楊鈺瑤，蘇比努爾·卡哈，竇榮乾，殷文彬，孟 軍,2，曾亞琦,2，王建文,2，郭亞亞，楊開(kāi)鋒，姚新奎,2

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆馬繁育與運(yùn)動(dòng)生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)馬產(chǎn)業(yè)研究院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】研究障礙馬靜態(tài)肢體角度和越障過(guò)程中步態(tài)特征，探尋障礙馬靜態(tài)肢體角度和不同階段步態(tài)特征的相關(guān)性，對(duì)障礙馬匹體型結(jié)構(gòu)選育有實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】馬匹的肢體角度指標(biāo)是早期選育馬匹的一個(gè)重要特征[1]，其與步態(tài)特征緊密相連可作為選育者挑選不同運(yùn)動(dòng)類(lèi)型馬匹的重要指標(biāo)[2]。在自然狀態(tài)站立時(shí)通過(guò)觀察各個(gè)肢體角度對(duì)馬匹進(jìn)行整體評(píng)估，根據(jù)不同類(lèi)型賽事選擇相適宜肢體角度[3]。Holmstr?m[4]研究發(fā)現(xiàn)，盛裝舞步賽馬和場(chǎng)地障礙賽馬與其它馬匹相比，股骨傾角、髖骨傾角、飛節(jié)、膝關(guān)節(jié)和肩傾角可以作為優(yōu)秀馬匹關(guān)節(jié)角度選擇的一個(gè)重要指標(biāo)數(shù)據(jù)。Fran?ois等[5]經(jīng)驗(yàn)證，也得出同樣結(jié)果。體型結(jié)構(gòu)指標(biāo)評(píng)判可以用于完善傳統(tǒng)選育方法[6]。王川坤等[7]在不同水平障礙馬越障時(shí)步態(tài)特征及關(guān)節(jié)角度初步探究中發(fā)現(xiàn)，頭俯仰角，后球關(guān)節(jié)、前球關(guān)節(jié)、頸礎(chǔ)角、膝關(guān)節(jié)、髖骨傾角等在不同越障階段具有重要影響，并且起跳時(shí)的髖骨傾角，頭俯仰角；著陸時(shí)的飛節(jié)角、后球關(guān)節(jié)等可以用于評(píng)估障礙馬的越障性能。在挑選運(yùn)動(dòng)性能較好的障礙馬時(shí)，馬匹的步態(tài)特征指標(biāo)可以作為選育的參考標(biāo)準(zhǔn)[8-10]。馬匹快步時(shí)，髖關(guān)節(jié)大小會(huì)影響運(yùn)動(dòng)時(shí)的后肢步幅大小[11]?？茖W(xué)地判斷肢體角度和步態(tài)特征與運(yùn)動(dòng)性能之間關(guān)系，對(duì)專(zhuān)門(mén)化運(yùn)動(dòng)馬匹選育工作至關(guān)重要[12]?！颈狙芯康那腥朦c(diǎn)】目前我國(guó)對(duì)于障礙馬肢體角度和步態(tài)特征之間的關(guān)系研究較少。需研究馬匹肢體角度和4個(gè)時(shí)期步態(tài)特征之間關(guān)聯(lián)性及內(nèi)在變化規(guī)律，初步篩選出影響越障性能的關(guān)鍵肢體角度。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】運(yùn)用運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)，研究馬匹靜態(tài)肢體角度和步態(tài)特征的相關(guān)性，分析影響馬匹越障時(shí)步態(tài)特征相關(guān)重要的體型結(jié)構(gòu)指標(biāo)，為我國(guó)障礙馬選育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 馬匹

試驗(yàn)所采用馬匹均為新疆五家渠市恒尚伯駿馬術(shù)俱樂(lè)部的障礙馬(溫血馬)20匹，且馬匹體高體尺都基本一致，健康狀況良好，年齡為7～12歲。此馬匹都能越過(guò)80 cm障礙高度。試驗(yàn)中馬匹均采用騎乘跳躍方式越障，騎手身高體重基本一致，具有豐富場(chǎng)地障礙騎乘經(jīng)驗(yàn)。

該試驗(yàn)場(chǎng)地選擇是在室內(nèi)的障礙賽訓(xùn)練場(chǎng)，尺寸為(40 m × 60 m)。其試驗(yàn)地面表層鋪有15 cm厚度復(fù)合性纖維沙。

