我國優(yōu)秀女子短跑運(yùn)動(dòng)員蔣蘭步態(tài)特征分析

陸阿明,王國棟,蔣婷婷

1 研究目的

近年來，隨著世界競技體育水平的不斷提高，短跑技術(shù)也得到了不斷發(fā)展與完善，世界紀(jì)錄被屢屢刷新。長期以來，短跑始終是我國田徑的弱勢項(xiàng)目之一，特別是女子短跑差距尤為顯著[1,2]。在世界女子短跑水平不斷提升的大環(huán)境中，中國女子短跑水平整體落后的局面仍未改變，這一問題值得我們反思與深入思考。創(chuàng)新女子短跑訓(xùn)練模式、提高女子短跑成績已成為中國田徑運(yùn)動(dòng)發(fā)展中所面臨的亟待解決的問題。

現(xiàn)階段，蔣蘭、陶宇佳基本能代表國內(nèi)女子100 m的水平，在2013年9月結(jié)束的第12屆全國運(yùn)動(dòng)會(huì)田徑女子200 m決賽中，蔣蘭以23.31 s的成績奪得冠軍。與世界先進(jìn)水平仍有著較大的差距，究其原因是多方面的，但訓(xùn)練方面的原因無疑是造成此現(xiàn)象的重要因素之一。

本研究擬通過對優(yōu)秀短跑運(yùn)動(dòng)員蔣蘭短跑的生物力學(xué)研究，分析步態(tài)特征，對相關(guān)訓(xùn)練方法進(jìn)行總結(jié)歸納。為提高我國短跑的運(yùn)動(dòng)水平、為教練員和運(yùn)動(dòng)員提高女子短跑訓(xùn)練效果提供一定的參考。

2 研究方法

2.1 實(shí)驗(yàn)對象

蔣蘭，女，身高 1.70 m，體重 56 kg，國家級健將運(yùn)動(dòng)員，多次獲得全國大型運(yùn)動(dòng)會(huì)女子短跑項(xiàng)目冠軍。

2.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)測試

根據(jù)實(shí)際比賽過程中隨隊(duì)人員跟蹤拍攝的視頻資料，運(yùn)用視頻播放器對比賽全程錄像進(jìn)行逐幀翻看步數(shù)，并結(jié)合比賽成績（用時(shí)）計(jì)算得出步頻等參數(shù)。最后一步至終點(diǎn)的距離參照分道線的寬度計(jì)算。更多的運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)獲取采用平面攝影解析法，用高速攝像機(jī)（加拿大 Megaspeed）對短跑途中跑的技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行平面定點(diǎn)定焦拍攝，完整記錄各階段測試過程中途中跑的矢狀面運(yùn)動(dòng)影像，現(xiàn)場布置說明如下。

在拍攝時(shí)，為增加拍攝場景，采用兩臺(tái)攝像機(jī)，攝像機(jī)放置在跑道的側(cè)面，距跑道中心（運(yùn)動(dòng)員前進(jìn)方向）的垂直距離為10.6 m，攝像機(jī)拍攝頻率100 Hz，相機(jī)主光軸與運(yùn)動(dòng)平面（矢狀面）垂直，相機(jī)離地高度1.1 m。拍攝途中跑過程動(dòng)作。采用二維標(biāo)定框架進(jìn)行平面標(biāo)定（1 m×1 m），為使定標(biāo)更為精確，在框架拐點(diǎn)貼上專用定標(biāo)點(diǎn)。并將框架垂直放置于跑道中運(yùn)動(dòng)員被拍攝面處進(jìn)行標(biāo)定。兩臺(tái)攝像機(jī)在運(yùn)動(dòng)員進(jìn)入場地拍攝范圍前開始拍攝，開始信號由手控觸發(fā)器控制，確保拍攝過程中相機(jī)及鏡頭固定不動(dòng)。

