摘要

本研究的目的是比较自由游泳和使用差压传感器（Aquanex 系统）游泳之间的机械和效率限制。还分析了这些条件以了解性别之间的差异。30 名年轻游泳运动员，14 名男孩和 16 名女孩（12.31 ± 0.67 岁）在自由游泳和使用传感器游泳每种条件下进行了三次 25 米自由泳最大次数比赛。在使用传感器的条件下，游泳者携带由两个手部压力传感器组成的 Aquanex 系统（v.4.1，型号 DU2，A 型，游泳技术研究，美国弗吉尼亚州里士满）。25 米时间（T25）被评估为游泳表现变量。评估并计算游泳速度（v）、划水率（SR）和划水长度（SL）作为划水力学变量。此后，估算划水指数（SI）和手臂划水效率（ηF ）以了解游泳效率。统计学意义设定为 p ≤ 0.05。当游泳者佩戴传感器游泳时，游泳表现会受到影响（总体：p = 0.03，d = 0.14；Δ = 1.30%），并且发现总体（p = 0.04，d = 0.14；Δ = 1.42%）和女生组（p < 0.01，d = 0.39；Δ = -1.99%）的 v 显著下降。其余的划水力学变量在各种条件下均无差异，游泳效率亦然。此外，在自由游泳和佩戴传感器的情况下，女生和男生在所有变量上均无差异。尽管游泳表现和 v 存在差异，但使用 Aquanex 系统游泳似乎不会对年轻游泳者的力学和效率造成限制。

关键词：推进力；直接法；压力传感器；运动学；性别；训练

研究方法

本研究招募了 30 名年轻游泳运动员（14 名男孩和 16 名女孩）。在第三个大周期结束时（巅峰状态）对游泳运动员进行评估。

实验对象纳入标准： 

（i）是竞技游泳运动员

（ii）至少有两年参加地区或国家赛事的经验

（iii）每周完成四次以上的游泳训练 

（iv）过去六个月内没有受过任何伤

评估过程：连续两天（间隔 24 小时）下午在 25 米室内游泳池（平均水温：27.5°C）进行水中测试。在进行短距离游泳项目的标准热身后，运动员被随机分配（第一轮）进行 25 米自由泳（全泳姿）全力冲刺。每位游泳运动员在不同的日子在每个选定的条件下进行三次最大冲刺：自由游泳和带传感器游泳。所有水中冲刺都以蹬边开始，游泳运动员被指示在冲刺中保持正常的呼吸模式。为了确保完全恢复，两轮比赛之间有 30 分钟的休息间隔。鼓励所有游泳运动员在数据收集日和前一天避免剧烈运动。评估了两种条件下所有比赛的水中数据，并考虑最佳结果以进行进一步分析。在配备传感器的条件下，游泳者佩戴由两个手部压力传感器（A 型）组成的差压系统，位于第三和第四掌骨之间。

肩膀和手臂的松紧带使游泳者在水中移动时可以携带系统，传感器连接到一个接口，该接口与装有 Aquanex 软件（v.4.1，型号 DU2）的笔记本电脑相连。两名专家（ICC：0.97）手动评估游过预定距离（即 25 米）所花费的时间（以秒为单位），每位专家使用秒表（FINIS 3x100，Finis Inc.，美国）进行评估，并将其视为游泳表现变量（T25）。划水力学包括游泳速度（游泳v）、划水频率 (SR) 和划水长度 (SL)。v（以 m·s ?1为单位）是根据距离和 T25 之间的比率计算出来的。使用记时频率计 (FINIS 3x300，Finis Inc.，美国) 从第 11米到第 24米之间的三个连续划水周期中评估 SR (以 Hz为单位)，并根据其他地方的报告估算 SL (以米为单位) 。为了分析游泳划水效率，计算了划水指数 (SI，以 m 2 ·s ?1为单位) (SI = v·SL)，并根据弗劳德效率估算手臂划水效率 (ηF，in %)，如下所示：

其中l是手臂的长度（以米为单位）

统计分析

使用 Shapiro-Wilk 检验检查数据分布的正态性。计算所有变量的平均值和一个标准差（M ± 1SD），以及平均变化百分比（Δ）。每种情况的数据集分为三组：总体（n = 30）、男孩（n = 14）和女孩（n = 16）。配对样本t检验用于比较所有变量的两种情况，而非配对t检验用于验证性别之间的差异（即男孩和女孩）。选择 Cohen's d 作为效应大小（d），解释为：如果 |d| < 0.2，则为微小；如果 0.2 > |d| < 0.5，则为中等；如果 |d| ≥ 0.5，则为较大。所有统计分析均采用 SPSS 软件（v.27，IBM，SPSS Inc）和 GraphPad Prism进行。统计显著性设定为p≤ 0.05。

研究结果

两种条件下游泳表现的比较：总体而言，佩戴传感器游泳时 T25 有所增加（p= 0.03，d = 0.14；Δ = 1.30%），尽管差异很小。男孩在两种条件下的 T25 相似（p= 0.51，d = 0.05；Δ = 0.61%），而女孩则表现出显著的中等差异（p< 0.01，d = 0.35；Δ = 1.90%）。非配对t检验显示 T25 的性别间无差异。

