两种不同骑行姿态对功率车大强度骑行表现的影响

马国强，唐 琪，倪大海，龚铭新，李广凯



两种不同骑行姿态对功率车大强度骑行表现的影响

马国强1，唐 琪2，倪大海2，龚铭新3，李广凯1

1.上海体育科学研究所, 上海 200030; 2. 上海体育职业学院, 上海 201100; 3. 同济大学，上海 200092

目的：比较运动员以低把位（Dropped position，DP）和计时位（Time-trial position，TTP）两种骑行姿态，分别完成功率车一次力竭大强度骑行的运动表现差异，探讨骑行姿态改变对下肢肌肉踏蹬发力的影响。方法：在Wattbike功率自行车上安装标准弯把和计时把，建立运动员低把位和计时位两种不同的姿态模型。8名男子场地短距离优秀组（TS组）和12名男子公路青年组（R组）运动员分别以两种姿态完成模拟1 000 m骑行测试。对两组运动员不同姿态下的计时成绩、功率、频率、心率和BLa进行比较。结果：功率车模拟1 km TT中的Pmax和Pavr-start 20 s同时受到骑姿、专项和二者交互作用的显著影响，其中，专项因素的贡献率占比最大，TS组DP姿态测试的Pmax和Pavr-start 20 s分别较TTP姿态显著提高了17.8%和14.5%（＜0.05）；Cmax仅受到骑姿和专项因素的显著影响，TS组DP姿态下的Cmax较TTP姿态显著增加了6.6%（＜0.05）；而测试中的Cavr、Pavr、Pavr-end 20 s和成绩仅受到专项分组因素的显著影响，两骑姿间未见显著差异；R组1 km TT结束后的△BLa显著大于TS组，且DP较TTP姿态高了12.8%（＜0.05）。结论：低把位骑行姿态较之计时位有利于运动员功率车大强度骑行开始阶段达到更高的功率和频率水平，而短距离专项运动员更善于发挥低把位骑行姿态的优势。

骑行姿态；低把位；计时把位；功率车

自行车运动是一项人与器械相结合的周期性体能类项目，比赛中不仅对运动员的体能水平要求极高，运动员技术、战术水平也是决定胜败的关键。自行车比赛中，运动员会根据比赛要求的不同选择合适的骑行姿态，一般来说，距离较长的计时类项目多采用风阻较小的流线型骑行姿态，而战术类对抗项目则选择易于反复变向、变速的骑行姿态。但在距离较短的场地自行车计时类项目中，如女子500 m、男子1 000 m计时赛，应选择何种骑行姿态还没有统一的定论，也缺乏准确的实验数据依据，教练员和运动员多凭经验和自身感觉进行选择。

竞技自行车项目比赛中运动员的骑行姿态取决于不同的握把方式，常用车把有计时把和弯把两种，两种不同的握把方式可使运动员形成完全不同的两种骑行姿态，已有国外研究中将这两种姿态称作计时位骑行姿态（Time-trial position，TTP）和低把位骑行姿态（Dropped position，DP）[8,10]。在Defraeye等的系列研究中，采用风洞实验和计算流体力学等方法对不同骑行姿态下的身体不同部位的迎风面积和风阻进行测定与计算，并与过往研究进行了比较，证实了计时把位为符合空气动力学要求阻力最小的骑行姿态[8-10]。然而在实际骑行中，不同骑行姿态会对踏蹬过程中运动员下肢3关节发力产生影响，从而影响骑行效率和运动成绩，已有研究中少见针对不同姿态对大强度骑行表现的测试与分析。本文中运动员以计时位和低把位两种骑行姿态分别完成一次力竭的功率车大强度骑行，比较运动表现的差异，探讨骑行姿态改变对下肢肌肉踏蹬发力的影响。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选取上海自行车队短距离组8名男子优秀运动员（TS组）和公路组12名男子青年运动员（R组）为研究对象。受试运动员基本信息见表1。TS组运动员训练年限5~10年，以场地短距离专项训练为主，其中，国际健将级2人，国家健将级4人；R组运动员训练年限2～6年，以公路中长距离训练为主。

