竞技攀岩比赛生物学特征的科学分析及建议

游国鹏，王健清，郭 梁，陈 超，吴 瑛*

攀岩运动是基于人类原始攀爬本能，经专门的攀登技术训练，辅以各种保护工具，克服重力，攀登自然或人工岩壁的体育运动（朱江华，2011）。竞技攀岩由难度赛、攀石赛和速度赛3个单项组成：难度赛是在绳索保护下追求攀爬高度与速度；攀石赛体现克服高难度短线路的能力；速度赛体现在标准线路上最大速度攀爬的能力（Krawczyk et al.，2014）。竞技攀岩在我国经过多年发展，该项目运动员多次创造或打破世界纪录，成为我国竞技体育新亮点，然而与世界攀岩强国相比仍有较大的提升空间，具体表现为：单项竞技实力发展不均，速度赛成绩优异，但难度赛和攀石赛实力与世界攀岩强国仍有一定差距；训练科学化水平有待提高，缺乏对各单项生物学特征的深刻认知（李元等，2020）。目前，竞技攀岩已成为奥运项目，教练员、运动员及科研人员需进一步提高应对挑战的能力。

准确掌握比赛中各项生物学特征是运动员进行运动训练的重要前提（陈小平，2007）。然而，目前国内鲜见关于竞技攀岩比赛生物学特征的研究。基于此，通过中国知网、Web of Science、Ebsco和Google Scholar，分别以“攀岩”和“speed climbing、lead climbing、sport climbing、rock climbing、rock climber、bouldering”为中、英文文题检索词，检索建库至2020年10月所发表的相关中、英文研究。最终纳入本研究的中文文献3篇，英文文献139篇。纳入与排除标准：1）纳入相关研究的北大核心期刊、CSSCI、CSCD和经过同行评议的英文期刊，排除非中、英文文献，未发表的文献，会议摘要，学位论文；2）纳入关于人工岩壁的研究，排除关于自然岩壁和攀冰的研究。基于上述，本研究通过逻辑分析、归纳和总结等方式从比赛负荷、能量代谢、神经肌肉募集及专项力量特征3个方面综述竞技攀岩比赛的生物学特征。

1 竞技攀岩比赛的负荷特征

1.1 竞技攀岩比赛的时间特征

比赛的时间特征是反映运动员外部负荷特征的重要方式（李博等，2017），但目前鲜见针对攀岩比赛时间特征的研究。难度赛与攀石赛包含身体持续运动的移动阶段和骨盆无明显位置变化的静态姿势阶段。在难度赛中约38%～75%的时间处于静态姿势阶段（Dovgalecs et al.，2014；Watts，2004）。在攀石赛的单次尝试性攀爬期间静态姿势时间约占25%（White et al.，2010）；与难度赛相比，攀石赛中运动员保持静态姿势的时间较少，原因可能是攀石赛相对更高难度的线路会引起血乳酸（blood lactic acid，BLA）积累加剧，为降低BLA快速积累阶段的时间，运动员加快了攀爬速度（Geus et al.，2006），这就要求攀石赛运动员提高抓握岩点的一次成功率，注意动作连贯性，形成稳、准的技术特点。

比赛中始终至少有一侧前臂肌肉进行间歇性等长收缩（intermittent isometric contraction，ISC）。在难度赛和攀石赛中前臂肌肉ISC的收缩与舒张时间比分别约为4∶1和13∶1（ La Torre et al.，2009；White et al.，2010）；优秀速度赛运动员在比赛中双手将抓握18～22个岩点，估算可知速度赛前臂肌肉ISC的收缩与舒张时间比与难度赛和攀石赛有显著差异。基于ISC将引起肌肉血流限制，以及肌肉的缺血-再灌注能力对保持ISC耐力至关重要，未来应分单项研究优秀攀岩运动员前臂肌肉ISC的血流特征，并参照比赛中前臂肌肉ISC的收缩与舒张时间比制定训练方案，发展前臂肌肉ISC耐力。

