自行車設(shè)定對(duì)非創(chuàng)傷性運(yùn)動(dòng)損傷和騎行表現(xiàn)的影響

陳江西，白音孟克，倪維廣

（吉林大學(xué) 體育學(xué)院，吉林 長春 130012）

自行車騎行作為一種綠色健康的交通、娛樂和運(yùn)動(dòng)方式越來越受到人們歡迎，但騎行導(dǎo)致的非創(chuàng)傷性運(yùn)動(dòng)損傷也在騎行者中頻發(fā)，如在騎行中或騎行后出現(xiàn)腰、髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)等部位疼痛以及肩頸、手、腳等部位麻木［1-2］。根據(jù)臨床經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)生這些損傷的原因通常是沒有根據(jù)騎車人的各類身體參數(shù)對(duì)自行車各個(gè)部件進(jìn)行正確的設(shè)定調(diào)整，長期以不科學(xué)的姿勢騎行等［3-4］。此外，不科學(xué)的自行車設(shè)定還可能會(huì)加速疲勞和降低輸出功率，最終影響騎行者的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)［5］。

自行車設(shè)定（Bike Fitting）則是以運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)、人體工程學(xué)等知識(shí)為基礎(chǔ)，利用一些工具去調(diào)試或優(yōu)化自行車各個(gè)部件從而最匹配騎行者的設(shè)定，改善騎行者因長期不正確姿勢騎行而導(dǎo)致肌肉骨骼負(fù)荷過載的狀況，以實(shí)現(xiàn)降低非創(chuàng)傷性損傷風(fēng)險(xiǎn)并提高騎行表現(xiàn)的效果［5-6］?；谝陨媳尘埃瑪M對(duì)已發(fā)表的有關(guān)自行車設(shè)定影響的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行全面檢索，并對(duì)不同的自行車設(shè)定與騎行效率、疲勞、非創(chuàng)傷性損傷之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行深入討論，以期為不同人群的自行車調(diào)試提供更科學(xué)的建議，從而減少騎行導(dǎo)致的傷病并提升騎行表現(xiàn)。

1 資料和方法

1.1 檢索范圍確定

由于國內(nèi)相關(guān)的研究較少，為探究近年來國外主要的研究趨勢和應(yīng)用方向，在PubMed、Web of Science數(shù)據(jù)庫中檢索與“Bike Fitting”相關(guān)的文獻(xiàn)，并將其導(dǎo)入VOSviewer1.6.18 軟件進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析（圖1）。圖1可見自行車設(shè)定的應(yīng)用主要集中在對(duì)三個(gè)大的方面進(jìn)行調(diào)整，即“腳-鞋-腳踏”體系、“臀部-會(huì)陰部-鞍座”體系和“手-車把-車架”體系。近年來的研究大多都在探討不同姿勢騎行時(shí)對(duì)關(guān)節(jié)肌肉狀態(tài)的影響。

圖1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)時(shí)間線可視化圖譜

1.2 文獻(xiàn)檢索

根據(jù)上述檢索范圍以及基于循證醫(yī)學(xué)PICO 原則中的三個(gè)要素，即參與者（P:Participants）是騎行者，干預(yù)（I:Interventions）是自行車的不同設(shè)定，結(jié)果（O:Outcomes）是自行車設(shè)定變化對(duì)騎手騎行表現(xiàn)和受傷風(fēng)險(xiǎn)的影響。列出表1的檢索詞，并運(yùn)用和（AND）或（OR）組合（主題或題名）連接的布爾邏輯檢索形式在中國知網(wǎng)、PubMed、Web of Science 數(shù)據(jù)庫中檢索相關(guān)研究文獻(xiàn)。有關(guān)鞍座高度設(shè)定影響的文獻(xiàn)時(shí)限為2010年1月至2023 年1 月（之前的研究可能已被Bini 等人［7］所發(fā)表有關(guān)鞍座高度影響的綜述納入），其余自行車設(shè)定條件的檢索文獻(xiàn)時(shí)限為2000年1月—2023年1月。

表1 檢索關(guān)鍵詞

1.3 納入及排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn):（1）已公開發(fā)表的中、英文文獻(xiàn)；（2）以符合人坐立式蹬踏的山地或公路自行車框架為基礎(chǔ)的研究；（3）文獻(xiàn)內(nèi)容涉及評(píng)估鞍座、車把、車架、曲柄等自行車配件的設(shè)定變化對(duì)騎行表現(xiàn)或受傷風(fēng)險(xiǎn)的影響；（4）以真實(shí)的人為實(shí)驗(yàn)受試者的研究；（5）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)科學(xué)合理、資料收集方法科學(xué)、數(shù)據(jù)分析方法正確。

