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短跑运动的演进及其训练体系趋势概述

发表时间:2019-03-26 00:00:00  来源:野望文存  浏览:次   【】【】【

译自:New Studies in Athletics)

作者:Nikos Apostolopoulos, Jimson Lee, Derek Hansen

黄佳敏<译>

研究方向:中长跑,中长跑体能/康复训练

译者注:本文发表已征得原杂志《田径运动新研究》同意

FOOTNOTE:Published with permission of New Studies in Athletics


作者简介

Nikos Apostolopoulos:博士,加拿大多伦多大学运动与体育教育学院副教授。牵伸治疗及微牵拉技术创始人,《田径新研究》顾问编辑。

Jimson Lee:SpeedEndurance.com网站创始人,这是个关于田径训练的网站。

Derek Hansen:主要研究短跑训练、速度训练、康复训练。在其个人网站:SprintCoach.com和StrengthPowerSpeed.com上传播相关信息。


       短跑是人类在没有助力的情况下所展现的高速运动能力。多个运动项目(足球、篮球、橄榄球)都需要短距离快速跑的能力,这些项目需要运动员能够快速到达一个标志物或快速甩开对手。对于短跑项目来说,需要运动员达到并维持最高速度,从而在最短的时间内跑完一段特定距离。

       本文目的旨在对短跑运动做一概述,从而为后续的进一步研究奠定基础。本文主要涉及:

  • 短跑发展史

  • 短跑比赛规则

  • 短跑比赛装备

  • 短跑技术

  • 短跑损伤

  • 短跑的发展现状与趋势

短跑发展史

       短跑比赛在有记载以前必然已经存在,但最早的有记载的短跑比赛始于公元前776年的古希腊奥运会。最初几届,比赛的唯一一个项目是从体育场的一端跑向另一端,那时称之为:stadionstadion同时也是丈量单位,其距离大概在160米至210米之间,目前普遍认为古希腊奥运会短跑比赛的距离是192米。

       第一届现代奥运会(仅限男子运动员)于1896年在雅典举行,比赛项目有100米和400米;四年后的第二届巴黎奥运会增设了200米项目。比赛距离是从18世纪末-19世纪时期的英制单位演化而来:100码变成100米、220码变成200米、440码变成400米。其他奥运会新增设的短跑项目以及设立日期如下所示:

  • 男子4X100和4X400米(斯德哥尔摩,1912)

  • 女子100米和4X100米(阿姆斯特丹,1928)

  • 女子200米(伦敦,1948)

  • 女子400米(东京,1964)

  • 女子4X400米(慕尼黑,1972)

       现代田径比赛的最短比赛项目是60米,只在室内进行。但是在不同的年代、不同的地域,也曾出现过55米、50米甚至50码(45.72米)的比赛(并保留有这些项目的纪录)。400米是最长的短跑项目。在其他非正式比赛中,也有150米、300米以及500米比赛。


短跑比赛规则

       国际田联在男女个人及接力项目上的比赛规则是一样的。400米以下距离的比赛必须使用起跑器以及蹲踞式起跑技术。比赛首先由发令员发布:“On your marks(各就位)”,然后是“Set(预备)”。第一声指令响起以后,运动员站至起跑线前,双手和至少一个膝盖触及地面,双脚落在起跑器的踏板上。“预备”指令响起后,运动员立刻抬起身体,只有双手和脚分别与地面以及起跑器接触。当所有运动员都准备好后,发令枪响,比赛开始。

       根据比赛规则,“当认定一名运动员已做好最后的起跑姿势后,在听到发令枪响之前不得有任何起跑动作”。在枪响前移动会被判定为抢跑,任何一位被认定为抢跑的运动员都会被取消比赛资格(2010年以前运动员能够有一次抢跑机会)。在预备姿势做好以后,如果有运动员用声音或身体抽动干扰到其他对手而自己却没有任何的移动,便会受到警告,第二次违反将会被取消资格。