当前男子速度赛优秀运动员的起攀反应时均值为0.41 s，占最好成绩平均用时的6.77%，远高于优秀男子短跑运动员起跑反应时对运动成绩的影响比率（2%），建议通过提高大脑皮质神经过程的灵活性，发展ATP-CP系统供能能力，重复练习某一技术动作等方法提高速度赛运动员的反应速度与动作速度（魏梦力等，2020；朱旭红，2005）。

1.2 竞技攀岩比赛的强度特征

1.2.1 竞技攀岩比赛的强度评判

了解运动项目的比赛强度特征可为教练员科学指导训练提供重要依据。依据Hegge等（2015）对运动强度的界定，并结合检索到的研究中竞技攀岩比赛强度指标（表1），难度赛中运动员的心率均值（HRclimb-avg）为129～178次/min，达个人最大心率（HRmax）的66.9%～92.2%，赛后BLA浓度峰值为2.4～7.0 mmol/L，主观感觉疲劳度（ratings of perceived exertion，RPE）为11.5～18.0，达到“有点困难”与“非常困难”之间的水平（Geus et al.，2006；Janot et al.，2000），目前研究集中表明难度赛属于中-高强度运动。难度赛研究中线路难度与长度并不符合国际比赛水平与规则，一定程度限制了当前难度赛强度评判的参考价值。相比难度赛，各指标对攀石赛强度的判定结果并不一致。研究发现，在每一轮次的攀石赛中运动员的HRclimb-avg约为138次/min，达个人HRmax的75%，赛后BLA浓度峰值为6.2～6.9 mmol/L，RPE约为13.4，达到“有点困难”的水平。依据HRclimb-avg指标可将攀石赛归为低强度运动，但依据赛后BLA浓度峰值攀石赛又属于高强度运动，原因可能是在现有研究中攀爬两条线路的间歇时间内，赛后BLA浓度并未与HR同步恢复至基线水平，导致在攀爬下一条线路时HR恢复正常，BLA不断积累（Callender et al.，2020；La Torre et al.，2009；Watts，2004）。速度赛功率输出较大，属于高强度运动，另参照短跑等疾速类项目比赛强度评价方法，仍需结合外部负荷特征进行评价，因此在使用比赛强度指导训练时应注意单项间强度差异。

表1 竞技攀岩比赛强度指标Table 1 Intensity Indicators of Sport Climbing

1.2.2 竞技攀岩比赛强度的影响因素

由于难度赛与攀石赛包含间歇性高强度肌肉活动，平均强度并不能有效反映难度赛与攀石赛的强度特征。La Torre等（2009）研究表明，攀石赛中攀爬每条线路时处于不同%HRmax区间（0～59%、60%～69%、70%～85%和86%～100%）的时间占实际攀爬时间的比例分别为40.0%、21.3%、26.0%和10.9%，表明难度赛与攀石赛具有不同强度运动阶段交替出现的特点。

此外，线路难度、运动水平、攀爬速度与方向、保护方式、线路熟悉程度均将影响比赛强度。线路难度、岩壁倾角和攀爬速度3个因素中任一因素的增加均可引起比赛强度的增加，但随着运动水平的提高，比赛强度增加幅度有所降低（Baláš et al.，2014；Janot et al.，2000；Magiera et al.，2018；Mermier et al.，1997）。同时，不同水平运动员处理陌生线路的能力和对不同保护方式的适应能力有所不同（Draper et al.，2008，2010；Fryer et al.，2012；Zarattini et al.，2018）。攀爬方向也将影响比赛强度，进行垂直攀爬时的比赛强度高于横向攀爬，在凸面外悬线路进行垂直攀爬的比赛强度最高（Geus et al.，2006）。尽管本研究对各单项比赛强度进行了初步评判，但仍需分析多个比赛强度影响因素同时改变对比赛强度的影响，以提高训练方案的专项化程度。

