（体育教育训练学专业论文）两种不同蹬车姿势对最大摄氧量及生物学特征的影响.pdf

摘要 最大摄氧量是公认的评定人体心肺功能和有氧代谢能力的重要指标。在近年 来的科学研究中，最大摄氧量的测试方法不断改进有了长足的发展，但大多数研 究都是针对不同人群之间以及不同负荷方案之间或者是不同方法之间的准确性 对比研究。而最大摄氧量测试方法与专项运动相结合的实效性研究却很少。本文 采用两种有代表性的骑行姿势蹬骑有氧功率自行车，试图寻找出适合奔跑类运动 项目采用的有氧能力测试方法。通过两种不同骑行方式下的最大摄氧量测试结果 以及各主要肌肉的肌电特征，分析造成最大摄氧量数据差异的原因。以期总结出 与奔跑类运动项目相适应的最大摄氧量测试方法，为今后的科研与训练提供借 鉴。 目的：借助自主研发的髋受力自行车座椅设计出一种模拟奔跑后蹬用力的后蹬式 骑行方式，并以此骑行方式测得的最大摄氧量与传统的功率自行车测试骑行方式 进行比较，希望发现二者之间的差异与关系，搞清导致差异的原因，进而在方法 学上进一步完善功率自行车最大摄氧量测试法，为奔跑类运动专项有氧能力评价 和专项有氧能力训练提供更为合理的测试手段和更加科学的参考数据。 对象：中国海洋大学学生1 1 人，受试者均为男性，平均年龄2 3 士2 岁、平均身 高1 8 0 6 5 士3 0 6 c m 、平均体重7 6 2 0 士3 3 8k g 。 方法：采用瑞典产m o n a r k 8 3 9 e 型自行车功量计、j e - t b 0 8 1 0 八通道肌电采集系 统、s o n y 高速摄影机对1 1 名受试者进行两种不同蹬骑方式( 传统前下蹬骑行方 式、髋受力后蹬骑行方式) 的最大摄氧量测试实验。实验采用高速摄影以及表面 肌电仪监测蹬车时左侧下肢主要用力肌肉臀大肌、股二头肌、股直肌的的生物学 特征。 研究结果： 1 、最大摄氧量： 传统前下蹬骑行方式下所测得的最大摄氧量大于髋受力后蹬骑行方式下测 得的最大摄氧量。 2 、肌电： ( a ) 在单圈传统骑行方式蹬骑过程中，主要肌肉放电顺序是股直肌一臀大肌一 股二头肌；肌肉结束放电顺序是股直肌一臀大肌一股二头肌；持续放电时间股二 头肌 股直肌 臀大肌；下肢主要工作肌的贡献率为：股直肌 臀大肌 股二头 肌。 ( b ) 在单圈髋受力后蹬骑行方式蹬骑过程中，主要肌肉放电顺序是股直肌一股 二头肌一臀大肌；主要肌肉结束放电顺序是股直肌一臀大肌一股二头肌；持续放 电时间股直肌 股二头肌 臀大肌；下肢主要工作肌的贡献率为：股直肌 股二 头肌 臀大肌。 3 、传统前下蹬骑行方式与髋受力后蹬骑行方式的最大摄氧量有显著的正相关关 系( r 2 = 0 9 4 8 8 ) ，以传统前下蹬骑行方式最大摄氧量推算髋受力后蹬骑行方式 最大摄氧量的回归方程为y = 0 6 4 8 9 x + 0 7 5 4 2 结论： 1 、以前蹬周期性运动为特征的传统功率自行车骑行方式运动比以后蹬周期性运 动为特征的髋受力自行车骑行方式运动能够表现出更大的有氧工作能力。 2 、髋受力后蹬骑行方式无论在用力方向、动作结构还是工作肌动员配比上都比 传统的功率自行车骑行方式更加接近奔跑技术，能更好的反应奔跑运动的项目特 点，是奔跑运动有氧能力自行车评价方法的合理运动形式。 3 、以传统功率自行车骑行方式获得的最大摄氧量过高的估计了奔跑类运动的专 项有氧能力，应该加以修正。 关键词：最大摄氧量、骑行方式、表面肌电、生物学特征 t h ee f f e c to ft w odif f e r e n tp e d ai in gp o s t u r e so nt h e m a xim ai o x y g e nu p t a k et e s t in d e x e sa n dbi0io gic ai c h a r a c t e ris tic s a b s t r a c t m a x i m a lo x y g e nu p t a k ei sr e c o g n i z e da st h ea s s e s s m e n to fc a r d i o p u l m o n a r yf u n c t i o n a n da ni m p o r t a n ti n d i c a t o ro fa e r o b i cc a p a c i t y i nr e c e n ts c i e n t i f i cr e s e a r c h e s ，t h e m a x i m u mo x y g e nu p t a k et e s tm e t h o d sc o n t i n u et oi m p r o v ea n dh a v em a d eag r e a t p r o g r e s s ，b u tm o s ts t u d i e sa r ec o m p a r a t i v es t u d yo fa c c u r a c yf o rd i f f e r e n tp e o p l e ， d i f f e r e n tl o a d so rd i f f e r e n tm e t h o d s t h ee f f e c