空間運動維度下運動性疲勞對跆拳道橫踢技術運動學特征的影響研究

謝明正　雷濤　孫健　周澳　蘇健蛟

關鍵詞：運動性疲勞；跆拳道；橫踢技術；運動學特征

文章編號：1001-747X（2023）05-0607-08 文獻標志碼：A 中圖分類號：G866.980.421

DOI：10.16063/j.cnki.issnl001-747x.2023.05.010

世界跆拳道聯盟實施新的競賽規則以來，跆拳道比賽的競技程度更加激烈，以直擊直打為主的橫踢技術，具有速度快、力量大、難度小、動作幅度短、緩沖較小等優勢，且在實戰中使用頻率較高。有研究統計，橫踢技術的使用頻率高達90%。然而，長時間、高強度的實戰對抗使運動員身體產生的運動性疲勞，影響了身體姿勢控制能力和關節穩定性，成為降低橫踢技術使用頻率和擊打效果的重要因素。隨著運動力學理論體系的逐步完善和高精端測量儀器與設備的使用，對跆拳道技術動作的研究不再局限于單一學科。為解決橫踢技術使用頻率和擊打效果的下降問題，有學者通過橫踢技術運動學特征的變化，來判斷運動員在實戰中身體出現的疲勞狀態與非疲勞狀態。有研究發現，運動性疲勞能夠對橫踢技術動作的速度及運動軌跡產生影響，其原因在于支撐腿與進攻腿的關節活動度產生了變化。長時間、高強度的運動使身體中的代謝產物增多，導致肌纖維的收縮力和收縮速度下降，從而降低肌肉的工作能力；運動疲勞受中樞運動神經調控，當身體產生運動性疲勞時，中樞神經將抑制大腦皮層運動區興奮性，神經系統產生的信號減少使肌肉收縮力降低，導致機體運動能力下降，從而對橫踢技術動作運動學特征產生影響。近年來，在運動性疲勞的研究中，通常以測量運動學或動力學特征進行診斷肌肉的疲勞，認為疲勞狀態下的時間特征與空間特征變化更為明顯，成為影響關節活動度、重心位移的指標。也有學者在三維空間下對橫踢技術時髖、膝、踝關節的變化情況進行分析。三維空間呈立體性，具有三向性，是指點的位置由3個坐標決定的空間，具有長度、寬度和高度。

為此，厘清跆拳道運動員在高強度訓練和實戰過程中，機體產生運動性疲勞之后對橫踢技術在三維運動空間下運動學參數的影響程度，不僅對客觀精準預防急性運動損傷十分重要，而且對提升運動員橫踢技術動作的擊打效率以及競技能力提升都具有重要意義。基于此，本研究從跆拳道橫踢技術動作的“直線速度與位移”二維空間研究，提升到“空間速度與軌跡”三維空間研究，以中立位自然臨肢角為始點建立三維直角坐標系，結合橫踢技術的運動原理，通過疲勞誘導的方式來比較正常和疲勞狀態下橫踢技術動作的運動學特征差異，以及探尋運動性疲勞產生后對運動軌跡形變和運動速度減緩的微觀現象與客觀規律，為我國跆拳道運動員在實戰中出現運動性疲勞之后，如何科學、規范使用橫踢技術動作，提高擊打效率提供理論借鑒具有重要的實踐意義。

1研究對象與方法

1.1研究對象

研究選取20名韓國國家跆拳道隊男子精英運動員為測試對象（精英運動員相等于我國的一級及以上運動員），年齡（20.2±0.5）歲，身高（178.4±2.5）cm，體質量（66.6±3.2）kg。測試時間為2018年7月，測試地點在韓國龍仁大學國際運動與健康研究中心。所有被試者身體狀況和運動能力均為良好，過去的3個月內下肢關節無運動損傷的現象發生，且在測試前24 h內未進行高強度訓練。