1.1.2 設(shè)備

卷尺，JVC-PX100高速攝像機(jī)(日本勝利公司)、三腳架。

1.2 方 法

1.2.1 靜態(tài)信息采集

讓馬匹自然狀態(tài)下保持直立姿勢(shì)，使用高速攝像機(jī)(幀速率為100 f/s，快門(mén)速度為1/1 000s)，拍攝馬匹靜態(tài)站立圖像信息，并將圖像導(dǎo)入Kinovea軟件，利用軟件中測(cè)定馬匹的頭俯仰角，頸礎(chǔ)角、前球關(guān)節(jié)、髖骨傾角、股骨傾角、膝關(guān)節(jié)、后飛節(jié)、后球關(guān)節(jié)等靜態(tài)肢體角度。

1.2.2 動(dòng)態(tài)信息采集

在馬匹越障過(guò)程中，使用高速攝像機(jī)，設(shè)置在行進(jìn)路線左側(cè)，機(jī)身與鏡頭固定在離地面1.20 m高度，其位置與越障的障礙桿在同一條水平線上，位于馬匹前進(jìn)路線垂直距離(20±0.5)m，攝像機(jī)視野范圍15～18 m，錄制馬匹越障前后2～3個(gè)步態(tài)周期。

將錄制障礙馬靜態(tài)肢體角度和越障時(shí)步態(tài)特征視頻數(shù)據(jù)導(dǎo)入Kinovea軟件，試驗(yàn)使用騎師小腿脛骨長(zhǎng)度作為線性參數(shù)測(cè)量的標(biāo)尺。并對(duì)導(dǎo)入的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理，逐幀分析起跳階段的后位后蹄支撐相，前位后蹄支撐相、后肢雙支撐相、后肢間隔期、后肢步幅、起跳位置、起跳角度步態(tài)特征，懸空階段的后位后蹄擺動(dòng)相，前位后蹄擺動(dòng)相、懸空期、跳躍距離指標(biāo)數(shù)據(jù)，著陸階段的后位前蹄支撐相，前位前蹄支撐相、前肢雙支撐相、前肢間隔期、前肢步幅、著陸位置、著陸角度步態(tài)特征，緩沖階段的后位前蹄擺動(dòng)相、前位前蹄擺動(dòng)相、騰空期、騰空期步幅、步頻指標(biāo)數(shù)據(jù)。并整理馬匹肢體角度和步態(tài)特征各個(gè)參數(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

將Kinovea軟件中提取的數(shù)據(jù)使用Excel 2016進(jìn)行整理，運(yùn)用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)障礙馬靜態(tài)肢體角度和越障時(shí)四個(gè)階段步態(tài)特征進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬匹靜態(tài)肢體角度描述性統(tǒng)計(jì)量

馬匹靜態(tài)肢體角度頭俯仰角，頸礎(chǔ)角、前球關(guān)節(jié)等參數(shù)指標(biāo)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最小值、最大值、和變異系數(shù)統(tǒng)計(jì)量，從該表可以看出障礙賽馬前球關(guān)節(jié)，后球關(guān)節(jié)、后飛節(jié)變異系數(shù)相對(duì)較小，頸礎(chǔ)角變異系數(shù)較大，說(shuō)明在越障馬匹群體內(nèi)頸礎(chǔ)角離散型程度較高，以便于后期選育。表1

2.2 馬匹步態(tài)參數(shù)描述性統(tǒng)計(jì)量

馬匹四個(gè)階段步態(tài)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最小值、最大值、和變異系數(shù)統(tǒng)計(jì)量，從該表可以看出障礙賽馬在起跳階段前位后蹄支撐相變異系數(shù)相對(duì)較小，后肢步幅變異系數(shù)較大；在懸空階段前位后蹄擺動(dòng)相變異系數(shù)相對(duì)較小，跳躍距離變異系數(shù)較大；在著陸階段后位前蹄支撐相變異系數(shù)相對(duì)較小，前肢步幅變異系數(shù)較大；在緩沖階段步頻變異系數(shù)相對(duì)較小，騰空期步幅變異系數(shù)較大；說(shuō)明在越障馬匹群體內(nèi)在四個(gè)階段后肢步幅，跳躍距離、前肢步幅、騰空期步幅離散型程度較高，以便于后期選育。表2

表1 馬匹肢體角度參數(shù)描述性統(tǒng)計(jì)量

表2 馬匹步態(tài)參數(shù)描述性統(tǒng)計(jì)量

2.3 馬匹靜態(tài)肢體角度與起跳階段步態(tài)特征相關(guān)性

研究表明，對(duì)障礙馬靜態(tài)肢體角度和起跳階段步態(tài)特征進(jìn)行相關(guān)性分析，試驗(yàn)組馬匹髖骨傾角和后位后蹄支撐相相關(guān)系數(shù)為-0.494*、后肢間隔期相關(guān)系數(shù)為-0.547*、后肢步幅相關(guān)系數(shù)為-0.470*，即呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。頭俯仰角和后位后蹄支撐相相關(guān)系數(shù)為0.495*，即呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與起跳位置相關(guān)系數(shù)為-0.478*，即呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。表3