t i v es t u d i e so ft h em a x i m u mo x y g e n u p t a k et e s tm e t h o d sc o m b i n e dw i t hs p e c i f i ce x e r c i s e a r ef e w i nt h i sp a p e r , t w o t y p i c a lp o s t u r e so ft i d i n ga e r o b i cp o w e rb i c y c l ea r cu s e dt ot r yt of i n das u i t a b l e a e r o b i cc a p a c i t yt e s tm e t h o du s e di nr u n n i n ge v e n t s a n a l y z et h ec a u s eo fm a x i m a l o x y g e nu p t a k ed a t ad i f f e r e n c e s 谢t 1 1t h em a x i m u mo x y g e nu p t a k et e s tr e s u l t sa n d c h a r a c t e r i s t i c so ft h em a j o rm u s c l ee m gb e t w e e nt w od i f f e r e n tt i d i n gw a y s s u mu p t h em a x i m a lo x y g e nu p t a k et e s tm e t h o dc o r r e s p o n d i n gt ot h er u n n i n ge v e n t sa n d s u p p l yr e f e r e n c e sf o rt h ef u t u r er e s e a r c ha n dt r a i n i n g p u r p o s e ：d e s i g nab a c k w a r dt i d i n gw a y o fs i m u l a t i n gb a c kd r i v i n gi nr u n n i n gw i m s e l f - d e v e l o p e dh i p s t r e s sb i c y c l es e a ta n d t e s tt h em a x i m a lo x y g e nu p t a k et oc o m p a r e w i t l lt h et r a d i t i o n a lt i d i n gw a yo fp o w e rb i c y c l e w eh o p et of i n dt h ed i f f e r e n c e sa n d r e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt w ow a y sa n di d e n t i f yt h ec a u s e s ，a n di m p r o v et h ep o w e r b i c y c l em a x i m a lo x y g e nu p t a k et e s tm e t h o df u r t h e r s ot h a ti tc a np r o v i d eam o r e r a t i o n a la n ds c i e n t i f i ct e s t i n gm e t h o d sa n dd a t ar e f e r e n c ef o rt h ea s s e s s m e n ta n dt h e s p e c i a lt r a i n i n go fa e r o b i cc a p a c i t yt e s ti nr u n n i n ge v e n t s t a r g e t ：1 1s t u d e n t si no c e a nu n i v e r s i t yo fc h i n a , t h es u b j e c t sw e r em a l e ，m e a na g e 2 34 - 2y e a r s ，m e a nh e i g h t18 0 6 54 - 3 0 6 e m ，m e a nw e i g h t7 6 2 0 士3 3 8k g m e t h o d s ：t h es w e d i s hm o n a r k 8 3 9t y p eb i c y c l ep o w e rm e t e ra n dj e t b 0 810 e i g h t c h a n n e le m ga c q u i s i t i o ns y s t e m ，s o n yh i g h s p e e dc a m e r aw a su s e di nt h e m a x i m u mo x y g e nu p t a