張宇宬，郝衛(wèi)亞，李建設(shè)，顧耀東，何 衛(wèi)，吳成亮，山松俊杰，高飛燕

(1.寧波大學(xué) 體育學(xué)院，浙江 寧波 315211；2.國家體育總局 體育科學(xué)研究所，北京 100061)

0 前 言

體操，作為奧運會的比賽項目之一，一直都是我們國家非常重視的一項競技運動，在各大比賽中取得了許多不錯的成績。我國現(xiàn)代競技體操已經(jīng)經(jīng)歷了50多年，歷經(jīng)了無數(shù)次技術(shù)上和評分規(guī)則的修改，我們國家的體操成績在世界范圍內(nèi)依然處于領(lǐng)先地位。這其中就包括了跳馬這個優(yōu)勢項目。跳馬是體操中一項動作技巧非常復(fù)雜的項目，它包括了助跑、踏跳、第一騰空、推馬、第二騰空、落地這幾個階段。而且目前跳馬的技術(shù)動作慢慢的偏向于多種方向和多種翻轉(zhuǎn)動作相結(jié)合的方向進行發(fā)展[1]。在體操項目中，落地往往是關(guān)鍵的而且非常復(fù)雜的一個過程[2]。通常我們把落地定義為從接觸墊子的一瞬間到重心達到最低點這一階段[3]。落地階段固然重要，但落地階段運動員受傷的風(fēng)險是非常高的，其中下肢各關(guān)節(jié)的傷病占到了全身傷病的一半以上。因為在落地時，運動員的下肢各關(guān)節(jié)要承受巨大的沖擊，所承受的沖擊力大約相當(dāng)于自身體重的8～14倍[4]。肖曉飛等[5]對體操落地沖擊負(fù)荷機制的研究發(fā)現(xiàn)，影響沖擊負(fù)荷機制的主要因素有落地的高度、下肢的運動學(xué)特征、沖擊表面的力學(xué)特征以及性別上的差異等等[6]。李旭鴻等[6]對體操落地階段沖擊引起的下肢的損傷進行了相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，引起下肢損傷的因素有多種，例如下肢神經(jīng)肌肉的控制能力和協(xié)調(diào)能力、膝關(guān)節(jié)所承受的沖擊負(fù)荷或者落地技術(shù)、落地高度等等。并且，在落地時不同的落地技術(shù)也會產(chǎn)生不同的生物力學(xué)特征。郝衛(wèi)亞[7]對運動損傷的相關(guān)生物力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在體操中，自由操和跳馬等更容易引起下肢的損傷，其中踝關(guān)節(jié)的急性損傷又是跳馬項目中最常見的。

縱觀近幾年的比賽，男子跳馬的技術(shù)動作主要集中在“前手翻類、側(cè)手翻類、毽子類”這三大類動作，其中“前手翻類”和“側(cè)手翻類”占據(jù)了絕大部分。此外，通過對第13屆全運會男子跳馬單項決賽的跟蹤拍攝發(fā)現(xiàn)，所有運動員均選擇了“前手翻類”和“側(cè)手翻類”這兩大類動作。這兩類動作又包含了多種動作，其中，“前手翻接直體前空翻轉(zhuǎn)體900°(動作編號176)和直體笠松轉(zhuǎn)體720°(動作編號276)”這兩個動作是運動員經(jīng)常選用的，兩個動作的難度系數(shù)均為5.6，屬于中高難度動作，通過觀看近幾年的大型體操比賽錄像，這兩個動作的出現(xiàn)頻率也很高。因此，對于這兩個動作的相關(guān)技術(shù)特點的研究和分析是很有價值的。

本文主要的研究目的是分析“前手翻接直體前空翻轉(zhuǎn)體900°和直體笠松轉(zhuǎn)體720°”這兩個高頻率使用動作的相關(guān)運動學(xué)指標(biāo)和動作特點，著重對落地階段，下肢各關(guān)節(jié)角度、運動員落地緩沖時間、重心高度變化等相關(guān)運動學(xué)參數(shù)進行對比和分析，探討運動員在落地緩沖階段對下肢可能造成損傷的影響因素有哪些?為今后運動員應(yīng)用此類動作的相關(guān)技術(shù)，以及傷病的預(yù)防等提供一定的科學(xué)理論依據(jù)和參考建議。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象分別來自2017年武漢全國體操錦標(biāo)賽、2017年第13屆全運會以及2018年肇慶全國體操錦標(biāo)賽的參賽運動員2名，他們均在國內(nèi)外取得過優(yōu)異的比賽成績，其中一名運動員代表國家隊參加過多項國外賽事，另一名為省隊主力隊員。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料調(diào)研法。查找并閱讀國內(nèi)外相關(guān)文獻若干篇，了解近些年來我們國家和國外關(guān)于體操落地方面的研究進展。

