鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員跑步階段運(yùn)動(dòng)學(xué)特性參數(shù)之間的關(guān)系

王立斌，邱偉斌，權(quán)琳琳，宋紹利

(1.萊蕪市體育運(yùn)動(dòng)學(xué)校，山東 萊蕪　271100;2.山東體育學(xué)院 研究生部，山東 濟(jì)南　250102;3.山東省田徑運(yùn)動(dòng)管理中心，山東 濟(jì)南　250102)

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鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員跑步階段運(yùn)動(dòng)學(xué)特性參數(shù)之間的關(guān)系

王立斌1，邱偉斌2，權(quán)琳琳2，宋紹利3

(1.萊蕪市體育運(yùn)動(dòng)學(xué)校，山東 萊蕪271100;2.山東體育學(xué)院 研究生部，山東 濟(jì)南250102;3.山東省田徑運(yùn)動(dòng)管理中心，山東 濟(jì)南250102)

摘要：本研究的目的是揭示專業(yè)組和業(yè)余組鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員參加全程或者半程鐵人三項(xiàng)比賽期間的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，其中專業(yè)組包括：優(yōu)秀組(18歲以上)和青少年組(16～18歲)。通過(guò)分析各種運(yùn)動(dòng)學(xué)特性之間的關(guān)系，為更好的發(fā)展鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)提供理論支持。本研究對(duì)包含男性和女性在內(nèi)的311名鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員在比賽中腳的觸地時(shí)間、騰空時(shí)間、步頻、步幅、足部觸地類型、每圈的速度以及正式比賽中所有具有代表性的數(shù)據(jù)變量等指標(biāo)進(jìn)行了分析和研究。得出結(jié)果：女性業(yè)余組和專業(yè)組鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性相比男性更具有顯著相關(guān)性。影響跑步成績(jī)的最大因素是與地面的接觸時(shí)間和步幅。足部觸地類型與地面的接觸時(shí)間有著顯著相關(guān)性，并且腳跟觸地型運(yùn)動(dòng)員用的觸地時(shí)間比腳心觸地型運(yùn)動(dòng)員用的觸地時(shí)間要長(zhǎng)。足部觸地類型與速度并沒(méi)有顯著相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：觸地時(shí)間；足部觸地類型；步幅；速度

鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)新興的綜合性耐力運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，其由游泳、自行車(chē)、長(zhǎng)跑三個(gè)項(xiàng)目按順序組成，運(yùn)動(dòng)員需要一鼓作氣賽完全程。這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)在2000年成為了奧運(yùn)會(huì)項(xiàng)目，在2006年成為了亞運(yùn)會(huì)項(xiàng)目。比賽中運(yùn)動(dòng)能力的表現(xiàn)與運(yùn)動(dòng)員整個(gè)比賽的成功緊密相聯(lián)[1]。大量研究顯示，生物力學(xué)因素與耐力跑的關(guān)系密切[2]。其中關(guān)于縮短與地面的接觸時(shí)間、協(xié)調(diào)神經(jīng)與肌肉的關(guān)系等研究是最常見(jiàn)的[3-4]。然而最近的研究發(fā)現(xiàn)足部觸地類型是另一個(gè)引起人們注意的因素，研究表明腳掌或者腳心觸地型相比腳跟觸地型的觸地時(shí)間更短、跑得更快[5-6]。這些結(jié)果結(jié)合早期的研究表明，腳跟觸地不利于更有效的節(jié)省體力，這是在耐力跑比賽中限制運(yùn)動(dòng)員取得好成績(jī)的重要生理學(xué)因素[2，7]。

相比于其他跑步項(xiàng)目，鐵人三項(xiàng)項(xiàng)目存在其特殊的生物力學(xué)特征。鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員的腿部運(yùn)動(dòng)不僅包括單純的跑步與騎自行車(chē)，還包括兩種獨(dú)立運(yùn)動(dòng)形式之間的轉(zhuǎn)換動(dòng)作，而這類動(dòng)作特征，顯然沒(méi)有像跑步一樣受到廣泛研究。由于這種復(fù)合動(dòng)作的特征造成了鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員對(duì)于生理方面的要求與單純的跑步運(yùn)動(dòng)員是不同的，這可能造成鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)獨(dú)特的生物力學(xué)特征，因此確定鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員特有的生物力學(xué)參數(shù)與運(yùn)動(dòng)成績(jī)的關(guān)系，就很有意義了。

