爆发力评价下降6%,后锋的爆发力评价增长8%,因此其建议应根据不同训练周期、位置的力量素质特点来安排训练负荷[37]。综上可知,顶尖水平七人制运动员具有身材高、体重大、体脂低的特点,运动员既有集体球类项目运动员的速度和耐力,兼具对抗类项目运动员的力量。

3 七人制橄榄球比赛运动学相关研究

3.1 时间结构特征

七人制运动员的场上活动由跑动和技术动作构成,运动与间歇比是反映项目比赛时间特征的经典指标。Ross 等采用全球定位设备(Global Positioning System,缩写GPS)记录发现男子国际级七人制比赛的实际比赛时长为16 min 11 s[7],世界七人制系列赛小组赛和淘汰赛的实际比赛时长分别为15 min 10 s 和15 min 41 s[16]。Rienzi 等采用基于录像分析的人工时间动作分析技术(Vedio Time-motion Analysis)研究了七人制世界杯的比赛时间,发现比赛的实际时长为17 min 44 s,运动时间为14 min 21 s,间歇时间为3 min 23 s,运动与间歇比为5:1[8]。关于七人制比赛特点的研究均采用GPS 来分析比赛的时间结构。Arrones 等研究发现,男子国家级七人制比赛的运动与间歇比为5:1[11],女子为2.5:1[19],七人制比赛的运动与间歇比高于十五人制英式橄榄球。Portillo 等研究发现,女子国际级七人制比赛的运动与间歇为3.3:1,高于国家级运动员[22]。赵亮等研究发现,我国优秀女子运动员比赛的运动与间歇比为2:1[27],低于国际级运动员。综上可知,七人制比赛的运动与间歇高于十五人制英式,场上运动员的相对活动时间更长但间歇更短。

3.2 整体跑动特征

对七人制橄榄球等集体球类项目,追踪比赛运动学特征的常用方法包括人工时间动作分析技术、自动时间动作分析技术(Auto Time-motion Analysis)和全球定位设备。评价七人制比赛中跑动负荷的常用指标,包括跑动距离、跑动速度和冲刺跑次数等。表4统计了七人制比赛中的跑动距离、平均速度和最高速度,发现男子、女子国际级七人制运动员的场均跑动距离分别为1 420～1 715 m 和1 468～1 642 m,低于十五人制英式的比赛跑动距离(4 662～6 389 m)[38]。男子国际级男子七人制运动员比赛中的平均速度为96～121 m/min,高于十五人制英式(前锋为69 m/s,后锋为71 m/s)[38-39],女子国际级七人制运动员比赛中的平均速度为87～103 m/min,显著高于女子国际级足球运动员(61～63 m/min)[33]。Granatelli[15]、Arrones[14]和赵亮[27]等研究发现,七人制运动员上半场的跑动距离、平均速度均高于下半场,但无显著性差异。Vescovi 等比较了不同水平女子七人制运动员全场跑动距离,发现女子国际级七人制运动员的跑动距离显著高于发展级[29]。我国女子七人制运动员的跑动距离和平均速度(1 192 m,66 m/s)均低于国际级水平[27],相比于世界级优秀运动员,我国女子七人制运动员的持续跑动能力有待提高。

表4 七人制橄榄球比赛中运动员的跑动距离和跑动速度一览Table 4 List of running distance and running speed of players in rugby sevens match

比赛中运动员的最高速度,是评价包括七人制在内的集体球类项目跑动特征的另一项重要指标。七人制运动员的体能水平、技战术特点、竞技状态以及场上势态,均会影响其最高速度[1]。研究发现,男子国际级七人制运动员比赛中的最高速度能够达到8.7 m/s,女子国际级七人制运动员的最高速度能达到8.0 m/s。Higham 等分析了男子国际级、国家级七人制比赛中的最高速度,发现国际比赛中的最高速度(8.5 m/s)高于国家级比赛(8.1 m/s),上、下半场的最高速度均为7.9 m/s,首发队员的最高速度(7.9 m/s)低于替补队员(8.1 m/s)[13]。Vescovi 等研究发现,女子国际级七人制运动员全场跑动距离、平均速度(1 468 m,95 m/min)显著高于发展级(1 252 m,91 m/s),女子国际级运动员的最高速度(7.4 m/s)高于发展级(6.8 m/s),但无显著性差异[29]。目前尚无文献报道我国男子运动员的跑动距离和跑动速度,我国优秀女子七人制运动员比赛中的最高速度为7.0 m/s[27],低于国际水平,提示我国女子运动员的速度和爆发力有待加强。

