自行車把手類型和坡度對上肢肌群平均肌電活動的影響

胡 輝，邱文信，楊振宏

●研究報道 Short Comunications

自行車把手類型和坡度對上肢肌群平均肌電活動的影響

胡 輝1，邱文信2，楊振宏3

目的:探討不同把手類型自行車在不同坡度路面騎行時上肢肌群的用力變化特征，為自行車專業選手和騎行愛好者針對性專項訓練或比賽，以及動感單車制造商標注器材使用方法和鍛煉效果提供科學理論參考。方法:8名健康男性大學體育專業志愿者，騎行不同把手類型（下彎型、平直型和上翹型）的自行車，分別在模擬下坡4°和上坡4°地面上以60 rpm的轉速行駛，阻力設定為功率120 W，檢測騎行者上肢相關肌群（身體右側的腕伸肌、腕屈肌、肱二頭肌、肱三頭肌、三角肌、斜方肌、背闊?。┍砻婕‰娖骄穹＝Y果:雙因素方差分析顯示，把手類型對騎行者腕屈肌、肱二頭肌、肱三頭肌、三角肌和背闊肌AEMG有顯著影響（P＜0.05）；坡度對騎行者腕伸肌、肱二頭肌、三角肌和背闊肌AEMG有顯著影響（P＜0.05）；把手類型和坡度除了三角肌AEMG存在顯著交互作用外（P＜0.007），其余各被檢上肢肌群AEMG均無顯著交互作用。結論:平直型把手可以顯著提高腕屈肌肌肉激活；上翹型把手在上坡4°條件下可以顯著提高肱二頭肌和背闊肌的肌肉激活；下彎型把手可以顯著提高肱三頭肌和三角肌的肌肉激活，但要視坡度情形而定；坡度增加可以顯著提高騎行者腕伸肌、肱二頭肌和背闊肌的肌肉激活。

把手；坡度；上肢肌群；平均肌電

近幾年，自行車運動成為一種流行風潮，也逐漸成為一項全民休閑運動項目。騎行自行車時，人體軀干的操控姿勢與下肢運動的效能是有關聯的，并且深受自行車座墊和把手的影響，它們之間的相對高度、角度以及距離的改變直接影響騎行者在騎行過程中的舒適度。美國1970年消費者產品委員會損傷指數顯示，騎行自行車對手部所造成的傷害最為直接也最高[1]。J.P.CLARYS等[2]研究發現，無論是職業車手還是業余車手，長時間騎行自行車都會發生手部神經壓迫的癥狀。

目前，自行車款式依據把手類型可分為競速車（下彎型把手）、登山車（平直型把手）和淑女車（上翹型把手）3種。競速車采用下彎型把手，特點是握把較低，騎行姿勢前傾，可以降低風阻追求速度；登山車采用平直型把手，具有較好的騎行操控及機動性；淑女車采用上翹型把手，騎行姿勢可以維持最佳的舒適性。不同車款因為把手角度和高度的不同，騎行姿勢也會隨之發生相應的變化，對于騎行的舒適性有著直接影響。

表面肌電（sEMG）信號是神經肌肉系統的生物電變化在皮膚表面加以引導、放大，并記錄和顯示所得到的一維時間序列信號[3]。通過研究表面肌電（sEMG）信號的時頻域特征可以有效反映神經肌肉活動和功能狀態[4-8]。自行車運動是一項全身性運動，但目前國內外利用表面肌電（sEMG）觀察自行車運動的研究大多集中在下肢肌群，而對于上肢肌群的研究卻鮮有報道。本研究將以上述3種把手類型自行車為觀察對象，探討不同把手類型自行車在不同坡度路面騎行時上肢肌群的用力變化特征，為自行車專業選手以及騎行愛好者針對性專項訓練或比賽提供科學理論參考，同時，也為動感單車制造商標注器材使用方法和鍛煉效果提供科學依據，將有助于提高使用者的鍛煉效果。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

試驗參與者為8名男性大學體育專業志愿者，平均年齡為（23.7±2.4）歲，平均身高為（176.2±7.2）cm，平均體重為（77.6± 8.7）kg。身體健康狀況良好，無體格肌肉和神經系統等重大病史。試驗前24 h未從事劇烈運動，無肌肉疲勞癥狀，精神狀態良好。試驗前，詳細介紹本研究的目的和方法，并簽署志愿者協議。

