伊犁馬1 000 m速度賽步態特征與步速相關性

蔣文東，孟 軍,2，王建文,2，孔麒森,3,4，姚新奎,2,3，王川坤，陳晴，鄭明德，曲呼拉·賽依提哈孜

(1.新疆農業大學動物科學學院，烏魯木齊 830052；2.新疆馬繁育與運動生理重點實驗室，烏魯木齊 830052；3.新疆農業大學馬產業研究院，烏魯木齊 830052；4.新疆馳霄博駿畜牧業有限公司，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】以往對賽馬步態特征與步速的研究僅局限于比賽的單一賽段，由于在不同賽段時賽馬的運動狀態不同，其步態特征也存在著很大差異。分析賽馬起跑、直道、彎道、終點4個階段的步態特征與步速相關性得到準確的結果，為伊犁馬調教訓練提供數據基礎與理論借鑒，對提高伊犁馬速度賽比賽成績有重要意義。【前人研究進展】Mc Ghee[1]在總結動物步態特征研究成果的基礎上，相對完整地給出了一系列對步態特征的描述和嚴格定義，為動物步態的研究奠定了基礎。當部分步態特征發生細微的變化時會對其速度產生很大的影響[2]。步態特征受步速的影響很大，眾多時間參數和空間參數隨馬匹奔跑速度的變化而變化，速度加快時馬匹通常具有更長步幅[3-4]與更大步頻[5]。Witte T H等[6]在對陸地上動物的步態特征研究表明，步幅、步時、四肢的支撐相與擺動相是關鍵的步態變量。McLaughlin[7]的研究表明，在快步時步幅對馬匹提速的貢獻率為76%。瞿曉娜等[8]以人為研究對象的研究結果表明，站立相百分比與步速呈負相關，而步幅、步頻與步速呈正相關。【本研究切入點】對于速度賽馬來說，針對其在運動過程中的四肢步態特征進行分析，是衡量馬匹運動性能的一個重要方法[9]。目前，對于馬匹步態特征的研究較少，針對伊犁馬專項賽事的相關研究更少。測定、分析對伊犁馬不同賽段下的步態特征與步速進行研究不同賽段下步態特征與步速的關系以及不同賽段之間步態特征的差異。【擬解決的關鍵問題】試驗以1 000 m速度賽伊犁馬為研究對象，通過Kinovea視頻分析軟件，對賽馬在起跑、直道、彎道、終點4個階段的錄像進行數字化處理,并分析各賽段之間步態特征的差異性與各賽段步態特征與步速的相關性，為速度賽伊犁馬專項運動性能的訓練、調教提供數據參考，提升伊犁馬賽事水平。

1 材料與方法

1.1 材 料

選取新疆伊犁哈薩克自治州昭蘇馬場18匹3歲體尺相近、健康、身體狀況良好的伊犁馬賽事母馬作為試驗馬匹，所有試驗馬匹進行統一飼養管理。

試驗在新疆西域賽馬場進行,馬場配有專業賽馬跑道，跑道為全長2 000 m、寬28 m的沙道。騎師為新疆西域賽馬場的專業騎師。

1.2 方 法

組織進行1 000 m速度賽，在比賽開始前用卷尺測量所有騎手小腿腿長，測量結果作為后期進行視頻分析時的長度校正標尺。比賽開始時分別在起跑10 m處、距起跑60 m的直道處、距起跑350 m的彎道處、終點處的賽道最外側分別架設1臺高清攝像機錄制賽馬在各個賽段的比賽視頻，所有高清攝像機統一固定架設高度約為1.4 m且與地面水平垂直。全部高清攝像機設置幀速度為50 f/s、快門速度為1/1 000 s、錄制視野寬度約13 m，約能記錄馬匹2個完步。視頻錄制完畢后將錄制好的各賽段比賽視頻導入Kinovea視頻分析軟件，對錄制的所有比賽視頻逐幀進行數字化處理，獲得馬匹在起跑、直道、彎道、終點處的步態特征與步速。

