公路自行車運動員下肢力量和無氧能力的研究

摘 要:為了探討男子公路自行車運動員下肢肌力和無氧能力，對11名我國男子優秀公路自行車運動員進行體能測試。運用Wingate方案進行無氧能力測試，采用等速力量測試儀對運動員膝關節力量進行測試。研究結果:自行車運動員膝關節伸肌群在70°的等長收縮所產生的峰力矩為(231.91±44.70)N#8226;m，平均無氧功率為(825.90±116.90)W，無氧功峰值功率為(1 231.91±283.29)W。膝關節肌群力量與無氧能力之間呈顯著相關關系(r=0.612～0.912，P<0.05或P<0.01)。

關鍵詞: 公路自行車運動員;下肢力量;無氧能力

中圖分類號: G 808.1 文章編號:1009-783X(2010)02-0043-05 文獻標志碼: A

Abstract:The aim of this study is to discuss the lower limb strength and anaerobic capacity of male road-racing cyclists.Eleven elite male road-racing cyclists from the national team were under physical test for the study.Anaerobic capacity was tested for the maximum capacity by Wingate Anaerobic Test (WAnT) and isokinetic test was applied for the determination of isokinetic strength of knee (ISK) in different angle velocity.It is noted the peak torque of isotonic knee extension at 70° is (231.91±44.70)N#8226;m，the mean power of WAnT is (825.90±116.90)W and the peak power is (1231.91±283.29)W.The correlation between the ISK and WAnT is highly significant (r=0.612-0.912，P<0.05 or P<0.01).

Key words:road-racing cyclists;lower limb strength;anaerobic capacity

1 研究目的

自行車運動屬周期性體能類項目，從運動員競技能力結構看，影響運動成績的主要因素是運動技戰術與運動員的體能水平。良好的專項體能是提高技戰術水平和專項成績的基礎，也是運動員承受高強度負荷訓練和比賽的重要保障。力量素質是運動員專項體能的重要組成部分。自行車運動的動力來源于人體下肢的主動蹬伸過程，尤以膝關節的屈伸為主要動力來源。自行車運動員的力量素質主要表現為下肢快速力量耐力。快捷的踏蹬動作依賴于下肢肌緊張協調交替收縮，從而保證不降低工作效率，因此，自行車運動員的下肢力量素質在一定程度影響專項運動水平的發揮。自行車運動員的專項力量是運動員在騎行過程中體現出來的力量水平，往往表現為運動員在較高騎行頻率下所表現出來的踏蹬力量。D.Carl和M F.Smith等人研究發現，這一專項力量與運動成績的相關性要明顯大于絕對力量[1-2]。目前國內外有關公路自行車運動員下肢力量與無氧能力方面的研究報道較少，為此，本研究以我國男子優秀公路自行車運動員為對象，探討自行車運動員膝關節和無氧功特征，為運動員選材、科學化運動訓練和專項體能評價提供參考。

2 研究對象和方法

2.1 研究對象

研究對象為我國現役優秀男子公路自行車運動員11人，其中運動健將9人，一級運動員2人。優秀男子公路自行車運動員身體形態的基本情況見表1。

2.2 研究方法

2.2.1 肌肉力量測試

自行車運動員膝關節肌群力量采用德國產ISOMED 2000等速力量測試儀(ISOMED2000 Basic System，DR Ferstl GmbH公司)進行測試，主要測試膝關節屈、伸肌群的60°/s、120°/s、240°/s角速度向心收縮，膝關節伸肌群的60°/s角速度離心收縮，膝關節70°伸膝的等長收縮力量。等速肌力測試指標主要有峰值力矩、相對峰值力矩、最大功、相對最大功、最大功率和相對最大功率。等速力量測試步驟和方法嚴格按照ISOMED 2000等速力量測試儀操作方法進行。膝關節肌群肌力測試采用重力校正模式，測試數值剔除了測試部位自身重量對肌力的影響。受試者膝關節肌群等速力量測試參數設置見表2。肌肉力量測試時間為08:00～11:00，室內溫度為20～23℃，空氣濕度50%。

2.2.2 無氧功測試

Wingate無氧試驗(wingate anaerobic test)是20世紀70年代初期由以色列Wingate體育學院運動醫學研究室提出并由Ayalon等人進一步發展測定無氧功率和無氧能力的標準試驗方法。Wingate無氧功測試廣泛應用于優秀自行車運動員的無氧能力評定。本研究采用Wingate無氧功作為公路自行車運動員無氧能力的測試指標。

