米奕翔，張 奔，周星棟，王向東，劉 恒，肖丹丹

(1.國(guó)家體育總局 體育科學(xué)研究所，北京100061；2.桑德蘭大學(xué)，英國(guó) 桑德蘭，SR1 3SD；3.寧波大學(xué)，浙江 寧波315211；4.中國(guó)乒乓球隊(duì)，北京100061)

乒乓球運(yùn)動(dòng)既是競(jìng)技項(xiàng)目，也是大眾健身與娛樂(lè)項(xiàng)目。在我國(guó)，乒乓球素有“國(guó)球”之稱，擁有數(shù)量眾多的乒乓球?qū)I(yè)運(yùn)動(dòng)員和業(yè)余愛(ài)好者，乒乓球已成為中國(guó)體育精神和競(jìng)技水平的代表性運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。為保持世界領(lǐng)先水平，應(yīng)對(duì)強(qiáng)勁對(duì)手的挑戰(zhàn)，乒乓球運(yùn)動(dòng)員需要長(zhǎng)周期、大運(yùn)動(dòng)量和高強(qiáng)度的訓(xùn)練，但是人體的承受能力是有一定限度的，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員身體機(jī)能不斷下降、局部負(fù)荷過(guò)重時(shí)，便會(huì)發(fā)生乒乓球運(yùn)動(dòng)員常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)損傷，87.5%的國(guó)家隊(duì)運(yùn)動(dòng)員患有不同部位、不同類型的損傷，如半月板損傷、肩袖損傷、腰肌勞損和膝脂肪墊炎等52 余種傷病[1]。在這些損傷中，膝關(guān)節(jié)損傷不容忽視。大量文獻(xiàn)顯示膝關(guān)節(jié)損傷在乒乓球運(yùn)動(dòng)中最為普遍[2-5]。國(guó)家乒乓球隊(duì)運(yùn)動(dòng)員日常進(jìn)行的大強(qiáng)度技術(shù)訓(xùn)練對(duì)膝關(guān)節(jié)是一種過(guò)度使用，因而膝關(guān)節(jié)損傷較多。專業(yè)運(yùn)動(dòng)員每次完成技術(shù)動(dòng)作都需要膝關(guān)節(jié)發(fā)力，且運(yùn)動(dòng)員每天的訓(xùn)練要完成大約4 000 次左右的揮拍，即膝關(guān)節(jié)也需要進(jìn)行4 000 次左右的發(fā)力[6]?，F(xiàn)役國(guó)家乒乓球隊(duì)運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)損傷人數(shù)約占所有在訓(xùn)練或比賽中發(fā)生損傷人數(shù)的20%[1]，省隊(duì)運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)的發(fā)病率為22.4%[7]。乒乓球運(yùn)動(dòng)員常見(jiàn)的膝關(guān)節(jié)損傷包括各種關(guān)節(jié)軟骨、髕骨、韌帶等的急性或慢性損傷[5]?；加新韵リP(guān)節(jié)損傷的運(yùn)動(dòng)員還極易繼發(fā)半月板、交叉韌帶等部位的急性損傷[8]。世界知名乒乓球運(yùn)動(dòng)員幾乎都經(jīng)歷過(guò)不同程度膝關(guān)節(jié)損傷，例如王皓右膝膝關(guān)節(jié)軟骨損傷引起的滑膜炎一度成為困擾他訓(xùn)練和比賽的傷病，嚴(yán)重時(shí)伴有關(guān)節(jié)腫脹和肌肉萎縮，直接影響到了正手能力。又如2008年如日中天的劉國(guó)正，由于兩次髕骨骨折而不得不選擇退役。再如德國(guó)名將波爾曾經(jīng)做過(guò)膝關(guān)節(jié)半月板手術(shù)，近幾年由于膝關(guān)節(jié)傷病問(wèn)題時(shí)有退賽或爆冷輸球情況的發(fā)生。