1.2.2 觀察和了解。通過觀看2008屆北京奧運會、2004年的雅典奧運會、歷屆世錦賽、全國錦標(biāo)賽、全運會等各大賽事的體操跳馬視頻，對跳馬比賽的比賽流程、評分規(guī)則等有一個大致的了解。其次，重點觀察跳馬運動員在落地階段身體的姿態(tài)、身體各關(guān)節(jié)大致運動軌跡等。此外，對我國近些年來跳馬項目的發(fā)展有一個大體的認(rèn)識。

1.2.3 動作采集。使用兩臺日本生產(chǎn),型號為“CASIO EX-F1”高速攝像機對運動員在2017年第13屆天津全運會、2017年武漢全國體操錦標(biāo)賽和2018年肇慶全國體操錦標(biāo)賽中男子跳馬單項決賽進行拍攝，拍攝頻率為250Hz。一臺相機位于跳馬跑道的左側(cè)，另外一臺相機位于跑道的右側(cè)，兩臺相機的主光軸夾角約為100°。三次高速拍攝均采用peak框架進行三維立體標(biāo)定。

1.2.4 動作的解析。對所拍到的高速視頻進行整理歸納，使用三維運動解析軟件“SIMI MOTION”進行解析，將解析后所得到的數(shù)據(jù)使用低通濾波進行平滑處理，截斷頻率為8Hz,將平滑處理后的數(shù)據(jù)進行分類整理、篩選和分析等，可以得到多種運動學(xué)數(shù)據(jù)。其中包括重心高度、落地緩沖時間、各個關(guān)節(jié)角度、各個關(guān)節(jié)位移、水平和垂直速度等。

2 研究結(jié)果

2.1 總體動作變化趨勢和特征

完整的一套跳馬動作包括助跑、踏跳、第一騰空、推馬、第二騰空、落地這幾個階段。運動員在助跑階段全力加速以便獲得較大的水平速度，讓身體獲得較大的動能，為接下來的踏跳做準(zhǔn)備。踏跳質(zhì)量完成的好壞也直接決定了第一騰空完成質(zhì)量，因為第一騰空需要保持較快的水平速度和垂直速度[8],來為下一步推馬做準(zhǔn)備。運動員在完成推馬動作之后重心一直上升，到達最高點后開始快速下降，當(dāng)雙腳剛接觸地時，第二騰空完成。重心變化趨勢呈現(xiàn)為拋物線。當(dāng)雙腳觸地后，身體重心持續(xù)下降達到最低點，下肢做屈曲進行緩沖，隨后身體重心向上運動直至身體各關(guān)節(jié)伸展身體直立后站穩(wěn)，完成動作。

圖1 運動員張義嘉不同動作重心變化曲線

對兩名運動員進行三維解析，可以得到相關(guān)重心變化曲線。運動員張義嘉在完成編號為176號動作即“前手翻接直體前空翻轉(zhuǎn)體900°”(以下簡稱為“動作176”)時比完成動作編號為276號動作即“直體笠松轉(zhuǎn)體720°”(以下簡稱“動作276”)，重心最大高度低于完成動作276的重心最大高度；同時動作176的中重心最低點也要低于動作276(圖1)。運動員屈瑞陽完成動作176時重心最大高度要低于完成動作276；同樣，重心達到最低點的高度動作176低于動作276(圖2)。由圖可知，兩人重心變化趨勢基本相似。

圖2 運動員屈瑞陽不同動作重心變化曲線

圖3 運動員張義嘉不同動作部分運動學(xué)指標(biāo)

注：圖中所示重心高度變化為實際重心高度變化的10倍

圖4 運動員屈瑞陽不同動作部分運動學(xué)指標(biāo)