本研究無氧功測試采用Lode功率自行車。測試運動負荷的設定:功率車阻力系數為0.95，測試時間為30 s。測試結果選取的指標主要有最大無氧功量(peak power)、平均無氧功量(mean power)、無氧功率遞減率(疲勞%)等。測試前，運動員在自行車騎行15 min做準備活動，其間運動員進行2～3次全力蹬騎，每次蹬騎持續時間4～8 s，心率150 b/min以上。準備活動后休息3～5 min。當心率恢復到100 b/min以下時開始測試。正式測試時，運動員以本人最快的速度蹬騎，運動過程中不斷給予鼓勵和時間提示，使運動員發揮出最大能力堅持運動到時間結束[3]。無氧功測試時間為08:30～10:30，室內溫度為21～23℃，空氣濕度50%。

2.3 數理統計法

采用社會學統計軟件包SPSS12對測試數據進行統計分析。對受試者的年齡、身高、體重、膝關節肌群力量和無氧功率進行描述性統計分析(descriptive statistics)，對肌肉力量與無氧功測試數據值進行正態分布(approximate the normal distribution)檢驗，檢驗結果顯示實驗測試獲得的數據呈正態分布。運用Pearson方法統計自行車運動員體能指標的相關關系，相關顯著性檢驗采用雙尾(two-tailed)法。

3 結果分析

3.1 公路自行車運動員的膝關節肌力特征

3.1.1 公路自行車運動員的膝關節肌群峰力矩特征

男子優秀公路自行車運動員膝關節肌力情況見表3、4、5。膝關節肌群等速測試的肌力值為峰力矩，主要反映膝關節運動過程中相應肌群收縮產生的最大力矩輸出值，代表肌群的最大肌力。膝關節伸肌群等長收縮在70°角度產生的肌力最大[4]。從表3可以看出，自行車運動員膝關節伸肌群在70°的等長收縮所產生的峰力矩為(231.91±44.70)N#8226;m，相對峰力矩為(3.12±0.39)N#8226;m。邱建宏等人測試結果[5]表明，我國普通大學男生膝關節伸肌群在70°的等長收縮所產生的峰力矩為(204.8±38.85)N#8226;m。通過比較不難看出，男子公路自行車運動員膝關節伸肌群等長收縮的肌力高于普通男子大學生。

肌肉離心收縮過程中，肌肉發生興奮—收縮耦聯過程后，由于外力大于肌肉收縮產生的張力造成細肌絲從粗肌絲中部分拉出，使肌節變長。膝關節肌肉離心收縮肌力反映對抗超負荷運動能力。從表4中看出，自行車運動員膝關節伸等速離心收縮60°/s的峰值力矩為(233.46±59.32)N#8226;m，相對峰力矩(3.19±0.65)N#8226;m。在等速肌力測試中，在相同角速度下肌肉離心收縮產生的肌力要高于向心收縮肌力[4]。

從表5中可以看出，自行車運動員膝關節伸等速向心收縮60°/s的峰值力矩為(171.55±49.94)N#8226;m，相對峰值力矩(2.37±0.61)N#8226;m。膝關節伸等速離心收縮最大功和最大功率分別為(154.09±40.74)J、(96.73±44.50)W，膝關節伸等速向心收縮最大功和最大功率分為(120.64±26.25)J、(91.54±19.37)W。通過比較不難看出，自行車運動員膝關節伸等速離心收縮的峰值力矩高于向心收縮的肌力，向心收縮的峰值力矩與離心收縮的峰值力矩之比為50.48%。膝關節伸等速離心收縮最大功和最大功率分別顯著高于向心收縮最大功、最大功率最大功率。

膝關節在120°/s角速度時屈肌群向心收縮峰力矩為(103.18±15.61)N#8226;m，伸肌群向心收縮峰力矩為(152.73±26.81)N#8226;m。膝關節在240°/s角速度時屈肌群向心收縮峰力矩為(95.18±19.56)N#8226;m，伸肌群向心收縮峰力矩為(129.27±21.53)N#8226;m。膝關節在60°/s角速度時等速向心收縮峰力矩屈伸比值為66.08%，在120°/s角速度時等速向心收縮峰力矩屈伸比值為67.56%，在240°/s角速度時等速向心收縮峰力矩屈伸比值為73.63%，等速向心收縮峰力矩屈伸比值隨給定運動速度的加快而加大。由此可以看出，在不同角速度時，膝關節伸肌群向心收縮峰力矩都明顯高于屈肌群向心收縮峰力矩。