1.2研究方法

1.2.1測定儀器與設備

三維運動捕捉系統采用Vicon Nexusl.85（10個T40s攝像頭），采樣頻率為100Hz；地面測力系統采用AMTI OR6-7（測力臺BP400900*1、BP400600*2），采樣頻率為1000 Hz；功率自行車采用Excali-bur sport cycle ergometer，最大功率為1500W；血乳酸分析儀采用YSI1500sport等儀器和設備。

1.2.2疲勞誘導方案與設定

通過功率自行車進行60 s的疲勞誘導，前30 s勻速60 km/h，后30 s全速蹬車，自行車功率設置為1500 W。正常狀態下完成橫踢技術動作測試后進行疲勞誘導測試，對被試者在蹬車前，蹬車后0min、3 min、5 min、7 min、10 min、15 min等時間節點，分別采集手指尖部50μL血液樣本。觀察各時間節點血乳酸濃度的變化情況，最終設定踏車后5～10min內血乳酸值上升至12.52mmol/L及以上的時間區間作為下肢肌肉疲勞時段（見圖1）。平均無氧功率為（640.1±81.0）W，最大無氧功率為（1113.0±199.7）W，疲勞指數為（8.7±0.7）W/s。運動性疲勞的誘導與控制過程是本研究的核心部分，對提取可靠性的運動學參數至關重要，為使在測試過程中較好控制和維持疲勞狀態，采用閉鎖鏈動作（CKC）誘導運動疲勞。

1.2.3測試流程

（1）測試前準備：首先打開三維運動捕捉系統、地面測力系統、功率自行車、血乳酸檢測儀等設備，將其進行預熱和標定；其次要求被試者按順序填寫被試知情同意書及對個人信息和健康狀況進行調查，告知注意事項和測試流程；最后要求運動員更換服裝，測量身體基本特征。

（2）疲勞前測試：首先在安靜狀態下完成正常狀態的血樣采集，進行15 min左右的熱身活動，開始粘貼Marker球。其次按照測試流程，根據操作員發出的口令完成疲勞前使用后橫踢技術擊打目標靶的動作測試（見圖2）。動作完成后，根據研究人員主觀視覺判斷和被試者自我感覺評價，每名被試者選取5個有效動作為本研究的分析動作。

（3）疲勞后測試：使用功率自行車進行疲勞誘導后（見圖3），按照所設定的運動性疲勞時段，進行采集疲勞狀態下后橫踢技術擊打目標靶的運動學參數，確保每次采集時間在5 min以內完成。疲勞后的動作選取條件與疲勞前測試保持一致。

1.2.4 Marker球粘貼、坐標及建模流程

根據被試者身體表面粘貼的39個Marker點的位置和前期測量的身體環節參數，使用Vicon Poly-gon 3.5.1軟件中的Plugin Gait Full Body 3D模塊構建本研究的動作模型（見圖4）。

1.2.5時刻和時段的劃分

時刻劃分根據測試時捕捉系統采集到的后橫踢技術動作信號源，結合跆拳道訓練和比賽中技術動作的運動特點，通過觀察支撐腳和進攻腿接觸測力臺面時反力瞬間、目標靶Marker球出現晃動、進攻腿膝關節角度的最小屈曲和最大伸展瞬間而設定。前一時刻結束到后一時刻開始所用的時間間隔設定為時段。

1.2.6數據處理與統計方法

通過Vicon Nexus l.85系統內置的Low-pass Filter函數對采集到的原始信號源進行濾波、刪補軌跡等技術處理，Vicon Polygon 3.5軟件計算下肢關節角度、身體重心、動作時間和動作速度等運動學參數。定義踝關節跖屈、外翻、旋外和髖關節過伸展、外展、旋外參數值為負（－）。原始數據用Excel 2013進行分析處理，正常和疲勞2組間的運動學數據使用Graph Pad Prism 9.4.1進行配對樣本t檢驗，結果用平均值和標準差（x±s）表示，顯著性水平設為a=0.05。

