轮椅竞速项目发展脉络及项目特征

章凌凌，吴雪萍，黎涌明

体育科学

轮椅竞速项目发展脉络及项目特征

章凌凌1,2，吴雪萍2,3，黎涌明2,3

轮椅竞速运动自1948年出现至今经历了68年发展历程，在残奥会中逐渐发展为7个医学功能分级和36个小项。通过综述国内、外有关轮椅竞速的研究文献，对轮椅竞速项目的相关特征进行总结和分析。轮椅竞速是一项以上肢发力为主的运动项目，运动过程中运动员的心率、血乳酸、最大耗氧量等生理指标由于残疾程度不同而具有较大差异。运动员运动水平的提高受轮椅推进经济性、推进效率和推进技术相互作用的影响，而轮椅器材的改进对运动员成绩的提高具有重要作用。轮椅竞速是我国残奥会的重点夺金项目，但我国对轮椅竞速项目的科学研究相对滞后。因此，未来有必要建立符合这一特殊群体生理学规律的选材、训练和监控指标体系。注重对轮椅器材的研发和推进技术的改进，并加强对轮椅项目训练规律的研究，将有助于我国轮椅竞速项目竞技水平的提升。

轮椅竞速；发展脉络；生理学；生物力学；训练学；特征

1 前言

轮椅竞速起源于第二次世界大战后军人的康复运动。自1948年首次比赛以来，轮椅竞速的参与人数逐渐增加，并在1964年东京残奥会上被列为正式比赛项目。经过68年(1948—2016)的发展，轮椅竞速运动促进了残疾人对自身价值的认识，提高了残疾人的自信心，并使他们获得了成功的体验[26,41]。此外，开展轮椅竞速运动改善了健全人对轮椅使用人群运动能力的偏见，为这一特殊群体赢得更多的尊重、认可和理解[43]。随着比赛规则的完善、医学功能分级体系的细化，以及现代科技的进步，这一项目的运动成绩在52年(1964—2016)的残奥会历程中提高了至少40%(T54级男子400 m和800 m分别提高了48%和45%，T54级具体含义见后文)。轮椅竞速运动也成为残奥会中具有国际影响力的比赛项目(36个子项目，占残奥会田径总项目数的20%)。我国1993年第1次组队参加轮椅竞速比赛，并在2008年北京残奥会上一举获得了10枚金牌。本文对轮椅竞速68年来的发展进行梳理、归纳和总结，综述轮椅竞速在生理学、生物力学和训练学方面的特征。

2 轮椅竞速项目发展脉络

2.1 萌芽期(轮椅运动起源)

轮椅竞速诞生于第二次世界大战之后。据统计，第二次世界大战造成了5 000万人死亡和3 500万人的伤残[11]。为了帮助在战争中受伤的退伍军人通过身体锻炼进行康复，英国的路德维格·戈特曼(Ludwig Guttmann)医生发起了轮椅运动，并于1948年在斯托克曼德维尔医院为英国的残疾退伍军人组织了第1届轮椅比赛。1952年，这项赛事逐渐发展成为第1个国际残疾人轮椅运动会。1956年，来自美国、澳大利亚、以色列、南非等18个国家的运动员参加了该次比赛，同时成立了国际斯托克曼德维尔运动联合会(ISMGF)，该联合会主要负责发展和管理轮椅运动比赛。

2.2 形成期(成为残奥会正式项目)

1960年，第9届国际斯托克曼德维尔运动会与奥运会在同一个城市(罗马)先后举行，此次运动会也被定义为第1届残奥会。可见，残奥会最初是从轮椅项目逐渐发展而来。1964年，轮椅竞速被正式列为残奥会比赛项目，只设男、女60 m项目，这标志着轮椅运动从促进身体康复拓展到竞技体育与群众体育两个领域。1968年，残奥会增加男子和女子100 m项目，参与者使用笨重的标准轮椅进行比赛。进入20世纪70年代，运动员开始尝试公路竞赛。1975年，1名年轻截肢运动员(Bob Hall)成为第1个参加马拉松比赛的轮椅运动员。之后，各国开始支持轮椅公路比赛和创办轮椅运动协会，让更多的残疾人参与这项运动。