1.3 數據處理

獲取的所有數據用Excel軟件進行整理匯總，使用SPSS19.0對不同賽段下的步態特征進行One-Way ANOVA方差分析以及Duncan’s多重比較，對各賽段步態特征與步速進行Pearson相關性分析。結果均以平均數±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 各賽段下步態特征差異性

研究表明，馬匹直道、彎道處的步頻均極顯著大于起跑、終點處(P<0.01)，起跑處步頻極顯著大于終點處(P<0.01)，直道步頻與彎道步頻無顯著差異(P>0.05)。終點、彎道處的后肢步幅極顯著大于起跑、直道處(P<0.01)，直道處極顯著大于起跑處(P<0.01)，彎道與終點之間的后肢步幅無顯著差異(P>0.05)。直道處的雙支撐相步幅極顯著大于彎道、終點處(P<0.01)，起跑、彎道處的雙支撐相步幅極顯著大于終點處(P<0.01)，起跑與直道、彎道處之間均無顯著性差異(P>0.05)。彎道處的前肢步幅極顯著大于起跑、直道、終點處(P<0.01)，直道、終點處的前肢步幅極顯著大于起跑處(P<0.01)，直道與終點處之間無顯著性差異(P>0.05)。彎道處的步幅極顯著大于起跑、直道、終點處(P<0.01)，直道、終點處的步幅極顯著大于起跑處(P<0.01)，直道、彎道處無顯著性差異(P>0.05)。彎道處的騰空期步幅極顯著大于起跑、直道、終點處(P<0.01)，起跑、直道、終點之間均存在極顯著差異(P<0.01)。直道、彎道處的最大開張角度均極顯著大于起跑、直道處(P<0.01)，且彎道處顯著大于直道處(P<0.05)，起跑與終點之間無顯著性差異(P>0.05)。彎道處的步速極顯著大于起跑、直道、終點處(P<0.01)，且起跑、直道、終點之間均存在極顯著差異(P<0.01)。表1

表1 不同賽段步態特征差異性

Table 1 Analysis the difference of gait characteristics in different stages

起跑Starting直道Straightway彎道Bendway終點End步頻Stridefrequency2.38±0.13B2.47±0.11A2.45±0.08A2.20±0.09C后肢步幅Hindstridelength(cm)61.03±19.29C89.19±11.81B105.98±8.41A106.83±9.23A雙支撐相步幅Midstridelength(cm)197.62±24.67AB206.31±20.66A189.21±27.47B137.97±21.97C前肢步幅Forestridelength(cm)94.11±16.67C120.79±9.07B133.65±8.59A124.88±8.93B步幅Stridelength(cm)428.17±69.81C565.88±45.05B622.13±40.26A547.66±39.60B騰空期步幅Aerialdurationstridelength(cm)75.41±33.56D149.58±24.81C193.29±21.21A177.98±21.37B最大開張角度Strideangle(°)106.48±4.77Bc114.65±2.31Ab116.17±2.80Aa106.69±3.09Bc步速Speed(m/s)10.21±1.77D14.02±1.46B15.26±1.11A12.05±1.20C

注：同行肩標中不同大寫字母表示差異性極顯著(P<0.01)；不同小寫字母表示差異性顯著(P<0.05)，肩標相同字母或無字母標注表示差異不顯著(P>0.05)

Note：In the same line，values with different small letter superscripts mean significant difference(P<0.05)；With different capital letter superscripts mean extremely significant difference(P<0.01), While with the same or no letter superscripts mean no significant difference(P>0.05)