2 竞技攀岩比赛的供能特征

运动项目的供能特征是指导教练员科学训练的另一重要依据。当前研究多集中于对各单项供能特征作出定性分析，尚不能满足科学制定训练方案的需要。高强度运动时有氧供能比例的推算公式［y=22.404×Ln（x）＋45.176，y为有氧供能比例/%，x为高强度运动的持续时间/min］为推算各单项比赛供能比例提供了新思路。难度赛平均持续时间约为2～7 min（Watts，2004），推算其有氧与无氧供能比例分别为61%～89%与11%～39%。攀石赛中最后一次完攀线路所用时间约为0.24～0.66 min（White et al.，2010），推算完攀线路时有氧与无氧供能比例约为13%～36%与87%～64%。由于难度赛与攀石赛具有不同强度运动阶段交替出现的特点，实际有氧供能比例应高于上述结果。男子与女子速度赛顶尖运动员分别可在约6 s与8 s完成比赛，有氧供能比例＜16%（黎涌明等，2014）。因此，难度赛运动员应注重有氧能力训练，攀石赛与速度赛运动员应关注无氧能力的发展，但基于难度赛包含间歇性的高强度肌肉活动，攀石赛每轮比赛中需多次攀爬，以及竞技攀岩需在数小时内进行多轮比赛，依赖有氧系统持续供能收缩肌肉，帮助恢复无氧能力，加之奥运会全能模式的要求，各单项均需重视发展有氧能力。

由于比赛中上肢进行ISC，并承受远高于其他身体环节的负荷强度，引起在动员同等%O2max时，竞技攀岩的HRclimb-avg和赛后BLA浓度明显高于匀速跑（Magalhaes et al.，2007），表明上肢肌肉的高强度ISC是影响供能特征的重要因素，因此有必要探究上下肢相对能耗比例，同时明晰比赛中供能特征的动态变化过程，更加准确掌握比赛供能特征。

3 竞技攀岩比赛上肢神经肌肉募集及专项力量特征

3.1 竞技攀岩比赛中上肢神经肌肉募集特征

了解攀登过程中神经肌肉募集特征，有助于制定训练计划，以发展相关肌肉力量，减少损伤发生。面对不同特征的岩点，运动员会采取不同的抓握技术，引起不同的前臂与手部肌肉募集模式，从而产生抓握岩点所需的力量。随着岩点尺寸的减小，指深屈肌相对激活程度增加，指浅屈肌相对激活程度降低（Schweizer et al.，2011）。综合多项研究发现，指浅屈肌在比赛中抓握岩点时产生的力量远大于抓握单杠进行上肢拉引动作和握力测试时产生的力量，提示，抓握单杠进行上肢拉引动作和握力测试未准确反映比赛中上肢肌肉募集特征，存在力赤字（肌肉在某些运动条件下未能发挥其最大力量）现象（Koukoubis et al.，1995；Vigouroux et al.，2019；Watts et al.，2008）。模拟攀登中三点支撑状态时，单手与测力板的接触力为（95.8±31.4）N，低于攀岩运动员的握力水平（魏梦力等，2020），说明手部与岩点接触力值与攀登中指浅屈肌的积分肌电（integral electromyography，iEMG）值呈非线性关系。目前尚无测量此接触力值的标准化、便携式（尤其是可穿戴）设备，而此接触力又是手指损伤的重要诱因（Koukoubis et al.，1995），因此应加强设备研发，准确掌握真实攀登中手部和岩点接触力值与前臂肌肉募集间关系，探究手指与前臂肌肉损伤机制，以便进行损伤防治。此外，比赛中为了保持手指屈肌的ISC力量与耐力，优秀运动员在抓握动作中更大程度的募集IIa型肌纤维（Limonta et al.，2016），提示，选材时可选择手指屈肌中IIa型肌纤维比例较高的运动员。

引体向上是训练运动员上肢肌肉专项力量的重要手段（Vigouroux et al.，2019）。依靠指尖悬垂进行引体向上时指浅屈肌和肱桡肌的iEMG值高于肱二头肌，可能是指浅屈肌和肱桡肌损伤发生率较高的原因（Koukoubis et al.，1995）。Vigouroux等（2019）发现与杠铃杆相比，抓握大型岩点（深度＞80 mm）时手指屈伸肌群共激活指数和疲劳程度增加，专项性更强，提示，抓握杠铃杆进行引体向上仅可作为攀岩运动的一般力量训练手段，同时比赛中需较高的关节刚度，应协同发展手指屈伸肌群力量。随着岩点深度的降低，屈指肌群的力赤字现象和疲劳程度加剧，手指屈伸肌群共收缩指数降低，肘部和肩部肌肉活跃程度降低，引体向上运动表现下降，表明抓握小岩点进行引体向上可能更利于发展上肢专项力量素质，因此建议抓握不同特征的岩点进行引体向上来发展上肢肌肉专项力量素质。分析上述研究发现，目前鲜见在真实或模拟攀岩比赛条件下进行的研究，尚需进一步阐明攀岩比赛中神经肌肉募集特征。

