自行车把手类型和坡度对上肢肌群平均肌电活动的影响

胡 辉，邱文信，杨振宏

●研究报道 Short Comunications

自行车把手类型和坡度对上肢肌群平均肌电活动的影响

胡 辉1，邱文信2，杨振宏3

目的:探讨不同把手类型自行车在不同坡度路面骑行时上肢肌群的用力变化特征，为自行车专业选手和骑行爱好者针对性专项训练或比赛，以及动感单车制造商标注器材使用方法和锻炼效果提供科学理论参考。方法:8名健康男性大学体育专业志愿者，骑行不同把手类型（下弯型、平直型和上翘型）的自行车，分别在模拟下坡4°和上坡4°地面上以60 rpm的转速行驶，阻力设定为功率120 W，检测骑行者上肢相关肌群（身体右侧的腕伸肌、腕屈肌、肱二头肌、肱三头肌、三角肌、斜方肌、背阔肌）表面肌电平均振幅。结果:双因素方差分析显示，把手类型对骑行者腕屈肌、肱二头肌、肱三头肌、三角肌和背阔肌AEMG有显著影响（P＜0.05）；坡度对骑行者腕伸肌、肱二头肌、三角肌和背阔肌AEMG有显著影响（P＜0.05）；把手类型和坡度除了三角肌AEMG存在显著交互作用外（P＜0.007），其余各被检上肢肌群AEMG均无显著交互作用。结论:平直型把手可以显著提高腕屈肌肌肉激活；上翘型把手在上坡4°条件下可以显著提高肱二头肌和背阔肌的肌肉激活；下弯型把手可以显著提高肱三头肌和三角肌的肌肉激活，但要视坡度情形而定；坡度增加可以显著提高骑行者腕伸肌、肱二头肌和背阔肌的肌肉激活。

把手；坡度；上肢肌群；平均肌电

近几年，自行车运动成为一种流行风潮，也逐渐成为一项全民休闲运动项目。骑行自行车时，人体躯干的操控姿势与下肢运动的效能是有关联的，并且深受自行车座垫和把手的影响，它们之间的相对高度、角度以及距离的改变直接影响骑行者在骑行过程中的舒适度。美国1970年消费者产品委员会损伤指数显示，骑行自行车对手部所造成的伤害最为直接也最高[1]。J.P.CLARYS等[2]研究发现，无论是职业车手还是业余车手，长时间骑行自行车都会发生手部神经压迫的症状。

目前，自行车款式依据把手类型可分为竞速车（下弯型把手）、登山车（平直型把手）和淑女车（上翘型把手）3种。竞速车采用下弯型把手，特点是握把较低，骑行姿势前倾，可以降低风阻追求速度；登山车采用平直型把手，具有较好的骑行操控及机动性；淑女车采用上翘型把手，骑行姿势可以维持最佳的舒适性。不同车款因为把手角度和高度的不同，骑行姿势也会随之发生相应的变化，对于骑行的舒适性有着直接影响。

表面肌电（sEMG）信号是神经肌肉系统的生物电变化在皮肤表面加以引导、放大，并记录和显示所得到的一维时间序列信号[3]。通过研究表面肌电（sEMG）信号的时频域特征可以有效反映神经肌肉活动和功能状态[4-8]。自行车运动是一项全身性运动，但目前国内外利用表面肌电（sEMG）观察自行车运动的研究大多集中在下肢肌群，而对于上肢肌群的研究却鲜有报道。本研究将以上述3种把手类型自行车为观察对象，探讨不同把手类型自行车在不同坡度路面骑行时上肢肌群的用力变化特征，为自行车专业选手以及骑行爱好者针对性专项训练或比赛提供科学理论参考，同时，也为动感单车制造商标注器材使用方法和锻炼效果提供科学依据，将有助于提高使用者的锻炼效果。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

试验参与者为8名男性大学体育专业志愿者，平均年龄为（23.7±2.4）岁，平均身高为（176.2±7.2）cm，平均体重为（77.6± 8.7）kg。身体健康状况良好，无体格肌肉和神经系统等重大病史。试验前24 h未从事剧烈运动，无肌肉疲劳症状，精神状态良好。试验前，详细介绍本研究的目的和方法，并签署志愿者协议。

1.2 试验设计

本研究采用双因素（把手类型×坡度）被试内试验设计，其中把手类型分为下弯型、平直型和上翘型3种，坡度分为下坡4°和上坡4°2种，坡度的确定依据参照以往相关研究[9]。试验时，上坡4°和下坡4°的倾斜角度利用水平测量器进行测量设定。

