自由泳临界速度测定方法比较研究

蒋中伟　高原

摘 要：比较3种测定自由泳临界速度（critical velocity，CV）的方法，旨在寻求一种简便易行的测定自由泳临界速度的方法。选择12名男性自由泳运动员为研究对象，运动等级为二级，年龄为（18.39±1.24）岁，身高为（1.86±0.07） m，体质量为（79.47±7.06） kg。结果表明：3种方法测得的CV具有显著差异（P<0.01）。方法1得到的CV最大，为（1.43±0.03） m/s；方法2得到的CV最小，为（1.28±0.00） m/s；方法3测得的数据为（1.38±0.01） m/s。若将方法3测得的数据作为CV的“真实值”，则方法1高估了运动员的CV（3.62%），而方法2则较严重地低估了运动员的CV（7.24%）；因此，可以确定方法1是在实际训练中较为可行的CV测定方法，但仍需进一步研究。

关键词：自由泳；临界速度；测定方法

中图分类号：G 808.1 文章编号：1009-783X（2017）05-0433-03 文献标识码：A

Abstract： The aim of this paper is to compare three different methods of determining the critical velocity （CV） in freestyle swimming. Twelve male swimmers were selected to participate in this study. Their age was （18.39±1.24） years old， body height was（1.86±0.07） m， and body weight was （79.47±7.06 ） kg. The results showed the CV values measured by the three methods were significantly different （p<0.01）. And the values obtained from Method 1 was the highest （1.43±0.03） m/s， followed by that of Method 3 （1.38±0.01） m/s， and the last ones were that of Method 2 （1.28±0.00） m/s. The CVs measured via Method 3 were considered the "true values"， therefore， Method 1 would overestimate the CV of the swimmers by about 3.62%， while Method 2 would greatly underestimate the CV of the swimmers by about 7.24%. Therefore， it can be concluded that Method 1 might be a potential easily conducted method， but it still should be cautiously used in practical and need further studies in the future.

Keywords： freestyle swimming； critical velocity； determining method

近年来，许多学者对游泳运动展开了广泛的研究，其中最引人关注是对整个训练过程的监控及训练效果的评价，以便更好地帮助教练制订训練计划，提高运动员成绩。评价训练效果最直接的指标就是训练成绩，另外，游泳距离-时间曲线也可作为评价标准[1]。该曲线的斜率可看做是机体在有氧代谢下运动的速度，即临界速度（critical velocity，CV），是由临界功率（critical power，CP）衍生出来的概念，通常用来表示运动员的有氧运动能力，理论上是指运动员能够持续运动而不疲劳的最大速度[1-2]。

自从Wakayoshi等[1]将临界功率应用于游泳研究中，进而又提出了临界速度的概念后，许多学者对采用不同速度来确定临界速度进行了深入研究。Wakayoshi等[3]和Dekerle等[4]采用了200 m和400 m距离的游泳来测定CV，而Fernandes等[5]则认为200 m和800 m是确定CV的最佳距离。这些研究都用2个距离来测定CV，得到的结果存在质疑。理论上，测定CV时采用的距离-时间越多，结果越可靠，但是从教练和运动员的角度考虑，这种方法在实践中并不适用。有人认为测定时增加力竭时间和距离能够加强测定结果的可靠性，因此Wright和Smith在计算CV时增加了15 min的长距离游泳，以避免之前研究中对该参数的高估。另有研究者提出可以利用训练课中的一系列最好成绩和相应的距离来确定CV，这样既不会增加额外的测试，又可以增加距离-时间数据，进而增加测定结果的可靠性[6]。

临界速度作为一种非侵入性、无伤害的评价运动员有氧能力的方法，可为制订训练计划、控制训练强度提供参考；但是学界对于CV的测定方法，仍存在许多争议。因此，本研究通过比较和分析3种不同的CV测定方法，探索其中更加简便与准确的CV计算方法，并将其应用于实践，以便更好地指导广大教练和运动员的训练。