排除標(biāo)準(zhǔn):（1）只有定性描述，沒有確切實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐的研究；（2）僅為理論模型計(jì)算或模擬仿真進(jìn)行評(píng)估的研究；（3）有關(guān)小輪車、手搖自行車、躺車等類型自行車的研究；（4）調(diào)查類、會(huì)議摘要和綜述類文獻(xiàn)。

1.4 質(zhì)量評(píng)估

通過應(yīng)用于橫斷面研究的質(zhì)量評(píng)估量表（AXIS tool）［8］去評(píng)估納入文獻(xiàn)的研究質(zhì)量、研究設(shè)計(jì)和潛在偏差風(fēng)險(xiǎn)。AXIS 量表由5 個(gè)模塊（引言、方法、結(jié)果、討論、其他），共計(jì)20 個(gè)問題組成，去除該量表中與此次評(píng)估無關(guān)的問題，最終通過17 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)去評(píng)估文獻(xiàn)的總體質(zhì)量［9］。由于AXIS 量表沒有提供文獻(xiàn)質(zhì)量的總體評(píng)級(jí)。因此，文章選擇計(jì)算每項(xiàng)研究的得分達(dá)到總分的百分比（得分/17）來對(duì)該研究進(jìn)行評(píng)級(jí)。評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)定為很高質(zhì)量（90%～100%）、高質(zhì)量（80%～90%）、較高質(zhì)量（70%～80%）、中等質(zhì)量（60%～70%）、低質(zhì)量（60%以下）。

2 結(jié)果

2.1 文獻(xiàn)檢索結(jié)果

從中文數(shù)據(jù)庫中得到檢索結(jié)果473 條，英文數(shù)據(jù)庫中得到檢索結(jié)果3046 條，共得到檢索結(jié)果3519 條。文獻(xiàn)篩選流程圖如圖2所示，最終共有46篇有關(guān)自行車設(shè)定對(duì)非創(chuàng)傷性損傷預(yù)防以及騎行效率影響的文獻(xiàn)被納入系統(tǒng)評(píng)價(jià)，其中英文文獻(xiàn)有43篇，中文文獻(xiàn)有3篇。

圖2 文獻(xiàn)篩選流程圖

2.2 質(zhì)量評(píng)估結(jié)果

質(zhì)量和偏倚風(fēng)險(xiǎn)分析表明，3項(xiàng)研究質(zhì)量很高，33項(xiàng)研究質(zhì)量高，7項(xiàng)研究質(zhì)量較高，2項(xiàng)研究質(zhì)量中等，1 項(xiàng)研究質(zhì)量低。納入研究中的薄弱環(huán)節(jié)主要包括樣本量的合理性、樣本量相對(duì)于目標(biāo)人群的代表性以及選擇過程與目標(biāo)人群的一致性。整體上，納入研究的質(zhì)量比較高。

2.3 納入文獻(xiàn)基本特征

對(duì)納入文獻(xiàn)進(jìn)行全文分析，結(jié)果表明當(dāng)前對(duì)自行車設(shè)定的研究主要集中在5種配件上，即鞍座、車把、車架、曲柄和腳踏。其中鞍座高度的設(shè)定（20篇）:設(shè)定蹬踏下死點(diǎn)（Bottom Dead Center，BDC）時(shí)不同膝關(guān)節(jié)屈曲角度、內(nèi)縫長度的109%等條件，對(duì)比不同鞍座高度蹬踏對(duì)下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和主觀情緒體驗(yàn)的影響（表2）。鞍座位置角度的設(shè)定（5 篇）:調(diào)整鞍座前后位置和垂直傾斜角度，對(duì)比研究下肢肌肉的激活、關(guān)節(jié)力和活動(dòng)范圍、肺通氣狀況等（表3）。鞍座形狀的設(shè)定（5篇）:對(duì)比研究不同鞍座形狀（寬窄、中空帶孔、長短鞍鼻等）對(duì)會(huì)陰部壓力、血流等的影響（表4）。車把和車架的設(shè)定（3篇）:研究不同車把高度和車架尺寸對(duì)騎行者腰椎、頸椎屈曲和肌肉疲勞的影響（表5）。曲柄的設(shè)定（8篇）:研究不同曲柄臂長度對(duì)下肢關(guān)節(jié)力矩、輸出功率以及能量代謝等的影響（表6）。腳踏的設(shè)定（5 篇）:研究使用自鎖腳踏與其他腳踏騎行時(shí)的差異，以及自鎖腳踏鎖片位置變化對(duì)騎行的影響（表7）。