3.3 冲刺跑与高强跑特征

1999年,Rienzi 等采用人工时间动作分析技术对七人制运动员的跑动表现进行了研究。Rienzi 等将运动员的场上跑动分为站、走(前向、后向)、慢跑(前向、后向)、侧步、高强度跑,发现七人制比赛中运动员高强度跑耗时占比赛总时长的6.3%[8]。Rienzi 的研究也为后期研究奠定了雏形。进入21世纪全球定位设备被广泛用于集体球类,为记录比赛中不同量级的跑速提供了可能。全球定位设备主要分析的参数包括中低速跑强度、高速跑强度、冲刺跑次数和身体对抗次数等。不同学者对七人制比赛中运动员高速跑、冲刺跑速度区间参数的界定所有区别,有两类:第一类以m/s 为计量单位,将跑速落在5～6 m/s 计作高速跑,≥6 m/s 计作冲刺跑;第二类是以km/h 为计量单位,将跑速落在18.1～20.0 km/h 计作高速跑,>20 km/h 计作冲刺跑。汇总相关数据发现,男子七人制比赛中的冲刺跑约占8%～10%,场均冲刺7 次,平均冲刺距离16～20 m,女子七人制比赛中的冲刺跑比例5%～8%,场均冲刺6 次,平均冲刺距离14～18 m。Arrones 等研究发现,七人制比赛中后锋队员的最大冲刺距离(37.2 m/s)高于前锋队员(35.1 m/s),可能原因是比赛中前锋队员更多参与身体对抗导致最大冲刺距离的下降[14]。Ross 等研究显示,国际级七人制橄榄球运动员比赛中的冲刺跑频率(0.6 次/min)高于州级运动员(0.45 次/min)[7]。

通过对比文献报道中我国优秀女子七人制运动员的冲刺跑和高强度跑数据,可见我国优秀女子运动员的冲刺跑比例与国际级女子运动员相近,冲刺跑次数低于国际运动员,平均冲刺距离高于国际级运动员。这可能是由于女子国际级运动员七人制比赛中的冲刺跑以短距离变向冲刺为主,我国女子运动员以长距离直线冲刺为主,提示我国女子七人制运动员在发展直线冲刺能力的同时,应加强运动员变向能力的培养。

虽然不同学者对高速跑、冲刺跑有着不同的划分方式,但是他们均将跑速>5 m/s(18 km/h)定义为七人制比赛中的高强跑,并将跑速落在0～5 m/s 被定义为中低强度跑。由表4可知,男子国际级七人制运动员比赛中高强度跑占总跑动距离的16%～19%,国际级女子运动员比赛中高强度跑占13%～15%。赵亮等研究发现我国优秀女运动员比赛中的高强度跑占14%[27],与国际级女子运动员水平相近。然而高强度跑只是比赛中整体跑动的构成部分之一,与比赛胜负并无直接关系。尽管我国优秀女子运动员比赛中的高强度跑比例与国际水平持平,但是她们在其他形式跑动(诸如冲刺跑等)能力方面,还有待向国际水平靠拢。

3.4 身体对抗特征

运动员在场上除了参与跑动,还要进行身体对抗等高强度的动作。挪威体科所运动生理部的Matt Spencer 将重复冲刺跑和高强度动作统称为高强度活动,指运动员完成多次(≥3 次)高强度跑动和动作,且恢复时间低于21 s 的高强度活动。现有的研究尚未报道七人制比赛中的高强度活动特点,但是分析比赛中运动员的个人身体对抗和集体拉克、斯克兰、冒尔等动作,能够为探究七人制比赛的高强度活动特点提供思路。整理文献中七人制比赛的身体对抗情况,发现男子国际级七人制运动员场均身体对抗约为25～40 次,前锋队员的身体对抗次数高于后锋,女子国际级七人制运动员场均对抗12.6 次(12～17 次)。在集体对抗方面,不同研究中报道的扑搂、拉克、斯克兰和冒尔次数并不一致,但是七人制橄榄球的对抗次数低于十五人制英式和联盟式,Higham等分析发现,可能是不同队伍的整体水平、技战术风格造成的这一差异[40]。Higham 等[41]研究发现,训练中七人制运动员不但要发展高强度跑动能力,而且要安排一定强度的专项对抗动作,以符合该运动注重身体对抗的项目特征。综上可知,国际级男子七人制比赛中的高强度活动占比不低于80%,场均身体对抗25～40 次,女子七人制运动员的高强度活动比例和对抗次数略低于男子。