Luna等人認(rèn)為等動(dòng)力學(xué)條件下，訓(xùn)練有素的鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員和長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員之間的觸地時(shí)間、地面反作用力存在顯著性差異[8]。涉及到運(yùn)動(dòng)學(xué)方面，Landers等人通過(guò)研究專業(yè)組鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員在比賽中步幅和步頻的變化，發(fā)現(xiàn)步幅和運(yùn)動(dòng)速度成顯著正相關(guān)[9]，但對(duì)觸地時(shí)間這一運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)的探討。因此，本研究的目的是探討鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員在比賽中所涉及的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)員在比賽中的表現(xiàn)情況分析它們之間的關(guān)系。

方法：實(shí)地研究了311名參加2014年和2015年成都金堂世界杯賽、寧夏石嘴山洲際杯賽、重慶國(guó)際鐵人三項(xiàng)賽的鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員，其中包括：業(yè)余組118人(50女68男)、青少年組100人(36女64男)和優(yōu)秀組93人(48女45男)。優(yōu)秀組運(yùn)動(dòng)員完成了全程鐵人三項(xiàng)賽程(1.5公里游泳，40公里自行車(chē)，10公里長(zhǎng)跑)，青少年組和業(yè)余組運(yùn)動(dòng)員完成了半程鐵人三項(xiàng)賽程(750米游泳，20公里自行車(chē)，5公里長(zhǎng)跑)。

在距離為2.5公里的賽道的800米標(biāo)記處進(jìn)行矢狀面的視頻采集，青少年組和業(yè)余組運(yùn)動(dòng)員采集2圈，專業(yè)組運(yùn)動(dòng)員采集4圈。在賽道的兩側(cè)1.2米高處放置兩個(gè)高速照相機(jī)(EX-F1，Casio)，采集頻率為300Hz，用來(lái)確定在中間8米拍攝范圍內(nèi)時(shí)間指標(biāo)與足部觸地的位置。在距離賽道約3米處使用另外一臺(tái)高清晰度攝像機(jī)(HDR-PJ260VE，Sony)，采集頻率為50Hz，拍攝范圍為14米，取中間8米拍攝范圍進(jìn)行速度計(jì)算。每一圈測(cè)量4步，來(lái)計(jì)算每一個(gè)運(yùn)動(dòng)員的觸地時(shí)間(s)、騰空時(shí)間(s)、步時(shí)(s)和足部觸地類型(腳跟觸地型，腳心觸地型，腳掌觸地型)。每一圈捕獲的具體步數(shù)因個(gè)人原因可能存在差異，所以統(tǒng)一規(guī)定從開(kāi)始觸地到腳趾頭離地為一步。足部觸地類型分為腳跟觸地型、腳心觸地型或者腳掌觸地型，如果第一次接觸地面的是腳跟就稱之為腳跟觸地型，依次類推。使用Kinovea視頻分析軟件來(lái)計(jì)算每圈速度(m/s)。通過(guò)計(jì)算4步的平均值來(lái)確定步時(shí)。每圈的平均步幅(m)計(jì)算公式為：SL(m)=速度(m/s)×步時(shí)(s)。

每一個(gè)指標(biāo)計(jì)算均采用均值±標(biāo)準(zhǔn)差(SD)來(lái)表示。采用皮爾森相關(guān)系數(shù)用來(lái)計(jì)算運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)和速度的關(guān)系。相關(guān)性大小的評(píng)估閾值為0.3、0.5、0.7和0.9分別表示有相關(guān)性、相關(guān)性大、很大、非常大。不同年齡組和足部觸地類型的比較使用單因素方差分析(方差分析)，統(tǒng)計(jì)學(xué)意義P<0.05。所有統(tǒng)計(jì)分析使用IBM SPSS統(tǒng)計(jì)版19(IBM公司,紐約Armonk)。

