跳落方向?qū)ο轮珒?yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)的生物力學(xué)影響①

楊海琪

(蘇州大學(xué)體育學(xué)院 江蘇蘇州 215000)

起跳—落地的過程不管是在人們?nèi)粘Ｉ钪校€是在競(jìng)技項(xiàng)目的比賽中都隨處可見，跳落方向的適當(dāng)性影響著技術(shù)動(dòng)作的銜接及下肢安全性。針對(duì)不同方向跳落，大多數(shù)研究主要集中在雙腿落地過程，而對(duì)單腿落地過程研究較少。

1 研究現(xiàn)狀

跳躍動(dòng)作次數(shù)越多的項(xiàng)目，發(fā)生運(yùn)動(dòng)損傷的概率就越大。在美國某大學(xué)體操訓(xùn)練規(guī)模達(dá)到1000人次的訓(xùn)練比賽中發(fā)現(xiàn)，男、女運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)中平均受傷次數(shù)分別為8.78次和9.37次。由于性別差異影響，大多數(shù)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中女子運(yùn)動(dòng)員損傷概率都大于男子，并且在跳落過程中女子最大垂直地面反作用力要顯著高于男子。髕腱病是起跳運(yùn)動(dòng)員發(fā)病的主要原因。著陸力學(xué)被認(rèn)為是與髕腱異常相關(guān)的因素，從澳大利亞籃球發(fā)展訓(xùn)練營招募36名青少年精英籃球運(yùn)動(dòng)員（男性18名，女性18名），進(jìn)行一系列的落地實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)患有PT的運(yùn)動(dòng)員在初始足地接觸時(shí)顯示出類似的膝關(guān)節(jié)屈曲角度，在停跳水平著陸時(shí)采取類似的臀部伸展策略；評(píng)價(jià)不同年齡與性別受試者的立定跳遠(yuǎn)成績(jī)，結(jié)果顯示，在所有變量上，年輕組（5～6歲）和年長(zhǎng)組（6～7歲）的跳躍技能存在顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；男、女生立定跳遠(yuǎn)的成績(jī)無顯著差異。關(guān)于利用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)及肌電等研究人的起跳能力很常見，但是這些研究一般是以跳落過程中雙側(cè)下肢高度一致的想法為前提，所以許多實(shí)驗(yàn)只對(duì)一側(cè)下肢進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集，研究也僅對(duì)一側(cè)肢體進(jìn)行分析。在有關(guān)踝關(guān)節(jié)位置對(duì)小腿三頭肌收縮性能及運(yùn)動(dòng)單位放電率影響的研究中，研究者發(fā)現(xiàn)，小腿三頭肌的長(zhǎng)度—張力關(guān)系可以通過改變膝關(guān)節(jié)位置、踝關(guān)節(jié)位置或兩者來改變。單腿著地與非計(jì)劃側(cè)著地的生物力學(xué)比較，結(jié)果表明，與單腿落地和單腿反跳相比，單腿跳躍著陸任務(wù)的關(guān)節(jié)力矩峰值、力量峰值和功峰值較大。與著陸任務(wù)相比，在非計(jì)劃側(cè)著地下，額面和矢狀面膝關(guān)節(jié)力矩、膝關(guān)節(jié)力量及髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)功的峰值更大。有學(xué)者招募了10名健康的男性為受試者，令其從30cm、45cm、60cm、75cm和90cm5個(gè)高度分別進(jìn)行了5次成功的階梯著陸試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在更高的情況下，減震效果有所增加，但在5個(gè)著陸高度上的變化很小。與其他運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目相比，如頭球和守門員很少受到關(guān)注；一些技術(shù)，如傳球和搶球、搶斷、摔倒行為、跳躍、跑步、短跑、起跑、停球和改變方向，沒有受到任何詳細(xì)的生物力學(xué)調(diào)查，足球運(yùn)動(dòng)員不僅要適應(yīng)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地表面類型，還要從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面，也是相關(guān)損傷的主要病因。因此，該文為模擬實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向不確定性的情況，設(shè)計(jì)3種跳落方向。

有研究發(fā)現(xiàn)，起跳落地方向是在著地過程中是否造成傷害的重要影響因素，且僅在向前的起跳落地過程中，發(fā)生下肢傷害的概率是最低的。相關(guān)文獻(xiàn)往往側(cè)重于優(yōu)勢(shì)側(cè)生物力學(xué)領(lǐng)域的研究，而將非優(yōu)勢(shì)側(cè)和跳落方向與之融入的相關(guān)研究較少。在研究正常人的步態(tài)對(duì)稱性和占優(yōu)勢(shì)的一側(cè)時(shí)，一些學(xué)者得出結(jié)論，正常人占優(yōu)勢(shì)的一側(cè)主要用于運(yùn)動(dòng)控制，另一側(cè)負(fù)責(zé)姿勢(shì)穩(wěn)定。人的肢體對(duì)稱性是天生的，由于后期的勞動(dòng)和習(xí)慣開始出現(xiàn)差異，久而久之差異強(qiáng)化，隨之肢體開始出現(xiàn)優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)之分。