测试在实验室常温条件下进行，采用ELITE磁阻式训练台（Cyclotron MAG Bicycle Trainer）模拟实际骑行情境，阻力设定为功率120 W，骑行速率以60 rpm作为踩踏的转数，并保持30 s的有效踩踏。采用Noraxon无线肌电遥测系统（MR-XP 1.07 Master Application Protocols）记录骑行过程中右侧上肢主要肌群腕伸肌、腕屈肌、肱二头肌、肱三头肌、三角肌、斜方肌和背阔肌的表面肌电（sEMG）信号，肌电图采样频率为1 500 Hz。

1.2.1 电极片的粘贴部位与要求 放置电极片前，用刮胡刀刮除汗毛并以酒精棉清理皮肤表面，以减小阻抗。一个电极片贴在肌肉肌腹最高处，然后沿肌纤维走向相距2 cm贴上第2个电极片，最后在肌肉末端贴上零电极。贴好后，连上电极导线并用医用胶布加固电极。待所有电极贴好之后，采用肌电仪配套绷带将所有导线连同信号接收器一同固定在腰上。

1.2.2 骑行踩踏转速的控制 正式试验前，进行多次预试验练习，让参与者熟悉试验的程序和要求，掌握骑行的动作要领和速度节奏。试验过程利用ELITE无线码表监控骑行踩踏转速。

1.2.3 试验过程 正式试验前，参与者进行15 min准备活动后，再次提醒试验流程并粘贴好电极片，分别测量参与者右侧腕伸肌、腕屈肌、肱二头肌、肱三头肌、三角肌、斜方肌和背阔肌7条上肢肌群5 s最大自主收缩（MVC，maximal voluntary contraction），每条肌肉共进行3次MVC测试，取最大1次的平均积分肌电值（AEMG）作为该被试肌肉的MVC，连续2个MVC测试之间至少休息1 min以消除疲劳。

MVC测试完成后休息5 min，参与者在磁阻式训练台上分别使用下弯型、平直型和上翘型把手完成上坡4°和下坡4°测试，当骑行速度达到60 rpm踩踏转速时告知参与者保持骑行踩踏节奏，以60 rpm踩踏转数维持骑行。当听闻开始口令后，开始采集肌电信号，并用ELITE无线码表监控踩踏转速，维持有效骑行30 s，并采集和储存肌电信号，如无线码表监测的踩踏转速低于或高于60 rpm时需重新进行测试。组间休息5 min，期间进行把手更换和坡度设置，每次测试在相同控制条件下完成。

1.3 数据的处理与分析

1.3.1 sEMG指标数据的标准化处理 根据试验采集的表面肌电图，采用Noraxon仪器配套分析系统（MR-XP 1.07 Master Application Protocols）对原始肌电数据经过滤波去除噪声、全波整流、翻正、平滑处理后得到积分肌电振幅（IEMG）[10-11]。将积分肌电振幅（IEMG）除以单位时间，计算出平均积分肌电振幅（AEMG），再进行振幅标准化处理，单位为%MVC，计算公式为:振幅标准化值=（平均积分肌电振幅值／MVC时平均积分肌电振幅值）×100%。

该值表示，目标肌肉占该肌肉最大活动的百分比，借以了解和分析骑行不同把手类型自行车在不同坡度条件下腕伸肌、腕屈肌、肱二头肌、肱三头肌、三角肌、斜方肌和背阔肌7条上肢肌群激活程度。

1.3.2 数据的统计分析 运用SPSS22.0统计软件进行统计分析，经检验，数据符合正态分布且具有方差齐性，采用双因素方差分析考察把手类型和坡度在上肢各肌肉激活上的效应。之后，采用LSD法进行均值多重比较，分析不同把手类型之间的差异。统计检验水准α=0.05。所有统计数据以平均值±标准差（M±SD）表示，显著性差异用P<0.05表示，非常显著性差异用P<0.01表示。

2 研究结果

积分肌电（IEMG）是指，肌电图曲线所包络的面积总和，它在一定程度上反映了一定时间内肌肉中运动单位募集的数量多少和每个运动单位的放电大小，是反映肌肉在单位时间内收缩特性的经典时域指标[4，10-14]。已有研究证明，在相同时间段内，某一肌肉IEMG的大小和其用力大小成高度正相关，可以用积分肌电（IEMG）间接反映肌肉用力状况[15-16]。因此，标准化后的平均积分肌电振幅AEMG（%MVC）值，常被用于判断目标肌肉激活程度大小。自行车把手类型和坡度对骑行者上肢肌群AEMG（%MVC）的影响结果见表1。

