儿童青少年游泳运动员天赋运动能力评价

丁秀娟, 吴 超, 严昱民

(1.上海商学院,上海 200235; 2.上海农林职业技术学院,上海 201699;3.上海市黄浦区卢湾青少年业余体育学校,上海 200023)

随着竞技体育水平的提高,各国争夺奖牌的斗争愈演愈烈。世界大多数国家都在制订发掘优秀运动员的精英计划,如东欧国家早年的儿童和青少年体育学校培养模式、澳大利亚体育学院精英体育政策、卡塔尔的Aspire入籍归化计划和英国的高绩效人才计划等。各国都在努力寻找有运动天赋、具备优秀潜质的青少年运动员,以便让他们在早期阶段获得更多的专业辅导和训练,加快优秀运动员的培养进程。因此,早期发现运动员的竞技潜力具有重要的研究价值和意义。

1 天赋运动能力

天赋即天分,是在某些方面天生擅长的能力。国内外多个领域都有天赋异禀的人,如意大利文艺复兴时期三大巨匠——达芬奇、米开朗基罗和拉斐尔,在艺术领域的天赋超越了那个时代的芸芸众生,奇才是他们童年时的相同特点。音乐大师贝多芬、莫扎特具有非同凡响的天赋,是他们日后取得巨大成功的先决条件。我国魏晋玄学主要代表人物及创始人之一王弼、道家学派的创始人老子、唐代有“鬼才”“诗鬼”之称的李贺等人,在年幼时便显示出与常人不同的才华,被誉为“神童”。可见,天赋确实存在,由人类的DNA和遗传基因决定。据资料统计,参加系统训练的青少年运动员成才率仅在2.7%～4.0%,说明拥有天赋的人数不多。

运动能力是指人们从事各种身体活动的能力,包括维持生命活动不可缺少的走、跑、跳、投、攀、爬、滚、翻等基本能力和参加体育训练或比赛所具备的特殊运动能力,是人体形态、素质、机能、技能和心理能力等的综合表现[1]。运动能力有天赋成分和经后天训练而成的与天赋有关的运动能力,称之为天赋运动能力。天赋运动能力与遗传和基因有关。国内外相传着许多运动家族的故事,从中也证明优秀运动能力具有较高的遗传度。

德国专家格利姆曾断言,具有卓越运动才能的亲代不是极端个体,其子代中不但有50%以上的人具有优越的运动才能,而且还有可能出现超越亲代的个体,亲缘关系越远可能性越大。西德学者G.盖斯尔曾说过,“没有天赋的运动才能,就不可能取得最佳的运动成绩”。游泳名将孙杨出生在体育世家,其父曾效力于安徽省男排,其母曾是浙江女排主力,孙杨从小展现出身高优势,并拥有优秀游泳运动员的条件。曾经的泳坛风云人物荷兰选手霍根班德、俄罗斯选手波波夫和英年早退的澳大利亚名将索普,有一些共同点:身高脚大,臂力惊人。菲尔普斯被誉为具有“金牌基因”的游泳天才:手大如桨,脚宽似蹼,臂展超常,上身颀长,腰腿比例稍短。这些冠军们都有一个共同的先决条件——天赋运动能力,科学家称之为天赋基因与冠军模型。

可见,天赋运动能力确实存在。寻找儿童青少年游泳运动员的天赋运动能力需结合游泳项目特征进行。

2 游泳项目特征

2.1 环境的特殊性

运动环境是游泳与其他运动项目最大的不同之处。游泳需克服水的阻力,利用水的浮力,在特殊环境中进行。水的密度比空气大导致人在水中运动时阻力约为空气中的800倍。游泳时需依靠手掌前臂划水、腿部打水或蹬水,借水的反向阻力获得前进的推进力。手臂向外、向后划水是产生推进力的主要来源。当游泳运动员高速游进时,其背部和身后产生的旋涡和伴流压力差是游泳的主要阻力。为此,游泳运动员通过多种方式减少水的阻力,如:改进泳衣面料和剃除体毛保持身体的流线型减少投射面积;控制动作节奏和协调性使前进速度保持均匀;等等。游泳运动员在水中身体处于无固定支撑状态下还要完成手脚相互协调的往复运动,对运动员的本体感觉(如手臂在水中的位置、角度等)及划动速度等都有较高的要求。

