伊犁馬1 000 m速步訓(xùn)練賽步態(tài)特征與肢體角度相關(guān)性

孟 軍，王建文，孔麒森，曾亞琦，李林玲，張亞昂，任萬路，王川坤，蔣文東，姚新奎

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)馬產(chǎn)業(yè)研究院，烏魯木齊 830052；3.新疆馳霄博駿畜牧業(yè)有限公司，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】以往對速步賽馬匹的調(diào)教訓(xùn)練主要以經(jīng)驗為主，對體型結(jié)構(gòu)的研究則主要集中在馬匹處于靜息狀態(tài)時其體型結(jié)構(gòu)對性能的影響，由于靜息狀態(tài)與其運(yùn)動過程之間存在較大差異，因此，通過對運(yùn)動過程中肢體角度變化對其步態(tài)特征的影響研究，為馬匹專項調(diào)教訓(xùn)練方案制定提供量化的數(shù)據(jù)參考，對提高速步賽馬匹專項運(yùn)動性能具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】體型結(jié)構(gòu)作為馬匹選育及品種鑒定的重要指標(biāo)，對馬匹的性能預(yù)測具有重要意義[1,2]。諸多馬匹育種專家將不同用途類型的馬匹體型結(jié)構(gòu)得分與其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性研究[3]，并進(jìn)一步推導(dǎo)出用體型結(jié)構(gòu)對馬匹專項用途[4]、肢體結(jié)構(gòu)[5]、步態(tài)特征[6]及運(yùn)動性能[7]等進(jìn)行評估。馬匹關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)決定著肢體結(jié)構(gòu)及生物力學(xué)結(jié)構(gòu)[8,9]。肩端點(diǎn)和耆甲連線與肩端點(diǎn)和肘關(guān)節(jié)點(diǎn)連線的角度決定了前肢的步高和步幅。如果角度開張程度較大，表明步幅較大，若開張程度較小則步幅較小[10]。對速步馬快步進(jìn)行研究結(jié)果表明，在直道與彎道中馬匹頭部及軀干角度的變化均受其肢體角度的影響[11-13]，同時，肢體角度決定著馬匹前肢及后肢的最高幅度，對馬匹步頻和步幅均有較大影響[14,15]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】對馬匹步態(tài)特征分析已經(jīng)從以往在實驗室研究轉(zhuǎn)向更為接近實際比賽的場地研究[16]，但對運(yùn)動過程中肢體角度的研究鮮有報道。對馬匹運(yùn)動過程中肢體角度和步態(tài)特征進(jìn)行測定，研究運(yùn)動狀態(tài)下肢體角度變化對速步賽馬匹步態(tài)特征的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以1 000 m速步賽伊犁馬為研究對象，通過測定運(yùn)動過程中直道和彎道肢體角度及步態(tài)特征等指標(biāo)，分析運(yùn)動中肢體角度與步態(tài)特征的相關(guān)關(guān)系，為速步賽伊犁馬的專項性能調(diào)教訓(xùn)練提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

選擇8匹年齡、體尺接近的伊犁馬為試驗對象，所有馬匹均為母馬。試驗所用馬匹、場地、騎師等均由新疆伊犁哈薩克自治州昭蘇馬場提供，測試場地為1 000 m沙地跑道。

1.2 方 法

所選試驗馬匹測定體高，并組織1 000 m速步測試賽，在賽道外側(cè)使用兩臺50幀/s佳能高速攝像機(jī)錄制測試賽視頻，攝像機(jī)固定高度為1.3～1.5 m，與馬匹行進(jìn)軌道垂直中點(diǎn)距離為25±0.5 m。攝像機(jī)與馬匹行進(jìn)軌道水平垂直，錄制區(qū)域8～10 m。其中一臺攝像機(jī)位于距離賽道起點(diǎn)330 m的直道處，用于錄制直道賽事視頻；另一臺位于位于距離賽道起點(diǎn)530 m的彎道處，用于錄制彎道賽事視頻。將錄制好的視頻導(dǎo)入Kwon3D軟件用以獲取步態(tài)特征(步周期速度、前蹄步幅、后蹄步幅、前蹄高、后蹄高和步頻)及運(yùn)動肢體角度(肩關(guān)節(jié)角、肘角、前飛結(jié)角、前球節(jié)角、髖關(guān)節(jié)角、膝角、后飛結(jié)角和后球節(jié)角)的數(shù)據(jù)，并計算相關(guān)蹄高指數(shù)和步幅指數(shù)，計算如下：

