自行车运动员不同时长(1 分钟内)骑行阻力模式优选及功率与心率的变化特征

毕学翠，郑晓鸿，杨 慧

自行车运动员不同时长(1分钟内)骑行阻力模式优选及功率与心率的变化特征

毕学翠，郑晓鸿，杨 慧

目的：对自行车运动员不同时长全力骑行时不同阻力模式的选用及功率与心率变化特征进行研究，为运动员在短时长骑行训练与比赛中科学选用合适大小的阻力模式提供参考。方法：选取8名北京自行车队男子运动员为测试对象，年龄(25.75±2.82)岁，身高(175.75±4.50)cm，体重(67.50±6.93)kg。使用SRM Ergometer进行测试，采用Open End Test模式，采样频率设置为0.5 s，功率数据精度为1 w，速度测试精度为0.1 km/h。阻尼系数分别为9、10和11档位。受试者2天内进行不同阻力模式全力5 s、10 s、30 s、1 min骑行。结果：(1)5 s全力骑行时，6名运动员在9档位阻力模式平均功率和总功率值最大，2名运动员在10档位阻力模式总功率值最大，功率与心率变化不相关(Pgt;0.05)；(2)10 s全力骑行时，6名运动员在10档位阻力模式平均功率和总功率值最大，2名运动员在11档位阻力模式平均功率和总功率值最大，功率与心率变化呈正相关(Plt;0.01)；(3)30 s全力骑行时，6名运动员在11档位阻力模式平均功率和总功率值最大，1名运动员在10档位阻力模式平均功率和总功率值最大，1名运动员在9档位阻力模式平均功率和总功率值最大，功率与心率呈负相关(Plt;0.01)；(4)1 min全力骑行时，8名运动员均在11档位阻力模式时平均功率和总功率值最大，功率与心率呈现负相关(Plt;0.01)。结论：(1)自行车运动员在1 min内短时全力骑行时，骑行时长增加，选用的阻力模式逐渐增大，有利于运动员创造最佳运动成绩。(2)自行车运动员1 min内全力骑行时，心率不随运动强度的变化而产生实时一致性的变化，心率对于短时间高强度自行车运动负荷的监控存在一定的局限。

自行车；阻力模式；传动比；功率；心率；运动时长

自行车比赛特别是场地自行车短距离比赛，运动员的起动能力、起动后的加速能力及高速度保持能力往往决定着一场比赛的胜败。运动员训练与比赛时通常用5 s最大能力(速度或功率)测试评价运动员的起动能力，用10 s最大能力测试评价运动员起动及起动后的加速能力，用30 s和1 min最大能力测试评价运动员的高速度保持能力和冲刺能力。为了获得上述能力的最大化，不仅需要运动员自身具备良好的竞技能力基础，同时，需要运动员能够针对不同时长(距离)的比赛选用合适大小的阻力模式(SRM Ergometer为阻力档位，自行车为传动比，后统一简称为阻力模式)。当采用大阻力模式时自行车能够获得较大的传动行程，但是，阻力模式增大，运动员腿的踏蹬力也相应增大，运动员骑行时会感觉“费力”。同时，大阻力模式会对运动员的踏蹬频率造成影响，踏蹬频率的峰值会随传动比的增大而减小，从而影响运动员的骑行速度。因此，在实际比赛过程中，运动员通常需要根据不同的比赛时长和战术安排，精确选用合适大小的阻力模式才能在某一时长的比赛中创造最佳的运动成绩。长期以来，教练员和运动员多根据比赛的时长和任务需要凭经验选用不同大小的阻力模式。SRM(Schoberer Rad Messtechnik)自行车数据分析系统出现以后，使得教练员和运动员利用这一系统，根据不同时长的比赛需要，科学合理的选用合适大小的阻力模式成为可能。国内外许多专家学者就该系统获得的数据与实车场地骑行的数据进行比较，充分验证了该系统获取数据的信度和效度，并广泛作为室内骑行训练的有效工具[1-5]，SRM Ergometer的不同阻力模式骑行可以模拟不同的传动比实车骑行。SRM Ergometer 系统可以采集的数据有：运动员骑行过程中的功率、频率、速度、心率、骑行距离、环境温度等信息[6]。它的大牙盘是53齿轮，根据自行车运动员在骑行过程中所受阻力(地面摩擦力、迎风阻力、自行车内部系统摩擦力和上下坡时人车重量的下滑分力[7-8])的不同和自行车不同传动比，同时为了满足训练需求和模拟实车的目的，将该功率自行车的阻力设置为1～14档，档位数值越大，功率自行车的阻力也越大，传动比也就越大[9]。多年来，虽然SRM系统在国内外被广泛的应用于自行车运动员的训练和比赛之中，但是，利用该系统对自行车运动员1 min内不同时长全力骑行时合适阻力模式的选用及功率与心率变化特征的研究仍很鲜见。本文使用SRM系统，对8名北京队自行车运动员不同时长全力骑行时不同阻力模式的选用及功率与心率变化特征进行研究，为运动员在短时间骑行训练与比赛中科学选用合适大小的阻力模式提供参考。