膝關(guān)節(jié)損傷對(duì)于乒乓球運(yùn)動(dòng)員而言，顯然是普遍存在且又影響巨大的。乒乓球運(yùn)動(dòng)員如何有效地預(yù)防膝關(guān)節(jié)損傷，是迫切需要探索和解決的問(wèn)題，而研究預(yù)防手段的前提應(yīng)該是深入了解乒乓球運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的負(fù)荷特征。但目前的文獻(xiàn)表明，有關(guān)乒乓球運(yùn)動(dòng)員在擊球過(guò)程中膝關(guān)節(jié)受力的負(fù)荷特征尚不清楚。從乒乓球技術(shù)角度看，正手攻球技術(shù)、正手拉弧圈球技術(shù)、反手拉弧圈球技術(shù)是乒乓球比賽與訓(xùn)練中最為常用的進(jìn)攻技術(shù)。為了解乒乓球運(yùn)動(dòng)員在日常技術(shù)訓(xùn)練中膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)負(fù)荷特征，本研究通過(guò)三維運(yùn)動(dòng)學(xué)影像、逆動(dòng)力學(xué)計(jì)算等方法，分析不同性別乒乓球運(yùn)動(dòng)員在完成上述3種主要進(jìn)攻動(dòng)作過(guò)程中的下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特征，對(duì)預(yù)防乒乓球運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)損傷、延長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)壽命、提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)和提高乒乓球運(yùn)動(dòng)員停訓(xùn)后的生活質(zhì)量有非常重要的意義，也可為大眾乒乓球愛(ài)好者的膝關(guān)節(jié)防護(hù)提供一定的借鑒。另外，本研究還將引發(fā)后繼一系列乒乓球訓(xùn)練方法設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)、運(yùn)動(dòng)損傷防護(hù)器材研制等相關(guān)的科學(xué)研究。

1 研究方法

1.1 受試者

本次試驗(yàn)選取了國(guó)家乒乓球隊(duì)運(yùn)動(dòng)員中無(wú)膝關(guān)節(jié)損傷史的男、女運(yùn)動(dòng)員各10 名，運(yùn)動(dòng)等級(jí)均在運(yùn)動(dòng)健將或者以上。對(duì)運(yùn)動(dòng)員無(wú)膝關(guān)節(jié)損傷史的確定方法是:通過(guò)詢問(wèn)國(guó)家乒乓球隊(duì)的隊(duì)醫(yī)，確定無(wú)膝蓋受傷史的運(yùn)動(dòng)員范圍；再詢問(wèn)每個(gè)運(yùn)動(dòng)員的主觀感受是否有過(guò)受傷史；由國(guó)家乒乓球隊(duì)隊(duì)醫(yī)做檢查；最后確定無(wú)膝關(guān)節(jié)損傷史的男、女運(yùn)動(dòng)員各10 名作為測(cè)試對(duì)象(表1)。所有受試者在數(shù)據(jù)采集之前都簽署了參加研究知情表。

表1 受試者基本情況Table 1 About the subjects

1.2 數(shù)據(jù)采集

1.2.1 調(diào)試實(shí)驗(yàn)儀器

運(yùn)用具有6 個(gè)攝像頭的Motion 運(yùn)動(dòng)學(xué)采集系統(tǒng)(拍攝頻率200 Hz)與Kistler 測(cè)力臺(tái)(兩塊三維測(cè)力臺(tái)，采集頻率1 000 Hz)系統(tǒng)，外加1 臺(tái)佳能XF105攝像機(jī)，同步對(duì)所有受試者的主要乒乓球發(fā)力動(dòng)作技術(shù)進(jìn)行生物力學(xué)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)安置及測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖1，在北京體育大學(xué)實(shí)驗(yàn)大廳進(jìn)行。

圖1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)安置及測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)示意圖Figure 1 Experimental test system placement and test site

首先對(duì)測(cè)試場(chǎng)地進(jìn)行標(biāo)定。將三維坐標(biāo)框架置于運(yùn)動(dòng)員完成技術(shù)動(dòng)作的區(qū)域，調(diào)整Motion 紅外光點(diǎn)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)6 個(gè)攝像頭的高度、焦距和俯仰角，使得三維框架上的紅外光點(diǎn)的大小合適。Motion 紅外光點(diǎn)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的采集頻率設(shè)置為200 Hz。用1 臺(tái)攝像機(jī)輔助拍攝，以彌補(bǔ)Motion 只對(duì)紅外光點(diǎn)采集而無(wú)法看到人體真實(shí)動(dòng)作的缺點(diǎn)，將其放在運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)方向右側(cè)前方，調(diào)整主光軸的合適高度，約為0.8 m，拍攝頻率設(shè)置為50 幅/s。在拍攝之前對(duì)攝像機(jī)的焦距進(jìn)行調(diào)整，并使之達(dá)到最清晰的狀態(tài)，然后鎖定。調(diào)試2 塊三維測(cè)力臺(tái)的量程和精度，并進(jìn)行校正。三維測(cè)力系統(tǒng)的采集頻率設(shè)置為1 000 Hz。調(diào)整完實(shí)驗(yàn)儀器后就對(duì)其進(jìn)行連接，將Motion和三維測(cè)力系統(tǒng)進(jìn)行連接，并設(shè)置采集時(shí)間。運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的采集由Motion 紅外光點(diǎn)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)進(jìn)行同步觸發(fā)。