Davies研究提出，成年人60°/s角速度時膝關節等速向心收縮時膝關節屈伸比為60%~69%，60°/s角速度時為70%~79%。由此看出，我國優秀男子公路自行車運動員的屈肌肌力尤其是快速肌力不足，這在一定程度上可能影響專項運動能力，并容易造成膝關節屈肌拉傷或膝關節損傷。膝關節肌群等速向心收縮峰力矩屈伸比的偏低可能導致肌肉損傷，并在一定程度上影響整個膝關節及下肢肌肉的協調發力和技術動作的準確性。在專項運動過程中，只有參與工作肌群的協調工作，才能充分調動肌纖維的募集和高效工作，才能保證專項技術和專項運動能力的發揮。在公路自行車運動員力量訓練方面，Izquierdo等人研究認為，發展運動員的肌肉爆發力要有優于發展肌肉最大力量[6]。Hickson等人認為，肌肉快速收縮的耐力項目的力量訓練有利于提高運動成績[7]。Paton等人研究認為，自行車運動員在比賽期進行高強度間歇力量訓練可以有效提高運動成績(4 km計時賽成績)和耐力水平[8]。因此，對于高水平公路自行車運動員來說，肌肉力量評定是體能評定的重要組成部分。

3.1.2 公路自行車運動員膝關節肌群的最大功和最大功率特征

最大功是指等速測試肌肉收縮所做功最大的一次的值，最大功率是單位時間內所做的最大功，兩個指標主要反映肌肉收縮過程中做機械功的能力，即反映肌肉完成高強度負荷運動的能力。

從表6和表7中可以看出，膝關節在60°/s角速度時屈伸肌群向心收縮最大功分別為(89.36±18.66)J和(120.64±26.25)J，在120°/s角速度時屈伸肌群向心收縮最大功分別為(77.82±12.29)J和(107.64±19.19)J，在240°/s角速度時屈伸肌群向心收縮最大功分別為(61.64±10.01)J和(87.19±16.14)J。膝關節在60°/s角速度時屈伸肌群向心收縮最大功率分別為(63.37±6.52)W和(91.54±19.37)W，在120°/s角速度時屈伸肌群向心收縮最大功分別為(102.64±16.82)W和(142.19±27.68)W，在240°/s角速度時屈伸肌群向心收縮最大功分別為(121.64±24.11)W和(178.19±37.48)W。

不同角速度下膝關節屈、伸肌群等速向心收縮的峰值力矩、最大功和最大功率變化情況。由圖1和圖2可以看出，隨著角速度的增大，自行車運動員膝關節屈伸肌群等速向心收縮的峰值力矩和最大功逐漸減小，而最大功率逐漸增大。這主要是由于等速測試中，隨著角速度的增大，肌肉收縮對抗阻力減小，使得峰值力矩和最大功減小。而對最大功率而言，由于膝關節肌群完成屈伸動作速度的增快，縮短了做功的時間，因此，等速測試中，給定的角速度越大，肌群工作的功率越高。Kirkendall研究也表明，給定的角速度增大，膝關節肌群的峰值力矩和最大功遞減，而最大功率遞增[9]。

3.2 優秀公路自行車運動員無氧能力特征

無氧運動能力是指人體肌肉在無氧功能代謝狀態下的身體工作能力。人體無氧代謝能力主要由非乳酸代謝能力和糖酵解代謝能力兩部分組成。Wingate無氧試驗屬于中時間無氧能力測驗，主要評定人體肌細胞內的ATP、ATP-CP系統和無氧糖酵解供能系統。最大無氧功率反映機體肌肉在短時間內產生高機械功率的能力，最大無氧功率越大，機體肌肉在短時間內產生高機械功率能力越強，爆發力越強。平均無氧功率反映肌肉維持高功率的耐力，平均無氧功率越大表示肌肉維持高功率的耐力越強，速度耐力越強。無氧功率遞減率表示疲勞速度的指數。

優秀公路自行車運動員訓練水平的提高，與在比賽中的變速、爬山、終點的沖刺等要求，在比賽中也有一部分糖酵解參與功能。從表8可以看出，我國優秀男子公路自行車運動員無氧能力的平均無氧功率為(825.90±116.90)W，無氧功峰值功率為(1 231.91±283.29)W，相對平均無氧功率為(11.34±0.87)W#8226;kg-1，相對峰值功率為(16.90±3.01)W#8226;kg-1，氧功率遞減率為W#8226;s-1。

