何俊良，許以誠，馬國強

女子短距離自行車項目是上海市的優(yōu)勢項目，在剛結(jié)束的第十二屆全國運動會上，上海自行車隊短距離項目奪取了優(yōu)異的成績。全運會過后，上海自行車短距離項目怎樣在國內(nèi)保持優(yōu)勢，在國際賽場上取得更好成績，對短距離自行車運動員的騎行技術(shù)進行技術(shù)診斷無疑是一次有效的科學訓練嘗試。

速度能力一直是自行車運動員最為重要的能力，包括啟動加速能力（爆發(fā)力）和高速維持能力（速度耐力）。45 s全力沖刺騎行訓練是上海自行車隊女子運動員常用的速度能力訓練方法。已有研究表明，在自行車全力沖刺騎行后期，自行車運動員會減少踝關(guān)節(jié)的移動，使下肢踏蹬動作僅限于髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的屈伸動作[1]。該研究提示，在全力沖刺騎行中，不同運動員的速度能力特點可能通過一些運動學參數(shù)及其變化體現(xiàn)出來。

本文通過對女子自行車運動員全力沖刺騎行的下肢運動學分析，探討不同水平運動員速度能力的特點，篩選評價下肢踏蹬技術(shù)的運動學指標，為上海自行車女子短距離運動員提供個性化訓練建議。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取上海市自行車隊短距離項目女子運動員4名。受試運動員具體信息見表1。

表1 受試自行車運動員基本信息表Table I Basic Information of the Subjects

受試運動員身體健康狀況良好，實驗前24 h未從事劇烈運動，半年內(nèi)無下肢創(chuàng)傷史，受試當日無肌肉疲勞癥狀、精神狀態(tài)良好。

1.2 研究方法

本研究使用的三維紅外運動捕捉系統(tǒng)為由9臺瑞典QUALISYS公司生產(chǎn)的OQUS400紅外攝像頭組成，本次研究中采樣頻率為120 Hz，采集軟件為QUALISYS自帶軟件 QTM （Qualisys Track Manager），軟件版本為QTM 2.7。所有攝像頭由其自帶的同步裝置進行同步捕捉。本次研究中，三維紅外運動捕捉系統(tǒng)攝像頭布局如圖1所示。

圖1 三維紅外運動捕捉系統(tǒng)鏡頭構(gòu)成圖Figure 1 Camera Composition of the Three-dimensional Motion Capture System

在受試者身上貼放50處Mark反光點。包括骨盆部分6點，即雙側(cè)髂前上棘點、髂后上棘點、髂嵴最高點；雙側(cè)下肢18點，包括雙側(cè)股骨大轉(zhuǎn)子點、大腿跟蹤點（用弧形塑料板綁于大腿中段，塑料板上放置4點呈矩形排列）、股骨外上髁點、股骨內(nèi)上髁點、小腿跟蹤點（用弧形塑料板綁于小腿中段，塑料板上放置4點呈矩形排列）、腓骨外髁點、脛骨內(nèi)髁點；雙側(cè)足部共8點，包括雙側(cè)第一跖趾關(guān)節(jié)點、第五跖趾關(guān)節(jié)點、足跟點、足面跟蹤點。

踏頻數(shù)據(jù)采集裝置為德國產(chǎn)SRM自行車測功儀，型號為場地無線版。

本次測試要求受試運動員使用場地自行車于滾筒之上進行全力沖刺騎行，測試用LOOK 496場地自行車（法國）上安裝無線版場地SRM系統(tǒng)（德國）。以測試人員口令為開始信號，同步進行運動學與踏蹬頻率采集受試運動員進行45 s全力沖刺騎行數(shù)據(jù) （測試準備開始之前由測試人員抓扶自行車后端使受試運動員保持平衡）。受試者被要求全程保持坐騎，并盡最大努力完成每一腳踏蹬，采集全力騎行45 s的下肢運動學數(shù)據(jù)。使用Visual3D軟件計算出受試者的運動學相關(guān)參數(shù)。

1.3 測試指標

本文主要選取自行車踏頻、踏板速度、下肢關(guān)節(jié)活動度等指標進行分析研究，測試結(jié)果選取開始加速1.5 s、速度平穩(wěn)期1.5 s和結(jié)束前1.5 s這3個時期進行分析 （3個時期分別記為開始階段、中間階段、結(jié)束階段）[2]。