1.2.2 測(cè)試過(guò)程

1.2.2.1 貼標(biāo)志點(diǎn) 先對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行調(diào)試及同步，測(cè)試運(yùn)動(dòng)員穿緊身衣，做充分的準(zhǔn)備活動(dòng)后，在其身體關(guān)節(jié)部位及球拍上貼置反射標(biāo)志點(diǎn)，共21個(gè)。標(biāo)志點(diǎn)位置參考YU[9]、張美珍[10]、肖曉飛[11]等的研究成果(表2)。

表2 標(biāo)志點(diǎn)名稱及固定位置Table 2 Name and position of the markers

1.2.2.2 原地主要進(jìn)攻技術(shù)測(cè)試 受試者進(jìn)行足夠的準(zhǔn)備活動(dòng)之后，站在測(cè)力臺(tái)上。兩只腳分別站在每塊測(cè)力臺(tái)的中央，要求保證兩腳始終分別在面積為0.24 m2的測(cè)力臺(tái)區(qū)域里運(yùn)動(dòng)的前提下，自然地以最大力量完成技術(shù)動(dòng)作。由國(guó)家隊(duì)教練給運(yùn)動(dòng)員發(fā)定點(diǎn)上旋多球，運(yùn)動(dòng)員依次完成正手攻球、正手拉弧圈球、反手拉弧圈球3 個(gè)進(jìn)攻技術(shù)的測(cè)試。由實(shí)驗(yàn)員判斷當(dāng)技術(shù)動(dòng)作比較穩(wěn)定時(shí)開始采集，各個(gè)測(cè)試系統(tǒng)同時(shí)采集5 s 后停止，然后保存文件并準(zhǔn)備下一組動(dòng)作的測(cè)試。每名受試者每個(gè)動(dòng)作采集3 次有效數(shù)據(jù)用于研究:(1)正手快攻技術(shù)測(cè)試。教練員發(fā)多球至正手位底線，受試者進(jìn)行正手位發(fā)力斜線近臺(tái)快攻練習(xí)；(2)正手弧圈球技術(shù)測(cè)試。教練員發(fā)多球至正手位底線，受試者進(jìn)行正手位發(fā)力斜線弧圈球練習(xí)；(3)反手弧圈球技術(shù)測(cè)試。教練員發(fā)多球至反手位底線，受試者進(jìn)行正手位發(fā)力斜線弧圈球練習(xí)。

受試的男女運(yùn)動(dòng)員中，各有1 人左手為有利手、左手執(zhí)拍，其他運(yùn)動(dòng)員均為右手執(zhí)拍。為了統(tǒng)一進(jìn)行研究，對(duì)左手執(zhí)拍運(yùn)動(dòng)員的數(shù)據(jù)做了鏡面處理，處理后的左側(cè)關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)等同于右側(cè)關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)，對(duì)整體的測(cè)試結(jié)果無(wú)影響。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)的處理

運(yùn)動(dòng)員關(guān)節(jié)點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)由三維紅外光點(diǎn)Motion 系統(tǒng)中的軟件對(duì)采集得到的標(biāo)識(shí)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，運(yùn)用系統(tǒng)自帶的線性插值補(bǔ)點(diǎn)法對(duì)采集中出現(xiàn)遮擋并丟失的標(biāo)識(shí)點(diǎn)進(jìn)行填補(bǔ)，確保整個(gè)采集過(guò)程中各個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)一直存在。以受試者完成技術(shù)動(dòng)作的準(zhǔn)備、引拍、揮拍擊球、隨揮、還原階段為一個(gè)完整的動(dòng)作單元。采用低通濾波的方法對(duì)原始三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，截?cái)囝l率為8 Hz，進(jìn)而計(jì)算每次進(jìn)攻技術(shù)動(dòng)作中下肢關(guān)節(jié)中心的三維坐標(biāo)、小腿與地面的三維角度、膝關(guān)節(jié)三維角度等運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)指標(biāo)。

