（体育教育训练学专业论文）上下肢无氧工作能力对400m跑疲劳状态下速度的影响.pdf

摘要 为了解运动员4 0 0 m 跑速度变化规律和运动员上下肢无氧工作能力对全程跑速度变 化的影响，从而为训练实践提供理论依据。本课题采用的研究方法包括：文献资料法、 实验法、数理统计法。其中，实验法内容为分别使用高速摄影系统和无氧功率自行车系 统，通过对1 2 名运动成绩为5 0 0 9 1 9 6 s 的男运动员进行的场地4 0 0 m 全程跑以及对其 上肢、下肢的w i n g a t e 测试获得的拥应数据。对实验结果的分析表明：( 1 ) 4 0 0 m 全程跑 般于6 0 9 0 m 之后即转入减速状态，且呈直线下降状态；4 0 0 m 跑的“后程减速”直 接称为“4 0 0 m 跑减速现象”更为合理。( 2 ) 4 0 0 m 全程跑过程中步幅变化幅度不大，造 成4 0 0 m 跑减速现象的最主要的直接原因是运动员在后程无法保持较高的步频。在疲劳 状态下保持步频的能力是4 0 0 m 跑运动员最为重要的专项能力。( 3 ) 6 0 m 和1 6 0 m 处的跑 速与全程跑成绩的相关性为严0 5 5 ( 胪0 0 5 ) 和产一0 4 2 ( p o 0 5 ) ；而在2 6 0 m 和3 6 0 m 处的跑速与全程跑成绩的相关性为r = 0 8 5 ( p 0 0 1 ) 和p 0 9 3 ( _ p 0 0 1 ) 。后程的跑速 较之前半程的跑速更加影响全程跑成绩。也就是说，在后程跑速下降幅度较小、能保持 较高跑速将有利于创造好成绩。( 4 ) 下肢的无氧功率下降率与起跑的o 6 0 m 分段的速度 上升幅度呈负相关，一0 ，7 1 ( p 0 0 5 ) ，与后程2 6 0 3 6 0 m 分段的速度下降幅度呈正相关 r = o 7 0 ( 卢 o 0 5 ) 。上肢的无氧功率下降率与起跑的0 6 0 m 分段速度提高幅度呈负相关 ( ，一0 7 0 ，p 0 0 5 ) t h er e l a t i v i t y o ft h e s p e e dd u r i n g2 6 0 mt o 3 6 0 ma n da t h l e t e sf i n a lr e s u l ti s ( r = - 0 8 5 ，p 0 0 1 f 一0 9 3 ，p 0 0 1 ) t h es p e e do f l a t t e rp a r ti n f l u e n c e sa t h l e t e s f i n a lr e s u l t m o r et h a nt h ei n f l u e n c eo ft h ef o r m e r p a r t t h e r e f o r e ，i f a t h l e t e st r yt os l o wd o w nt h ed e c l i n e o ft h e i rs p e e dd u r i n gt h el a t t e rp a r to ft h er u n n i n g ，i tw i l lh e l pt h e mt oa c h i e v eb e t t e rr e s u l t s ( 4 ) t h ei n f l u e n c eo ft h ed e c l i n eo ft h el o w e rl i m b sa n a e r o b i cp o w e rd u r i n gt h ef i r s t6 0 mi s 产0 7 1 ( p 0 0 5 ) a n dd u r i n g2 6 0 - 3 6 0 m i sr = 0 7 0 ( p 0 0 5 ) t h ei n f l u e n c eo f t h ed e c l i n eo f t h eu p p e rl i m b sa n a e r o b i cp o w e rd u r i n gt h ef i r s t6 0 mi s ( ，= - 0 7 0 ，p 0 0 5 ) a n dd u r i n g 2 6 0 - 3 6 0 mi sr = 0 8 9 ( p o 0 1 ) t h er e s u l ts h o w st h a tt h eh i g h e rl e v e lo fa t h l e t e sa n a e r o b i c p o w e ri s ，t h ef a s t e ra t h l e t e ss p e e di sd u r i n gt h el a t e rp a r to f t h er u n n i n g ，t h i sm e a n st h a ti f a t h l e t ec o n t r o l st h er u n n i n gs p e e d d u r i n gt h ef i r s th a l f o ft h er u n n i n g ，t h ea t h l e t ec a na c h i