王勇 梁雷超 湯運啟 黃靈燕 伍勰 劉宇

1 上海體育學(xué)院運動科學(xué)學(xué)院（上海200438）

2 聊城大學(xué)體育學(xué)院（山東聊城252000）

3 上海健康醫(yī)學(xué)院康復(fù)學(xué)院（上海201318）

4 陜西科技大學(xué)設(shè)計與藝術(shù)學(xué)院（西安710021）

騎行中的關(guān)節(jié)做功模式研究用途廣泛，例如，用騎行中人體生理能耗與機械功之間的差異來評價騎行效率[1]、利用騎行某階段內(nèi)的正、負功判斷肌肉收縮模式[2]，以及騎行中下肢三關(guān)節(jié)做功差異來探索環(huán)節(jié)間的相互作用等[3]。自行車運動是一種典型的閉鏈運動[4]，能量從髖關(guān)節(jié)傳遞至膝關(guān)節(jié)，再傳遞至踝關(guān)節(jié)，最終由踝關(guān)節(jié)傳遞至踏板。Broker[5]和Zajac[6]認為，在這一過程中，髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)主要產(chǎn)生能量，踝關(guān)節(jié)僅僅負責(zé)能量的傳遞。研究證明，當(dāng)關(guān)節(jié)凈力矩與關(guān)節(jié)角速度一致時關(guān)節(jié)功率為正值，關(guān)節(jié)肌群向心收縮做正功，這意味著肌肉產(chǎn)生能量并向肢體傳遞；當(dāng)關(guān)節(jié)凈力矩與關(guān)節(jié)角速度不一致時關(guān)節(jié)功率為負值，關(guān)節(jié)肌群離心收縮做負功，體現(xiàn)著能量由肢體環(huán)節(jié)流向肌肉，肌肉吸收能量[7-8]，這些能量在肌肉與環(huán)節(jié)間的相互流動保證了任務(wù)的順利完成[9]。

騎行任務(wù)是下肢三關(guān)節(jié)協(xié)同完成的，為完成某一特定任務(wù)，三關(guān)節(jié)必須相互協(xié)調(diào)，才能保證任務(wù)的完成[10-12]。近年來，關(guān)于關(guān)節(jié)做功貢獻度（contribution，Con）可以用來評價環(huán)節(jié)間的協(xié)調(diào)，并為訓(xùn)練計劃提供重要信息的相關(guān)研究越來越多。騎行中Con的研究常見于頻率、負荷以及鞍座高度的變化對其的影響，Ericson等[13]的研究認為，負荷的增加沒有影響下肢三關(guān)節(jié)的Con，頻率的增加會增加Con膝但會減少Con髖；Bini 等[14]的研究認為，隨著座高的增加，Con踝增加，Con膝減少，但這些研究均采用一個完整踩踏周期內(nèi)的凈功，而沒有進行分期，僅僅考慮一個周期的凈功，缺少不同時相內(nèi)各關(guān)節(jié)做功的具體情況，也就不能更加具體地了解不同時相內(nèi)各關(guān)節(jié)間的協(xié)調(diào)模式[15]。此外，對正、負功變化的研究有助于加深對騎行中下肢三關(guān)節(jié)運動模式及其代償機制的理解[8]。

目前既能提高運動成績又能降低損傷風(fēng)險的最佳鞍座高度還不得而知，對騎行中下肢各關(guān)節(jié)做功貢獻度的研究有助于加深對三關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)模式的理解，并可以為科學(xué)設(shè)置座高、預(yù)防騎行損傷提供重要的理論依據(jù)[14]。本研究旨在對比中等高度座高（M）、自選高度座高（P）、較低高度座高（L）、較高高度座高（H）4 種鞍座高度騎行時不同時相內(nèi)關(guān)節(jié)做功，探討鞍座高度對下肢三關(guān)節(jié)做功模式的影響，從運動控制與協(xié)調(diào)方面為科學(xué)健身騎行提供理論參考。本研究的假設(shè)為：（1）推進時相（Phase推），隨著鞍座高度的增加，膝關(guān)節(jié)做功貢獻度增加，踝關(guān)節(jié)做功貢獻度減??；（2）恢復(fù)時相（Phase恢），隨著座高的增加，髖關(guān)節(jié)做功貢獻度減小，膝關(guān)節(jié)做功貢獻度增加；（3）平推期（Phase平），鞍座高度對三關(guān)節(jié)做功貢獻度無影響。