2.2 项目的复杂性

按照项群理论,游泳属于体能类主导项目,包括体能主导类的速度性和体能主导类耐力性两部分。与同属于闭式运动技能项目的田径跑步类项目相比,游泳运动员取得良好成绩,除了具备强大的体能外,还需兼具良好的水感和与身体形态相适应的技术。水感是比较专业化的体表触觉、肌肉运动觉及温觉等多种感觉叠加的复合直觉,属于精细适应能力[2]。优秀游泳运动员具有典型的游泳项目特征的身体形态,如:肩宽髋窄“倒三角”流线体型,使水流经过身体时不易产生旋涡,从而减少水的阻力；“内、外八字” 的腿型,在不同的泳姿中各有利弊。研究[3]表明:天生走路“内八字”的运动员,蝶泳、仰泳、自由泳打腿都较好,但蛙泳不占优势；天生“外八字”的人适合练蛙泳,蛙泳翻蹬夹水占明显优势,但蝶泳、仰泳、自由泳打腿效果较差。此外,身材高大、臂展指数大、肩宽髋窄、手宽脚大等形态特点也是优秀游泳运动员典型的身体特征。可见,不同泳姿项目对运动员的身体形态要求不同,游泳项目具有复杂的特性。

2.3 成才的周期性

运动员从开始接触游泳到专项化训练再到最终成才,大约需要6～8年。在这期间,运动员身体发育由量变到质变,完成了从儿童青少年到成年的转变。孪生子遗传学研究表明,运动员的身高等长度指标具有较高的遗传度,而身体围度和厚度表型、肌肉力量、有氧耐力、身体柔韧性等指标的遗传度相对较低,说明机体内某些表型具有可塑性。受遗传、环境,特别是运动训练等因素影响,不同儿童青少年的发育类型存在个体差异,不同人体表型的外显表达也存在个体差异。因此,处在生长发育窗口期的青少年运动员应经过筛选择优、扬长补短的选材工作程序。

科学选材的基本观点是遗传度高的指标交给选材,加以充分诱导使其通过敏感阶段训练逐渐表达出来,而遗传度低的指标交给教练员,通过后天系统训练有针对性地补板塑造。因此,根据选材指标评价体系进行科学选材可以提高优秀运动员选苗预测到培养成才的精准性,进一步提高体育科学研究的成功率。

3 游泳项目特征指标

游泳是在特殊环境中进行的一项运动,对选材有特殊要求。《青少年选材育才研究》[4]提出游泳的七大选材内容,即身体形态、生长发育、生理机能、运动素质、心理特征、教练员评价、基因。在理论研究和训练实践中,众多学者和游泳教练员根据这些选材要求,考虑年龄和性别的差异,依据泳距和泳姿列出众多具体的评价指标。本文仅从身体形态、生理机能、运动素质、教练员评价等几个要点对各大特征与指标进行论述。

3.1 身体形态特征指标

身体形态是身体的外显形状和特征,一般由长度、围度、重量及其相互关系来表现。身体形态指标是各项目运动员选材指标之一,属于表型指标,能直观反映运动员的体格、体姿、体态等外貌特征,是先天遗传度较高的形体指标。研究表明,身体形态学指标和竞技运动能力之间存在极为密切的关系。运动员运动能力可在一定程度上通过人体形态特征反映。如跳高运动员一般下肢长、体重轻,举重运动员下肢短,篮球运动员指距和上肢长,游泳运动员肩宽、躯干稍长等。

运动员选材指标中涉及的身体形态指标内容十分丰富,《青少年选材育才研究》[4]将常用的身体形态指标归纳为六大类,即长度指标、宽度指标、厚度指标、围度指标、角度指标和身体成分、体型派生指数。具体到每个运动项目,身体形态选材指标有所侧重。《中国青少年游泳训练教学大纲》[5]指出,游泳项目的形态指标主要有身高、体重、身高体重指数、臂展指数和手面积指数。纪纲[6]认为高水平游泳运动员形态主成分分析的优选指标为下肢长>上肢长>身高>小腿长>肩宽>跟腱长>体重>指距>胸静气围。李寅翰等[7]认为少年游泳运动员选材派生形态指标有比大小腿长、比上肢长、比肩宽、比髂宽、克托莱指数和比跟腱长。游泳运动员表型组学研究结果表明,以优秀心肺功能和运动系统主导的游泳项目表型组学,与基因存在紧密的内在关联性。

