随着自行车运动不断演化,训练方法不断改进,运动器材不断进步,运动员的成绩也得到了提高。但是,自行车运动中有一个因素却相对稳定不变,即训练和比赛时运动员任意选择的蹬踏频率。几乎教练和训练学家会怀疑顶级的公路车手和铁三运动员选择90±5的踏频,尤其是在平地上。此外,几乎没有任何原因使得教练建议优秀的运动员选择比这高或者低很多的踏频,无论出于科学还是实践原因。因此,本文假设介于85和95 rpm之间的踏频是最佳选择。从科学的角度,有一个很明显的问题摆在我们面前:为什么优秀的运动员会选择这样的踏频,这样的踏频真的是最佳的么?本文的目的是回顾和分析从各种针对最优踏频展开的科研文献,并为最优踏频提供一个可行的跨学科的解释,指出了一些关于自行车手和非自行车手的错误传闻。
最通俗的解释认为高踏频的效率更高,即用最低的代价完成同样的任务。不过,Gaesser和Brooks在1975年给出了好几种运动效率的精确定义。他们定义并比较了四种不同的效率度量标准,以便寻找表示人体肌肉效率的最佳方式。
这些效率度量标准分为:一、总效率(gross),人体作功与总能量消耗之间的比率,也就是将化学能转化为机械功的效率;二、净效率(net),人体作功与运动额外消耗的能量之间的比率,在计算中,消耗的能量中不包含静态情况下人体新陈代谢消耗的能量;三、作功效率(work),即人体作功与无负荷运动消耗的能量之比,此时除了去掉新陈代谢消耗的能量,还需要忽略移动腿消耗的能量;四、增量效率(delta),即功率输出的变化率与能量消耗的变化率之比。
Gaesser和Brooks发现,在固定的功率输出情况下,无论采用哪种效率定义,效率都会随着踏频的增加而降低。早期和后续研究都支持这个结论(Benedict 和 Cathcart,1913;Dickinson,1929;Garry和Wishart,1931;Seabury等,1977;Suzuki,1979)。这些研究的结论表明,仅从效率的角度而言,自行车运动员并不能从高踏频中获益。令人惊讶地是,最高效率的踏频接近50 rpm和60 rpm之间。
并非所有的研究都表明当踏频增加时骑行效率降低。例如,Faria等人在1982年发现在低功率输出(140瓦特)时,当踏频从68 rpm升至132 rpm时,总效率由18\%降低至14\%;但是当输出功率达到290瓦特是,总效率几乎是恒定的,接近22\%。因此,在高功率输出时,增加踏频并不会降低骑行效率。为了解释他们的结果与早期研究的不一致性,Faria等人推测这与研究对象的骑行技能有关系。之前的研究通常选择缺乏经验的骑手,这些骑手的肌肉可能尚未适应骑行,当高踏频骑行的时候会消耗额外的氧气。Faria等人选择的是有经验的自行车运动员,他们习惯于高踏频和高功率输出,他们的数据也许对骑行研究更有帮助。很显然,这些研究数据也表明,自行车运动员在高踏频和高功率输出时并不会碍于效率降低。
1992年Sidossis等人重新研究了骑行效率的问题。他们发现在骑行的输出功率占人体最大有氧输出功率的80\%(280瓦特)和90\%(300瓦特)时,踏频为60、80、100 rpm时总效率基本相同(图一)。但是,当输出功率为50\%和60\%时,100 rpm的效率远显著地低于60 rpm和80 rpm。这些数据和Faria等人1982年的数据一致,高踏频在高功率输出时和低踏频相比并没有明显的效率差异。不同于1975年Gaesser和Brooks的数据,Sidossis发现当踏频从60 rpm增加到100 rpm时,增量效率从21\%增加到24.5\%(图二)。同Faria等人一样,他们认为数据上的区别主要是由于之前的研究使用未经训练的骑手。这些作者认为,增量效率比总效率更适于评价肌肉效率。为了解释踏频增加时增量效率的增加,他们猜测满足指定输出功率的下肢肌肉的收缩速度更接近最大的肌肉效率对应的速度(即,接近肌肉最大收缩速度的1/3)。Faria等人和Sidossis等人都选择了比之前研究更高的输出功率,因此他们的研究数据对于实际的自行车比赛更有代表性。
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