表1 自行车把手类型和坡度对骑行者上肢肌群AEMG（%MVC）影响一览表（n=8）Table1 Summary data of the AEMG（%MVC）of upper climb muscles for different types of bicycle handlebars and slopes（n=8）

双因素方差分析显示，把手类型对骑行者腕屈肌、肱二头肌、肱三头肌、三角肌和背阔肌AEMG（%MVC）有显著影响（P< 0.05），但对腕伸肌和斜方肌无显著影响（P>0.05）；坡度对骑行者腕伸肌、肱二头肌、三角肌和背阔肌AEMG（%MVC）有显著影响（P<0.05），但对腕屈肌、肱三头肌和斜方肌无显著影响（P> 0.05）；把手类型和坡度除了三角肌AEMG（%MVC）存在显著交互作用外（P=0.007），其余各被检上肢肌群AEMG（%MVC）均无显著交互作用（P>0.05）（见表2）。

在下坡4°条件下，把手类型对骑行者各被检上肢肌群标准化AEMG值存在影响（见图1）。多重比较发现，骑行上翘型把手自行车时，三角肌标准化AEMG值显著小于平直型和下弯型把手（上翘型与平直型相比:P=0.009；上翘型与下弯型相比:P= 0.000），腕伸肌和背阔肌标准化AEMG值均大于平直型和下弯型把手，但差异不显著；骑行平直型把手自行车时，腕屈肌标准化AEMG值显著大于上翘型把手和下弯型把手（平直型与上翘型相比:P=0.023；平直型与下弯型相比:P=0.020）；骑行下弯型把手自行车时，三角肌标准化AEMG值明显大于平直型把手和上翘型把手（下弯型与平直型相比:P=0.006；下弯型与上翘型相比:P=0.000），肱二头肌、肱三头肌和斜方肌标准化AEMG值均大于平直型和上翘型把手，但差异不显著。

表2 把手类型和坡度对上肢肌群AEMG（%MVC）影响的双因素方差分析结果一览表（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）

图1 下坡4°条件下把手类型对上肢肌群AEMG影响比较示意图Figure1 Comparison of the AEMG（%MVC）of upper climb muscles for different types of bicycle handlebars in the 4οdownhill

在上坡4°条件下，把手类型对骑行者各被检上肢肌群标准化AEMG值存在影响（见图2）。多重比较发现，骑行上翘型把手自行车时，肱二头肌标准化AEMG值大于平直型把手和下弯型把手，且与平直型把手差异显著（P=0.034），背阔肌标准化AEMG值明显大于下弯型把手（P=0.019），但与平直型把手差异不显著；骑行平直型把手自行车时，腕屈肌标准化AEMG值显著大于上翘型把手和下弯型把手（平直型与上翘型相比:P= 0.007；平直型与下弯型相比:P=0.002）；骑行下弯型把手自行车时，肱三头肌标准化AEMG值明显大于平直型把手和上翘型把手（下弯型与平直型相比:P=0.005；下弯型与上翘型相比:P= 0.001），腕伸肌和三角肌标准化AEMG值均大于平直型和上翘型把手，但差异不显著。

图2 上坡4°条件下把手类型对上肢肌群AEMG影响比较示意图Figure2 Comparison of the AEMG（%MVC）of upper climb Muscles for different types of bicycle handlebars in the 4οuphill

3 分析与讨论

本研究目的在于，探讨不同把手类型自行车在不同坡度路面骑行时上肢肌群肌肉激活特征。研究发现，不同坡度条件对各被检上肢肌群肌肉活动的影响不同，上坡4°与下坡4°比较，骑行者腕伸肌、肱二头肌和背阔肌标准化AEMG值有显著差异，腕屈肌和斜方肌肌标准化AEMG值虽然差异不显著，但有上升趋势。分析原因可能在于，坡度的增加会造成自行车前轮自然上抬趋势，这就需要骑行者通过上肢用力抓握把手，甚至调整自身的骑行姿势以避免前轮的抬起，从而影响骑行者上肢相关肌群标准化AEMG值随坡度增加而出现上升的现象[17-18]。

但S.DUC等[9]研究发现，骑行在中度坡度（上升至10%）时，下肢肌肉激活程度并不会有显著改变。L.LI等[19]研究同样表明，骑行自行车在0%到8%的爬坡过程，并没有引起下肢神经肌肉协调性显著性变化。这可能与两者研究的相关肌肉位置有关，两者的研究均针对骑行者下肢相关肌群，中度坡度条件（坡度10%以下）还不足于增加下肢相关肌群肌肉激活程度，骑行者只需通过抓握把手往胸前用力拉，踏板往前踩，可以自然运用上半身的力量，便可获得较大的骑行效率，从而完成中度以下的坡度爬升过程，所以，在研究中并未观察到下肢肌肉表面肌电值显著增加的结果。而本研究则是针对骑行者上肢相关肌群，研究结果发现，坡度的增加能够引起骑行者上肢相关肌群标准化AEMG值上升，这一研究结果也恰好为前者的研究观点提供了重要的试验证据。