k et e s tf o r11s p r i n t e r si nt w od i f f e r e n tr i d i n gw a y s t h ee x p e r i m e n t su s eh i g hs p e e dp h o t o g r a p h ya n ds u r f a c ee m gt om o n i t o rt h e b i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fg l u t e n sm a x i m u m s ，b i c e p sf e m o r i s ，r e c t u sf e m o r i so fl e f t l o w e rl i m bw h e nt h em a i nm u s c l e sw o r k s k e yf i n d i n g s ： 1 t h em a x i m u m o x y g e nu p t a k e t h em a x i m u mo x y g e nu p t a k em e a s u r e df r o mt h et r a d i t i o n a lw a yi sl a r g e rt h a nt h e o n e o f h i p s t r e s sb a c kd r i v i n gr i d i n gw a y ( 2 ) e m g t r e n d s ： ( a ) i nar o u n do ft r a d i t i o n a lw a yo fr i d i n gp e d a lp o w e rb i c y c l e ，t h eo r d e rt h a tm u s c l e s d i s c h a r g ei st h er e c t u sf e m o r i s g l u t e u sm a x i m u s - - t h eb i c e p sf e m o r i s ；t h eo r d e ro f e n dd i s c h a r g ei st h er e c t u sf e m o r i s - g l u t e u sm a x i m u s t h eb i c e p sf e m o r i s ；t h eo r d e r o fd i s c h a r g ed u r a t i o ni st h eb i c e p sf e m o r i s r e c t u sf e m o r i s g l u t e u sm a x i m u s ；t h e c o n t r i b u t i o no fl o w e rl i m bm a i nm u s c l e sw a st h er e c t u sf e m o r i s g i u t e u sm a x i m u s b i c e p sf e m o r i s ( b ) i nar o u n do fh i p - s t r e s sw a yo fr i d i n gp e d a lp o w e rb i c y c l e ，t h eo r d e rt h a tm u s c l e s d i s c h a r g ei st h er e c t u sf e r n o r i s t h eb i c e p sf e m o r i s - - g l u t e u sm a x i m u s ；t h eo r d e ro fe n d d i s c h a r g ei st h er e c t u sf e m o r i s g l u t e n sm a x i m u s - t h eb i c e p sf e m o r i s ；t h eo r d e ro f d i s c h a r g ed u r a t i o ni s t h er e c t u sf e m o r i s b i c e p sf e m o r i s g l u t e u sm a x i m u s ；t h e c o n t r i b u t i o no fl o w e rl i m bm a i nm u s c l e sw a st h er e c t u sf e m o d s g l u t e u sm a x i m u s b i c e p sf e m o r i s c o n t r i b u t i o no fl o w e rl i m bm a i nm u s c l e sw a st h er e c t u s f e m o r i s b i c e p s f e m o r i s g l u t e u sm a x i m u s ( 3 ) t h em a x i m u mo x y g e nu p t a k eb e t w e e nt r a d i t i o n