對E lliott“生物力學與網球”一文的述評

郝衛亞（國家體育總局體育科學研究所，中國北京）

對E lliott“生物力學與網球”一文的述評

郝衛亞（國家體育總局體育科學研究所，中國北京）

網球；肌肉預張力；動力學鏈；負荷；網球肘

在網球比賽中取勝，需要有天賦的運動員、優秀的教練員、適合的器材，以及對這個運動項目相關的體育科學的有關方面的理解。本文從體育科學和運動醫學角度闡述了生物力學在運動員發展中的作用。生物力學在運動員發展中起著關鍵性的作用，因為所有的擊球都具有一個基本的力學結構，運動損傷都是由于力學因素引起的。這篇發表在《英國運動醫學雜志》上的研究綜述從不同角度論述了網球運動中的生物力學問題。文章全面涵蓋了網球運動所涉及的生物力學一般理論、網球運動技術和網球運動損傷生物力學。文章作者Bruce Elliott教授長期從事網球等運動的生物力學研究，是國際著名的運動生物力學專家，曾為國際運動生物力學學會（International Society of Biomechanics in Sports, ISBS）主席。

重要名詞：

肌肉預張力（Muscle pre-tension）：在一個肌肉伸長－縮短周期中，在離心（伸長）運動期間一部分彈性能（elastic energy）儲存在肌肉中，這樣向心運動（縮短）就會得到加強。

動力學鏈（Kinetic chain）：指人體通過協調足、小腿、大腿、軀干、上臂、前臂等環節的一系列運動，達到動力傳遞。網球發球中動力學鏈包括腿前移、軀干旋轉、上肢抬升與屈曲、前臂伸展與下旋、上臂內旋、手屈曲等動作。

負荷(Loading) ：人體受到外部或者內部的作用力和力矩。外部作用力可能有地面反作用力和振動作用，內部作用力包括肌肉力和力矩。一般地，負荷應包括力或者力矩的增長率、峰值等指標。

網球肘(Tennis elbow) ：醫學名稱為肱骨外上髁炎，即是在肱骨和其外髁的總伸肌腱附著部位出現裂傷，因網球運動員易患此病而得名。

研究背景

實踐背景

眾所周知，網球運動在世界上是最受關注的體育運動項目之一。有關網球的生物力學研究也一直是人們研究的熱點之一。

對于從事有關網球運動的運動員、教練員都會十分關注以下問題：什么樣的發球技術是符合科學規律的？什么樣的接球技術是合理的？什么樣的球拍是更加適合的？在網球訓練和比賽中如何既能夠提高運動技術又可以避免運動損傷？

回答上述問題需要大量的生物力學研究，科學工作者一直在為解答上述問題，為提高運動員的運動技術和預防運動損傷而不懈地努力。

理論背景

作為運動生物力學專家，為滿足運動員、教練員和普通網球愛好者的運動需求，要進行以下幾個方面的研究：網球發球和接球中存在哪些生物力學規律？發生運動損傷的原因是什么？在網球運動員身上我們還可以發現什么樣的生物學規律？

普遍原理

擊打動作在很多運動項目中都是非常重要的動作。它是一種碰撞技術，運動鏈系統的遠端環節（擊打中的手或者拍/棍）對球或者對手（物體）產生碰撞作用。有擊打動作的運動項目有：網球、曲棍球、棒球、羽毛球、拳擊和排球等。擊打運動通常有幾個運動階段：準備階段、后擺、前擺、擊打和隨后運動階段，這幾個階段要有機地結合起來。

與其它運動項目一樣，研究網球運動生物力學首先要探討與其相關的普遍的生物力學規律。

網球發球、擊地面球（groundstroke）和截擊（volley/ service return）時環節通常先向相反方向運動，然后再擊球。這種向相反方向運動，一方面有利于隨后運動的實現，增加了加速距離作用；另一方面可以起到拉長－縮短周期的作用。肌肉拉長－縮短周期作用包括牽張反射、彈性能的儲存和拉長肌肉至最有利收縮的最佳長度（與肌肉收縮的長度－張力曲線有關）。在肌肉拉長－縮短周期中，肌肉離心運動（牽拉）過程中儲存彈性能可以部分恢復，轉化為向心（收縮）運動過程中動能。實現這樣的彈性能轉化的關鍵就是牽拉和收縮之間的時間間隔要短。