2.3 成长期(设置医学功能分级和增加比赛项目)

随着残疾人体育的发展，为保证比赛的公正和平等，国际残奥会提出了运动医学功能分级。这种分级类似于对参加竞技体育的健全运动员进行年龄、性别和体重的分组，分级程序通常包括医学病例检查、损伤部位鉴定和功能性评估。1976年，残奥会根据脊髓损伤部位将轮椅竞速细分为7个级别(颈椎C4以下瘫痪分为1A、1B、1C 3个级别，胸椎T1以下截瘫分为II 、III、IV、V 4个级别)，增加200 m、400 m、800 m、1 500 m和4×100 m接力项目[45]，此后的5届残奥会基本沿用这一分级方式和项目设置。1981年，第1届国际轮椅马拉松比赛在日本举行，只设半程马拉松项目(21.097 5 km)；1983年增加了轮椅全程马拉松(42.195 km)项目，共计118名轮椅运动员参加[13]。由此 ，轮椅马拉松比赛成为轮椅体育的代表，每年会在多个国家举行国际比赛[53]。1984年，残奥会增加长距离5 000 m、马拉松、4×200 m和4×400 m接力项目，使得比赛更具观赏性。在此期间，我国轮椅竞速项目开始起步，于1994年第1次组建轮椅竞速队参加第6届远南运动会。之后，我国的轮椅竞速项目处于有重大比赛就临时组队的状态。

2.4 成熟期(医学功能分级细化和项目完善)

1996年，残奥会对田径项目的设置和官方用语重新进行了修改，径赛项目(赛跑或轮椅竞速)以及与跳跃有关的项目用“T”代表,与投掷有关的项目用“F”代表，增加了脑瘫和智力残疾组别，对运动员分级和比赛规则也进行了整合[60]。2016年，里约残奥会公布了参赛项目设置和分级，包括：T20、T33、T34、T51、T52、T53、T54 7个级别,共36个小项。T20级是智商等于或低于70的运动员(18岁前出现智力功能和适应行为障碍，并且在某些运动能力方面存在一定的限制)均在同一级别进行比赛；T33/T34级指脑瘫运动员，由于脑部损伤(非智障者)导致四肢和躯干功能受阻和下肢障碍，包括痉挛型、共济失调型和手足徐动型3种；T51、T52、T53、T54级别包括脊髓损伤、脊髓灰质炎和肢体残疾运动员，根据脊椎损伤部位(图1)和肌肉力量等级来确定分级。此外,运动员还必须符合最轻残疾标准(简称MDC)和关节活动度标准(简称PROM)。

我国轮椅竞速项目在此期间得到了迅速发展。在2000年的第5届全国残疾人田径运动会上，轮椅竞速被列为正式比赛项目。2006年世界锦标赛我国实现了金牌零的突破，获得了男子T54级4×100 m和4×400 m接力赛的冠军，接着又在2008年北京残奥会获得轮椅竞速T53/T54级10金3银4铜的好成绩，并有6人次创造了新的世界记录。此后，我国在多届残奥会和世界锦标赛中均取得了不错的成绩(图2)，这反映出我国在轮椅竞速T53/T54两个级别上的世界领先地位。2016年里约残奥会我国参加了T53/T54组别中的男、女100 m、400 m、800 m、1 500 m、5 000 m、马拉松和4×400 m接力比赛，共计17个小项。在科学研究领域，我们以“轮椅竞速”“轮椅马拉松”“轮椅公路”这3个关键词搜索中国知网体育类核心期刊，发现从2008年开始到目前只有6篇有关轮椅竞速的文献，这也从某种程度上反映出我国亟待加强对轮椅竞速项目的科学研究。

3 轮椅竞速的项目特征

本文以“wheelchair rac*”“wheelchair marathon”“wheelchair road”为搜索词(搜索时间为2016年7月31日)，在Web of Science核心合集期刊数据库进行主题搜索，共得到77篇文献；以同样的搜索词在Ebsco期刊数据库进行主题搜索，限制选项为学术(同行评审)期刊，在来源类型中搜索到学术期刊114篇；最后在Pubmed期刊数据库进行题目/摘要搜索，得到22篇文献。汇总后剔除重复文献54篇，共检索到159篇外文文献。从发表专题来看，国际研究主要涉及轮椅竞速生理学/医学领域、生物力学/器材领域以及有关训练学领域。因此，本文将从生理学、生物力学和训练学这3个方面对轮椅竞速项目特征进行分析。