2研究結果與分析

根據跆拳道運動員使用橫踢技術時左右腿的前后站位，將其劃分為前橫踢技術動作與后橫踢技術動作，本文是對后（右）橫踢技術動作進行分析。由于橫踢技術是典型的鞭打動作，在運動過程中是以軀干和前支撐腿為鞭桿、后進攻腿為鞭身、腳背為鞭梢，進行動力距向末端傳遞的一個運動過程。因此，本文對橫踢技術動作時支撐腿和進攻腿的運動軌跡進行采集及對其運動學參數進行分析。

2.1支撐腿關節活動度t-test分析結果

支撐腿關節活動度t-test結果見表1，髖關節活動度呈現為疲勞狀態大于正常狀態，準備時刻的外展角、啟動時刻和擊打時刻的旋內角t- test結果存在顯著性差異（P<0.05）；膝關節屈伸活動度呈現為疲勞狀態小于正常狀態，膝關節活動度在3個時段t-test結果雖然出現了差異（P>0.05），但是不存在顯著性；踝關節活動度呈現為多樣化現象，其中，正常狀態在回收時段為外翻現象，疲勞狀態在回收時段為內翻現象，2組間的t-test結果出現了顯著性差異（P<0.05）。

2.2進攻腿關節活動度分析結果

進攻腿關節活動度t-test結果見表2，髖關節活動度呈現為疲勞狀態小于正常狀態，啟動時刻和回收時刻的旋內角t-test結果出現了顯著性差異（P<0.05）；2組間膝關節活動度在3個時段t-test結果雖然出現了差異，但是不存在顯著性（P>0.05）；踝關節活動度呈現為多樣化現象，正常狀態在啟動時刻伸展較大，疲勞狀態在回收時段的外翻較大，2組間t-test結果出現了顯著性差異（P<0.05）。

2.3身體重心軌跡分析結果

被試者身體重心軌跡t-test結果見表3，正常和疲勞2種狀態下重心移動距離差異較大，其中，疲勞狀態在準備時刻和3個運動軸上的移動距離均小于正常狀態，啟動時刻的身體重心向前和向下移動距離較小，擊打時刻的身體重心向前和向上移動距離較大。整體來看被試者在疲勞狀態時的身體重心較高，2組間的t-test結果出現了顯著性差異（P<0.05）。

2.4動作軌跡、時間和速度分析結果

動作軌跡、時間和速度t-test結果見表4，其中，動作軌跡以測力臺的三維坐標“0”點位置為起點，正常和疲勞狀態下呈現的差異較大，疲勞狀態時進攻腳在啟動時段偏后于起點，擊打目標物瞬間略遠離于中線距離，擊打距離較近且低于正常狀態及回收距離略遠于正常狀態，2組間的t-test結果均出現了顯著性差異（P<0.05）；疲勞狀態在3個時段的動作時間大于正常狀態且動作速度較慢，擊打時段t-test結果出現了顯著性差異（P<0.05）。

3討論

本研究結合受試者在疲勞狀態下使用橫踢技術動作時，根據下肢關節活動度和動作速度等運動學參數，在劃分的3個時段上所表現出來的運動軌跡形變和運動速度減緩的運動現象，從運動性疲勞與關節活動度變化的生理機制、身體重心變化的運動機理、動作速度減緩的神經機制等3個維度進行探討，從而深入揭示運動性疲勞對橫踢技術運動學參數的影響。