網球發球中運動鏈包括腿前移、軀干旋轉、上肢抬升與屈曲、前臂伸展與下旋、上臂內旋、手屈曲。這樣的運動鏈使球拍高速運動，達到擊球效果。擊球精確性也是很重要的，它一般要求參與完成發球動作的環節更加協調一致，如同一個整體運動。

網球擊球動作的目的就是使網球達到一定的速度并有效地控制其飛行速度。擊打后的網球飛行速度影響因素有很多，包括揮拍速度和球拍本身的物理特征及碰撞點。而揮拍速度又與準備階段、后擺、前擺以及擊球隨后運動等因素有關。球的飛行軌跡不僅受到空氣阻力和重力作用影響，而且擊球時網球受到球拍作用力的方向和位置（如偏心作用力）影響。后者會影響網球的飛行時間與旋轉速度。球拍本身的物理特征由球拍質量、轉動慣性及其彈性特征組成。球拍的彈性特征是由網線的彈性特性、幾何尺寸及其編織松緊程度確定。

擊球生物力學

網球中擊球動作特征在發球、擊地面球和截擊中都有所不同。發球運動中，環節運動表現出由近端環節向遠端環節的運動順序。在發球擊球時，下肢蹬地、軀干旋轉動作、上臂旋內、腕關節屈都對球拍速度有貢獻。

擊地面球可以按照擊打上旋球、下旋球、正手和反手等不同來球特點和擊球動作進行分別研究。如Elliott等（1989）對正手多環節擊球的不同環節的作用進行了研究；Takahashi等（1996）對正手擊上旋球的生物力學基礎進行了研究。

截擊時擊球的控制比發力更重要，正手和反手截擊動作中軀干的轉動都很小，截擊時擊球精確控制主要依靠上肢的精準動作實現。

運動醫學

損傷是運動員生命中一種不可避免的因素。無論運動員的競技水平如何，從業余運動員到奧運選手，都會遭受由于肌肉骨骼損傷引起的活動限制和失望。減少運動損傷機會及促進受傷運動員損傷后的治療和恢復需要多學科的配合，包括運動員的解剖、生理、醫學、運動學、心理學和力學方面。大多數損傷有著其力學原因，力及其相關因素（如能量）是決定損傷可能性和嚴重程度的基本因素，因此生物力學是損傷的研究重點。

一般情況下，人體運動由內力（即肌肉收縮力）和作用于人體的外力（即重力、地面和/或體育器械對人體作用力）所產生和控制。通常，人體的軟組織和骨骼都可以安全地承受這些力。這些力對人體組織器官（特別是骨骼等）的正常生長和發育起著十分關鍵的作用。沒有力學因子的刺激，骨骼、肌肉和很多軟組織都將出現退化或者萎縮。但是，當力超過了組織可以承受的能力，就會產生損傷。對所有的與損傷有關的力來說，決定損傷性質和程度的因素有7個（Whiting & Zernicke, 1998）：力的大小、位置、方向、作用持續時間、頻率（力作用的頻繁程度）、可變性（在作用過程中力的大小是穩定的還是變化的）和力增長率（力以何種速度作用于身體）。由一次或一些超負荷事件引起的損傷稱為急性（acute）損傷。在猛烈的碰撞時候經常發生這種急性損傷。反復的負荷會導致組織損傷，這種損傷被稱為過度使用（overuse）或慢性（chronic）損傷。

流行病學調查表明，網球損傷主要由于過度使用引起的（Maquirriain, 2006; Pluim, 2006）。運動員訓練比賽時受到一定的外載荷（地面反力和振動）和內載荷（肌肉力和力矩）。載荷指標包括載荷增長率、力與力矩的最大值等。運動員肩和肘關節受到的載荷與發球速度、膝關節屈伸運動都有關系。