e v e h i g h e rs p e e dd u r i n gt h el a t t e rh a l e ( 5 ) t h es w i n go ft h eu p p e rl i m b sh e l pt ok e e pa t h l e t e s p a c e t h ea n a e r o b i cp o w e r o f t h e u p p e r l i m b sh e l pt od e c r e a s et h ed e c l i n eo f t h es p e e dd u r i n g l a t t e rp a r to f4 0 0 m ( 6 ) t h eh i g h l yd e v e l o p e da b i l i t yo fl i m b st oa v o i df a t i g u eh e l p sa t h l e t e k e e p ss p e e dd u r i n gt h el a t e rp a r to f t h er u n n i n gu n d e rf a t i g u e t h e r ei sn oe v i d e n c et h a tt h e m o r e d e v e l o p e d o fl i m b s a n a e r o b i cp o w e rh e l p st om a i n t a i nt h es p e e db e t t e rd u r i n gt h el a t t e r p a r to f t h en m n i n g k e yw o r d s ：4 0 0 一mr u n n i n g ：a n a e r o b i cw o r k i n gc a p a c i t y ；r u n n i n gs p e e d ；f a t i g u e ；u p p e r l i m b s ：l o w e r1 i m b s i j 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中0 i 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东北师范 大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文储签名；要型垄日期：2 翌! ：丛 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规 定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 垄 日 期：2 矿0 f - b , 1 - 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名：芝垂趑 r 期：墨企。笸。l7 电话： 邮编： 1 引言 1 1 问题提出 在所有田径运动中4 0 0 m 跑是公认艰苦的和有较大难度的项目，原因在于该项目的 短跑属性造成其高强度性和运动过程中无氧代谢的高比例性，这些特征都使4 0 0 m 跑项 目具有特殊的魅力。同时，其水平不但间接影响其翼项成绩还直接影响4 4 0 0 m 、4 0 0 m 栏、十项全能的成绩。所以，其重要性是毋庸置疑的。4 0 0 m 跑长期以来始终是我国田 径的弱势项目，特别是男子4 0 0 m 与亚洲和国际先进水平差距更是惊人，这种差距同时 反映出我国在该项目的科学研究上的疲软现象。通过文献检索了解到国内关于4 0 0 m 跑 的研究论文并不少，但总体质量较之其它专项( 特别是跳远、铅球等优势项目) 明显低 很多，且选题过于集中，这就使我国在该项目训练的指导思想和理念上缺乏先进性。 随着竞技体育的发展和水平提高，现代运动训i 练越来越强调具有定向化的专项训练 的重要性。“专项训练”从运动生理学角度可解释为训练的安排一切听从比赛的要求， 训练的强度、供能方式、神经一肌肉工作方式等方面要与比赛保持一致。同时，有研 究表明形式上的专项、实质上的非专项训练尤其对那些距离短、速度快，以无氧供为主 的体能项目危险更大【z j 。这些都使我们必须明确影响4 0 0 m 跑成绩的运动学和体能要素。 4 0 0 m 跑按照项群训练理论的划分属于周期性竞速项目，位移速度能力的优劣是决定该 类项目水平高低的主要原因。众所周知，4 0 0 m 跑同时也是无氧供能为主的竞速项目， 由于无氧供能造成的乳酸堆积影响肌肉收缩从而造成减速现象。综合前人的研究成果口 ，4 0 0 m 跑运动员一般在6 0 1 l o m 前处于加速阶段，之后即转入减速阶段，其减速几 乎是直线性的。高水平运动员较之一般运动员速度下降的斜度更小，但是速度下降是其 共性。基于上述原因，本研究认为4 0 0 m 跑后程减速的提法并不准确( 表1 、2 ) 。排除 体能分配的战术因素，乳酸堆积造成的肌肉收缩能力的下降是其主要原因。