2.2 起跑階段步態特征與步速相關性

研究表明，馬匹的步頻、后肢步幅、雙支撐相步幅、前肢步幅、騰空期步幅、步幅、最大開張角度均與步速呈極顯著正相關關系(P<0.01)。

最大開張角度與后肢步幅、雙支撐相步幅、前肢步幅、步幅、騰空期步幅呈極顯著正相關關系(P<0.01)，與步頻呈負相關關系但不顯著(P>0.05)。騰空期步幅與后肢步幅、前肢步幅、步幅呈極顯著正相關關系(P<0.01)，與雙支撐相步幅呈正相關關系但不顯著(P>0.05)，與步頻呈負相關關系但不顯著(P>0.05)。步幅與后肢步幅、雙支撐相步幅、前肢步幅呈極顯著正相關關系(P<0.01)，與步頻呈正相關關系但不顯著(P>0.05)。前肢步幅與后肢步幅呈極顯著正相關關系(P<0.01)，與步頻、雙支撐相步幅呈正相關關系但不顯著(P>0.05)。雙支撐相步幅與步頻呈正相關關系但不顯著(P>0.05)，與后肢步幅呈負相關關系但不顯著(P>0.05)。后肢步幅與步頻呈負相關關系但不顯著(P>0.05)。表2

表2 起跑階段步態特征與步速相關性

Table 2 Analysis of the correlation between gait characteristics and gait speed at the start

步頻Speed后肢步幅Hindstridelength雙支撐相步幅Midstridellength前肢步幅Forestridellength步幅Stridellength騰空期步幅Aerialdurationlstridelength最大開張角度Strideangle步速Speed步頻Stridefrequency1-0.0370.2570.0040.049-0.067-0.0170.358??后肢步幅Hindstridelength1-0.1580.716??0.746??0.739??0.634??0.680??雙支撐相步幅Midstridelength10.2330.417??0.1070.361??0.469??前肢步幅Forestridelength10.886??0.763??0.796??0.829??步幅Stridelength10.905??0.889??0.949??騰空期步幅Aerialdurationlstridelength10.824??0.827??最大開張角度Strideangle10.830??步速Speed1

注：**表示極顯著相關(P<0.01)，*表示顯著相關(P<0.05)。下同

Note：**Show very significant correlation(P<0.01),*Show significant correlation(P<0.05).The same as below

2.3 直道階段步態特征與步速相關性

研究表明，馬匹步頻、后肢步幅、雙支撐相步幅、前肢步幅、騰空期步幅、步幅、最大開張角度均與步速呈極顯著正相關關系(P<0.01)。

最大開張角度與后肢步幅、前肢步幅、步幅、騰空期步幅呈極顯著正相關關系(P<0.01)，與雙支撐相步幅呈正相關關系但不顯著(P>0.05)，與步頻呈顯著正相關關系(P<0.05)。騰空期步幅與后肢步幅、前肢步幅、步幅呈極顯著正相關關系(P<0.01)，與步頻呈正相關關系但不顯著(P>0.05)，與雙支撐相步幅呈負相關關系但不顯著(P>0.05)。步幅與所有步態特征均呈極顯著正相關關系(P<0.01)。前肢步幅與步頻、后肢步幅呈極顯著正相關關系(P<0.01)，與雙支撐相步幅呈正相關關系但不顯著(P>0.05)。雙支撐相步幅與步頻呈顯著正相關關系(P<0.05)，與后肢步幅呈負相關關系但不顯著(P>0.05)。后肢步幅與步頻呈顯著正相關關系(P<0.05)。表3

表3 直道階段步態特征與步速相關性

Table 3 Analysis of the correlation between gait characteristics and gait speed in straightwayway

步頻Speed后肢步幅Hindstridelength雙支撐相步幅Midstridellength前肢步幅Forestridellength步幅Stridellength騰空期步幅Aerialdurationlstridelength最大開張角度Strideangle步速Speed步頻Stridefrequency10.294?0.307?0.408??0.395??0.1730.302?0.711??后肢步幅Hindstridelength1-0.0300.615??0.679??0.557??0.474??0.647??雙支撐相步幅Midstridellength10.2500.493??-0.0150.1440.496??前肢步幅Forestridellength10.775??0.541??0.592??0.761??步幅Stridellength10.799??0.679??0.926??騰空期步幅Aerialdurationlstridelength10.672??0.682??最大開張角度Strideangle10.645??步速Speed1

