游泳肩宽表型与力量及血清睾酮的相关性研究

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(上海体育科学研究所,上海 200030)

当今,优秀游泳运动员身体形态所具备的共同特征为身材高大、臂展长、肩宽髂窄、腰背肌群力量及爆发力好、水性佳等。从仿生学角度来说,肩宽是雄性的力量象征。从流体力学理论的角度看,肩宽髂窄的身体流线型趋向于三角形时,运动员在游进过程中不易产生漩涡,水流阻力小。肩宽除与骨盆窄构成良好的躯体流线型外,也是强大的肩带肌肉群的附着基础[1]。世界著名蛙泳运动员威尔基肩宽46.4cm,为其夺取200m蛙泳世界冠军奠定了基础。采用蝶泳、仰泳、蛙泳、自由泳4种泳姿游进时,四肢都起重要作用。研究表明,与腿打水相比,手划水是身体在水中游进时的主要推进力。因此,无论是短距离速度力量型项目,还是长距离力量耐力型项目,肩带肌肉群的肌肉力量在游泳比赛全力游进时,都是重要的身体素质基础。大量研究已证实,睾酮与红细胞合成、机体发育程度、骨龄、肌力等关系密切,它通过刺激组织摄取氨基酸,促进核酸与蛋白质的合成,促进肌纤维和骨骼的生长。虽然已证实肌肉力量的大小与机体血清睾酮含量相关[2],但游泳运动员肩宽表型与力量、血清睾酮相关性值得进一步深入研究。

肩宽、力量素质和血清睾酮分属于形态、素质和血液内分泌范畴,但均属于运动项目特殊表型,它们随个体生长发育而变化的趋势不同。研究表明,少年进入青春发育期后,显著遵循“先躯干、后四肢;先长度、后宽度”的生长发育规律。骨骼发育先于肌肉、关节和内脏器官,为后者的发育成熟做好基本框架,所以,肩宽表型的生长发育始于青春中后期,伴随青春期发育而终止[3]。力量素质是指人体运动系统在工作时克服或对抗阻力做功的能力。根据发挥力量时肌肉的活动形式,将肌力的测试方法分为:静力性肌肉力量测试,如握力、臂力、背力、腿肌力等;爆发力测试,如立定跳远、原地纵跳等;肌肉耐力测试,如引体向上、仰卧起坐、俯卧撑等。由于个体体重差异,握力体重指数等不能客观、有效地反映不同个体间肌力水平的相对差异[4],因此,本文采用静力性肌力握力和背力的绝对值对运动员的力量素质进行评估。由于肩宽、握力、背力、血清睾酮表型随个体生长发育具有不同的变化趋势,在运动员手腕骨骨骺线闭合后肩宽变化随之停止,握力、背力与不同比赛时期力量训练强度有关,血清睾酮受运动训练的影响而波动,因此,肩宽、力量素质、血清睾酮表型指标的相关关系有待商榷。本文通过对上海市、浙江省游泳运动员的肩宽、静力性肌肉力量、血清睾酮表型进行研究,试图探讨不同生长发育阶段,游泳运动员肩宽表型与力量、血清睾酮的相关性,为不同层次运动员的选材、育才提供一定理论依据与实践指导。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

上海市游泳专业组、业余组及浙江省游泳专业组运动员共1 104人,其中,男运动员598人、女运动员506人。实验前向受试者详细介绍整个测量过程与要求,并由本人或监护人签订知情同意书。测试前3天限制运动员进行大负荷训练或剧烈运动。

1.2 测试方法

操作人员均为经过专业培训的选材测试技术人员,年测量人数8 000人次以上。每次测试安排部分男女运动员身体形态指标复测,保证质控数据的可靠性。

1.2.1 肩宽

受试者两脚分开与肩同宽,自然站立,两肩放松,测试人员用数显马丁尺测量其两肩峰外缘中点间距离。注意两肩同高,马丁尺保持在水平位下。测量仪器为CHN智能二代马丁测量仪中肩宽测试尺,肩宽测试结果以cm为单位,保留1位小数,测试误差不得超过0.2 cm。

1.2.2 握力和背力

握力:受试者自然站立,两臂下垂于体侧,手持握力计,掌心向内,测试臂稍外展约30°,握力器显示盘朝外,右手用力抓握3次,取最大值。注意:不得通过挥臂或下蹲等方式助力。测量仪器为WCS-99.9数显电子握力器,握力测试结果以kg为单位,保留1位小数。

背力:受试者站在背力计底盘上,身体前倾30°,背力计手柄高度调节至受试者自然站立、两臂下垂时中指指尖的高度。双手握杠杆(掌心向后),双腿、双臂伸直,集中腰背力量挺直腰杆用力上拉。当背力计读数不再变动时所显示的数据为背部肌力值,测试3次,取最大值。注意:不得通过屈臂、屈膝、提踵和身体后倒的方式助力。测量仪器为BCS-400数显背力计,背力测试结果以kg为单位,保留1位小数。