在訓(xùn)練或測試中，進(jìn)行相關(guān)拍攝。對規(guī)定動(dòng)作進(jìn)行后期分析，解析軟件采用德國SIMI-motion運(yùn)動(dòng)錄像解析系統(tǒng)。運(yùn)用鄭秀媛中國成年女子慣性參數(shù)模型，構(gòu)建人體棍圖模型。對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字低通濾波平滑處理，采用Butterworth濾波器，截止頻率8 Hz[3]。運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)包括人體重心或環(huán)節(jié)位移、速度、關(guān)節(jié)角度等。

2.3 統(tǒng)計(jì)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2000和SPSS 11.5統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。其中，重復(fù)測量數(shù)據(jù)均用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示；對前后測量數(shù)據(jù)比較采用T檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異具有顯著性。

3 結(jié)果與分析討論

3.1 蔣蘭100 m步長步頻參數(shù)特征

從蔣蘭在2012年到2013年大賽中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以看出，隨著成績的提高，100 m平均步頻與步長總體呈上升趨勢，從2012年到2013年，100 m步頻從4.64 step/s到4.69 step/s，而步長從 1.82 m增加到1.85 m，總體表現(xiàn)為步長和步頻的同步增長（見表1）。

表1 2012-2013年蔣蘭100 m步長步頻變化特征Table Ⅰ Characteristics of the Step Length and Step Frequency of Jiang Lan’s 100m in 2012-2013

3.2 蔣蘭200 m步幅步頻參數(shù)特征

從蔣蘭在2012年到2013年大賽中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以看出，伴隨著成績的提高，平均步頻與步長均在提高，從2012年到2013年，200 m步頻從4.42 step/s增加到4.48 step/s；步長從1.89 m增加到1.91 m。步長和步頻的同步增長（見表 2）。

表2 2012-2013年蔣蘭200 m步長步頻變化特征Table Ⅱ Characteristics of the Step Length and Step Frequency of Jiang Lan’s 200m in 2012-2013

從中外優(yōu)秀女子短跑運(yùn)動(dòng)員100 m最好成績下步長步頻特征對比可以看出，國外優(yōu)秀選手的步長在2.10 m左右，蔣蘭在100 m跑的步頻高于總體水平，接近我國短跑名將李雪梅的4.74 step/s，兩人身高相同，屬于典型的“步頻型”選手。相比于喬伊娜，雖然后者身高只有1.69 m，但步長達(dá)到2.10 m，可以說是較典型的“步長型”技術(shù)風(fēng)格，進(jìn)一步比較可以發(fā)現(xiàn)，蔣蘭的步長不但小于國外優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員，在國內(nèi)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員中也較低。同期選手陶宇佳和韋永麗身高均不及蔣蘭，分別為1.65 m和1.68 m，但平均步長均大于1.9 m，韋永麗甚至達(dá)到2.06 m，而蔣蘭只有1.85 m（見表 3）。

3.3 中外優(yōu)秀女子短跑運(yùn)動(dòng)員步長步頻參數(shù)比較（見表3）

表3 中外優(yōu)秀女子短跑運(yùn)動(dòng)員100 m最好成績下步長步頻特征Table Ⅲ Characteristics of the Step Length and Step Frequency of the Domestic and Foreign Elite Women Sprinters in their Best Performance of 100m

3.4 蔣蘭短跑步幅步頻改進(jìn)與調(diào)整

步長為跑步中左右足跟（或趾尖）間的前后距離[4]。步長的大小與運(yùn)動(dòng)員跑步時(shí)蹬地力量的大小、蹬地速度的快慢、技術(shù)合理性及運(yùn)動(dòng)員的身高、腿長和柔韌性發(fā)展程度均有關(guān)系。而在這些因素中，力量因素對步幅的影響最大。前世界紀(jì)錄保持者喬伊娜身高僅有1.69 m，柔韌性也并不突出，技術(shù)也并非完美，但她依靠強(qiáng)大的肢體力量最大限度地增大了步幅，100 m全程僅用 47.6步，平均步長為2.10 m，考慮起跑階段的小步對平均步長的影響，其途中跑的步長甚至要大于2.10 m。研究表明，世界前6名優(yōu)秀女子100 m跑運(yùn)動(dòng)員的平均步長為2.06 m。而2000年全國田徑錦標(biāo)賽女子100 m跑前8名運(yùn)動(dòng)員的平均步長僅為1.88 m[5]。

