本研究分析了高水平青少年游泳运动员在 50 米全力爬泳测试中疲劳引起的运动学变化。24 名女孩和 14 名男孩（年龄 12-13 岁）参与了研究。使用配备三轴陀螺仪和加速度计的专用惯性设备分析髋部的运动，以测量角速度和加速度的变化。在泳池的第一趟和第二趟之间，观察到以下情况：最大骨盆角度显著增加（34%）；绕垂直轴旋转运动的角速度显著增加（12.10%）；绕矢状轴偏航旋转运动的角速度显著增加（6.86%）。最大骨盆角度在趟次和侧别之间存在显著差异。由于在距离的后半段已经观察到运动学的不利变化，因此怀疑进行频繁的高强度重复训练可能导致不利运动模式的持续。考虑到这一点，教练应将青少年运动员的最大速度游泳限制在短距离和适当的间隔内，并使用训练方法来减少不对称运动，如使用训练呼吸管。

游泳是一项游泳技术对运动成绩有重大影响的运动 ¹，运动技术的发展和力量的提高是游泳生物力学的两个主要问题 ²。文献表明，游泳成绩高度依赖于与技术参数相关的变量 ³。在年龄较小（12-14 岁）的运动员中，游泳训练应特别注重技术的提高⁴，因为青少年游泳运动员更容易发生技术变化⁵。

近年来，确定游泳运动成绩的生物力学模型已通过以下方法确定：三维（3D）分析方法⁶、游泳速度计方法⁷和加速度计方法⁸。使用三维方法，不仅可以分析周期内速度变化，还可以分析身体质心的位移和加速度⁹,¹⁰以及游泳者上肢的角速度 ¹¹。不幸的是，这种方法非常耗时，并且取决于生物力学模型的准确性 ¹²。因此，周期之间的可变性被排除，限制了该方法在实际训练中的实用性。

相比之下，游泳速度计方法是使用系在游泳者腰带的绳索来计算运动员运动的周期内速度变化。这种方法的局限性在于仅在泳池的一部分进行测量 ¹³。使用附着在特定身体节段的加速度计和陀螺仪可以分析许多游泳周期，评估疲劳，并为教练和运动员提供快速反馈⁸。这种测量方法肯定比大多数描述的方法更容易执行且更便宜。通过合适的软件，可以获得关于运动员运动学的非常准确的信息 ¹⁴,¹⁵。所有这些分析和研究设备都能进行进一步的精确研究，有助于更深入地理解与游泳技术、作用在游泳者身体上的力以及运动员身体对训练负荷的适应有关的问题。

Aujouannet 等人 ¹⁶的研究结果表明，游泳速度取决于每划距离（DPS）、划频（SR）和周期内速度变化（IVV）。IVV 是描述游泳周期内速度变化的生物力学变量。IVV 反映了推进力和阻力之间的相互作用⁵。已经观察到，在比赛中，低水平运动员这些参数的波动更大 ¹⁷。高水平运动员能够在疲劳条件下减少准备阶段的努力，有利于主动阶段，保持推进的连续性 ¹⁸。

游泳速度还取决于沿垂直轴的身体旋转（翻滚旋转）。在这种翻滚运动中，游泳者可以减少自由泳和仰泳的正面阻力，从而以更少的努力游完距离 ¹⁹。此外，自由泳中身体的流线型姿势为吸气提供了机会，无需太多参与呼吸活动的肌肉的参与 ²⁰。

Chollet 等人 ²¹ 提出了自由泳协调指数（IdC），该指数确定了一只上肢和另一只上肢推进之间的延迟。根据后续研究，发现 IdC 与游泳速度和能量消耗呈正相关 ¹⁷，因为随着游泳速度的增加，主动阻力也会增加 ²²。Ana Silva 等人 ²³ 指出，IdC 可能取决于与疲劳相关的个体生理和生物力学反应，其中游泳技术将起重要作用。

游泳周期内的速度波动是由于上下肢的推进运动以及水环境对游泳者身体施加的阻力引起的加速和减速的结果。在爬泳中，水下手臂运动主要有三个阶段：下划、内划和上划，这构成了上肢推进的基础。游泳者可以通过减少手臂推进阶段之间的速度波动，从而实现更低的 IVV、减少主动阻力和能量消耗，更有效地利用上肢推进 ²⁴–²⁶。

尽管青少年游泳运动员在训练过程中的技术发展至关重要，但很少使用加速度计进行测量⁵。青少年运动员的技术变化可能在快速发展的影响下发生，也可能在不适当的训练负荷下发生。因此，定期监测年轻游泳运动员的运动学变化是合理的，这些变化提供了可以比较和分析的客观、精确的数据⁷,¹³。