1 研究对象与方法

1.1研究对象

表1 研究对象基本情况

1.2测试方法

1.2.1 运动方式及负荷的选择

使用SRM Ergometer进行测试，采用Open End Test模式，采样频率设置为0.5 s，功率数据精度为1 w，速度测试精度为0.1 km/h，阻尼系数分别为9、10和11档位。受试者2天内进行不同阻力模式全力5 s、10 s、30 s、1 min骑行，室温28 ℃。

1.2.2 测试条件和步骤

测试前根据每个受试者调整SRM Ergometer的座高、脚蹬、车把距离。准备活动骑行20 min，期间受试者要进行1～2次的短时间冲刺，每次持续4～8 s，心率达到150次/min以上，准备活动后休息3～5 min，心率恢复到100 次/min以下时，开始进行测试。正式测试时，运动员做好准备启动姿势，随着口令的开始进行全力蹬骑,在运动过程中测试人员对运动员不断给予鼓励和时间提示，使之发挥出最大能力，并坚持运动到规定时间结束。为了保证数据的准确性，防止由于疲劳影响其余运动的测试结果，2次测试间给予充分休息。

此外，因为此次研究只是探索性研究，还存在一些局限性，如周期短，样本量小等，因此研究结果不一定具有代表性。但是本研究的结果可以为将来大样本研究提供假设，并为探究将自动批改系统与人工反馈相结合的写作教学模式提供新思路。

不同档位5 s全力骑行测试步骤：设置SRM自行车9档位阻力模式，计时开始后，受试者全力骑行5 s，记录数据，结束休息10 min。同时设置10档位阻力模式。第2组全力骑行5 s，记录数据，结束后休息10 min，设置11档位阻力模式。第3组全力骑行5 s。记录数据。下车休息。

不同档位10 s全力骑行测试：3次不同档位10 s全力骑行，中间休息20 min，再进行下一个档位的测试。

不同档位30 s全力骑行测试：3次不同档位30 s全力骑行，中间休息30 min，再进行下一个档位的测试。

不同档位1 min全力骑行测试：3次不同档位1 min全力骑行，中间休息40 min，再进行下一个档位的测试。

5 s和10 s的骑行测试安排在1天完成。30 s骑行测试1天内完成，1 min骑行测试在1天内完成。

1.2.3 测试仪器

SRM Ergometer(德国)系统，Lacate-Scout便携式乳酸盐分析仪(德国)，Polar心率表(芬兰)。

1.2.4 测试指标

最大功率(Pmax)、平均功率(Pmean)、总功率(Psum)、最大心率(HRmax)、平均心率(HRmean)、总心率(HRsum)。

1.3统计方法

2 结果

2.1运动员1min内不同时长不同阻力模式全力骑行平均功率和总功率变化

表2显示，5 s全力骑行时，8名运动员中6名运动员在9档位阻力模式平均功率和总功率值最大，2名运动员在10档位阻力模式总功率值最大。8名运动员11档位阻力模式平均功率和总功率值均最小。