       室外短跑比赛为分道进行。运动员必须在指定的跑道上跑,如果跑出自己的跑道则往往会被取消资格。如果运动员只是短暂地跑出自己的跑道,但并没有因此而获利或干扰到其他运动员的话,那么裁判员可能会决定不取消其资格(在弯道跑时进入内道被认定为是从中获利,而跑到外道上则不会被认为是获利)。在室内400米跑时,允许运动员在跑过前两个弯道后进入内道。

       白线代表的是比赛终点线。运动员以身体躯干任意有效部位(头部、颈部、手臂、腿、手、脚以外的部位)触及终点线后沿的先后顺序排定名次。

短跑比赛装备

       短跑比赛中重要的装备包括:跑鞋、发令枪、起跑器以及计时系统。


跑鞋

       钉鞋最早出现于1850年前后。对于短跑项目,钉鞋一般越轻越好,因此在鞋底或鞋跟处几乎没有一点衬垫;而中跑或越野跑鞋则有着一定的衬垫,重量也略微重些,从而有利于在长距离比赛中减少落地时的地面冲击。鞋钉安装在鞋尖处,这有助于促使运动员在跑步时用他/她的脚趾发力。这种设计方式旨在提高抓地力,使运动员每次着地时的发力点能够集中。如果没有钉鞋,推动运动员向前的力就会流失。田径比赛规则允许运动员的每只鞋上最多有8颗钉子。


发令枪

       短跑比赛的发令枪一贯使用的是空包弹,从而给运动员提供起跑的声音信号,以及给计时裁判提供烟雾信号。高水平田径比赛采用电计时,一旦发令枪响就会给计时系统传送电信号。慢慢地,比赛转为使用不需要弹壳的电子枪,这种枪也能给计时系统发放信号。枪声也会通过位于运动员身后的扩音器放出,扩音器的存在能够解决那些离发令员较远的运动员比那些较近的运动员晚几毫秒听到枪声的问题。


起跑器

       起跑器的发明需要归功于1929年时的澳大利亚人Charlie Booth和他的父亲。在那之前,运动员则是用铲子在煤渣跑道上挖一个洞,借此完成蹲踞式起跑。直到1937年国际田联才允许使用起跑器,并在1948年的伦敦奥运会上首次正式使用。现在的起跑器中植入了压力感受器,从而能检测到运动员的蹬伸力。这种感受器能够计算运动员对于发令枪的反应时,运动员的反应时间如果短于0.1秒,就会被认为是在发令枪响前便已经开始启动,从而被判定为抢跑。在高水平比赛中,发令员和/或召回员需要佩戴与起跑器连接的耳机设备,如果有抢跑的话便能通过该设备接收到信号。


计时系统

       在田径运动发展的早期阶段,便携式秒表是短跑比赛中的专用计时设备,并且现在在一些发展中国家以及低级别比赛中仍然在使用这种计时方式。然而,用秒表计时很容易出现误差,统计学家发现在100米和200米比赛中,这种误差最大可达0.24秒。已知的在田径比赛中最早使用全自动计时设备是在1928年,而1977年全自动计时设备成为了国际田联高水平比赛计时以及承认世界纪录所需的必需品。现代全自动电子计时使用摄像机或高频数码行扫描摄影机,这类设备能够在运动员撞线时捕捉到每个人的影像,且经由计时器校准(借助发令枪信号)。通过全自动计时设备,官方计时可以精确到百分之一秒。第三种官方认可的计时设备是传感器计时,运动员需要携带芯片,当他/她冲过终点线时会发出信号,但这种计时设备并未被运用于短跑比赛中。



摆臂

       运动员的摆臂对维持躯干的稳定具有重要作用。当下肢摆动时,躯干会产生旋转,而摆臂恰恰能够抵消旋转力、尽可能减少能量浪费。积极摆臂还有助于提高着地时的垂直分力,但后摆会抵消身体向前的力。