总之,评价游泳运动员的身体形态指标众多,身材高大且比例恰当、臂展指数大、肩宽髋窄、手宽脚大、骨发育正常或偏小,是儿童青少年游泳运动员选材的典型身体形态指标。

3.2 水性水感特征指标

水性水感特征指标是一项主观性较强的指标,一般由教练员对运动员的水性水感进行评价。游泳运动员不但需要具备陆上项目的共性能力,如体能、力量、柔韧等,还需具备特定项目能力——水性水感。因此,良好的水性水感对游泳运动员至关重要。

水性是指人在水里的漂浮能力和潜水能力,是一种天赋能力,是人天生对水环境的适应能力,属于粗糙适应能力,其评价指标为未经训练的儿童的打腿能力[3]。如:我国著名蝶泳运动员蔡慧珏,打腿能力好,小学一年级时便获得上海市同年龄组比赛第1名;亚运会女子100 m蝶泳冠军陈欣怡,天生水性好,儿童时期打腿成绩获得上海市同年龄组第1名。由此可见,水性是一种天赋运动能力,可作为低龄游泳运动员选材的一项重要指标。

水感是游泳运动员的专门知觉,是一项主观性较强的指标,不同专家对水感有不同的看法。吴正国等[3]认为水感由速度感和节奏感、肌肉用力感、浮力平衡感、方位感等几个因素组成。中国游泳队原总教练陈云鹏认为,水感是一种看得见、摸不着、感觉得到的实践经验,水感为“轻、漂、粘、浮”。上海游泳队总教练潘佳章认为,游泳的水感即是划手游进的频率。美国著名游泳教练员Colwin指出:“水感是游泳运动员对水的感觉和有效控制水的直觉能力。”运动员在水中运动时无法观察自己,只有依附于对水的感觉。运动员的水感建立在掌握相对完善的动作技术基础之上。游泳运动员要想获得优异的运动成绩,必须依靠良好的水感。教练员选拔运动员时对水感的要求较高,但对水感的评价主要通过主观评价,这种评价很可能由于主观感受不同而产生较大差异。蔡广等[8]提出用“游进效率指数”(简称“游效指数“)对游泳运动员的水感评价进行了量化探索性研究,并设计了3种“游效指数”表达方式,通过对男女游泳运动员分年龄组进行试验、测试和分析,指出游效指数B=(游距-身高)2/(划臂次数×游距时间)比游效指数A和C更能客观反映运动员的水感。这为教练员客观评价运动员提供了简便可行的途径。然而,游效指数只能从某一方面对运动员的水感进行定量判断。水感是一个复杂的综合体系,不能完全把游效指数等同于运动员的水感。

总之,水性水感尤其是打腿能力和划水频率是教练员评价儿童青少年优秀游泳运动员的重要指标。

3.3 运动素质特征指标

运动素质是身体素质的一部分,是人体在从事体力劳动或体育运动时各器官系统表现出的各种机能能力。良好的运动素质是掌握运动技能、提高运动成绩的基础。运动素质包括速度、力量、耐力、灵敏性和柔韧性,这些运动素质与游泳潜质密切相关。高菲认为,在游泳项目中,高水平运动员的成绩主要取决于其体能储备而非技术水平,体能水平则取决于运动素质能力[9]。

近年来,国内外学者研究发现,身体素质如力量、速度和耐力及其发展潜力具有相当高的遗传度。季敦山[10]认为,人的力量素质中相对力量的遗传度为64%,耐力素质的遗传度为70%。王金灿[11]认为,力量的遗传度为35%,有氧耐力的遗传度为70%等。Costa等[12]通过对孪生子研究认为,有氧耐力的遗传度约为50%。Arden等[13]通过使用动态伸腿动力装置对259对双胞胎测量伸腿动力进行测试,结果显示,最大伸腿力量的遗传度约为46%。这些数据揭示运动员身体素质测试的重要性。游泳作为典型的体能类运动项目,要求运动员具有良好的速度、力量、柔韧、耐力、灵敏等运动素质及专项体能,选择遗传度较高的运动素质指标筛选出有天赋运动能力的运动员,通过科学训练才能培育出世界顶尖水准的游泳运动员。