表2 运动员5 s全力骑行不同阻力模式平均功率和总功率变化(单位：w)

表3显示，10 s全力骑行时，8名运动员中6名运动员在10档位阻力模式平均功率和总功率值最大，2名运动员在11档位阻力模式平均功率和总功率值最大。

表3 运动员10 s全力骑行不同阻力模式平均功率和总功率变化(单位：w)

表4显示，30 s全力骑行时，8名运动员中6名运动员在11档位阻力模式平均功率和总功率值最大，有1名运动员在10档位阻力模式平均功率和总功率值最大，有1名运动员在9档位阻力模式平均功率和总功率值最大。

表4 运动员30 s全力骑行不同阻力模式平均功率和总功率变化(单位：w)

表5 运动员1 min全力骑行不同阻力模式平均功率和总功率变化(单位：w)

表5显示，1 min全力骑行时，8名运动员均在11档位阻力模式时平均功率和总功率值最大。

上述研究结果表明，自行车运动员短时间(5 s、10 s、30 s、1 min)全力骑行时，随骑行时间逐渐增长，阻力模式逐渐增大，有助于运动员创造最大输出功率。提示，自行车运动员1 min内的短时间全力骑行，随着全力骑行时间逐渐增加，逐渐选用较大级别的阻力模式，有助于运动员创造最佳运动成绩。

图1 5 s全力骑行功率与心率变化

Figure1Relationshipbetweenpowerandheartratein5sriding

2.2运动员1 min内不同时长不同阻力模式全力骑行功率与心率变化

图1显示，5 s全力骑行时，功率在第4 s达到最大值，随后下降，功率变化幅度较大(KP5S=67.902)，心率变化幅度较小(KHR5S=0.85)。功率总体变化趋势向上，心率总变化趋势平稳，功率与心率变化不相关(Pgt;0.05)，心率并不随功率的变化而变化，提示5 s全力骑行，心率并不能真实反映运动强度的变化。

图2 10 s骑行功率与心率变化

Figure2Relationshipbetweenpowerandheartratein10sriding

图2显示，10 s全力骑行时，功率在第4 s达到最大值，随后下降，功率变化幅度较大(KP10s=-18.084)。心率变化幅度较小(KHR10s=2.2347)。功率总体变化趋势向下，心率总体变化趋势向上，功率与心率变化呈高度正相关(r10s=0.998，Plt;0.01)。心率并没有随着功率的下降而下降，而是呈现出随运动时长增加逐渐上升的趋势。提示，由于人体生理调动需要时间，心率变化较功率变化的滞后性，说明10 s全力骑行，心率也不能够及时、准确反映运动强度的实时变化。

图3 30 s骑行功率与心率变化

Figure3Relationshipbetweenpowerandheartratein30sriding

图3显示，30 s全力骑行时，功率在第4 s时达到最大值，随后下降，功率变化幅度较大(KP30s=-22.569)。心率变化幅度较小(KHR30s=1.4142)。功率总体变化趋势向下，心率总体变化趋势向上，功率与心率呈高度负相关(r30s=-0.954，Plt;0.01)。心率并没有随着功率的下降而下降，而是呈现出随运动时长增加逐渐上升的趋势。提示，由于人体生理调动需要时间，心率变化较功率变化的滞后性，说明30 s全力骑行，心率也不能够及时、准确反映运动强度的实时变化。