a lr i d i n gw a ya n dh i p - s t r e s sb a c k d r i v i n gr i d i n gw a y h a sas i g n i f i c a n tp o s i t i v ec o r r e l a t i o n ( r 2 = 0 9 4 8 8 ) t h ee q u a t i o n s p e c u l a t e df r o mt r a d i t i o n a lw a y t oh i p - s t r e s sr i d i n gw a yi st h a ty = 0 6 4 8 9 x + 0 7 5 4 2 c o n c l u s i o n ： 1 t r a d i t i o n a lr i d i n gw a yc h a r a c t e r i z e db yp e r i o d i cf o r w a r de x t e n d i n gm o t i o nc a r l s h o wg r e a t e ra e r o b i cc a p a c i t yt h a nh i p - s t r e s st i d i n gw a yc h a r a c t e r i z e db yp e r i o d i c b a c kd r i v i n gm o t i o n 2 t h em o t i o ns t r u c t u r eo fh i p - s t r e s sb a c k w a r dd r i v i n gr i d i n gw a yi sm o r ec l o s et o t h ea c t u a lr u n n i n gt e c h n i q u e st h a nt r a d i t i o n a lw a y i nt h ed i r e c t i o no ff o r c e ，m o t i o n s t r u c t u r ea n dm o b i l i z a t i o no fw o r k i n gm u s c l e s i tc a nr e f l e c tt h ec h a r a c t e r i s t i c so f r u n n i n ge v e n t sb e t t e ra n da let h er e a s o n a b l em o t i o nf o r m so fa e r o b i cc a p a c i t y b i c y c l ee v a l u a t i o nm e t h o d s 3 t h em a x i m u mo x y g e nu p t a k eg o t 胁t h et r a d i t i o n a lr i d i n gw a yo v e r e s t i m a t et h e s p e c i a la e r o b i cc a p a c i t yi nr u n n i n ge v e n t s ，i ts h o u l db ec o r r e c t e d k e yw o r d s ：m a x i m a lo x y g e nu p t a k e ，r i d i n gw a y , s u r f a c ee l e e t r o m y o g r a p h y , b i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s 两种不同蹬车姿势对最大摄氧量及生物学特征的影响 0 前言 众所周知最大摄氧量是公认的评定人体肺功能和有氧代谢能力的重要指标， 早在2 0 世纪2 0 年代h i n 等人就开始应用最大摄氧量从事评定人体运动能力的研 究n 1 。最大摄氧量的测定方法有直接测定和间接测定两种方法，直接测试法又称 做实验室测试( 1 a b o r a t o r ym e a s u r e m e n t ) 让受试者带上专门的仪器在跑台 上跑步，通过调节跑台的跑速级别使得受试者运动至力竭，然后用专门仪器 收集到的受试者呼出的气体纳入气体分析仪进行分析，分析得出结果便能确 定出其最大摄氧量；间接测试法其依据是人体的耗氧量与本身完成的功率和 运动时的心率密切相关，因而通过运动时的心率和运动完成的功率推测受试 者的最大摄氧量。最大摄氧量数据由绝对值和相对值两种形式表示。绝对值是 指机体在单位时间内所能吸入的最大氧量，常以l m i n 为单位；相对值则是按每 千克体重计算的最大摄氧量，以m l k g m i n 为单位。较常用的最大摄氧量间接测 试方法有p w c l 7 0 法、a s t r a n d 列线图法、f o x 法等等，大部分测定方法通常需要 受试者在实验室条件下的标准化运动器械( 如跑台、有氧功率自行车等) 上进行递 增负荷运动。大量研究表明：功率自行车作为一种测试手段无论是有氧功率自行 车还是无氧功率自行车，实验数据的准确性会受到测试的指标、负荷的方案、测 试持续时间以及踏板最适宜长度等问题的影响乜】。