1 研究方法

1.1 研究對象

選取20 名（年齡23.4± 0.5 yr，身高168.7± 3.3 cm，體重65.6± 5.1 kg）上海體育學(xué)院學(xué)生（男生10人，女生10 人）作為研究對象。所有受試者實驗前24 h內(nèi)未從事劇烈運動，確定其下肢三關(guān)節(jié)半年內(nèi)無明顯損傷，解剖結(jié)構(gòu)和機能正常，身體狀況以及運動能力良好，右腿為優(yōu)勢腿[16]，理解本實驗意圖并簽署同意書。

1.2 儀器設(shè)備

1.2.1 可調(diào)式騎行平臺

根據(jù)實驗需要，本研究團隊整合、設(shè)計了一種可調(diào)式騎行平臺（見圖1）。騎行的阻力實施由改裝后的功率自行車（MONARK，828E）控制，自行研發(fā)的騎行平臺可實現(xiàn)座高可調(diào)（調(diào)節(jié)精度≤1 mm）。將可調(diào)式車架與改裝的功率自行車連接得到了實驗用的可調(diào)式騎行平臺。

圖1 本研究測試現(xiàn)場儀器架設(shè)（左）；坐標(biāo)系設(shè)定影像圖（右）

1.2.2 三維運動學(xué)捕捉系統(tǒng)

本研究運動學(xué)數(shù)據(jù)的采集使用Vicon 紅外高速運動捕捉系統(tǒng)和T40 型號的10 臺攝像機，采樣頻率200 Hz。Marker 點粘貼在各解剖學(xué)標(biāo)志點。此外，為跟蹤腳蹬測力臺，設(shè)計了一個“F”型框架，放于測力臺前側(cè)面，“F”型框架上有4 個點，另外有兩個點放在自行車的中軸上（見圖2）。

圖2 本研究測試用腳蹬測力臺（左）；配重腳蹬影像圖（右）

1.2.3 三維測力腳踏

動力學(xué)數(shù)據(jù)的采集采用一臺定制的腳蹬測力臺（長×寬×高：115×80×34.8 mm，瑞士Kistler 公司，型號：9016B），四個角各分布有一個壓晶式測力傳感器。本研究統(tǒng)一采集右側(cè)下肢（優(yōu)勢腿）的動力學(xué)數(shù)據(jù)，采樣頻率1000 Hz，測力臺安裝在右腳踏板上，同時對左側(cè)踏板進行了配重（見圖2）。

運動學(xué)、動力學(xué)數(shù)據(jù)采集采用外部觸發(fā)的同步采集器實現(xiàn)兩者的同步采集。

1.3 實驗方案

在正式實驗前采集受試者的身高、體重。受試者到實驗室后進行較低負荷自選高度的騎行，熱身15分鐘。然后進行固定踩踏頻率（60 rpm[1]）、負荷（1 kg）、4種座高的騎行。預(yù)實驗證明受試者使用節(jié)拍器能夠很好地控制騎行頻率，因此使用了節(jié)拍器來控制騎行頻率。膝關(guān)節(jié)角度采用角度器測量大轉(zhuǎn)子、膝關(guān)節(jié)外側(cè)髁、踝關(guān)節(jié)外側(cè)三點連線的角度來確定。本研究選用了4種常用的鞍座高度[17]進行研究，分別為：（1）中等高度座高（M），腳踩踏板位于下死點位置時膝關(guān)節(jié)屈曲角度為25°；（2）自選高度座高（P），受試者自己選擇的座高；（3）較低高度座高（L），自選高度-15°；（4）較高高度座高（H），自選高度+15°。4 種座高的采集順序是隨機的。每種座高受試者騎行3 分鐘，當(dāng)受試者進入穩(wěn)定狀態(tài)后（踩踏頻率固定在60 rpm[18]），采集穩(wěn)定狀態(tài)下10個連續(xù)完整的踩踏周期。每次測試間隔，受試者休息3～5 min，待其心率恢復(fù)至靜息心率時，方可進行下次騎行。受試者在每種座高騎行時，軀干與水平面的夾角保持在35°，腳與踏板中軸保持垂直，且第一跖骨頭放在踏板中軸上，目視前方看懸掛物（騎行平臺正前方3 m處，與受試者頭部等高）[19]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本研究中對騎行時相的定義[15]：將一個完整踩踏周期（曲柄由上死點位置開始，轉(zhuǎn)動一周再次回到上死點位置）平均分為0～360°，其中10～180°為推進時相（Power Phase ，Phase推），180～350°為恢復(fù)時相（Recovery Phase，Phase恢），350～10°為平推時相（Pushing Phase，Phase平），如圖3。