能量代谢系统

       为肌肉收缩提供能量的三个供能系统(有氧、乳酸能和ATP-CP)在短跑比赛的全程中都会参与供能,即便有氧系统在其中所发挥的作用较小。

       对于100米及以内的项目,ATP-CP(腺苷三磷酸-磷酸肌酸)是主要供能系统,该供能系统主要为短时间、爆发性运动提供能量,但它的供能能力在10秒后便会显著下滑(但不是完全没有)。该系统既不需要动用氧气,也不会产生乳酸。训练方法为重复性的高强度运动(2-8秒),间歇时长以运动员完全恢复为标准。

       乳酸能系统,也被称作无氧系统或糖酵解系统,对于那些持续时间10秒以上的运动项目来说该供能系统如今已愈发重要。因为它既能通过分解糖原供能,也能通过产生乳酸来供能。该系统不需要利用氧气供能,但如果想排除在供能过程中所产生的代谢废物,则需要氧气和时间,因此随着时间的延长,便会限制身体继续进行高强度运动的能力。发展乳酸能系统的训练方法为重复性的高强度运动,间歇时长只允许运动员获得部分恢复。

图4:随着时间的延长,三大供能系统各自的供能百分比,此图假定运动员正以最合理的强度进行运动

短跑比赛的不同阶段

       短跑比赛可划分为5个阶段:起跑、加速跑、过渡阶段、最大速度阶段、维持速度阶段。不同短跑项目的区别主要体现在:比赛距离逐渐延长、步数增加、对节奏控制的要求提高。

       只有在获得高效的加速以及各个阶段流畅动作技术的前提下,才谈得上达到并维持最大速度。如果运动员在比赛的开始阶段就无法熟练地保持正确的身体姿势,那么随着比赛的进行,会逐步影响导致后续阶段的衔接也出现问题。这需要通过大量的训练才能解决,在此期间通常要提高力量、短跑技术、速度耐力以及心理素质,才能达到比赛各个阶段对身体的要求。

       图5显示的是尤塞恩博尔特(牙买加)在2009年第12届柏林田径世锦赛中打破百米世界纪录(9.58秒)时全程各个阶段的数据,其中起跑及加速跑阶段合并在一起展示。

图5:尤塞恩博尔特跑出9.58秒百米世界纪录时全程各个阶段的数据


起跑

       运动员对枪声的反应以及对起跑器所施加的蹬力对短跑的最终成绩有重要影响,尤其是对于100米以内的项目。起跑阶段的任务是产生水平速度以及使运动员过渡至接下来的加速阶段的身体姿势。随着“预备”口令的发出,运动员抬起他/她的臀部,身体在不产生移动的前提下尽可能前倾。随着枪声响起,双脚压向踏板,躯干逐渐直立。双手抬离地面并前后交替摆动。后腿的蹬伸需短促有力,如此双腿便可迅速前移,而前腿的蹬伸则力度较轻但发力时间更长。


加速跑

       运动员在加速阶段的前10-12米或前7步便可加速至最大速度的75%。一旦枪响,足跟处所产生的“活塞运动”非常重要,有利于身体在蹬离起跑器后产生最大位移,而胫骨与足部的角度呈45度则对该效应产生了进一步的促进作用。此外,每次蹬地时躯干角度与胫骨角度相同。在加速阶段,着地点不应超过身体重心,从而使身体处于前倾位。要想做出这种技术,需要下肢使劲后蹬,同时手臂大幅摆动以抵消向前倾倒的力。如果运动员的发力方向垂直向下,便无法给他提供往前的推力。当着地时胫骨与地面垂直,表明加速阶段已基本结束,此时躯干仍有微微的前倾,上肢摆动幅度仍然较大以抵消身体轻微的向前倾倒的力。