从研究中我们知道，在疲劳的影响下，运动员会出现许多不利的运动学变化 ²⁷。本研究的目的是评估青少年游泳运动员在爬泳最大速度游泳 25 米后发生的技术变化。这些变化会影响游泳划水的效率和整体表现。了解这些变化对于制定更有效的训练策略以减轻疲劳的负面影响至关重要。

运动学变化，如手臂运动效率的丧失、身体旋转或姿势稳定性，可能导致表现下降，这在短距离中尤为明显 ²⁶。从研究中我们知道，在疲劳的影响下，运动员会出现许多不利的技术运动学变化 ²⁷。关于疲劳条件下儿童和青少年游泳运动学的加速度计研究很少。这些研究主要集中在描述步长和频率等简单变量上。因此，本研究的目的是确定年轻运动员在短距离最大速度爬泳游泳过程中与疲劳相关的运动学变化模式。

材料和方法

参与者

研究包括 24 名女孩（年龄 12.57±0.55 岁；身高 164.1±8.3 厘米；体重 51.3±8.4 公斤；体脂 20.2%±2.9%；50 米爬泳时间 32.15±2 秒；FINA 积分 453.5±83.36）和 14 名男孩（年龄 12.51±0.6 岁；身高 166±8.3 厘米；体重 49.1±9.4 公斤；体脂 13.6%±2.0%；50 米爬泳时间 30.4±2.8 秒，FINA 积分 391.0±60.2）。所有受试者都是马佐夫舍省青年国家队训练营的参与者，根据www.swimrankings.net，这些运动员在波兰奥林匹克距离的年龄组中排名前十。

该研究经华沙约瑟夫・皮苏茨基体育大学参议院研究伦理委员会批准（SKE 01–31/2023）。所有涉及人类参与者的程序均按照相关指南和规定进行，并遵守赫尔辛基宣言。获得了所有参与者的知情同意，由于受试者的年龄，还获得了他们的父母或法定监护人的知情同意。参与者及其法定监护人充分了解研究的性质、目的和过程，包括参与可能带来的任何潜在风险或益处。

测量在 25 米的游泳池中进行。受试者的任务是以最大速度游 50 米。运动员不是从出发台起跳，而是从池壁蹬离开始。运动员游了两圈游泳池，途中进行了典型的爬泳前滚翻。在测量前，运动员进行了由三部分组成的 1200 米热身 ²⁸。第一部分旨在通过热身大量肌肉来减少肌肉僵硬和受伤风险 ²⁹。第二部分刺激有氧途径，增加（热身后）将要进行的主要任务的运动中的血流量 ³⁰。第三部分刺激神经、呼吸受限游泳和肌肉系统，为最佳表现做准备 ³¹。

热身内容：

• 300 米自由选择泳姿。
• 12×25 米混合泳出发，40 秒内完成。
• 300 米爬泳（非常轻松）。
• 3×100 米出发，120 秒内完成（1×10 米全力爬泳 / 90 米非常轻松；1× 渐进式加速；1× 每 5 划呼吸一次）。

测量是在同一训练周期内，根据 12-13 岁运动员的主要赛事通用日历进行的。

仪器

对于每位运动员，计算了第一趟和第二趟平均周期内髋部运动的运动学个体特征。使用内置三轴陀螺仪和三轴加速度计的特殊惯性设备（REJ62g，JD Jarosław Doliński，波兰）来测量和记录速度和加速度的变化。该设备（65×50×30 毫米，95 克）放置在泡沫中，以尽量减少水动力阻力，同时确保稳定地固定在游泳者髂嵴的背部。记录器的中心位于骶骨底部水平。记录器使用由两部分组成的特殊腰带固定：一根不可伸展的绳子，记录器附着在上面，以及一条弹性带，放置在受试者的下腹部（图 1）。

测量信号以 200 Hz 的频率采样。使用 ±2g（\(g=9.81 m·s^{-2}\)）的测量范围来测量加速度。信号经过截止频率为 93 Hz 的低通滤波。为了测量旋转角速度，使用了 ±500 deg・s⁻¹ 的测量范围。

根据制造商的说法，加速度测量的绝对误差为 ±0.2 m・s⁻²。旋转角速度测量的准确性通过在每个轴周围 90 度范围内测量和计算机记录器的旋转角度间接检查。角度计算的绝对误差为 ±1 度。角旋转速度测量的绝对误差估计为 0.6 deg・s⁻¹。