自行車踏頻指受試運動員在1 min內(nèi)踏板轉(zhuǎn)動的圈數(shù)。踏板速度指踏板轉(zhuǎn)動的線速度，本次研究中受試運動員左足第五跖趾關(guān)節(jié)點的線速度表示，不考慮速度向量的方向性。用以間接表示受試運動員的騎行速度，從而體現(xiàn)受試運動員在整個全力沖刺騎行中的速度能力。各階段的最大踏板速度，選取該階段左足跖趾關(guān)節(jié)點最大線速度；最小踏板速度則選取最大踏板速度同一踏蹬周期的左足跖趾關(guān)節(jié)點的最小線速度。各階段踏板速度差值通過最大踏板速度減去最小踏板速度得出。

下肢關(guān)節(jié)活動度指雙側(cè)下肢髖、膝、踝三關(guān)節(jié)的活動度。髖關(guān)節(jié)活動度通過計算骨盆與大腿的環(huán)節(jié)內(nèi)角最大值與最小值之差得出。膝關(guān)節(jié)活動度是通過計算大腿與小腿的環(huán)節(jié)內(nèi)角最大值與最小值之差得出。踝關(guān)節(jié)活動度是通過計算小腿與足的環(huán)節(jié)內(nèi)角最大值與最小值之差得出。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本研究中的所有數(shù)據(jù)均通過EXCEL 2003軟件計算得出。

2 研究結(jié)果

2.1 自行車踏頻

通過全程踏頻曲線來看（見圖2），鐘××全程踏頻曲線峰值不高、加速階段曲線斜率也不大、曲線在較高的踏頻范圍（140 rpm以上）維持時間為30.5 s、后期曲線最小值大、后期曲線下降斜率小。徐××全程踏頻曲線峰值不高、加速階段曲線斜率也不大、曲線并沒有能夠達到較高的踏頻范圍 （140 rpm以上）。顧××全程踏頻曲線峰值最高、加速階段曲線斜率較大、曲線在較高的踏頻范圍（140 rpm以上）維持時間為30 s、后期曲線最小值小、后期曲線下降斜率大。姚××全程踏頻曲線峰值尚可、加速階段斜率最大、曲線在較高的踏頻范圍（140 rpm以上）維持時間為30 s、后期曲線最小值較大、后期曲線下降斜率較小。

圖2 女子自行車運動員45s全力沖刺騎行踏頻曲線圖Figure 2 Pedaling Frequency Curve of the Female Cyclists during the 45s Sprint Riding

2.2 踏板速度

表2可見踏板速度在2.8 m/s以上屬于較大的速度，為本次受試運動員中較高水平。鐘××踏板速度最大值能夠兩次達到2.8 m/s以上，分別是開始階段和中間階段（2.85 m/s和2.88 m/s）。在4名受試運動員中，也只有鐘××能夠有兩階段踏板速度達到2.8 m/s以上，但是速度差值相對較大（3個時期分別為 0.84 m/s、0.72 m/s、0.77 m/s）。 徐××最高速度低（為2.44 m/s），且整體速度最大值均不高（中間時期為2.30 m/s，結(jié)束時期為1.12 m/s），結(jié)束時期較開始時期下降較為明顯（＞1m/s）。3個時期速度差值均較小（分別為 0.53 m/s、0.51 m/s和 0.23 m/s）。 顧××3個階段的踏板速度最大值的平均值為2.67 m/s，在所有受試運動員中排名第三，但其在開始階段踏板速度最大值達到2.89 m/s，為女運動員中最大值，開始階段與結(jié)束階段的踏板速度最大值差為0.46 m/s，在所有受試運動員中排名第三。姚××3個階段的踏板速度最大值的平均值為2.71 m/s，在所有受試運動員中僅次于鐘××。開始階段與結(jié)束階段的踏板速度最大值差為0.37 m/s，與鐘××的 0.08 sm/s相比還是存在差距。在3個時期速度差值相對較大（0.76 m/s、0.74 m/s、0.65 m/s）。

表2 沖刺騎行測試3個階段的踏板速度變化一覽表Table IIChange of the Pedaling Speed during the Three Stages of Sprint Riding

2.3 下肢髖、膝、踝關(guān)節(jié)活動度

如表 3所示，鐘××、顧××、姚××3 名運動員發(fā)生了結(jié)束階段較開始階段踝關(guān)節(jié)活動度減少，髖關(guān)節(jié)活動度增加的現(xiàn)象。尤其以兩名一級運動員運動員顧××和姚××較為明顯，左踝關(guān)節(jié)下降幅度都超過了10°（顧××為 23.789°，姚××為 16.931°），而她們右踝關(guān)節(jié)活動度下降幅度卻沒有左踝關(guān)節(jié)顯著（顧××為13.224°，姚××為 4.254°）。