3.1運動性疲勞導致關節活動度變化的生理機制

運動性疲勞的產生會降低大腦對“神經一肌肉”的控制，影響身體姿勢控制能力和關節穩定性，對橫踢技術動作的速度及運動軌跡產生影響。通過觀察正常和疲勞2種狀態下橫踢技術的運動軌跡發現，2種狀態下下肢關節運動方向雖然相一致，但是關節活動度卻出現了較大差異。其中，支撐腿髖關節活動度的差異較大，外展角和旋內角存在顯著差異性（P<0.05）。“衰竭”學說認為長時間運動后身體內ATP等能源物質大量消耗，導致肌肉能源物質短缺，從而降低肌肉工作能力。有研究發現乳酸堆積過多會導致機體酸中毒，同時會使Ca²⁺釋放受損、抑制關鍵代謝酶的活性以及抑制肌球蛋白ATP酶水平，進而影響肌肉收縮力和速度。然而，持續長時間運動后，肌肉中的ATP-CP等高能磷酸物含量降低與血糖水平和骨骼肌糖原的減少，阻礙了肌球蛋白和肌動蛋白之間的聯系，導致肌肉無法維持正常功率的輸出，從而降低肌肉收縮能力。當運動性疲勞發生后，能量代謝活動的增強使快肌纖維中有大量乳酸堆積，乳酸解離生成的H⁺降低身體PH值，干擾肌漿網Ca²⁺的釋放、肌鈣蛋白對Ca²⁺的敏感性，降低神經與肌肉之間的“興奮-收縮”偶聯，導致運動能力下降，降低關節穩定性，誘發動作軌跡形變。因此，出現運動性疲勞后，使用橫踢技術時關節穩定性較差，在啟動時段和擊打時段支撐腿髖關節外展角，運動3～5min時體內會有乳酸的堆積，隨著乳酸濃度的升高，速度逐漸減小、旋內角度逐漸增大的運動現象更加明顯，成為導致技術動作的運動軌跡形變及運動能力下降的重要因素。本研究進行疲勞誘導后5～7min的時間區間，運動員機體內的血乳酸濃度達到峰值且不能消除，致使肌肉的收縮力和收縮速度下降，導致下肢關節活動度的變化與運動軌跡的形變，進而降低了橫踢技術的動作速度。

3.2運動性疲勞導致身體重心變化的運動機理

在運動過程中，保持身體重心的平衡與穩定是動力距向末端快速傳遞的基礎，也是保證技術動作發動最有效進攻速度的關鍵。為了保持運動中身體重心的平衡，需要通過下肢關節的屈伸或回旋運動進行協同調節。有研究認為，橫踢技術啟動時身體重心受支撐腿的影響，首先要將身體重心移至支撐腿并形成穩固的支撐點，支撐腿髖、膝、踝關節活動度增大，為使身體達到平衡，身體重心需在額狀軸和矢狀軸發生變化。有學者發現肢體質量分布離轉軸越近，轉動半徑越小，轉動慣性就小，力矩就大，動作速度也就越快。人體縱軸和額狀軸的相對轉動慣量與肌肉對人體骨杠桿的動力矩是影響鞭擊動作的重要因素，支撐腿的外展角和旋內角是影響鞭打技術動作的重要因素。然而運動中隨著運動性疲勞的出現和疲勞程度的增大，跆拳道運動員在使用橫踢技術動作時支撐腿關節的穩定性越來越差，橫踢技術的動作速度也就越慢。本研究發現，運動性疲勞發生后被試者支撐腿關節的外展角和旋內角逐漸變小，進攻腿髖關節的旋內角和踝關節屈曲角增大、動作速度減緩以及身體重心軌跡增大的研究結果，也進一步證實了上述研究結論。因此，當髖關節旋內角較小時，運動員為了發力使軀干運動先于大腿運動，導致身體重心發生變化與動作軌跡出現形變，同時也會增大身體重心位移。橫踢過程中身體重心提升受支撐腿膝關節屈伸和提踵的影響，運動性疲勞發生后支撐腿膝關節屈曲角度變小，身體重心提升的研究結果也與此相吻合。綜合來看，支撐腿各關節的活動度影響著身體重心的變化，影響著進攻腿髖、膝、踝關節繞冠狀軸作屈伸運動，這一過程也完全符合空間運動力學原理。