針對我國女子短跑運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行研究，李汀比較了我國第7屆、第8屆全運(yùn)會(huì)短跑選手和國外短跑選手的相關(guān)參數(shù)[6]，研究指出我國女子100 m選手和世界優(yōu)秀選手的主要差距是步長能力的差距[7]；李竹青等[8]研究指出我國運(yùn)動(dòng)員步長能力較弱，是導(dǎo)致100 m落后的主要原因。實(shí)際上，把步長和步頻能力綜合起來考慮才更有意義，即步長與步頻的協(xié)調(diào)能力。從與世界優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的步長、步頻參數(shù)比較可以看出。世界選手不但步幅大，步頻也快。100 m跑的速度取決于步長與步頻，只有大步幅和高步頻的相結(jié)合，才有可能跑出高水準(zhǔn)的速度，而步長在一定程度上取決于運(yùn)動(dòng)員的身高和腿長，當(dāng)然也與肌肉的力量、韌性以及主動(dòng)肌與對抗肌的協(xié)調(diào)放松用力有關(guān)。

步長的影響因素，除了力量外，著地緩沖技術(shù)也起著關(guān)鍵作用，可以說緩沖技術(shù)是步長保持能力的樞紐。Johnson和Buckley認(rèn)為，短跑功率輸出主要產(chǎn)生于髖關(guān)節(jié)，而在支持期，膝關(guān)節(jié)應(yīng)保持足夠的高度來支撐人體重心，從而使推進(jìn)動(dòng)力得以從髖關(guān)節(jié)有效地轉(zhuǎn)移到踝關(guān)節(jié)，發(fā)揮作用，而任何膝關(guān)節(jié)屈曲均會(huì)擾亂這一進(jìn)程[9]。也有觀點(diǎn)認(rèn)為，需要強(qiáng)調(diào)下肢剛度在支撐階段的重要性，在步頻和步長方面，因?yàn)樵诓椒マD(zhuǎn)換過程中，為了保持前進(jìn)速度，下肢肌肉承受非常大的力，下肢剛性減弱將導(dǎo)致關(guān)節(jié)屈曲程度增加，身體重心下降，這雖然增加了身體的穩(wěn)定性，但在接下來的過程中，身體又必須產(chǎn)生更大的力量來推動(dòng)自身向上和向前的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也直接影響步長和步頻。

腳踝屈曲在小腿運(yùn)動(dòng)中將預(yù)拉伸小腿的肌肉與肌腱，增加下肢剛度，也促進(jìn)地面接觸時(shí)拉長縮短周期（SSC）的實(shí)現(xiàn)，從而幫助小腿存儲(chǔ)更多的彈性能量，減少離心和向心之間的耦合時(shí)間，有利于動(dòng)量的轉(zhuǎn)移[10]，這種預(yù)激活可以通過在適當(dāng)?shù)某乳L訓(xùn)練中得到增強(qiáng)。在訓(xùn)練中，需要注意神經(jīng)募集的性質(zhì)。為獲得最佳的訓(xùn)練效率，需讓訓(xùn)練中的神經(jīng)通路接近實(shí)際項(xiàng)目技術(shù)動(dòng)作。根據(jù)蔣蘭在訓(xùn)練周期前的技術(shù)分析總結(jié)，步長明顯偏短，并且已成為個(gè)體成績突破的瓶頸，在考慮個(gè)體身高因素對步長的影響外，從蔣蘭身體素質(zhì)和運(yùn)動(dòng)技術(shù)掌握程度兩方面入手，分析其原因。實(shí)際訓(xùn)練時(shí)，考慮下肢各環(huán)節(jié)的專項(xiàng)力量、蹬擺腿技術(shù)等因素，在眾多因素中，首先注重專項(xiàng)力量的提高，以期在原有基礎(chǔ)上取得步長的突破。除了最大力量相關(guān)的斜板力量訓(xùn)練、各種器械的力量訓(xùn)練、各種形式的跳深、最大力量的深蹲、半蹲、橡皮條阻抗?fàn)坷挽o力性力量練習(xí)外，采用行進(jìn)跑、起跑練習(xí)（含阻抗）、下坡跑和跳、各種跳躍練習(xí)（含短跳）和快速力量練習(xí)，在動(dòng)作技術(shù)要求的范圍內(nèi)強(qiáng)化力量。