2 研究對(duì)象與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

實(shí)驗(yàn)招募12名女性在校大學(xué)生，為了使實(shí)驗(yàn)達(dá)到最好的效果，這些學(xué)生被要求最近7天內(nèi)不能有劇烈運(yùn)動(dòng)才有資格參加，所以實(shí)驗(yàn)之前必須休息良好，最近3個(gè)月未發(fā)生相關(guān)運(yùn)動(dòng)損傷，受試者心理狀態(tài)良好。所有受試者在實(shí)驗(yàn)之前都知道實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，但不知道實(shí)驗(yàn)的目的。最終12名受試者入圍實(shí)驗(yàn)，為了減少測(cè)量誤差，受試者的各項(xiàng)指標(biāo)均由同一人測(cè)量。跑步機(jī)熱身5min后，測(cè)量受試者左右腿單腳立定跳數(shù)據(jù)，測(cè)量方法參照張英媛的研究，并確定優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與過程

2.2.1 設(shè)備與儀器

（1）Vicon運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，配套直徑14mm的紅外反光球，選用系統(tǒng)中下半身模型，共16個(gè)點(diǎn)。（2）三維測(cè)力臺(tái)。（3）其他：游標(biāo)卡尺，皮尺。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)過程

讓受試者進(jìn)行練習(xí)至熟練。跑步機(jī)慢走熱身5min，后開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。受試者位于距力臺(tái)中心標(biāo)志點(diǎn)1m的正向、斜向、側(cè)向3個(gè)方向起跳。兩手掐腰，身體正直，雙腿起跳，起跳時(shí)雙腿開立約與肩寬，受試者聽口令開始起跳，優(yōu)勢(shì)側(cè)落地落于力臺(tái)的標(biāo)志點(diǎn)處，且身體能夠保持穩(wěn)定算為成功。

2.3 指標(biāo)選取

三維測(cè)力平臺(tái)主要記錄跳落過程中產(chǎn)生的力的三維變化，選取跳落的動(dòng)力學(xué)指標(biāo)的x、y、z軸方向的峰值力。采集運(yùn)動(dòng)過程關(guān)節(jié)角度變化，選擇膝、髖、踝節(jié)角度峰值為運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)，根據(jù)采樣頻率推算相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)間，從而進(jìn)一步計(jì)算衍生指標(biāo)載荷率（載荷率=垂直地面反作用力峰值/峰值時(shí)間）。

2.4 分析統(tǒng)計(jì)方法

采用配對(duì)t檢驗(yàn)比較3個(gè)方向的優(yōu)勢(shì)腿與非優(yōu)勢(shì)進(jìn)行跳落的生物力學(xué)數(shù)據(jù)，結(jié)果用“均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，P值小于0.05表示差異具有顯著性，否則不具有顯著性。

3 研究結(jié)果

3.1 同方向下優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)落地下肢生物力學(xué)差異比較

各生物力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)通過配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，分析同方向優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)數(shù)據(jù)如下：正向起跳落地，優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)在踝關(guān)節(jié)屈曲角度最大值差異顯著；斜向45°起跳落地時(shí)，雙側(cè)的膝關(guān)節(jié)屈曲角度最大值差異顯著，優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)的踝關(guān)節(jié)屈曲角度最大值具有顯著性差異；側(cè)向跳落時(shí)也如此，以上顯著性P值均小于0.05。

3.2 優(yōu)勢(shì)側(cè)在3個(gè)方向落地下肢生物力學(xué)差異比較

各生物力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)通過配對(duì)樣本t檢驗(yàn)分析優(yōu)勢(shì)側(cè)組內(nèi)三方向數(shù)據(jù)如下。峰值時(shí)間：正向、斜向、側(cè)向的峰值時(shí)間長(zhǎng)短上呈遞增狀態(tài)；正向與側(cè)向的差異具有顯著性；斜向與側(cè)向的差異具有顯著性。載荷率：側(cè)向與正向差異具有顯著性。x軸地面反作用力：正向、斜向、側(cè)向的x軸地面反作用力值上呈遞增狀態(tài)，正向與斜向差異具有顯著性；正向與側(cè)向差異具有顯著性。y軸地面反作用力：正向與斜向差異具有顯著性；正向與側(cè)向差異具有顯著性；斜向與側(cè)向差異具有顯著性。以上所有顯著性P值均小于0.05。但是在髖關(guān)節(jié)角度、膝關(guān)節(jié)角度、踝關(guān)節(jié)角度和z軸方向上的力差異不顯著。