划水力学变量对自由游泳和佩戴传感器游泳进行的比较：总体而言，实现的v（面板 A）呈现出显着但微不足道的差异（p= 0.04，d = 0.14；Δ = 1.42％）。对于女孩来说，佩戴传感器游泳时发现v显着下降（p<0.01，d = 0.39；Δ = -1.99％）。在所有组中，自由游泳和传感器之间的 SR（面板 B）和 SL（面板 C）没有显着差异。尽管如此，总体和男孩组的 SR 中的 Δ 分别在使用传感器的情况下下降了 1.63％ 和 2.42％，而在女孩组中 SR 中的 Δ 略有增加（Δ = 0.93％）。总体而言，SL 下降不显著（Δ = - 0.09%），男孩的 SL 增加（Δ = 1.09%），女孩的 SL 减少（Δ = -1.13%）。在v、SR 和 SL方面，性别之间也没有差异（p> 0.05） 。

游泳效率变量：佩戴传感器后，女孩的 SI（面板 A）显著下降（p= 0.01，d = 0.20；Δ = -3.15%）。总体和男孩组的Δ分别为 -1.53% 和 0.32%。所有组的ηF无差异（p > 0.05）。然而，佩戴传感器游泳时ηF略有下降趋势（总体，Δ = -0.90%；男孩，Δ = -0.79%；女孩，Δ = -1.01%）。性别比较显示SI 和ηF无差异（p> 0.05） 。

研究结论

本研究考虑了 Aquanex 系统在自由泳时产生的技术限制。主要发现是，使用传感器游泳对游泳表现和v施加了微不足道的限制，但并没有改变年轻游泳者的划水力学或效率。微不足道的限制似乎与女孩群体更相关。然而，在两种条件下，所有变量在性别之间没有差异。

总体而言，添加传感器（即 T25 增加）会导致自由泳成绩显著下降（1.30%），因此T25期间的v也下降了1.42%。v高度依赖于推进力和阻力之间的相互作用。在自由泳中，上肢被描述为对推进力最负责。由于该系统由上肢的松紧带携带，游泳者可能会受到额外的阻力。同样，由于压力传感器导致手掌表面积的变化也可能增加阻力。 作者认为，添加装置时v 值的下降，以及因此在测试时间内的下降，可能与现有的被动和主动阻力有关。

另一个方面在于，对游泳运动员进行短距离（即 25 米）的评估，并在水中出发。在两种条件下，均同样进行，无需跳水和增加海豚式踢腿。当使用传感器时，可以说游泳表现和v的下降可能是由于较慢的出发速度造成的，因为游泳运动员可能需要对其游泳模式进行初步调整。这可能有助于解释自由游泳和使用传感器游泳之间的测试时间（即 T25）差异，但不会损害划水的相关机械方面。

对 SF 的评估考虑了泳池的第 11米和第24米。看起来游泳者无论有没有该系统都能保持动作。理论上，可以通过增加或减少 SR 和 SL 来修改v。结果表明，尽管之前在v中发现差异，但所有组的两种条件下的 SF 和 SL 没有显著差异。可能上述对系统（电缆加手的设置）的适应在出发后一直发生到第 11米，不会影响之后测量的 SR 和 SL。在效率方面可以观察到相同的趋势。由于游泳效率是根据划水力学和/或人体测量特征来估算的，因此合并样本（即整个组）在两种条件下的SI 和F相似。通常情况下，划水力学变量（包括 SR 和 SL）以及效率取决于肢体运动学。在这一原理下，使用较大和阻力较大的设备时，肢体轨迹和速度可能会降低。本研究中使用的系统由两个连接到游泳者手上的小型轻量级传感器组成。虽然它被认为是一种外部设备，但它似乎不能促进足够的疲劳或增加阻力来改变肢体运动学和划水力学。

在第一阶段，将男孩和女孩一起进行分析，因为这个年龄段的人不存在性别差异，至少在青春期前不是这样。但这并不意味着，在某个时候，男孩和女孩之间的行为不会被分开解释。在这种方法中，虽然女孩在使用传感器时v和 SI会下降，但男孩受到的限制并不像女孩那么大。原因可能在于男孩具有更好的功率输出能力，这可能使他们即使在使用外部设备时也能适应并维持自己的努力。虽然进行了性别比较，但并未发现所有变量存在差异。

我们可以指出本研究中的几个局限性：（i）v评估是基于 T25 和距离（25 米）进行的，而不是考虑用于其余变量的第 11 米到第 24米之间的范围；（ii）运动学和时间的评估应该依靠尖端设置（例如，高速摄像机或光计时）来获得更精确的测量。

实际应用和前景

Aquanex 系统似乎不会对年轻游泳运动员的技术和效率造成限制，因此教练可以在日常练习中使用它来监控训练过程。尽管如此，教练和研究人员还是建议在应用时要小心谨慎，因为在全力以赴的情况下，测试的初始速度可能会受到影响。由于电缆可能是一个问题，因此需要在开始后快速适应该设备。因此，如果我们考虑总距离来估计速度，这可能会稍微影响平均速度。因此，为了进行更准确的评估，应在测试中进一步检索游泳速度、划水力学和效率以及推进力等指标。