图4 1 min骑行功率与心率变化

Figure4Relationshipbetweenpowerandheartratein1minriding

图4显示，1 min全力骑行中，功率在第4 s到达最大值，随后下降，功率变化幅度较小(KP1min=-4.9273)，心率变化幅度较小(KHR1min=0.8834)。功率总体变化趋势向下，心率总体变化趋势向上，功率与心率呈现高度负相关(r1min=-0.916，Plt;0.01)。心率并没有随着功率的下降而下降，而是呈现出随运动时长增加逐渐上升的趋势。

3 讨论

自行车运动中，比赛时长(距离)不同，战术安排不同，阻力模式的选用也不同。例如，场地自行车争先赛的比赛，要求运动员采用突然袭击、快速起动的战术，尽管这类运动员有较好的腿部力量，足以使用较大传动比获得较高的骑行速度,但由于突然起动往往在比赛中起关键作用，因而在考虑阻力模式的选择时，必须从有利于起动及起动后加速的需要考虑而选择较小的阻力模式。运动员个体竞技能力的差异也直接影响着阻力模式的选用。有的运动员腿部力量与力量耐力较好，有的运动员高速频率能力较强，有的运动员腿部肌肉协调性较好，训练与比赛实践中只有根据运动员竞技能力不同的个体特点，选用合适的阻力模式才能充分发挥运动员的个体竞技能力[10]。

目前，国际上场地自行车短距离训练和比赛中有向大阻力模式发展的趋势。但是单纯的大阻力模式并不适合所有比赛需要和运动员的个体特点。运动员骑行时最大功率的输出取决于环境阻力和选取与环境相匹配的最佳阻力模式，阻力模式和频率微细改变都会使运动员骑行时输出功率产生较大变化[8]，训练与比赛中运动员要获得最佳的功率输出，必须根据不同的骑行时长选用合适的阻力模式[11]。

本研究结果显示，自行车运动员短时间(5 s、10 s、30 s、1 min)全力骑行时，随骑行时间逐渐增长，阻力模式逐渐增大，有助于运动员创造最大输出功率。结果提示，自行车运动员在1 min内的短时间全力骑行，随着全力骑行时间逐渐增加，逐渐选用较大级别的阻力模式，有助于运动员创造最佳运动成绩。

多年来，在自行车运动训练与比赛实践中，教练员主要依靠计时成绩来评价运动员训练与比赛完成情况和阶段训练效果。然而,在实际训练过程中, 计时成绩的影响因素很多, 包括气温、风力、场地摩擦力, 以及运动员的力量和频率水平, 仅用计时成绩很难准确评价短距离运动员专项能力水平[7，12-13]。因此，在自行车运动科学研究与训练实践中，功率和心率作为运动员专项竞技能力监控的有效指标[14-15]正逐渐被广泛应用，特别是SRM系统在自行车运动中的应用，使得通过功率指标全程精确的监控自行车运动训练与比赛的负荷强度[16]成为现实。功率是反映自行车运动负荷的外部指标，运动员骑行时功率在开始阶段全部上升，同时伴随着速度上升，当功率最大值出现后，功率开始下降，速度仍然上升，这是自行车运动所特有的现象[17]。运动员骑行功率越大，自行车速度越快，成绩越好[18]。而心率作为自行车运动训练强度监控指标[19-21], 随着运动强度(功率)的增大，心率会越来越高，通过监控心率的动态变化，准确掌握机体对运动负荷刺激的反应情况，训练中对运动强度进行调整，有利于训练目标的实现[22-23]。