部分学者认为功率自行车的测 试结果会受到气候状况的影响，当温度超出适宜范围后，气温每下降一度，测试 数据也会随之下降，应该选择适宜的温度进行测试实验】。还有的学者认为人体 生理水平影响测试结果，实验前进行大强度的运动，测出的最大摄氧量数值比未 经过大强度运动测出的数据低。因此，建议进行个体前后阶段对比时，测试实验 应在受试者无剧烈运动情况下进行h 1 。部分研究人员认为动机因素也会干扰到测 试结果，给予受试者适当的奖励，测验成绩能够提高拍】。在以上影响因素被逐渐 认知的过程中最大摄氧量测试也在不断的被完善，经历了化学分析仪、气体代谢 仪、混合袋室法、b r e a t hb yb r e a t h 法等阶段。最初的何氏气体分析仪总容积 为l o m l ，最小刻度为0 o l m l ，因此其分析的准确度只能低于或等于0 1 ，后来的 混合袋室法，其特点是最大摄氧量测试无论在小通气量还是大通气量时都可以保 两种不同蹬车姿势对最大摄氧量及生物学特征的影响 证气体分析的准确性7 1 。基于前人的研究不难发现，有氧功率自行车测试条件 下的最大摄氧量测试实验，会有很多因素影响测试结果的准确性。若这些影响因 素没有及时被发现，会影响测试指标的准确性，进而对科研人员、教练员、运动 员的科研和训练带来了极大的困扰，也不利于最大摄氧量测试实验本身的完善与 发展。 纵观近年来的研究，虽然学者们已经注意到实验的准确性受很多外部条件 影响，最大摄氧量测试方法在近些年来的科学研究中不断改进发展，但大多数研 究都是针对不同人群之间以及不同负荷方案之间或者是不同方法之间准确性的 对比研究晦引。而最大摄氧量测试方法与专项运动适宜性以及最大摄氧量专项测 试的实效性研究却很少。迄今为止除竞技自行车运动以外，有氧功率自行车最大 摄氧量测试方法已被大多数运动项目作为一种非专项性的基本有氧能力的测试 方法而广泛应用n 们。作为奔跑类运动项目的最大摄氧量测试方法，该测试是否更 为准确是一个值得思考的问题。影响奔跑运动测试方法的专项适宜性的重要因素 之一是该测试方法的动作结构与被评价者专项运动技术结构的一致性或相似性， 测试结果的准确性通常与该测试方法动作结构与被试者专项运动技术动作的相 似性成正相关关系。目前被广泛采用的有氧功率自行车最大摄氧量测试的骑行方 式源于标准的竞技自行车骑行方式，且最适合自行车运动有氧机能的评定。现行 功率自行车最大摄氧量测试的骑行方式的蹬伸方向总体是向前下方向的1 ，而奔 跑运动的总体用力方向是向后下方向的。二者在动作结构上有很大差异，这对奔 跑类运动项目采用有氧功率自行车进行有氧能力测试的准确性和专项适宜性无 疑会造成影响。就目前而言，还未见有人采用与奔跑类运动技术结构更加相近的 后蹬式自行车骑行方式进行最大摄氧量测试。如果采用后蹬式自行车骑行方式， 其与传统前下蹬式骑行方式所测得的最大摄氧量是否具有显著性差异? 产生这 种差异的机理是什么? 传统前下蹬骑行方式与改良的髋受力后蹬骑行方式的最 大摄氧量测试哪个更适合于奔跑运动的专项有氧能力评价? 这些都是非常令人 期待的问题。 本研究的的目的是：借助自主研发的髋受力自行车座椅设计出一种模拟奔跑 后蹬用力的后蹬式骑行方式，并以此骑行方式测得的最大摄氧量与传统的有氧功 率自行车测试骑行方式进行比较，希望发现二者之间的差异和关系，搞清导致差 2 两种不同蹬车姿势对最大摄氧量及生物学特征的影响 异的原因，进而在方法学上进一步完善功率自行车最大摄氧量测试法，为奔跑类 运动专项有氧能力评价和专项有氧能力训练提供更为合理的测试手段和更加科 学的参考数据。 1 文献综述 1 1 国内外对最大摄氧量测试的研究现状 “最大摄氧量”一词是在1 9 2 0 年由h i n 和h e b r s t 创造并定义的。他们观察 到，随着奔跑速度加快，人体对氧的摄取量增加，但当速度大于2 6 0 m m i n 后， 尽管继续提高奔跑速度，人体对氧的摄取不能再有所增加，由此提出了最大摄氧 量的概念。在我国一些有影响的运动生理学教科书中把最大摄氧量( v o 。眦) 也 称为“氧极限 ，当运动强度增加到一定限度后，人体的摄氧和用氧能力不再继 续增加，此时的摄氧量就是最大摄氧量。最大摄氧量是用来反映运动员的有氧能 力和运动潜能最重要的指标n 羽。近年来最大摄氧量测试指标被广泛应用于体育研 究的各个领域n 3 1 。如：陈坚华等( 2 0 0 6 年) 采用台阶实验测量2 3 2 名大学生的 最大摄氧量，用于了解广西大学大学生的有氧耐力水平，为大学生科学地参加体 育活动提供参考依据 1 4 a 陈金源等( 2 0 0 1 年) 采取亚极量踏阶运动间接法对6 0 8 名男战士、学员进行了最大摄氧量测定，为部队选兵、指导训练、评价体质提供 基础资料n 别。庞显勇等( 2 0 0 9 年) 对辽宁省自行车队6 名女子公路自行车运动 员进行递增负荷测试，得到其最大摄氧量和无氧阈及其对应的心率，结果显示： 经过一个训练周期，这6 名运动员的最大摄氧量的绝对值有提高但不明显，面相 对值均有非常显著的提高；无氧阂绝对值和相对值有显著性升高。表明最大摄氧 量的相对值与无氧阈的综合运用在训练中更为有效n 盯。