不同項目足弓形態(tài)特點及其與跳深實驗中支撐時間的關系

蔡 廣，許汪宇，劉慧琴，葛 珺

運動訓練與人體科學

不同項目足弓形態(tài)特點及其與跳深實驗中支撐時間的關系

蔡 廣1，許汪宇2，劉慧琴1，葛 珺1

從運動員選材角度探討不同項目足弓形態(tài)特點及在跳深實驗中足弓形態(tài)與支撐時間關系，以期為足弓形態(tài)應用于田徑運動員選材提供科學依據。研究對象：上海市一、二線短跑和中長跑共 84名運動員，其中男子短跑運動員 34名，女子短跑運動員 19名，男子中長跑運動員 21名，女子中長跑 10名。方法：所有研究對象均進行身高、體重、足弓形態(tài)、跳深實驗測試，然后分組研究足弓形態(tài)與跳深實驗中支撐時間關系。結果：男女均表現出足弓低的組支撐時間快于足弓高的組支撐時間；短跑和中長跑項目中男女優(yōu)秀組的足弓均出現低于一般組的趨勢；短跑男子優(yōu)秀組和一般組的足弓基本都低于中長跑優(yōu)秀組和一般組的趨勢。結論：足弓高低是影響短跑或中長跑運動員支撐時間長短的重要因素，在運動員選材中或對教練員訓練中有重要的指導意義。

跳深實驗；支撐時間；足弓；短跑；中長跑

跑是人類最基本的運動形式之一，也是田徑競賽中的主要項目。這種運動形式的一個重要特點就是在運動過程中人體所受到的主要外力是通過雙腳與地面的接觸傳遞到人體的，研究這一過程中足與地面相互作用力的具體細節(jié)對于深入了解人體運動的基本規(guī)律具有重要意義[1,2]，在跑的過程中腳與地面的支撐時間便是研究較多的一項指標[3-6]。早在 20世紀 40年代初，前蘇聯體育學者就有對支撐時間進行劃分，他們將支撐時期劃分為兩個階段：緩沖階段和后蹬階段，3個瞬間：著地瞬間、垂直瞬間以及離地瞬間，之后又有德國、美國等國家學者對其進行重新劃分，這是由于拍攝技術和生物力學技術的發(fā)展，支撐期的劃分有利于研究支撐期的動作過程，從而建立更合理的動作技術[7-10]。

從運動生物力學角度來說，研究者普遍認為支撐階段水平方向上的支撐反作用力是人體加速動力的源泉，縮短支撐時間和騰空時間，并且使支撐時間和騰空時間之間形成一個合理的時間比值范圍是現代短跑單步技術發(fā)展的趨勢，另一方面，關于短跑途中跑支撐緩沖技術的研究中普遍對髖膝踝 3個關節(jié)角度、關節(jié)角速度、重心速度等指標進行分析，說明以上幾個指標是影響支撐緩沖技術的重要因素，同時在支撐階段的著地瞬間，最大緩沖瞬間和離地瞬間是3個重要的時刻，這3個時刻的運動學數據是評價運動員完成支撐緩沖技術好壞的重要依據[11-13]。

因此從當前國內外的研究看，其重點大多集中于支撐時間與運動成績的關系，以及對運動過程中支撐的力學分析，而對于影響運動員支撐時間長短因素，如小腿形態(tài)、足弓形態(tài)、反應時等，鮮見相關的報道。本研究將以短跑和中長跑運動員為研究對象，探討足弓形態(tài)與支撐時間之間的關系，以期為足弓形態(tài)應用于田徑運動員選材進一步提供科學依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象均為上海市一、二線運動員，短跑項目包括100 m、200 m、400 m，運動員取樣于莘莊運動基地；中長跑項目包括 800 m、1 500 m、5 000 m、10 000 m，運動員取樣于上海體育學院附屬競技體育學校。各項目男女運動員基本信息、運動等級人數分布見表 1。本文以運動等級分為 2組：優(yōu)秀組包括健將和一級，一般組包括二級和三級。