康凱等人研究結果表明，我國部分男子公路自行車運動員的最大無氧功率為833.73 W，相對最大無氧功率為11.68 W/kg，平均無氧功率為674.98 W，相對平均無氧功率為9.47 W[10]。Bell等人研究發現，耐力自行車運動員的最高功率是13.27 W/kg，平均功率是10.14 W/kg。Tanaka等對美國自行車聯合會男子自行車運動員的研究表明[11]，Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類自行車運動員無氧峰值功率分別是(13.86±0.23)W/kg、(13.55±0.25)W/kg和(12.80±0.41)W#8226;kg-1，平均無氧功分別是(13.86±0.23)W/kg、(13.55±0.25)W/kg、(12.80±0.41)W/kg。

由此不難看出，我國優秀男公路自行車無氧峰值功率和平均無氧功率均高于美國自行車聯合會男子自行車運動員。從本研究測試的結果看，本研究的11名優秀運動員的無氧能力要遠遠高于先前國內外的有關研究結果。由此不難看出，本研究中11名優秀男子公路自行車運動員具有較高的無氧能力。

無氧峰值功率是肢體肌肉在短時間內產生高機械功率的能力。它的值越大，說明其爆發力越強，峰值功率反映磷酸肌酸系統的供能功率，它的大小取決于ATP的最大分解率和CP的最大合成率，無氧功率峰值一般出現在3~10 s之間，體現了最大無氧功率的水平。平均無氧功率是30 s全力運動輸出功率的平均值，體現肢體肌肉維持高功率耐力，它的值越大，說明其速度耐力越強。平均功率反映無氧供能代謝系統的供能功率，它的高低取決于30 s中ATP的最大分解率和CP與糖酵解的最大合成率，反映肌肉持續高功率輸出的能力。無氧功率遞減率也稱疲勞指數，體現了最大無氧功率的下降幅度，反映機體的無氧抗疲勞能力，它的高低取決于無氧峰值功率和最小無氧功率，體現了機體的無氧耐力水平。

Bentley研究發現，公路賽項目對專項速度、沖刺能力均有較高的要求，所以對于公路自行車運動員而言，無論快肌纖維還是慢肌纖維，其比例都不能太高[12]。可見，建立在無氧代謝能力基礎上的自行車專項速度素質是短距離和中長距離自行車運動員提高成績所必需的。

3.3 自行車運動員膝關節肌力與無氧功的關系

優秀男子公路自行車運動員膝關節肌力與無氧功之間的關系見表9。

從表9中可以看出，膝關節屈伸肌群力量與無氧能力之間呈高度相關。膝關節伸70°等長收縮峰值力矩與無氧功平均值、無氧功峰值都高度相關(r=0.921，P<0.01;r=0.854，P<0.05)。除膝關節向心收縮120°/s屈肌群峰值力矩與無氧功均值無顯著相關外，膝關節其他屈伸肌群峰值力矩都與無氧功均值都顯著相關，除膝關節離心收縮60°/s伸峰值力矩與無氧功峰值無顯著相關外，膝關節其他屈伸肌群峰值力矩都與無氧功峰值都顯著相關。其中，膝關節向心收縮伸肌群峰值力矩與無氧功均值、無氧功峰值都呈高度相關，相關系數明顯高于膝屈肌群，這表明公路自行車運動員膝關節伸肌群峰值力矩與無氧功之間關系更加密切，這可能與自行車騎行過程中膝關節的蹬伸動作技術和用力特征有關。

不同角速度時膝關節肌群等速峰值力矩之間呈顯著相關關系。膝伸70°等長收縮峰值力矩與不同角速度中膝關節屈伸肌群峰值力矩都顯著相關。由此可以看出，公路自行車運動員膝關節伸70°等長收縮峰值力矩是反映下肢肌力和無氧功能力的有效指標。

膝關節離心收縮60°/s伸肌群峰值力矩與膝向心收縮屈肌群、膝向心收縮伸120°/s峰值力矩、膝向心收縮伸240°/s峰值力矩、無氧功均值都呈顯著相關。值得一提的是，膝離心收縮60°/s伸肌群峰值力矩與膝向心收縮60°/s伸肌群峰值力矩之間無顯著相關。這可能表明膝關節伸肌群離心收縮和向心收縮過程中肌肉參與機制不同。