結(jié)果：比較各個(gè)組別的數(shù)據(jù)(如表1)，發(fā)現(xiàn)各個(gè)組別之間存在顯著性差異。主要表現(xiàn)為從業(yè)余組運(yùn)動(dòng)員到青少年組運(yùn)動(dòng)員再到專業(yè)組運(yùn)動(dòng)員，它們的速度和步頻呈逐漸增加趨勢(shì)，觸地時(shí)間呈逐漸減少趨勢(shì)。這種趨勢(shì)在男性和女性運(yùn)動(dòng)員中都有所體現(xiàn)，尤其在女性鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員中差異更加顯著。盡管也觀察到各個(gè)組之間的步幅和騰空時(shí)間也存在性差異，但是沒(méi)有按照組別呈遞增或遞減趨勢(shì)。

表1　不同性別和組別的運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)(Mean±SD)

注：a與業(yè)余組運(yùn)動(dòng)員存在顯著性差異(P>0.05)；b與青少年組運(yùn)動(dòng)員存在顯著性差異；c與優(yōu)秀組運(yùn)動(dòng)員存在顯著性差異。

表2是各個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)和平均速度之間的相關(guān)系數(shù)。從表2的結(jié)果中我們可以觀察到，男性和女性的步幅和觸地時(shí)間這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)與速度的相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值都大于0.5，顯示出較大的相關(guān)性。而步頻和騰空時(shí)間與速度相關(guān)性較小。

表2　各運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)和平均速度之間的相關(guān)系數(shù)

在圖1中我們可以發(fā)現(xiàn)到足部觸地類型跟地面接觸時(shí)間之間存在相關(guān)關(guān)系。男性(HS: 0.22±0.02, MFS: 0.20±0.01,P<0.001)和女性(HS :0.23±0.02,MFS: 0.21±0.01,P<0.001)運(yùn)動(dòng)員腳跟(HS)觸地時(shí)間都比腳心(MFS)觸地的時(shí)間更長(zhǎng)。

在平均觸地時(shí)間上，腳掌(FFS)跟腳心(MFS)觸地時(shí)間相似，腳掌觸地(FFS)與跟腳觸地(HS)之間的差異沒(méi)有達(dá)到顯著性水平，可能是因?yàn)槟_掌觸地FFS (男性,n = 3;女性,n = 8)組選取的人數(shù)較少。

圖1　男性和女性觸地時(shí)間與觸地類型的關(guān)系

討論：本研究旨在對(duì)鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員跑步階段的運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)進(jìn)行分析，有助于更好地了解影響跑步訓(xùn)練的決定性因素。同時(shí)對(duì)鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技水平和性別也進(jìn)行了比較。研究發(fā)現(xiàn)男性優(yōu)秀組相比于業(yè)余組運(yùn)動(dòng)員速度只增加了3%，步長(zhǎng)、步頻和觸地時(shí)間也出現(xiàn)較小的差異。相比之下，女性優(yōu)秀組鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員相比于業(yè)余組，速度增加了6%，觸地時(shí)間減少了8%，步頻增加了5%。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是女性運(yùn)動(dòng)員比男性運(yùn)動(dòng)員發(fā)育成熟更晚一些，這可能會(huì)導(dǎo)致不同年齡之間的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)差異更大。這種男性和女性運(yùn)動(dòng)員之間運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)的顯著性在之前的研究中并沒(méi)有報(bào)道過(guò)，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于運(yùn)動(dòng)員的選材可能會(huì)有一些借鑒意義。

對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)和速度之間的關(guān)系進(jìn)行分析比較，發(fā)現(xiàn)不考慮性別因素的話，與速度相關(guān)性最強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)是觸地時(shí)間和步幅。更短的觸地時(shí)間和更快的跑步速度之間的聯(lián)系最早在《Running Speed》[4，6]和《Economy》[2-3]中有過(guò)相應(yīng)的報(bào)道。然而，據(jù)我們所知，盡管運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行由跑步到騎行的過(guò)程中動(dòng)作會(huì)發(fā)生中斷[10]，本研究仍然第一次在競(jìng)技鐵人三項(xiàng)這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)中確認(rèn)了這種關(guān)聯(lián)，即更短的觸地時(shí)間與跑步速度的關(guān)聯(lián)性。相比之下，步幅和長(zhǎng)距離跑步速度之間的關(guān)系在之前并沒(méi)有大量的文獻(xiàn)參考，本研究的發(fā)現(xiàn)與Landers等的研究相一致，他們同樣認(rèn)為跑步速度與步幅有很大的相關(guān)性，與步頻的相關(guān)性較小。雖然人們普遍認(rèn)為自己習(xí)慣的步幅大小最有利于運(yùn)動(dòng)水平的發(fā)揮[2，7]，但是想要取得最好的成績(jī)就需要技術(shù)分析干預(yù)進(jìn)來(lái)。根據(jù)鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，應(yīng)該使步幅和其他運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)之間建立起良好的平衡關(guān)系，來(lái)確定一個(gè)適合自己的更長(zhǎng)、更自然的步幅。

