游泳经济性研究：历史、特征与启示论文

游泳经济性研究：历史、特征与启示

卞军义，赖志杰

（广州体育学院体育教育学院，广东广州 510500）

游泳是人类最为常见的运动之一。当游泳作为竞技体育项目时，要求在规定距离内以最短的时间游完全程，同时考虑到水的阻力比空气大，游泳运动员如何有效、经济地利用可获得的能量，合理支配自己的体能游完全程就显得更为重要。同时，处于训练初期的游泳运动员通过训练量与强度的变化，提高游泳运动员的耐力水平，促使机体最大摄氧量（Vo_2max）、乳酸阈（AT）、毛细血管密度、氧化酶活性、血浆容量、氧的运输与利用等能力的改善与适应。随着游泳运动员运动水平的提高，训练量与强度已接近人体极限，训练强度与量的改变难度加大，特别是训练量的改变已对上述的生理适应无显著性改善作用，反而游泳运动员的成绩在不断提高。游泳运动成绩的提高离不开技战术的改进与突破，也不能忽视游泳经济性（Swimming Economy,简称 SE）的适应性改善。目前，SE对高水平游泳运动员运动表现的影响机制还不完全清楚，本文从SE与高水平游泳运动员的竞技表现相关性进行综述，探讨近年来SE在竞技游泳训练中的应用情况，进一步阐明SE对游泳竞技表现提高的生理机制，发挥SE在高水平游泳训练中的导向作用。

1 游泳经济性的概念与内涵

1.1 游泳经济性研究历史回顾

游泳经济性（SE）的第一次公开发文可追溯到1979年，由Craig and Pendergast首次提出。其2人的后续研究中指出，游泳速度（Swimming Velocity,简称V）作为评价游泳经济性的重要参数，反映了推进力与阻力之间的关系，影响游速的因素都可影响SE,游速的提高是划幅（Stroke Length，简称SL）与划频（Stroke Rate，简称SR）相互作用的结果，最快游速是SL与SR结合的最佳形式且只有一种，即游速V=SL×SR。此时的游泳经济性研究通过游泳技术的生物力学参数：游速V与SR-SL之前的关系来反映，利用运动生物力学的方法解析、计算得出划幅SL-划频SR与游速V的关系，侧重于游泳技术的机械效率，以此判断游泳经济性的优劣,可谓是游泳经济性研究的第一阶段。此时游泳经济性主要是指技术动作的有效性，即游泳运动员游进时对外做功的机械能占代谢生物能的比例。

20世纪中后期，学者们逐渐开始对SE进行科学化研究。1986年Prampero等人的研究中引入了游泳能耗（Cost of Swimming，简称CS）的概念，并与游速V等参数一同评价游泳经济性，得出能量消耗是通过运动中耗氧量（VO₂）获得。 Prampero将摄氧量动力学指标引入SE的评价之中，他假设人体无论在水上还是在陆上，在任何固定速度下其机械效率越高，氧气消耗越低，即SE越好。所以，此时的SE研究是生物力学与运动生理学的结合，主要特征为技术动作的有效性和能量利用的节省化。

1.2 游泳经济性的界定与划分

图1 游泳经济性示意图

不同运动项目之间运动经济性研究关注的重点有所差异，所以在此有必要对游泳经济性研究的范围进行说明。中长跑经济性是指在次最大强度固定速度下机体单位体重的耗氧量。考虑到水的阻力因素，在本研究中游泳经济性指的是游进时机体能量利用的节省，具体是指单位时间内每游进1m每千克体重的耗氧量，或者每游进1m每千克体重消耗的能量，单位：J/kg.m或者ml/kg.m.min。

2 游泳经济性的适应机制

2.1 身体形态与SE

Chatard JC等人的游速递增试验显示，游进VO₂与身高、体重成正相关，相关系数分别是0.67、0.89，在同等情况下体重大的人能耗越大，SE越低，与Montpeit RR、Carzorla 研究结果相一致。在手臂长度与SE研究中，Chatard JC等人的实验结果显示，在相同游速下（1m/s）手臂短的女运动员比手臂长的能耗多12%，短距离女运动员比长距离能耗多15.7%。PL Kjendlie等人在游速为1.1m/s实验中发现身高、臂展、体重与游进时的能耗相关性分别是0.74、0.86、0.66，身高高、臂展长、体重大的运动员在同等情况下都不能很大程度地增加能耗，从而降低了SE。研究表明，体表面积（Body Area Surface，简称B AS）计算是根据Du Bois D和Gehan、George研究所得公式得出，BAS对游进能耗积极影响的证据至今未有明确，但是BAS与身高和体重成正相关，正好解释了在相同游速情况下女性游泳运动员比男性游泳运动员SE高的原因。