蹄高指數(shù)=蹄高/體高；

步幅指數(shù)=步幅/體高。

1.3 數(shù)據(jù)處理

測定結(jié)果通過Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，運(yùn)用SPSS18.0軟件進(jìn)行配對樣本T檢驗及雙變量相關(guān)性分析。結(jié)果以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 彎道和直道運(yùn)動中肢體角度及步態(tài)特征差異性分析

研究表明，1 000 m速步測試賽中馬匹運(yùn)動過程中直道和彎道步態(tài)特征和肢體角度呈現(xiàn)一定的差異性，其中就步態(tài)特征而言，前蹄高指數(shù)彎道極顯著高于直道(P<0.01)；步頻彎道顯著高于直道(P<0.05)；前蹄步幅指數(shù)、周期速度、步幅和步幅指數(shù)彎道均低于直道測定值，后蹄步幅指數(shù)和后蹄高指數(shù)彎道均高于直道，但兩者間差異均不顯著(P>0.05)。就肢體最大開張角度而言，肩開角和肘關(guān)節(jié)角彎道均顯著低于直道(P<0.05)；膝關(guān)節(jié)角、后飛節(jié)角和后球節(jié)角彎道均低于直道，前飛節(jié)角、前球節(jié)角和髖關(guān)節(jié)角彎道均高于直道，但兩者間差異均不顯著(P>0.05)。就肢體最小閉合角度而言，肩開角彎道極顯著低于直道(P<0.01)；膝關(guān)節(jié)角彎道顯著低于直道(P<0.05)；肘關(guān)節(jié)角、髖關(guān)節(jié)角、后飛節(jié)角和后球節(jié)角彎道均低于直道，前飛節(jié)角和前球節(jié)角彎道均高于直道，但兩者間差異均不顯著(P>0.05)。表1

2.2 運(yùn)動中彎道步態(tài)特征與肢體角度相關(guān)性

研究表明，就肩開角而言，與前蹄步幅指數(shù)、步幅和步幅指數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)；與后蹄步幅指數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；與步頻呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與周期速度、前蹄高指數(shù)和后蹄高指數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，但均不顯著(P>0.05)。就肘關(guān)節(jié)角而言，與步頻呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；與其余各步態(tài)特征均呈不顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P>0.05)。就前飛節(jié)角而言，與前蹄高指數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，與其余各步態(tài)特征均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但均不顯著(P>0.05)。前球節(jié)角與后蹄步幅指數(shù)、前蹄高指數(shù)和后蹄高指數(shù)均呈負(fù)相關(guān)，與其余各步態(tài)特征呈正相關(guān)，但均不顯著(P>0.05)。髖關(guān)節(jié)角與周期速度、步頻、前蹄高指數(shù)和后蹄高指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，與其余各步態(tài)特征均呈正相關(guān)，但均不顯著(P>0.05)。膝關(guān)節(jié)角與后蹄高指數(shù)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與周期速度呈顯著正相關(guān)，與其余各步態(tài)特征均呈正相關(guān)，但均不顯著(P>0.05)。后飛節(jié)角與后蹄高指數(shù)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；與周期速度和后蹄步幅指數(shù)呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；與其余各步態(tài)特征呈正相關(guān)，但均不顯著(P>0.05)。后球節(jié)角與后蹄高指數(shù)呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；與前蹄步幅指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，與其余各步態(tài)特征均呈正相關(guān)，但均不顯著(P>0.05)。表2