国内外研究者都在积极寻找与游泳各项目密切相关的运动素质及指标。宋婷[14]认为,游泳运动员不仅需要爆发力,还需要柔韧性与协调性、踝关节的灵活度、肩关节的肌肉力量、耐力素质等。宾宁江等[15]通过对业余游泳运动员选材模型研究认为,灵敏素质、柔韧素质、速度素质均为游泳运动员的专项运动素质,其中,速度素质在游泳专项素质中占主导地位。

针对游泳项目特征,国内学者研究了游泳运动员专项能力指标。曾凡辉等[16]将体后屈、坐位体前屈和原地纵跳作为游泳运动员的运动素质指标。新版《中国青少年游泳训练教学大纲》[5]将仰卧起坐、引体向上、反臂体前屈、立定跳远、力量指数(臂力/体重)作为游泳运动员的运动素质指标。张燕妮等[17]在构建青少年游泳运动员初筛指标中将立定跳远、原地纵跳和反臂体前屈作为运动素质核心指标,将仰卧起坐、体后屈、坐位体前屈等作为二级关联性指标。

总之,竞技游泳项目作为体能类项目,要求游泳运动员具备较全面的专项运动素质。鉴于身体素质各项指标存在不同的发育敏感期,同时力量、耐力素质具有较高的遗传度,可将立定跳远、力量指数(臂力/体重)和反臂体前屈等作为儿童青少年游泳运动员的重要选材指标。

3.4 心肺功能特征指标

心肺功能涉及心脏泵血功能、肺部摄氧及交换气体能力、血液循环系统携带氧气至全身各部位的效率,以及肌肉使用这些氧气的功能。游泳作为体能性竞技项目,要求运动员完成不同距离与强度的训练和比赛,良好的心肺功能保障其运动中氧和能量的消耗,在水环境中克服更多阻力。

在游泳运动中,人体三大能量供应系统(磷酸原系统、糖酵解系统、氧化能系统)同时参与肌肉收缩供能。根据运动强度与持续时间,供能比例会发生变化。短距离项目如50 m冲刺,ATP-CP系统供能占比达65%；中距离项目如200 m,糖无氧酵解供能占65%；长距离项目如1 500 m,有氧代谢系统供能占75%～80%。可见,心肺功能和供氧方式对游泳运动员尤为重要。

游泳过程中运动员机体常处于缺氧状态,此时,血乳酸上升,大大限制了运动能力的发挥。因此,游泳运动员须具备较强的无氧代谢能力。Calvo等[18]采用“Wingate无氧能力测验”研究显示,肌肉无氧最大功率的遗传度为74%。

此外,肺活量/体重指数也是评价少儿游泳运动员心肺功能的一项有效指标。刘慧荣等[19]研究发现,游泳运动员的肺活量远超田径、排球、体操运动员,女游泳运动员的身体机能水平与其运动成绩的相关性高于男运动员,如女子长距离自由泳运动成绩与肺活量呈显著负相关,相关系数高达-0.85。纪纲[6]通过因子聚类分析发现,肺活量与上下肢爆发力同是评价高水平游泳运动员机能水平的重要指标。

总之,遗传度较高的最大血乳酸水平、最大摄氧量、肺活量体重指数等可作为选拔优秀儿童青少年游泳运动员的重要指标。

4 基因与游泳运动能力

4.1 基因与遗传

基因是具有遗传效应的DNA片段,它支持生命的基本构造和性能,储存着生命的种族、血型、孕育、生长、凋亡等过程的全部信息。人体有2万多个基因,其中超过200种基因变异与身体表现有关,超过20种基因变异与精英运动员身份有关[22]。

