郭紅生，王樂(lè)軍，龔銘新，司虎克

自行車運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)古老的體育項(xiàng)目，是現(xiàn)代競(jìng)技體育的一個(gè)重要組成部分，在奧運(yùn)會(huì)比賽中占有重要的位置。在2000年悉尼奧運(yùn)會(huì)上，姜翠華在女子500 m計(jì)時(shí)賽中獲得了銅牌，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)自行車項(xiàng)目在奧運(yùn)會(huì)上獎(jiǎng)牌“零”的突破。2004年雅典奧運(yùn)會(huì)上，江永華以34.12 s的成績(jī)奪得500 m計(jì)時(shí)賽的銀牌。2008年北京奧運(yùn)會(huì)上，郭爽獲得爭(zhēng)先賽銅牌。2012年倫敦奧運(yùn)會(huì)上，郭爽、宮金杰獲得團(tuán)體競(jìng)速銀牌，并兩次打破該項(xiàng)目世界紀(jì)錄。中國(guó)的自行車運(yùn)動(dòng)水平正在不斷發(fā)展，這離不開(kāi)科研工作的功勞。因此，為專業(yè)自行車運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行科研測(cè)試和分析，有著充實(shí)自行車訓(xùn)練理論積極的推動(dòng)作用。

筆者通過(guò)了解高水平專業(yè)自行車運(yùn)動(dòng)員原地起動(dòng)過(guò)程中下肢主要用力肌肉的激活次序、不同肌肉的參與情況、協(xié)同配合規(guī)律等信息，分析自行車運(yùn)動(dòng)員蹬踏過(guò)程中表面肌電信號(hào)（sEM G）、功率、頻率等指標(biāo)的差異，確定參與工作的主要肌肉及全能運(yùn)動(dòng)員與一般長(zhǎng)距離公路運(yùn)動(dòng)員肌肉參與工作的區(qū)別和聯(lián)系，以便為訓(xùn)練提供更為詳盡的理論指導(dǎo)。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象

上海市自行車隊(duì)中長(zhǎng)距離組男運(yùn)動(dòng)員5名，運(yùn)動(dòng)等級(jí)均為國(guó)際健將。測(cè)試時(shí)間2012年3月5日，地點(diǎn)在上海體育科學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)天運(yùn)動(dòng)員身體健康狀況良好，無(wú)高血壓、糖尿病、慢性感染及其他嚴(yán)重疾患病史；實(shí)驗(yàn)前24 h未從事劇烈運(yùn)動(dòng)，無(wú)肌肉疲勞癥狀，精神狀態(tài)良好，無(wú)睡眠不足、精神萎靡等不良狀態(tài)。

1.2 方法

1.2.1 測(cè)試指標(biāo)

（1）1 5 s踏蹬的頻率、功率、各主要肌肉各階段肌電信號(hào)反映，以了解下肢主要肌肉的發(fā)力順序。

（2）4 min主要肌肉的肌電信號(hào)反映，以了解4 min踏蹬過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員主要肌肉參與運(yùn)動(dòng)的情況。

1.2.2 測(cè)試方法

采用瑞典MONARK894型功率測(cè)試車進(jìn)行負(fù)荷實(shí)驗(yàn)。每位受試者需進(jìn)行2部分實(shí)驗(yàn)。第一部分實(shí)驗(yàn)為固定負(fù)荷的15 s原地起動(dòng)蹬踏模擬實(shí)驗(yàn)，每位受試者蹬踏阻力設(shè)置為自身體重的8%，踏蹬起始位置為運(yùn)動(dòng)員平時(shí)原地起動(dòng)最適宜的姿勢(shì)。第二部分為固定功率的4 min蹬踏實(shí)驗(yàn)，功率設(shè)置為每位受試者進(jìn)行最大攝氧量測(cè)定時(shí)所能達(dá)到最大功率的8%。

在進(jìn)行固定負(fù)荷的原地起動(dòng)蹬踏模擬實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，受試者在測(cè)試車上保持準(zhǔn)備姿勢(shì),受試者采用平時(shí)使用的踏蹬角度，并囑咐受試者保持放松。利用TJ-Motion2.0同步觸發(fā)器同步觸發(fā)MONARK894功率測(cè)試車軟件系統(tǒng)和肌電測(cè)試儀。當(dāng)確認(rèn)肌電測(cè)試儀和MONARK894功率測(cè)試車軟件系統(tǒng)同步觸發(fā)成功后，記錄受試者在肌肉完全放松情況下的表面肌電信號(hào)5 s，之后指示受試者開(kāi)始蹬踏，在此過(guò)程中通過(guò)言語(yǔ)鼓勵(lì)等方式使得受試者一直以最快的速度進(jìn)行蹬踏。計(jì)算機(jī)每1 s記錄一次功率自行車的輸出功率和蹬踏頻率。

