乒乓球是一项全球性的运动项目,全世界共有200多个国家和地区开展此项运动。在国际乒联2015年10月公布的世界排名中,成年男子和女子的前100名运动员分别来自34和25个国家和地区,其中中日韩三国共占33%(男子)和44%(女子),是世界乒乓球项目的大国。然而,作为一项奥运会比赛项目,乒乓球项目在奥运会上的格局却呈现一边倒的局面。我国乒乓球运动员在近6届奥运会中共获得该项目55.3%的奖牌,是乒乓球项目名符其实的大国和强国。有文献^[1]对多国竞技体育的调查表明,一个国家在某一项目上的成功主要归咎于财政支持、政策制定、体育参与、选材和培养体系、运动生涯和退役支持、训练设施、教练员培养、国际比赛和科学研究这9个因素。本文拟通过对国内外研究文献的分析,探究乒乓球项目在科学研究方面的现状,并主要从生物学(运动生理学和运动生物力学)的角度了解与乒乓球运动员和乒乓球项目相关的特征,为乒乓球项目训练的安排和科研的实施提供参考。

1 国内外乒乓球项目研究现状

通过搜索中国知网体育类核心期刊(2015年10月24日,文题搜索,搜索词为“乒乓球”)发现，国内期刊在过去57年共刊发846篇文献,历年刊发的文献呈上升趋势,进入21世纪刊发文章数基本在25篇以上。如果将这些文献按专题领域进行划分可以发现，68%(577篇)的文献属于技战术、格局/现状/对策/赛制、心理和其他4大专题领域,而生物力学和生理学/医学相关的文献只有59篇(7%)。如果将可能存在实/试验性研究的领域(心理学、训练/体能/选材、课程/教学、生物力学、生理学/医学)的374篇文献进行统计,只有69篇(18%)属于实/试验性文献。表明尽管国内对乒乓球项目的研究文献较多,但大部分集中于技战术领域和人文社会学领域,自然学科领域尤其是实验类的研究并不多。在我国运动训练领域,乒乓球被定义为“技能主导类”项目,但作为一项“人”的运动,对乒乓球项目特征的认识有待从生理学和生物力学2个角度进行更为全面的认识。

同样以“table tennis”为文题搜索词,在Google Scholar、Web of Science和Ebsco体育运动全文数据库对国外乒乓球项目相关文献进行搜索(搜索时间为2015年10月),共搜索到47篇文献,其中有26篇属于生物力学和生理学/医学领域(55.3%)。这26篇文献中实验性文献为24篇(92.3%)。尽管我们不能确保搜索到了国外有关乒乓球项目的所有文献,尤其是有关乒乓球项目人文社会科学方面的相关文献,但是有限的证据表明,国外对乒乓球项目的研究相对较少。然而,与国内文献情况不同的是,国外有限的乒乓球文献中有相当高比例的文献属于生物力学和生理学/医学研究领域,其对乒乓球项目进行了更多的实验性研究。国外对乒乓球项目研究较少的原因可能包括项目参与人口少(不易获得实验对象,尤其是高水平的实验对象)和财政支持少(在乒乓球项目科学研究方面的投入少)。国外更多的实验性研究也为了解乒乓球项目的生理学和生物力学特征提供依据。

2 对乒乓球运动员特征的认识 2.1 乒乓球运动员的形态学特征

乒乓球运动员在形态学方面似乎与普通人群无明显差异。表 1是国内外文献所报道的乒乓球运动员的形态学数据,这些文献中的乒乓球运动员水平各异(业余水平到世界冠军),年龄跨度较大(9~28岁)。文献中有5篇的研究对象属于国际水平,他/她们分别来自巴西^[2-4]和日本^[5-6]国家队，其数据表明,国际级乒乓球运动员年龄≥18岁,身高170~180 cm(男子)^[3-6],体重60~70 kg(男子)^[3-6],体脂率14.7%(男子)^[3-4]。由于来自不同运动水平和年龄的运动员,其他数据并不能较好地反映相应群体的形态学特征。

此外,由于只有生理学和生物力学的实验性研究才会报道受试者的形态学信息,而这2个领域的实验性研究又非常有限,因此，有关乒乓球运动员(尤其是高水平)的形态学特征的报道并不多。尽管国内有一些乒乓球项目生理学和生物力学的实验性文献,但是国内学者对“研究对象”的描述过于简单,未完整涵盖有如年龄、性别、身高、体重、体脂率/体重指数、训练年限等信息,这在一定程度上也影响了文献的科学性和严谨性。