1.2.3 血清睾酮

测试当天早晨抽取运动员安静状态下空腹肘静脉血5 ml,然后直接放入离心机中分离血清、血浆、白细胞等,减少中间环节和发生溶血的可能性。最后使用贝克曼ACCESS2化学发光免疫分析仪测试血清睾酮含量,测试结果以ng/dl为单位,保留2位小数。

1.3 统计方法

采用Microsoft Office Excel 2016对原始数据归纳整理,计量资料采用“平均值±标准差”描述。为剔除身高、体重两变量的影响,同一骨龄组运动员的肩宽、力量、血清睾酮表型指标采用SPSS 20.0软件进行偏相关分析(Partial)。P<0.05时,表示两表型的相关系数具有显著性差异;P<0.01时,表示具有极显著性差异。

2 结果与分析

2.1 受试者基本情况

本次实验对象不同性别的人数及各骨龄段不同性别的人数基本一致。从儿童少年业余组到专业组游泳运动员,其身高、体重总体变化趋势符合儿童青少年正常发育状态。由表1可知,女子游泳运动员的身高变化突增期在10.5～12.5岁,持续时间为2年;男子游泳运动员的身高突增年龄段为10.5～13.5岁,持续时间为3年,显然有早发育的男游泳运动员占了一部分样本。本结果采用骨龄分组(CHN-05)与国内外的研究结果基本一致。

表1 受试者基本情况

2.2 肩宽表型

从8岁儿童到发育完成的青少年(男性为18.0岁,女性为17.0岁),女游泳运动员肩宽由30 cm增至约40 cm,增长33%,而男游泳运动员由30 cm增至约45 cm,增长约50%。女运动员10.5～13岁,肩宽增长速度最快,指标离散度逐渐增大;而男运动员可由10.5岁持续快速增长直至17.0岁(图1)。

2.3 力量素质

本研究通过静力性肌肉力量测试反映游泳运动员的力量素质。其中,握力表示前臂和手部屈肌肌群的等长静力性肌肉力量水平,背力表明运动员伸背时背部肌肉向心收缩的肌肉力量水平。由图2可以看出,不同性别游泳运动员的静力性肌肉力量随年龄增长的变化趋势完全不同。8～18岁,男性表现为呈线性持续增加,女性力量经历突增期后在13.0岁左右增幅变缓。与曾凡辉等[5-6]的研究结果不同,本研究显示,在13.0岁前,女性静力性肌肉力量增幅大于男性,而此之后,男性的肌力增幅显著高于女性,呈现典型的男女性别2次交叉。由于研究对象不同,20世纪游泳项目更强调运动员的水感和技术,而21世纪动作技术得到一定的改善后,游泳成绩的优劣则更依赖于运动员的体能及力量素质。此外,相同性别游泳运动员握力和背力的变化趋势几乎完全一致,表明其手臂和背部力量发展的协同性对防止运动损伤的发生具有重要意义。

图1 随骨龄增大,游泳运动员肩宽表型的变化趋势

图2 随骨龄增大,游泳运动员握力、背力表型的变化趋势

2.4 血清睾酮

研究发现,男运动员基础血清睾酮比普通男性的基础水平高,尤其是力量型运动员的血清睾酮水平明显高于其他类型。这意味着长期训练会使体内基础睾酮水平升高。如图3所示,本研究中游泳运动员在发育成熟后,安静状态下男子的血清睾酮平均值为556.37 ng/dl,最大值为736.29 ng/dl;女子的血清睾酮平均值为78.13 ng/dl,最大值为129.46 ng/dl。与已有研究结果对比,女游泳运动员的平均血清睾酮含量增加,男子则表现为减少。睾酮除具有促进肌纤维生成的作用外,还可以刺激促红细胞生成素分泌,从而促进红细胞生成,影响运动员训练中红细胞参数的变化,所以,女游泳运动员血清睾酮含量的增加主要作用在提高血浆中红细胞浓度上。与举重、摔跤等力量素质主导的运动项目相比,游泳比赛中既有需要爆发力的短距离项目,又有需要有氧耐力的长距离项目。本次实验对象皆为游泳运动员,综合不同距离的游泳项目,因此,出现男子血清睾酮降低的现象。

图3 随骨龄增大,游泳运动员血清睾酮表型的变化趋势

2.5 游泳运动员肩宽、力量、血清睾酮表型的相关性

在校正身高、体重对其他表型变量的相关性影响后,对游泳运动员的肩宽、力量、血清睾酮表型进行分析得到相关系数的汇总(表2)。在发育前阶段,游泳运动员肩宽与上臂紧张围有显著的非线性相关关系,而肩宽和握力、握力背力和睾酮、肩宽和睾酮指标间的相关系数低且无统计学意义。进入发育期时,女游泳运动员的肩宽和上臂紧张围的相关系数为极显著性低度线性相关;同时,握力和睾酮、上肢肌肉力量和睾酮的低相关系数均具有统计学意义。发育结束后,游泳运动员的握力和上肢肌肉力量的非线性相关具有统计学意义,而肩宽和握力背力、握力背力和睾酮的相关系数均很低。