表2 鞍座高度設(shè)定對(duì)于騎行的影響

表3 鞍座位置角度設(shè)定對(duì)騎行的影響

表4 鞍座形狀選擇對(duì)騎行的影響

表5 車把和車架設(shè)定對(duì)騎行的影響

表6 曲柄長度設(shè)定對(duì)騎行的影響

表7 腳踏的設(shè)定對(duì)騎行的影響

3 討論

綜合上述系統(tǒng)納入文獻(xiàn)的研究結(jié)果以及非創(chuàng)傷性運(yùn)動(dòng)損傷治療的臨床經(jīng)驗(yàn)［4］，能夠發(fā)現(xiàn)在騎行者中頻發(fā)的各部位疼痛或麻木與自行車鞍座、車把、曲柄等配件的設(shè)定存在較強(qiáng)關(guān)聯(lián)（圖3）。這些配件不同的設(shè)定會(huì)影響到騎行過程中各個(gè)關(guān)節(jié)、骨骼的載荷以及肌肉的激活、器官的血流和各接觸面的壓力，進(jìn)而會(huì)影響到騎行者的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，甚至?xí)黾邮軅娘L(fēng)險(xiǎn)。

圖3 自行車設(shè)定因素與非創(chuàng)傷性運(yùn)動(dòng)損傷的關(guān)聯(lián)分析

3.1 鞍座高度設(shè)定對(duì)騎行的影響

根據(jù)100%大轉(zhuǎn)子長度、106%～109%內(nèi)縫長度以及蹬踏在下死點(diǎn)（BDC）時(shí)特定膝關(guān)節(jié)屈曲角度所處的高度（圖4）等方法確定最佳鞍座高度［10］。大多數(shù)人在日常休閑騎行時(shí)鞍座并沒有處于最佳高度。與最佳鞍座高度相比，較低和較高鞍座高度在蹬踏時(shí)下肢神經(jīng)肌肉激活會(huì)不同［11］，下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)也會(huì)表現(xiàn)出差異，如髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍增加［11-12］，關(guān)節(jié)力矩會(huì)改變［13］。這些變化可能會(huì)降低騎行的效率，增加受傷的風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 鞍座高度測量方法

對(duì)于鞍座高度微小變化的影響，研究發(fā)現(xiàn)以大轉(zhuǎn)子長度±3%的高度調(diào)整進(jìn)行蹬踏時(shí)，并未影響膝關(guān)節(jié)載荷（脛股壓力、剪切力以及髕股壓力）［14］。雖然上述研究指出高度微小變化對(duì)關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)影響并不明顯，但只是探討了休閑騎行者在較低踏頻（70rpm）和輸出功率（70W）時(shí)高度微小變化的影響。Moura 等人的研究表明專業(yè)運(yùn)動(dòng)員在更大負(fù)荷下（100W遞增），以自選鞍座高度±2.5%的調(diào)整進(jìn)行蹬踏就會(huì)改變肌肉激活模式和蹬踏周期推進(jìn)時(shí)相應(yīng)的肌肉（股外側(cè)肌和股直肌）參與百分比［15］。這說明受試者的運(yùn)動(dòng)等級(jí)或輸出功率也是決定鞍座高度變化影響的重要因素［16］。因而專業(yè)運(yùn)動(dòng)員為追求更大功率和更好的表現(xiàn)，比休閑騎行者需要更多的動(dòng)態(tài)測量技術(shù)的加入。