2.4 彎道階段步態特征與步速相關性

研究表明，馬匹步頻、后肢步幅、雙支撐相步幅、前肢步幅、騰空期步幅、步幅、最大開張角度均與步速呈極顯著正相關關系(P<0.01)。

最大開張角度與雙支撐相步幅、前肢步幅、步幅呈極顯著正相關關系(P<0.01)，與騰空期步幅呈顯著正相關關系(P<0.05)，與步頻呈正相關關系但不顯著(P>0.05)，與后肢步幅呈負相關關系但不顯著(P>0.05)。騰空期步幅與步幅呈極顯著正相關關系(P<0.01)，與步頻、前肢步步幅、后肢步幅呈正相關關系但不顯著(P>0.05)，與雙支撐相步幅呈負相關關系但不顯著(P>0.05)。步幅與步頻呈正相關關系但不顯著(P>0.05)，與后肢步幅、雙支撐相步幅、前肢步幅呈極顯著正相關關系(P<0.01)。前肢步幅與步頻呈正相關關系但不顯著(P>0.05)，與雙支撐相步幅呈極顯著正相關關系(P<0.01)，與后肢步幅呈顯著正相關關系(P<0.05)。雙支撐相步幅與步頻、后肢步幅呈負相關關系但不顯著(P>0.05)。后肢步幅與步頻呈正相關關系但不顯著(P>0.05)。表4

2.5 終點階段步態特征與步速相關性

研究表明，馬匹步頻、雙支撐相步幅、前肢步幅、騰空期步幅、步幅、最大開張角度均與步速呈極顯著正相關關系(P<0.01)，與后肢步幅呈正相關關系但不顯著(P>0.05)。

最大開張角度與后肢步幅呈正相關關系但不顯著(P>0.05)，與步頻、雙支撐相步幅、前肢步幅、步幅、騰空期步幅呈極顯著正相關關系(P<0.01)。騰空期步幅與雙支撐相步幅、后肢步幅呈正相關但不顯著(P>0.05)，與步頻、前肢步幅、步幅呈極顯著正相關關系(P<0.01)。步幅與步頻、后肢步幅、雙支撐相步幅、前肢步幅呈極顯著正相關關系(P<0.01)。前肢步幅與步頻、后肢步幅呈極顯著正相關關系(P<0.01)，與雙支撐相步幅呈顯著正相關關系(P<0.05)。雙支撐相步幅與步頻呈極顯著正相關關系(P<0.01)，與后肢步幅呈負相關關系但不顯著(P>0.05)。后肢步幅與步頻呈正相關關系但不顯著(P>0.05)。表5

表4 彎道階段步態特征與步速相關性

Table 4 Analysis of gait characteristics and pace correlation in the bendway

步頻Speed后肢步幅Hindstridelength雙支撐相步幅Midstridellength前肢步幅Forestridellength步幅Stridellength騰空期步幅Aerialdurationlstridelength最大開張角度Strideangle步速Speed步頻Speed10.192-0.0460.0150.0200.0140.0240.452??后肢步幅Hindstridelength1-0.0360.318?0.364??0.212-0.0530.409??雙支撐相步幅Midstridellength10.352??0.721??-0.0540.371??0.628??前肢步幅Forestridellength10.613??0.1760.447??0.553??步幅Stridellength10.572??0.509??0.900??騰空期步幅Aerialdurationlstridelength10.327?0.510??最大開張角度Strideangle10.464??步速Speed1

表5 終點階段步態特征與步速相關性分析

Table 5 Analysis of gait characteristics and pace correlation in the end

步頻Speed后肢步幅Hindstridelength雙支撐相步幅Midstridellength前肢步幅Forestridellength步幅Stridellength騰空期步幅Aerialdurationlstridelength最大開張角度Strideangle步速Speed步頻Speed10.0210.471??0.382??0.571??0.405??0.647??0.804??后肢步幅Hindstridelength1-0.1470.380??0.353??0.2150.3080.265雙支撐相步幅Midstridellength10.312?0.642??0.0950.668??0.645??前肢步幅Forestridellength10.720??0.431??0.391??0.673??步幅Stridellength10.740??0.737??0.946??騰空期步Aerialdurationlstridelength10.498??0.695??最大開張角度Strideangle10.783??步速Speed1