1.2 試驗設計

本研究采用雙因素（把手類型×坡度）被試內試驗設計，其中把手類型分為下彎型、平直型和上翹型3種，坡度分為下坡4°和上坡4°2種，坡度的確定依據參照以往相關研究[9]。試驗時，上坡4°和下坡4°的傾斜角度利用水平測量器進行測量設定。

測試在實驗室常溫條件下進行，采用ELITE磁阻式訓練臺（Cyclotron MAG Bicycle Trainer）模擬實際騎行情境，阻力設定為功率120 W，騎行速率以60 rpm作為踩踏的轉數，并保持30 s的有效踩踏。采用Noraxon無線肌電遙測系統（MR-XP 1.07 Master Application Protocols）記錄騎行過程中右側上肢主要肌群腕伸肌、腕屈肌、肱二頭肌、肱三頭肌、三角肌、斜方肌和背闊肌的表面肌電（sEMG）信號，肌電圖采樣頻率為1 500 Hz。

1.2.1 電極片的粘貼部位與要求 放置電極片前，用刮胡刀刮除汗毛并以酒精棉清理皮膚表面，以減小阻抗。一個電極片貼在肌肉肌腹最高處，然后沿肌纖維走向相距2 cm貼上第2個電極片，最后在肌肉末端貼上零電極。貼好后，連上電極導線并用醫用膠布加固電極。待所有電極貼好之后，采用肌電儀配套繃帶將所有導線連同信號接收器一同固定在腰上。

1.2.2 騎行踩踏轉速的控制 正式試驗前，進行多次預試驗練習，讓參與者熟悉試驗的程序和要求，掌握騎行的動作要領和速度節奏。試驗過程利用ELITE無線碼表監控騎行踩踏轉速。

1.2.3 試驗過程 正式試驗前，參與者進行15 min準備活動后，再次提醒試驗流程并粘貼好電極片，分別測量參與者右側腕伸肌、腕屈肌、肱二頭肌、肱三頭肌、三角肌、斜方肌和背闊肌7條上肢肌群5 s最大自主收縮（MVC，maximal voluntary contraction），每條肌肉共進行3次MVC測試，取最大1次的平均積分肌電值（AEMG）作為該被試肌肉的MVC，連續2個MVC測試之間至少休息1 min以消除疲勞。

MVC測試完成后休息5 min，參與者在磁阻式訓練臺上分別使用下彎型、平直型和上翹型把手完成上坡4°和下坡4°測試，當騎行速度達到60 rpm踩踏轉速時告知參與者保持騎行踩踏節奏，以60 rpm踩踏轉數維持騎行。當聽聞開始口令后，開始采集肌電信號，并用ELITE無線碼表監控踩踏轉速，維持有效騎行30 s，并采集和儲存肌電信號，如無線碼表監測的踩踏轉速低于或高于60 rpm時需重新進行測試。組間休息5 min，期間進行把手更換和坡度設置，每次測試在相同控制條件下完成。

1.3 數據的處理與分析

1.3.1 sEMG指標數據的標準化處理 根據試驗采集的表面肌電圖，采用Noraxon儀器配套分析系統（MR-XP 1.07 Master Application Protocols）對原始肌電數據經過濾波去除噪聲、全波整流、翻正、平滑處理后得到積分肌電振幅（IEMG）[10-11]。將積分肌電振幅（IEMG）除以單位時間，計算出平均積分肌電振幅（AEMG），再進行振幅標準化處理，單位為%MVC，計算公式為:振幅標準化值=（平均積分肌電振幅值／MVC時平均積分肌電振幅值）×100%。

該值表示，目標肌肉占該肌肉最大活動的百分比，借以了解和分析騎行不同把手類型自行車在不同坡度條件下腕伸肌、腕屈肌、肱二頭肌、肱三頭肌、三角肌、斜方肌和背闊肌7條上肢肌群激活程度。

1.3.2 數據的統計分析 運用SPSS22.0統計軟件進行統計分析，經檢驗，數據符合正態分布且具有方差齊性，采用雙因素方差分析考察把手類型和坡度在上肢各肌肉激活上的效應。之后，采用LSD法進行均值多重比較，分析不同把手類型之間的差異。統計檢驗水準α=0.05。所有統計數據以平均值±標準差（M±SD）表示，顯著性差異用P<0.05表示，非常顯著性差異用P<0.01表示。