2.2 血乳酸浓度（[LA]）、血乳酸稳态（maximal lactate steady state，简称MLSS）与SE

吉卜林出生于1865年的印度孟买。在他晚年创作的回忆录《我的一些事》(Something of Myself)中，吉卜林这样写道：“我的眼睛最初捕捉到的是黎明、阳光、色彩和肩上那金紫色水果。我还记得，清早我与保姆走向孟买水果市场，后来还带上坐在童车里的妹妹。回来时我们的筐里装满了买来的东西。而傍晚的海边与保姆和妹妹散步尤其惬意，因为这里可以聆听夜风掠过棕榈和香蕉所发出的天籁之音，还可以欣赏树蛙的动人歌声。”可见，吉卜林在印度度过了6年时光是幸福美好的。这种幸福在他的一生中延续，对他产生了很大的影响。

对照组中产妇产后42 d因个人原因未按时到门诊复查失访7例，失访率1.7%。观察组中失访2例，失访率0.49%。

2.3 以最大摄氧量速度持续运动到不能维持的时间（TLim-Vvo_2max）与SE

生1：小兔子喜欢吃胡萝卜和青菜。它会蹦到胡萝卜前，闻一闻，再捧起胡萝卜美滋滋地品尝。吃东西的时候，它的胡须还在抖动呢。

2005年R.J.Fernandes等人在研究中将TLim-Vvo_2max（以最大摄氧量速度持续运动到不能维持其速度的时间）列为SE评价指标，此方法弥补了在极限强度下使用VO_2max代替能量消耗时忽略无氧贡献的不足。在其研究中R.J.Fernandes利用DI Prampero等人计算的能量转换常数2.7mlO₂kg^-1Mim^-1和Thevelein修正后的计算方法，计算出每个递增200m消耗的能量（66.05±8.46 O₂kg^-1Mim^-1）,也是首次对SE能量评价指标进行了量化。R.J.Fernandes是第一个分析TLim-Vvo_2max与SE的关系学者，研究发现TLim-Vvo_2max与受试者的有氧代谢能力关系不大，同时与血乳酸最大值[LA]_max和[LA]无显著相关，最大摄氧量速度下净能量消耗（C）等于能量消耗与对应速度的比值，研究发现上述的这个比值与游进时的阻力与推进力的比值相等，进一步说明游泳技术在TLim-Vvo_2max测试与SE中基础性作用。R.J.Fernandes等人在接下来的研究中将游泳技术指标：SR、SL、SI与TLim-VO_2max相结合发现，TLim-Vvo_2max与SR成负相关，与SL、SI成正相关，就是高划频、低划幅的技术组合TLim-Vvo_2max时间越短，SE越差。R.J.Fernandes最新研究结果显示，TLim-Vvo_2max的决定因素是最大摄氧量中慢速增长部分（VO_2-sec）和最大摄氧量速度下的乳酸代谢率有关，可能与已募集慢肌纤维的疲劳和快肌纤维募集有关。

1979年，JrDR Pendergast研究揭示了游进速度（V）是游泳技术参数划频（SR）和划幅（SL）相互作用的结果，在自由泳、仰泳、蛙泳游速增加的开始阶段，SL、SR都相应增加，当游速到达一定程度后，SL会下降，SR会继续上升，其中蛙泳SL下降程度最大；蝶泳随游速增加SR会增加，SL未出现明显的降低。相对其他周期性耐力项目比如自行车、赛艇、皮艇等，由于水阻力的影响，游泳技术与生物力学参数指标对于SE来说更为重要，因为J Dekele、Wakayoshi K、Keskinen KL、Mariana.F.M等人利用递增负荷与恒定负荷实验研究SR、SL与血乳酸浓度（LA）的关系后发现，其中递增负荷实验中随游速V递增，LA随之增高并达到稳定状态（maximal lactate steady state，简称 MLSS），达到 MLSS 时对应的游速与SR下降拐点时对应的游速，两者之间的相关系数为0.88,总结SR出现拐点时对应的游速不仅是SR与SL相互影响的分界，也是训练强度heavy与severe sub-maximal intensity人体生理能量消耗的分界。MLSS状态下血乳酸产生与清除的速率相等，是评价有氧能力的黄金标准，MLSS对应的速度是训练有氧能力的最佳强度，有氧能力改善，SE提高。Barden and Kell利用递增负荷试验判断临界游速（critical speed，简称CS）与SR、SL关系时发现了类似特征，递增的游速超过CV时，SR-SL出现非线性急剧变化，SR持续增加，SL加速降低。