膝關節向心收縮60°/s、120°/s、240°/s伸肌群峰值力矩之間顯著相關，膝關節向心收縮60°/s、120°/s、240°/s屈肌群峰值力矩之間呈高度顯著相關。而膝關節向心收縮不同角速度屈肌群和伸肌群峰值力矩之間相關的情況不一致。膝關節向心收縮60°/s屈肌群和伸肌群峰值力矩之間顯著相關(r=0.604，P<0.05)，膝關節向心收縮120°/s屈肌群和伸肌群峰值力矩之間無顯著相關，膝關節向心收縮240°/s屈肌群和伸肌群峰值力矩之間顯著相關(r=0.638，P<0.05)。

4 結論

1)我國部分優秀男子自行車運動員的膝關節伸肌群在70°的等長收縮所產生的峰力矩為(231.91±44.70)N#8226;m，相對峰力矩為(3.12±0.39)N#8226;m。

2)我國部分優秀男子自行車運動員膝關節伸等速離心收縮60°/s的峰值力矩為(233.46±59.32)N#8226;m，相對峰值力矩(3.19±0.65)N#8226;m。

3)自行車運動員膝關節伸等速離心收縮的峰值力矩高于向心收縮的肌力，向心收縮的峰值力矩與離心收縮的峰值力矩之比為50.48%。膝關節伸等速離心收縮最大功和最大功率分別顯著高于向心收縮最大功、最大功率最大功率。

4)隨著角速度的增大，自行車運動員膝關節屈伸肌群等速向心收縮的峰值力矩和最大功逐漸減小，而最大功率逐漸增大。

5)我國部分優秀男子公路自行車運動員無氧能力的平均無氧功率為(825.90±116.90)W，無氧功峰值功率為(1 231.91±283.29)W，相對平均無氧功率為(11.34±0.87)W#8226;kg-1，相對峰值功率為(16.90±3.01)W#8226;kg-1，氧功率遞減率為W#8226;s-1。

6)我國部分優秀男子公路自行車運動員膝關節屈伸肌群力量與無氧能力之間呈高度相關。膝關節伸70°等長收縮峰值力矩與無氧功平均值、無氧功峰值都高度相關(r=0.921，P<0.01;r=0.854，P<0.05)。

7)公路自行車運動員膝關節伸70°等長收縮峰值力矩是反映下肢肌力和無氧功能力的有效指標。

參考文獻:

[1]Smith M F，Davison R C，Balmer J，et al.Reliability of mean power recorded during indoor and outdoor self-paced 40 km cycling time-trials[J].Int J Sports Med，2001，22(4):270-274.

[2]Paton，Carl D H，Will G.Tests of Cycling Performance[J].Sports Medicine，2001，31(7):489-496.

[3]Vandewalle H，Pérès G，Monod H.Standard anaerobic exercise tests[J].Sports Med，1987，4(4):268-89.

[4]David H P.Isokinetic Exercise and Assessment[M].UK:Human Kinetics Europe Ltd，1993，187.

[5]盧德明，王向東.青年人六大關節肌力研究[M].北京:北京體育大學出版社，2004:89.

[6]Westing S H，Cresswell A G，Thorstensson A.Muscle activation during maximal voluntary eccentric and concentric knee extension[J].European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology， 1991，62(2):104-108.

[7]Hickson R C，Dvorak B A，Gorostiaga E M，et al.Potential for strength and endurance training to amplify endurance performance[J].Journal of Applied Physiology，1988，65(5):2285-2290.

[8]Carl D P，William G H.Combining explosive and high-resistance training improves performance in competitive cyclists[J].Journalof Strength Cond Res，2005，19(4):826-830.

[9]Kirkendall D T.The applied sport science of soccer[J].Physician and Sports Medicine，1985，134:53-59.

[10]康凱，劉元田.我國優秀男子公路自行車運動員無氧能力特征的研究[J].山東體育學院學報，2003(4):1-2.

[11]Tanaka H，Bassett DR Jr，Swensen T C.Aerobic and anaerobic power characteristics of competitive cyclists in the United States Cycling Federation[J].Int J Sports Med，1993，14(6):334-338.

[12]Bentley D J，McNaughton L R，Thompson D.Peak power output，the lactate threshold，and time trial performance in cyclists[J].MedSciSports Exerc，2001，33(12):2077-2081.