3.1 轮椅竞速的生理学特征

3.1.1 运动员的生理学特征

3.1.2 比赛的生理学特征

不同距离轮椅竞速项目(从短距离100 m到马拉松项目)的一项重要生理学特征是能量供应比例[32]。早期观点认为[24]，100 m比赛时间在15～20 s之间，以无氧磷酸原供能为主；200 m和400 m轮椅竞速项目，比赛时间通常在30～90 s之间，以无氧糖酵解供能为主；800 m和1 500 m项目比赛时间在2～3.5 min之间，主要以有氧和无氧糖酵解混合供能为主；5 000 m和马拉松以有氧供能为主。这些不同轮椅竞速项目有氧供能比例的数据是来源于Astrand等人给出的有大肌肉群参与高强度运动时有氧和无氧供能比例的数据[14]，而非来自对轮椅竞速项目的直接研究。随着测试技术的完善，有学者对供能比例提出了新的观点，认为Astrand等人关于能量供应比例的数据可能低估了有氧供能百分比[4,30,31,33]。这些观点表明，早期对轮椅竞速项目能量供应比例的认识似乎低估了有氧供能的重要性。由于轮椅运动员在心肺功能、新陈代谢、神经肌肉和体温调节系统具有独特的变化[16]，运动员需要借助轮椅进行比赛，其运动方式与健全人田径、游泳等项目具有较大不同。因此，未来有必要专门对轮椅竞速运动员不同比赛距离的能量供应特征进行研究。

表 1 文献报道中轮椅竞速的和HRmaxTable O2max and HRmax of Wheelchair Racers Reported in Literatures

3.2 轮椅竞速的生物力学特征

3.2.1 器材相关

轮椅竞速器材在过去的68年中发生了重要变化。20世纪40～80年代，由于受到比赛规则的限制，运动员使用日常轮椅参加比赛(图3左)，不但增加了运动员受伤的可能，而且严重影响这一项目的发展。后来，运动员开始对轮椅进行调整和改造(图3中)，如减小手柄圈直径、增加后轮外倾角和降低座椅高度等[51]。随着运动员对器材改进的呼声不断，关于竞速轮椅器材方面的规则终于得以修改。这些变化包括：取消120 cm总长度的限制，允许使用3个轮子，允许轮椅上增加方向器等(图3右)[66]。如今，轮椅设计呈现多样化发展趋势，以满足轮椅网球、轮椅篮球等不同残奥会轮椅运动项目的需求。

图 3 轮椅竞速器材发展图示Figure 3. The Development of Equipments in Wheelchair Racing[24]

注：图左是竞速轮椅运动开展之初使用的日常轮椅，图中是1988年韩国汉城奥运会所使用的竞速轮椅，图右是20世纪90年代所使用的竞速轮椅。

科学技术的发展对竞速轮椅的设计、材质、制作工艺产生了较大的影响。现代竞速轮椅前轮直径约50 cm，后轮直径约65～70 cm，轮椅高度不能超过50 cm，车身采用T型框架设计(图4)[27]。由于轮椅竞速需要更快的行驶速度，因此在材质方面要求较硬的轻型材质，一些高科技和航天材料也逐渐运用到运动轮椅的研制上。从20世纪30～70年代使用的低碳钢材质，演变为之后的铝合金材质，再到目前普遍使用的碳纤维、钛合金、芳纶纤维、玻璃纤维等复合材质[29]。制作工艺上也从传统的制造过程演变为激光切割或水射流切割。虚拟仿真技术的采用，不仅克服了特殊工具制造成本的问题，还能根据运动员个人的体型、截瘫位置来量身定做，最大限度满足运动员的需求，提高轮椅性能并方便的解决了零件替换等问题。例如，必须保证座椅空间能够使运动员身体贴紧在座位上[7]，身体能够前后运动以掌控车架前面的方向器；手柄圈的直径必须根据运动员手臂长度确定；两个后轮呈八字形，顶部向内倾斜10°～20°，保证在转弯或者斜坡时的平稳性，同时使运动员的手能充分接触手柄圈[46]。1980—1990年是竞速轮椅设计改进最快的10年，同时也是轮椅竞速项目成绩提高最快的10年，这间接说明了器材的改进对轮椅竞速成绩的提高具有重要作用。