最大摄氧量测试指标不仅 应用于机能评定、运动选材、训练效果监测等，而且近年来对最大摄氧量测试方 法准确性的研究也越来越受到关注。蔡广等( 2 0 0 8 年) 以3 4 5 名普通大学生男 2 1 8 名，女1 2 7 名为实验对象比较了两种台阶实验间接推算和直接测试最大摄 氧量的测试方法，结果表明最大摄氧量直接测试法与间接测试相比较，直接测试 法的准确性要高于间接测试法，但两步台阶测试法更加适用于大样本体质测试调 查与研究n 引。刘宏强( 2 0 0 5 年) 分别采用极量运动负荷功率自行车直接测定法 3 两种不同蹬车姿势对最大摄氧量及生物学特征的影响 和亚极量定量负荷最大摄氧量自动测定仪间接测定法对2 9 6 名在校大学男女生 进行了最大摄氧量的测定，通过对两种方法的测定结果进行比较得出结论极量运 动负荷功率自行车直接测定法得出的数据准确性更高川。杨翼( 2 0 0 9 年) 综述了 最大摄氧量在运动训练中的应用，提到直接测试法可以测得准确的最大摄氧量数 值。但是实验费时，需要比较复杂和昂贵的仪器设备，并且要求受试者竭尽全力 工作不宜进行大样本测定n 羽。李艳( 2 0 0 9 年) 对最大摄氧量直接测试法和间接测 试法的特点进行过总结：直接测试法虽然可以测得准确的数值，但不宜进行大样 本测定。而间接测试法虽有一定误差，但受试者不必运动至衰竭，测试也不需使 用特殊贵重仪器，具有省事，省时的特点n 朝。 从前人的研究不难发现，在最大摄氧量直接测试法与间接测试法相比较时， 直接测试法的准确性明显高于间接测试法。但由于直接测试法配套设施的复杂性 不适合大样本实验，越来越多的学者开始对各种间接测试法进行对比研究，试图 寻找间接测试法中准确性相对较高的方法。王维军( 2 0 0 7 年) 采用文献资料法、 对比法和数据统计法，通过对最大摄氧量间接测定方法中p w c l 7 0 法与两步台阶 实验法的比较研究得出结论：两步台阶实验方案测试比p w c l 7 0 测试更精确昭0 1 。 于长江( 2 0 0 5 年) 采用8 种方法测试最大摄氧量值，旨在寻找相对简单易行且信 度和效度均较高的测试方法。实验结果显示：p w c l 7 0 方案、a s t r a n d 列线图方案、 1 5 英里跑和4 0 c m 台阶试验测试结果与直接测试结果具有相关性。a s t r a n d 列线图方案是所有间接法中与直接法标准相关程度最高( r = 0 6 ，p 0 0 5 ) 1 。 通过以上学者的研究可以得出各种间接测试法与直接测试法相比，所得的数 据存在一定量的误差，但由于实际条件所限间接测试法的利用率还是高于直接测 试法。总结大量研究得出在间接测试法中准确性较高的测试法有a s t r a n d 列线图 法、f o x 法等。与此同时，在最大摄氧量测试不断完善的过程中少数学者们也注 意到最大摄氧量测试应与专项相结合。王道等( 2 0 0 4 年) 采用文献综述的方法 介绍了游泳运动员最大摄氧量及其一些常见的测试方法，包括实验室和训练场地 直接测试方法以及最大摄氧量的间接测定方法等。最后通过分析比较不同测试方 法的优缺点，指出等动训练仪上进行模拟游泳的最大摄氧量测试和使用便携式 气体代谢分析仪在水中进行正常游泳的测试符合游泳项目的专项特点晗钔。张迪 ( 2 0 0 8 年) 利用室外田径场地和分级递增负荷，对1 1 名男子马拉松运动员进行 了最大摄氧量和无氧闽的测试，实验证明室外场地递增负荷实验方案测试最大摄 氧量和无氧阂的精确性比功率自行车和室内跑台方案高，而且和马拉松项目特点 更加符合乜5 1 。 综上所述，虽然最大摄氧量测试近年来被应用于体育科研的各个领域，但目 前针对不同运动专项提出不同最大摄氧量测试方法的研究凤毛麟角，少有的此类 研究也只停留在从已有的测试方法中寻求更准确更合适该运动项目的测试方法。 从切合运动专项有氧能力角度创新最大摄氧量测试实验的研究还未见报道。因 此，本研究通过自主研发的髋受力装置实现对有氧功率自行车进行改良，使测试 动作与专项运动技术结构更加贴近，从而探索出适合奔跑类运动员进行的有氧能 力测试方法。 两种不同蹬车姿势对最大摄氧量及生物学特征的影响 1 2 国内外肌电技术应用于踏蹬过程肌肉的工作能力评价 的研究历史及现状 在体育科研技术日新月异的今天，表面肌电技术作为一种无创电检测方法已 成为体育研究的热点之一。肌电检验分析被广泛应用于体育科研的各个领域， 对竞技体育、大众健身运动的发展具有重要意义。肌电是是由于神经、肌肉兴奋 发出生物电信号，由此产生肌肉力的电信号根源。表面肌电信号( s u r f a c e e l e c t r o my o g r a ms i g n a l ，s e m g ) 是将神经肌肉的生物电变化在皮肤表面加以引 导、放大、显示和记录，从而获得一维的时间序列信号。最先检测到人体肌肉收 缩时能产生电信号的是法国科学家d u o i s - r e y m o n d ，从此人们就开始进行肌电研 究乜氐2 7 3 。研究表明，表面肌电信号( s e m g ) 来自大脑皮层运动区，形成于外周肌肉 众多运动单位的生物电活动在时间和空间上的总合 2 5 , 2 9 。表面肌电信号与肌肉活 动水平以及功能状态间存在着一定的联系，并因其检测具有非损伤性、实时性、 多靶点等优点被广泛应用于体育科学的研究。