表3 沖刺騎行測試3個階段的下肢關(guān)節(jié)活動度變化一覽表Table III Change of the ROM of the Lower Limbs during the Three Stages of Sprint Riding

3 分析討論

針對自行車運動短距離項目而言，速度能力是極為重要的。優(yōu)秀的速度能力應(yīng)當表現(xiàn)為強大的啟動加速能力（從靜止狀態(tài)加速到最大速度），良好的維持高速能力（在競賽中能將速度維持在一個高水平）。

踏蹬頻率能夠顯示自行車運動員速度能力的水平，而45 s全程沖刺騎行的踏頻曲線則可以反映出運動員的速度能力特點。鐘××測試全程的踏頻變化提示該運動員的專項速度能力特點為：維持高速能力突出，加速能力強；而顧××和姚××的踏頻曲線均顯示出運動員的速度能力特點為，加速能力強；但姚××的維持速度能力較弱，后期騎行速度下降較為嚴重。這一現(xiàn)象也能夠充分地與他們的運動成績相互印證，姚××的運動成績要差于鐘××和顧××。自行車踏頻曲線能夠從整體上顯示受試運動員的速度能力特點，通過對曲線的分析為進一步對受試運動員做踏蹬動作技術(shù)下肢運動學分析奠定基礎(chǔ)。通過明確不同運動員的速度能力特點，有助于今后更好地制定訓練側(cè)重點和調(diào)整項目的技戰(zhàn)術(shù)。

同樣，通過分析踏板速度變化也發(fā)現(xiàn)，鐘××能獲得的最大速度較大、保持高速度的能力很強。鐘××3個階段的踏板速度最大值的平均值為2.83 m/s，在所有受試運動員中最大，并且開始階段與結(jié)束階段的踏板速度最大值差為0.08 m/s，為所有受試運動員中最小。這表明鐘××的速度能力，無論是啟動加速能力，還是維持高速能力都較其他運動員具備一定的優(yōu)勢，并且維持高速能力優(yōu)勢明顯。

維持高速的能力是運動員獲得優(yōu)秀成績的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而在沖刺騎行中后期出現(xiàn)的速度下降現(xiàn)象，是一種正常的生理現(xiàn)象。怎樣減弱這種生理現(xiàn)象，則取決于機體抵抗疲勞反應(yīng)，尤其是下肢肌肉群抵抗疲勞反應(yīng)的能力[3]。

本次研究中發(fā)現(xiàn)，受試運動員全力沖刺騎行到了中后期，發(fā)生踝關(guān)節(jié)活動度減小、髖關(guān)節(jié)活動度增加的現(xiàn)象。并呈現(xiàn)隨著運動員的運動水平降低，左踝關(guān)節(jié)活動度減小程度增大的趨勢。這可能由于全力沖刺騎行后期機體產(chǎn)生疲勞，特別是小肌肉群控制的關(guān)節(jié)（如踝關(guān)節(jié)）疲勞反應(yīng)最大，為了繼續(xù)保持高速騎行，于是就發(fā)生了大肌肉群控制的關(guān)節(jié)（如髖關(guān)節(jié)）代償?shù)默F(xiàn)象[3]。

由于踝關(guān)節(jié)跖屈肌可將下肢產(chǎn)生的功率傳遞到踏板，因此減少踝關(guān)節(jié)運動能夠增加關(guān)節(jié)剛度，從而減少疲勞狀態(tài)下踝關(guān)節(jié)的能量流失[4]。

在每個踏蹬圓周內(nèi)減少踝關(guān)節(jié)的運動還可將騎行簡化為一個雙關(guān)節(jié)屈伸動作，以便在中樞和/或外周疲勞狀態(tài)下更容易進行協(xié)調(diào)。研究報道，當受試者出現(xiàn)疲勞時，自由度的減小能夠簡化動作需求，這些特定關(guān)節(jié)的變化在拉鋸動作、跳躍、投擲、雙手瞄準和舉重中均有報道[5]。就自行車短距離項目而言，這可能是影響速度耐力的因素之一。

可以認為，下肢肌肉小肌群，主要是踝關(guān)節(jié)附近的小肌群是在全力沖刺騎行中后期最容易受到機體疲勞影響的部分，從而產(chǎn)生了全力沖刺騎行中后期踝關(guān)節(jié)活動度降低現(xiàn)象，這在一定程度上影響了下肢鏈將人體做功傳遞到自行車踏板，從而造成踏頻下降、踏板速度降低的情況。這也印證了先前研究者關(guān)于自行車運動員全力沖刺后期腓腸肌外側(cè)肌肉肌電中位頻率下降特別明顯的研究結(jié)果，訓練中可適當增加下肢小肌肉群的速度耐力訓練[6]。