过渡阶段

       过渡阶段刚开始,着地时胫骨与地面垂直,而躯干此时仍然微微前倾,但它会逐渐抬高直至其同样与地面垂直。该阶段发生于12米至35米(或17步)之间,在此阶段运动员将速度由最大速度的70%加至90%。随着躯干逐渐直立,加速度也相应地减小。


最大速度阶段

       大多数对高水平比赛所做的生物力学分析报告都表示:100米跑中女子的最大速度都出现在50-60米,而男子则出现在60-70米。在200米和400米跑中,到达最大速度的时间略微延后。在最大速度阶段,运动员跑时重心高,躯干与地面垂直。除了跑姿以外,手腿协调摆动、支撑期时间较短也是该阶段的特点。高步频能减小下肢对地面的发力时长,而这在理论上能提高身体的向前性;高效的手臂摆动同样能最大化地确保身体向前性。


维持速度阶段

       美国教练Tom Tellez将维持速度阶段定义为是“缓慢减速”的过程。因为即便是世界顶级的短跑运动员,也无法维持其99%-100%的最大速度直至百米比赛或更长距离比赛的终点。该阶段的任务是维持步频(运动员本能的反应是提高步长,而这却会降低步频),要想做到这点既需要专注力,也需要具备速度耐力。那些能够维持接近个人最大速度的运动员,在比赛中看起来就像是加速远离他的对手们一样,如博尔特破世界纪录时的情况(图5),而实际上其实是其他人正在变慢。



短跑运动损伤

Williams认为:运动损伤的原因可分为两类:内因和外因。内因指由自身引起的损伤,由单次事件(突发性的,如短跑腘绳肌拉伤))或过度使用(急性或慢性的,如中长跑训练)而导致。外因指由外力导致的损伤。这个外力可以是人为造成(如橄榄球中的拦截)、可以是器材设备(铅球、标枪)、车辆(机动车)、也可以是外环境(高台跳水)。表1和图6、7对田径项目中的损伤及其部位做了统计。

表1:各个项目常见运动损伤及部位


图6:各个项目常见运动损伤及部位


图7:短跑项目常见运动损伤及部位


       在最近一次的田径世锦赛中,博尔特在4X100米接力决赛中遭受到了内因性损伤——腘绳肌拉伤。这并不奇怪,因为腘绳肌拉伤是田径中最为常见的运动损伤,尤其是在短跳类项目中。研究已证实:着地时的水平分力除了对预测加速能力及短跑成绩有重要意义以外,也反映了伸髋肌群(臀肌和腘绳肌)所受的压力。

       SCHACHE等人发现:随着跑速逐渐提高至最大速度(≥7m/s),伸髋肌群和屈膝肌群将发挥主要作用,且在摆动及着地阶段都处于被高度激活状态。尽管目前有大量针对腘绳肌拉伤的生物力学研究,但损伤率却并未因此而降低。此外,伸髋肌群过往的损伤经历对于预测该运动员是否会再次受伤也具有重要意义,表明肌肉累积性损伤对腘绳肌拉伤有重要影响。博尔特的损伤很可能就属于这种情况,他在2016年曾接受过腘绳肌伤病治疗。

短跑运动发展现状

     在这个技术和创新能力主导社会和经济发展的时代,教练员和运动员也在研究提高短跑成绩的方法并不让人感到意外。问题在于:短跑是否由于近年来的创新及新趋势而确实地发生了改变?