4 七人制橄榄球比赛生理学相关研究

如果运动学参数反映的是七人制比赛或训练情景下运动员的外部负荷变化特征,那么生理学指标则反映了运动员的内部负荷变化规律。评价比赛生理学强度常用的指标包括心率(HR)、血乳酸(Lac)、主观疲劳度(RPE)和能量消耗等。由于GPS 技术大多通过蓝牙与心率指标绑定在一起,因此GPS 传感器可在测定跑动参数的同时采集比赛过程中的心率变化。关于七人制比赛生理学的研究大多会报道运动员的平均心率(HRmean)、最大心率(HRpeak)。心率次数(bpm)和最大心率百分比(%HRmax)是七人制比赛中运动员的HR 特征的常见表达方式。Arrones、Portillo[22]、Granatelli[15]、Vescovi[29]和Higham 等[17]研究发现,七人制运动员比赛中心率以81%～90%HRmax 区间的出现频率最高,约占比赛总时长的45%。男子国际级七人制运动员比赛中的HRmean 为170 bpm,HRpeak 能够达到195 bpm。女子国际级七人制运动员比赛中的HRmean 为168 bpm,HRpeak 能够达到190 bpm,七人制运动员比赛的HRmean 大约是HRpeak的85%～87%,高强度活动时间约占比赛总时长的80%。Arrones 等研究发现,七人制运动员下半场的HRmean、HRpeak 和高强度比例均高于上半场,但无显著性差异[18]。

关于七人制比赛中运动员的血乳酸变化的研究较少。Granatelli 等研究发现,男子国家级七人制运动员正式比赛前热身活动后的即刻血乳酸浓度为3.9 mmol/L,上半场比赛和全场比赛结束后的即刻血乳酸浓度分别为8.7 和11.2 mmol/L,比赛后后锋的血乳酸浓度高于前锋(11.6 vs 10.4 mmol/L)[15],高于十五人制英式运动员比赛后的血乳酸浓度(前锋5.1 mmol/L,后锋6.6 mmol/L)[26,39]。Couderc 等测试了男子国际级七人制运动员正式比赛前、后的血乳酸浓度,发现比赛前、后的血乳酸浓度分别是2.4 和11.9 mmol/L,比赛中每分钟高强度跑动距离与血乳酸浓度中度相关[2]。七人制运动员比赛中的能量消耗是反映内部负荷的重要指标,基于运动员跑动速度估测的能量消耗为监控七人制比赛的生理学特征提供了新的思路[3,29]。Fulan 等研究发现,优秀男子运动员上、下半场的平均能量消耗分别为4.9 kJ/kg 和5.0 kJ/kg[3]。Vescovi 等研究发现,女子国际级和发展级七人制运动员比赛中的能量消耗分别为7.8 kJ/kg和6.9 kJ/kg[29]。七人制锦标赛要在1 天进行2～3 场比赛,其间运动员的能量消耗较高,因此Dziedzic 等建议:加强赛季中运动员的营养摄入和赛后恢复,从而保障运动员的健康参赛[42]。

5 结论与展望

世界顶尖七人制运动员的身体形态具有身材高、体重大、体脂低的特点,七人制运动员既有集体球类项目运动员的速度和耐力,兼具对抗类项目运动员的力量。高强度跑动能力是衡量运动员专项成绩的关键指标,不同水平七人制运动员的差异主要体现在持续跑动能力和灵敏素质,在项目后备人才的选拔中应重点关注这两方面能力的考察。

学界应加强对七人制运动员形态、机能和素质的测定,构建起项目的“冠军模型”,逐步提高该项目选材和培养的科学性。国内关于七人制的研究相对较少,这在一定程度上限制了教练员和科研人员对我国七人制运动员水平的判断。未来要加强对七人制项目比赛和训练负荷的监控,在获取充足场次比赛和训练样本的情况下,更全面的掌握赛练情况,为提高赛练结合程度提供数据支撑。