3.3運動性疲勞導致動作速度減緩的神經機制

動作速度取決于運動中樞神經對肌肉的協調控制能力，隨著疲勞程度的不斷增加，肌纖維最大收縮力和收縮速度受到的抑制也隨之增大。跆拳道橫踢技術是典型的鞭打技術，支撐腿髖關節的外展角度直接影響進攻腿的動作速度，進攻腿下肢關節角度也直接影響擊打速度。當機體發生運動性疲勞時，中樞神經系統的興奮、抑制過程平衡將會被破壞，基底神經節功能調控不足，導致機體運動能力下降。有學者發現運動性疲勞對神經中樞系統具有抑制效果，導致大腦的調節運動、協調椎體系調節空間知覺、條件反射、注意轉換等的功能降低。有研究認為，技術動作的規范程度主要受神經肌肉控制，運動性疲勞導致中樞神經系統的紊亂，使肌肉缺乏正常的興奮與舒張交替，造成肌肉收縮力下降，導致在完成技術動作時身體重心發生偏移的現象。由此可以看出，運動性疲勞的產生與中樞神經系統紊亂有著密不可分的關系，當中樞神經系統出現疲勞后產生的神經激活信號減少，導致肌肉收縮能力下降，使動作發生變形，進而影響動作速度，肌纖維的收縮力和收縮速度將被抑制。從本研究測量的動作速度結果來看，疲勞狀態較慢于正常狀態也進一步證實上述研究結論。由此來看，動作速度的快慢與技術動作的規范程度受神經肌肉的控制，長時間、高強度的運動誘發神經肌肉疲勞，使肌肉缺乏正常的興奮舒張交替，同時抑制肌纖維的收縮力和收縮速度，引起下肢肌肉-骨骼控制能力下降，成為影響橫踢技術使用效果的重要因素。因此，在運動性疲勞發生前后，被試者橫踢技術所表現出來的動作速度差異與體內乳酸含量水平和神經中的紊亂存在直接聯系，也是肌肉最大收縮力和收縮速度下降的綜合反映。

4結論與建議

從三維空間視角分析受試者在疲勞狀態時，橫踢技術運動軌跡形變與動作速度減緩的運動現象，不僅能夠客觀地診斷橫踢技術動作的完成質量，而且為后續優化技術動作提供了實證數據支撐。對于穩定疲勞狀態時運動員支撐腿關節活動度和身體重心位移，減小橫踢技術動作軌跡形變，提升動作速度等具有針對性指導作用。對于運動員在實戰中結合自身無氧和有氧供能系統轉換的特點，合理設計運動負荷強度，避免因血乳酸過多堆積而造成肌群肌力下降，為提升橫踢技術動作的擊打效率提供了理論參考。

建議教練員參照本文的測試結果，首先，結合運動員在實戰中疲勞出現的時間節點，依據個體差異制定相應的技戰術方案進行針對性訓練，儲備與國外優秀運動員對抗時的技戰術應變能力。其次，在訓練負荷強度的設置方面，教練員可結合受試者乳酸峰值出現的時間節點，比較乳酸峰值的變化曲線，通過調整或優化訓練內容來調控負荷強度進行抗乳酸訓練，儲備與國外優秀運動員對抗時的體能和心肺耐力。最后，在訓練方法方面，教練員應結合跆拳道比賽的總時長和單局時長，設計與比賽同等的負荷強度，使運動員形成技術動作記憶和負荷強度記憶，來穩定比賽中運動員的興奮點與疲勞點，從而保障技術動作應用效果的最大化。

作者貢獻聲明：

謝明正：梳理基本思路，撰寫論文。

雷濤：負責收集文獻、數據處理。

孫健，周澳：負責收集文獻、校對文字。

蘇健蛟：負責數據采集、主體框架設計。