1 前言

1.1 研究背景

1.1.1 男子1500m跑比赛速度节奏的趋势及变化特征

在计时类项目的比赛中，运动员运动全程的速度并非始终保持恒定，而是会根据外部环境、生理及心理状态等的变化进行适当的调整，从而表现出一定的节奏特征。种种证据[83][107][116][182]表明，速度节奏与计时类项目的运动成绩密切相关。

对计时类项目速度节奏的系统研究始于20世纪50年代[5]。经过半个多世纪的发展，学者们已经明确了计时类项目常用的6种速度节奏类型，并对比赛持续时间在30s～1min的短距离项目，以及比赛持续时间在6～8min以上的长距离项目的速度节奏类型归属也基本达成了共识。比较而言，由于中距离/中等持续时间项目的类型繁多，且代谢更为复杂，因此，现有研究对该类项目所适宜采用的速度节奏的观点还存在着较大的分歧。

男子1500m跑也是一项对有氧和无氧代谢能力都有很高要求的中距离项目，但相对于1500～4000m自行车[66][80][105][107]、200～400m游泳[116][117]、赛艇[54][89][119]等其他中距离项目，学术界对1500m跑速度节奏的关注并不是很多。Tucker等[182]曾调查了1500m跑及其他中长跑项目世界纪录的速度节奏特点，但仅是指出男子1500m跑的速度节奏更接近于长跑，而与另外一个中跑项目——800m跑的速度节奏存在明显区别。Hanon等[98]虽然对成绩在3min45s以内以及3min35s以内的男子1500m跑运动员的速度节奏进行了比较，但遗憾的是，由于其研究的重点在于考察运动过程中的生理反应，因此并没有对不同水平运动员速度节奏方面的差异进行讨论。中国一些学者[13][14]也曾对男子1500m跑的速度节奏特点进行了研究，但这些研究多是结合生理学、生物力学等学科理论，甚至是依赖主观经验对1500m跑的速度节奏特点进行了定性的描述和分析，明显缺乏相关数据的支撑。

研究[182]表明，相同的计时类项目，其速度节奏的总体趋势有很强的相似性，但依运动员的运动水平，参赛目的等的不同，其速度节奏发生变化的时间和幅度也存在着一定的差异。这就提示我们，对国际优秀男子1500m跑运动员比赛的速度节奏进行分析，总结其趋势及变化特点，可能会找到长期以来都是中国田径运动中的弱势项目——男子1500m跑的突破路径。

1.1.2 男子1500m跑全程速度节奏的能量代谢特征及影响男子1500m跑成绩的生理因素

速度节奏的变化源于运动能量输出的改变[66]，因此对速度节奏研究的关键即是明确其能量代谢的动态变化过程。对运动状态下机体能量代谢的过程进行实时监测是相对困难的。在实践中，有氧供能的变化一般可通过摄氧量来间接地反映，而无氧供能的评定受技术条件的制约，长期以来，一直缺乏一种能被公认的测试方法。

氧亏（OD:oxygen deficit）的概念最早是由Krogh和Lindhard在1920年提出的，意指恒定负荷运动时，运动初期的摄氧曲线与摄氧达到稳态时，摄氧曲线间的差异。时隔近半个世纪后，Hermansen[104]又重新介绍了氧亏的概念，并以运动时需氧曲线与摄氧曲线的面积差——累积氧亏（AOD:accumulated oxygen deficit），初步实现了对无氧供能的量化处理。1988年，Medbø等[131]在前人研究的基础上，通过一系列复杂测试，确立了最大累积氧亏（MAOD:maximal accumulated loxygen deficit）的测试方法。同时，Medbø等[131]还在研究中发现：个体的MAOD在超过2～3min的力竭性测试中为一恒定的值，可作为量化无氧供能与评价无氧代谢能力的有效指标。在接下来20多年的时间里，MAOD法以其较高的实用性和有效性，被认为是一种“黄金标准”[142]，广泛地应用于无氧代谢能力的评定及对其他无氧代谢能力测评方法有效性的判别。