在進(jìn)行固定功率的4 min蹬踏實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，囑咐受試者保持放松。利用TJ-Motion 2.0同步觸發(fā)器同步觸發(fā)MONARK894功率測(cè)試車軟件系統(tǒng)和肌電測(cè)試儀。當(dāng)確認(rèn)肌電測(cè)試儀和MONARK894功率測(cè)試車軟件系統(tǒng)同步觸發(fā)成功后，指示受試者以較為恒定的蹬踏頻率直至蹬踏結(jié)束。

sEMG的采集使用ME 3000P4肌電信號(hào)記錄和分析系統(tǒng)（芬蘭Mega公司產(chǎn)品），采樣頻率1 000（1 024）Hz，采集到的sEMG信號(hào)另存為ASC II文件后作為后期分析的數(shù)據(jù)源。實(shí)驗(yàn)后對(duì)MONARK894功率測(cè)試車軟件系統(tǒng)記錄到的數(shù)據(jù)與表面肌電測(cè)試儀記錄到的數(shù)據(jù)做同步處理。

采用雙電極引導(dǎo)法記錄sEMG。一對(duì)探測(cè)電極間距2 cm置于右側(cè)股直肌肌腹部，與肌纖維走向平行，參照電極置于內(nèi)側(cè)3 cm處。放置電極前用75%酒精棉球清理皮膚表面，以減小阻抗。表面肌電測(cè)試儀各導(dǎo)聯(lián)與各測(cè)試肌肉的對(duì)應(yīng)關(guān)系及表面電極片的粘貼部位見(jiàn)表1、圖1。

表1 表面肌電測(cè)試儀各導(dǎo)聯(lián)與各測(cè)試肌肉的對(duì)應(yīng)關(guān)系TableⅠ Correspondence between the Different Leads of Electromyography Tester and the Muscles Tested

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

1.2.3.1 15 s固定負(fù)荷原地起動(dòng)蹬踏實(shí)驗(yàn)

計(jì)算15 s固定負(fù)荷原地啟動(dòng)蹬踏實(shí)驗(yàn)不同肌肉的激活順序，此外，根據(jù)每位受試者蹬踏頻率數(shù)據(jù)將15 s蹬踏階段劃分為加速階段和高速保持階段，并將15 s蹬踏運(yùn)動(dòng)過(guò)程中記錄的sEMG劃分為加速階段和全速蹬踏階段兩段表面肌電信號(hào)。

為確定每個(gè)蹬踏周期各肌肉的激活時(shí)刻，首先，對(duì)蹬踏前5 s肌肉保持完全放松階段內(nèi)的sEMG進(jìn)行全波整流和平均化處理，平均化處理的時(shí)間寬度設(shè)置為0.01 s，計(jì)算處理后sEMG的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，并以計(jì)算的平均值作為肌肉安靜時(shí)的基準(zhǔn)線，定義肌肉激活與失活的標(biāo)準(zhǔn)為sEMG的幅值高于肌肉安靜時(shí)肌電水平標(biāo)準(zhǔn)差的3倍且持續(xù)50 ms時(shí)間以上[1,2]，據(jù)此計(jì)算所測(cè)定肌肉的激活順序。

1.2.3.2 4 min固定功率蹬踏實(shí)驗(yàn)

以20 s為計(jì)算周期，將記錄的4 min蹬踏實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的sEMG按等時(shí)間間隔劃分為若干段，分別計(jì)算每段sEMG的平均肌電振幅（AEM G）和中值頻率（M F），并計(jì)算不同肌肉放電比例。此外，分別計(jì)算蹬踏自行車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中每隔20 s內(nèi)的平均輸出功率和蹬踏頻率。

2 結(jié)果與討論

2.1 15 s固定負(fù)荷原地起動(dòng)蹬踏實(shí)驗(yàn)