1 实验对象和方法

1.1 实验对象

秦皇岛市体校12名男性游泳运动员，专项均为自由泳，运动等级均为2级，训练年限为（4.31±0.83）年，每周至少训练5 d，每天4 h，年龄为（18.39±1.24）岁，身高为（1.86±0.07） m，体质量为（79.47±7.06） kg。所有受试者身体健康，均无明显运动创伤和疾病，例如神经系统疾病、认知功能下降、心血管系统疾病、下肢肌肉及骨骼或关节疾病等。本研究经与教练及运动员本人协商，获得同意，并签署知情同意书。endprint

1.2 实验方法

1.2.1 方法1

运动员以最大速度进行50、100、200、400、800及1 500 m自由泳，每次随机测试一种距离，2次测试之间间歇至少24 h以上，通过晨脉和乳酸值来判断运动员是否完全恢复。测试地点在50 m标准游泳池内进行，水温（28±0.5） ℃，必须保证每次测试在同一时间，即09：00开始。每次测试之前，运动员进行拉伸练习和400 m自由泳热身，强度由教练根据个人情况确定。热身完毕后立即进行测试，测试3次，间歇时间以运动员完全恢复为准，记录其最好成绩。

根据测得的数据绘制距离-时间（d-t）曲线，计算该曲线的斜率作为临界速度。

1.2.2 方法2

运动员以1.3、1.4、1.5、1.6、1.7和1.8 m/s的速度进行自由泳，直到其不能维持这一速度。测试速度随机安排，2次之间间歇至少24 h以上。测试在50 m标准游泳池内进行，水温（28±0.5） ℃，每次测试尽量在同一时间段，即从09：00开始。每次测试之前运动员进行拉伸练习和400 m自由泳热身，强度由教练根据个人情况而定。热身完毕后立即进行测试，每个速度测3次，间歇时间以运动员完全恢复为准，记录最长距离。

根据测得的数据绘制距离-时间（d-t）曲线，则d=a+bt，且d=vt，因此vt=a+bt，进而得到v=a/t+b。根据临界速度的定义，当t→∞时v=CV，而a/t为0，可知CV=b。

1.2.3 方法3

利用Tethered模擬游泳测定运动员的O2max，用专门的轮滑设备将运动员与测功计相连接。首先让受试者进行打腿和划手，频率为44次/min，测试过程中随时观察刻度表值来调整速度，保持身体与设备连接的橡皮绳一定的紧张度，直到不能继续。此时收集运动员呼出气体，进行气体成分分析，测得其摄氧量，即为最大摄氧量（O2max）。

根据公式CV=（ɑO2max/a）1/（n+1），其中：ɑ为氧气的能量当量，为20.9 kJ/1L；a和n为常数，是能量消耗与速度关系（C=avn）中的系数，与泳姿、年龄、技术等有关，本文未进行这方面的测试，采用C=0.607v1.614 [7]进行计算。

1.3 统计学方法

实验所测得的数据均采用SPSS 22.0进行处理。使用单因素方差分析对3种方法所测得CV数据进行分析。检验标准为P<0.05则差异显著，P<0.01则差异非常显著。

2 结果

2.1 方法1

表1列出了实验测得的12名运动员游50、100、200、400、800和1 500 m所需要的平均时间及标准差，而图1则显示了受试者1的d-t关系曲线，计算得到斜率，即CV为1.47 m/s。而12名受试者的平均CV为（1.43±0.03） m/s。

2.2 方法2

12名运动员的平均CV为（1.28±0.00） m/s。而图2则显示了运动员1的测试结果，即他的d-t及v-t关系曲线，其d-t关系曲线方程为y=1.277x+122.6（R2=0.998），其斜率1.277则为他的临界速度CV。