本研究分别 以4 0 0 m 跑的运动学特征和上下肢无氧工作能力为切入点，并设计相应的联系路径，最 终将通过对上下肢无氧工作能力这一无氧抗疲劳能力的运动生理学指标及前后程的运 动学指标变化对4 0 0 m 跑减速幅度的影响问题进行研究，明确其内在联系及其影响的程 度。 1 2 国内外研究现状 快速跑是人类固有的一种重要的短时、快速运动方式。有研究表明人类出生后1 7 2 4 个月即初步具备跑的能力；3 “岁时快速跑的技术得到快速的发展和完善，并与成人已 无明显差异，特别是在步频和大腿前摆幅度两方面；6 1 2 岁由于儿章的身体的发育和身 体素质的发展，从而步长不断加大、跑速不断提高；1 3 岁以后快速跑能力的发展受性别 影响并产生明显的男女差异口 7 】。正是因为人类具备的这种运动方式与运动能力，单纯 的快速跑逐步发展为竞技体育的短跑运动。如前所述，尽管人类很小的时候快速跑的技 术外观就与成年人没有明显的区别，但是不同的体能水平和训练方法都会导致运动员之 间存在着细微的运动学差异，也就是这些细微的差异导致了运动员成绩的优劣。短跑技 术可分为：起跑、起跑后的加速跑、途中跑、终点跑等四个技术阶段，其中又因为途中 跑技术阶段在短跑项目中所占距离和时阳j 都最长，所以成为短跑的核心技术部分。 表1 第6 届世界匿径锦标赛男子4 0 0 m 跑决赛分段成绩 根据b k u g g e m a n n ( 1 9 9 7 ) 研究数据统计而成 表2 第6 届世界田径锦标赛女子4 0 0 m 跑决赛分段成绩 根据b r o g g e m a n n ( 1 9 9 7 ) 研究数据统计而成 对运动技术及项目规律的理解和认识程度，深深的影响着专项训练理论与训练方法 的变革。随着近年来理论界对短跑技术认识的不断深化，短跑运动成绩相应得到迅速的 发展提高。纵观近年来对短跑技术的研究成果，本研究认为大致可以分为三个阶段，这 三个阶段的发展是以短跑动力源为主线进行的惮j 。 第一个阶段是八十年代初期以前。该阶段有三种具有代表性的观点：( 1 ) 詹姆斯海 ( 1 9 8 4 ) 9 1 认为后蹬阶段的任务是脚向后下方用力蹬地，懿、膝、踝三个关节充分伸直， 使身体向前上方移动，以便进入腾空阶段；( 2 ) 丘巴( 1 9 8 1 ) 】j 认为在以最大速度跑时， 运动员身体的主要缓冲装置和动力装置是踝关节，就是说蹬地时最大限度发挥力量的是 足跖屈肌；( 3 ) 该阶段人们已经注意到短跑蹬伸阶段的“屈蹬”现象1 “，丘巴( 1 9 8 1 ) ”并对该现象作出如下解释：从膝关节的解剖学结构来看，当膝关节从1 6 4 1 6 8 。伸展 到1 8 0 。时，髋关节和踝关节之间的距离非但没有增加，反而缩短了8 毫米，这种情况 常发生在胫骨关节面向股骨关节面曲率半径大的那一部分滑动的时候，因为在蹬地阶段 不能使腿延长成为生物运动链。纵观该阶段的研究成果，人们已经开始高度重视“屈蹬” 技术现象，但对该现象的解释仅仅局限于功能解剖学的基础上，所以略显片面；同时， 还有相当多的学者仍抱定膝、踝充分伸展的观念。 第二个阶段是八十年代初期至九十年代初期。k 维曼( 1 9 8 9 ) j2 】通过髋角从支 撑阶段丌始即始终处于伸展状态这一现象认为：髋股部肌肉能够单独的完成短跑支撑阶 段所需的伸髋一伸膝活动；如果收缩速度相同，髋股部肌肉作用产生的动作速度比膝部 伸肌大得多；髋股部肌肉必须把摆动腿一侧的髅部屈肌产生的作用力传送到地面。宫本 庄( 1 9 8 5 ) 【i 刘研究表明：途中跑蹬地过程中股四头肌收缩强度不高，仅起支撑作用，而 股后肌群才是最后完成后蹬动作的关键肌肉；为缩短支撑阶段的时间，这一阶段不应强 调膝关节缓冲，而应该在膝关节角度变化较小的情况下积极伸髋。袁作生( 1 9 8 7 ) 1 4 1 研究认为在途中跑过程中人体质心运动速度的最高峰值，出现在后支撑结束瞬间，最低 峰值出现在着地瞬间；短跑途中跑时，着地点以及后蹬结束瞬间的后支撑点与人体质心 投影点的距离之绝对值因人而异，与单步位移速度并不存在显著的关系。该阶段的研究 开始注重髋股部肌群对短跑技术的影响，同时也基本否定了相当长一段时间里关于“着 地时扒地加速的想法i l5 j ”。 第三个阶段是九十年代初期至今。阿江通良( 1 9 9 1 ) 【l6 】通过身体各部分之间能量传 递利用的想法对短跑技术进行分析，并认为髋部的屈伸肌群是短跑水平运动主要动力 源。王保成( 1 9 9 5 ) 【l7 j 认为以髋为轴的高速摆动一平动运动是短跑运动和短跑技术的本 质特征；高速跑中的放松技术就是摆动技术和摆动力量的发挥与利用，它是短跑技术的 核心：后蹬动作应视为以髋为轴的摆动运动的后续，后蹬不存在于着地过程中的第二次 发力。斋藤昌久( 1 9 9 5 ) 【6 】研究表明6 岁左右的儿童与成人及优秀短跑运动员在大腿前 摆幅度技术环节上并没有明显差异，并指出该动作是人快速跑的本能动作，与体能水平 无关。王志强( 1 9 9 7 ) t 8 1 认为短跑途中跑中髋是人体水平加速的关键环节，支撑腿膝、 踝关节的主要作用是坚固的支撑，是髋的动力作用得以实现；摆动腿的折叠前摆( 屈髋) 和支撑腿的快速后摆( 伸髋) 在时空上的紧密配合，使整个支撑阶段都具有使人体产生 水平加速的动力作用。