注：圖中所示重心高度變化為實際重心高度變化的10倍

2.2 不同動作之間的運動學(xué)指標(biāo)對比

對兩名運動員進行三維運動解析，提取部分運動學(xué)數(shù)據(jù)，對176號和276號動作進行分類，分別為“落地緩沖時間、重心高度變化、重心最大高度等。比較兩名運動員可以發(fā)現(xiàn)，對于176號動作，運動員張義嘉落地階段的緩沖時間要明顯長于運動員屈瑞陽，與此同時重心高度變化也要大于運動員屈瑞陽。對于276號動作，運動員屈瑞陽的落地緩沖時間要明顯長于張義嘉，同樣重心高度變化也高于張義嘉。反觀二人的重心最大高度，對于176號動作，張義嘉略低于屈瑞陽；對于276號動作，屈瑞陽的最大重心高度要略高于張義嘉。對比同一名運動員完成兩個動作可以發(fā)現(xiàn)，兩名運動員在完成176號動作時落地緩沖時間要明顯高于276號動作，同樣，在重心高度變化上，動作176也要明顯高于動作276。但是，通過對比重心最大高度，完成176號動作的重心最大高度均略低于276號動作(圖3、圖4)。

2.3 下肢各關(guān)節(jié)角度分析比較

在落地階段，對比176號動作，運動員張義嘉的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的角度變化均大于屈瑞陽，踝關(guān)節(jié)略小于屈瑞陽；對比動作276號動作，張義嘉的髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)角度變化小于屈瑞陽，但是膝關(guān)節(jié)角度變化大于屈瑞陽。同一名運動員在分別完成兩個動作時對比可知，張義嘉在完成176號動作時，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)角度變化大于完成276號動作，髖關(guān)節(jié)尤為明顯，但是踝關(guān)節(jié)角度變化小于276號動作；屈瑞陽在完成176號動作時，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)角度變化均大于動作276(除右髖關(guān)節(jié)略小于276，但基本相同)，踝關(guān)節(jié)角度變化明顯小于276號動作(表1)。

表1 兩名運動員落地階段下肢各關(guān)節(jié)角度變化(°)

圖5 運動員張義嘉觸地瞬間下肢各關(guān)節(jié)角度示意圖

圖6 運動員屈瑞陽觸地瞬間下肢各關(guān)節(jié)角度示意圖

利用Simi motion軟件解析得到運動員下肢各關(guān)節(jié)運動學(xué)數(shù)據(jù)，提取兩名運動員觸底瞬間下肢各關(guān)節(jié)角度。整理可知，兩名運動員在觸地瞬間下肢三關(guān)節(jié)(髖、膝、踝)的角度除踝關(guān)節(jié)左右兩側(cè)差別略微偏大，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)左右兩側(cè)角度差別不大。其中運動員屈瑞陽在完成兩種動作時的左右踝關(guān)節(jié)角度大小差別稍大，運動員張義嘉左右踝關(guān)節(jié)角度大小差別較小。此外，運動員屈瑞陽在完成176號動作時下肢各關(guān)節(jié)角度和在完成276號動作時相比，大小接近，左右兩側(cè)關(guān)節(jié)角度差值也基本相同，圖形趨勢十分相似；反觀運動員張義嘉，完成176號動作和完成276號動作時相比，下肢各關(guān)節(jié)角度大小差別較大，但同樣左右兩側(cè)關(guān)節(jié)角度差值基本相同。(圖5、圖6)

當(dāng)兩名運動員重心達到最低點時，提取下肢各關(guān)節(jié)角度，觀察可得，兩名運動員在完成276號動作時，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)角度均要高于完成176號動作時的角度(屈瑞陽右髖關(guān)節(jié)角度在完成兩個動作時大致相同)，而踝關(guān)節(jié)角度，則是176號動作大于276號動作，與觸地瞬間時一致。(圖7、圖8)

圖7 運動員張義嘉重心達到最低點下肢各關(guān)節(jié)角度示意圖

圖8 運動員屈瑞陽重心達到最低點下肢各關(guān)節(jié)角度示意圖

3 討 論

“前手翻接直體前空翻轉(zhuǎn)體900°”和“直體笠松轉(zhuǎn)體720°”都是難度較高的跳馬動作，在各個大型體操賽事中使用頻率很高。運動員張義嘉和屈瑞陽都是我國高水平男子跳馬運動員，多次代表國家和地方隊參加國內(nèi)外重大賽事。在所采集的三次跳馬比賽中，這兩名運動員均獲得了前八名的好成績，其中，運動員屈瑞陽在2017武漢全國跳馬錦標(biāo)賽上更是獲得了冠軍。所以，對二人的比賽進行研究分析，是具有一定代表性的。