表1 研究對象基本信息Table I Basic Information of the Subjects

1.2 研究方法

1.2.1 足底形態(tài)測試

1.2.1.1 記錄指標

足弓1、足底最寬、足底最窄。

1.2.1.2 測試儀器

利用平整場地或平面凳桌椅一塊，透明薄層玻璃板、薄層錦綸棉（長 50 cm×寬 30 cm）一張，珠印油 50 g，少許均勻地涂抹在薄層錦綸棉上，30 cm長塑料尺一把，干凈毛巾 2塊，50 g洗潔精備用。

1.2.1.3 測試方法

受試者赤腳踩在錦綸棉上，然后平穩(wěn)站到透明薄層玻璃板上（腳底不得搓動），以免印記模糊，待站穩(wěn)后離開玻璃板。受試者足弓取樣均用右腳。

1.2.1.4 足弓的測量

在腳掌印記內側緣最外側分別選取A、B兩點，連接A、B兩點，做直線垂直于AB與腳掌印內側緣相交，并使該垂直線最寬，此直線距離代表足弓1，值越大表示足弓越高；足弓2為腳掌印最寬和最窄之比，值越大表示足弓越高（圖 1）。

圖1 足弓測量示意圖Figure 1 Measurement of Foot-arches

1.2.2 跳深試驗

1.2.2.1 測試儀器

NEWTEST Powertimer—便攜式體能測試系統(tǒng)、40 cm臺階、1.5 m長桿、兩個40 cm高架桿。

1.2.2.2 記錄指標

支撐時間、反彈高度、下落距離。

1.2.2.3 測試方法

反應墊子連上主機，主機再連接電腦。臺階放置在離反應墊邊緣20 cm位置，兩個40 cm高的架桿放置墊子兩側，1.5 m長桿放置在架桿上。受試者雙手叉腰站光腳站在臺階上，儀器準備就緒，開始跳下，落在墊子上后，以最快的速度跳起，并跳過長桿，落在長桿的另外一側，且保證落在墊子上。每人測試3次，取測試支撐時間平均值和最快值，分別表示為最快支撐時間和平均支撐時間。

1.2.3 數據分組

為了探討足弓形態(tài)對支撐時間的影響，需要對足弓進行分組，比較不同分組的支撐時間的差別。分組方式采用百分位數法，處于百分位數25%以下為25%組，處于百分位數75%以上為75%組。

1.2.4 數據統(tǒng)計

所有的數據用SPSS18.0統(tǒng)計軟件進行處理，結果用均數±標準差表示。兩組之間的比較采用雙樣本均數T檢驗，相關分析為 Pearson Correlation，P＜0.05為顯著性，P＜0.01為高度顯著性。

2 結果

2.1 足弓對支撐時間的影響

表2是足弓1分組支撐時間比較。表中顯示：男子足弓1最快和平均支撐時間25%組都快于75%組，但差異不具有顯著性。女子也表現出同樣的規(guī)律，足弓1最快和平均支撐時間25%組都快于75%組，但差異無顯著性。

表2 足弓 1分組支撐時間比較（單位：ms）Table II Comparison between the Group Support Time of Foot-arch 1(ms)

表 3是足弓2分組支撐時間比較。從表中可見：男子足弓2最快和平均支撐時間25%組都快于75%組，但差異不具有顯著性。女子足弓2最快支撐時間25%組快于75%組，平均支撐時間25%組慢于75%組，差異均無顯著性。

表3 足弓 2分組支撐時間比較（單位：ms）Table III Comparison between the Group Support Time of Foot-arch 2(ms)

表 4是足弓1和足弓2與觸底時間的相關性分析，分析對象為全體男子和女子運動員，從表中可見，男子足弓1與最快支撐時間和平均支撐時間都存在低度相關，但相關具有顯著性。女子足弓1與最快支撐時間和平均支撐時間沒有表現出相同的趨勢，可能與樣本量較少有關。足弓2與最快支撐時間和平均支撐時間男女都是非常低度相關且無顯著性。

表4 足弓1和足弓2與支撐時間相關性TableⅣ Correlation between the Support Time of Foot-arch 1 and Foot-arch 2