图 4 竞速轮椅结构和组件图Figure 4. The Structures of Wheelchair Racing

3.2.2 技术相关

轮椅推进的生物力学研究是预防运动损伤和提高运动能力的关键。推进策略很大程度上依赖于动力学特征，即开始、加速、平稳行驶阶段和最后的冲刺。自20世纪80年代起，轮椅竞速的生物力学研究就开始受到关注。研究人员利用高速摄影在跑台、轮椅测功仪或田径场进行测试，也有学者对轮椅竞速800 m项目中最后100 m的动力学数据进行分析[23,61]。

运动员在比赛中的速度通常在21.61～32.4 km/h之间[39]，一次完整的推进动作可以分为3个阶段和6个部分(图5)。准备阶段为肘部达到后摆的最顶部到手接触到手柄圈,推进阶段从手接触到手柄圈到脱离手柄圈,还原阶段从手脱离手柄圈到准备阶段的开始[62]。6个部分分别为加速蓄力阶段、将力传递到手柄圈、持续加速阶段、旋转力产生阶段、手与手柄圈脱离阶段、后摆阶段[44]，运动中的主要发力肌肉为上肢的三角肌前束、胸大肌、肱二头肌和肱三头肌[9]。

图 5 竞速轮椅推进技术图[44,66]Figure 5. Wheelchair Racing Propulsion Technique

轮椅竞速与自行车的不同在于没有齿轮传动系统，并且在恢复期手的运动方式不受限制，运动员可自由选择他们的推进频率，在相同速度下运动员的推进频率具有较大的差异性。Goosey等人通过研究发现，在100%自由推进频率下运动员的摄氧量最低， 表现出较高的经济性； 而在120%～140%的推进频率下，运动员手臂运动速度加快，摄氧量、血乳酸升高，使总机械效率下降[38]。

对残奥会轮椅竞速运动员推进技术的研究发现(表2)，推进时间(push time ,PT)大约占完成一次完整动作时间(Cycle time ,CT)的20%[21,38]。相比之下，Gehlsen和Ridgway得出的这一比例为36.25%[34,61]。运动员在启动、途中行驶和冲刺阶段的推进策略和方式具有较大不同[25]，推进的起始角度和结束角度也存在较大差异性[21]。造成这种差异的主要原因是运动员身体的控制能力、推进技术和身体形态特征的不同。Okawa等人研究发现，轮椅马拉松运动员高效率的推进取决于两个因素：1)将推进速度转化为推进手柄圈的加速度；2)延长实际推进时间[54]。在推进技术的后摆动作中运动员通过肩部充分的向后延伸和外展(蝴蝶技术)来提高推进速度，此阶段运动员的推进频率(CF)大约可达100 s/min以上[67]。上述提到的研究都是对比赛中轮椅运动员推进技术的研究，只有4项研究[21,48,52,67]采用3维运动收集数据来分析推进技术。虽然不能对肩关节外展、桡侧腕伸肌和桡侧腕屈肌的动作进行分析，但是，这些数据却是评估运动时受伤风险的重要参考。运动员和轮椅的交互作用决定着运动员对轮椅力量传递的效率[64]，但截止目前，文献对运动员和轮椅的相互作用方面的研究却不多，Van研究了不同的手柄圈直径对运动员技术和生理能力的影响[46]；Müsse等人研究了不同座椅高度对轮椅推进力的影响[51]。未来可在加强轮椅器材研发的同时，深入分析运动员和轮椅的交互作用的影响，使轮椅的设计更加符合人体工程学特征。

