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什么是功率自行车,为什么它是测试无氧功率的金标准?

功率自行车外形酷似一般的自行车,主要目的在于评估心肺功能和无氧代谢能力,尤其是最大摄氧量和峰值功率。电子显示器可以实时显示一次即时功率,为运动员提供做功能力的快速反馈信息,多用于心肺功能测试和训练、下肢运动康复和一般的运动训练。

1896 年,世界上第一台功率自行车诞生,随着技术的不断发展,功率自行车正逐渐被众多大学、运动科学实验室、自行车训练营、康复中心所采用。

世界上第一台功率自行车,来自 Yaser Mahfouz Atwa Saad Elgohari 2003 年的博士论文。

背后的科学

为什么要测量心肺功能?

人体全身均需要依靠氧气,以燃烧体内储存的能量,让它们变成热能,器官及肌肉得到热能才能活动。心肺功能指的便是人的摄氧和转化氧气成为能量的能力。氧气则由肺部吸入,故肺部容量大小及活动次数便很重要;而心脏则负责把氧气,透过血液循环系统送到各个器官及部位,故心脏跳动的强弱会影响血液的流量。

因此,心肺功能包括了血液的循环速度、心脏跳动的强弱、肺部的容量及次数。心肺功能良好,也反应了身体主要机能的运作状况。评估心肺功能有一种客观的方法,即在参与者做标准运动期间测量他的心率、最大摄氧量、有氧以及无氧状态下的做功能力。

传统的心肺功能测试有什么问题?

当我们去医院或诊所的时候,或许都曾看到过有患者在一个类似于跑步机的机器上跑步,脸上戴着透明的面罩,连着长长的管子,往里边呼哧呼哧地喘粗气。这就是最普遍的传统心肺运动试验(CPET),这种心肺功能测试的历史悠久,但其实存在许多不容小觑的问题等待科研工作者们解决。

安全性

首先这样的传统的心肺功能测试都要求患者在这种像跑步机一样的跑台上做极量测试。极量测试是什么意思呢?就是要求患者尽他所能进行运动,达到他身体的极限,达到他心脏跳动频率的最大值。这样,在此基础上,治疗师可以记录下来他的心率、最大摄氧量等指标,直接进行评估。

然而,对于很多患有肺部、心脏疾病的患者来说,极量测试显然不是一个明智的选择。因为他们心肺功能受损,他们无法再像健康的人一样拼尽全力地达到极值。并且即便他们也进行极量测试,也很可能会再次诱发病痛,甚至有生命危险。

准确性

CPET虽然是目前公认的有氧能力直接测试的金标准,但是无氧代谢是短时间高负荷运动的主要供能方式,代谢物质和代谢过程发生在体内,没有与外界产生直接物质交换,因此无氧代谢的量化很难。

在进行最大摄氧量测试时,传统的心肺功能测试一般要求患者运动至力竭。在物理治疗界,力竭是指,在理想状态下,参与者的某一或某几肌肉群已经无法再做任何有用功。用通俗的话来说,就是“累趴”并且再也爬不起来。

然而,在实际测试中,很难保证每个患者都能达到绝对力竭。传统的心肺功能实验的结果会被个体差异以及主观因素影响,让结果不是那么准确。

长期以来,众多研究专注于无氧能力的评估方式,目前公认的标准测量方式是在20世纪70年代由以色列温盖特研究所运动医学部研发的温盖特测试(Wingate Anaerobic Test,WAT)。而Wingate测试正是借助功率车完成的。

功率自行车的优势

Wingat 测试原型是使用30秒测试,借助功率车进行最大无氧代谢能力测试,测试中受试者需要通过蹬踏对抗自行车的阻力(扭矩),功率输出是通过运动员在这30秒内在功率车上所能完成的转数(RPM)来测量的。测试评估指标为峰值功率、平均功率和疲劳指数。

除此之外,骑自行车已被证明是一种非常适合进行各项评估的运动形式,因为骑自行车是全身性有氧运动,能有效锻炼大脑、心脏等人体器官机能。人类的肌肉大多集中在腿部,而自行车运动就是要让腿连续不停地动作。并且,我们骑车会运用到手、手腕、背肌,这已经相当于可以增加热量消耗的全身性运动。

为了模拟骑行的体验,科学家发明并不断改进功率自行车,使它们逐渐应用于各类生理实验室以及医疗机构中。

功率车精确测量的特性,使得治疗师可以对使用者施加分级、可测量的负荷。与适当的理论分析模型相结合(例如 Åstrand 测试、Ekblom-Bak 次极量测试),我们可以在训练期间和训练后后检测患者和运动员的循环、呼吸和新陈代谢的变化。现在,功率自行车已经成为评估体能和运动能力的重要辅助工具。

功率自行车的主要应用

在大学、运动科学实验室、自行车训练营、康复中心,功率自行车用于测试和研究人体运动和康复训练。

体能评估

功率自行车用于评估个人的健康水平或运动员的做功能力。该设备可测量心率、脉搏、代谢变化和运动对呼吸的影响。可用于评估具有各种身体状况的一般人群、个人或特定人群的健康水平。一项由 Henning Lohmann 发表在“BMC Family Practice”上的研究便使用功率车来测量和跟踪 2 型糖尿病患者的健康水平。

运动训练

精英运动员和体育中心使用功率自行车作为训练工具以制定训练计划。运动员骑着功率车的同时连接到监测设备,根据Peak Performance 的数据,这可以测量氧气平衡、乳酸阈值、乳酸阈值下的耗氧量、最大乳酸稳态和峰值功率输出。运动生理学家使用这些数据来规划训练计划,并作为未来评估的标记。

受控测量

个体患者的做功能力的逐渐变化是调节身体康复的一种方式。患者可以使用带有功率计的测量控制单元以受控的速度缓慢增加身体负荷。由王志辉领导并发表在 2005 年 6 月出版的《神经工程与康复杂志》上的一项研究评估了适用于功率车的可穿戴测量和监测控制单元。该研究得出,功率车的可穿戴测量单元在促进健康和康复方面是有效的。

功能运动测试

功率车用于神经功能障碍患者测试功能性运动任务,例如肢体位置感。发表在 2003 年出版的《神经物理治疗杂志》上的一项研究对 16 名使用自行车人体工程学的患者进行了评估,同时试图确定他们的脚何时碰到了指定的目标区域。测试得出,使用功率车进行的肢体位置感测试非常可靠,并揭示了运动和相位相关的位置感。

功率自行车的类型

功率自行车主要有直立、卧式、上肢式三种类型。

直立

这是最常见的功率自行车类型,它与传统自行车最为相似。

卧式

这种倾斜的姿势针对的是腿部的锻炼,倾斜的身体姿势为背部提供支撑,对关节温和,十分适用于背部或关节疼痛(如关节炎)的人士。

上肢式

与其他功率车不同的是,这种类型更适用于手臂而不是腿部。这使它们非常适合下半身受伤的人进行康复训练,并且由于它们的尺寸和特点,非常适合在家庭和医疗环境中使用。

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