表1 直道和彎道肢體角度及步態(tài)特征T檢驗Table 1 T-test of body angle and gait feature of straight and curved

表2 伊犁馬1 000 m速步賽彎道步態(tài)特征與肢體最大開張角度相關(guān)性Table 2 Correlation analysis on gait feature and body maximal angles of 1，000 m trot curve in Yili horse

研究表明，肩開角與步頻和后蹄高指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，與其余各步態(tài)特征參數(shù)呈正相關(guān)，但均不顯著(P>0.05)。肘關(guān)節(jié)角與步頻、前蹄高指數(shù)和后蹄高指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，與其余各步態(tài)特征參數(shù)呈正相關(guān)，但均不顯著(P>0.05)。前飛節(jié)角與前蹄步幅指數(shù)、前蹄高指數(shù)、步幅和步幅指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，與其余步態(tài)特征參數(shù)呈正相關(guān)，但均不顯著(P>0.05)。前球節(jié)角與后蹄高指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)；與前蹄高指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；與其余各步態(tài)特征參數(shù)呈不顯著負(fù)相關(guān)(P>0.05)。髖關(guān)節(jié)角和后飛節(jié)角均與所測各步態(tài)特征參數(shù)呈不顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P>0.05)。膝關(guān)節(jié)角與所測各步態(tài)特征均呈不顯著正相關(guān)關(guān)系(P>0.05)。后球節(jié)角與步頻呈不顯著正相關(guān)關(guān)系(P>0.05)，與其余各步態(tài)特征呈不顯著負(fù)相關(guān)(P>0.05)。表3

表3 伊犁馬1 000 m速步賽彎道步態(tài)特征與肢體最小閉合角度相關(guān)性Table 3 Correlation analysis on gait feature and body minimal angles of 1，000 m trot curve in Yili horse

2.3 運(yùn)動中直道步態(tài)特征與肢體角度相關(guān)性

研究表明，肩開角與步頻和前蹄高指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，與其余各步態(tài)特征呈正相關(guān)，但均不顯著(P>0.05)。肘關(guān)節(jié)角與所測各步態(tài)特征參數(shù)均呈不顯著負(fù)相關(guān)(P>0.05)。前飛節(jié)角與步頻呈不顯著負(fù)相關(guān)(P>0.05)，與其余各步態(tài)特征參數(shù)呈不顯著正相關(guān)(P>0.05)。前球節(jié)角、膝關(guān)節(jié)角和后飛節(jié)角均與所測各步態(tài)特征參數(shù)呈不顯著正相關(guān)(P>0.05)。髖關(guān)節(jié)角與步頻、后蹄高指數(shù)呈不顯著負(fù)相關(guān)(P>0.05)，與其余各步態(tài)特征呈不顯著正相關(guān)(P>0.05)。后球節(jié)角與前蹄高指數(shù)和后蹄高指數(shù)均呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；與其余各步態(tài)特征參數(shù)呈不顯著正相關(guān)(P>0.05)。表4

表4 伊犁馬1 000 m速步賽直道步態(tài)特征與肢體最大開張角度相關(guān)性Table 4 Correlation analysis on gait feature and body maximal angles of 1，000 m trot straight in Yili horse