骆建( 1 9 9 7 ) 0 9 1 途中跑后蹬阶段产生的蹬地力的特点是由大至f j d , ， 高水平短跑运动员在脚离地时后蹬腿的膝关节之所以没有充分蹬直，是因为如果后蹬腿 继续后蹬，后蹬腿产生的后蹬力使人体获得的有效支撑反作用力小于人体运动的阻力， 人体作减速运动；同时，膝关节没有充分蹬直是由后蹬开始时的膝关节肌肉收缩的初长 度、膝关节同髋关节和踝关节肌肉进行克制性收缩的初长度、缩短速度变化及时间、肌 肉收缩的力速规律等多方面因素决定的。他还认为，着地缓冲后期人体作加速运动的主 要动力来源于摆动腿作体前向上方摆动与支撑腿作相向运动所增大的水平方向作用力， 使人体获得了水平方向支撑反作用力；高水平运动员在脚着地瞬间，脚相对于地面向前 的水平速度仍受训练水平的影响，只是表现为向零趋近；脚着地瞬间，脚与地面的水平 速度有可能大于人体运动速度的观点，即产生水平动力的假设是不现实的2 们。狩野璺 ( 1 9 9 7 ) 口“通过核磁共振技术研究发现，大腿上7 0 部位的内收肌群和股后肌群的横 截面积与1 0 0 m 跑成绩成负相关，而股四头肌及5 0 部位各级群横截面积却没有具有统 计学意义的相关性。伊藤章( 1 9 9 8 ) f 22 通过短跑单步技术与跑速关系的大样本研究发现， 与跑速呈正相关的技术环节有：大腿前摆过程中的大小腿折紧程度、大腿前摆角速度、 大腿f 压准备着地阶段的向后运动速度、后蹬阶段的髋角和髋角伸展速度、缓冲阶段的 膝角、着地和缓冲阶段的踝角、支撑阶段支撑点与质心相向运动速度；承负相关的环节 有：后蹬时的膝角、后蹬时膝、躁关节的伸展速度。他的关于后蹬时膝、踝关节的伸展 速度与跑速呈负相关( 膝关节：产一0 6 6 7 ，p o 0 1 ，踝关节：严0 5 1 2 ，p o 叭) 。研究 成果，在很大程度上颠覆人们关于短跑的传统观念。他认为后蹬阶段快速的伸膝、伸踝 会大幅度造成重心在垂直方向上的移动，而对水平加速作用的意义不大。伊藤章对“屈 蹬”技术作出的解释是：以同样的伸髋速度过度伸展的膝角将削弱力的传递效果及减小 加速距离，膝关节的固定支撑将有利于下肢对髋动力的传递。王志强( 2 0 0 0 ) 【2 3 j 研究表 明，大腿以髋为轴的剪绞一制动力量是短跑的关键力量；支撑腿膝关节的主要作用是坚 固支撑，其工作特征是被动缓冲一随动伸展。张庆文( 2 0 0 0 ) 【2 4 】的研究表明，造成我国 短跑运动员支撑阶段支撑腿缓冲幅度过大的原因主要是由于膝关节弯曲幅度过大。王保 成( 2 0 0 1 ) 【2 5 1 认为，支撑腿膝角变化过大，就增加了腿的支撑时间，降低整条腿在身体 下的摆动速度。王志强( 2 0 0 3 ) 【2 6 l 认为在短跑途中跑过程中，摆动腿积极前摆配合下的支 撑腿的快速展髋在途中跑整个支撑阶段均可提供动力，支撑过程中人体质心速度的任何 变化都与这个剪绞一制动系统的工作状态有关，前支撑阶段人体也可以获得加速。 多年来对4 0 0 m 跑项目进行的理论研究大多围绕着4 0 0 m 全程跑的速度分配及人体 供能的生理学特征两方面进行的。 众所周知，短跑项目( 1 0 0 m 、2 0 0 m 、4 0 0 m ) 由于各自的供能及代谢专项生理学特 征，在途中跑和重点跑阶段均会出现速度下降的现象，通常这种现象被称为“后程减速”， 但将4 0 0 m 跑的减速现象称为“后程减速”并不准确。综合布吕格曼( 1 9 9 8 ) p 埘1 9 9 7 年参加第六届世界田径锦标赛男子4 0 0 m 跑决赛的8 名选手分段成绩的测量和尾瓢贡 ( 2 0 0 3 ) 1 4 对1 0 名水平在5 0 7 0 1 3 8 秒的大学生运动员4 0 0 m 跑分段跑速进行的测量， 结果均表明减速的拐点均出现在l o o m 之前，随即跑速下降趋势大多呈直线状，全程跑 速呈“单峰”状。所以，将4 0 0 m 跑的“后程减速”直接称为“4 0 0 m 跑减速现象”更 为合理。 男子4 0 0 m 运动员完成比赛基本需要4 0 - 5 0 秒的时间，其所需时间较之l o o m 、2 0 0 m 跑跨度更大、人体供能及代谢更为复杂，这些因素都使得4 0 0 m 跑不可能是个全速跑 项目，运动员的速度分配将直接影响该项目的专项成绩。王坦1 2 ”、殷立泉( 1 9 9 9 ) 弘驯 均认为4 0 0 m 跑前、后2 0 0 m 之间的成续差值越小，成绩越好。布吕格曼( 1 9 9 8 ) l j l 认 为4 0 0 m 跑最快的5 0 m 和最慢的5 0 m 分段成绩之白j 差值越小，成绩就越好。尾惑贡( 1 9 9 8 ) 【3 0 j 研究表明4 0 0 m 跑运动员的最快跑速与疲劳时( 4 0 0 m 跑的3 6 0 m 处) 的跑速呈负相关。 世界纪录保持者约翰逊的全程跑速度曲线与多数选手的“单峰”状曲线有较大差别( 表 2 ) ，呈现出“双峰( 或称m ) ”状，e 是由于这种速度变化相对较小的“匀速跑”能力 造就了约翰逊非凡的成绩。 