M.J.CALLAGHAN[20]研究指出，骑行自行车时使用俯卧的姿势，能够降低风阻的影响，并且增进运动表现，但因长时间俯卧的姿势容易造成躯干和上肢肌肉疲劳现象。郭炳宏等[21]研究表明，下弯型竞速车手部及颈椎等部位受压程度较高，容易造成上肢、躯干局部疲劳与不适。两者的研究结果表明，骑行下弯型竞速车或是采用较低的俯卧骑行姿势，能够有效激活上肢和躯干相关肌群活动，增加上肢和躯干肌肉的用力水平，从而加速相关肌群的疲劳产生。本研究对3种不同把手类型表面肌电平均振幅值的观察同样也发现，下弯型把手的上肢肌群平均肌电值整体水平最高，其次是平直型把手，而最小的则是上翘型把手。进一步研究发现，骑行下弯型把手自行车时，三角肌（下坡4°条件下）和肱三头肌（上坡4°条件下）的肌肉激活程度明显高于平直型和上翘型。这与下弯型把手设计有关，下弯型把手握把位置明显低于平直型和上翘型，骑行者采用较前倾的俯卧姿势骑行，这就需要骑行者用上肢来分担承受自身的体重，从而更有效地激活了上肢相关肌群肌肉的活动。

本研究发现，骑行平直型把手自行车时，腕屈肌标准化AEMG值显著高于下弯型把手和上翘型把手，表明，骑行平直型把手自行车时腕屈肌用力水平较大。这主要受把手的握持方式所影响，平直型把手采用伸直横握方式和较宽的握把位置，并通过手腕的加力动作，增加了腕屈肌的肌肉激活，将上半身力量更好地传递给车子，以此来提高车子的操控效率，便于随时调整身体部位。因此，平直型把手更多地运用于山地自行车设计，以更好地适应复杂多变的山地地形及路面。

本研究还发现，上翘型把手背阔肌标准化AEMG值均高于下弯型和平直型把手，且与下弯型把手差异显著。分析原因在于，上翘型把手握把位置较高，使躯干更趋向于直立，可以维持最佳的骑行姿势，但腰背部需要承受更大的上身体重压力。I. KOLEHMAINEN等[22]研究同样表明，使用上翘型把手时，上半身直立的骑行姿势，大部分身体重量都会落在坐垫上，会增加椎间盘的承受压迫。J.H.DIEEN等[23]对学生坐姿进行研究同样也证实，身体不倚靠在椅背上，脊椎会向后弯曲或后凸，加重与椎间的压力，使脊椎间的肌肉组织产生相对的应力，造成肌肉活动的增加。本研究结果与上述两者的研究结果相一致。

4 结论与建议

4.1 结 论

（1）把手类型可以改变骑行者上肢肌群的平均肌电水平，平直型把手可以显著提高腕屈肌肌肉激活；上翘型把手在上坡4°条件下可以显著提高肱二头肌和背阔肌的肌肉激活；下弯型把手可以显著提高肱三头肌和三角肌的肌肉激活，但要视坡度情形而定。（2）坡度增加可以显著提高骑行者腕伸肌、肱二头肌和背阔肌的肌肉激活。

4.2 建 议

（1）普通大众应充分考虑自身身体因素来选购自行车，如肩部有伤痛者应尽量避免选购下弯型和平直型把手自行车；久坐办公室伏案工作者或腰背部伤痛者，应尽量避免选购上翘型把手自行车。（2）目前，市面上较好的自行车均自带下弯型、平直型和上翘型3种握把，自行车专业选手和骑行爱好者可参考本研究结果进行针对性专项力量训练，并结合实际坡度变化情况使用不同握把进行骑行，避免单一肌肉过渡疲劳现象发生。（3）动感单车制造商可参考本研究结果，对动感单车的使用方法和锻炼效果进行标注，为使用者锻炼时提供参考。

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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；录用日期：2015-11-02

胡 辉（1981-），男，浙江湖州人，讲师，研究方向为体育教育训练学与健康促进。

1.浙江师范大学体育与健康科学学院，浙江金华321004；2.台湾新竹教育大学体育学系，台湾新竹300-14；3.台湾清华大学体育室，台湾新竹300-14。