2.2 不同等級運動員足弓形態(tài)特征的比較

足弓是應用于運動員選材中較為成熟的一項指標，本研究為了探討足弓與支撐時間的關系，對足弓進行了不同層次分組對比研究。表5為短跑優(yōu)秀組和一般組足弓特征對比研究，從表中可見，男子足弓1和足弓2都是一般組高于優(yōu)秀組，但差異未有顯著性；女子足弓1和足弓2也都是一般組高于優(yōu)秀組，且差異均具有顯著性。表6為中長跑優(yōu)秀組與一般組足弓特征比較，表中顯示：男子足弓1一般組高于優(yōu)秀組，足弓2一般組低于優(yōu)秀組；女子足弓1和足弓2都是一般組高于優(yōu)秀組，但差異均無顯著性。

表5 短跑優(yōu)秀組和一般組足弓比較TableⅤ Comparison between the Foot-arches of the Elite Sprint Group and the Ordinary Group

表6 中長跑優(yōu)秀組和一般組足弓比較TableⅥ Comparison between the Foot-arches of the Elite Distance Running Group and the Ordinary Group

2.3 不同項目運動員足弓形態(tài)特征的比較

短跑優(yōu)秀組和中長跑優(yōu)秀組足弓形態(tài)見表7。從表中可見：男子足弓1和足弓2短跑組均小于中長跑組，差異無顯著性；女子短跑組均大于中長跑組，差異也無顯著性。表8為一般組的短跑和中長跑足弓形態(tài)比較。男子短跑組足弓1小于中長跑組，足弓2大于中長跑組，差異無顯著性。女子運動員足弓1、足弓2都是短跑組高于中長跑組，足弓1差異無顯著性，足弓2差異具有顯著性。

表7 短跑優(yōu)秀組和中長跑優(yōu)秀組足弓比較TableⅦComparison between the Foot-arches of the Elite Sprint Group and the Elite Distance Running Group

表8 短跑一般組和中長跑一般組足弓比較TableⅧ Comparison between the Foot-arches of the Ordinary Sprint Group and Ordinary Distance Running Group

3 討論

足弓是由 7塊跗骨與 5塊蹠骨借韌帶和肌腱連接而成，可分為外側弓、內側弓和橫弓 3部分。足弓測試方法有很多，本研究中足弓測試采用印記法，足弓1和足弓2值越高，表示足弓也越高。足弓的構造對于人體具有重要的生理意義，由于內側縱弓構造彎曲成弧形，稍高于地面，加上內部附著的肌肉和肌腱，使足弓具有一定的彈性，這種彈性可使人體在運動中的走、跑、跳躍或者從高處向下跳時減輕地面對人體的反作用力，起到緩沖作用，避免人體受到傷害，另外一方面在周期性的運動過程中，足弓的這種彈性還可以把一部分的動能轉化成彈性勢能，并在下個一動作中，把這種勢能轉化為動能[14]。在跳深實驗過程中，足弓是否對支撐時間產生影響，其結果見表 2、3、4。表 2、3中男女足弓1、足弓2基本都出現了 25%組支撐時間快于75%組支撐時間的趨勢，也就是足弓低的運動員的支撐時間快于足弓高的支撐時間；表4中顯示男子運動員足弓1最快支撐時間和平均支撐時間都存在一定的相關度，且具有統(tǒng)計學意義。以上趨勢產生的原因應該與足弓具有一定的彈性有關，足弓較高時，足弓的彈性會增加，當腳與地面接觸時，緩沖時間將會拉長，從而導致支撐時間增加。表2、3、4從不同的方面顯示出足弓與支撐時間有較為密切的關系，但是大多沒有出現統(tǒng)計學上的顯著性，這可能與樣本量較少、樣本年齡分布和等級分布不均衡有關。

既然上面研究結果顯示足弓低的運動員支撐時間短于足弓高的運動員趨勢，那么對于短跑或中長跑項目來說，優(yōu)秀運動員足弓應該低于一般運動員，以利于縮短腳與地面支撐時間，增加運動速度，提高運動成績，實際情況是否如此，為此本研究中也進行了探討，研究結果見表 5、6。短跑項目中優(yōu)秀組男子和女子足弓均出現低于一般組的趨勢，這種結果與國內研究報道一致，陸曉峰在對優(yōu)秀運動員足弓研究中發(fā)現：在其研究對象中，最優(yōu)秀的短跑選手，其足弓是最低的，研究從生物力學角度分析認為足弓過高者，跟距角較大，從而影響足踝骨杠桿動力臂和阻力臂之間的比例，最后導致支撐階段足踝骨杠桿的效益下降[14]。中長跑組與短跑組結果基本一致，也是優(yōu)秀組男女足弓低于一般組，兩個項目的男女運動員表現出基本相同的規(guī)律，與本文研究假設也是基本一致，其原因為足弓過高會增加運動員腳與地面支撐時間，從而會影響跑速。