2.2 乒乓球运动员的生理学特征

尽管乒乓球项目已有100多年历史,但是对乒乓球运动员的生理学特征和生理学能力关注不多^[27]。Yuza等^[6]报道日本男子全国冠军或世界冠军的最大摄氧量(${{\dot{v}}_{02\max }}$)为3.67 L/min或59.4 mL·(min·kg^-1)^-1(测试运动方式未知),这与Suchmomel^[28]所报道的捷克国内联赛级别男子运动员的水平类似(62.1 mL·(min·kg^-1)^-1,测试运动方式为跑步),这一水平与其他非耐力项目(如球类项目和对抗类项目^[28])运动员的水平类似,但略高于普通成年男子水平(3.0~3.5 L/min)。Suchmomel^[7]对捷克不同运动水平的男子乒乓球运动员的研究表明,运动水平高的乒乓球运动员拥有更高的$${{\dot{v}}_{02\max }}$(联赛级>地区级>业余级,分别对应为62.1、48.6和42.7 mL·(min·kg^-1)^-1,3组运动员的年龄相似),我们未公开发表的数据同样表明(表 2),大学生二级运动员(非高水平)的${{\dot{v}}_{02\max }}$也属于文献报道的普通人水平(男子3.0~3.5 L/min,女子2.0~2.5 L/min^[28]),这似乎表明尽管乒乓球运动员的${{\dot{v}}_{02\max }}$水平不高,但更高的${{\dot{v}}_{02\max }}$水平可能有助于运动员达到一个更高的运动水平(赛间和赛后获得更快的恢复^[27])。此外,尽管均为全国级的运动员,Suchomel^[7]报道的捷克男子乒乓球运动员${{\dot{v}}_{02\max }}$(62.1 mL·(min·kg^-1)^-1)却高于Zagatto等^[9]报道的巴西男子运动员(49.8 mL·(min·kg^-1)^-1),这可能与二者采用的测试运动方式不同有关(跑步^[7]和乒乓球击球^[9])。Ellwood等^[17]比较了跑步和乒乓球击球2种运动方式所对应的心率和V·O₂,发现相同心率下跑步所对应的V·O₂要高于乒乓球击球。

如果说${{\dot{v}}_{02\max }}$是反映人体有氧能力的最佳单一指标^[29-30],那么30 s Wingate无氧测试所对应的指标(最大功率和平均功率)是反映人体无氧能力的最为常用的指标^[31]。Kondric等人对斯洛文尼亚8名最高水平的乒乓球运动员(男女各4名)进行了30 s Wingate测试,并将测试结果和以色列不同运动项目运动员的结果进行比较,发现乒乓球运动员的平均功率(男子8.0 W/kg,女子6.6 W/kg)和最大功率(男子9.6 W/kg,女子8.0 W/kg)均小于其他项目运动员。需要注意的是,自行车30 s Wingate无氧测试过程中的能量供应有约50%来自于无氧糖酵解系统^[32],而乒乓球是一项以有氧和无氧磷酸原供能为主的运动项目^[27],其比赛和日常训练中的的血乳酸水平均很低(为1~2 mmol·L^-1)^{[10, 19]},即乒乓球日常训练中对糖酵解供能系统的刺激是非常小的,因此这个项目的运动员在以无氧糖酵解供能为主的30 s Wingate测试中的表现逊色于其他项目的运动员。

由于乒乓球一直被认为是“技能主导型”项目,国内外对乒乓球运动员生理学特征的研究非常有限。鉴于乒乓球项目低生理学要求和训练低生理学强度的原因,乒乓球运动员的有氧和无氧能力均列各运动项目之末。世界水平的乒乓球运动员生理学能力略好于普通人群,而非世界水平的乒乓球运动员生理学能力与普通人群类似。

2.3 乒乓球运动员的伤病特征

尽管乒乓球项目训练、比赛和生理学强度并不高,但是乒乓球运动员的伤病不可忽视。Junge等^[33]对2008年北京奥运会的所有参赛队员进行了伤病调查,发现乒乓球运动员的伤病率为5.2%(172名运动员中有9名),这一水平的伤病率尽管低于一些集体球类项目和同场对抗类项目(>10%),但略高于所有项目的平均水平(4.7%)。Majewski等^[34]对瑞士一家医院连续10年由专项运动导致的膝关节损伤进行了研究,发现乒乓球运动员的膝伤率位列所有运动项目的倒数第二(0.03%,123 653名乒乓球俱乐部会员中有37例)。故有必要了解乒乓球运动员这一群体的常见伤病部位。