從圖2和圖3可以看出，各受試者蹬踏頻率和輸出功率隨運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間表現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì)。不同受試者達(dá)到最大蹬踏頻率和輸出功率的時(shí)間以及最大蹬踏頻率和輸出功率的數(shù)值是不同的，這種情況與運(yùn)動(dòng)員個(gè)人能力強(qiáng)弱密切相關(guān)。

在所測(cè)試的受試者中，全能運(yùn)動(dòng)員袁×的最大蹬踏頻率和最大輸出功率是最大的，而薛××和王×所達(dá)到的最大蹬踏頻率和最大輸出功率在所有受試者中是最小的。從開(kāi)始蹬踏至達(dá)到最大蹬踏速度的時(shí)間來(lái)看，各位受試者基本都在啟動(dòng)后的第5～7 s達(dá)到最大蹬踏頻率，其中，袁×的加速能力是最強(qiáng)的，在第一秒蹬踏速度為零的條件下，在第5 s即達(dá)到了最大蹬踏頻率，薛××的加速能力也很好，在第4 s即達(dá)到最大蹬踏頻率，而其他4位受試者加速能力相差不大。

從表2發(fā)現(xiàn)，不同受試者15 s固定負(fù)荷蹬踏自行車起動(dòng)階段各肌肉激活時(shí)間是不同的，雖然運(yùn)動(dòng)員發(fā)力腿設(shè)置為右腿，但由于運(yùn)動(dòng)員肌肉力量不同，踏蹬開(kāi)始時(shí)，曲柄與水平面的夾角是有區(qū)別的，力量大的喜歡夾角大些，力量小的喜歡夾角小些，每個(gè)人都有自己最適宜的蹬踏起始位置。受踏蹬角度影響，不同受試者在起動(dòng)階段各肌肉的激活順序是有區(qū)別的。測(cè)試說(shuō)明起動(dòng)階段不同肌肉激活順序的不同跟起動(dòng)階段內(nèi)的技術(shù)動(dòng)作是緊密聯(lián)系在一起的。其中，秦××、王×、薛××都是最先激活股外側(cè)肌、股內(nèi)側(cè)肌和小腿屈肌，全能選手袁×在啟動(dòng)開(kāi)始則先激活股二頭肌和腓腸肌外側(cè)頭，之后依次為脛骨前肌、比目魚(yú)肌、股直肌、股內(nèi)側(cè)肌和臀大肌。

表2 15s原地起動(dòng)階段各肌肉激活時(shí)間（s）TableⅡ Activation Time of the Muscles at 15s Starting Phase (s)

圖4～6反映的是受試者15 s固定負(fù)荷蹬踏自行車加速階段、全速蹬踏階段和整個(gè)階段內(nèi)平均肌電水平柱狀圖，不同受試者各肌肉放電比例差異較大。但從各肌肉的放電情況看，股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌、腓腸肌外側(cè)頭等肌肉無(wú)論在加速階段、全速蹬踏階段還是整個(gè)過(guò)程都表現(xiàn)出較高的放電水平，這提示在自行車蹬踏起動(dòng)階段這些肌肉是主要的用力肌肉。

從同一受試者所測(cè)試8塊肌肉的放電比例來(lái)看，在加速階段顏××和王×股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌放電非常高，各肌肉放電比例相差較大，而袁×、薛××和秦××各肌肉放電比例相對(duì)要小，特別是全能運(yùn)動(dòng)員袁×，其所測(cè)8塊肌肉放電量比較接近。在全速蹬踏階段，全能袁×所測(cè)8塊肌肉放電量比例也非常接近，與顏××、王×形成鮮明對(duì)比。

2.2 4 min固定功率蹬踏實(shí)驗(yàn)