3.2 竞技攀岩比赛中上肢专项力量变化与恢复

比赛中上肢小肌肉群更容易疲劳（郭峰等，2018），因此了解比赛中手部肌肉力量的变化和恢复过程对优化专项力量训练与恢复策略至关重要。持续攀登直至坠落对手部耐力的影响大于对最大力量的影响，手部耐力与最大力量分别下降57%与22%，休息20 min后依然未能完全恢复，且耐力恢复速率更低。最大力量的下降与攀登时间（r=0.70）和BLA（r=0.76）显著相关，耐力的下降与攀登时间（r=0.70）显著相关，但与 BLA（r=0.56）无关（Watts et al.，1996）。Watts等（2003）的研究表明，手指力量在比赛前后未发生显著变化，原因可能是二者测量手部力量的方法与手段（握力与指力）不一致。结合运动实践，建议比赛间歇运动员采取积极措施，快速恢复手部最大力量和耐力，日常需加强耐受与清除BLA能力的训练。

主动恢复（如低强度骑行）和8℃～15℃冷水浸泡均可加快代谢产物清除，利于恢复手部最大力量和耐力，但最佳浸泡时长有待确定（Heyman et al.，2009；Kodejska et al.，2018）。尽管有效性尚存争议，但比赛中运动员依然尽可能的抖动手臂以期增加前臂血流量，恢复等长收缩能力（Baláš et al.，2016；Green et al.，2010）。振动和电刺激对肌力恢复的益处不明显（Green et al.，2010；Heyman et al.，2009）。目前相关研究主要关注难度赛的上肢专项力量变化与恢复，未来应分单项研究比赛中手部力量变化特征与恢复策略。

4 总结与建议

4.1 总结

各单项比赛生物学特征差异较大。具体为各单项比赛时间特征差异明显。根据本研究选择的依据和方法，认为难度赛属于中-高强度运动，有氧供能比例达61%～89%；依据HRclimb-avg判定攀石赛为低强度运动，然而依据赛后BLA浓度峰值判定攀石赛为高强度运动，攀石赛中成功完攀线路时无氧供能比例为64%～87%；速度赛为高强度运动，无氧供能比例高于84%。岩点特征影响比赛中上肢肌肉募集和力赤字现象程度；手部与岩点接触力值与比赛中指浅屈肌的iEMG值呈非线性关系；速度赛中上下肢肌肉存在“同手同脚”的募集特点；比赛中手部肌肉力量变化趋势尚存争议；同时比赛中上肢肌肉募集特征和手部肌力变化的单项间差异尚不明确。此外，各单项运动员前臂肌肉进行的ISC将影响比赛强度指标选取与强度判定、供能特征和专项力量素质变化，使ISC耐力成为竞技攀岩运动表现的重要限制性因素。

4.2 建议

1）依据比赛时间特征，攀石赛运动员应形成稳、准的技术特点；2）应注意单项间强度差异，在重视有氧能力的前提下，依其特异性需求发展供能能力；3）选择抓握不同特征的岩点进行引体向上以发展上肢专项力量，同步记录比赛中手部与岩点接触力值与前臂肌肉肌电信号，明晰二者的关系，速度赛需发展同手同脚的协调能力；4）注重各单项比赛中手部肌肉力量的变化差异和赛后恢复研究；5）加强优秀攀岩运动员前臂肌肉ISC的血流特征研究，结合各单项比赛中前臂肌肉收缩与舒张时间设计不同的训练方案，发展前臂肌肉ISC耐力。