同樣，由于短跑速度快于中長跑，因此既然足弓低的運動員支撐時間短于足弓高的運動員，那么短跑運動員其足弓也應該低于中長跑運動員，以利于縮短腳與地面支撐時間，提高運動速度，對此假設，本研究也進行了論證，結果見表 7、8。無論是男子優(yōu)秀組和一般組，短跑運動員足弓基本都有低于中長跑組趨勢，因此男子組趨勢是符合本研究假設，也就是短跑項目運動員足弓低于中長跑項目。其原因除了由于低足弓可以縮短支撐時間，從而有利于提高運動速度外，還有另外的原因可能是：腳底足弓下有許多神經和血管通過，足弓的存在可以保護足底神經血管免受過大壓力，中長跑運動時間較長，如果足弓過低，足底神經和血管承受的壓力也較大，容易造成機體較早疲勞，從而影響運動成績；而短跑運動員由于運動時間較短，足底神經和血管承受壓力時間不會過長，即使是平足，也不會引起機體的疲勞，因此不會對運動成績產生負面影響。曾凡輝等也認為平足者不宜選為耐力性運動員，但平足者，只要蹠趾關節(jié)強而有力可能在短跑、甚至跳遠、三級跳項目中取得運動成績[16]。

足關節(jié)是運動支撐的主要結構，它支撐得好與壞，發(fā)力的快與慢，及其在一定范圍內的靈活性，均與小腿和足部的肌肉力量有關。并直接影響到下肢的最后用力的速度，凡是要依靠足關節(jié)去最后用力完成運動的任何運動項目，在選材時，必須對足關節(jié)進行專門的選擇，主要涉及 3個部份：踝關節(jié)、蹠趾關節(jié)、足弓。因此在青少年田徑選材中足弓是選材科研人員和教練員較為關注的一項指標，但是這些關注更多的是根據教練員的經驗，本研究從科研的角度為教練員的經驗提供依據，進一步闡明了足弓在運動員選材應用的科學性。從實踐應用來講，可以通過制定不同等級運動員足弓標準，為各級運動員選材或教練員訓練監(jiān)控提供依據，因為一些文獻表明：訓練也可能會導致運動員足弓的變化，因此教練員在訓練時，也需要根據項目特點，注意足弓的變化，以免對運動員發(fā)展產生負面影響，例如中長跑運動員必須保持一定的足弓。

4 小結

4.1 男女運動員均表現出足弓低的支撐時間快于足弓高的支撐時間。男子運動員足弓1與最快支撐時間、平均支撐時間都存在低度相關，但相關具有顯著性，女子運動員未出現同樣的結果。男女運動員足弓2與最快支撐時間、平均支撐時間男女都呈非常低度相關且無顯著性。

4.2 短跑和中長跑項目中男女優(yōu)秀組足弓均出現低于一般組的趨勢，短跑男子優(yōu)秀組和一般組足弓基本都有低于中長跑組的趨勢。

4.3 本文中一些結果只表現一致性的趨勢，但是由于這些趨勢相互之間不矛盾，環(huán)環(huán)相扣，因此對運動員選材還是具有一定指導意義。統(tǒng)計學上沒有出現顯著性意義，可能與優(yōu)秀組樣本量較少有關，后續(xù)可以擴大優(yōu)秀運動員樣本量并加以驗證。

[1] 鄭秀媛主編.現代運動生物力學[M].北京:國防工業(yè)出版社, 2002.

[2] Tom F.,Novacheck.The biomechanics of running[J].Gait and osture,1998,18(3):77-95.