研究发现,游泳运动员发育前和发育中,肩宽和握力背力的相关系数极低,但肩宽与上臂紧张围呈非线性低度相关且具有统计学意义。在青春期,力量与睾酮的相关性提高,尤其对青春期男游泳运动员来讲,上肢肌肉力量与睾酮的相关系数为0.435,具有统计学意义。当发育结束后,肩宽与上臂紧张围的相关系数很低且无统计学意义。与此同时,男女游泳运动员肌肉力量和睾酮的相关系数较低,而上肢肌肉力量和握力的相关度提高。以上相关系数的变化说明,在发育前和发育中,肩宽和上臂肌肉力量具有低度线性相关性,肩宽与睾酮无关;发育结束后,肩宽和力量、血清睾酮表型均无相关性。力量和血清睾酮的低度线性相关出现在青春期,而握力和上肢肌肉力量的相关性出现在发育结束后。

表2 游泳运动员肩宽、力量、血清睾酮表型的相关系数

“先四肢,后躯干”,当生长发育停止后,两骨性标志点肩峰外侧缘中点之间的距离即肩宽基本确定,如果教练员为改善游泳运动员的流线型体型,加强肩关节三角肌及肩带肌肉群力量,会使非骨性标志点的肩宽增大,这可能是造成骨性肩宽与其他指标相关系数小的原因。此外,握力表型反映的是前臂和手部屈肌群的等长静力性肌肉力量水平,而肩宽的作用是为肩带肌肉群提供更多附着点。游泳中游进的动力来源于周期性的手臂划水和腿部打水动作,其中手臂带动手掌的划水动作产生的推进力提供了最主要的动力来源。游进过程中手掌的形状和手臂的弯曲度对游进效果均产生影响。有研究表明,直臂划水手掌的速度明显快于屈臂划水手掌的速度。荷兰女将布鲁因的手臂在自由泳划水时技术动作由弯改为直。但也普遍认为,直臂划水身体起伏较大,容易产生较大的波浪阻力,且手臂易疲劳[7]。因此,不同的技术动作对手掌、前臂及肩带肌肉力量的要求不同,可能是造成肩宽与握力相关系数较低的根本原因。本研究结果只能说明,肩宽表型与静力性肌肉力量的相关性低。游泳运动员可以通过增加训练强度和训练量提高基础血清睾酮含量,但不能通过训练提高肩宽,男女肩宽合并的遗传度达0.73,因此,运动训练可能是肩宽与安静状态下血清睾酮的相关性低的另外原因。

研究结果显示,力量和睾酮的低度线性相关出现在青春期,而握力和上肢肌肉力量的相关性出现在发育结束后。在儿童少年发育前,由于雄性激素水平较低,运动员提高成绩主要依靠良好的水感和对技术动作的掌握程度。进入发育期后,运动员的训练强度和量逐渐增加,专项化和基本身体素质训练内容占比增大,伴随着性激素的分泌,游泳运动员在此阶段上肢肌肉力量提高,手划水慢慢取代下肢腿打水,成为身体游进的主要推进力。青春期结束后,运动员的激素水平基本稳定,无论短距离还是长距离游泳项目,在要求肌肉具有爆发力的同时,也要求机体有氧能力的提高,目的是短距离游泳时机体快速清除乳酸或长距离周期性游泳时的肌肉有氧耐力。在该阶段,由于手划水是身体游进的主要动力,因此,上臂肌肉力量和前臂肌肉力量需要协同工作,才能为上肢肌肉划水创造良好的条件。

3 结论

女游泳运动员肩宽表型在8.0～13.0岁阶段的增幅最大,男子肩宽表型在8.0～17.0岁期间增幅显著,在青春中后期离散度逐渐增大,男子比女子的肩宽增长周期长。女游泳运动员静力性肌肉力量从13.0岁开始增幅逐渐减小,男子静力性肌肉力量在发育结束后仍维持较高增幅。女子和男子游泳运动员血清睾酮含量分别在约13.0岁和17.0岁之后增幅变缓。

在发育前和发育中,游泳运动员的肩宽表型与上肢肌肉力量有较低的线性相关;发育中期,肌肉力量与睾酮有关;发育后期,上臂和前臂肌肉力量相关,肩宽表型与力量素质和睾酮几乎不相关。

发育前和发育中,肩宽表型可以作为游泳运动员上肢肌肉力量的选材评价指标;发育中期是游泳运动员提高肌肉力量的黄金时间;发育结束后,游泳运动员选材、育才的重心应放在提高上臂和前臂肌肉力量的协同上,且肩宽尚不能作为该阶段一级选材的指标。