圖3 騎行時相定義圖

原始的運動學(xué)與動力學(xué)信號采用Butter-worth 四階數(shù)字低通濾波器濾波，運動學(xué)截止頻率為6 Hz[14]，動力學(xué)截止頻率為50 Hz[14]。通過V3D 軟件中基于模型數(shù)據(jù)的計算（compute model based data），在基于模型的項目屬性（model based item properties）中選擇關(guān)節(jié)力矩（joint moment），并通過選擇關(guān)節(jié)/（環(huán)節(jié)）、相應(yīng)的參考坐標(biāo)系完成下肢髖、膝、踝三關(guān)節(jié)角度、角速度和力矩的計算。例如，計算右膝關(guān)節(jié)力矩，關(guān)節(jié)和參考坐標(biāo)系分別選擇右膝和右小腿。V3D軟件采用通用的逆向動力學(xué)（Conventional inverse dynamics）方法來計算下肢各關(guān)節(jié)周圍由肌肉所產(chǎn)生的凈力矩。Matlab自編程序計算獲取右下肢三關(guān)節(jié)矢狀面的功、做功貢獻度。

1.4.1 關(guān)節(jié)功率的計算方法

其中，Pi為第i 幀關(guān)節(jié)功率（W），Mi為第i 幀關(guān)節(jié)力矩（N·m），ωi為第i 幀關(guān)節(jié)角速度（rad/s）。關(guān)節(jié)力矩M與關(guān)節(jié)角速度ω方向一致時，關(guān)節(jié)功率為正，否則為負。

1.4.2 關(guān)節(jié)做功的計算方法

其中W正為P＞0 時關(guān)節(jié)做正功，ts1為P 開始為正時的第s1幀到P最后為正時的第f1幀之間的時間，

W負為P＜0 時關(guān)節(jié)做負功，W凈為某時相內(nèi)關(guān)節(jié)做的凈功。

1.4.3 關(guān)節(jié)做功貢獻度的計算方法[8]

以踝關(guān)節(jié)為例，其中，ContA為踝關(guān)節(jié)在某時相內(nèi)做功貢獻度，|WA凈|為踝關(guān)節(jié)在此時相內(nèi)做的凈功的絕對值，|WK凈|為膝關(guān)節(jié)在此時相內(nèi)做的凈功的絕對值，|WH凈|為髖關(guān)節(jié)在此時相內(nèi)做的凈功的絕對值。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

各樣本數(shù)據(jù)的正態(tài)分布用Shapiroe-Wilk 進行檢驗，并采用Levene’s 檢驗各樣本方差齊性。采用多元方差分析（One-way repeated measues of MANOVA）觀察座高對不同時相內(nèi)三關(guān)節(jié)Con、三關(guān)節(jié)做功和關(guān)節(jié)活動度（range of motion，ROM）各指標(biāo)的影響，若Wilks’Lambda多重檢驗具有顯著性，則采用LSD post-hoc 檢驗進行事后兩兩比較，以此確定差異具體來自于哪兩種水平，顯著性水平設(shè)為P＜0.05。本研究的統(tǒng)計學(xué)全部采用統(tǒng)計軟件SPSS21.0（IBMS，NY，USA）進行處理。各指標(biāo)均采用均值±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示。