表1 研究对象基本资料

1.2 两种骑行姿态设定

根据2010年Defraeye等的研究中对骑行姿态的定义和方法[8]，通过在Wattbike功率自行车上安装弯把和计时把，分别建立运动员低把位（Dropped position，DP）和计时位（Time-trial position，TTP）两种不同的骑行姿态模型（图1）。DP是战术类对抗项目比赛中的常用姿态，而TTP是计时类项目比赛时的主要骑行姿态。

图1 自行车低把位和计时把位骑行姿态示意图

Figure 1. Two Cycling Postures of Dropped Position and Time-trial Position

1.3 模拟1 km TT和指标

研究采用Wattbike Pro功率自行车内置的1000m Standard Workout方案进行模拟1km计时骑行测试（one kilometer time-trial，1kmTT），其运动过程模拟短距离项目中的场地原地1km计时赛，运动时间在1min以上，是评价短距离自行车运动员无氧糖酵解供能能力和速度耐力的有效方法[3]。两组20名运动员分别在同一周的周二和周五进行了DP和TTP把位的测试，两次测试间隔72 h，运动员完成测试的顺序相同。测试前一天受试者均经过充分休息，降低测试日前进行的日常训练积累的疲劳对测试结果的影响。

被试运动员到达功率车训练房后调节座高、把高至个人合适位置并记录。被试运动员以80 W先进行10 min热身骑行，之后全力冲刺骑行15 s适应测试方式，休息5 min后开始正式测试。负荷设为空气阻力7档和电磁阻力1档，相当于场地50/13齿轮比。运动员听口令后从静止开始全力冲刺骑行，全程保持坐骑，功率自行车自动开始里程从1000 m至0 m的倒计，测试结束后功率车自动保存数据。

采用Wattbike功率自行车配套的运动参数记录仪（Wattbike Performance Computer，WPC）采集测试全程的运动学参数和心率（HR），采样频率设为“100 samples/second”，即每0.01s采集一个样本。测试结束后Wattbike配套软件Wattbike Expert Software从WPC中下载运动学参数和HR并导出至Excel 2010软件中进行分析，软件导出数据的时间间隔设为1 s，即导出数据均为每1 s的各参数平均值[11,16]。分析指标包括模拟1 km TT骑行成绩、最大心率（HRmax），测试全程的最大频率（Cmax）和平均频率（Cavr）、最大功率（Pmax）和平均功率（Pavr），1 km TT中开始后和结束前各20 s的平均功率（Pavr-start 20 s和Pavr-end 20 s）。

分别在模拟1kmTT结束后即刻（BLa-end 0min）和 5min（BLa-end 5min）采集指端末梢静脉血5μL，使用Lactate Pro LT-1710TM乳酸仪（日本）及配套试纸测试BLa，并计算5min和即刻之间的差值△BLa。

1.4 数据处理与统计

2 研究结果

2.1 不同骑行姿态和专项对1 km TT运动表现的影响

表2列举了低把位、计时位两种骑姿和场地短距离、公路两种专项对功率车模拟1 km TT成绩、频率和功率产生影响的双因素分析结果。

表2 骑行姿态和不同专项对1 km TT成绩、频率和功率影响的双因素方差分析结果

1. 不同专项分组对1 km TT测试成绩具有显著性影响（＜0.05），DP姿态下TS组成绩（66.8±1.7 s）较R组（70.9±3.6 s）提高了5.8%（=0.005，图2），TTP姿态下TS组与R组测试成绩差异未见统计学意义；而两种骑姿，以及骑姿和专项的交互作用均未见对1 km TT成绩的显著影响（＞0.05）。

Figure2. The Comparison of Results of 1kmTT between Groups and Postures

注：#：与R组进行组间比较，＜0.05；*：与TTP组内比较，＜0.05，下同。

2. 双因素分析可见骑行姿态和不同专项分别对1 km TT中的Cmax具有显著性影响（＜0.05），但二者的交互作用并不显著。图3（A）可见，TS组DP姿态（128.6±5.3 r/min）下测试的Cmax较TTP姿态（120.6±4.9 r/min）显著提高了6.6%（=0.002），且较R组DP姿态测试的Cmax也要高了8.2%（=0.001），均具有统计学意义（＜0.05）；与Cmax不同，骑行姿态未对测试中的Cavr产生显著影响，仅专项分组对Cavr的效应达到显著水平（＜0.05），同时骑姿×专项的交互作用也不显著。图3（B）中TS组以DP（119.9±3.9 r/min）和TTP（117.8±2.8 r/min）姿态测试中的Cavr分别较R组（DP：111.2±4.2 r/min，TTP：109.8±3.8 r/min）提高了7.8%和7.3%，具有显著性差异（＜0.05）。