1.3.2 動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)處理

主要運(yùn)用KISTLER 三維測(cè)力臺(tái)自帶的數(shù)據(jù)分析軟件，配合使用Microsoft Excel 2016 軟件，對(duì)所獲取的動(dòng)力學(xué)三維原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

導(dǎo)出測(cè)力臺(tái)三維地面支撐反作用力(GRF)數(shù)據(jù)及壓力中心，通過(guò)Excel 計(jì)算以下指標(biāo):豎直方向第一峰值力、豎直方向第一峰值出現(xiàn)時(shí)間、豎直方向最大加載率、豎直方向緩沖被動(dòng)沖量、豎直方向第一峰值力沖量、豎直方向著地過(guò)程全部沖量。垂直方向上的地面支撐反作用力，正值代表向上的力，負(fù)值代表向下的力；左右方向上的地面支撐反作用，正值代表向左的力，負(fù)值代表向右的力；前后方向上的地面支撐反作用，正值代表向前的力，負(fù)值代表向后的力。

為了消除測(cè)試對(duì)象由于體重不同對(duì)結(jié)果的影響，更有利于比較，對(duì)膝關(guān)節(jié)所受三維力做了標(biāo)準(zhǔn)化處理，將膝關(guān)節(jié)所受三維力除以體重標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化膝關(guān)節(jié)受力單位為BW。

1.3.3 逆向動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的處理

運(yùn)用MS3D 7.0 版(MotionSoft，Inc.Chapel Hill，NC 2006)，通過(guò)逆動(dòng)力學(xué)方法計(jì)算獲得膝關(guān)節(jié)三維力矩。根據(jù)各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的三維空間坐標(biāo)計(jì)算出各運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)質(zhì)心的三維空間坐標(biāo)，繼而計(jì)算各環(huán)節(jié)質(zhì)心的加速度，其中所運(yùn)用的人體慣性參數(shù)采用了Helen-Heys 模型參數(shù)。應(yīng)用Cortex2.1 軟件，運(yùn)用逆動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析所得數(shù)據(jù)(三維地面反作用力和壓力中心)、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析所得數(shù)據(jù)(環(huán)節(jié)質(zhì)心加速度和環(huán)節(jié)角加速度)以及人體環(huán)節(jié)慣性參數(shù)(各環(huán)節(jié)長(zhǎng)度、環(huán)節(jié)質(zhì)心相對(duì)位置、環(huán)節(jié)質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)，求得膝關(guān)節(jié)的三維合力矢量。

1.3.4 膝關(guān)節(jié)角度的處理

在處理膝關(guān)節(jié)角度時(shí)，運(yùn)用的是相對(duì)于動(dòng)態(tài)的大腿坐標(biāo)系和小腿坐標(biāo)系的人體解剖位角度。由股骨內(nèi)側(cè)髁、外側(cè)髁以及髖關(guān)節(jié)中心構(gòu)建大腿坐標(biāo)系。由外踝點(diǎn)、內(nèi)踝點(diǎn)以及膝關(guān)節(jié)中心(股骨內(nèi)外側(cè)髁中點(diǎn))構(gòu)建小腿坐標(biāo)系。

膝關(guān)節(jié)角度為大腿坐標(biāo)系和小腿坐標(biāo)系之間的歐拉角。膝關(guān)節(jié)屈伸角(屈角為正值、伸角為負(fù)值)為圍繞冠狀軸轉(zhuǎn)動(dòng)所獲得的角度；膝關(guān)節(jié)內(nèi)收外展角(內(nèi)收角為正值、外展角為負(fù)值)為圍繞矢狀軸轉(zhuǎn)動(dòng)所獲得的角度；膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋外旋角(內(nèi)旋角為正值、外旋角為負(fù)值)為圍繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)所獲得的角度，如圖2。

圖2 膝關(guān)節(jié)角度示意圖Figure 2 Diagram of knee angle

1.4 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用方差分析方法，分析下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)和膝關(guān)節(jié)受力在不同性別、不同進(jìn)攻技術(shù)之間的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 3 種進(jìn)攻技術(shù)膝關(guān)節(jié)三維角度特征分析