為了解運(yùn)動(dòng)員正常騎行中的肌肉用力情況，要求運(yùn)動(dòng)員在設(shè)定的固定功率進(jìn)行騎行。從4 min蹬踏自行車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各位受試者蹬踏頻率和輸出功率情況看，在整個(gè)蹬踏過(guò)程中，除顏××在最后階段有明顯的沖刺外，其他受試者的蹬踏頻率基本保持恒定。從輸出功率情況看，每位受試蹬踏輸出功率在最開(kāi)始階段因加速蹬踏的原因而增加，增加到一定水平后開(kāi)始保持較為恒定的輸出功率直至蹬踏結(jié)束。從不同受試者輸出功率穩(wěn)定后的數(shù)值看，全能運(yùn)動(dòng)員袁×和顏××的輸出功率要高于其他受試者，而在所有的測(cè)試人員之中，王×的輸出功率比其他人員的輸出功率要小得多（見(jiàn)圖7、8）。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，各受試者在4 min固定功率蹬踏自行車不同階段內(nèi)各肌肉AEMG變化情況看，所有受試者普遍的特征是在整個(gè)蹬踏階段內(nèi)，股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌AEMG幅值一直都是所有肌肉當(dāng)中最高的，提示在4 min固定功率蹬踏運(yùn)動(dòng)中，股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌是為最重要的力量提供肌肉。在股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌AEMG大小關(guān)系上，秦××、王×、顏××、張×的股內(nèi)側(cè)肌肌電幅值要高于股外側(cè)肌，而袁×和薛××則是股外側(cè)肌AEMG幅值高于股內(nèi)側(cè)肌。

從4 min固定功率蹬踏各肌肉不同階段MF變化情況看，不同受試者隨蹬踏運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間表現(xiàn)出下降趨勢(shì)的肌肉是不同的，其中秦××為腓腸肌外側(cè)和股直肌，王×為臀大肌，薛××為股內(nèi)側(cè)肌，顏××為股直肌，張×為腓腸肌外側(cè)，而袁×則為股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌。

在疲勞性負(fù)荷實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，表面肌電信號(hào)MF指標(biāo)單調(diào)下降作為局部肌肉疲勞逐漸加深的典型性指標(biāo)，在局部肌肉疲勞的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)過(guò)程中具有良好的應(yīng)用效果。不同受試者所測(cè)肌肉sEMG隨蹬踏持續(xù)時(shí)間表現(xiàn)出單調(diào)遞減規(guī)律的不同，提示整個(gè)蹬踏過(guò)程中不同受試者各肌肉的疲勞情況是不同的。

3 小結(jié)

3.1 15 s固定負(fù)荷原地起動(dòng)蹬踏測(cè)試，可以清楚掌握運(yùn)動(dòng)員起動(dòng)的速度和快速做功情況。從肌電測(cè)試發(fā)現(xiàn)，由于運(yùn)動(dòng)員踏蹬起始位置的差異，運(yùn)動(dòng)員在快速起動(dòng)過(guò)程中，肌肉激活的順序并不完全相同，但股外側(cè)肌、股內(nèi)側(cè)肌最先被激活的情況比較趨于一致，即在下蹬開(kāi)始時(shí)，提示這兩塊肌肉是最先發(fā)力肌肉。

3.2 15 s固定負(fù)荷蹬踏自行車加速階段、全速蹬踏階段和整個(gè)階段，不同受試者各肌肉放電比例差異較大。但從各肌肉的放電情況看，股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌、腓腸肌外側(cè)頭等肌肉無(wú)論在加速階段、全速蹬踏階段還是整個(gè)過(guò)程都表現(xiàn)出較高的放電水平，提示在自行車蹬踏起動(dòng)階段，它們是主要的用力肌肉。

3.3 從4 min固定功率蹬踏自行車不同階段內(nèi)各肌肉AEMG變化情況看，所有受試者普遍的特征是在整個(gè)蹬踏階段內(nèi)，股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌AEMG幅值一直都是所有肌肉當(dāng)中最高的，提示這兩塊肌肉是正常騎行時(shí)踏蹬的主要用力肌肉。

3.4 從4 min固定功率蹬踏各肌肉不同階段MF變化情況看，不同受試者隨蹬踏運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間表現(xiàn)出下降趨勢(shì)的肌肉是不同的，但同一運(yùn)動(dòng)員表面肌電信號(hào)MF指標(biāo)單調(diào)下降與其主要的用力肌肉密切相關(guān)，提示主要用力肌肉在踏蹬過(guò)程中疲勞往往也最先出現(xiàn)。

3.5 作為自行車場(chǎng)地全能運(yùn)動(dòng)員的袁×在15 s起動(dòng)測(cè)試中，其發(fā)力時(shí)間短、力量大，與其他主攻公路訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員形成明顯的差異；此外，在肌電測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)袁×的肌肉在踏蹬過(guò)程中力量最為均衡，肌電信號(hào)相對(duì)比較均勻，提示作為全能運(yùn)動(dòng)員在發(fā)展下肢肌肉力量時(shí)要注重均衡。

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