网球运动不同击球技术摄氧量和心率反应研究

袁　川，陈恩格，范江江

(四川师范大学 体育学院，成都　610101)



网球运动不同击球技术摄氧量和心率反应研究

袁川，陈恩格，范江江

(四川师范大学 体育学院，成都610101)

摘要：目的：为研究网球运动不同击球技术的摄氧量和心率变化特点，为网球运动的发展、运动训练及其能量消耗的评估提供理论依据。方法：利用间接测热仪器(cosmedK4b2)对21名受试者分别在低球速(30 km/h)、高球速(60 km/h)各进行一次时常2分钟的原地正手击球、原地反手击球、侧向移动正手击球、侧向移动反手击球、上前正手击球(只在低速进行)、上前反手击球(只在低速进行)、侧向移动正反手交替击球，对其VO2和心率进行监测。结果：结果显示VO2值在25.8-37.4 mL·kg-1·min-1之间，HR在83.6-157.2次/min之间；结论：在没有移动和向侧移动时，正手击球的VO2明显低于反手击球；侧向移动击球的VO2明显高于向前移动击球和侧向移动正反手交替击球；高球速下击球比低球速下击球的VO2更高。

关键词：网球；击球技术；摄氧量；心率

1问题的提出

网球运动是世界上最流行和广泛开展的体育项目之一，但是对网球运动过程中不同击球技术的代谢反应和能量需求的研究却并不多见[1]。了解网球运动不同击球技术的能量消耗对于科学指导运动健身以及推动项目发展具有重要意义。

有研究报道了运动员在不同球场地面(草地、硬地)进攻和防守有效运动的时间[2-3],却没有涉及能量消耗研究。有学者实验测试了心脏速率—摄氧量(HR-VO2)关系[4]，或通过间接测热法对网球比赛的摄氧量(VO2)进行了评估与研究[2，5]；一些研究报告指出平均VO2为在24—29 mL·kg-1·min-1[6]。可见，到目前为止研究者们只是对没有任何干预的网球比赛所有活动中总的生理反应所体现出来的平均VO2和心率(HR)进行了评估和研究。但网球运动的正手击球、反手击球、原地击球、侧向或者上前的移动击球，以及不同来球速度或者旋转等，都会影响运动员的用力方式和能量消耗。近年来，虽有学者比较了在球场上的反手和正手击球，以及在不同地面跑动的耗氧量[7]，但其运动方案对VO2的解释是不清楚的；还有学者对网球正手击球、反手击球的生物力学原理进行了探讨[8-9]，但并没有对其能量消耗的特点进行研究。

因此，为了进一步探析网球运动的代谢特征，了解网球运动健身价值，有必要对网球运动不同击球技术的VO2和HR的特点进行研究，为科学运动健身和网球运动训练提供理论基础。

2对象与方法

2.1研究对象

本实验选取18—25岁且有网球运动基础(进行了专业网球训练一年以上)的21名健康成年人(以在校大学生为主)为受试对象，其中男性16名，女性5名(详情见表1)。受试者被要求没有运动禁忌症，身体健康。经受试者同意后在测试知情同意书上签字，在测试正式开始前进行培训，使其了解整个测试的注意事项和流程。

表1　受试者基本信息一览表

表2　受试者网球训练信息一览表

2.2研究方法

2.2.1实验仪器和设备

本研究采用身高体重仪(恒康佳业HK-6000)在正式测试之前对受试者的身高、体重进行测量。正式测试时让每个受试者佩戴便携式气体代谢分析仪(cosmedK4b2，简称K4b2)和Polar心率表对其VO2和HR进行监测，K4b2是由意大利Metabolic公司生产的，让受试者佩带呼吸面罩，通过内置的气体代谢装置分析受试者VO2和HR的变化。在实验测试前的预热和校检、受试者的佩戴、实验操作者的检测等均严格按使用说明书进行。本研究采用斯波尔斯ss-8000网球发球机对网球落点、运行轨迹、球速进行控制。测试所用网球均为Teloon Rising球。