测量的波形用截止频率为 20 Hz 的四极巴特沃斯低通滤波器进行平滑处理。选择滤波器截止频率的假设是，由于对测量信号进行滤波，计算出的渐进运动速度变化幅度不会被衰减超过 0.5%。

每个趟次的各个周期的加速度和角速度分量的波形进行了平均。还计算了分析变量的标准差波形。计算是利用波兰国家体育研究学院 Zbigniew Staniak 开发的作者软件 STA1v0 进行的。

分析了平均周期计算的以下变量：avmax–沿垂直轴的最大平移加速度，\(\omega_{max}R\)–绕垂直轴旋转运动的最大角速度（翻滚），\(\omega_{max}Y\)–绕矢状轴偏航运动的最大角速度（偏航旋转），以及AmaxR–绕垂直轴旋转运动的最大骨盆倾斜角度（图 2）。分析分别考虑了左上肢（Left）和右上肢（Right）活动期间的运动值，以及第一趟（I25）和第二趟（II25）的运动值。

使用 Tanita BC-545 N 天平（Tanita Corporation，东京，日本）测量体重和身体成分。

程序

统计分析

使用 G*POWER 程序计算得出需要 34 人（17+17）。假设在 0.05 的显著性水平和 0.80 的统计功效下检测到平均效应量的相互作用。

使用 STATISTICA v. 13.1 软件（TIBCO Software Inc.，2017）进行统计分析。使用 Kolmogorov-Smirnov 检验评估数据分布的正态性，使用 > 0.20 的 p 值阈值来确认分布的正态性。没有一个分析变量偏离正态性。

为了检验均值之间的差异，应用了重复测量方差分析（一般线性模型）。分析考虑了两个重复因素：趟次（第一和第二）和侧别（左和右），而性别（女性，男性）作为固定因素包括在内。对于事后比较，使用 Tukey 检验。显著性水平设定为\(\alpha=0.05\)。结果以平均值 ± 标准差以及 95% 置信区间表示。效应大小使用部分 eta 平方计算。结果以平均值 ± 标准差以及 95% 置信区间表示。

结果

分析变量的平均值 ± 标准差、p 值、F 值和\(\eta^{2}\)值如表 1 所示。在 II25 中观察到运动学参数的显著变化，以及左右手划水期间游泳技术的差异，分析变量的显著性和效应大小证明了这一点。

分析显示，趟次和性别之间存在显著的相互作用（\(F_{1,36}=32.0\)，\(p<0.005\)，\(\eta^{2}=0.31\)），这与第二趟中男孩的加速度值下降幅度大于女孩有关。

测试运动员的\(\omega_{max}Y\)值在 II25 中显著增加了 6.86%。达到\(\omega_{max}Y\)所需的时间（\(t\_\omega_{max}Y\)）也观察到同样的效果，I25 和 II25 之间的变化量为 32%。

在\(A_{max}R\)的值中观察到趟次和侧别的影响。在 II25 上，\(A_{max}R\)的值增加了 34%。I25 左右划水之间的差异为 1.95%，II25 时这一差异为 12.76%。观察到趟次和侧别之间的相互作用。进行的事后检验显示，I25 和 II25 在左右臂推进运动期间存在显著差异，II25 左右臂推进运动之间也存在差异。

达到\(A_{max}R\)所需的时间（\(t\_A_{max}R\)）在 II25 上增加了 33.01%。对于相同的值，左右之间存在显著差异，I25 为 5.45%，II25 为 10.95%。然而，在游泳距离部分（趟次）和左或右臂的主动阶段（侧别）之间没有观察到相互作用。

在 I25 和 II25 之间，omegamaxR的值显著小幅增加了 12.10%。

另一方面，达到omegamaxR所需的时间（\(t\_\omega_{max}R\)）在 II25 上比 I25 增加了 51.72%。观察到的增加是显著的，具有较大的效应量。此外，在左右臂运动之间观察到平均效应的显著差异。研究还显示了趟次和侧别之间的相互作用。事后分析显示，I25 和 II25 之间左右臂工作期间的身体运动存在显著差异，II25 左右臂动作之间也存在显著差异。I25 左右手的运动没有显著差异。

讨论

该研究分析了运动员在疲劳状态下发生的运动学变化。所使用的测量方法被证明是一种简单、详细和快速的评估青少年游泳运动员游泳运动学的测量工具。它可用于分析运动员的疲劳及其伴随的多个泳池长度的运动学变化。

加速度计测量显示，高水平青少年运动员在最大速度爬泳游泳的 II25 中，身体绕垂直轴的旋转运动发生了许多显著变化。\(A_{max}R\)的明显增加与 Psycharakis 和 Sanders¹⁰的研究结果一致，他们观察到游泳者在疲劳下的髋部旋转增加。因为增加旋转更容易呼吸 ³²，这可以解释 II25 中骨盆最大倾斜角度的不对称性，疲劳下的运动员呼吸更多，从研究中我们知道，运动员中单侧呼吸很常见 ³³。