Wang 等人的研究表明膝關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩以及產(chǎn)生前膝關(guān)節(jié)力矩峰值時(shí)的矢狀面膝關(guān)節(jié)角度會(huì)隨著鞍座高度降低而增加［17］。這意味著以低鞍座高度騎行時(shí)，膝關(guān)節(jié)在前膝關(guān)節(jié)力矩峰值出現(xiàn)時(shí)會(huì)更多處于屈曲位置。而當(dāng)膝關(guān)節(jié)處于深屈位置時(shí)，壓迫股骨上髕骨的矢量力較大，且內(nèi)收力矩的增大可能導(dǎo)致髕骨-股骨接觸力和接觸面積增加［18］。再加之較低鞍座蹬踏產(chǎn)生較大的股四頭肌峰值肌力、髕股關(guān)節(jié)峰值力及髕股關(guān)節(jié)峰值應(yīng)力會(huì)造成髕骨軟骨的過載［19］。這可能會(huì)加劇股髕關(guān)節(jié)疼痛綜合征以及增加其他膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎等可變性和退行性疾病風(fēng)險(xiǎn)［20］。此外，Chang等人認(rèn)為在BDC時(shí)膝屈角35°（較低）的鞍座高度下股四頭肌長度被更大程度拉伸以維持較大肌力［21］。這可能會(huì)更早誘發(fā)疲勞，導(dǎo)致踏頻相比于BDC 屈膝角25°（較高）時(shí)更易不穩(wěn)定。當(dāng)把鞍座高度從BDC時(shí)35°屈膝角調(diào)整為25°時(shí)，推進(jìn)時(shí)相中作為提供主要蹬踏力的髖關(guān)節(jié)并未受到鞍座高度的影響，膝關(guān)節(jié)能量輸出的減少則被踝關(guān)節(jié)所代償。這種策略主要通過踝關(guān)節(jié)角速度的增加實(shí)現(xiàn)［10］，這將有效減少膝關(guān)節(jié)（如前交叉韌帶和髕股軟骨）的軟組織損傷［22］。除了降低受傷風(fēng)險(xiǎn)，在BDC 屈膝角處于25°時(shí)鞍座高度的蹬踏經(jīng)濟(jì)性（攝氧量指標(biāo)）也優(yōu)于BDC 屈膝角35°及109%內(nèi)縫長度，這可能意味著有更好的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)［23］。

當(dāng)鞍座高于最佳高度，蹬踏時(shí)股直肌/臀大肌共激活的降低會(huì)導(dǎo)致髖關(guān)節(jié)能量傳遞下降，同時(shí)股四頭肌活動(dòng)下降導(dǎo)致踏板力降低［24］。迎面風(fēng)阻隨著高度的升高也會(huì)增大［25］，導(dǎo)致騎行效率隨之下降。較高鞍座下的蹬踏會(huì)伴隨著肌肉激活順序的改變，如為了糾正髕股關(guān)節(jié)功能不穩(wěn)定，股直肌激活會(huì)提前［11］。這與更早的疲勞誘發(fā)是否有關(guān)，值得深入探討。研究還發(fā)現(xiàn)騎行者自己選擇的鞍座高度是最舒適的，盡管在不同鞍座高度蹬踏時(shí)軀干和下肢特定區(qū)域的皮膚溫度沒有發(fā)現(xiàn)顯著變化［26］，但高于或低于首選鞍座高度會(huì)讓人通過騎行獲得的舒適性更低（feeling scale 量表測得）［27-28］。然而，自選鞍座高度帶來的這種更高舒適性是否由騎行者對(duì)該姿勢的習(xí)慣造成，目前還不清楚。因此，未來的研究可分析長期接觸不同姿勢后，舒適度是否會(huì)發(fā)生變化。

3.2 鞍座位置設(shè)定對(duì)騎行的影響

不同的鞍座位置以及傾斜角度對(duì)蹬踏也會(huì)產(chǎn)生一定影響。鞍座位置前移（靠近車把位置）蹬踏時(shí)，腓腸肌的激活程度和踏板力下降，后移時(shí)腓腸肌的激活及鞍座壓力中心的變化會(huì)增加，騎行總體不適感會(huì)提高［29］。鞍座位置靠后蹬踏的結(jié)果還反映了騎手坐姿靠后時(shí)施加在曲柄臂的徑向力減少，踏板上的有效力增加［30］，這可能與跖屈肌力峰值增加有關(guān)［31］。踝跖屈可解釋為骨盆前旋時(shí)的繼發(fā)性改變，當(dāng)采用骨盆前旋位時(shí)，腘繩肌拉伸增加會(huì)導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)屈曲的反射性提高，從而增加了踏板上的有效力［32］。盡管鞍座靠后時(shí)蹬踏對(duì)踏板力更有效，但通過逆向動(dòng)力學(xué)計(jì)算發(fā)現(xiàn)靠后蹬踏時(shí)脛股平均壓力和峰值壓力分別比向前狀態(tài)下高14%和15%［33］.這是否會(huì)增加長期騎行中的受傷風(fēng)險(xiǎn)還未知，現(xiàn)有研究對(duì)鞍座前后位置調(diào)整的具體范圍還不明確，普通騎行者對(duì)于鞍座前后位置的調(diào)整應(yīng)以騎行舒適感（是否有疼痛、麻木的感覺）為主。此外，鞍座角度向下傾斜對(duì)于運(yùn)動(dòng)成績、心肺功能參數(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)的改善并不大，且在傾斜6°時(shí)觀察到骨盆向前滑動(dòng)［34］。這種變化可能削弱鞍座的支撐功能從而增加在車把上的代償用力，長時(shí)間騎行會(huì)對(duì)上肢施加額外的壓力。鞍座角度向下傾斜的好處可能在于會(huì)降低騎行者的會(huì)陰前部壓力［35］，這還需要更多的研究結(jié)果驗(yàn)證。