2.1.1 膝關(guān)節(jié)三維角度極值分析

由表3 可知，3 種主要進(jìn)攻技術(shù)中，男、女運(yùn)動(dòng)員在完成正手攻球技術(shù)動(dòng)作時(shí)都表現(xiàn)出更小的膝關(guān)節(jié)屈角(P<0.05)，在完成正手拉弧圈技術(shù)動(dòng)作時(shí)都表現(xiàn)出更大的膝關(guān)節(jié)外旋角(P<0.05)，在完成反手拉弧圈技術(shù)動(dòng)作時(shí)都表現(xiàn)出更小的膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋角(P<0.05)。與女運(yùn)動(dòng)員相比，男運(yùn)動(dòng)員在完成3種技術(shù)動(dòng)作時(shí)表現(xiàn)出更大的膝關(guān)節(jié)外展角(P<0.05)、更大的膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋角(P<0.05)，在完成正手拉弧圈技術(shù)動(dòng)作時(shí)表現(xiàn)出更小的膝關(guān)節(jié)外旋角(P<0.05)。另外，男運(yùn)動(dòng)員在完成反手拉弧圈技術(shù)動(dòng)作時(shí)表現(xiàn)出更大的膝關(guān)節(jié)外展角。

表3 膝關(guān)節(jié)角度極值(單位:°)Table 3 Extremum of the subject’s knee angle(Unit:°)

2.1.2 地面垂直反作用力最大時(shí)膝關(guān)節(jié)角度分析

由表4 可知，當(dāng)?shù)孛娲怪狈醋饔昧ψ畲髸r(shí)，男、女運(yùn)動(dòng)員在完成3 種主要進(jìn)攻技術(shù)時(shí)，正手攻球動(dòng)作表現(xiàn)出更小的膝關(guān)節(jié)屈角(P<0.05)。與女運(yùn)動(dòng)員相比，男運(yùn)動(dòng)員在完成反手拉弧圈技術(shù)動(dòng)作時(shí)表現(xiàn)出更大的膝關(guān)節(jié)屈角(P<0.05)，在完成正手攻球技術(shù)動(dòng)作時(shí)表現(xiàn)出更大的膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋角(P<0.05)。

表4 地面垂直反作用力最大時(shí)膝關(guān)節(jié)角度(單位:°)Table 4 Knee angle when the ground reaction force was maximum(Unit:°)

2.2 3 種進(jìn)攻技術(shù)膝關(guān)節(jié)受力分析

由表5 可知，乒乓球運(yùn)動(dòng)員在完成3 種主要進(jìn)攻技術(shù)動(dòng)作時(shí)膝關(guān)節(jié)受到垂直方向的力最大，大約是自身體重的1 倍；膝關(guān)節(jié)受到前后方向的力次之，約是自身體重的0.4 倍；膝關(guān)節(jié)受到左右方向的力最小，約為運(yùn)動(dòng)員自身體重的0.1 倍。其中男運(yùn)動(dòng)員在完成反手拉弧圈球技術(shù)動(dòng)作時(shí)比完成正手攻球和正手拉弧圈球動(dòng)作表現(xiàn)出更小的向前方向的力(P<0.05)、更小的向上方向力最小值(P<0.05)；女運(yùn)動(dòng)員在完成反手拉弧圈球技術(shù)動(dòng)作時(shí)比完成正手拉弧圈球動(dòng)作表現(xiàn)出更小的向前方向力(P<0.05)、比完成正手攻球動(dòng)作表現(xiàn)出更大的向上方向力最小值(P<0.05)。與女運(yùn)動(dòng)員相比，男運(yùn)動(dòng)員在完成3 種主要進(jìn)攻技術(shù)動(dòng)作過(guò)程中表現(xiàn)出更小的向后方向力(P<0.05)、更大的向前方向力(P<0.05)。

表5 3 種進(jìn)攻技術(shù)乒乓球運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)受力極值(單位:BW)Table 5 Extreme force of subject’s knee joint(Unit:BW)

2.3 3 種進(jìn)攻技術(shù)膝關(guān)節(jié)力矩分析

由表6 可知，男運(yùn)動(dòng)員在完成正手拉弧圈球和正手攻球技術(shù)動(dòng)作時(shí)，相比女運(yùn)動(dòng)員表現(xiàn)出更大的屈膝力矩(P<0.05)；在完成正手拉弧圈球技術(shù)動(dòng)作時(shí)，相比女運(yùn)動(dòng)員表現(xiàn)出更小的伸膝力矩。在內(nèi)收與外展力矩、內(nèi)旋與外旋力矩方面，不存在性別差異。另外，不論男、女運(yùn)動(dòng)員，在完成3 種技術(shù)動(dòng)作時(shí)膝關(guān)節(jié)力矩幾乎都不存在顯著差異。