2.4 馬匹靜態(tài)肢體角度與懸空階段步態(tài)特征相關(guān)性

研究表明，試驗(yàn)組馬匹后球關(guān)節(jié)和前位后蹄擺動(dòng)相相關(guān)系數(shù)為0.564**，即呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。頭俯仰角和跳躍距離相關(guān)系數(shù)為-0.512*，即呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。表4

表3 馬匹肢體角度與起跳階段步態(tài)特征相關(guān)性

表4 馬匹肢體角度與懸空階段步態(tài)特征相關(guān)性

2.5 馬匹靜態(tài)肢體角度與著陸階段步態(tài)特征相關(guān)性

研究表明，試驗(yàn)組馬匹髖骨傾角和后位前蹄支撐相相關(guān)系數(shù)為-0.488*，即呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。后飛節(jié)和前肢雙支撐相相關(guān)系數(shù)為0.450*，即呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與前肢步幅相關(guān)系數(shù)為-0.466*，即呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，而又和前肢間隔期相關(guān)系數(shù)為-0.592**，即呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。后球關(guān)節(jié)和前肢雙支撐相相關(guān)系數(shù)為0.568**，即呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，而又和前肢間隔期相關(guān)系數(shù)為-0.721**，即呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。表5

表5 馬匹肢體角度與著陸階段步態(tài)特征相關(guān)性

2.6 馬匹靜態(tài)肢體角度與緩沖階段步態(tài)特征相關(guān)性

研究表明，試驗(yàn)組馬匹頸礎(chǔ)角和騰空期步幅相關(guān)系數(shù)為-0.532*，即呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。前球關(guān)節(jié)和步頻相關(guān)系數(shù)為0.524*，即呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。股骨傾角和后位前蹄擺動(dòng)相相關(guān)系數(shù)為0.480*，即呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。膝關(guān)節(jié)和騰空期步幅相關(guān)系數(shù)為0.513*，即呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。頭俯仰角和前位前蹄擺動(dòng)相相關(guān)系數(shù)為0.570**，即呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。表6

表6 馬匹肢體角度與緩沖階段步態(tài)特征相關(guān)性

3 討 論

3.1 肢體角度對(duì)起跳階段步態(tài)特征的影響

Góme等[13]研究表明，肢體角度變化是影響馬匹越障成功關(guān)鍵要素之一。起跳的高度和垂直速度以及后肢向前的推進(jìn)力是決定越障成功重要因素[14]。試驗(yàn)結(jié)果表明起跳位置和頭俯仰角呈顯著負(fù)相關(guān)，原因可能是由于當(dāng)越障高度一定時(shí)，根據(jù)數(shù)學(xué)三角模型，馬需要調(diào)節(jié)起跳位置從而使馬的頭俯仰角始終保持生理最舒適狀態(tài)(即自然站立狀態(tài)下的頭俯仰角)進(jìn)行跳躍。Weller等[15]發(fā)現(xiàn)髖骨傾角與運(yùn)動(dòng)性能相關(guān)。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)越障較優(yōu)秀障礙馬都有較大髖骨傾角，有利于提高步幅和速度。起跳時(shí)整個(gè)軀體靠后肢支撐，如果后肢步幅間距過(guò)大和間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)都會(huì)讓馬匹失去平衡導(dǎo)致越障失敗。髖骨傾角越大的馬匹在起跳時(shí)后位后蹄支撐相時(shí)間就會(huì)越短，有助于提高越障時(shí)的速度，減少越障時(shí)間，間接影響成功越障。

3.2 肢體角度對(duì)懸空階段步態(tài)特征的影響

馬匹在懸空階段各個(gè)肢體角度都是處于伸展?fàn)顟B(tài)，空中停留的時(shí)間和跳躍的距離主要是與重心運(yùn)動(dòng)軌跡和肢體角度的變化相關(guān)[16]。王川坤[17]對(duì)不同水平障礙馬匹越障時(shí)懸空階段步態(tài)特征研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)性能較好的馬匹跳躍距離越靠近障礙桿。試驗(yàn)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，跳躍距離和頭俯仰角呈顯著負(fù)相關(guān)，因此頭俯仰角的大小決定馬匹運(yùn)動(dòng)性能優(yōu)良。頭俯仰角較大的馬匹則跳躍距離越近。馬匹的后肢關(guān)節(jié)角度對(duì)肢體的運(yùn)動(dòng)有著重要影響，試驗(yàn)結(jié)果表明后球關(guān)節(jié)和前位后蹄擺動(dòng)相呈極顯著正相關(guān)。后球關(guān)節(jié)越大，則馬匹的步頻會(huì)增加，擺動(dòng)相和支撐相時(shí)間的值都會(huì)逐漸減小[18]。