3 討 論

3.1 不同賽段下步態特征的差異性

伊犁馬1 000 m速度賽屬于短途賽事，比賽用時較短，任何技術細節都會影響到比賽的最終成績。由于比賽開始后馬匹是由靜止狀態轉變到運動狀態，速度逐漸增加，加速度與基礎速度的不同導致了馬匹在不同賽段時速度差異較大，而速度與步態特征的關系密切。劉兵[10]認為短跑項目的比賽階段可以分為起跑、加速跑、途中跑、終點加速跑4個階段。在不同階段所需的肌肉力量差異較大。孟軍等[11]在研究伊犁馬速步賽步態特征、體尺、速度時將賽道分為直道與彎道。曾亞琦等[12]在后續對伊犁馬速步賽步態特征與速度相關性進行研究時將賽段分為直道、彎道、終點3個階段。

研究結果表明，起跑、直道、彎道、終點4個賽段之間的各項步態特征存在較大差異。從步速和步幅的數值上來看由大到小依次為彎道、直道、終點、起跑，步頻數值由大到小則為直道、彎道、終點、起跑。姚芳芳等[13]對高速速步馬不同賽段下的步態特征進行研究的結果表明,步幅、步頻、步速均是終點處數值最大，其次為彎道、直道，但直道處的步頻略大于彎道，與試驗直道與彎道處的差異結果基本一致，但是在終點數值上差異較大。此次試驗終點處的步幅、步頻、步速數值均小于直道與彎道，其中步頻數值甚至小于起跑處。此外彎道的步幅要極顯著大于直道，彎道階段馬匹重心稍有傾斜且奔跑路線為曲線，這會限制到馬匹的步幅水平，但即便如此彎道階段的步幅數值仍然為各賽段最高值。原因可能是伊犁馬1 000 m速度賽途程較短，對馬匹爆發力要求較高，且試驗拍攝的起跑、直道、彎道賽段均在賽程前半部分，直道與起跑處相距較近，用于加速的時間較短導致速度、步幅數值比彎道要小，而終點處與其余賽段相距較遠，通過前半程高強度運動以后馬匹體能有所下降從而導致步幅、步頻減小，速度不再增加反而開始減慢，所以終點處的馬匹運動性能較差。高俊霞[14]認為當運動員進入最后的沖刺階段時，無論是身體機能還是心理狀態都進入了疲勞階段。

最大開張角度數值呈兩極分化，彎道稍大于直道處，起跑、終點數值相近但均極顯著小于直道、彎道處。馬匹四肢的角度與四肢力量水平關系密切[15]，起跑時馬匹的速度較低，四肢伸展幅度小，身體的最大開張角度自然比較低，隨著起跑之后的加速，馬匹的四肢在奔跑過程中得以伸展，四肢推進力增強并逐漸達到最佳運動狀態，的最大開張角度較大。之后由于速度開始減慢，馬匹前后肢跨度變短，步幅減小，最大開張角度數值也處于低值。

騰空期步幅、前肢步幅呈現的變化規律與步幅、步速一致，提示二者在不同賽段的變化主要受馬匹運動狀態的影響。與此規律不同的是直道處的雙支撐相步幅要稍大于彎道，終點的后肢步幅的數值處于各賽段的最高值。這可能是因為彎道具有一定的弧度，馬匹為了保持步伐的流暢性使四肢略微傾斜，從而影響到了雙支撐相步幅[16]。在比賽當中馬匹的后肢步幅、兩后肢的開張程度隨加速逐漸增大并且達到相對穩定的狀態，雖然彎道以后速度可能開始逐漸減慢，但此時后肢步幅在體尺水平差異不大的情況下受其他因素的影響較小。此外，在不同賽段時運動狀態不同，機體的能量、肌肉利用水平也有所差異[17]，這可能也是造成各賽段之間步態特征差異的原因之一。