針對技術(shù)動(dòng)作訓(xùn)練，采用特定方式來增加身體對于大步幅的感知，在約束步長同時(shí)形成良好的的訓(xùn)練適應(yīng)，蔣蘭的訓(xùn)練形式包括：加速揮臂、加速跑、快速高抬腿、跨步跳、高抬送髖、快速橡皮條擺腿、高步頻海綿格、大步幅海綿格。這些訓(xùn)練貫穿于整個(gè)訓(xùn)練之中，漸進(jìn)性地改變身體對其反應(yīng)。與此同時(shí)，專項(xiàng)擺動(dòng)練習(xí)也是短跑運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練中必須訓(xùn)練的科目之一，訓(xùn)練中采用多種擺動(dòng)練習(xí)來加強(qiáng)技術(shù)動(dòng)作訓(xùn)練，如高抬腿、單腿支撐擺跨欄架等。

經(jīng)過從力量和專項(xiàng)動(dòng)作兩個(gè)方面的訓(xùn)練，備戰(zhàn)全運(yùn)會(huì)周期后階段，從大型比賽測試的結(jié)果看，蔣蘭100 m總步數(shù)減少近1步，200 m總步數(shù)減少近2步，結(jié)合全運(yùn)會(huì)比賽的數(shù)據(jù)分析，步長的增加并不是以步頻的減少為代價(jià)，而是同時(shí)增加。可以說實(shí)現(xiàn)了大周期訓(xùn)練前的目標(biāo)，及在保持步頻的情況下，通過專項(xiàng)力量和技術(shù)動(dòng)作訓(xùn)練增加步長。與國內(nèi)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員相比，蔣蘭的身高與李雪梅相同，后者100 m平均步長1.96 m，相比之下蔣蘭的1.85 m，應(yīng)該還有進(jìn)一步提高的空間。當(dāng)然，跑的速度取決于步長和步頻。因此跑步技術(shù)本身就力求達(dá)到盡可能大的步長和步頻，或者是兩者的合理搭配。所以，作為水平位移類運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，有必要進(jìn)一步弄清跑速與步長、步頻之間的內(nèi)在聯(lián)系，而不是盲目地發(fā)展步長或步頻。有研究指出[11]：影響步長的因素較多，如后蹬角的大小、下肢長度、大腿的前擺高度等等，運(yùn)動(dòng)員根據(jù)自身體能狀態(tài)和現(xiàn)場環(huán)境都可能做出調(diào)整[12]。同時(shí)，從運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的角度看，減小步長、增加步頻會(huì)使得耗能增加、肌力下降、肌肉的工作效率降低。因此，步頻和步長對提高跑速的關(guān)系應(yīng)在保持步頻的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增大步長，是最科學(xué)、最合理的。

3.5 蔣蘭短跑步幅步頻改進(jìn)與調(diào)整

從蔣蘭訓(xùn)練周期前后的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析來看，在途中跑下肢著地瞬間，只有髖關(guān)節(jié)著地角度明顯減小（P＜0.05），均值從138.7°減少到136.6°，而膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)則無明顯變化（P＞0.05）（見表 4）。