研究表明，肩開角與周期速度、后蹄步幅指數(shù)和步幅呈正相關(guān)，與其余各步態(tài)特征參數(shù)呈負(fù)相關(guān)，但均不顯著(P>0.05)。肘關(guān)節(jié)角與前蹄高指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)；與其余各步態(tài)特征參數(shù)呈不顯著負(fù)相關(guān)(P>0.05)。前飛節(jié)角與所測各步態(tài)特征參數(shù)均呈不顯著正相關(guān)(P>0.05)。前球節(jié)角與前蹄步幅指數(shù)、前蹄高指數(shù)、后蹄高指數(shù)、步幅和步幅指數(shù)均呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；與其余各步態(tài)特征參數(shù)均呈不顯著負(fù)相關(guān)(P>0.05)。髖關(guān)節(jié)角與步頻和后蹄高指數(shù)呈不顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P>0.05)；與其余各步態(tài)特征參數(shù)呈不顯著正相關(guān)關(guān)系(P>0.05)。膝關(guān)節(jié)角與步頻呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)；與后蹄步幅指數(shù)和后蹄高指數(shù)呈不顯著正相關(guān)(P>0.05)；與其余各步態(tài)特征參數(shù)呈不顯著負(fù)相關(guān)(P>0.05)。后飛節(jié)角與步頻呈不顯著正相關(guān)(P>0.05)；與其余各步態(tài)特征參數(shù)呈不顯著負(fù)相關(guān)(P>0.05)。后球節(jié)角與步頻、后蹄步幅指數(shù)、前蹄高指數(shù)和后蹄高指數(shù)呈不顯著負(fù)相關(guān)(P>0.05)；與其余各步態(tài)特征參數(shù)呈不顯著正相關(guān)(P>0.05)。表5

表5 伊犁馬1 000 m速步賽直道步態(tài)特征與肢體最小閉合角度相關(guān)性Table 5 Correlation analysis on gait feature and body minimal angles of 1，000 m trot straight in Yili horse

3 討 論

研究通過在馬匹表面固定標(biāo)記點(diǎn)[17]，當(dāng)馬匹運(yùn)動過程中通過提取每幀照片中各標(biāo)記點(diǎn)的絕對位置和相對位置[18]，從而計算出馬匹運(yùn)動過程中的肢體角度及步態(tài)特征變化參數(shù)[19]。在馬匹的運(yùn)動過程中，運(yùn)動速度與步態(tài)特征相關(guān)[20]，如當(dāng)馬匹進(jìn)行速步比賽時，其后肢的著地時間較前肢長[21]，因此，在研究馬匹運(yùn)動步態(tài)特征時有必要將前、后肢的步態(tài)特征區(qū)分開。同時，在馬匹運(yùn)動時，其主要表現(xiàn)為肩部及肘部的彎曲及前飛節(jié)和前球節(jié)的伸展[22-24]，而后肢則主要表現(xiàn)為臀部、膝關(guān)節(jié)、后球節(jié)及后飛節(jié)的變化[25,26]，故而研究對關(guān)節(jié)角度的研究主要集中在這些對運(yùn)動影響較大的部位。

1 000 m速步賽由于距離相對較短，在比賽過程中時間短，速度快，這就對馬匹運(yùn)動性能與技術(shù)提出了更高的要求。同時，由于直道和彎道跑道并不完全一致，彎道部分受到離心力的作用，肢體保持平衡時要求比直道更高，直、彎道間的技術(shù)差異也較大[27]，因此在研究的過程中有必要將直道與彎道技術(shù)分開進(jìn)行研究。孟軍等[28]也指出運(yùn)動馬在直道及彎道上保持高水平步幅與步頻較為困難，同時直道與彎道運(yùn)動狀態(tài)差別也較大，需要將直道與彎道的運(yùn)動狀態(tài)分開進(jìn)行研究。此次研究結(jié)果表明，直道和彎道前蹄高指數(shù)及步頻均呈現(xiàn)一定的差異，這主要是由于當(dāng)馬匹處于彎道時，其運(yùn)動過程中受到離心力的作用，肢體需要有部分的內(nèi)傾才能更好的保持運(yùn)動平衡，在此期間，馬匹需要不斷的調(diào)整期運(yùn)動狀態(tài)[29]，節(jié)奏的不停變換使得馬匹能夠在較快速度下維持身體的平衡。最大肩開角、最大肘關(guān)節(jié)角、最小肩開角及最小膝關(guān)節(jié)角呈現(xiàn)出顯著差異，這主要是因為在運(yùn)動的過程中，幾乎所有技術(shù)動作均為不同肌肉群共同作用的結(jié)果，由于在直道和彎道中運(yùn)動狀態(tài)有所不同，其肌肉激發(fā)狀態(tài)也會有所差異[30]；同時，在彎道中進(jìn)行運(yùn)動時，離心力作用使得軀體維持平衡狀態(tài)需要更大的力量支撐，這也可能是肢體角度呈現(xiàn)一定差異的原因。