2 結(jié)果

多元方差分析檢驗顯示，Wilks’Lambda=0.008，F(xiàn)（81，99）= 4.54，P＜0.001，這表示座高變化在整體上對關(guān)節(jié)做功等生物力學(xué)參數(shù)的影響具有顯著性。

2.1 不同座高騎行時的下肢三關(guān)節(jié)做功

鞍座高度變化影響了Phase推髖關(guān)節(jié)做功[F（3，57）=3.43，P=0.02]。在鞍座高度L 騎行時髖關(guān)節(jié)做功最大（P＜0.05），其它3種座高間的髖關(guān)節(jié)做功差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。鞍座高度變化影響了Phase推膝關(guān)節(jié)做功[F（3，57）= 21.03，P＜0.001]，在鞍座高度L 騎行時做功最大，在鞍座高度H騎行時做功最小，鞍座高度P 和M 間的做功差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。鞍座高度變化影響了Phase推踝關(guān)節(jié)做功[F（3，57）=34.39，P＜0.001]，在鞍座高度L 騎行時做功最?。≒＜0.05），在鞍座高度H騎行時做功最大（P＜0.05），鞍座高度P和M間的做功差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）（表1）。

鞍座高度變化沒有影響Phase恢髖關(guān)節(jié)做功[F（2.25，42.69）= 2.94，P=0.06]。鞍座高度變化影響了Phase恢膝關(guān)節(jié)做功[F（2.21，42.08）= 35.23，P＜0.001]，4種座高間的做功差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），且隨著鞍座高度的增加，膝關(guān)節(jié)做功增加。鞍座高度變化影響了Phase恢踝關(guān)節(jié)做功[F（3，57）= 43.96，P＜0.001]，4 種座高間的做功差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），且隨著鞍座高度的增加，踝關(guān)節(jié)做功增加（表1）。

鞍座高度變化沒有影響Phase平髖關(guān)節(jié)做功[F（2.11，40.10）= 2.93，P=0.06]、膝關(guān)節(jié)做功[F（3，57）=1.95，P=0.13]和踝關(guān)節(jié)做功[F（2.02，38.31）= 1.14，P=0.34]（表1）。

表1 4種鞍座高度騎行時下肢三關(guān)節(jié)做功比較（J，n=20）

2.2 不同座高騎行時的下肢三關(guān)節(jié)做功貢獻度

鞍座高度變化沒有影響Phase推內(nèi)Con髖[F（3，57）= 1.25，P=0.30]，但影響了Con膝[F（3，57）= 12.47，P＜0.001]與Con踝[F（2.14，40.61）=29.27，P＜0.001]。4種鞍座高度間的Con膝差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），且隨著座高的增加，Con膝逐漸減小。4 種鞍座高度間的Con踝差異也均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），且隨著座高的增加，Con踝逐漸增大（圖4左）。

鞍座高度變化影響了Phase恢內(nèi)Con髖[F（3，57）=16.62，P＜0.001]與Con膝[F（3，57）= 10.61，P＜0.001]，但沒有影響Con踝[F（3，57）= 0.62，P=0.61]。4 種鞍座高度間的Con髖差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），且隨著座高的增加，Con髖逐漸減小。4 種鞍座高度間的Con膝差異也均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），且隨著座高的增加，Con膝逐漸增大（圖4中）。

鞍座高度變化沒有影響Phase平內(nèi)Con髖[F（1.82，34.60）=1.74，P=0.17]、Con膝[F（1.65，31.26）= 0.21，P=0.77]和Con踝[F（2.13，40.42）= 2.13，P=0.13]（圖4右）。

圖4 4種鞍座高度騎行時不同時相內(nèi)髖、膝、踝三關(guān)節(jié)做功貢獻度比較（n=20）

2.3 下肢三關(guān)節(jié)角速度、力矩和功率

在Phase推內(nèi)，下肢三關(guān)節(jié)角速度都是先增大后減??；Phase恢內(nèi)，髖關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)角速度先增大后減小，膝關(guān)節(jié)角速度也是先增大后減小，但最后又逐漸增大；Phase平內(nèi)，髖關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)角速度逐漸減小，膝關(guān)節(jié)角速度逐漸增加（圖5左）。