明確不同運動員的速度能力特點，可以針對性地采用不同的技術(shù)來發(fā)揮運動員的最大能力。啟動加速能力與維持高速能力同樣重要，而維持高速能力的不同則能夠較好的體現(xiàn)運動員運動成績的優(yōu)劣。

在訓練實踐中，通過提高技術(shù)動作的有效性、降低損耗，能夠更好地發(fā)揮速度能力。教練員通常要求運動員表現(xiàn)出踏蹬動作“圓滑”，這是指自行車踏蹬一周時，牙盤上各角度的角速度趨向恒定[7]。在同樣的牙盤半徑條件下，踏板速度差值也能在一定程度上反映受試運動員踏蹬動作的“圓滑”程度。

本研究發(fā)現(xiàn)，所有受試運動員踏頻在接近100～130 rpm范圍內(nèi)時，踏板速度差值有變小的趨勢，尤其以徐××的自行車踏頻曲線最為明顯，這也印證了先前研究者關(guān)于自行車運動員在100～130 rpm踏頻狀態(tài)下，運動員的踏蹬“圓滑度”最好的研究結(jié)論[8]。

“圓滑”的踏蹬技術(shù)能夠增加踏蹬動作的有效性，能夠獲得更大的專項速度，降低沖刺騎行后期速度下降的幅度。而鐘××的踏板速度差值較大，表明在全力騎行過程中其踏蹬動作并不夠“圓滑”。如果能夠在今后的訓練中加強鐘××技術(shù)動作有效性的訓練，使其踏蹬用動作更加符合“圓滑”這一技術(shù)要求，將能夠在專項成績上取得突破。

4 結(jié)論

4.1 在45 s全力沖刺騎行測試中，自行車踏頻曲線、踏板速度能夠反映自行車運動員全力沖刺騎行的速度能力及特點。而踏板速度差值則能在一定程度上反映自行車騎行踏蹬動作的“圓滑度”。

4.2 4名運動員中，鐘××全力沖刺騎行各階段平均速度較高，速度耐力較好，但騎行踏蹬“圓滑度”仍需進一步提高；顧××和姚××速度能力的短板主要表現(xiàn)為后程降速明顯。

4.3 在場地自行車全力沖刺騎行中，后程降速的程度是體現(xiàn)我國女子場地自行車運動員速度水平的重要指標。

4.4 場地自行車全力沖刺騎行后期，運動員的踝關(guān)節(jié)活動度有所下降，但高水平運動員降幅較小，踝關(guān)節(jié)活動度下降可能是影響自行車短距離項目運動員速度耐力的因素之一?？稍诮窈笥柧氈性黾酉轮〖∪馊旱乃俣饶土τ柧?。

參考文獻：

[1]Murian A.,Deschamps T.,Bourbousson J.,et al.Influence of anexhausting muscle exercise on bimanual coordination stability and attentionaldemands[J].Neurosci.Lett.,2008,432(1),64-68.

[2]James C.,Martin,Nicholas A.,Brown T.Joint-specific power production and fatigue during maximal cycling[J].Journal of Biomechanics,2009,42:474-479.

[3]Allen D.,Lamb G.,Westerblad D.H.Skeletal muscle fatigue:cellular mechanisms[J].Physiol.Rev.,2008,88(1):287-332.

[4]Mornieux G,.Guenette J.,Sheel A.W.,et al.Influence of cadence,power output and hypoxia on the joint moment distribution during cycling[J].Eur.J.Appl.Physiol.,2007,102(1):11-18.

[5]Zajac F.E.,Neptune R.R.,Kautz S.A.Biome chanic sandmusclecoor dination of human walking.PartI:intro-duction to concepts,power transfer,dynamics andsimulations[J].GaitPosture,2002,16(3):215-232.

[6]黃勇,王樂軍,龔銘新,等.自行車運動員下肢肌肉sEMG特征及與輸出功率的相關(guān)性[J].上海體育學院學報,2010,34(5):64-67.

[7]熊開宇,全如璐,延烽,等.自行車踏蹬圓滑度測定分析系統(tǒng)的研制與應(yīng)用[J].中國體育科技,1999,35(7):36-38.

[8]鄭曉鴻,延烽.當前我國場地自行車項目高水平女子運動員踏蹬狀態(tài)的初步研究[J].北京體育師范學院學報,1997,9(2):28-36.