Shida等^[35]1992年对参加日本乒乓球联赛的303员大学生运动员(男子166名,女子137名)进行了伤病相关的问卷调查(问卷回收率为95.3%),结果发现59.4%的运动员存在伤病,其中排名前五的伤病部位分别是腰(23.5%)、膝(13.4%)、腕(10.4%)、肩(10.1%)和踝(7.9%)。此外,调查数据还显示,约70%的伤病发生在高中阶段,运动员的首次伤病发生在始训后的5.9 a(此时的周训练量为26.5 h)^[35]。这些研究表明,乒乓球运动员的损伤仍需要引起重视,运动员受伤的概率将随着训练年限和周训练量的增加而增加,重复性的腰部旋转、下肢蹬伸和上肢挥动可能带来运动员腰、膝、腕和肩部的慢性损伤。

对于乒乓球运动员伤病的预防和康复,有必要加强发力的动作技术(灵活性、稳定性和功能化)和训练后的放松,以及注意非发力侧的身体训练,并定期对运动员进行动作的评估。Barczyk-Pawelec等^[36]对40名乒乓球运动员(11~26岁,训练年限为1~20 a)进行了姿态方面的研究,发现乒乓球运动员普遍存在驼背,以及水平面和额状面的非对称,乒乓球训练年限与双肩水平倾角呈显著性相关。驼背可能与乒乓球运动员对准备姿势时躯干的三点一线(后脑勺、上背和骶部)的忽视有关,非对称则可能与乒乓球的单边发力特征有关。Barczyk-Pawelec等^[37]的研究结果也得到了来自功能动作筛查(FMS)领域研究结果的支持。15名乒乓球国家队运动员功能动作筛查的得分只有14.14分,处于所测试的11个项目国家队运动员的平均水平,其中得分最低的2个测试动作分别是肩部灵活性(1.20分)和俯卧撑(1.47分,反映躯干稳定性)。

3 对乒乓球项目特征的认识 3.1 乒乓球项目的比赛特征

与其他球拍类运动项目类似,乒乓球属于间歇式运动项目,运动员需要不断地做功(回合)和休息(回合间歇),以赢得一分、一局或一场比赛为目的。尽管乒乓球项目一场比赛的持续时间可达10 min^[10],但是这其中除去捡球、休息等非回合时间,剩余的回合时间只占总比赛时间的20%~30%^[10],此比例要低于其他球拍类项目(羽毛球33.3%^[38]、网球37%^[39]、壁球70%^[40])。此外,跟其他球拍类项目相比,乒乓球比赛的平均回合时间(3~5 s^{[6, 10]})也较短(羽毛球7.4 s^[38]、网球10.2^[39]、壁球18.6 s^[40])。

图 1为对20名国家级和地区级乒乓球运动员的800多个回合的持续时间和间歇时间的频次分析,可以看出约60%回合的持续时间在1.5~3.5 s(持续时间>5.5 s的回合只占约10%),约55%的回合间歇时间<7.5 s^[10]。不过,这些数据并不包含削球运动员,削球运动员比赛的回合持续时间相对更长^[6]。与回合持续时间相对应的是每个回合的板数,对巴西国家级和地区级运动员的比赛分析结果(不包括削球选手)显示这个板数为3.9^[6],而对日本全国冠军和世界冠军的比赛统计表明,纳入削球运动员将导致统计的回合板数增加^[6]。2000年,国际乓联将乒乓球直径由38 mm改为40 mm,这也导致了比赛每回合的击球次数增加,一定程度上提高了比赛的观赏性^[41]。

3.2 乒乓球项目的生物力学特征

乒乓球项目生物力学的相关研究可分为人体运动的生物力学和器材(球和球拍)运动的生物力学两大类。对国内核心期刊的检索发现,对乒乓球项目人体运动和器材运动的生物力学文献分别为11和20篇。对乒乓球项目人体运动的生物力学研究主要涉及上肢力量特征^[42-45]、上/下肢或球拍运动学特征^[46-49]、地面支撑力^[50]3个方面;对乒乓球器材的生物力学研究主要涉及乒乓球旋转^[51-53]、乒乓球击球^{[45, 54-57]}、乒乓球轨迹^[58]等方面。国外对乒乓球项目生物力学的研究同样非常有限,这些研究主要是有关上肢旋转对球拍速度的影响^[5]、球拍质量和挥拍频率对球旋转的影响^[13]、乒乓球小球改大球对比赛特征的影响^[41]、不同指标对乒乓球旋转的影响^[59]等几个方面。乒乓球项目生物力学特征有待更多的研究。