[3] 袁慶成,鄒繼豪,趙廣富,等.對短跑途中跑三維支撐反作用力的實測[J].體育科學,1985,15(1):66-71.

[4] 駱建,王全會,吳天明,等.對短跑途中跑著地緩沖技術的生物力學研究[J].成都體育學院學報,1995,21(1):29-35.

[5] Blallner S.,Nobel L.Relative effects of isokinetic and plyomtric training on ertical jump performance[J].Research Quarterly for Exercise and Sports,1979,17(1):18-23.

[6] Radeliffe J.,Farentinos R.Explosive power training champaingn human kinetics Publishers Inc[J].Exercise and Sports Science, 1985,67(4):231-234.

[7] Ball N.B.,C.G.Stock,J.C.Scurr.Bilateral contact ground reaction forces and contact times during plyometric drop jumping[J].Journal of Strength and Conditioning Research,2010,24 (10):2762-2769.

[8] Phillips J.H.,Flanagan S.P.Effect of ankle joint contact angle and ground contact time on depth jump performance[J].Journal of Strength and Conditioning Research,2015,29(11):3143-3148.

[9] Hough P.A.,E.Z.Ross,G.Howatson,?Effects of dynamic and static stretching on vertical jump performance and electromyographicactivity[J].Journal of Strength and Conditioning Research, 2009,23(2):507-512.

[10]William J.,Markwick,Stephen P.,et al.The Intraday Reliability of the Reactive Strength Index Calculated from a Drop Jump in Professional Men’s Basketball[J].International Journal of Sports Physiology and Performance,2014,10(4):482-488.

[11]徐偉峻.男子100米途中跑階段支撐技術環(huán)節(jié)的生物力學特征分析[D].上海體育學院.2011:9-11.

[12]諸文兵.我國優(yōu)秀 110 m欄運動員謝文駿跨欄技術分析[J].上海體育學院學報,2015,39(3):68-70.

[13]張懷川.我國優(yōu)秀短跑運動員張培萌百米途中跑技術運動學分析[D].北京體育大學,2015:11-12.

[14]鄭孫謙.足弓及其生理意義[J].生物學通報,1958,(7):46-47.

[15]陸曉峰.優(yōu)秀短跑運動員的足弓研究[J].山東體育科技,1989, (2):27-28.

[16]曾凡輝,王路德,刑文華,等.運動員科學選材[M].北京:人民體育出版社,1992:78-80.

（責任編輯：何聰）

Foot-arch Characteristics of the Different Sports Athletes and the Relations between Foot-arch and Contact Time in Drop-jump

CAI Guang1,XU Wangyu2,LIU Huiqin1,GE Jun1
(1.shanghai Research Institute of Sports Science,Shanghai 200030,China;2.Shanghai Baoshan District Sports Management Center,Shanghai 200940,China)

The purpose of the study is to discuss the characteristics of foot-arch of the different sports athletes and the relations between foot-arch and contact time in drop-jump from the viewpoint of talent selection so as to provide scientific reference for using foot-arch in selecting track and field athletes.Subject:A total of 84 athletes of sprint and distance running from shanghai youth and professional teams(34 men and 19 women of sprint,21 men and 10 women of distance running).Method:All the subjects took the measurement of height, weight and foot-arch and did drop-jump test.Then they were divided into groups for the study of the relations between foot-arch and contact time in drop-jump.Result:The contact time of the low foot-arch groups of both male and female is faster than that of the high foot-arch groups.The foot-arch of the elite male and female athletes of sprint and distance running tends to be lower than that of the ordinary athletes groups.The foot-arch of the elite male sprint group and ordinary group is basically lower than that of the elite distance running group and ordinary group.Conclusion:Foot-arch is an important factor affecting the contact time of the sprint and distance running athletes.It is of great significance in talent selection and training.

drop-jump;contact time;foot-arch;sprint;distance running

G808.18

A

1006-1207（2017）02-0070-04

10.12064/ssr.20170213

2016-06-21

上海市體育局騰飛計劃（10TF015）。

蔡廣，男，副研究員。主要研究方向：運動員選材。E-mail：leng8yang@126.com。

1.上海體育科學研究所，上海200030；2.寶山區(qū)體育事業(yè)管理中心，上海 200940。