      如果分析现代短跑的生物力学技术,会发现项目中最基本的运动学及生理学要求并未改变。只不过如果要跑得更快,还需考虑其中的专项性要求。首先要考虑的是一个基本参数:重力。只要运动员在这个星球上或者是体积、大气成分及气候类似的星球上跑步,那么基本规律都是一样的。

      但还有另外两个问题值得在本文进行探讨:高水平运动员的身体状况以及他们所使用的装备。

      从进化的角度,自从20万年前人类在地球上首次开始行走(或跑步)至今,人体并未发生多少改变。对于那时的人来说,跑步是他们的生存需要,而非竞技比赛成就追求。但他们的生理结构并没有因为跑步而大幅改变,并且我们现在仍然会遇到与祖先同样的生理极限挑战。然而,目前要研究的问题是什么样的身体类型最适合短跑项目,也基于此建立了选材标准。

       回顾历届男子百米奥运冠军,我们可以发现强壮型运动员(鲍伯海耶斯(美国,1964年),Valeriy Borzov(苏联,1972),莫里斯格林(美国,2000)等)及干瘦型运动员(杰西欧文斯(美国,1936)、Armin Hary(德国,1960)、卡尔刘易斯(美国,1984、1988)等)都能够取得成功。现役奥运冠军和世界纪录保持者博尔特有着196cm的身高,他身体的摆动更接近流线型。WATTS等人利用倒数重量指数(reciprocal ponderal index, RPI;即身高除以体重的立方根),对从1900至2010年女子和男子世界级短跑运动员的成绩发展进行了分析,发现那些最成功的(速度最快的)短跑运动员往往是瘦高型,这类运动员的RPI指数值更高。博尔特和其他具有类似身体形态的运动员的成功表明:尽管四肢短的运动员频率较快,但四肢长的运动员所产生的力量却更大。

       这一趋势是否将会永久延续?又或者下一个打破男子百米世界纪录的是否会是身高矮小但爆发力强劲的运动员?只有时间会告诉你答案。

       在谈及装备材质之时,会有更清晰的发现。今天的运动员当然比过去的跑得更快,但他们并不是赤脚在天然的路面上奔跑,所以他们真的是比过去的运动员更好吗?早期短跑领域的装备包括煤渣跑道以及为煤渣跑道所设计的重钉鞋。煤渣由煤块或木材烧制而来,再加入其它天然泥土,以提高跑道的干燥性。60年代,塑胶(聚亚安酯)跑道逐渐普及,最早只出现在大型体育场,如今已随处可见,至少在发达国家是这样。塑胶跑道时代的早期,短跑世界纪录大幅提高并不让人感到意外,尤其是1968年奥运会在墨西哥城高原进一步推动了成绩的提高。

       运动员踏上塑胶跑道以后便会感受到它显而易见的优势。它的稳定性更好,回弹性更强,而煤渣或草地的缓冲性更好,回弹性则极小。运动员对塑胶跑道施加的力越大,他们下一步的向上及向前性便越好。此外,现代的短跑跑鞋较之过去更轻更硬,以有利于能量回弹。

       如果过去的运动员仍然活着并处以自己的最好状态,那他们在现代的跑道上能跑出什么成绩?对此,EPSTEIN认为:对于1936年奥运会跑出10秒2赢得冠军时的欧文斯与2013年世锦赛时的博尔特,仅就各自的比赛成绩来推断,两人相差至少4米,但如果两人同场竞技,那么欧文斯只会落后博尔特一步。由于为二人安排这样的一场比赛并不可能,因此也可以让今天的高水平短跑运动员在煤渣跑道上跑,观察他们的名次和成绩是否与在塑胶跑道上跑时相近。

       我们已经知道的是,由于在塑胶跑道上跑时垂直位移要比在其他跑道上跑更大,那些优秀短跑运动员的跑步技术必然因此发生改变。那么问题来了,短跑运动员的训练理念是否由于跑道及跑鞋的发展而发生改变?至少可以确定的是,由于现在的跑道弹性更好,运动员支撑期的跑步技术逐渐更趋于向前,这使他们的下肢蹬摆更有力。并且随着跑鞋及跑道的进一步发展,教练和运动员也会对跑步技术做进一步的完善。


作者联系方式:

Dr Nikos Apostolopoulos

microstretching@gmail.com


参考资料:




责任编辑:陈雾生

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