3.3 乒乓球项目的生理学特征

乒乓球的比赛特征和动作发力特征决定着乒乓球项目的生理学特征。如上所述,尽管乒乓球比赛持续时间>10 min,但其中只有20%~30%的时间处于回合对打^[10],平均单次回合也只持续约3~5 s^{[6, 10]},即运动员回合和回合间歇的时间比只有1∶2^[10],这意味着乒乓球比赛大致为“运动3~5 s、休息6~10 s”的交替运动。此外,尽管乒乓球为一项全身性运动,但是其发力动作是以上肢的挥动为主,这种动作发力过程参与的肌肉量少,对身体整体能量供应的需求小。综合以上2个方面的特征,可以推测乒乓球项目对生理学的要求相对小。有限的研究证明了以上推测。作为反映负荷强度的常用指标^[60],心率、血乳酸、V·O₂和主观疲劳度在乒乓球训练和比赛中的值并不高。乒乓球比赛过程中的平均心率为155~165次/min^{[6-7, 10]}，最高心率约180次/min^{[6, 10]},低水平比赛时平均心率更低（<150次/min^{[7, 19]}),平均血乳酸为1.1~1.8 mmol·L^{-1[10, 19]}，比赛后最高血乳酸为2.2 mmol·L^-1[10],训练课平均血乳酸为1.2 mmol·L^-1,当进行类似连续击球200次训练时血乳酸可达2.0~4.5 mmol·L^-1[19](图 2),平均V·O₂为25.6 mL·（min·kg^-1）-1^[19](参照表 2中同年龄组的V·O_2max/peak,可推测这一水平约为个人V·O_2max/peak的50%),主观疲劳度约为11.8^[19](介于“11轻松”和“13有点难”之间,训练对应为13.5,略高于“有点难”^[61] ),平均能量消耗为4.8 METs(训练为6.8 METs)^[19],而世界卫生组织定义的中等运动强度为3.0~5.9 METs^[62]。

综合以上文献,可知乒乓球比赛(和训练)的生理学强度并不高,其原因在于乒乓球发力较少的肌肉参与量和较短的回合时间。乒乓球比赛(和训练)的能量供应以有氧供能(回合间歇时和回合击球时)和无氧磷酸原供能(回合击球时)为主^[27],无氧糖酵解供能几乎不参与。正因为如此,乒乓球运动员竞技能力的提升并不需要过高的生理学能力,乒乓球运动员的生理学能力(如V·O_2max/peak)等于或略高于普通人群。

尽管乒乓球为非周期类运动项目,但是为了提高特定技术动作的娴熟度,乒乓球运动员常采用单一动作的重复性练习(如正手前冲弧圈200球练习^[19]),而这种练习属于周期性练习。对于周期性运动项目,不同运动方式的最大乳酸稳态并不相同^[63],Zagatto等^[3]对乒乓球单一动作的重复性练习进行了最大乳酸稳态的研究(但持续时间只有20 min),发现对应的乳酸值 为3.5 mmol·L^-1。这一结果为以乒乓球特定技术动作为一种周期性练习的训练强度制定提供一定的生理学基础。

4 乒乓球项目生物学特征的未来研究方向 4.1 加强乒乓球项目生物学特征的实验性研究

我国是乒乓球大国和强国,竞技体育奖牌(55.3%的奥运奖牌)和研究领域文献(核心期刊发文约25篇/a)的数量都足以为证；但这些“大”和“强”与我国对乒乓球项目的生物学特征的认识水平并不相符,我国对乒乓球项目亟待开展更多生物学科(运动生理学和运动生物力学)的研究,亟待开展更多的实验性研究,以进一步扩大我国乒乓球项目技战术的优势,夯实我国乒乓球项目的大国和强国地位。

4.2 从动作角度注重高水平运动员的伤病预防

由于长的训练年限和大的周训练量,竞技体育领域高水平乒乓球运动员的伤病率和动作能力都处于(或略好于)多个运动项目的平均水平。乒乓球运动员长年处于准备姿势,以及单侧发力,其在腰、膝、腕、肩和踝容易出现伤病。未来研究可以考虑如何通过动作训练改善乒乓球运动员的准备姿势,如何通过非发力侧的补偿性训练降低伤病的发生率。

4.3 从能量代谢角度研究如何促进大众健身中乒乓球项目的普及

相对低的生理学强度要求让几乎所有大众都有可能从事乒乓球项目的锻炼,但这一项优势也成为目前乒乓球项目在大众健康领域普及的一项劣势。体力活动不足和能量过剩是当今社会的一个普遍现象,如何在有限的时间内消耗更多(以脂肪供能为主)的能量成为当今大众健身领域的一个重要议题。未来研究一方面须关注乒乓球这一运动方式在能量消耗方面的效果,另一方面须考虑如何设计乒乓球项目的练习方案(如增加回合时间、加强步伐移动)以提高这一运动方式的生理学强度。