有相關(guān)的研究表明，速步馬比賽時的速度與步頻和步幅之間呈極顯著正相關(guān)[31]，國外通過對速步馬速度與步態(tài)特征的研究結(jié)果表明速度與步幅呈顯著相關(guān)[32]，其中步幅主要受肌肉的收縮力及其機(jī)體解剖結(jié)構(gòu)的影響[33]。對馬匹而言，肩部及后肢的角度對肢體的運(yùn)動有著重要影響，其中主要是對其四肢力量的影響[34]。此次試驗結(jié)果顯示在彎道時，肩最大開張角度與其步幅及步幅指數(shù)均呈極顯著正相關(guān)，這主要是由于馬匹肩角度與其四肢的力量關(guān)系較為密切[34]，在馬匹運(yùn)動過程中，肩開角處于正常范圍內(nèi)時，肩開角越大，能夠更好的發(fā)揮馬匹肢體的力量作用，使得馬匹肢體的推進(jìn)作用更為顯著，從而促進(jìn)馬匹步幅的提升。膝關(guān)節(jié)最大開張角度、后飛節(jié)開張角與彎道周期速度呈正相關(guān)，這表明馬匹在彎道運(yùn)動過程中，其前肢、后肢的擺動角度越大時其周期速度也越大，馬匹在彎道運(yùn)動過程中，為了更好的提升彎道速度，可以針對馬匹進(jìn)行膝關(guān)節(jié)角和后飛節(jié)角進(jìn)行專項訓(xùn)練。試驗的研究結(jié)果顯示，在直道時步頻與膝關(guān)節(jié)最小閉合角呈極顯著正相關(guān)，這可能是由于在直道運(yùn)動過程中，馬匹膝關(guān)節(jié)角度收縮，能夠為馬匹提供更大的爆發(fā)力，表明在1 000 m速步賽中直道時馬匹膝關(guān)節(jié)最小閉合角在合理的范圍內(nèi)其值越小，馬匹直道中步頻越大，在速步賽馬匹的專項調(diào)教訓(xùn)練中可以通過訓(xùn)練馬匹膝關(guān)節(jié)角，使該角度在合理范圍內(nèi)盡量縮小，這對提升其直道步頻具有一定的作用。

4 結(jié) 論

通過分別對1 000 m速步賽伊犁馬直道和彎道的最大及最小肢體角度與步態(tài)特征進(jìn)行相關(guān)性分析表明，在彎道中膝關(guān)節(jié)最大開張角、后飛節(jié)開張角與周期速度及后蹄高指數(shù)呈顯著正相關(guān)，肩開角最大開張角與步幅和步幅指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，前球節(jié)角最小閉合角與后蹄高指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)；在直道中后球節(jié)角最大開張角與前蹄高指數(shù)和后蹄高指數(shù)呈顯著相關(guān)，膝關(guān)節(jié)角最小閉合角與步頻呈極顯著正相關(guān)，肘關(guān)節(jié)角最小閉合角與前蹄高指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，在速步馬調(diào)教過程中可針對彎道進(jìn)行肩最大開張角及膝關(guān)節(jié)最大開張角進(jìn)行訓(xùn)練，用以提高其步幅及周期速度；針對直道進(jìn)行膝關(guān)節(jié)最小閉合角進(jìn)行訓(xùn)練，用以提高其步頻。