图3 两组运动员两种骑行姿态下1 km TT的最大（A）和平均（B）频率比较图

Figure 3. The Comparison of Cmax (A) and Cavr(B) of 1km TT between Groups and Postures

3. 双因素分析可见，骑行姿态、不同专项，以及二者的交互作用对1 km TT中的Pmax均有显著性影响（＜0.05），计算各因素对总偏差平方和的贡献率可知，专项因素贡献最大，占67.4%，其次为骑行姿态，占比8.7%，而二者交互作用的贡献仅占3.9%，其余为残差（20%）。两姿态间的组内比较见图4（A），仅TS组DP姿态（1 278.6±94.0 W）下测试的Pmax较TTP姿态（1 085.4±114.6 W）显著提高了17.8%（=0.01）；此外两专项组间比较可见，TS组以DP和TTP姿态测试的Pmax分别较R组高43.7%和27.1%，具有显著性差异（＜0.05）。

图4 两组运动员两种骑行姿态下1 km TT的最大（A）和平均（B）功率比较图

Figure 4. The Comparison of Pmax (A) and Pavr (B) of 1km TT between Groups and Postures

与Pmax不同，双因素分析仅见专项因素对测试中Pavr的显著影响（＜0.05），骑姿和两个因素交互作用的影响并不明显。通过组内和组间的进一步比较发现（图4B），TS组以DP（702.3±82.1 W）和TTP（689.8±65.3 W）姿态测试的Pavr分别较R组（DP：546.3±57.9 W，TTP：598.3±61.2 W）显著提高了28.6%和15.3%（＜0.05），而两骑姿之间则未见显著差异。

本文在分析全程平均功率的基础上，计算了测试开始后20 s和结束前20 s的平均功率，探讨骑姿和专项对大强度骑行初始加速和最后维持阶段的影响。与Pmax相似，骑行姿态、专项和二者的交互作用均对Pavr-start 20 s具有显著性影响（＜0.05），其中，专项因素贡献占64.2%，骑行姿态占比10.9%，而二者交互作用的贡献占4.6%，残差占20.3%。两姿态间的组内比较见图5（A），TS组DP姿态（857.6±52.1 W）下测试的Pavr-start 20 s较TTP姿态（749.3±45.6 W）显著提高了14.5%（=0.004）；而专项组间比较可见，TS组以DP和TTP姿态测试的Pavr-start 20 s分别较R组高30.2%和15.5%，均具有显著性差异（＜0.05）。

图5 两组运动员两种骑行姿态下1 km TT开始后（A）和结束前（B）20 s平均功率比较图

Figure5. The Comparison of Pavr-start 20s (A) and Pavr-end 20s (B) of 1km TT between Groups and Postures

与测试全程的平均功率相似，Pavr-end 20 s仅受到专项分组因素的显著影响（＜0.05）；组内比较未见骑姿之间的显著差异（图5B），组间比较可见TS组以DP（532.1±54.9 W）和TTP（499.8±51.2 W）姿态测试的Pavr-end 20 s分别较R组（DP：385.2±36.9 W，TTP：391.2±44.2 W）显著提高了38.1%和27.8%（＜0.05）。

2.2 心率和血乳酸

表3 骑行姿态和不同专项对1 km TT中HRmax和结束后血乳酸影响的双因素方差分析结果

功率车模拟1 km测试中的HR和血乳酸变化，分别反映了心血管和骨骼肌代谢系统对大强度骑行强度刺激产生的应答。表3列举了低把位、计时位两种骑姿和场地短距离、公路两种专项对功率车模拟1 km TT中HRmax、结束即刻和5 min血乳酸，血乳酸增幅产生影响的双因素分析结果。

1. 双因素分析可见，模拟1 km TT中的HRmax仅受到不同专项分组因素的显著性影响（＜0.05），进一步两两比较发现（图6），仅DP姿态下TS组达到的HRmax（174.1±9.8 次/min）较R组（183.5±8.9 s）低了5.1%（=0.001），组间差异具有显著性（＜0.05），TTP姿态下两专项运动员测试中的HRmax的差异不具统计学意义（＞0.05）。此外，两种骑姿，以及骑姿和专项的交互作用均未见对HRmax的显著影响（＞0.05）。