3.3 鞍座形狀選擇對(duì)騎行的影響

因?yàn)榻馄式Y(jié)構(gòu)的關(guān)系，騎行時(shí)會(huì)陰壓力還會(huì)受到鞍座形狀的影響（圖5）。如正常男性的陰莖總動(dòng)脈位于恥骨下支內(nèi)側(cè)，在恥骨聯(lián)合下方分叉為海綿體動(dòng)脈和背動(dòng)脈，而且陰部神經(jīng)穿過阿爾科克氏管，從恥骨聯(lián)合下方出來，為會(huì)陰和生殖器提供感覺神經(jīng)支配［36］。騎行時(shí)陰莖動(dòng)脈和陰部神經(jīng)會(huì)在鞍座和恥骨之間長時(shí)間受壓，可能會(huì)導(dǎo)致會(huì)陰鈍性創(chuàng)傷。

圖5 不同形狀的鞍座

研究發(fā)現(xiàn)較寬的鞍座能為骨盆提供足夠支撐，減輕會(huì)陰組織受到的壓力，相比于較窄鞍座能增加陰莖血液流動(dòng)［37］，較窄的鞍座與騎行時(shí)臀部疼痛的關(guān)聯(lián)更大［38］。對(duì)于長鼻和短鼻型鞍座，使用傳統(tǒng)鞍座（長鼻）的平均會(huì)陰壓力在34～41kPa 之間，無鼻鞍座的平均會(huì)陰壓力約為18kPa［39］.因而較寬短鼻鞍座可能會(huì)降低騎行者在騎行期間會(huì)陰區(qū)域的壓力分布。但女性運(yùn)動(dòng)員在使用短鼻鞍座時(shí)并沒有發(fā)現(xiàn)會(huì)陰壓力分布的顯著性差異［37］。這也許與專業(yè)運(yùn)動(dòng)員騎行的姿態(tài)更穩(wěn)定有關(guān)，同時(shí)鞍座具體設(shè)計(jì)（鞍鼻長短）以及男女解剖結(jié)構(gòu)不同也會(huì)有影響。對(duì)于使用短鼻鞍座是否改變蹬踏時(shí)踏板、車把上的載荷分布，對(duì)車輛的控制是否造成影響，還需要更進(jìn)一步揭示。

當(dāng)使用市面上常見的帶孔鞍座時(shí)，Carpes等人認(rèn)為鞍座帶孔設(shè)計(jì)對(duì)壓力幾乎沒有影響，騎行的姿態(tài)對(duì)壓力的改變會(huì)更大［40］，會(huì)陰平均壓力會(huì)隨著工作負(fù)荷的增加而增加［41］。此外，同樣的壓力載荷下，帶孔鞍座由于面積減少可能會(huì)升高孔邊緣接觸區(qū)域的壓力，因而鞍座是否應(yīng)開孔還需要進(jìn)一步考慮。由于個(gè)體或性別的差異，鞍座形狀目前并沒有太統(tǒng)一的選擇，對(duì)于普通騎行者而言，使用襠部帶襯墊的專業(yè)騎行褲以及通過站立蹬踏也許能更好緩解會(huì)陰壓力與臀部疼痛。