2 研究結果

積分肌電（IEMG）是指，肌電圖曲線所包絡的面積總和，它在一定程度上反映了一定時間內肌肉中運動單位募集的數量多少和每個運動單位的放電大小，是反映肌肉在單位時間內收縮特性的經典時域指標[4，10-14]。已有研究證明，在相同時間段內，某一肌肉IEMG的大小和其用力大小成高度正相關，可以用積分肌電（IEMG）間接反映肌肉用力狀況[15-16]。因此，標準化后的平均積分肌電振幅AEMG（%MVC）值，常被用于判斷目標肌肉激活程度大小。自行車把手類型和坡度對騎行者上肢肌群AEMG（%MVC）的影響結果見表1。

表1 自行車把手類型和坡度對騎行者上肢肌群AEMG（%MVC）影響一覽表（n=8）Table1 Summary data of the AEMG（%MVC）of upper climb muscles for different types of bicycle handlebars and slopes（n=8）

雙因素方差分析顯示，把手類型對騎行者腕屈肌、肱二頭肌、肱三頭肌、三角肌和背闊肌AEMG（%MVC）有顯著影響（P< 0.05），但對腕伸肌和斜方肌無顯著影響（P>0.05）；坡度對騎行者腕伸肌、肱二頭肌、三角肌和背闊肌AEMG（%MVC）有顯著影響（P<0.05），但對腕屈肌、肱三頭肌和斜方肌無顯著影響（P> 0.05）；把手類型和坡度除了三角肌AEMG（%MVC）存在顯著交互作用外（P=0.007），其余各被檢上肢肌群AEMG（%MVC）均無顯著交互作用（P>0.05）（見表2）。

在下坡4°條件下，把手類型對騎行者各被檢上肢肌群標準化AEMG值存在影響（見圖1）。多重比較發現，騎行上翹型把手自行車時，三角肌標準化AEMG值顯著小于平直型和下彎型把手（上翹型與平直型相比:P=0.009；上翹型與下彎型相比:P= 0.000），腕伸肌和背闊肌標準化AEMG值均大于平直型和下彎型把手，但差異不顯著；騎行平直型把手自行車時，腕屈肌標準化AEMG值顯著大于上翹型把手和下彎型把手（平直型與上翹型相比:P=0.023；平直型與下彎型相比:P=0.020）；騎行下彎型把手自行車時，三角肌標準化AEMG值明顯大于平直型把手和上翹型把手（下彎型與平直型相比:P=0.006；下彎型與上翹型相比:P=0.000），肱二頭肌、肱三頭肌和斜方肌標準化AEMG值均大于平直型和上翹型把手，但差異不顯著。

表2 把手類型和坡度對上肢肌群AEMG（%MVC）影響的雙因素方差分析結果一覽表（n=8）Table2 Two-factor analysis of variance of AEMG（%MVC）of upper climb muscles for different types of bicycle handlebars and slopes（n=8）

圖1 下坡4°條件下把手類型對上肢肌群AEMG影響比較示意圖Figure1 Comparison of the AEMG（%MVC）of upper climb muscles for different types of bicycle handlebars in the 4οdownhill

在上坡4°條件下，把手類型對騎行者各被檢上肢肌群標準化AEMG值存在影響（見圖2）。多重比較發現，騎行上翹型把手自行車時，肱二頭肌標準化AEMG值大于平直型把手和下彎型把手，且與平直型把手差異顯著（P=0.034），背闊肌標準化AEMG值明顯大于下彎型把手（P=0.019），但與平直型把手差異不顯著；騎行平直型把手自行車時，腕屈肌標準化AEMG值顯著大于上翹型把手和下彎型把手（平直型與上翹型相比:P= 0.007；平直型與下彎型相比:P=0.002）；騎行下彎型把手自行車時，肱三頭肌標準化AEMG值明顯大于平直型把手和上翹型把手（下彎型與平直型相比:P=0.005；下彎型與上翹型相比:P= 0.001），腕伸肌和三角肌標準化AEMG值均大于平直型和上翹型把手，但差異不顯著。