2. 对测试结束即刻的BLa差异进行双因素分析发现，骑姿、专项及二者的交互作用均未见显著影响，而组间组内的进一步比较也未见显著性差异（＞0.05）；专项因素对测试结束后5 min的BLa产生显著影响，图7（B）可见，TS组分别以DP（9.8±1.9 mmol/L）和TTP（8.8±2.3 mmol/L）姿态测试后5 min BLa分别较R组（DP：11.5±2.5 mmol/L，TTP：10.3±2.1 mmol/L）低了14.8%和14.6%，差异具有统计学意义（＜0.05），而骑姿和二者交互作用未见对结束后5 min血乳酸产生显著影响。

图6 两组运动员两种骑行姿态下1 km TT中HRmax比较图

Figure 6. The Comparison of HRmax during 1km TT between Groups and Postures

图7 运动员两种骑行姿态1 km TT结束即刻（A）、5 min（B）血乳酸及△BLa（C）比较图

Figure 7. The Comparison of BLa Changes after the 1km TT between Groups and Postures

本文通过计算1 km TT结束后5 min和结束即刻BLa的差值△BLa评价骨骼肌的转运清除乳酸能力。通过双因素分析未见骑姿、骑姿与专项的交互作用对△BLa的显著性影响，而专项因素的主效应明显（＜0.05）；从图7（C）可见，R组的△BLa在两骑行姿态间出现显著性差异（=0.021），DP姿态下的△BLa较TTP姿态高了12.8%，TS组未见两骑姿间的显著差异，且TS组DP 和TTP姿态下的 △BLa分别较R组低了39.6%和34.0%，差异具有统计学意义（＜0.05）。

3 分析与讨论

自行车运动员的运动表现一定程度上受骑行过程中阻力变化的影响，包括空气动力学阻力或风阻、滚动阻力、轮轴和驱动摩擦力，以及路面坡度带来的阻力。在50 km/h以上的较高骑速下，阻力中约有90%甚至更多来自气动阻力[7]。空气阻力是人体骑行过程中最主要的阻力因素，且随着骑行速度的增加，空气阻力也逐渐加大[1]。自行车运动的空气动力学研究表明，人车系统空气阻力中的大部分与运动员的身体迎风面积的大小有关，约占人车系统阻力的60%~70%[7]。因此在训练比赛中，运动员一般是通过调整握把位置来改变骑行姿态，以达到减小身体迎风面积，降低风阻的目的。

运动员在场地和公路计时赛中常用的计时车把，可将双臂靠拢前伸，从而最大限度地降低身体重心，保持躯干的流线型姿态。计时姿态被认为是迎风面积最小，减阻效果最好的骑行姿态[9,10]。然而，在竞技自行车训练比赛中，部分运动员认为计时姿态会影响骑行过程中下肢发力，特别是大强度骑行中的主动“上提”发力，从而影响加速能力。但由于长距离骑行减阻带来的能量节省抵消了开始阶段发力加速不足对成绩的影响，故运动员多数选择计时姿态参赛。

低把位骑行姿态也是自行车较为常用的姿态之一，运动员手握弯把，肘关节保持在屈曲120°~150°位置，虽然身体重心与计时位相比变化不大，但由于双臂间距明显大于计时位，增加了身体的迎风面积，相同骑速下的风阻较大，但低把位姿态有助于运动员上肢拉把发力，提高了上下肢发力的协调性。在场地短距离男子1 km和女子500 m计时赛中，男、女运动员需从静止状态起动，各自完成65 s和35 s左右的大强度骑行，起动阶段发力踏蹬的加速能力对成绩的影响更加显著。作者统计了2014年全国场地自行车锦标赛参加男子1 km和女子500 m计时赛运动员的骑姿选择情况，选择计时位姿态的男、女运动员分别占比65%和52%，选择低把位姿态的男、女运动员则分别为35%和48%。短时大强度骑行选择何种骑行姿态还存在一定的争议。