2.4 最大摄氧量（VO_2max）与SE

作为一个有氧能力的评价与预测指标已被广泛应用，特别是在评价200m与400m成绩方面存在着相对较高的相关性，

ACSousa等人研究表明最大摄氧量（VO_2max）能够有效地预测200m自由泳的成绩，特别与摄氧量快速增长的部分高度相关，相关系数0.72～0.75，同时证明了摄氧量峰值与摄氧量慢速增长部分无显著相关，在高强度的固定负荷测试中，摄氧量慢速增长并未出现，从而进一步说明了有氧功能在游泳项目中的基础性作用。随着竞技游泳比赛的激烈与训练水平的提高，当下竞技游泳训练除了强调训练量与强度，更加关注训练质量与过程的控制与把握，在这样背景下，TLim-Vvo_2max作为VO_2max和最大摄氧量速度的补充，起到了重要作用。Ricardo J. Fernandes等人的研究表明，SE优劣更大程度取决于TLim-Vvo_2max和诱导达到个人最大摄氧量时的速度，与VO_2max无显著性相关，同时研究表明SE与摄氧量慢速增长部分相关性更高，具体影响机制还有待进一步研究。

3 游泳经济性研究对我国竞技游泳训练与大众健身的启示

3.1 游泳经济性研究由结果分析向过程分析的转变

游泳经济性研究推动了游泳技术由结果分析向过程分析的转变，以往国内游泳技术的相关分析，主要是对游泳运动员游进的生物力学参数进行结果分析，如游速、划幅—划频、出发反应时、滞台时间、转身时间、冲刺时间与速度等指标，当然这些指标的使用能够客观地反映游泳运动员在游进时运动学特征。随着竞技体育竞争的日趋激烈，决定比赛胜负的差异越来越小，对运动能力提高机制的研究要求越来越细，游泳经济性研究不仅从上文描述的生物力学参数进行研究，同样还关注导致生物力学参数变化的生理学因素，有助于对游泳训练生理学效应有更为深刻的认识。

3.2 游泳经济性研究对原有摄氧量动力学特征的挑战

由于游泳经济性研究都需要摄氧量动力学分析，所以在摄氧量增负荷测试中，如果初始强度大于乳酸阈强度，特别是大于临界功率，且运动时间在3min以上,最大摄氧量（VO_2max）就会出现最大摄氧量慢速增长部分（VO_2-sec）,而维持最大摄氧量速度的时间（TLim-Vvo_2max）与VO_2-SC成正相关，VO₂与游速成负相关，即维持最大摄氧量速度的时间越长（TLim-Vvo_2max），VO_2-SC幅度越大，游速V越低。随着训练课训练强度的增加，有氧能力动员不足，乳酸耐受力下降，给训练带来不利影响。

3.3 游泳经济性研究对游泳运动原有供能特点挑战

在男女400m自由泳项目中，最后100m分段中有氧代谢供能的贡献率分别是73.15%、71.34% ；自由泳超过400m时有氧供能贡献率为81.1%，最后200m有氧供能贡献率为93.1% ；200m自由泳有氧与无氧贡献率分别为65%～35%，200m仰泳有氧与无氧贡献率分别为70%～30%，蛙泳为63%～37%，蝶泳是 61%～39% 。无论是哪种供能比例关系，游泳经济性的改善表明运动员有氧能力的提高，毛细血管扩张、线粒体密度的增加，大强度准备活动，积极饱满，缩短从安静水平进入最佳状态的时间，减小VO_2-sec波动幅度，改善有氧能力的动员，提高运动员乳酸耐受能力。

3.4 游泳经济性研究的发展方向

游泳经济性是通过能量消耗与游进速度之间的关系来表明游泳运动员有氧代谢能力，能够解释高水平游泳运动员在最大摄氧量（VO_2max）、无氧阈（AT）差别不大的前提下，游泳成绩变异的来源，是实现低能耗下达到高游速的路径，其应用价值主要在游泳竞技领域。目前，游泳经济性主要是研究与分析不同游速下划幅-划频不同组合方式的能量消耗情况，其评价指标体系是运动生物力学与运动生理学的结合，其泳姿多数仅限自由泳，未来蝶、仰、蛙3种泳姿下的游泳经济性研究将是重要发展方向，同时为了进一步明确游泳经济性研究成果对4种游泳姿势的指导意义，不同姿势下每个划水周期的能耗情况将引领游泳经济性研究的发展。

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参考文献

［1］ LONDEREEBR. Effect of training on lactate ventilation threshold： a metaanalysis［J］. Med Sci Sport Exercise，1997，29（3）：837-843.

［2］张娅姗，张良祥. 影响“冰球城市”冰球后备人才发展因素与培养策略研究［J］. 青少年体育，2018（7）.

中图分类号： G861.1

文献标识码： A

文章编号： 1674-151X（2019）1-076-03

投稿日期： 2018-10-10

基金项目：广东省教育科学规划课题：不同负荷非稳定状态下游泳运动员核心区域运动生物力学特征的研究（2017GXJK096）;广州市高校第九批教育教学改革项目（2017D07）；广州体育学院2017年度校级质量工程：广州体育学院《游泳》课程结构优化的实践与应用；广州体育学院重点课题（2017ZD06）。

作者简介：卞军义（1980—），讲师，硕士。研究方向：游泳教学与训练。

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