3.2 不同賽段下步態特征與步速的相關性

對于短途賽事來說，起跑階段非常重要，起跑階段的速度將會直接影響到運動員比賽的最終成績[18-19]。伊犁馬1 000 m速度賽起跑階段過后就是直道加速階段，相對來說直道占整個賽程的比例較大，此時的速度也會對最終比賽成績產生較大的影響[20]。彎道階段由于受到了離心力的作用，馬匹在加速奔跑的過程當中還要讓身體稍微內傾以保持身體的平衡，這就對馬匹提出了更高的技術要求，并且彎道技術是影響比賽成績的眾多因素之一[21]。短跑的終點沖刺能力是衡量運動員運動水平的一項重要指標[22]，對速度賽馬同樣十分重要。

試驗結果表明，除了終點處的后肢步幅與步速呈正相關關系但不顯著以外，其余所有賽段的步態特征均與該賽段步速呈極顯著正相關關系，且4個賽段中的步幅始終與步速的相關程度最高，提示在該項賽事中馬匹的步幅水平是影響各賽段馬匹步速的重要因素，這與Ishii等[23]的研究結果基本一致。此外，除了雙支撐相步幅與后肢步幅在4個賽段里均呈負相關關系但不顯著，其余步幅變量之間的關系大多為正相關關系且相關程度較高。馬匹是一個有機統一的整體，各步幅變量共同構成總步幅，隨著整體速度的提升馬匹各步幅變量都會有所增加，各步幅變量之間、各步幅變量與總步幅之間具有較高的相關性。造成雙支撐相步幅與后肢步幅呈負相關關系的原因可能是馬匹在奔跑過程中后肢步幅過大，后位前蹄與前位后蹄之間距離減小，導致雙支撐相步幅的減小。

在短途賽事中速度快的馬匹一般具有較大的步頻、較長的步幅，而隨著步幅的增加，騰空期步幅與雙支撐相步幅增加較多，前肢步幅、后肢步幅增加較小[23-24]。

最大開張角度大多與步幅變量呈正相關關系且相關程度較高，可能是因為較大的開張角度能夠使馬匹在奔跑過程中肢體更加舒展，前肢與后肢之間的跨度增加致使各步幅變量的增加，從而提升馬匹速度。

Parsons等[25]的研究結果表明,隨著速度的增加步幅、步頻都會有所增加，Muir G等[26]的研究結果表明,速度的變化是因為步幅、步頻的同時變化或單一變化。與試驗4個賽段步幅、步頻與速度相關性的研究結果基本一致。曾亞琦等[12]對伊犁馬速步賽步態特征與速度相關性進行研究的結果表明,在彎道處馬匹的步幅、步頻與速度呈極顯著正相關關系，且步幅與步頻呈正相關關系但不顯著，與試驗研究結果基本一致，但其結果表明,直道、終點處馬匹的步幅與速度呈極顯著正相關關系，步頻與速度呈正相關關系但不顯著，且步頻與步幅呈負相關關系但不顯著，部分結果與試驗的研究結果稍有不同。其認為在直道、終點階段過大的步頻會導致馬匹四肢肌肉緊張、疲勞，造成馬匹的步幅長度下降導致速度減慢、運動性能下降。在試驗當中4個賽段的步幅、步頻與速度均呈極顯著正相關，且步幅與步頻的關系也均為正相關，原因可能是此次試驗所拍攝的直道階段是比賽開始不久后的加速階段，此時馬匹的速度呈線性增加并且速度并沒有達到其最高值，而終點階段的速度相對來說已經減慢，在這2個階段步頻的增大不會對馬匹的四肢肌肉造成緊張或者疲勞，反而會增加馬匹的速度，而馬匹會以增加步幅來適應這種速度的提升，二者相互促進。造成這種差異的原因還可能是因為運動項目的不同，速度賽對賽馬步頻的要求可能要高于速步賽。

4 結 論

在不同賽段下馬匹的各步態特征均差異較大，對該項賽事進行步態特征相關研究時，應當將賽段區分研究，提升研究結論的科學性、準確性。除了終點處的后肢步幅與步速呈正相關關系但不顯著以外，其余所有賽段的步態特征均與該賽段步速呈極顯著正相關關系。這些步態特征可作為馬匹訓練調教、性能測定的相關參考指標，提升馬匹的運動性能及該項賽事運動水平。