本研究在未考虑实际运动场风阻的情况下，比较了计时位和低把位两种姿态对不同专项自行车运动员在室内功率车上完成的一次力竭大强度骑行表现影响的差异。测试中运动员完成功率车模拟1 000 m大强度骑行的时长在64.7~76.3 s之间，运动员从静止状态起动全力加速，后程尽力维持，属典型的以无氧代谢供能为主的骑行方式。通过双因素方差分析，无论是骑姿还是骑姿与专项的交互作均未对功率车模拟1 km TT全程的骑行成绩、平均功率和平均频率产生显著影响，相反，专项分组因素的影响非常显著，而组间两两比较也证实了本研究短距离运动员无论是DP还是TTP姿态，平均频率、平均功率和骑行成绩均明显高于公路组运动员。场地自行车1 km计时骑行成绩与运动员单位时间内的做功水平直接相关，单位时间内做功越多，平均功率越大，骑行成绩越好[5]。功率与骑行过程中的踏蹬力和踏蹬角速度值呈正比，而踏蹬角速度与骑行频率直接相关[4]，因此，骑行成绩、平均功率和频率表现出了相似的变化规律。短距离组被试的年龄和专项训练年限均大于公路组，与1 km TT测试相关的专项能力更强，即无氧供能速率和供能维持能力更好，可能是造成上述差异的主要原因。

HR和血乳酸是评价自行车骑行相对强度的有效指标[14]，可评价身体机能对运动刺激的生理应答水平[2]，与1 km TT全程达到的平均功率具有较高的相关性[5]。首先，与1 km TT中平均功率和成绩变化相似，测试中的最大心率、测试结束后5 min血乳酸和血乳酸增量仅受专项因素的显著性影响，骑姿和二者交互作用的影响均未达到显著水平。组间比较可见，虽然公路组运动员完成1 km TT中的平均功率低于短距离组，但HRmax、5 min即刻血乳酸和血乳酸增量却显著高于短距离组，运动员承受的相对强度更高。与以无氧专项训练为主的短距离运动员相比，公路运动员在接近力竭的大强度骑行中心脏工作能力和血液缓冲、转运清除乳酸能力均有不足。其次，两组运动员虽未见两种骑行姿态间最大心率的显著差异，但测试结束后5 min血乳酸增量在公路组出现了两骑姿间的明显不同，公路组运动员低把位姿态下上肢及躯干活动范围增加，当后程耐力显著下降时，参与代偿性发力踏蹬的肌肉增多[15]，一定程度上会造成骑行效率，即功耗比的显著降低[15]。运动员的骑行效率与下肢髋、膝、踝3关节的贡献率和活动幅度有关[18]。自行车运动员疲劳时踝关节功率和运动范围的减小，可通过延长伸髋和伸膝关节时间来补偿[17]。在早期一项功率车大强度间歇训练的应用研究中发现，疲劳带来的做功能力的下降，可伴随出现骑行经济性的显著降低[4]。

与全程平均功率仅受专项因素影响不同，本文1 km TT中的最大功率和前20 s平均功率均分别受到骑姿、专项以及二者交互作用的显著影响。虽然贡献率最大的仍然是专项因素，但组内比较发现，短距离组运动员采用低把位姿态完成测试达到的最大功率和前20 s骑行的平均功率均明显高于计时位姿态，但公路组运动员未见两骑姿间的显著差异。分析可能与以下两方面因素有关：1）由于在场地内开展较多的以静止状态开始的弯把原地起动训练，使得短距离运动员以低把位姿态开始大强度骑行测试时，与采用计时位相比能够有效“拉把”，提高上肢及躯干部位肌肉参与发力程度[6,12,19]，从而在测试开始阶段迅速克服静止状态，达到更高的功率水平，短距离专项运动员与公路运动员相比更加善于利用低把位姿；2）大强度骑行中髋关节是最为主要的发力关节[13]，计时骑行姿态下髋关节角小于低把位姿态，伸髋和屈髋肌群分别在“下蹬”和“上提”的开始阶段处于相对过度的拉伸和缩短状态，从而影响了踏蹬过程中髋关节的工作效率。

