自行車的踩踏頻率與效率 學理與實務之間的權衡

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作者:黃滄海

公路自行車自從進入到所謂 Lance Armstrong 世代之後,便興起了一波高踩踏頻率的風潮,職業車手的踩踏頻率從原本的平均 80 rpm,增加到 90~100 rpm,甚至更高,這種高踩踏頻率的策略,連帶也影響了許多業餘的車手,相信對自行車科學有興趣的人,都不乏在教科書上看到以 90 rpm 左右為推薦踩踏頻率的論述。然而,近年來卻有許多實驗室的研究成果指出,這類高踏頻的騎乘模式,從效率及耗能的觀點來看,都不利於自行車的騎乘表現,因而形成了理論與實務之間的衝突。

近二十年來,有為數許多的研究,從能量代謝觀點或是氣體分析儀為主的研究指出,高踏頻並不利於能量代謝(Formenti et al., 2019; Formenti et al., 2015),會導致較高的攝氧量、較高的能量消耗以及較低的能量vs作功比例(亦即總效率, Gross effeciency, 簡稱 GE 註),在個人換氣閾值的強度下(類似 FTP 強度), 90 rpm 以上的踩踏頻率有明顯高於 40 或 50 rpm 踩踏頻率時的攝氧量及較低的踩踏肌群的組織含氧量,再再意指著,高踏頻不見得好。然而,從肌肉的觀點而言,減輕負荷避免傷害的發生才是完成比賽的重要關鍵(尤其是多站賽事),再者,高踏頻所造成的高能量消耗有部份原因是來自於大腦皮質對高踏頻動作的敏感性,透過一段時間的訓練,大腦皮質對於高踏頻的敏感性下降,便可減少高踏頻所造成的額外能量輸出(Ludyga et al., 2017),這點我們可以從 Lucia 等人於 2004 年針對專業自由車選手的研究獲得驗證,在相對高的輸出功率且較長的測驗時間的騎乘下,結果發現 100 rpm 踩踏頻率的 GE 最佳(Lucia et al., 2004),由此可見選手與一般人的最適合踩踏頻率可能不同,且透過訓練可以改變。

進一步的比對實驗室控制良好的檢測情境與自由車現場之間的差異,可以歸納出幾點為何在實務上要高踏頻原因:

  1. 實驗室的檢測大多只有 3~4 分鐘,無法真實反映自行車運動不論是在休閒騎乘或是正式賽事的長時間騎乘。
  2. 實際上,較低的踏頻(40-50rpm)與次高的踏頻(< 90rpm)的測試之間,統計上並沒有能量消耗的顯著差異,換句話說,在這個 rpm 範圍內以相同的功率騎乘,並不會有能量輸出的差異,但就體感而言,40rpm 的踩踏較沈重,85rpm 的踩踏較輕快。
  3. 高踏頻的騎乘策略對肌肉的機械負荷較低,對於職業自由車運動員動輒連續二到三週,且每天 1~200 公里的多站賽事而言,比較能夠避免肌肉纖維的損傷或是發炎的情形,即使能量消耗可能較高,但可以透過營養補給來克服,然而,一旦發生肌肉損傷,選手要面臨的,可能是退出比賽的嚴重後果。

綜合上述,在騎乘自行車時,較低的能量輸出,或較佳的 GE,並非對應到一個特定的踩踏頻率,而是一個範圍(例如:40~85rpm之間),再進一步考量肌肉機械負荷,避免發生傷害,以及多站賽事的實務,騎乘在這個踩踏頻率範圍的上限 rpm,應該是要被鼓勵的。未來,因應不同環境限制與需求的踩踏策略,如:職業多站賽事或單站錦標賽的踩踏策略,又或者公路集團賽事或個人計時賽的踩踏策略,以及平路或上坡騎乘的踩踏策略,該如何因應調整?透過學理驗證的方式,若能衍生一套檢測模式,不但能協助選手選擇比賽策略追求更好的表現,更能協助業餘騎乘者選擇適合自己的騎乘方式,創造更佳的騎乘體驗。

註:總效率(gross efficiency, GE)應用在自行車運動生理學領域是由騎乘作功與能量消耗之間的比例計算而得。GE = W/E´100%,W為總作功,E 為總能量輸出。自行車運動中,在相同的功率輸出條件下,較低的能量輸出可獲致較佳的 GE 值。

參考文獻

Formenti, F., Dockerill, C., Kankanange, L., Zhang, L. Y., Takaishi, T., & Ishida, K. (2019). The Effect of Pedaling Cadence on Skeletal Muscle Oxygenation During Cycling at Moderate Exercise Intensity. International Journal of Sports Medicine, 40(5), 305-311.

Formenti, F., Minetti, A. E., & Borrani, F. (2015). Pedaling rate is an important determinant of human oxygen uptake during exercise on the cycle ergometer. Physiological Reports, 3(9).

Lucia, A., Juan, A. F. S., Montilla, M., Canete, S., Santalla, A., Earnest, C., & Perez, M. (2004). In professional road cyclists, low pedaling cadences are less efficient. Medicine & Science in Sports & Exercise, 36(6), 1048-1054.

Ludyga, S., Hottenrott, K., & Gronwald, T. (2017). Four weeks of high cadence training alter brain cortical activity in cyclists. Journal of Sports Sciences, 35(14), 1377-1382.

 

內容來源:運動科學網

 

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