3.4 車把與車架設(shè)定對(duì)騎行的影響

車把高度與車架尺寸也是騎行舒適性的一個(gè)重要影響因素。不同的車把高度會(huì)導(dǎo)致不同的軀干屈曲，研究表明軀干傾斜度分別與腰骶角（r=-0.620，P＜0.01）和頸椎矢狀角（r=0.510，P＜0.01）呈負(fù)相關(guān)和正相關(guān)［42］。所以車把高度越低，騎行姿態(tài)中軀干傾斜越大，頸椎矢狀位的伸展程度也就越大［43］。而頸椎長時(shí)間過度伸展會(huì)使頸部伸肌和屈肌群過度緊張，加劇肩頸疲勞的累積，也可能對(duì)脊柱造成更大的壓力。為緩解這些，應(yīng)將車把高度調(diào)高，但具體的調(diào)整范圍還需要結(jié)合鞍座高度和車架尺寸來確定。對(duì)于車架尺寸選擇而言，需要與騎行者的身體參數(shù)（四肢長度、柔韌性等）相匹配。納入的研究中沒有明顯的變化或證據(jù)表明運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)受到自行車車架尺寸的影響［44］，其更顯著的影響還是體現(xiàn)在舒適性方面，如車架尺寸可能會(huì)影響到車把相對(duì)于鞍座的高度設(shè)定，進(jìn)而影響車輛操控性等［45］。

目前有關(guān)車把、車架設(shè)定的相關(guān)研究還較少，但采用不同車把高度和車架尺寸騎行時(shí)，上肢肌肉、頸部肌肉和軀干肌肉的激活與協(xié)同可能會(huì)發(fā)生改變。不同車把高度會(huì)對(duì)騎行時(shí)手部神經(jīng)造成不同壓迫［4］，這與腕管綜合征、頸椎疼痛以及腰痛等損傷的關(guān)聯(lián)值得更深入探討。未來在更多研究驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，可以利用更優(yōu)的算法程序?qū)⒏鞣N影響因素考慮進(jìn)去，從而利用計(jì)算機(jī)評(píng)估符合個(gè)體參數(shù)的最佳車架尺寸和車把高度。

3.5 曲柄長度設(shè)定對(duì)騎行的影響

早期研究發(fā)現(xiàn)最佳蹬踏速度隨著曲柄長度增加而增加，最佳踏頻隨著曲柄長度的增加會(huì)降低，蹬踏速度限制了單關(guān)節(jié)肌肉的收縮速度，踏頻影響肌肉的激活，兩者共同限制了蹬踏時(shí)的肌肉力量。通過探究兩者在不同曲柄長度下的最優(yōu)比，得到最大功率時(shí)的最佳曲柄長度應(yīng)為腿部長度的20%或脛骨長度的41%［46］.目前三大主流自行車配件廠商（Shimano、SRAM、Campagnolo）主要提供165mm、170mm、172.5mm、175mm 這四種長度的公路自行車曲柄。如何選擇最佳的長度或探究使用更長或更短曲柄的影響則是研究的關(guān)注方向。

通常認(rèn)為在通用曲柄長度（165～175 mm）之間的變化不會(huì)影響最大輸出功率或改變相應(yīng)關(guān)節(jié)功率在踏板動(dòng)力上的貢獻(xiàn)［47］，而且關(guān)節(jié)力矩和力量的分布基本保持不變［48］。但也有研究指出與175mm（3.29±0.76s）相比，在相同條件下使用170 mm（2.57±0.79 s）曲柄蹬踏達(dá)到最大峰值功率的時(shí)間顯著縮短［49］，意味著使用更短曲柄可能會(huì)獲得加速優(yōu)勢。較長曲柄（175+mm）會(huì)使髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的最大屈曲和關(guān)節(jié)活動(dòng)度顯著增加（1.8～3.4°，P＜0.05），即使其導(dǎo)致的生物力學(xué)變化并沒有改變蹬踏的能量代謝成本，但對(duì)長期騎行可能有不利影響，如可能會(huì)引發(fā)髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)疼痛［50］。基于以上，常見規(guī)格中選擇較短的曲柄似乎更具優(yōu)勢，但仍需進(jìn)一步研究去分析不同曲柄長度對(duì)蹬踏時(shí)肌肉協(xié)調(diào)模式的長期影響及其與非創(chuàng)傷性損傷的關(guān)系。