3.3 肢體角度對(duì)著陸階段步態(tài)特征的影響

Crevier 等[19]研究結(jié)果表明，在著陸階段前肢接觸地面雙支撐，主要對(duì)整個(gè)軀體有一個(gè)緩沖的作用，而后肢著陸后主要是推著軀體向前行進(jìn)。試驗(yàn)結(jié)果表明髖骨傾角和后位前蹄支撐相呈顯著負(fù)相關(guān)，這可能是髖骨傾角越大的馬匹，在地面支撐的時(shí)間則越少，越有利提高速度，運(yùn)動(dòng)性能越優(yōu)良。肢體在越障過(guò)程中，由于著陸時(shí)角度不同，以及后肢體著陸時(shí)有差異性，導(dǎo)致不同的負(fù)重模式，故后球關(guān)節(jié)越大越易維持身體平衡[20]。著陸階段后飛節(jié)角和前球節(jié)角、后球關(guān)節(jié)角的活動(dòng)范圍是明顯大于肩關(guān)節(jié)角、肘關(guān)節(jié)角，而近端關(guān)節(jié)角并沒(méi)有遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)那樣靈敏，前肢雙支撐相和后球關(guān)節(jié)呈顯著正相關(guān)。

3.4 肢體角度對(duì)緩沖階段步態(tài)特征的影響

緩沖階段馬匹已經(jīng)完成第一次越障，此時(shí)馬匹會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)肢體角度和步態(tài)特征，選擇消耗最少的能量來(lái)蓄勢(shì)完成下一次越障。騰空期步幅是評(píng)價(jià)速度賽馬匹運(yùn)動(dòng)性能重要指標(biāo)[21]。試驗(yàn)中研究發(fā)現(xiàn)騰空期步幅和膝關(guān)節(jié)正相關(guān)?？赡苁且?yàn)橄リP(guān)節(jié)角較大的馬匹越容易用后肢向前推動(dòng)發(fā)力，步頻就會(huì)提高，馬匹行進(jìn)速度就會(huì)提升。Pinto等[22]研究表明，馬匹在奔跑時(shí)的后蹬力量、膝關(guān)節(jié)，髖關(guān)節(jié)的靈活性等，在一定基礎(chǔ)上都可以影響步幅的大小，與本試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

4 結(jié) 論

對(duì)80 cm高度馬匹靜態(tài)肢體角度和越障時(shí)4個(gè)階段步態(tài)特征進(jìn)行相關(guān)性分析表明，障礙馬頭俯仰角變異系數(shù)為14.59%，對(duì)起跳階段、懸空階段、緩沖階段有顯著影響。髖骨傾角變異系數(shù)為20.22%，對(duì)起跳階段和著陸階段有顯著影響。后球關(guān)節(jié)變異系數(shù)為3.83%對(duì)懸空階段和著陸階段有顯著影響。故頭俯仰角、髖骨傾角、后球關(guān)節(jié)角等靜態(tài)肢體角度可作為重要的障礙馬體型結(jié)構(gòu)指標(biāo)，用于評(píng)估馬匹的越障性能。

參考文獻(xiàn)(References)

[2]Sánchez M J,María D, Gómez, et al. Relationship between conformation traits and gait characteristics in Pura Raza Espa?ol horses [J].ArchivfurTierzucht, 2013, 56(13): 137-148.

[3]Bakhtiari J, Heshmat G. Estimation of genetic parameters of conformation traits in Iranian Thoroughbred horses [J].LivestockScience, 2009, 123(2-3):116-120.

[4]Holmstr?m, M.Howdowerecognizeeliteshowjumpers.inConferenceonequinesportsmedicineandscience.Theeliteshowjumper,Sicily,Italy[C]. Proceedings, CESMAS. 2000:45-56.

[5]Fran?ois L, J?derkvist Fegraeus K, Eriksson S, et al. Conformation traits and gaits in the Icelandic horse are associated with genetic variants in Myostatin (MSTN)[J].JournalofHeredity, 2016, 107(5):431-437.