2.2.2测试内容与方案

具体击球位置、移动方式、球落点及发球机摆放位置等见图1。

如图1所示，受试者以底线中心点O点为击球的准备位置和完成击球后的结束位置。A1为原地正手击球，B1为原地反手击球，受试者在击球过程中根据来球方向小碎步调整完成击球；A2、A3为向前和侧向移动正手击球，B2、B3为向前和侧向移动反手击球，要求受试者根据来球方向向前或侧向移动2—3米完成击球动作；C1为侧向移动正反手交替击球，要求受试者在落点1和落点2之间(距离为4—6米)来回移动完成击球。1、2、3、4、5、6分别是正手侧向移动击球、反手侧向移动击球、原地正手击球、原地反手击球、上前正手击球和上前反手击球落点位置，1、2、5、6距O点3米。受试者所有反手击球均使用双手反手击球技术。A1、A3、B1、B3、C1方案分别在低球速(30 m/h)、高球速(60 km/h)各进行一次测试，A2、B2只在低球速(30 km/h)进行一次测试。发球机在中线上前后移动，以调节球落点，发球机的发球间隔设定为12 s，来球不带任何旋转。每个练习项目进行2分钟，间隔时间为1分钟。

受试者被要求在测试前1小时没有大量进食，且均有5分钟左右的热身与准备活动时间，身体和心理上无异常。在击球过程中要求其对于每个击球均匀用力，打出直线底线球，在球场对面底线与击球位置相对应的点摆上标志物，以方便受试者按实验方案完成击球。测试员对受试者每个练习阶段的击球个数进行记录。本研究的全部运动过程均在室内标准网球场地进行。

图1　运动方案示意图

2.2.3数据分析

3研究结果

如表3所示，不同球速、不同移动方式和不同击球方式下，受试者的VO2、HR具有显著性差异(P<0.05)。

注：VO2单位是“mL·kg-1·min-1”，HR单位是“次/min”，全文一致并做省略处理。

3.1正手击球和反手击球

图2　不同击球方式的VO2折线图

图3　不同击球方式的HR折线图

如图2所示，正手击球在原地和向侧移动时VO2明显比反手低，A1低速(25.8±6.7)、A1高速(27.0±7.3)、A3低速(35.3±7.7)、A3高速(36.7±8.8)、A2低速(34.9±7.9)比相应的反手(27.8±6.8、28.1±7.3、36.2±7.9、37.4±8.3、34.3±7.7)分别低了7.2%、3.9%、2.5%、1.9%和1.7%，其中除了上前移动击球外，低球速时反手与正手击球VO2差异比高球速下更大。从HR来看(图3)，其变化特点同VO2一样，A1低速(123.5±25.5)、A3低速(139.8±29.8)和A3高速(154.1±19.9)明显低于B1低速(127.8±23.8)、B3低速(149.6±25.7)和B3高速(157.2±19.7)；而A2低速(153.8±16.6)高于B2低速(152.7±17.9)；A1高速(140.9±17.7)却明显低于B1高速(146.0±18.8)。

3.2三种不同移动方式击球

受试者以不同移动方式击球，其VO2与RH也明显不同。如图4、图5所示，无论是在低球速还是在高球速下，侧向移动击球(A3、B3)的VO2均明显高于上前移动击球(A2、B2)和侧向移动正反手交替击球(C1)，且高球速侧向移动击球(A3、B3)的VO2更高。低球速的侧向移动击球(A3/B3低)平均比上前移动击球(A2/B2低)和侧向移动正反手交替击球(C1低)的VO2高3.2%和7.9%，上前移动击球(A2/B2低)比侧向移动正反手交替击球(C1低)的VO2高4.5%；高球速下侧向移动击球(A3/B3高)比侧向移动正反手交替击球(C1高)的VO2高5.8%。

受试者的HR和VO2有相似之处但也存在差异(图5)，不同球速下不同移动击球方式的HR值波动幅度较大，高球速下侧向移动击球(A3/B3高)和侧向移动正反手交替击球(C1高)的HR比低速下(A3/B3低、C1低)高出6.5%和1.8%，低球速下的上前移动击球(A2/B2低)比侧向移动击球(C1低)的HR高出2.2%，在相同速度下上前击球的HR明显高于其他移动方式击球，随着球速的增加侧向移动击球的HR逐渐超过侧向移动正反手交替击球。

图4　不同移动方式击球的VO2值柱状图

图5　不同移动方式击球HR值柱状图

3.3不同球速的击球

图6　不同球速下击球的VO2值柱状图

图7　不同球速下击球的HR值柱状图

研究结果显示，受试者在高球速下击球比在低球速下击球VO2更高，高球速下的原地击球(A1/B1高)、侧向移动击球(A3/B3高)、侧向移动正反手交替击球(C1高)比低球速下相同击球方式的VO2分别高2.6%、2.8%和4.8%。

研究结果显示，高球速击球比低球速击球HR反应更为强烈，高球速下的原地击球(A1/B1高)、侧向移动击球(A3/B3高)、侧向移动正反手交替击球(C1高)比低球速下相同击球方式的HR分别高了11.3%、6.5%和1.8%。