在整個Phase推內(nèi)，髖關(guān)節(jié)為伸髖力矩，膝關(guān)節(jié)開始為伸膝力矩，后變?yōu)榍チ兀籔hase恢內(nèi)，髖關(guān)節(jié)還是以伸髖力矩為主，但出現(xiàn)小部分屈髖力矩，膝關(guān)節(jié)力矩由屈膝力矩變?yōu)樯煜チ?；Phase平內(nèi)，髖關(guān)節(jié)為伸髖力矩，膝關(guān)節(jié)為伸膝力矩，踝關(guān)節(jié)在整個踩踏周期內(nèi)全部為跖屈力矩（圖5中）。

髖關(guān)節(jié)在Phase推內(nèi)絕大部分時間做正功；在Phase恢與Phase平內(nèi)幾乎全部做負功，但在座高H騎行時做正功增加；膝關(guān)節(jié)在Phase推與Phase恢內(nèi)都是先做正功后做負功，在Phase平內(nèi)全部做正功；踝關(guān)節(jié)在Phase推內(nèi)做正功，在Phase恢與Phase平內(nèi)做負功（圖5右）。

圖5 四種鞍座高度騎行時矢狀面髖（上）、膝（中）、踝（下）三關(guān)節(jié)角速度（左，rad/s）、力矩（中，N·m）、功率（右，W）曲線圖（n=20）

2.4 下肢三關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)活動度

鞍座高度變化影響了Phase推內(nèi)ROM髖[F（2.13，47.26）= 34.15，P＜0.001]。鞍座高度L和M、H間的

ROM髖差異具有顯著性（P＜0.05），P、M和H三種座高間的ROM髖差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。鞍座高度變化影響了Phase推內(nèi)ROM膝[F（3，57）=106.98，P＜0.001]，在鞍座高度H騎行時ROM膝最大，在鞍座高度L騎行時ROM膝最小，四種座高間的ROM膝差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），且隨著鞍座高度的增加，ROM膝增加。鞍座高度變化影響了Phase推內(nèi)ROM踝[F（3，57）=66.25，P＜0.001]，在鞍座高度L 騎行時ROM踝最?。≒＜0.05），在鞍座高度H騎行時ROM踝最大（P＜0.05），四種座高間的ROM踝差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），且隨著鞍座高度的增加，ROM踝增加（表2）。

鞍座高度變化影響了Phase恢內(nèi)ROM髖[F（3，57）=12.30，P＜0.001]，在鞍座高度L 騎行時ROM髖最?。≒＜0.05），其它3種座高間的ROM髖差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。鞍座高度變化影響了Phase恢內(nèi)ROM膝[F（3，57）= 114.47，P＜0.001]，4 種座高間的ROM膝差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），且隨著鞍座高度的增加，ROM膝增加。鞍座高度變化影響了Phase恢內(nèi)ROM踝[F（3，57）= 48.65，P＜0.001]，4種座高間的ROM踝差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），且隨著鞍座高度的增加，ROM踝增加（表2）。

鞍座高度變化沒有影響Phase平內(nèi)ROM髖[F（3，57）= 2.00，P=0.12]、ROM膝[F（3，57）= 0.77，P=0.51]和ROM踝[F（3，57）= 0.12，P=0.94]（表2）。

表2 4種鞍座高度騎行時下肢三關(guān)節(jié)ROM比較（°，n=20）

3 討論

3.1 推進時相三關(guān)節(jié)做功貢獻度

本研究的目的在于探討騎行時座高的變化對下肢關(guān)節(jié)做功，特別是不同的踩踏時相髖、膝、踝做功的影響。研究發(fā)現(xiàn)在Phase推內(nèi)，隨著鞍座高度的增加，Con膝逐漸減小，Con踝逐漸增加，Con髖沒有變化，這與本研究的假設(shè)一致。