對(duì)于下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)，研究表明曲柄長度35 mm 的變化會(huì)顯著改變髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)角度［51-52］。但對(duì)于下肢動(dòng)力學(xué)，Barratt 等人認(rèn)為一旦考慮了蹬踏速度和踏頻的影響，使用長度差異較大的曲柄（150～190 mm）也不會(huì)影響特定關(guān)節(jié)產(chǎn)生的最大功率［47］。除此之外，Burrus等人發(fā)現(xiàn)在相同耗氧量下，新手使用145 mm的曲柄會(huì)比175 mm的曲柄獲得更高的騎行經(jīng)濟(jì)性［53］?？赡苁且?yàn)樵谙嗤奶ゎl下，使用145 mm曲柄時(shí)的蹬踏速度更慢，從而使肌肉收縮速度變慢以減少收縮時(shí)肌肉的黏滯阻力去提高經(jīng)濟(jì)性［54］，這在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)還未得到驗(yàn)證。當(dāng)前的研究在針對(duì)曲柄長短問題時(shí)很少考慮鞍座高度，為了維持更好的膝關(guān)節(jié)發(fā)力角度，曲柄的長度必定伴隨著鞍座高度的調(diào)整，這又會(huì)影響到脊柱的屈曲和伸展等一系列問題。今后研究可以對(duì)整體的設(shè)定因素進(jìn)行綜合考慮，以及對(duì)場地自行車賽中需要在大齒比下急速啟動(dòng)的曲柄長度優(yōu)化進(jìn)行探討。

3.6 鎖踏與鎖鞋設(shè)定對(duì)騎行的影響

鎖鞋與自鎖（卡式）腳踏是專業(yè)自行車運(yùn)動(dòng)員和許多騎行愛好者必備的一套裝備。相比于普通的腳踏（即鞋和踏板接觸界面不固定），自鎖腳踏（簡稱鎖踏）的優(yōu)勢在于能使腳與踏板界面在蹬踏時(shí)保持穩(wěn)定接觸［55］，能夠有效避免在踏頻太快時(shí)出現(xiàn)踏空或在路面不平時(shí)因震蕩導(dǎo)致脫腳等現(xiàn)象，從而大幅度提高蹬踏時(shí)的安全性。此外，使用鎖踏還能維持正確的蹬踏姿勢，減少長期不良發(fā)力方式對(duì)膝關(guān)節(jié)造成的過載損傷。如在曲柄循環(huán)下死點(diǎn)之前的蹬踏階段，容易導(dǎo)致膝蓋外展以及小腿向內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)，從而使膝關(guān)節(jié)Q 角增大，髕骨及整個(gè)膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性降低。盡管髖關(guān)節(jié)內(nèi)收可以減少這種情況，但在旋前或膝關(guān)節(jié)外展太大而無法代償?shù)幕颊咧?，可能?huì)引發(fā)髕骨股骨疼痛，而通過鎖踏進(jìn)行穩(wěn)定蹬踏則可以預(yù)防這種損傷［56］。

在鎖鞋與鎖踏的使用中，因?yàn)殒i片的位置確定腳在踏板上的位置，最重要的便是調(diào)整鎖鞋上鎖片的位置。盡管研究表明調(diào)整腳在踏板上的前后位置不會(huì)影響專業(yè)自行車運(yùn)動(dòng)員的騎行經(jīng)濟(jì)性，但卻會(huì)影響蹬踏力的作用點(diǎn)和作用方式［57］。一般為了獲得和維持最大功率，鎖片位置應(yīng)該使第一跖骨直接位于踏板軸上（圖6）［58-59］。而當(dāng)鎖片向后移動(dòng)時(shí)，蹬踏中的踝跖屈肌力會(huì)顯著減小。Van等人認(rèn)為這對(duì)于運(yùn)動(dòng)損傷的臨床康復(fù)可能會(huì)有幫助。因?yàn)榭梢宰尭旎蛐⊥热^肌群肌肉受傷的運(yùn)動(dòng)員在騎行中減輕肌肉-肌腱復(fù)合體的負(fù)荷，同時(shí)還不會(huì)由于能量消耗增加而導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)預(yù)期下降［60］。

圖6 鎖片的位置使第一跖骨頭直接位于踏板軸上［59］

鎖鞋的選擇對(duì)于緩解騎行中的足部麻木也很重要。市場上受歡迎的鎖鞋大多依據(jù)歐美人細(xì)長的腳型進(jìn)行設(shè)計(jì)，鞋楦偏窄。而亞洲人腳型普遍偏寬，因而在使用同樣碼數(shù)的國外品牌鎖鞋時(shí)可能會(huì)對(duì)足部產(chǎn)生擠壓，長期騎行會(huì)產(chǎn)生麻木。所以在選擇鎖鞋時(shí)應(yīng)充分了解騎行者足型。關(guān)于扁平足，有關(guān)研究表明矯正鞋墊會(huì)增加跑步者膝關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩和膝關(guān)節(jié)內(nèi)收角，這些都是導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的風(fēng)險(xiǎn)因素，還通過影響踝關(guān)節(jié)的矢狀角和力矩，減少踝關(guān)節(jié)在推進(jìn)中的作用［61］。但矯正鞋墊是否會(huì)增加扁平足騎行者損傷風(fēng)險(xiǎn)，還少有研究去探討。