本研究结果显示，运动员5 s全力骑行时，功率总体变化趋势向上，心率平稳，由于5 s骑行时间太短，心率不能像功率那样即刻发生较大变化，功率与心率变化不相关。运动员10 s、30 s、1 min全力骑行时，功率总体变化趋势向下，心率总体变化趋势逐渐上升，功率与心率呈现不一致的变化趋势，心率没有随运动强度的下降而下降，反而随骑行时长的增加，运动强度的下降而逐渐上升。这与心率随功率的变化而变动[24]的研究结论不一致。Nimmerichter在训练和比赛监控中发现在自行车高强度训练和比赛中心率不能准确的显示骑行功率输出的变化[25-26]，Vogt通过实验也证实了自行车运动中，骑行功率比心率能更准确的监控运动强度[27]。有研究发现只有运动时间达到某一适宜长度，心率变化范围在110～180次/min区间时，心率与运动强度之间才存在显著的线性关系[23]，本研究结果也进一步支持了上述论点。本研究结果表明：在短时间高强度自行车运动中，由于机体心血管系统动员的滞后性，心率不能随运动强度(功率)的变化而产生实时一致性的变化，因而，心率对于短时间高强度运动负荷的监控存在一定的局限性。

4 结论

(1)自行车运动员在1 min内短时全力骑行时，骑行时长增加，选用的阻力模式逐渐增大，有利于运动员创造最佳运动成绩。

(2)自行车运动员1 min内全力骑行时，心率不随运动强度(功率)的变化而产生实时一致性的变化，心率对于短时间高强度自行车运动负荷的监控存在一定的局限性。

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(编辑 李新)

OptimalSelectionofResistanceModeDuringDifferentLengthofTime(within1min)RidingandtheRelationshipofPowerandHeartRateVariationCharacteristic

BI Xuecui,ZHENG Xiaohong,YANG Hui

Objective: Study the selection of different resistance patterns and the characteristics of power and heart rate change during different length of time (within 1min) riding, and provide the appropriate resistance model for cyclistin short-term riding training and competition. Methods: This study recruited eight cyclists from Beijing cycling team as the test subjects . We used the SRM Ergometer to test, used the Open End Test mode, the sampling frequency was set to 0.5 s, the power data accuracy was 1 w, and the speed test accuracy was 0.1 km / h. The damping coefficients were 9, 10 and 11, respectively. Cyclists ridded 5 s, 10 s, 30 s, 1 min in different resistance models. Results:(1) 5 s riding, there were 6 of 8 cyclists got the largest average power and total power in the 9-position resistance mode, 2 cyclists were in the 10 stall resistance mode. There was no correlation between power and heart rate (Pgt; 0.05). (2) 10 s riding, there were 6 of 8 cyclists got the largest average power and total power in the 10 stall resistance mode, 2 cyclists were in the 11 stalls resistance mode. There was a high positive correlation between power and heart rate (Plt;0.01). (3) 30 s riding, there were 6 of 8 cyclists get the largest average power and total power in the 11 stall resistance mode,1 cyclist was in the 10 stall resistance mode, 1 cyclist was in the 9 stall resistance mode. There was a high negative correlation between power and heart rate (Plt;0.01). (4) 1 min riding, all cyclists got the largest average power and total power in the 11 stalls resistance mode. There was a high negative correlation between power and heart rate (Plt;0.01). Conclusion: (1) Cyclists ridded less than 1 min, the selected resistance mode is gradually increased with the the length of the ride increase, which is beneficial to the athletes to get the best sports performance. (2) Cyclists have a real-time consistency change when the heart rate does not change with the intensity of exercise within 1 min. The heart rate has some limitations on the monitoring of short-term high-intensity bicycle training.

bicycle;resistancemode;transmissionratio;power;heartrate;exerciseduration

G804.23DocumentcodeAArticleID1001-9154(2017)06-0073-07

G804.23

A

1001-9154(2017)06-0073-07

毕学翠，在读博士，讲师，研究方向：体育教育训练学，E-mail：bixuecui@cupes.edu.cn。

郑晓鸿，博士，教授，研究方向：体育教育训练学，E-mail：zhengxiaohong@cupes.edu.cn。

首都体育学院，运动训练研究所，北京 100191 Institute of Sports Training, Capital University of Physical Education and Sports, Beijing 100191

2017-05-28

2017-07-10