4分析与讨论

本研究的目的是评估和比较不同击球方式(A1、B1、A3、B3、A2、B2、C1)在不同球速下VO2和RH反应。本研究利用K4b2对各个运动阶段进行监测，该方法被广泛应用于安静和运动过程中的能量代谢测定,其信效度已被众多研究证明是可靠的[10-12]。由于受试者的限制，本研究把男性和女性合并在一起分析。

研究结果表明，不同击球方式的VO2有所差异，处于25.8—37.4之间，此前Smekal等人[13]研究显示，网球运动的VO2在24—29之间。这表明，网球运动中某些具体运动方式的VO2比网球运动或比赛的整体VO2要高很多。从本研究的HR值来看，其变化特点与VO2变化特点有相似之处，不同击球方式下HR有较大的波动幅度，其变化值在123.5—153.8之间。

4.1不同击球方式的摄氧量

图2表明反手击球通常比正手击球耗氧更多。从能量守恒的角度来讲，人体所消耗的能量应该完全转化为击球瞬间的击打力量，但是往往由于各种原因(如阻力、肌肉用力方式、挥拍轨迹等)，这个转化过程中的消耗是不可避免的。反手击球(默认为双手握拍)，右臂向前伸展时受到身体的限制，击球点较近，导致额外消耗增加，因此运动员为了达到更好的击球效果就需要消耗更多能量[14]。而正手击球不受身体的限制，更利于发挥全身之力击球，击球也更省力[15]。

4.2不同移动方式的摄氧量

毋庸置疑，移动中击球比在原地击球耗氧量更多。在向侧移动击球过程中，由于球的落点距离准备位置较远(3米)，运动员首先需要做一个90度转身，并快速移动到合理击球区，完成击球动作后再快速返回到准备位置，整个过程涉及到三个转身(共270度，不算击球的转体动作)、两个跑动距离(共5—6米)。在向前的移动击球过程中，其移动距离相同，但不需要转体动作，早在之前就有研究表明，折返跑同比同速度直线跑需要消耗更多的氧和能量[16]；同时击球方式也对导致VO2的差异：人向前移动有着与来球方向相反的惯性动能，其对击球有辅助作用，而向侧移动的惯性动能与来球方向是垂直的，辅助作用不大，这就需要运动员调动更多的能量完成击球过程。本研究结果也显示，侧向移动击球比向前移动击球的VO2更大。

从研究结果还可以发现，移动的正反手交替击球比侧向移动击球耗氧量低，从理论上讲两者应该是一样的。但移动正反手交替击球往往由于准备时间不足或者移动速度不够快而导致击球时往往采取被动的防守式击球，身体并没有做出完整的击球过程，因而导致了其VO2稍低。

4.3不同球速下的摄氧量

本研究分别用30 km/h和60 km/h球速进行了测试，在较高球速下运动员对来球的判断和准备时间明显较短，这要求运动员移动、引拍、挥拍速度都更快。同时由于球速快，来球的冲击力度更大，运动员需要克服更大的阻力来完成击球过程。所以运动员在较高球速下需要消耗能多的氧来支撑其生理需求，这与本研究结果(3.3)是一致的。有研究也报道了类似的结果，快速移动击球下VO2显著高于低速移动击球[17]。

4.4心率反应与摄氧量

王步标指出，在一定范围内心率随机体需氧量的增加而增加[18]。本研究通过曲线图和散点图(图2、图3、图8)可以直观地观察到RH和VO2的变化情况：随着运动的进行，两者变化基本同步，呈正相关。机体在运动过程中需要更多的氧来满足其生理需求，必然导致机体心肺活动加强、心率加快。

图8　VO2、RH散点图

5研究结论

本研究测试了网球运动低球速和高球速下的原地击球、侧向移动击球、向前移动击球和侧向移动正反手交替击球的VO2和RH。结果显示VO2在各练习中有显著性变化，VO2平均值在25.8—37.4之间，HR在83.6—157.2之间。

在没有移动和向侧移动时，正手击球的VO2比反手击球要低2.0%—6.9%；侧向移动击球同比向前移动击球和侧向移动正反手交替击球的VO2要高3.1%—8.0%；较高球速下击球比较低球速下击球VO2要高1.8%—11.4%。

心率变化与摄氧量的变化同步，成正相关。

参考文献：

[1]Novas A M P,Rowbottom D G,Jenkins D G. A practical method of estimating energy expenditure during tennis play[J]. Journal of Science and Medicine in Sport,2003,6(1): 40-50.