MAOD法评定无氧代谢能力的原理是根据负荷-摄氧对应关系计算运动过程中的理论需氧量，再参照对运动中实际摄氧量的测量，进而得出无氧代谢的贡献。其核心步骤是负荷-稳态摄氧（PO-VO2）预测方程的建立。Medbø等[24]在3周的时间里，对受试者进行了20次强度在35%～100%VO2max之间，每回合持续10min的恒定负荷测试，确立了PO-VO2预测方程构建的条件和原则，而Medbø等[131]的这份报告也成为后人相关研究最为重要的参考依据。不过，繁琐的测试虽然能够在一定程度上保证测量的准确性，却并不利于在实践中的推广。为此，诸多学者在Medbø等[131]的研究基础上，对建立PO-VO2预测方程的测试次数、每回合持续的时间进行了相应的简化，测试周期逐渐缩短至1～3天[38][48][85][145][157]。然而，Buck等[56][57]的研究结果表明，当以10次测试建立预测方程所计算出的MAOD作为标准，逐渐减少测试次数并建立预测方程得到相应的MAOD，其与标准值的最大差异可达45%；而若取每回合测试最后2min的VO2值建立预测方程，则随着测试时间由4min延长至10min，预测方程曲线会逐渐上移，其中8～10min VO2取值方案得到的MAOD，要比2～4min取值方案高25.8%之多，说明测试方案对建立PO-VO2预测方程及计算MAOD有着重要的影响。但遗憾的是，相关研究在简化测试方案的同时，却并未对其有效性进行深入的探讨，以致在研究结果间产生了大量的分歧，影响了MAOD作为动态评价无氧代谢能力重要指标应有的价值。

实际上，除了测试的次数以及每回合持续的时间外，影响MAOD测试有效性的另外一个关键因素是测试的强度。Green等[94]观察到，当分别以5次低于和5次高于无氧阈（AT）的次极限（submaximal）恒定负荷测试，为自行车运动员建立两个PO-VO2线性回归方程，前者方程与横坐标的夹角要比后者小14%，说明测试强度越大，方程的斜率越大，计算的MAOD值也会更高。而Daniels等[65]的研究发现，长跑运动员在较低跑速时的耗氧较中跑运动员低，在较高跑速时的耗氧又较中跑运动员高，说明测试强度与受试者的专项特点也有着密切的联系。因此，对MAOD测试方案进行规范时，还需着重考虑恒定负荷测试的强度对建立PO-VO2预测方程的影响。

1.1.3 男子1500m跑全程速度节奏的能量代谢特征及影响男子1500m跑成绩的生理因素

从逻辑关系上讲，以能量代谢的视角分析速度的变化情况，是深入研究速度节奏的重要一环。早期，学者们主要探讨了不同代谢途径在1500m跑中的供能比例。1998年，Foss等撰文指出，有氧代谢占1500m跑总能量供应的50%。然而，随后大量的实验结果却驳斥了Foss等[78]的观点。不少学者分别利用La-PCr法[110]、AOD法[168]及数学模拟法[71]研究了1500m跑时不同代谢途径供能的比例。虽然因测试条件、受试对象、评价方法等的不同，结果也有所差异，有氧及无氧供能的比例一般在75:25～90:10之间。目前，学界已对1500m跑的代谢属性达成了共识，承认了有氧供能的主导地位。但遗憾的是，受测试手段的限制，至今未见有研究关注1500m全程跑中能量供应动态变化的特点，以致无法从代谢的角度对速度节奏进行更为深入的探索。