3.7 研究局限

關(guān)于自行車設(shè)定影響的系統(tǒng)綜述主要針對(duì)自行車設(shè)定的三大體系，對(duì)于整個(gè)騎行而言，未考慮傳動(dòng)齒比、輪組輪胎選擇等在內(nèi)的與騎行效率和舒適性有關(guān)聯(lián)的外界因素；部分被納入文獻(xiàn)方法的質(zhì)量控制還有待提高，這可能限制此研究結(jié)果的推廣；即使以嚴(yán)格的文獻(xiàn)檢索程序進(jìn)行了文獻(xiàn)檢索和文獻(xiàn)追溯，但仍有相關(guān)文獻(xiàn)可能被遺漏。

4 總結(jié)

本研究探討了自行車設(shè)定三大體系中鞍座、車把、車架、曲柄、鎖鞋和鎖踏的設(shè)定對(duì)騎行的影響，通過現(xiàn)有文獻(xiàn)系統(tǒng)總結(jié)了一些常見的設(shè)定變量以及自行車設(shè)定與非創(chuàng)傷性運(yùn)動(dòng)損傷和騎行表現(xiàn)（騎行效率）的關(guān)系。目前，以100%大轉(zhuǎn)子高度、106%～109%的內(nèi)縫長度或BDC 膝屈角25°左右為最佳鞍座高度；過低高度蹬踏會(huì)增加膝關(guān)節(jié)負(fù)荷，可能引發(fā)膝關(guān)節(jié)疼痛；過高蹬踏與跟腱、髖關(guān)節(jié)和股肌等疼痛有較大關(guān)聯(lián)，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致有效踏板力降低，影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。鞍座前后位置可能與股二頭肌和髕股疼痛有關(guān)，前移會(huì)降低腓腸肌激活和踏板有效力，后移會(huì)增加脛股壓力。鞍座角度傾斜對(duì)騎行效率無影響，但過度的向下或向上傾斜，可能導(dǎo)致手部或會(huì)陰麻木。短鼻較寬的鞍座可以降低會(huì)陰壓力，帶孔鞍座的作用并不明顯；較窄并缺乏支撐的鞍座易引發(fā)臀部疼痛。車把高度越低，騎行姿態(tài)中頸椎矢狀位伸展程度就越大，容易誘發(fā)腰疼和頸部酸痛；高度過高會(huì)增加迎面風(fēng)阻，降低騎行效率。車架尺寸會(huì)影響騎行舒適性。曲柄最佳長度設(shè)定通常根據(jù)自己腿部長度的20%或脛骨長度的41%在主流曲柄長度中進(jìn)行選擇，曲柄過長容易導(dǎo)致髖關(guān)節(jié)疼痛。鎖踏的使用可以帶來更高的安全性；鎖片的位置對(duì)騎行經(jīng)濟(jì)性無影響，但會(huì)影響力的作用點(diǎn)和作用方式，從而糾正錯(cuò)誤的蹬踏方式，對(duì)一些運(yùn)動(dòng)損傷的康復(fù)會(huì)有幫助。

這些變量在今后對(duì)運(yùn)動(dòng)損傷的臨床康復(fù)中應(yīng)作為重點(diǎn)干預(yù)目標(biāo)。值得注意的是，大多數(shù)評(píng)估與運(yùn)動(dòng)損傷相關(guān)結(jié)果的研究都集中在膝關(guān)節(jié)損傷上，而沒有試圖探索騎手受傷的其他身體部位。例如，還不清楚在騎行者中頻發(fā)的腰痛、肩頸疼痛等損傷與整體設(shè)定的具體關(guān)聯(lián)，這一點(diǎn)值得在后續(xù)研究中進(jìn)行深入探討。未來的研究可以探索不同數(shù)據(jù)的使用（運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、神經(jīng)肌肉激活、舒適性等），以滿足自行車設(shè)定的個(gè)性化需求。此外，自行車設(shè)定的應(yīng)用在國內(nèi)還缺乏普遍的認(rèn)知，普通騎行愛好者也經(jīng)常因?yàn)樽孕熊囋O(shè)定不合理而在長期騎行中受到傷病的困擾。后續(xù)可以聚焦如何科學(xué)有效地將其進(jìn)一步推廣，惠及更多騎行愛好者。