市川博兽( 1 9 9 5 ) 2 9 1 运用运动生物力学的方法对4 0 0 m 跑1 5 0 m 和3 5 0 m 处运动员 的单步技术进行运动学比较，结果发现：支撑腿膝关节伸展速度的升高、支撑阶段支撑 腿最大“后扒”速度的降低、大腿前摆幅度的减小是造成后半程减速的主要运动学因素； 安井年文( 2 0 0 4 ) 6 2 1 也得出过类似结果。尾憋霞( 1 9 9 8 ) 3 0 l 运用等动测力仪研究发现髋 关节屈、伸肌群的力量耐力水平均与4 0 0 m 跑降速承负相关，其中屈肌群为，= 一0 6 6 6 ( 萨0 0 1 ) 、伸髋肌群为p 0 5 1 6 ( p 0 0 5 ) 。同时，尾题页( 1 9 9 8 ) u j 在另一项研究中证 明髋部屈、伸肌群的力量耐力水平是影响疲劳状态下跑速的主要因素，同时另外也发现 3 6 0 m 处肌肉疲劳状态下的跑速与4 0 0 m 全程平均速度呈高度正相关( r = o 8 8 5 ，p 0 0 1 ) ， 下肢毛细血管丰富程度将影响有氧运动能力及疲劳状态下肌肉的工作能力。 在4 0 0 m 跑供能代谢及减速等方面的生理学机制上，国内外学者的观点基本上是一 致的或是相似的。m a u g h a n ( 1 9 9 9 ) 3 2 】研究表明如果以世界最好成绩4 3 2 9 秒( 约翰逊， 1 9 9 9 年) 的强度完成4 0 0 m 跑，无氧供能应占7 0 、有氧供能占3 0 的比例。 n u m m e l a ( 1 9 9 2 ) 3 3 】认为4 0 0 m 跑运动员在1 0 0 m 后即开始减速的直接原因是单步支撑时 f i = | j 逐步延长，这是由于功能由乳酸能系统取代c p 系统并产生乳酸堆积，从而影响中枢、 肌肉系统的功能造成的。同时，n u m r n e l a 还通过比较和非疲劳状态下的肌肉放电情况发 现，疲劳状态下神经肌肉系统是通过提高发放神经冲动的频率和募集更多的肌纾维参 与工作来抑制跑遮的下降。h i r v o n e n ( 1 9 9 2 ) 【3 4 j 贝q 任为2 0 0 m 以后的减速的原因在于a t p 再合成的速度下降及新募集参加代偿工作的肌纤维以慢肌纤维为主造成的。 长时间以来，针对短跑项目的研究基本都是围绕着下肢动作进行的，相比之1 - 关于 上肢对短跑成绩的影响明显不足，跑是人体全身参与的运动，作为人体生物链条中重要 组成部分的上肢运动将直按影响下肢的动作。摆臂动作的意义有三点：( 1 ) 防止身体沿 纵轴转动；( 1 ) 防止身体过分前倒；( 3 ) 增强对地面的作用力效果j 。征矢英昭( 1 9 9 2 ) 3 6 1 指出如运动员只注重下肢力量训练，在运动过程中中枢系统应答将加速、加剧上肢的 疲劳，从而使速度耐力能力降低。尾躲更( 2 0 0 3 ) 【4 】的研究表明4 0 0 m 跑运动员3 2 0 3 6 0 m 至3 6 0 。4 0 0 m 段的跑速分别与上、下肢无氧工作能力( 功率下降率) 的相关系数为 r = 0 7 0 9 ( p 0 0 5 ) 、r = 0 7 6 6 ( p 0 0 1 ) ，并指出上肢良好的无氧工作能力有利于减小4 0 0 m 跑最后阶段的速度下降幅度。运用运动影像学研究上肢摆臂运动先例并不多见，虞玉华 ( 2 0 0 3 ) 3 刀在这方面做出了有益的尝试，并认为我国优秀短跑运动员由于摆臂前摆不足、 后摆过大从而造成了向前运动动力不足的现象。 伊藤章( 2 0 0 3 ) 3 s l 指出未来短跑项目研究的重点为：( 1 ) 对运动员成长的过程进行 跟踪的纵断研究，研究其体能和技术变化规律；( 2 ) 围绕着多种因素( e m g 、测力平台、 等动测力、关节输出功率等等) 与跑速相关关系；( 3 ) 竞技比赛现场的实地研究；( 4 ) 运动生理学、运动生物化学对短跑研究的介入；( 5 ) 研究成果向训练实践的快速转换。 1 3 无氧工作能力与无氧能力 无氧工作能力( a n a e r o b i c w o r k i n gc a p a c i t y ，a w c ) 3 9 4 2 1 也称无氧运动能力( a n a e r o b i c e x e r c i s ec a p a c i t y ) 1 4 3 , 是指人体肌肉在无氧供能代谢状态下的身体工作能力，通常以最 大无氧代谢状态下的身体工作能力表示【堋。测量与评价人体无氧工作能力对客观的分析 与评价人体运动能力、训练效果以及研究无氧工作能力的发展及其对训练的适应规律等 理论和应用问题具有重要的意义。同时应当明确一点，无氧工作能力与无氧能力或称无 氧代谢能力( a n a e r o b i cc a p a c i t y ，a c ) 并不相同，无氧能力是指运动中人体肌肉的无氧 代谢供能系统提供a t p 的极限能力【4 ”。无氧工作能力的大小除与无氧能力直接相关外， 更受个体肌肉功能、技术状况等因素影响。 无氧运动的能量来源，主要是来自于a t p 。a t p 是肌肉收缩的快速能源物质，也是 肌肉收缩的唯一直接能量来源，在肌细胞中，肌浆和线粒体内存在许多可产生a t p 的代 谢途径，a d p 、c p 和葡萄糖是合成a t p 的主要能量来源物质，肌肉细胞产生a t p 的无 氧途径包括非乳酸系统( 高能磷酸化合物) 和乳酸系统。