事实上，从能量代谢的角度探索1500m跑全程速度节奏的变化特点，不但便于深刻理解项目的代谢归属，更为重要的是有助于发现能够有效区分运动员训练状态及运动水平的生理指标。无论从现有的实验结果来看，还是对运动实践的经验而言，学界在影响1500m跑成绩关键生理指标的问题上还存在着诸多争议与空白。耐力跑的经典预测模型指出，最大摄氧量（VO2max）、无氧阈（AT）和跑步经济性（RE）能解释长跑项目成绩70%以上的变异来源。在此基础上，不少研究检验了相关指标与1500m跑成绩，结果学者们只能在反映心肺功能上限的VO2max与1500m跑成绩的关系上，取得较为一致的观点，但对反映乳酸清除能力的AT和反映运动时效性的RE与成绩的关系方面，却因受试对象、测试手段以及评价方法的不同，存在着不同的看法。从实践角度讲，尽管有氧代谢是1500m跑主要的能量来源，但无氧代谢对维持较高的比赛速度却更为重要。为此，不少学者又从无氧能力的评价指标入手，试图发现影响1500m跑成绩的关键因素。然而，无论是以wingate测试为代表的计功仪器测试结果，还是以AOD为代表的理论推算结果，甚至是肌肉活检的直接测定结果，都未能与1500m跑成绩发生显著相关。

以上背景表明，受代谢特点的限定，优秀男子1500m跑运动员需在有氧和无氧两种供能途径上都具备较强的能力。对男子1500m跑全程能量代谢进行实时监测对于明确其代谢属性，发现其速度节奏变化与能量代谢的关系，进而探讨能有效评定运动员专项水平的敏感指标，并用以指导训练，有着重要的意义。

1.1.4 速度节奏干预条件下男子1500m跑全程的能量代谢特征

研究速度节奏根本目的之一是为了探索一种既能保证生理系统不受损害，又能获得优异比赛成绩的最佳节奏（optimal pacing）模式。然而，影响比赛的外部因素众多，而运动的人体又极其复杂，因此目前对比赛最佳节奏的探索还处于起步阶段，主要是从能量代谢的角度出发，比较以何种速度节奏的变化方式才能更为有效地发挥生理机能。

对速度节奏的探索往往需要借助于干预节奏测试，因此干预节奏的设计是体现该类研究价值的重要因素。现阶段有关中距离计时类项目速度节奏研究的干预节奏设置主要可分为三类：进行先快后慢的快起式干预节奏、先慢后快的慢起式干预节奏以及从始至终速度保持不变的匀速干预节奏。Bailley等[26]对于普通受试者的功率自行车测试证明，强度变化20%的快起节奏较匀速或慢起节奏的运动，提高了3min全力运动有氧供能的总量，但对6min全力运动的有氧代谢无明显影响。而Jones[116]等对于普通受试者的2min全力功率自行车测试，虽然也证明了强度变化20%的快起节奏能较慢起或匀速节奏运动更能促进有氧供能总量的提高，但同时还指出了慢起节奏（强度变化20%）比快起节奏运动更为显著地引起了无氧供能总量的提高。另外，Fukuba等[86]利用相似的干预方法对受试者进行测试后发现，在强度变化为17%的力竭性干预节奏测试中，快起或慢起节奏对受试者无氧供能总量的影响并无显著差别。

上述三份较有代表性的报道，基本上反映了目前中距离计时类项目干预节奏测试研究的现状：① 受试者多为健康男性，缺乏具有一定训练水平的运动员的相关测试结果；② 强度控制多利用测功仪器完成，缺乏场地测试研究；③ 干预强度的设置多以生理模型为依据，强度变化往往远大于现实比赛中速度节奏变化的幅度；④ 研究一般仅关注干预节奏对有氧和无氧供能总量的影响，而忽视了对干预过程中能量代谢动态变化情况的考察。⑤ 研究间尚存在较大分歧。为此，选择男子1500m跑运动员作为受试对象，参照国际优秀运动员比赛速度节奏变化模式特点，设计、实施场地干预节奏测试，并着重关注节奏模式的变化对能量代谢的影响，对进一步理解男子1500m运动员生理机能、能量代谢与速度节奏之间的关系，以及提高研究的应用价值有重要的意义。