表4 途中跑著地時(shí)刻下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)Table Ⅳ Kinematic Parameters of the Lower Extremity at the Moment of Foot Landing during the Race

從蔣蘭訓(xùn)練周期前后的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析來看，在途中跑下肢離地瞬間，髖、膝、踝關(guān)節(jié)著地角度均無明顯變化（P＞0.05）（見表 5）。

表5 途中跑蹬伸離地時(shí)刻下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)Table Ⅴ Kinematic Parameters of the Lower Extremity at the Moment of Foot Pushing and Stretching during the Race

著地瞬間，髖關(guān)節(jié)角度減小，說明下肢在著地瞬間，大腿與軀干之間的角度變小，即以更為大的步幅著地，導(dǎo)致此變化的原因可能是大腿股四頭肌肉快速力量的增加，增強(qiáng)了大腿的前擺能力，而與之對應(yīng)膝關(guān)節(jié)在著地瞬間的關(guān)節(jié)角度，在訓(xùn)練前后雖然沒有出現(xiàn)顯著的差異（P＞0.05），但著地時(shí)膝關(guān)節(jié)角度也有增加的趨勢，均值從146.5°增加到147.7°，即以更為伸直的膝關(guān)節(jié)體位著地。這可能是步幅調(diào)整在跑動(dòng)作結(jié)構(gòu)上最為直觀的運(yùn)動(dòng)學(xué)體現(xiàn)。著地時(shí)下肢角度的變化可能直接體現(xiàn)為步幅的增加，僅髖關(guān)節(jié)角度出現(xiàn)明顯變化的原因可從如下兩個(gè)方面考慮：首先，對于運(yùn)動(dòng)員個(gè)體而言，短跑全程步數(shù)增加或減少一步，都被視為動(dòng)作幅度的較大調(diào)整，但此步幅的改變對于單步來說其實(shí)是很小的變化，而此變化還不足以體現(xiàn)出關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)的變化，如對于平均步長接近2 m的運(yùn)動(dòng)員，100 m步數(shù)減少1步，每步步長的改變一般也不足2 cm，變化還不到1%；其二，由于個(gè)體在運(yùn)動(dòng)過程中，關(guān)節(jié)角度的變異性較大，而此運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)變異性的程度可能超過由于步幅調(diào)整而帶來的變化。因此，步長的改變是人體跑動(dòng)過程的綜合性體現(xiàn)，而非單關(guān)節(jié)力量或運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的變化。

4 結(jié)論

針對蔣蘭個(gè)體動(dòng)作速率快、技術(shù)輕巧、動(dòng)作幅度偏小的特點(diǎn)，整個(gè)周期訓(xùn)練的重點(diǎn)是在保持其他訓(xùn)練形式不變的情況下，解決保持高步頻狀況下逐步加大步長。100 m平均步長從1.82 m增加到1.85 m，200 m平均步長從1.89 m增加到1.91 m，通過專項(xiàng)力量和技術(shù)動(dòng)作的訓(xùn)練與改進(jìn)，步長增加的同時(shí)，步頻也增加（100 m平均步頻從4.64 step/s增加到4.69 step/s，200 m平均步頻從4.42 step/s增加到 4.48 step/s）。

隨著蔣蘭專項(xiàng)力量和短跑技術(shù)的改變，步長增加，途中跑過程除著地時(shí)刻髖關(guān)節(jié)角度出現(xiàn)變化外[P＜0.05，訓(xùn)練前（138.7±5.3）°，訓(xùn)練后（136.6±5.1）°]，其他運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)均無變化，說明步長的改變是人體跑動(dòng)過程的綜合性體現(xiàn)，而非單關(guān)節(jié)力量或運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的變化，步態(tài)參數(shù)變異性程度可能大于步長改變所帶來的差異。

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