2.3 方法3

研究结果显示12名运动员的O2max为（4.07±0.09） L/min，根据方法1.2.3中的公式计算得到受试者的CV为（1.38±0.01） m/s，与上述2种方法比较发现（如图3所示），CV1>CV3>CV2，即方法1测得的CV最高，而方法2的结果最低，且经过统计分析发现，三者具有显著性差异（P<0.01）。

3 讨论

“临界功率”的概念由Monod等[8]首先提出，主要应用于协同肌群的工作，随后Moritani等[9]将其扩展至整个机体在功率自行车上的运动。临界功率的概念是基于输出功率与时间的双曲线关系，而临界功率则是该曲线的渐近线[10]。另外，当肌肉运动时机械功率随时间直线变化，即W=A+Bt，其中W为总机械功，t为运动时间，常数A表示消耗无氧能量储备所做的功，而常数B则表示最大摄氧量（O2max）时的功率，即临界功率；因此，功率-时间曲线的斜率被定义为临界功率[11]。尽管临界功率与通气阈和乳酸阈不同，但它同样可用来评价运动员有氧耐力，研究表明，耐力运动员的临界功率通常较高。

Lloyd[12]的研究表明，对于跑步来说，运动距离（d）随运动时间（t）直线增加，即d=I+St，与功率-时间曲线相同，t表示运动时间，I为消耗无氧能量储备获得的运动距离，S表示最大有氧代谢时获得的速度，即临界速度。但是本研究隐含2个假设：1）运动员单位距离消耗的能量（C）与速度（v）无关；2）运动员在开始运动时迅速达到O2max。与跑步不同，游泳单位距离的能量消耗随着速度的增加而增加，同时，运动员并不能在一开始就达到O2max，这会造成对I的低估。但是，若已知C与v之间的关系，研究者仍然可以通过校正运用上面的公式计算游泳的CV[11]，即将最大摄氧量速度作为临界速度，通过公式CV=（αO2max/a）1/（n+1）进行计算。

因此，本文将这种方法，即方法3的结果作为运动员CV的真实值，研究了自由泳CV的不同方法之间的差异，发现利用不同距离-时间曲线的斜率（方法1）会造成大约3.62%的高估，大大低于Prempero等[11]的结果（11%），这可能是因为本文采用了更多距离-时间数据，从而减小了误差。另外，该作者的研究还显示，随着速度的增加，拟合方程的截距会增加，也就是说消耗无氧储备的运动距离增加，这与本研究的结果相同。

方法2所采用的方法随速度的降低，耗时将大大延长，测试结果低于“真实值”（7.24%），且个体间差异不大（SD=0.00），若将低估的数据应用于实际训练，则运动员不能得到正确的强度刺激，不能达到良好的训练目标。endprint

盡管本文将方法3作为“真实值”，但是方法3实施过程繁琐，仪器要求较高，推广较难。需要测定3个参数，即α、a和n，其中α为氧气的能量当量，通常取1 L氧气可以产生20.9 kJ能量；而a和n是游泳速度与单位距离能量消耗关系中的参数，具有项目及个体差异，需要单独测量。

4 结论

本文以方法3的结果作为参照，比较了3种方法测定自由泳运动员CV的结果，发现方法1会造成一定程度上的高估（3.62%），但大大低于之前的研究（11%），因此，可在实际训练中应用。而方法2速度较低时，耗时延长，而且若没有专业设备，运动员的游泳速度难以控制，不能维持特定速度的时间也难于掌握，因此，造成了较严重的低估（7.24%）。CV作为一种无创的、简便易行的指标，用于评价游泳运动员的有氧能力，方法1能够较为准确地测定该指标。

参考文献：

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[5] FERNANDES R， VILAS-BOAS J P.Critical velocity as a criterion for estimating aerobic training pace in juvenile swimmers[C]// University of Jyvaskyla：Proceedings of the VIII International Symposium on Biomechanics and Medicine in Swimming， 1999：233-238.

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