《Biomechanics》：Fatigue-Induced Decline in Push-Phase Propulsive Force While Preserving Intra-Cycle Force Timing in Competitive Swimmers
Luca Puce,
Marco Panascì,
Gennaro Apollaro,
Vittoria Ferrando,
Piero Ruggeri and
Emanuela Luisa Faelli
编辑推荐：
为解决游泳运动在持续高负荷下推进力下降的机制不明问题，研究人员开展了一项旨在明确疲劳对推进力影响的实证研究。该研究利用穿戴式压力传感划水板（KZ+系统）与高速视频同步，分析了12名竞技游泳运动员在恒定速度下力竭性自由泳过程中的上肢推进力与双侧协调性。结果表明，疲劳引发的总推进冲量与平均推进力在测试早期（30-40%阶段）即显著下降，且主要源于推水期的力与冲量减少。然而，力-时曲线在周期内的时序指标（如峰值力时序、冲量中心）及双侧不对称性在疲劳过程中保持稳定。该研究为精准识别疲劳导致的生物力学缺陷提供了新证据，有助于制定更具针对性的技术与体能训练方案。
在竞技游泳的赛场上，运动员的每一次划臂都凝聚着力量、技巧与耐力的精密配合。然而，当比赛进入后半程，随着体能的大量消耗，一个核心问题浮出水面：运动员的划水力量是如何下降的？是技术动作变形、身体协调性变差，还是纯粹的力量输出能力减弱了？这一问题对科学训练至关重要。如果只是力量下降，那么强化体能或许就是关键；但如果是动作节奏被打乱，那么调整技术策略就显得更为紧迫。然而，传统的游泳生物力学研究多关注峰值力或平均力，难以精确捕捉疲劳过程中不同划水阶段（如入水抓抱水阶段 vs. 推水阶段）的力量变化，这导致我们无法精准定位疲劳损伤的核心环节。为了解决这一难题，一项发表在《Biomechanics》上的研究利用前沿的穿戴式传感技术，对运动员“力竭”过程中的每一次划水进行了精细化的“解剖”分析。
为了开展这项研究，研究人员采用了几个关键技术方法：
首先是压力传感系统，通过安装在运动员手掌上的KZ+系统（穿戴式压差迷你划水板），实时测量手掌掌背与掌心的压力差，以此作为推进力的代理指标，该系统可避免干扰运动员的自然划水动作。其次是速度控制与同步化，受试者需在视觉引导下（LED灯组），以恒定速度（约为个人最快速度的95%）游进直至力竭，确保观察到的变化源于疲劳而非自选的节奏策略。同时，研究利用高速视频与力信号进行手动触发同步，实现了运动学与动力学数据的精确对齐。此外，在数据分析上，研究人员对每个划水周期进行时间标准化，并提取了包括总冲量、阶段冲量、峰值力、峰值时序等多个变量，特别区分了早期入水抓抱水阶段（约占划水周期的前50%）和后期推水阶段（后50%）的力输出，以进行阶段特异性分析。
研究结果
- •
总推进力与冲量的下降：研究表明，在恒定速度的自由泳力竭测试中，运动员上肢产生的总体推进冲量（即力-时间曲线下的面积）和平均推进力很早就出现了下降，最早在测试持续时间的30-40%阶段就已观察到显著降低。
- •
推水期是下降的主要阶段：进一步的分析揭示，推进力的下降并非均匀分布于整个划水周期。最大的力与冲量减少发生在推水阶段，而早期阶段（入水-抓水-拉水）产生的力在疲劳过程中并未发生明显变化。这说明，疲劳对游泳推进功能的影响具有阶段特异性。
- •
双侧力量的差异：研究还发现了一个有趣的现象：在非优势臂（研究中大部分为左臂）上，推水期冲量的下降发生得更早（从测试持续时间的20%开始），而优势臂（右臂）的下降则相对滞后（从40%开始）。这提示疲劳对不同手臂的影响存在时程差异。
- •
时序与协调性的稳定性：尽管力量输出下降，但划水周期内的时序特征表现出惊人的稳定性。峰值力出现的时间点以及衡量力输出分布中心的冲量中心在疲劳过程中均未发生显著变化。此外，双臂之间的不对称性也保持恒定。这意味着，运动员在疲劳状态下，似乎优先保持了划水动作的基本节奏与双侧协调模式，牺牲的是力量输出的“量”而非“时”。
- •
划频与效率的变化：从测试中期开始，运动员的划频显著增加，试图通过加快划水频率来弥补每次划水力量的损失。然而，这种补偿策略伴随着划水效率的下降，两者呈强烈的负相关（r = -0.79）。进一步分析发现，划水效率与推水期的冲量及峰值力呈正相关，再次印证了推水期是维持高效推进的关键。
研究结论与讨论
本研究的核心结论是：在恒定速度下进行的、直至力竭的自由泳运动中，游泳推进力会随着疲劳的累积而逐步下降，但这种下降主要是由推水阶段的力与冲量减少驱动的，而非早期水下动作阶段（入水-抓水-拉水）的力量变化，也不是由划水周期内的时序调整或肢体间不对称性增加所导致。运动员在疲劳早期通过提高划水频率来试图补偿推水力量的损失，但这一策略最终无法维持所要求的速度，导致了表现的最终下滑。
这项研究具有重要的理论和实践意义。在理论上，它首次在生态学条件下（自由游泳）清晰地揭示了疲劳对游泳推进力的阶段特异性影响，将力下降的“主战场”定位在推水期，这深化了我们对游泳运动中疲劳生物力学机制的理解。在实践上，研究结果为竞技游泳的科学训练提供了精准的靶点。教练和运动员应当认识到，针对性的抗疲劳训练，特别是强化与推水阶段相关的肌肉群（如肱三头肌、背阔肌）的力量与耐力，可能比泛泛的体能训练更为有效。同时，研究证实了运动员在疲劳时能够保持基本的技术框架（时序与对称性），这提示在技术训练中，应着重巩固和优化推水阶段的技术细节，而非过度担忧整个动作结构的崩溃。此外，该研究所采用的穿戴式压差传感技术，为未来在真实训练和比赛环境中实时监控运动员的推进力状态、评估技术效果和疲劳水平，提供了一种极具潜力的工具。