3.1 落地緩沖時間與重心變化之間的分析

由圖3、圖4可以看出，兩名運動員在落地階段的緩沖時間存在一定關(guān)系，運動員張義嘉和屈瑞陽在完成176號動作時落地緩沖時間明顯長于完成276號動作，同時二人在重心高度變化上，完成176號動作也要明顯大于完成276號動作。分別對比二人同時完成176和276號動作時，也可以發(fā)現(xiàn)，落地緩沖時間越長，重心高度變化也就越大。但比較重心最大高度這一運動學(xué)指標(biāo)時，可以發(fā)現(xiàn)，二人在完成176號動作要低于完成276號動作，這可能是因為176為前手翻動作，而276為側(cè)手翻動作，前手翻動作在推馬時雙手處于水平，而側(cè)手翻類動作雙手不在一個水平高度，存在一定高度差，因此在離馬瞬間，運動員做276號時重心高度高于176號動作。分別計算二人完成兩種動作時重心最大高度的差值，發(fā)現(xiàn)二人差值幾乎相同，因此可知二人在完成兩種動作時的重心凈高度(即運動員離馬瞬間到重心達最高點時重心上升的高度)是幾乎一樣的。

3.2 緩沖時間和重心高度對下肢關(guān)節(jié)角度變化的影響

兩名運動員在完成176號動作時的緩沖時間和重心變化均高于完成276號動作，同時在下肢髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的角度變化中，176號動作基本大于276號動作(除運動員屈瑞陽在完成176號動作時，右髖關(guān)節(jié)變化略微小于完成276號動作，可近似為變化相同)。當(dāng)運動員落地緩沖時，下肢各關(guān)節(jié)做屈曲，落地緩沖時間越長，屈曲程度越大。但是，踝關(guān)節(jié)角度變化與髖、膝關(guān)節(jié)相反。造成這方面的原因可能是由于跳馬落地墊較厚，在解析時對運動員的腳部進行一定遮擋，對解析工作造成了一定困難。此外，踝關(guān)節(jié)角度是由股骨外上踝到腓骨外踝的連線與外踝到第二趾骨連線之間的夾角，標(biāo)定的第二趾骨的位置是否精準(zhǔn)對踝關(guān)節(jié)角度精準(zhǔn)與否影響較大，而第二趾骨往往被較厚的落地墊所遮擋，因此踝關(guān)節(jié)角度數(shù)據(jù)可能存在一定誤差，本文中僅作參考，不予著重考慮。

3.3 特殊位置時下肢關(guān)節(jié)角度的分析

由圖6可知，圖中所呈現(xiàn)趨勢極為相似，表明在觸地瞬間，屈瑞陽在完成兩種動作時身體姿態(tài)基本相同，并且髖、膝關(guān)節(jié)左右兩側(cè)角度差別不大，說明其身體姿態(tài)左右基本對稱。同樣，由圖5可知，張義嘉雖然完成兩種動作時下肢關(guān)節(jié)角度不同，但其左右髖、膝關(guān)節(jié)角度差別并不大，說明其身體姿態(tài)同樣左右基本對稱。在重心達到最低點時，由圖7、8可得，二人在完成276號動作時，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的角度均大于完成176號動作，說明在完成176號動作時，身體重心達到最低點的情況下髖膝關(guān)節(jié)做屈曲程度更大。

4 結(jié) 論

本研究得到了相同難度系數(shù)下兩種動作類別(前手翻類與側(cè)手翻類)中具有代表性的兩個動作的相關(guān)運動學(xué)指標(biāo)，為運動員今后發(fā)展該動作提供一定的科學(xué)依據(jù)。本文結(jié)論如下：4.1 同一名跳馬運動員在完成動作“前手翻接直體前空翻轉(zhuǎn)體900°”時的落地緩沖時間要明顯高于完成動作“直體笠松轉(zhuǎn)體720°”，與此同時其重心高度變化與下肢關(guān)節(jié)角度變化和落地緩沖時間存在一定關(guān)系，即落地緩沖時間越長，重心高度變化越大，髖關(guān)節(jié)與膝關(guān)節(jié)角度變化越大，屈曲程度越大，受傷風(fēng)險越高。

4.2 高水平運動員在落地瞬間對身體控制能力較強，身體左右姿態(tài)基本對稱，落地更加平穩(wěn)，致使落地瞬間下肢左右兩側(cè)受到的沖擊分布較為平均，大大降低了下肢各關(guān)節(jié)受傷的風(fēng)險。

5 建 議

本文運用了三維運動解析軟件“simi motion”對運動員進行了相關(guān)運動學(xué)分析，探討了跳馬項目中兩類具有代表性動作的相關(guān)規(guī)律和運動學(xué)特征。但是，造成跳馬運動員下肢損傷的機制和影響因素等有待進一步研究。由于本文僅進行了相關(guān)的運動學(xué)分析，因此依然存在一定局限性，若要進一步探究，建議結(jié)合相關(guān)動力學(xué)分析進行探討。