同时，短距离组以低把位姿态完成测试达到的最大频率也显著高于计时位姿态，由于骑行功率主要受到踏蹬力和骑行频率两个因素的影响，短距离组两骑姿间最大频率的显著差异可能是最大功率水平不同的影响因素之一。低把位姿态有利于短距离运动员在踏蹬圆周中向下踏蹬的同时，积极主动“上提”发力，从而在整个踏蹬周期保持较高的发力水平，在大强度骑行过程中快速提高踏频。需注意的是，低把位虽然有利于短距离专项运动员模拟1 km TT起动阶段达到较高的功率水平，但弯把的优势并未能延续到1 000 m骑行全程，测试过程中随着疲劳的积累踏频显著下降，低把位姿态的发力优势会明显减弱。

综上所述，在完成如自行车场地1 km计时赛等大强度计时骑行时，经过一定系统训练的短距离运动员可选择低把位骑行姿态，从而在骑行的开始阶段尽快达到较高的踏频和骑速；而公路专项运动员则应选择计时骑行姿态，以充分发挥该骑姿在骑行全程的空气动力学优势。自行车运动员应注重踏蹬过程中上下肢的协同发力和主动“上提”训练，并在不影响发力的前提下尽可能地降低身体重心，以减小迎风面积，降低风阻。

本文通过对Pmax和Pavr-start 20 s两项受骑姿和专项交互作用显著影响指标进行的影响因素贡献率进行计算，专项因素的占比超过60%，骑姿仅占10%左右，可能与选择的场地短距离和公路专项运动员间存在训练年限不同带来的运动水平差异有关，故两种骑姿1 km TT测试中运动表现的不同主要来自专项分组，提示，本文在受试对象选择上存在不足，未能去除运动水平差异带来的影响。未来还需选择运动水平相近的运动员，在实际运动场进行测试，同时对不同姿态骑行过程中下肢主要工作肌肉的发力特征和贡献率开展研究，为比赛骑姿的选择提供更加准确的实验依据。

4 结论

与公路专项运动员相比，场地短距离运动员能够更好地发挥低把位骑行姿态的优势，在静止状态开始的功率车模拟1 km大强度骑行的前20 s达到更高的功率和频率水平，但测试中与计时把位骑行表现上的差异会随着疲劳的积累而逐渐减小。

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Effect of Two Different Cycling Postures on the Performance of High Intensity Riding on Cycling Ergometer

MA Guo-qiang1, TANG Qi2, NI Da-hai2, GONG Ming-xin3, LI Guang-kai1

1.Shanghai ResearchInstitute of Sports Science, Shanghai 200030, China; 2.ShanghaiTechnical Sports Institute, Shanghai 201100, China; 3.Tongji university, Shanghai 200092, China.

Objectives This paper analyzes the differences of high intensity riding performance on ergometer with the two different cycling postures of dropped position and time-trial position, andinvestigates the effect of cycling posture on pedalling force. Methods 8elite male track sprinted cyclists (TS group) and 12 young male road cyclists (R group) completed the simulated one kilometers time-trial (1kmTT) on Wattbike ergometer with the two different cycling postures of dropped (DP) and time-trial (TTP) position which were realized through installing the standard dropped or time-trial handbar respectively. The time results, power, cadence, heartrate and BLa were analyzed. Results The Pmax and Pavr-start20s of simulated 1kmTT on Wattbike were significantly affected by the factors of postures, specific training and interactions of both, and the specific factor contributed the most. The Pmax and Pavr-start20s of TS group with DP was significant higher than TTP by 17.8% and 14.5% respectively (＜0.05). The Cmax was only affected by posture and specific factors. TS group’s Cmax with DP was obvious higher than TTP by 6.6% (＜0.05). But the Cavr, Pavr, Pavr-end 20s and results of 1kmTT were only affected by the specific factors, and no significant differences existed between the two postures. R group’s △BLa after 1kmTT was bigger than TS group. The △BLa with DP posture was higher than TTP by 12.8% (＜0.05) only in R group. Conclusions The cycling posture of dropped position can help athletes reaching the higher power and cadence on ergometer at the starting phase of high intensity riding. Track sprinted cyclists can take advantage of the dropped position more than road riders.

1002-9826(2018)03-0123-07

10.16470/j.csst.201803016

G872.3

Ａ

2017-10-23；

2018-03-03

上海市体育局科研攻关与科技服务课题(14JT027)。

马国强,男,副研究员,博士,主要研究方向为运动员身体机能评定和运动训练监控,自行车项目专项能力评定,E-mail: maguo qiang1978@163.com。