“網球肘（tennis elbow）”因網球運動員易患此病而得名，它的醫學名稱為肱骨外上髁炎，即是在肱骨和其外髁的總伸肌腱附著部位出現裂傷。傷害原因為當伸肌收縮時腕部同時作劇烈屈曲動作，通常都是在反手打網球時動作不當所致。肱骨外上髁炎并不僅僅發生于網球運動員，在其它涉及做反手擊球動作的運動員（如壁球、高爾夫）也易患外上髁炎。此外日常生活動作也可引起，如舉起重物等。

肩部損傷的原因之一可能是由于負責上臂加速然后減速的肌群的力/力矩峰值的不平衡造成。在肌肉力量訓練中，要同時注意訓練其向心收縮和離心收縮模式，肌肉力量的不平衡將導致運動損傷。

值得學習的優點

從美國醫學索引（Medline）數據庫中可以搜索到超過2 000多篇有關網球的研究論文，僅2006年1～5月就有58篇這樣的論文。這些數據說明有關網球運動項目的研究仍是當前研究的熱點之一。有關網球運動生物力學的研究也是這類研究的重要組成部分。科研工作者在很多不同的雜志上發表了大量科研論文。這些論文以各種不同的形式表現，限制了它們的應用。本文則從運動技術和運動醫學兩個不同角度，簡要地整合了有關網球的生物力學研究。

運動生物力學的任務就是通過生物力學（特別是骨骼肌肉系統生物力學）研究，提高運動成績，降低運動損傷，促進人類健康水平。Elliott教授的這篇有關網球運動項目的生物力學綜述文章，從分析網球的運動技術特征和運動損傷的機理與防護兩個方面入手，進行了高度概況與分析，勾畫出了網球運動生物力學研究的基本輪廓。通過閱讀本論文，讀者可以掌握網球運動生物力學的基本情況，為進一步深入研究提供了必要的基礎。同時，本文也可以作為研究其它運動項目（特別是有擊打動作的運動項目）生物力學的參考。

值得改進的地方

本文作為一篇發表在運動醫學雜志上的綜述文章，重點介紹了有關網球生物力學方面的基本信息，對研究網球所涉及到的生物力學基本原理、技術與方法都沒有進行深入的論述。讀者通過閱讀本文可以對有關網球生物力學有一個全面的掌握，但如果作為一名專門從事生物力學研究的科研工作者，還需要通過閱讀更多文章，才能對網球生物力學有更深層次的認識，才可能開展更加有意義的網球或者其它類似運動項目生物力學的研究。

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相關文獻推薦：

[1]扎齊奧爾斯基 F M.（2004,陸愛云譯審）：運動生物力學，493-512.北京：人民體育出版社

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(責任編輯：何聰)

Comment on the Article "Biomechanics and Tennis"

Elliott

tennis; muscle pre-tension; kinetic chain; loading; tennis elbow述評專家簡介：郝衛亞，研究員，博士生導師，“新世紀百千萬人才工程”國家級人才。長期負責國家體操隊有關運動技術的科技保障工作，主持和參與國家自然科學基金項目、國家高科技計劃（863）、中國博士后科學基金項目、科技部國際合作課題等國家級課題8項，主持國家體育總局科研攻關與科技服務課題6項。在國內外發表科研論文70余篇，其中國家核心期刊和國際期刊40余篇，被國際三大科學與工程檢索數據庫(SCI, EI, ISTP)收錄16篇；主編教材1部，參編專著3部；獲省部級以上獎6項。擔任多個學術團體職位：中國體育科學學會運動生物力學分會常委兼秘書長，全國人類工效學標準化技術委員會委員，《醫用生物力學》和《中國運動醫學雜志》編委，北京生物醫學工程學學會生物力學專業委員會委員等。

評析文章： Biomechanics and Tennis

B. Elliott. (2006). J. Sports Med. 40; 392-296