Bini等[14]的研究發(fā)現(xiàn)，髖關(guān)節(jié)在一個踩踏周期內(nèi)的Con沒有受到座高的影響，且輸出保持在總能量的60%左右。本研究發(fā)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)大約提供了總能量50%左右的輸出，兩者的區(qū)別可能是由于受試者不同造成的。本研究發(fā)現(xiàn)在座高L騎行時，髖關(guān)節(jié)做功最大，這歸因于此時具有最大的髖關(guān)節(jié)力矩（圖5）。Damm[20]等最新研究發(fā)現(xiàn)，降低鞍座高度可以造成髖關(guān)節(jié)受力增大，這可以從關(guān)節(jié)力角度解釋本研究中降低鞍座高度引起了髖關(guān)節(jié)力矩的增加。然而，Con髖沒有受到座高的影響，這應(yīng)歸因于膝關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)的代償。Gonzalez[21]和Ericson 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，座高變化引起了髖關(guān)節(jié)力矩的變化，但都沒有說明髖關(guān)節(jié)力矩的具體變化。本研究發(fā)現(xiàn)隨著座高的增加，在Phase推髖關(guān)節(jié)力矩曲線逐漸上移，但當(dāng)座高升到H 時，髖關(guān)節(jié)力矩曲線突然下降，這說明采用較高的座高騎行時（超過M 后），髖關(guān)節(jié)力矩不再減小反而增加，因此適當(dāng)增加座高可以減小髖關(guān)節(jié)負荷，但過高的座高反而會增加髖關(guān)節(jié)負荷。

隨著鞍座高度升高，Con膝減小，這應(yīng)歸因于膝關(guān)節(jié)做功隨著座高的增加而減小，雖然在此時相內(nèi)，ROM膝隨著座高增加，并引起膝關(guān)節(jié)角速度增加，但膝關(guān)節(jié)伸膝力矩卻逐漸減小，且屈膝力矩逐漸增加，導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)正功逐漸減小、負功逐漸增加，膝關(guān)節(jié)凈功逐漸減?。▓D5），這與Ericson[13]與Bini 等[14]的研究一致。Ericson[13]的研究發(fā)現(xiàn)，較低的座高會產(chǎn)生更大的股四頭肌肌力，這是造成伸膝力矩增加的原因。同時，這也說明增加座高可以減小伸膝力矩，但同時會增加屈膝力矩。

座高的增加引起Con踝增加，這應(yīng)歸因于踝關(guān)節(jié)做功的增加，這一研究結(jié)果同樣與Bini 等[14]的研究一致，同時說明在座高增加后，受試者通過增加踝關(guān)節(jié)能量輸出代償了膝關(guān)節(jié)能量輸出的降低。本研究發(fā)現(xiàn)這種策略主要靠增加踝關(guān)節(jié)角速度來實現(xiàn)，由圖5可知座高對踝關(guān)節(jié)力矩影響較小，但對踝關(guān)節(jié)角速度的影響顯著，這與座高影響了踝關(guān)節(jié)ROM 有關(guān)（表2）。這與Diefenthaeler 等[23]的研究一致，Diefenthaeler 的研究認為，踝關(guān)節(jié)做功的改變是由關(guān)節(jié)運動學(xué)改變造成的，同時Bini 等[14]認為，這種變化表明受試者騎行經(jīng)驗不足。Fregly 與Zajac 等[24]的研究發(fā)現(xiàn)，騎行中踝關(guān)節(jié)的主要功能是將髖關(guān)節(jié)產(chǎn)生的能量傳遞到踏板，為了維持此功能，踝關(guān)節(jié)需保持一定的剛度，且需要積極的跖屈才能實現(xiàn)。然而，本研究并沒有發(fā)現(xiàn)座高對跖屈力矩峰值有影響（圖5），這與Sanderson 等[25]的研究結(jié)果不同，他們發(fā)現(xiàn)座高的變化引起了跖屈峰值力矩的變化，這可能是由兩個研究的受試者不同造成的：Sanderson 的研究選用的受試者為專業(yè)的騎行者，而本研究受試者為普通健康人群，騎行經(jīng)驗不足[26]。Chapman等[26]的研究發(fā)現(xiàn)，跖屈力矩的變化通常只有專業(yè)騎行者才能做到，這可以解釋本研究的發(fā)現(xiàn)。