表6 乒乓球運(yùn)動(dòng)員完成3 種進(jìn)攻技術(shù)膝關(guān)節(jié)力矩極值(單位:BH?BW)Table 6 Extreme moment of subject’s knee joint(Unit:BH?BW)

3 討論

3.1 3 種進(jìn)攻技術(shù)的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

本研究結(jié)果中，男、女運(yùn)動(dòng)員在完成正手攻球技術(shù)動(dòng)作時(shí)，膝關(guān)節(jié)的屈角均顯著小于正手拉弧圈球技術(shù)和反手拉弧圈球技術(shù)。這與3 個(gè)技術(shù)的動(dòng)作要領(lǐng)有關(guān)，攻球時(shí)運(yùn)動(dòng)員主要向后引拍，身體重心基本維持在一定高度。而拉弧圈球時(shí)要求運(yùn)動(dòng)員在引拍過(guò)程中身體重心稍降低，向后下方引拍。因此，運(yùn)動(dòng)員在拉弧圈球過(guò)程中膝關(guān)節(jié)屈角比攻球過(guò)程中更大。同時(shí)，在完成反手拉弧圈技術(shù)動(dòng)作時(shí)男、女運(yùn)動(dòng)員都表現(xiàn)出更小的膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋角，說(shuō)明反手拉弧圈動(dòng)作引拍過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員身體重心轉(zhuǎn)移的程度相對(duì)較小，更多的是向下引拍，這一結(jié)果與當(dāng)前的反手弧圈技術(shù)要領(lǐng)是一致的[12]。另外，男運(yùn)動(dòng)員在完成3 種技術(shù)動(dòng)作時(shí)比女運(yùn)動(dòng)員表現(xiàn)出更大的膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋角，這是因?yàn)槟羞\(yùn)動(dòng)員在引拍過(guò)程中支撐腳的腳尖相對(duì)沖前，而女運(yùn)動(dòng)員支撐腳的腳尖更加偏向身體外側(cè)。高速錄像回放也清晰地證實(shí)了這一點(diǎn)，男子運(yùn)動(dòng)員在重心轉(zhuǎn)換過(guò)程中腳后跟的移動(dòng)幅度較小，更多依靠膝關(guān)節(jié)的扭轉(zhuǎn)完成；女運(yùn)動(dòng)員在重心轉(zhuǎn)換過(guò)程中腳后跟的移動(dòng)幅度相對(duì)更大，膝關(guān)節(jié)的扭轉(zhuǎn)程度相對(duì)小一些。

在完成乒乓球技術(shù)動(dòng)作的過(guò)程中，為更好地完成蹬轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)員雙腳基本不移動(dòng)。在軀干扭轉(zhuǎn)時(shí)，膝關(guān)節(jié)便形成了一定的外展角度。揮拍過(guò)程中，男運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)外展角顯著大于女運(yùn)動(dòng)員，這是男運(yùn)動(dòng)員重心轉(zhuǎn)換的幅度大于女運(yùn)動(dòng)員造成的。這一結(jié)果與肖丹丹等的研究是一致的[13]，且這個(gè)現(xiàn)象在女運(yùn)動(dòng)員中表現(xiàn)得更加突出。

在擊球過(guò)程中，男、女運(yùn)動(dòng)員在完成正手攻球和正手拉弧圈球動(dòng)作時(shí)擊球點(diǎn)并無(wú)差異，而在完成反手拉弧圈球技術(shù)動(dòng)作時(shí)擊球點(diǎn)存在一定差異[14-15]。本研究結(jié)果也顯示完成反手拉弧圈球技術(shù)動(dòng)作過(guò)程中，當(dāng)?shù)孛娲怪狈醋饔昧ψ畲髸r(shí)，男運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)的屈角顯著大于女運(yùn)動(dòng)員，說(shuō)明男運(yùn)動(dòng)員在使用反手拉弧圈時(shí)擊球發(fā)力點(diǎn)更低。