非乳酸系统使用a t p 、c p 作 为能量来源，所提供的能量约能维持运动时间1 0 1 2 s ( 包括肌细胞内a t p 系统的2 3 s ， a t p c p 系统的1 0 1 2 s ) 4 3 1o 乳酸系统是指无氧糖酵解能量代谢系统，主要是使用葡萄 糖和肝糖作为能量来源，由糖类产生a t p ，所提供的能量约能持续运动时间6 0 1 2 0 s 。 影响无氧工作能力的因素包括：能源物质的储备( a t p 和c p 和糖原含量及其酵解酶活 性) 、代谢过程的调节能力及运动后恢复过程的代谢能力和最大氧亏积累【4 ”。 c r i t l a r d 发现短跑运动员的无氧工作能力高于耐力运动员，且和4 0 0 m 跑的成绩显著 相关( r = 0 8 0 ) ，重复试验的相关系数在o 7 7 - , - 0 9 4 之间1 4 。尾豚黄( 2 0 0 3 ) 【4 j 的研究表 明4 0 0 m 跑运动员3 2 0 3 6 0 m 至3 6 0 4 0 0 m 段的跑速与上、下肢无氧工作能力( 功率下降 率) 的相关系数分别为r = o 7 0 9 0 o 0 5 ) 、f o 7 6 6 ( p o 0 1 ) ，并指出上肢良好的无氧工作 能力有利于减小4 0 0 m 跑最后阶段的速度下降幅度。尾躲贡( 2 0 0 0 ) 【52 】的研究表明如以 最大功率为指标评价无氧工作能力时，1 0 0 、2 0 0 m 专项运动员水平明显高于4 0 0 m 专项 运动员。征矢英昭( 1 9 9 2 ) 3 6 】指出如运动员只注重下肢力量训练，在运动过程中中枢系 统应答将加速、加剧上肢的疲劳，从而使速度耐力能力降低。 无氧工作能力( a w c ) 的测试技术常用方法有：马格利亚阶梯实验、磷酸原能商法、 1 0 秒最大负荷测试法、3 0 米跑测试方法、耶格1 5 秒纵跳、纵跳试验、3 0 秒最大负荷测 试方法、6 0 秒最大负荷测试方法、w i n g a t e 无氧测试、改良的w i n g a t e 无氧测试、耶格 6 0 秒纵跳等i 札4 5 1 。本研究从上述方法中选择了w i n g a t e 无氧功率测试法作为无氧工作 能力的测试手段并加以着重介绍。 w i n g a t e 无氧功率测试是由以色列的w i n g a t e 体育学院于1 9 7 7 年建立的专门用于人 体无氧功率的测试方法。该试验要求受试者在自行车公量计上完成2 , - - 4 m i n 的准备活动， 是心律达到l5 0 1 6 0 次r a i n ，进行3 0 s 的全力或全速踏车运动，运动是连续记录受试者 的踏车速度变化，然后通过以下方法计算和评价：w i n g a t e 无氧功率测试负荷阻力( 腿 部运动) 成年男子为体重( 蚝) x 0 9 0 、成年女子为体重( 蝇) o 8 6 。尾瓢贡( 2 0 0 3 ) 一j 的研究，其采用改进的w i n g a t e 无氧功率试验的方法进行测定。下肢无氧工作能力的 测试要求以受试者体重的7 5 为负荷，全力、全速蹬踏3 0 s ；上肢无氧工作能力的测试 需垫高功率自行车，受试者采用跪姿，要求肩部与功率自行车的车轴基本平行，以受试 者体重的3 7 为负荷，全力、全速摇动踏板3 0 s ；测试过程中要求受试者无须注意分配 体力问题，测试一经开始即用全力直至最后；该研究选用的数据包括：3 0 s 中的最大功 率、最小功率、平均功率、功率下降率：功率下降率= ( 最大功率一最小功率) ( 最小功 率出现时间最大功率出现时问) r 2 9 1 。除此之外，叶卫兵( 2 0 0 2 ) 4 6 】、匡卫红( 2 0 0 3 ) 【4 7 、 4 8 1 、姜文凯( 2 0 0 4 ) 1 4 9 、王健( 1 9 9 9 ) 5 1 l 等人的研究则对影响w i n g a t et e s t 测试结果的 诸因素进行了探讨。 1 4 运动性疲劳 疲劳是种正常的生理现象，是运动到一定阶段必然出现的一种生理功能变化。 1 9 8 3 年第五届国际运动生化会议对运动性疲劳( e x e r c i s e i n d u c e d f a t i g u e ) 的定义为：机 体不能将它的机能保持在某一特定水平，或不能维持某一特定的运动强度【删。自1 9 世 纪8 0 年代以来，关于运动性疲劳的主要假说包括【6 1 ：( 1 ) 衰竭学说；( 2 ) 堵塞学说； ( 3 ) 内环境稳定性失调学说：( 4 ) 保护性抑制学说；( 5 ) 肌肉疲劳的突变学说。按照 运动性疲劳根据其运动方式、产生部位、产生机制的区别】，可以将4 0 0 m 跑的疲劳认 定为：体力疲劳，整体性疲劳，快速疲劳。 1 5 研究拟解决问题及意义 通过对前人的研究成果分析可以发现该领域尚有两个空白之处；第一，没有将上下 肢无氧_ 】：作能力对因疲劳导致的4 0 0 m 跑技术的运动学改变进行比较；第二，没有考虑 到是具体哪个技术细节的运动学改变对速度下降产生了影响，而非单纯的比较前后程单 步技术的改变。