3.2 恢復(fù)時相三關(guān)節(jié)做功貢獻度

本研究發(fā)現(xiàn)Phase恢內(nèi)，隨著鞍座高度的增加，Con髖逐漸減小，Con膝逐漸增加，Con踝沒有變化，這與本研究的假設(shè)一致。

目前，未見騎行中Phase恢下肢三關(guān)節(jié)做功的研究，本研究發(fā)現(xiàn)，在Phase恢內(nèi)，隨著鞍座高度的增加，膝關(guān)節(jié)做正功，且不斷增加，踝關(guān)節(jié)做負功也不斷增加，髖關(guān)節(jié)也具有這樣的趨勢，但是在座高H 騎行時髖關(guān)節(jié)改變了做功模式（圖5）。因此，本時相內(nèi)Con膝的增加與Con髖的減小不能簡單看作是由兩者的代償產(chǎn)生的，而應(yīng)歸因于髖關(guān)節(jié)做功模式的改變，而這種模式的改變主要是由于髖關(guān)節(jié)力矩的改變造成的。有研究發(fā)現(xiàn)采用過高的座高騎行會造成髖關(guān)節(jié)損傷[27]，本研究的這一發(fā)現(xiàn)或許與此有關(guān)，但仍需進一步研究。

騎行中的膝關(guān)節(jié)除本身產(chǎn)生一定能量外，還負責(zé)將髖關(guān)節(jié)產(chǎn)生的能量向下傳遞[24]，Phase恢內(nèi)Con膝隨著座高的增加不斷增加，且逐漸成為此階段能量的主要提供者。由圖5可知，膝關(guān)節(jié)正功的增加主要是由于在經(jīng)過下死點后做正功增加，而這又主要歸功于此刻膝關(guān)節(jié)角速度隨著座高的增加而增加，這說明增加座高后，騎行者能夠更加積極地做屈膝動作。但同時也說明，增加座高會減小Phase推膝關(guān)節(jié)負擔(dān)，但會增加Phase恢膝關(guān)節(jié)負擔(dān)。

隨著座高的增加，踝關(guān)節(jié)做負功增加，但Con踝卻沒有變化，始終保持在總能量的24%左右，這可能與維持能量傳遞有關(guān)[15]。由圖5可知，此時相內(nèi)，踝關(guān)節(jié)吸收能量的增加也主要來自于踝關(guān)節(jié)角速度的增加，這也進一步說明增加座高可以使受試者能夠更加積極地做伸踝屈膝動作。

3.3 平推時相三關(guān)節(jié)做功貢獻度

座高沒有影響Phase平三關(guān)節(jié)Con，這與假設(shè)相符。在此時相內(nèi)，膝關(guān)節(jié)為能量的主要輸出關(guān)節(jié)，髖關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)做很小的負功，吸收了少量的能量。這與此階段非常短（20°），且處于上死點附近，髖關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)幾乎沒有屈伸，膝關(guān)節(jié)做了輕微的伸膝有關(guān)。

4 結(jié)論

推進時相，髖關(guān)節(jié)是為騎行提供能量的主要關(guān)節(jié)，且未受到座高的影響；隨著座高的增加，膝關(guān)節(jié)能量輸出的減少被踝關(guān)節(jié)所代償，且這種策略主要由踝關(guān)節(jié)角速度的增加實現(xiàn)。

恢復(fù)時相，隨著座高的升高，膝關(guān)節(jié)做功貢獻度逐漸增加，且逐漸成為提供能量的主要關(guān)節(jié)；踝關(guān)節(jié)沒有受到影響，這種策略主要由髖關(guān)節(jié)力矩變化，膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)角速度的增加實現(xiàn)。

平推時相，座高變化沒有影響下肢三關(guān)節(jié)做功貢獻度，膝關(guān)節(jié)為提供能量的主要關(guān)節(jié)。

本研究結(jié)果可為健身騎行提供一些建議：騎行時應(yīng)對座高進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，在自選座高的基礎(chǔ)上可適當(dāng)增加座高，但不應(yīng)超過本研究中的中等座高高度；平時注意加強踝關(guān)節(jié)訓(xùn)練，既可以有效地保證能量的傳遞，又可以代償部分膝關(guān)節(jié)能量的產(chǎn)生。