在 II25 左右臂主动阶段观察到的AmaxR和tAmaxR的差异表明操作不对称。在左右臂推进阶段的Avmax差异也观察到不对称性。先前的研究 ²⁹,³⁰证明，最快的游泳者的特点是推进力的不对称性较低，并且这种不对称性与呼吸侧的偏好无关。

不对称性是我们在这项研究中观察到的疲劳和变化之间的关键方面之一。此外，Seifert 等人 ³⁴强调，爬泳中的协调管理在竞技运动员中尤为重要，这些细微差异会导致阻力增加和能量消耗。这表明疲劳显著干扰协调，可能阻碍运动员未来的表现。优化游泳训练中的不对称性是一个可以提高表现的方向。Vullings 等人 ³⁵的研究表明，使用加速度计实时监测运动员提供了足够的信息，可以在疲劳引起的损伤生根之前纠正技术。

从理论上讲，在使用左右上肢工作时保持对称工作并施加相似的推进力可以积极减少 IVV¹⁰,³¹，并改善水中的身体位置，这将直接有助于提高游泳成绩（增加速度）³⁷。研究表明，身体旋转增加与速度呈负相关，这主要与划频降低 ³⁸有关，不对称工作会损害游泳等周期性和连续活动的表现 ³⁹。

错误技术的重复运动是不对称性增加的最可能原因之一⁴⁰。因此，教练应该使用旨在减少青少年运动员不对称性的方法，因为在此期间游泳者更容易发生技术变化⁵。这些方法包括双侧呼吸和使用训练呼吸管。理论上，在自由泳中保持对称动作并在左右上肢划水时施加相似的推进力可以有效降低周期内速度变化（IVV）¹⁰,³¹，并改善水中身体姿势，直接有助于提高游泳速度 ³⁷。研究表明，身体旋转幅度增大与游泳速度呈负相关，这主要与划频下降 ³⁸有关，而不对称动作会削弱游泳等周期性连续运动的表现 ³⁹。

青少年运动员重复使用错误技术动作是导致不对称性加剧的最可能原因之一⁴⁰。因此，教练应采用旨在减少青少年运动员不对称性的训练方法，因为这一年龄段的游泳者技术易变性较高⁵。此类方法包括双侧呼吸训练和使用训练呼吸管 ³²。鉴于成年运动员至少 40% 的总训练量采用个人最佳泳姿⁴¹，因此有必要在此阶段之前巩固正确的游泳技术，以便有效利用专项训练。

因此，在爬泳训练中强调双侧呼吸和对称的游泳周期力学，尤其是在高强度间歇训练中，可能对青少年游泳运动员的长期发展至关重要。据我们所知，文献中仅针对上半身的自由泳矢状轴偏航旋转运动（yaw rotation）进行了描述 ³⁵,³⁶。本研究结果表明，II25 阶段偏航运动速度的增加对游泳成绩产生不利影响。在依赖平移运动的项目中，髂嵴的偏航运动显然不利，而在游泳中，这种旋转运动会导致推进阶段的阻力增加。

局限性

在解释研究结果时，应仔细考虑本研究的局限性。首先，研究对象为 12-13 岁的运动员，研究结果不应推广至年龄更大的运动员。成年运动员，尤其是更高水平的运动员，在疲劳状态下可能经历不同的运动学变化。

结论

本研究的主要重点是评估短距离游泳中的运动学变化。每个运动员的目标都应是最小化周期内速度变化（IVV）。此外，特别是在短距离高强度游泳中，疲劳引起的不对称性表明运动员存在特定缺陷。改善这种个体运动模式可以提高运动员的运动成绩。

青少年运动员在短距离内重复进行高强度、大运动量的游泳训练可能导致错误动作模式的固化。考虑到这一点，教练应将青少年运动员的最大速度游泳训练限制在短距离和适当的间歇内，并采用减少不对称动作的训练方法，如使用训练呼吸管。此外，应鼓励运动员在疲劳或呼吸时保持双侧呼吸并注意对称动作。

未来的研究应针对几个重要领域。一个关键重点是开发能够减少游泳者不对称性和最小化偏航运动的训练方法。此外，研究疲劳与运动学变化之间的相关性是否在年龄较大的运动员和不同泳姿（如仰泳）中存在也很有价值。最后，未来的研究应评估本研究中检测到的偏航运动对游泳整体运动成绩的影响程度。