3.3 轮椅竞速的训练学特征

有关轮椅竞速训练学方面的研究较少。20世纪90年代，男子轮椅竞速运动员平均每天训练63 min，每周6.8天；女子运动员每天训练70 min，每周5.7天[41]，男运动员平均每周比女运动员多训练1次[45]。此外，运动员平均每周进行2次力量训练，周训练量达到101.3 km[49]，平均每个赛季参加2.7个比赛。到2006年，瑞士国家轮椅竞速运动员每周训练时间到达10.0±3.7 h[57]。我国轮椅竞速队在北京残奥会攻关期间，运动员周训练时间更是达到30±5 h[3]，体能训练和技、战术训练的比重为44.5%和55.5%。反映出轮椅竞速运动员的训练时间和训练量较20世纪90年代有了大幅度的增加。轮椅竞速运动员全年训练和奥运会选手类似，分为准备期、赛前期、比赛期和恢复期4个阶段。 准备期以耐力训练为主，以少量的力量和高强度间歇训练为辅。赛前期和准备期唯一的不同是降低耐力训练和力量训练比重的同时增加高强度间歇训练比重，使总训练量减少。在4个阶段中都会穿插中低强度间歇训练和力量训练。

表 2 轮椅竞速运动员推进技术的时间参数Table 2 Timing Parameters of the Propulsion Technique of Wheelchair Racing Athletes

注: PT:推进时间(push time)占完成一次完整推进动作时间的比率，CT:完成一次推进动作的时间(cycle time)，CF:推进频率(cycle frequency)。

在对41个轮椅竞速运动员的一项国际性调查中发现[49]，轮椅竞速运动员通常会同时参加2～4个比赛项目(距离100～10 000 m不等)[49]，少部分运动员只参加1个项目的比赛。这与奥运会田径运动员只专注参加一个项目具有较大区别。此外，1/3以上的轮椅竞速运动员没有教练员的指导[49]。运动员和教练普遍缺少对拉伸重要性的了解，只有较少的轮椅竞速运动员会将拉伸和柔韧练习列入日常训练计划中，更有运动员在比赛和训练前从来不进行拉伸训练[49]。运动员获取训练相关的信息主要通过教练员、其他运动员、个人的尝试和失败经历以及训练营/运动科学家/学术会议等4个途径。虽然残疾运动员较少阅读专业体育类文献，但却极大地受益于体育科学/医学方面的研究[68]。

4 总结和展望

我国可以在充分借鉴国外对轮椅竞速研究成果的基础上，加强对轮椅竞速运动员这一特殊群体的研究，探究其在生理学特征上与普通人群的差异，建立符合这一特殊群体生理学规律的选材、训练和监控指标体系；加强对轮椅竞速器材的研发和技术的改进，不断提高运动中的能量利用效率，并降低运动损伤的发生率；加强对轮椅竞速项目训练规律的研究，探索高水平轮椅竞速的训练负荷特征，以及不同训练内容的有效搭配方式。

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Historical Review of Wheelchair Racing and Its’ Sport Characteristics

ZHANG Ling-ling1,2,WU Xue-ping2,3,LI Yong-ming2,3

wheelchairracing;development;physiology;biomechanics;trainingtheory;characteristics

1000-677X(2016)12-0040-08

10.16469/j.css.201612005

2016-07-04；

2016-11-25

国家自然科学基金项目(31500963)；上海市科学技术委员会科研计划项目(14490503600)；上海市体育科技“综合计划”项目(16Z003)。

章凌凌(1985-)，女，浙江杭州人，讲师，在读博士研究生，主要研究方向为运动训练学和适应体育，Tel：(021)65904807，E-mail：Zhang.lingling@mail.shufe.edu.cn；吴雪萍(1972-)，女，广东东莞人，教授，博士，博士研究生导师，主要研究方向为适应体育，Tel：(021)51253152，E-mail：wuxueping@sus.edu.cn；黎涌明(1985-)，男，湖南汨罗人，副教授，博士，博士研究生导师，主要研究方向为人体运动的动作和能量代谢特征，Tel： (021)51253467，E-mail：59058729@163.com。

1.上海财经大学 体育教学部，上海 200433；2.上海体育学院 体育教育训练学院，上海 200438；3.上海市人类运动能力开发与保障重点实验室，上海 200438 1 Shanghai University of Finance and Economics，Shanghai 200433，China； 2 Shanghai University of Sports，Shanghai 200438，China； 3 Shanghai Key Lab of Human Performance,Shanghai 200438，China.

G808

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