遗传学研究证实,除遗传外,决定生物特征的因素还有环境,以及环境与遗传的交互作用。遗传度是指人体形状或疾病由基因决定的程度(一般用百分比表示)[4]。遗传度大小高低由遗传与环境共同决定。遗传度高说明先天因素占据主导,遗传度低说明后天因素占据主导。人体任何生长发育指标都有遗传度,只是程度有所不同。如身高的遗传度为85%,表示人体的身高85%由基因决定。体型(有中胚形体型或外胚形体型)也具有高度遗传性[23]。这些体型与力量或耐力运动员密切相关[24]。人体的运动素质也有较高的遗传度。Costa等[12]研究认为,肌肉耐力和力量的遗传度为30%～83% ,主要取决于特定肌肉和肌纤维收缩类型。

4.2 运动基因

运动基因是一类能决定人类运动能力的基因。人类遗传学和分子生物学等相关研究表明,人类99%运动基因相同,只有1%不同,正是这1%造成了不同种族在运动能力方面的差异。科学家已发现200多种与运动能力有关的基因,如ACTN3基因、CNTF基因、ADRB2基因、CKMM基因、CRP基因、ACE基因、GSTP1基因、IL6基因、COMT基因、SHT2AR基因、AK4基因等,它们与骨密度和握力、控制肌肉的供氧能力、腿部垂直起跳能力与大腿肌肉力量有关,目前运动基因已作为运动员选材指标之一。

研究[25]人体运动成绩与ACE i/d 和 ACTN3 r577x 的关系发现,ACE等位基因与耐力项目、ACTN3等位基因与力量项目之间存在显著的相关性。

李燕春等[26]研究发现,ACTN3基因r577X位点与优秀中长距离游泳运动能力有较大关联,优秀运动员携带 RR基因型显著高于对照组,因此,RR基因型可作为中长距离游泳项目优秀运动员选材分子标记。Chiu等[27]研究发现,25 m短距离优秀游泳运动员中 ACTN3基因的XX等位基因型频率较高,可作为游泳等力量性活动中人才选拔的多基因候选基因之一。沈勋章[4]研究发现,我国优秀爆发力素质运动员的ACTN3基因型分布和等位基因频率与耐力项目运动员和普通人间存在显著性差异。此外,沈勋章对健将组(国际健将和国家健将)和对照组(一级和二级)游泳运动员进行全基因检测,发现2组AK4基因的3个SNP的基因型分布存在显著性差异(相关文献报道AK4基因可能与低氧状态下的运动能力相关)。进一步研究发现,身高、肺活量、握力、立定跳远、原地纵跳、相对力量指数、坐位体前屈、男子血清睾酮和女子血清肌酸激酶等9项指标与特定基因位点存在关联。这些指标反映游泳运动员多个方面的表型特征,如:优秀游泳运动员具有高大修长的身材,有利于在泳池中运动,一定距离所占的身位数值大;肺活量是反映游泳运动员肺功能的指标,优秀游泳运动员都有高出普通人的肺活量水平,心肺循环系统功能紧密相连；握力、立定跳远、原地纵跳和相对力量指数是反映游泳运动员不同层面力量素质的指标,其中,握力反映上肢力量的发展水平,立定跳远、原地纵跳和相对力量指数都是反映下肢爆发力水平。上述表型特征对游泳运动员都是核心特征,突出游泳项目速度、力量和耐久力的强健肌力要求,对游泳运动员的运动能力和竞技水平存在紧密的关联性。

总之,运动相关基因与游泳运动员的表型指标存在关联,提示可以将遗传度高的表型指标列入优秀儿童青少年游泳运动员的选拔指标。

5 结论与展望

儿童青少年游泳运动员的天赋运动能力确实存在。在众多的身体形态指标中,身材高大且比例恰当、臂展指数大、肩宽髋窄、手脚宽大、躯干较长呈“倒三角”流线型是儿童青少年游泳运动员选材的典型身体形态模型。优异的水性水感是儿童青少年游泳运动员的重要选拔指标之一。立定跳远、臂力指数(臂力/体重)及反臂体前屈等可以作为儿童青少年游泳运动员运动素质选材测试指标。遗传度较高的血乳酸水平、最大摄氧量及肺活量也是儿童青少年游泳运动员重要的心肺功能测试指标。