[2]Dansou P,Oddou M F,Delaire M,et al. Dépense énergétique aérobie au cours d’un match de tennis,du laboratoire au terrain[J]. Science & sports,2001,16(1): 16-22.

[3]Chandler T J. Work/rest intervals in world class tennis[J]. Tennis Pro,1991,3(4): 417-427.

[4]Christmass M A,Richmond S E,Cable N T,et al. Exercise intensity and metabolic response in singles tennis[J]. Journal of sports sciences,1998,16(8): 739-747.

[6]Ferrauti A,Bergeron M F,Pluim B M,et al. Physiological responses in tennis and running with similar oxygen uptake[J]. European journal of applied physiology,2001,85(1-2): 27-33.

[7]Fernandez-Fernandez J,Kinner V,Ferrauti A. The physiological demands of hitting and running in tennis on different surfaces[J]. The Journal of Strength & Conditioning Research,2010,24(12): 3255-3264.

[8]阎帅威，洪磊，李涛.网球运动员正手击球技术的生物力学分析研究[J].体育科技文献通报，2011，19(12)：36-37.

[9]张辉，黄娟，朱荣辉.网球反手双手击球技术分析及训练方法[J].科技信息，2009(34)：217-218.

[10]Duffield R,Dawson B,Pinnington H C,et al. Accuracy and reliability of a Cosmed K4b 2 portable gas analysis system[J]. Journal of Science and Medicine in Sport,2004,7(1): 11-22.

[11]汤强，王香生，盛蕾.体力活动测量方法研究进展[J].体育与科学，2008，29(6)：79-86.

[12]戴剑松，孙飙.体力活动测量方法综述[J].体育科学，2005，25(9)：69-75.

[13]Smekal G,von Duvillard S P,Rihacek C,et al. A physiological profile of tennis match play[J]. Medicine and Science in Sports and Exercise,2001,33(6): 999-1005.

[14]江明非.网球双手反手击球技术分析及其训练方法[J].湖北体育科技，2002，21(3)：324-325.

[15]郭坚.网球正手击球技术的生物力学分析与评价[J].体育科技文献通报，2009，17(12)：53-55.

[16]Bisciotti G N,Sagnol J M,Filaire E. Aspetti bioenergetici della corsa frazionata nel calcio[J]. SdS,2000,19(50): 21-27.

[17]Bekraoui N,Fargeas-Gluck M A,Léger L.Oxygen uptake and heart rate response of 6 standardized tennis drills[J]. Applied Physiology,Nutrition,and Metabolism,2012,37(5): 982-989.

[18]王步标.运动生理学[M].北京：高等教育出版社，2012：33-79.

收稿日期：2016-03-09

基金项目：四川省科技厅项目“城市青少年体力活动建成环境测量关键技术研究”(2015ZR0214)

作者简介：袁川(1993-)，男，湖南株洲人，在读硕士，研究方向为体力活动测量与评价。

中图分类号：G845

文献标志码：A

文章编号：1008-3596(2016)04-0083-06

Oxygen Uptake and Heart Rate Response of Different Stroke Skills during Tennis Games

YUAN Chuan, CHEN En-ge, FAN Jiang-jiang

(School of Physical Education, Sichuan Normal University, Chengdu 610101, China)

Abstract：Objective: This research aims at studying the changing characteristics in oxygen uptake and heart rate (HR) of different stroke skills during tennis games, and laying a theoretical foundation for the advancement of tennis, training and the evaluation of energy consumption. Methods: the indirect calorimetry instrument (cosmed K4b2) is introduced to monitor 21 volunteers who are required to anticipate in situ forehand stroke, situ backhand stroke, lateral movement forehand, lateral movement backhand, approached forehand (only at low velocity), approached backhand(only at low velocity), and lateral movement alternating forehand and backhand stroke. Each activity lasts two minutes at comparative low velocity (30km/h) and high velocity (60km/h) separately. Each stage produces a set of VO2 and HR data. Results: Those statistics indicate that the average level of VO2 ranges from 25.8 mL·kg-1·min-1to 37.4 mL·kg-1·min-1, and the HR ranges from 83.6 times per minute to 157.2 times per minute. Conclusions: VO2 level of forehand stroke is significantly lower than backhand stroke when there is no movement and side movement, VO2 during side movement stroke is higher than front movement stroke and lateral movement alternating forehand and backhand stroke, and stroke at higher velocity requires more VO2than the one at lower velocity.

Key words：tennis; stroke skills; oxygen uptake; heart rate