圖2 上坡4°條件下把手類型對上肢肌群AEMG影響比較示意圖Figure2 Comparison of the AEMG（%MVC）of upper climb Muscles for different types of bicycle handlebars in the 4οuphill

3 分析與討論

本研究目的在于，探討不同把手類型自行車在不同坡度路面騎行時上肢肌群肌肉激活特征。研究發現，不同坡度條件對各被檢上肢肌群肌肉活動的影響不同，上坡4°與下坡4°比較，騎行者腕伸肌、肱二頭肌和背闊肌標準化AEMG值有顯著差異，腕屈肌和斜方肌肌標準化AEMG值雖然差異不顯著，但有上升趨勢。分析原因可能在于，坡度的增加會造成自行車前輪自然上抬趨勢，這就需要騎行者通過上肢用力抓握把手，甚至調整自身的騎行姿勢以避免前輪的抬起，從而影響騎行者上肢相關肌群標準化AEMG值隨坡度增加而出現上升的現象[17-18]。

但S.DUC等[9]研究發現，騎行在中度坡度（上升至10%）時，下肢肌肉激活程度并不會有顯著改變。L.LI等[19]研究同樣表明，騎行自行車在0%到8%的爬坡過程，并沒有引起下肢神經肌肉協調性顯著性變化。這可能與兩者研究的相關肌肉位置有關，兩者的研究均針對騎行者下肢相關肌群，中度坡度條件（坡度10%以下）還不足于增加下肢相關肌群肌肉激活程度，騎行者只需通過抓握把手往胸前用力拉，踏板往前踩，可以自然運用上半身的力量，便可獲得較大的騎行效率，從而完成中度以下的坡度爬升過程，所以，在研究中并未觀察到下肢肌肉表面肌電值顯著增加的結果。而本研究則是針對騎行者上肢相關肌群，研究結果發現，坡度的增加能夠引起騎行者上肢相關肌群標準化AEMG值上升，這一研究結果也恰好為前者的研究觀點提供了重要的試驗證據。

M.J.CALLAGHAN[20]研究指出，騎行自行車時使用俯臥的姿勢，能夠降低風阻的影響，并且增進運動表現，但因長時間俯臥的姿勢容易造成軀干和上肢肌肉疲勞現象。郭炳宏等[21]研究表明，下彎型競速車手部及頸椎等部位受壓程度較高，容易造成上肢、軀干局部疲勞與不適。兩者的研究結果表明，騎行下彎型競速車或是采用較低的俯臥騎行姿勢，能夠有效激活上肢和軀干相關肌群活動，增加上肢和軀干肌肉的用力水平，從而加速相關肌群的疲勞產生。本研究對3種不同把手類型表面肌電平均振幅值的觀察同樣也發現，下彎型把手的上肢肌群平均肌電值整體水平最高，其次是平直型把手，而最小的則是上翹型把手。進一步研究發現，騎行下彎型把手自行車時，三角?。ㄏ缕?°條件下）和肱三頭?。ㄉ掀?°條件下）的肌肉激活程度明顯高于平直型和上翹型。這與下彎型把手設計有關，下彎型把手握把位置明顯低于平直型和上翹型，騎行者采用較前傾的俯臥姿勢騎行，這就需要騎行者用上肢來分擔承受自身的體重，從而更有效地激活了上肢相關肌群肌肉的活動。

本研究發現，騎行平直型把手自行車時，腕屈肌標準化AEMG值顯著高于下彎型把手和上翹型把手，表明，騎行平直型把手自行車時腕屈肌用力水平較大。這主要受把手的握持方式所影響，平直型把手采用伸直橫握方式和較寬的握把位置，并通過手腕的加力動作，增加了腕屈肌的肌肉激活，將上半身力量更好地傳遞給車子，以此來提高車子的操控效率，便于隨時調整身體部位。因此，平直型把手更多地運用于山地自行車設計，以更好地適應復雜多變的山地地形及路面。