如：在体育科研中进行疲劳的判定、 运动技术合理性的分析、无损伤性预测肌纤维类型以及无氧阈值等等。肌电信号 分析主要集中在时分析和频分析两个领域啪1 。时域分析包括积分肌电值( i e m g ) 、 均方根值( r m s ) 、平均振幅( m a ) 等分析。积分肌电是指求单位时间内肌电信号曲 线下面积的总和，它可以很明显的反映出肌电信号随时间迸行的变化。频域分析 的主要方法是为了获得肌电信号的频谱或功率谱而进行的快速傅立叶转换 ( f f l ) 。频域常用的指标是中值频率( m e d i a nf r e q u e n c y ) 、均值频率( m e a n f r e q u e n c y ) 、频率范围、最高波峰频率、最高波峰幅值。由于它们可以很直观地 反映出表面肌电信号( s e m g ) 在不同频率分量上的变化，所以在频率维度上能够较 好的反映表面肌电信号( s e m g ) 的变化。表面肌电信号( s e m g ) 的处理方法有很多 种，每种方法都有其自身的特点。常见的有平均值叠加法、时域分析方法、频 谱分析方法棚1 、小波分析法、人工神经网络、混沌和分形分析等等汹崩1 。 目前，表面肌电技术应用于分析踏蹬过程下肢主要用力肌肉的工作能力的研 究有：h o u t z 等( 1 9 5 9 年) 第一次运用肌电技术进行自行车研究，对下肢1 4 块参 与踏蹬动作的肌肉进行了基本的分析口 ；f a r i s ( 1 9 7 8 年) 首次从神经肌肉协调 角度分析研究了平地坐位骑行时神经肌肉的系统协调性嘲1 ；g r e g o r ( 1 9 8 2 年) 对 6 两种不同蹬车姿势对最大摄氧鼍及生物学特征的影响 优秀的自行车运动员部分下肢肌肉肌电图进行了分析，研究了在骑行动作过程中 各主要工作肌之间的协调变化。研究发现：小腿三头肌在整个蹬骑周期内均有肌 肉活动，臀大肌在单个踏蹬周期前3 4 时间范围内持续工作，在踏蹬和上提阶段 股四头肌、胭绳肌活动度较高啪1 ；r y a n ( 1 9 9 2 年) 分析了恒定负荷和踏蹬频率 的下肢肌肉肌电变化m 1 ；n e p t u n e ( 1 9 9 7 年) 研究得出部分肌肉肌电信号会由于 踏蹬频率增加在较小曲柄角度时提前变化，即为满足较高踏蹬频率时技术动作的 需要，频率的增加会引起肌肉的提前工作。踏蹬频率增加时既有峰值的上升，也 有振幅的升高。此外，主要工作肌群的肌电信号时相也随踏蹬频率发生变化。结 果表明随踏蹬频率提高多数肌电信号一同提前，而比目鱼肌却相对延后h ； j a n s e n ( 1 9 9 7 年) 记录了递增负荷蹬车至1 0 0 v o 粼过程中股外肌的肌电信号， 发现m f ( 中值频率) 随时间而逐渐增加h 2 1 ：徐文静( 2 0 0 5 年) 测试3 0 s 全力蹬踏加有 7 5 自身体重负荷的功率自行车过程中的功率输出，记录股四头肌外侧肌在整个 过程中的肌电变化，进行运动中的开始5 s 和最后5 s 的肌电参数m f ( e e 值频率) p m p f ( 平均功率频率) 、z c r ( 零点通过率) 、a e - m g ( 平均肌电图) 和s p a ( 频谱区) 分析 比较。结论：训练和疲劳都使单谱肌电图指标m f 、m p f 、z c r 增加，使a e m g 、s p a 下 降提示前5 s 的单谱肌电图指标m f 、m p f 、z c r 、a e m g 、s p a 可反映训练水平，后5 s 可反映疲劳程度h 3 1 ；武莉( 2 0 0 8 年) 以4 种传动比( 4 8 1 3 、4 7 1 3 、4 7 1 4 、4 6 1 4 ) 为研究变量，让运动员在风阻训练台上进行踏蹬实验。踏蹬时采集右侧股直肌的 肌氧含量以及右侧竖脊肌、臀大肌、股直肌、股外侧肌、股内侧肌、股二头肌、 肥肠肌和胫骨前肌的肌电信号，同时进行二维摄像。实验表明：不同传动比运动 时均出现在运动的起动阶段积分肌电变化不大，基本保持水平：随着运动时间的 延长，积分肌电出现缓慢升高：而在最后的冲刺阶段，积分肌电出现大幅的升高。 与小传动比相比，大传动比运动时的积分肌电较大，而中位频率较小。在不同传 动比运动下肌氧含量与积分肌电都呈现出了显著负相关，而肌氧含量与心率仅在 大传动比运动下显著负相关，提示肌氧含量的变化与肌肉活动有密切的关系：即 在大传动比下运动更能影响心血管系统的携氧能力，增强机体有氧代谢能力h 引。 陈波( 2 0 0 9 年) 实验得出传统w i n g a t e 测试法自行车骑行的主要用力肌肉放电顺 序是股直肌一臀大肌一股二头肌；主要用力肌肉结束放电顺序是股直肌一臀大肌 一股二头肌。髋受力w i n g a t e i 贝! 试法自行车骑行过程中，主要用力肌肉放电顺序 7 两种不同蹬车姿势对最大摄氧量及生物学特征的影响 是股直肌一股二头肌一臀大肌。主要用力肌肉结束放电顺序是股直肌一臀大肌一 股二头肌h 5 i 。袁鹏( 2 0 0 6 年) 通过对场地自行车运动员下肢主要肌肉进行肌电实 验中得出，主要有四对拮抗肌参与踏蹬动作中，一般分为单关节肌和双关节肌两 两配对。