3.2 3 種進(jìn)攻技術(shù)的膝關(guān)節(jié)負(fù)荷的共性探討

從技術(shù)的要領(lǐng)看，乒乓球運(yùn)動(dòng)員在完成正手攻球和正手拉弧圈球技術(shù)動(dòng)作過(guò)程中，首先根據(jù)來(lái)球位置向右后方引拍，身體重心逐漸從兩腿之間向右后方移動(dòng)，直至移到支撐發(fā)力腿(右腿)上，然后支撐發(fā)力腿開始蹬地發(fā)力，隨后完成揮拍擊球。同樣在完成反手拉弧圈球技術(shù)動(dòng)作的過(guò)程中，乒乓球運(yùn)動(dòng)員支撐發(fā)力腿是左腿，身體重心要向左腿移動(dòng)，然后由左腿蹬地發(fā)力，隨后完成揮拍擊球。依上述過(guò)程，運(yùn)動(dòng)員在完成進(jìn)攻技術(shù)動(dòng)作時(shí)，膝關(guān)節(jié)支撐發(fā)力腿所受的垂直方向的力隨著身體重心向支撐發(fā)力腿的轉(zhuǎn)移而增大。本研究結(jié)果顯示，乒乓球運(yùn)動(dòng)員在完成3 種主要進(jìn)攻技術(shù)過(guò)程中，膝關(guān)節(jié)的負(fù)荷主要來(lái)自于垂直方向的三維力與伸膝力矩，同時(shí)伴隨著前后方向的力、左右方向的力，以及一定的內(nèi)收或外展力矩、內(nèi)旋或外旋力矩。膝關(guān)節(jié)垂直受力是脛骨和股骨之間壓力的問(wèn)題，而膝關(guān)節(jié)左右和前后方向的力是膝關(guān)節(jié)在半屈狀態(tài)下做出的側(cè)向滑移和擰轉(zhuǎn)動(dòng)作。垂直方向的壓力在正常情況下都不足以導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)損傷，但是在有垂直壓力的同時(shí)又伴隨有擰轉(zhuǎn)和切向的滑移動(dòng)作時(shí)，這一動(dòng)作過(guò)程對(duì)膝關(guān)節(jié)有很嚴(yán)重的影響[16-17]，易誘發(fā)膝關(guān)節(jié)的損傷。雖然本研究結(jié)果顯示乒乓球運(yùn)動(dòng)員的膝關(guān)節(jié)在左右方向的受力相對(duì)較小，但乒乓球運(yùn)動(dòng)員在擊球過(guò)程中膝關(guān)節(jié)始終保持在半屈位置，且膝關(guān)節(jié)的內(nèi)旋或外旋、內(nèi)收與外展力矩在大部分時(shí)間都存在。尤其是在支撐發(fā)力腿蹬轉(zhuǎn)瞬間，膝關(guān)節(jié)的內(nèi)收外展和內(nèi)旋外旋角度達(dá)到最大值，此時(shí)對(duì)膝關(guān)節(jié)的損傷是很嚴(yán)重的，極易造成半月板損傷。

另外，與女運(yùn)動(dòng)員相比，男運(yùn)動(dòng)員在完成3 種主要進(jìn)攻技術(shù)動(dòng)作過(guò)程中，表現(xiàn)出更小的向后方向力、更大的向前方向力。尤其是在完成正手拉弧圈球技術(shù)動(dòng)作時(shí)，更是顯著表現(xiàn)出更大的伸膝力矩與屈膝力矩。這一結(jié)果與當(dāng)前男、女運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)表現(xiàn)是相吻合的[18]。男運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練或者比賽中，更容易形成中遠(yuǎn)臺(tái)的相持[19]。為了保持擊球的質(zhì)量、維持一定的球速，他們?cè)趽羟蜻^(guò)程中向前發(fā)力更加明顯，身體后坐相對(duì)較少。而女運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)打法要求她們的站位更加貼近球臺(tái)[20-21]，在近臺(tái)對(duì)攻過(guò)程中，球速相對(duì)較快，拉弧圈球時(shí)引拍動(dòng)作往往顯得稍慢，以至于軀干稍向后傾。

3.3 3 種進(jìn)攻技術(shù)的膝關(guān)節(jié)負(fù)荷的差異探討

本研究結(jié)果顯示，男運(yùn)動(dòng)員在完成反手拉弧圈球技術(shù)動(dòng)作時(shí)，比完成正手攻球和正手拉弧圈球動(dòng)作表現(xiàn)出更小的向前方向的力，且差異顯著。女運(yùn)動(dòng)員在完成反手拉弧圈球技術(shù)動(dòng)作時(shí)，比完成正手拉弧圈球動(dòng)作表現(xiàn)出更小的向前方向力，且差異顯著。由于運(yùn)動(dòng)員身體活動(dòng)范圍的限制，以右手執(zhí)拍運(yùn)動(dòng)員為例，完成正手攻球和正手拉弧圈球技術(shù)動(dòng)作過(guò)程中，可以充分地向右后方引拍，揮拍擊球時(shí)也可以充分地向左前方發(fā)力。而在完成反手拉弧圈球技術(shù)動(dòng)作過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員向左后方向的引拍幅度是受到一定限制的，難以充分地向后引拍，因此在揮拍擊球時(shí)，向前方向的發(fā)力必然不如正手攻球和正手拉弧圈球技術(shù)。