[6]Padilha F G F, Andrade A M, Monteiro F A B, et al. Morphometric measurements and animal-performance indices in a study of racial forms of Brazilian Sport Horses undergoing training for eventing [J].RevistaBrasileiradeZootecnia, 2017, 46(1): 25-32.

[7]王川坤, 曾亞琦, 孟軍, 等. 不同水平障礙賽馬越障步態(tài)特征[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué), 2020, 57(2): 384-392.

WANG Chuankun, ZENG Yaqi, MENG Jun, et al. Preliminary Study on the Gait Characteristics of Obstacle Race Horses at Different Levels [J].XinjiangAgriculturalSciences, 2020, 57(2):384-392.

(2) ①、②位置之間，以及③、④位置之間電機(jī)體的檢測(cè)數(shù)據(jù)的變化受②、③位置之間電機(jī)體變化的影響，同時(shí)亦受車(chē)體震動(dòng)、車(chē)輪不圓等因素的影響。其變化幅度雖然不大，但是變化規(guī)律比較復(fù)雜，無(wú)法從中得到電機(jī)下沉的信息。

[8]Rustin M, Janssens S, Buys N, et al. Multi-trait animal model estimation of genetic parameters for linear type and gait traits in the Belgian warm blood horse [J].JournalofAnimalBreedingandGenetics, 2009, 126(5): 378-386.

[9]Schroderus E, Ojala M. Estimates of genetic parameters for conformation measures and scores in Finnhorse and Standardbred foals [J].JournalofAnimalBreedingandGenetics, 2010, 127(5): 395-403.

[10]Saastamoinen M T, Barrey E.Geneticsofconformation,locomotionandphysiologicaltraits.InThegeneticsofthehorse[M].CABI, Oxford, 2000:411-438.

[11]Weishaupt, Michael A. Adaptation Strategies of Horses with Lameness [J].VeterinaryClinicsofNorthAmerica:EquinePractice, 2008, 24(1):79-100.

[12]李林玲. 不同類(lèi)型馬體型結(jié)構(gòu)差異及其與速步賽步態(tài)特征相關(guān)性分析[D]. 烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué), 2016.

LI Linling,Analysisonbodystructuredifferenceofdifferenttypesofhorsesanditscorrelationwithgaitcharacteristicsofspeedwalking[D]. Urumqi: Xinjiang Agricultural University, 2016.

[13]Gómez M D, Azor P J, Alonso M E, et al. Morphological and genetic characterization of Spanish heavy horse breeds: Implications for their conservation [J].LivestockScience, 2012, 144(1-2): 57-66.

[14]Clayton H M, George L S, Sinclair J, et al. Characteristics of the Flight Arc in Horses Jumping Three Different Types of Fences in Olympic Competition [J].JournalofEquineVeterinaryScience, 2021, (104): 103698.

[15]Weller R, Pfau T, Verheyen K, et al. The effect of conformation on orthopaedic health and performance in a cohort of National Hunt racehorses: preliminary results [J].EquineVeterinaryJournal, 2006, 38(7): 622-627.

[16]Santamaría S, Bobbert M E, Back W, et al. Variation in free jumping technique within and among horses with little experience in show jumping [J].AmericanJournalofVeterinaryResearch, 2004, 65(7):938-944.

[17]Lim Y T, Kwon M S.A Study on Development of Non-Powered Horse Riding Device for Enhancement of Core Muscle[J].KoreanJournalofSportBiomechanics, 2015, 25(3): 353-361.

[18]Kano W T, Rahal S C, Agostinho F S, et al. Kinetic and temporospatial gait parameters in a heterogeneous group of dogs [J].BMCVeterinaryResearch, 2016, 12(1): 1-9.

[19]Crevier‐Denoix N, Camus M, Pourcelot P, et al. Effect of speed on stride parameters and limb loading: comparison between forelimb and hindlimb at training trot on a firm surface [J].EquineVeterinaryJournal, 2014, (46): 38.

[20]Pfau T, de Rivaz A G, Brighton S, et al. Kinetics of jump landing in agility dogs [J].TheVeterinaryJournal, 2011, 190(2): 278-283.

[21]Zeng Y, Meng J, Wang J, et al. Correlation Analysis Between Stride Characteristics and Racing Ability of 2-year-old Yili Horses in Track Conditions[J].JournalofEquineVeterinaryScience, 2019, (75): 19-24.

[22]Pinto L F B, Almeida F Q, Quirino C R, et al. Evaluation of the Sexual Dimorphism in Mangalarga Marchador Horses Using Discriminant Analysis[J].LivestockScience, 2008, 119(3): 161-166.