本研究還發現，上翹型把手背闊肌標準化AEMG值均高于下彎型和平直型把手，且與下彎型把手差異顯著。分析原因在于，上翹型把手握把位置較高，使軀干更趨向于直立，可以維持最佳的騎行姿勢，但腰背部需要承受更大的上身體重壓力。I. KOLEHMAINEN等[22]研究同樣表明，使用上翹型把手時，上半身直立的騎行姿勢，大部分身體重量都會落在坐墊上，會增加椎間盤的承受壓迫。J.H.DIEEN等[23]對學生坐姿進行研究同樣也證實，身體不倚靠在椅背上，脊椎會向后彎曲或后凸，加重與椎間的壓力，使脊椎間的肌肉組織產生相對的應力，造成肌肉活動的增加。本研究結果與上述兩者的研究結果相一致。

4 結論與建議

4.1 結 論

（1）把手類型可以改變騎行者上肢肌群的平均肌電水平，平直型把手可以顯著提高腕屈肌肌肉激活；上翹型把手在上坡4°條件下可以顯著提高肱二頭肌和背闊肌的肌肉激活；下彎型把手可以顯著提高肱三頭肌和三角肌的肌肉激活，但要視坡度情形而定。（2）坡度增加可以顯著提高騎行者腕伸肌、肱二頭肌和背闊肌的肌肉激活。

4.2 建 議

（1）普通大眾應充分考慮自身身體因素來選購自行車，如肩部有傷痛者應盡量避免選購下彎型和平直型把手自行車；久坐辦公室伏案工作者或腰背部傷痛者，應盡量避免選購上翹型把手自行車。（2）目前，市面上較好的自行車均自帶下彎型、平直型和上翹型3種握把，自行車專業選手和騎行愛好者可參考本研究結果進行針對性專項力量訓練，并結合實際坡度變化情況使用不同握把進行騎行，避免單一肌肉過渡疲勞現象發生。（3）動感單車制造商可參考本研究結果，對動感單車的使用方法和鍛煉效果進行標注，為使用者鍛煉時提供參考。

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EffectsofDifferentTypesofBicycleHandlebarsandSlopesonAEMGofUpperLimbMuscles

HU Hui1，QIU Wenxin2，YANG Zhenhong3
（1.College of PE and Health Science，Zhejiang Normal University，Jinhua 321004，China；2.Dept.of PE，National Hsinchu University of Education，Hisinchu 300-14，China；3.Physical Education Office，National Tsing Hua University，Hsinchu 300-14，China）

Objective:To study the force change characteristics of riders’upper climb muscles when they ride on the different slopes with different types of bicycle handlebars this paper provides scientific theory for professional riders and bicycle lovers who take targeted in special training or competitions as well as scientific bases for spinning producers to make equipment instructions and training effects.Methods:8 healthy male university volunteers who major in sports with different handlebars（downward，straight，upward），simulated in the 4°uphill and downhill slope with 60 rpm pedaling speed driving respectively，the resistance set to power 120 W.Surface EMG average amplitude was collected from riders’related upper limb muscles（right side of the body wrist extensor，wrist flexor，biceps，triceps，deltoids，trapezius，latissimus dorsi）.Results:A two-factor analysis of variance showed that handlebar had a significant effect（P＜0.05）on AEMG of wrist flexor，biceps，triceps，deltoids and latissimus dorsi；Slope had a significant effect（P＜0.05）on AEMG of wrist extensors，biceps，deltoid and latissimus dorsi；There was mutual effect existing between degrees of slope and handlebar in deltoid（P=0.007），but no mutual effect existing among the rest of the tested upper limb muscles.Conclusions:Straight handlebar can significantly improve the muscle activation of wrist flexor；Upward handlebar can significantly improve the muscle activation of biceps and the latissimus dorsi when in the 4°uphill slope；Downward handlebar can significantly improve the muscle activation of triceps and the deltoid，but the case may be depended on the degree of slope.Slope increases can significantly improve the muscle activation of riders’wrist extensors，biceps and the latissimus dorsi.

handlebar；slope；upper limb muscles；AEMG

G 804.49

：A

：1005-0000（2015）06-548-05

10.13297/j.cnki.issn1005-0000.2015.06.015

2015-08-20；

2015-11-01；錄用日期：2015-11-02

胡 輝（1981-），男，浙江湖州人，講師，研究方向為體育教育訓練學與健康促進。

1.浙江師范大學體育與健康科學學院，浙江金華321004；2.臺灣新竹教育大學體育學系，臺灣新竹300-14；3.臺灣清華大學體育室，臺灣新竹300-14。