本研究的最后一部分是分析足部觸地類型和其他運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)對(duì)鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員跑步速度的潛在影響。研究發(fā)現(xiàn)腳跟觸地者的地面接觸時(shí)間和腳心、腳掌觸地者的地面接觸時(shí)間有顯著相關(guān)性，這個(gè)發(fā)現(xiàn)在之前有關(guān)中距離跑和馬拉松的文獻(xiàn)中有所研究[5，6]。前人的這些研究已經(jīng)證實(shí)了更短的觸地時(shí)間和更快的速度之間存在相關(guān)關(guān)系，本研究除了這一關(guān)系外，還發(fā)現(xiàn)了足部觸地類型和速度之間存在相關(guān)關(guān)系。對(duì)于這一關(guān)系，一個(gè)可能的解釋是：鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員肌肉發(fā)達(dá)程度要低于專業(yè)的跑步運(yùn)動(dòng)員[8]，在特定情況下進(jìn)行能量的存儲(chǔ)和釋放過(guò)程時(shí)需要小腿肱三頭肌參與更復(fù)雜的協(xié)調(diào)配合。第二個(gè)可能的解釋是：因?yàn)橛媚_心或者腳掌接觸地面減少了觸地時(shí)間，使花費(fèi)在早期觸地制動(dòng)階段的時(shí)間最小化，鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員無(wú)法像專業(yè)的跑步運(yùn)動(dòng)員一樣，調(diào)動(dòng)更多的肌肉肌腱有效的參加到跑步運(yùn)動(dòng)中來(lái)。因此，這一領(lǐng)域的研究應(yīng)更緊密地結(jié)合肌肉特點(diǎn)之間的差異，并將這些信息應(yīng)用于鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員的比賽和訓(xùn)練。

結(jié)論：步幅和觸地時(shí)間與鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員的比賽速度有很顯著的相關(guān)性。對(duì)于足部觸地類型的研究顯示，盡管足部觸地類型和速度之間并沒(méi)有顯著的相關(guān)性，但是腳后跟觸地者相比那些用腳心或者腳掌接觸地面的運(yùn)動(dòng)員需要更長(zhǎng)的接觸時(shí)間。這些發(fā)現(xiàn)表明：針對(duì)神經(jīng)肌肉的干預(yù)措施可能會(huì)有利于提高鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)成績(jī)。

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Relationship of kinematic parameters in running phase for triathletes

WANG Li-bin1,QIU Wei-bin, QUAN Lin-lin, SONG Shao-li

(1.LaiwuSportsSchool,Laiwu271100,Shandong,China; 2.GraduateSchool,ShandongSportsUniversity,Jinan250102,Shandong,China; 3.ShandongAthleticManagementCenter,Jinan250102,Shandong,China)

Abstract:The purpose was to examine the running kinematics of Elite U23 and Junior triathletes and their relationships in a full-course or sprint distance race. A total of 311 male and female triathletes were analyzed to determine ground contact time, flight time, stride rate, stride length, foot-strike type and velocity for each lap and an overall representative mean created for each variable across the race. Women displayed notably greater differences in kinematics between Junior and Elite fields than was observed in the men. Large correlations were observed for running performance with contact time (r=0.500-0.580,P<0.001) and stride length (r=0.552-0.664,P<0.001). Analysis of foot strike type revealed a significant interaction with contact time, with heel strike longer than mid-foot strike, but no relationship with running velocity.

Key words:contact time；foot strike；stride length；velocity

作者簡(jiǎn)介：王立斌(1971-)，男，山東新泰人，高級(jí)教練員，研究方向田徑運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。

收稿日期：2015-08-10

中圖分類號(hào)：G804.62

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-9840(2015)06-0083-03