男、女運(yùn)動(dòng)員在完成反手拉弧圈球技術(shù)動(dòng)作時(shí)，膝關(guān)節(jié)所受到的向上方向的力的最小值顯著小于完成正手攻球和正手拉弧圈球技術(shù)時(shí)所受到的力。同時(shí)，男運(yùn)動(dòng)員在完成反手拉弧圈球技術(shù)動(dòng)作時(shí)，膝關(guān)節(jié)所受到的向上方向的力的最大值也小于正手攻球和正手拉弧圈球技術(shù)。而女運(yùn)動(dòng)員在完成反手拉弧圈球技術(shù)動(dòng)作時(shí)，膝關(guān)節(jié)所受到的向上方向的力的最大值卻大于正手攻球和正手拉弧圈球技術(shù)，在均值上表現(xiàn)出了一定的差別。乒乓球運(yùn)動(dòng)員在完成技術(shù)動(dòng)作過(guò)程中，膝關(guān)節(jié)在受到垂直方向力的同時(shí)，所受到的左右方向的力是引發(fā)損傷的重要因素。因此，運(yùn)動(dòng)員完成不同技術(shù)動(dòng)作時(shí)，膝關(guān)節(jié)所受的左右方向的力的差異值得關(guān)注，即便它們并不存在顯著的差異。從均值看，男運(yùn)動(dòng)在完成正手攻球和正手拉弧圈球技術(shù)動(dòng)作時(shí)，膝關(guān)節(jié)所受到的左右方向的力相對(duì)大于完成反手拉弧圈球動(dòng)作時(shí)的力，而女運(yùn)動(dòng)員在均值上并未表現(xiàn)出差別。顯然，正手攻球和正手拉弧圈球技術(shù)對(duì)于男運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)，在理論上的損傷風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)更大，而女運(yùn)動(dòng)員3 種技術(shù)的損傷風(fēng)險(xiǎn)差別不大。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

1)完成3 種進(jìn)攻技術(shù)動(dòng)作時(shí)，男運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)的屈角比女運(yùn)動(dòng)員更大；3 種技術(shù)動(dòng)作中，正手攻球的屈角最小。2)完成3 種進(jìn)攻技術(shù)動(dòng)作時(shí)，膝關(guān)節(jié)所受負(fù)荷主要源于垂直方向的力與伸膝力矩，同時(shí)伴隨有一定前后方向與水平方向的力，以及內(nèi)收與外展力矩、內(nèi)旋與外旋力矩。3)與女運(yùn)動(dòng)員相比，完成3 種進(jìn)攻技術(shù)動(dòng)作時(shí)男運(yùn)動(dòng)員的膝關(guān)節(jié)負(fù)荷更大。4)男運(yùn)動(dòng)員在完成反手拉弧圈球技術(shù)動(dòng)作時(shí)，膝關(guān)節(jié)損傷風(fēng)險(xiǎn)較另兩種技術(shù)更小，而女運(yùn)動(dòng)員在完成3 種技術(shù)動(dòng)作時(shí)的膝關(guān)節(jié)損傷風(fēng)險(xiǎn)相近。

4.2 建議

1)進(jìn)一步對(duì)不同訓(xùn)練水平、不同年齡段的乒乓球運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行相關(guān)研究，以全面了解乒乓球運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)的負(fù)荷特征。2)在對(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行等速肌力測(cè)試的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地合理增加運(yùn)動(dòng)員的下肢力量，以減少膝關(guān)節(jié)損傷發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。3)依據(jù)乒乓球運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)負(fù)荷特征，進(jìn)一步設(shè)計(jì)與研究有助于膝關(guān)節(jié)防護(hù)的訓(xùn)練手段。4)在乒乓球鞋的設(shè)計(jì)上，要多考慮垂直方向減震緩沖的功能。