本研究拟以这两点为切入点，进行深入地研究。 本研究为田径运动的理论性研究。如果本研究建立的前后程单步技术( 上肢、下肢) 运动学指标与4 0 0 m 跑减速幅度、上下肢无氧工作能力与4 0 0 m 跑减速幅度之间的联系 通道是成立的，从而明确其联系及影响的程度，这势必具有很强的应用价值；另一方面， 以上肢为重要切入点研究4 0 0 m 跑也是具有较强的应用价值的。这种应有价值集中体现 在：可以为4 0 0 m 跑专项耐力训练提供所需强化技术环节及相应肌肉的明确部位；明确 l 下肢专项力量耐力训练方法重点，例如以提高无氧供能代谢系统的平均功率为主还是 以提高抗最大无氧功率的下降幅度为主；同时，也可为建立以上下肢无氧：【作能力为评 价指标的4 0 0 m 跑专项耐力模型提供实践基础。这些都可以使4 0 0 m 跑专项训练更具有 目的性、定向性。从而为完善田径运动理论体系，为专项训练方法、手段的方法学突破 提供理论基础，使训练更加具有科学性。 2 研究对象与研究方法 2 1 研究对象 省体工队、体育学院运动系男子田径运动员1 2 名，专项为4 0 0 m 、4 0 0 m 栏、全能 项同，运动级别包括一级、二级。平均年龄2 0 】1 g y r ，平均身高1 7 9 4 i m ，平均体 重6 8 4 6 4 k g ，运动成绩5 0 0 9 1 9 6 s 。 2 2 研究方法 2 2 1 文献资料法 通过人工奄阅和使用互联网查阅并用的方式，检索1 9 7 8 至今的2 0 余种主要的中文 体育期刊文献( 体育科学、中国体育科技、天津体育学院学报、中国运动医学杂志、田 径等) 、1 9 7 0 年至今9 种外文体育期刊文献( 体育学研究、体育回科学、尹杪yb 叉水 一y 科学、体力科学、，s p o r t ss c i 、b i o m e c h a n i c s 等) 及东北师范大学图书馆馆减的体 育类图书，共获得1 2 0 余篇有关于短跑途中跑技术分析、有关4 0 0 m 跑的专题研究、运 动生物力学、运动生理学、运动人体科学测定方法、统计学及实验设计、运动训练学等 与本研究相关的文献资料；并对其进行系统的阅读和分析，全面了解本课题领域的研究 现状和前沿动态、研究方法。从而明确本研究的相关基本理论，确定课题的研究切入点 和研究方法、手段。并为论文论点提供论证依据。 2 2 ，2 实验法 采用生物力学手段在场地测定运动员4 0 0 m 跑途中跑运动学数据；在实验室状态下 使用自行车记功仪( 功率计) 测定运动员上、下肢的无氧工作能力。实验法是本课题采 用的主要的研究方法，使用实验法的主要目的是阻断无关干扰变量以及获得可进一步统 计的定量化数据指标。 2 2 ，2 ，1 实验安排 因为4 0 0 m 跑和上下肢无氧工作能力的测试均会产生大量乳酸，过程较为艰苦；为 保证实验效果，实验前向受试者说明研究的目的、意义及可能的艰苦性，受试对象必须 自愿参加测试。为保证恢复，三次测试间均间隔休息一天。 丑径场地测试：测试前要求受试对象进行充分的准备活动，按比赛要求全力完成 4 0 0 m 跑。安排2 名一级裁判员为其计时。 实验室测试：为准确测定上下肢无氧工作能力，排除无关变量干扰，所以使用自行 车记功仪。测试前要求受试者进行充分的准备活动，并向受试者讲述测试方法和动作要 领，容许进行适量的少量练习，测试中要求受试者全力完成。 2 2 | 2 2 运动学数据采集与处理 使用网台n v - m x 3 0 0 ( p a n a s o r t i c 7 m ) 型高速摄像机在跑道内侧对4 0 0 m 途中跑过程 中6 0 、16 0 、2 6 0 和3 6 0 m 左右处的一个复步进行矢状面定机拍摄；拍摄范围8 m ，拍摄 距离4 0 m 拍摄频率为5 0 帧s 。 拍摄录像使用e i m g 7 1 解析系统进行平面定点测量分析并平滑处理计算结果。人 体模型拟定为松井秀治参数体系。 2 2 2 3 运动学指标的确定及界定 位移速度：为一个单步各阶段位移速度的平均值；步幅和步频：均为一个复步中两 个单步的平均值。 2 2 2 4 无氧工作能力实验数据采集与处理 上f 肢无氧工作能力的测试使用m o m a r k 8 3 4 型无氧功率自行车及软件测试系统， 参照d o t a n ( 1 9 8 3 ) 1 5 0 和尾躲贡( 2 0 0 3 ) 4 1 的研究，采用w i n g a t e 无氧功率试验的方法 进行测定，并综合参考匡卫红( 2 0 0 2 ) 4 8 1 分析的影响w i n g a t e 测试的注意事项。 下肢无氧工作能力的测试要求以受试者体重的7 5 为负荷，全力、全速蹬踏3 0 s ； 上肢无氧工作能力的测试需垫高功率自行车，受试者采用跪姿，要求肩部与功率自行车 的车轴基本平行，以受试者体重的3 7 为负荷，全力、全速摇动踏板3 0 s 。测试过程中 要求受试者无须注意分配体力问题，测试一经开始即用全力直至最后。上下肢无氧工作 能力实验数据计算处理方法如下( 表3 ) 。 