3.3 非優(yōu)勢(shì)側(cè)在3個(gè)方向落地下肢生物力學(xué)差異比較

PVGRE：正向、斜向、側(cè)向的x軸地面反作用力值上呈遞減狀態(tài)，正向與斜向差異具有顯著性；正向與側(cè)向差異具有顯著性。峰值時(shí)間：正向、斜向、側(cè)向的峰值時(shí)間長(zhǎng)短上呈遞增狀態(tài)；正向與側(cè)向的差異具有顯著性；斜向與側(cè)向的差異具有顯著性。載荷率：正向、斜向、側(cè)向的峰值時(shí)間長(zhǎng)短上呈遞減狀態(tài)；正向與側(cè)向的差異具有顯著性；斜向與側(cè)向的差異具有顯著性。x軸地面反作用力：正向與斜向差異具有顯著性；正向與側(cè)向差異具有顯著性。y軸地面反作用力：正向與斜向差異具有顯著性；正向與側(cè)向差異具有顯著性；斜向與側(cè)向差異具有顯著性。最大屈曲髖角：正向與斜向差異具有顯著性。最大屈曲膝角、踝角均不存在顯著性差異。

4 分析與討論

有國外的學(xué)者分析了雙腿連續(xù)垂直跳落的生物力學(xué)，發(fā)生了非優(yōu)勢(shì)側(cè)限制了關(guān)節(jié)的屈曲和伸展，從而降低了起跳落地這一過程的受傷風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)優(yōu)勢(shì)與非優(yōu)勢(shì)兩側(cè)分別在跳落過程中腿部的僵硬度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，優(yōu)勢(shì)側(cè)腿部剛度較高，原因是由于優(yōu)勢(shì)側(cè)具有較為發(fā)達(dá)的腿部肌肉，該文結(jié)果與之相同：在斜向跳落時(shí)，膝關(guān)節(jié)屈曲角度峰值非優(yōu)勢(shì)側(cè)大于優(yōu)勢(shì)側(cè)。該研究表明，優(yōu)勢(shì)側(cè)大于非優(yōu)勢(shì)側(cè)的踝關(guān)節(jié)屈曲角度在每個(gè)方向上差異顯著，而地面反作用力峰值無顯著性差異。考慮到可能是由于優(yōu)勢(shì)側(cè)有較大的下肢僵硬程度，但踝關(guān)節(jié)屈曲角又較大，因此指出了垂直地面反作用力峰值無顯著性差異的原因。雖然每一名測(cè)試對(duì)象，都為兩側(cè)的單腿跳落，但由于性別的原因男女在跳距的差距明顯，這也解釋了試驗(yàn)優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)為主導(dǎo)因素，3個(gè)方向地面垂直反作用力峰值沒有顯著性差異的原因可能是由于受試者為女性。

在優(yōu)勢(shì)側(cè)落地下，峰值時(shí)間側(cè)向大于正向和斜向，且差異具有顯著性。猜想與側(cè)向跳落的難度較大有關(guān)。內(nèi)外方向即x軸方向地面反作用力峰值，斜向和側(cè)向均顯著大于正向，研究認(rèn)為，盡管在內(nèi)部和外部方向上的地面反作用力很小，但也有利于肢體的平衡與控制的穩(wěn)定性，也是導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)炎的重要因素之一。所以，不同方向的差異不容忽視。因此，不同方向的差異不容忽視。應(yīng)重視臨床診斷，治療和康復(fù)等相關(guān)領(lǐng)域。y軸即前后方向上的力，三方向相互間的差異均具有顯著性，這與殷冉的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，這是由于不同跳落方向造成的不同地面反作用力。

在非優(yōu)勢(shì)側(cè)落地下，與傾斜和橫向相比，髖部屈曲角度和垂直地面反作用力的峰值在向前方向上有顯著不同。而優(yōu)勢(shì)側(cè)并沒有表現(xiàn)此差異，猜想可能與非優(yōu)勢(shì)側(cè)有著較小的肌肉力量導(dǎo)致較大的下肢靈活度有關(guān)系。

5 結(jié)語

在日常的體能訓(xùn)練中，不要忽略踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)周圍肌群在跳落過程中的能量吸收，并且可以加強(qiáng)跖屈肌群和髖屈肌群的訓(xùn)練，這對(duì)在不同方向落地后肢體的平衡與穩(wěn)定有很大的幫助。日常多進(jìn)行斜向和側(cè)向肌群的輔助訓(xùn)練以降低運(yùn)動(dòng)損傷出現(xiàn)的概率。