在髋关节处的一组为臀大肌股直肌，膝关节处的为股二头肌股外侧肌 和股外侧肌腓肠肌内侧头两组，踝关节处胫骨前肌腓肠肌内侧头一组，单、双 关节肌间协同收缩保证了协调平滑的技术动作m 7 1 。罗炯( 2 0 0 8 年) 研究指出， 虽然在各个座高下不同肌肉的放电都无明显的规律性，但在1 0 1 耻骨联合座高下 各肌肉放电的总和最小h 7 1 。j o r g e m 等( 1 9 8 6 年) 研究发现，肌电活动情况与自行车 座高之间有比较复杂的联系：随座高的增加而减小放电量的是股四头肌，同时收 缩的是伸膝原动肌和拮抗肌，但在蹬伸过程中峰值却不重叠。e r i e s o n m ( 1 9 8 5 年) 实验发现最活跃的肌肉是股内外侧肌和胖肠肌，无论是在不同负荷数、不同 踏蹬率、不同座高条件下都表现出相同的现象。随着座椅高度的增加，臀中肌活 动有明显加强的趋势9 1 。孙科( 2 0 0 7 年) 小结中指出：从相关的国内外研究总结 一方面针对自行车骑行姿势的研究大多集中在心血管功能和呼吸功能等方面，涉 及动力学研究方面的研究并不多见。另一方面采用肌电技术对不同蹬骑自行车姿 势的研究很少，更未见针对运动员在不同功率自行车骑行姿势下主要用力肌肉工 作状态的肌电学方面的研究删。 综上所述，大量的踏蹬过程下肢主要用力肌肉的工作能力的肌电研究都集中 在不同负荷方案、不同踏蹬频率、不同座椅高度等角度，有采用肌电学方法对同 种测试不同姿势的下肌肉工作状态的对比肌电学研究凤毛麟角。而最大摄氧量测 试与此种肌电测试结合的研究更是未见报道。 1 3 国内外有关自行车骑行姿势的研究历史及现状 g o n z a l e z h 等( 1 9 8 9 年) 在下肢蹬骑自行车生物力学模型中提出，下肢和自 行车的车座、两个车把和两个踏板可以被看作是一个整体，五个环节连接在一起 被限制在同一个矢状面内运动。在骑行自行车的过程中，人体通过调整这五个点 的相对位置关系产生出不同的座高、不同的座管角、不同的躯干与下肢的角度、 不同的曲柄长度等等，由此产生了不同的自行车骑行姿势晦1 1 。m a n d r o u k a s k ( 1 9 9 0 年) 研究指出，蹬骑自行车过程中膝关节在充分伸直时，不仅自我感觉会比较轻 两种不同蹬车姿势对最大摄氧景及生物学特征的影响 松而且获得的效率也会更高。同时，相对较低的自行车座椅高度会对主要工作肌 的工作产生消极的影响别。p r i c e d 等( 1 9 9 7 年) 模拟了三种座高( 9 6 、1 0 0 、 1 0 4 大转子高) 和三种座管角( 8 0 。、7 4 、6 84 ) 共九种组合下的蹬骑实验，研究了 自行车运动员在进行次最大强度蹬骑自行车时的摄氧量和心率的变化情况，实验 结果发现不论在任种自行车座椅高度情况下，随着座管角的减小摄氧量都会有所 增加旧1 。s h e n n u m p l ( 1 9 7 6 年) 通过研究自行车座椅高度与人体摄氧量之间的关 系发现，座椅高度为1 1 2 坐骨高度时，人体摄氧量最大。座椅高度为1 0 0 - 1 0 3 坐骨高度时人体的耗氧量最小，人体的摄氧量会随着自行车座椅高度的升高而增 加泓1 。m a n d r o u k a s k ( 2 0 0 0 年) 在最大功率蹬骑自行车条件下进行了实验，研究 膝关节角度的改变会对人体循环系统造成何种影响，结果发现最大强度工作时间 人体在直膝1 8 0 时会比屈膝1 4 0 时长，心率、摄氧量和肺通气量也会相对更高 嫡翮。n o r d e e n ( 1 9 7 7 年) 研究发现，在进行相同强度的功率自行车运动时，女性 受试者在三种不同座椅高度情况下( 9 5 、1 0 0 、1 0 5 大转子高) ，耗氧量分别为 1 6 9l m i n ，1 6 1l m i n 和1 7 4 l m i n 。在座椅高度为1 0 0 时耗氧量最小，运 动学方面，髋关节的运动范围没有变化嘟3 。 综上所述，研究人员在对自行车骑行姿势的研究中指出座高和座管角改变会 引起人体蹬骑姿势的改变，进而影响蹬骑者心率、最大摄氧量、肺通气量发生改 变。但到目前为止有关有氧功率自行车的研究，其整体骑行用力方向仍是向前下 方向的。如果有氧功率自行车整体用力方向改为向后下方向又会造成何种影响， 值得探讨。 1 4 国内外对髋部受力后蹬姿势的研究现状 近年来体育项目的训练日趋专业化，专项力量被广泛关注。在体育教学和训 练中，力量素质是准确掌握运动技术和迅速提高运动成绩的基础。很多学者在研 究中都提到了“核心力量”的概念。王卫星等( 2 0 0 7 年) 对核心力量进行了详 尽的阐述：核心是腰、骨盆、髋关节形成的一个整体，是指人体的中间环节，具体 是肩关节以下髋关节以上包括骨盆在内的区域，所包含肌群有背部、腹部和构成 骨盆部的所有肌群。核心肌群的生理机制是腰一骨盆一髋关节包括2 9 块肌肉，都位 于人体的核心部位，这些肌肉在人体运动中起到稳定、传导力量、发力减力等作 9 两种不同蹬车姿势对最大摄氡量及生物学特征的影响 用。核心力量存在于所有运动项目中，所有体育动作都是以中心肌群为核心的运 动链，强有力的核心肌群对运动中的身体姿势、运动技能和专项技术动作起着稳 定和支持作用刚。吕季冬( 2 0 0 4 年) 提出现在一些优秀的教练员正在探索符合 项目需要的专项力量训练方法。刘翔