表3 上下肢无氧工作能力实验数据处理的计算方法 2 2 3 统计方法 使用s p s s l l 5f o rw i n d o w s 统计软件对相关数据进行配对样本t 检验、单因素相关 分析等常规统计学处理；本研究采用的统计检验显著水平为p 0 0 5 。所有图表均使用 s p s s l l 5 统计软件绘制输出而成。 9 3 结果 3 1 运动学部分 本次针对4 0 0 m 跑研究的过程中，选择6 0 m 、1 6 0 m 、2 6 0 m 和3 6 0 m 附近的四个测 量点，以期待获得该处的水平位移速度、步长、步频等三项指标。布吕格曼( 1 9 9 8 ) 【3 对世界顶尖的8 名选手和尾瓢贡( 2 0 0 3 ) 4 1 9 对大学生的分段成绩的测量均得出减速的拐 点均出现在l o o m 之前，随即跑速下降趋势大多呈直线状，全程跑速呈“单峰”状。参 考上述研究结果，结合本次研究受试对象的实际运动水平，可以认为6 0 m 附近受试对象 基本会出现最高速度，并对应之后间距相等三个测量点附近的运动学特征进行测量分 析，以分析其全程整体规律。测试所获得的运动学数据见( 表4 ) 、各分段之间的运动学 参数的变化见( 表5 ) 。 表4 4 0 0 4 跑分段的位移速度、步长、步频 表5 4 0 0 m 跑分段的位穆速度、步长、步频指标之问的交化 3 ，2 上下肢的w i n g a t e 测试部分 通过观察1 2 名受试对象上下肢无氧功率的变化情况( 图1 ) ，可以发现在w i n g a t e 测试中下肢无氧功率水平在前4 s 持续上升之后便下降状态，而上肢的拐点出现在5 s 左 右，二者出现的时机差距不大。同时，两者的变化图形也较为相似。这表明，尽管上r 肢解剖功能及肌肉分布与横截面积等方面存在着较大差距，但影响其无氧工作能力的主 l o 要原因是生理供能特性是相同的。这一点也可作为证明采用同一无氧白形车计功仪测定 运动员1 - 、下肢无氧工作能力可行性和有效性的有力证据。 t i m es 图1 上、下肢无氧功率变化规律 根据w i n g a t e 测试结果得出了上下肢的最大无氧功率( m a xp o w e r ) 、平均无氧功率 ( m e a n p o w e r ) 、功率下降率( d e c r e a s i n g r a t i oo f p o w e r ) 3 项指标( 表6 ) 。计算方法参 见本文研究方法章节中的相关部分( 表3 ) 。 表6 上下肢无氧工作能力测试数据 下肢上肢 最人无氧功率十平均无氧功率t 功率下降率最大无氧功率平均无氧功率功率下降率 m c a l l1 2 3 48 8 71 9 6l5 9 84 5 31 3 ，1 2 s d0 8 60 4 32 ，9 30 4 80 2 71 _ 8 十：最大、平均无氧功率单位为( 一，k g ) 本次研究将集中围绕上述指标提供的信息，在常规统计学处理的基础上，针对4 0 0 m 跑各分段跑速对全程跑成绩以及上、下肢无氧工作能力对4 0 0 m 跑各分段跑速变化幅度 的影响进行进一步的分析与讨论。 ；oi口c翟u -已詈|e弓 4 分析与讨论 从实验所获得的运动学数据来看( 表4 、5 ) ，4 0 0 m 全程跑过程中水平位移速度、步 长、步频三项运动学指标均呈现下降状态。其中，尤其以位移速度( 8 7 0 0 3 0 降至6 5 5 o 5 6 ) 和步频( 4 1 0 0 0 7 降至3 2 1 o 2 9 ) 两项尤为突出( 下降幅度分别为o 4 2 、一 1 0 2 、一1 1 2 和一o 2 3 、- 0 2 0 、一o ，4 6 ) ，这种较大的下降趋势并没有在步长方面表现出来 ( 下降幅度为一0 0 3 、一o 0 5 、一0 0 5 ) 。另一个现象三个运动学指标在标准差方面变化呈 现出不同的规律，首先，位移速度的标准差在前三个测量点，数值在0 3 0 - 4 ) 3 4 之间微 小幅度变化，步长全程四个测量点的标准差基本没有变化，步频的标准差逐渐增大，特 别在2 6 0 m 、3 6 0 m 附近。本次实验发现的全程跑速的变化规律与前人的研究成果是一致 的【3 4 2 ”。但是，跑速的下降曲线的平滑程度要低于布吕格曼( 1 9 9 8 ) 【3 】和尾繇贡( 2 0 0 3 ) h 的研究，这可能与本次研究的测量点问距( 1 0 0 m ) 大于该二人的研究( 分别为5 0 m 、 4 0 m ) 有关。但可以明确的是在前言中提出的“4 0 0 m 跑减速现象”的假设论断的正确 性。通过6 0 m 测速点后速度下降的回归方程为：仁一o 3 0 x + 9 8 3 4 。从总体趋势和离散程 度两个方面综合分析，可以发现造成4 0 0 m 跑减速现象最主要的直接原因是运动员在后 程无法保持较高的步频。这也提示出在运动员选材过程中，同等条件下应优先考虑步频 因素，以提高步频储备的可能性。 全程跑的速度变化始终是4 0 0 m 相关研究的重点之一，全程跑速度变化可以向人们 反映出两种信息：运动员的速度的战术分配和体能变化情况。本次研究的1 2 名受试对 象在全程跑过程中( 图2 ) ，6 0 m 和1 6 0 m 处的跑速与全程跑成绩并未表现出具有显著性 的相关性(