網(wǎng)球發(fā)球技術(shù)及損傷機(jī)制的研究進(jìn)展

陸家麒

中圖分類號：G845; 文獻(xiàn)標(biāo)識：A;; 文章編號：1009-9328（2020）04-088-03

摘? 要;目的：圍繞網(wǎng)球運(yùn)動員發(fā)球動力鏈的理論概述、生物力學(xué)研究歷程及隨不同發(fā)球技術(shù)帶來的傷病問題進(jìn)行分析和討論，希望藉此為后續(xù)的研究提供參考。方法：通過文獻(xiàn)資料法，對網(wǎng)球運(yùn)動員的發(fā)球技術(shù)進(jìn)行分析探討。結(jié)果與結(jié)論：根據(jù)動力鏈的理論就有研究表明在發(fā)球過程的上擺后期和加速前期都會帶給人體較大的負(fù)荷沖擊，從而造成肌肉骨骼系統(tǒng)面臨很大的損傷風(fēng)險。同時也有研究證明不同的發(fā)球方式，如上旋球致使人體后背和肩部面臨較大的肌肉力和力矩，相反切削球的發(fā)球方式更符合人體生理結(jié)構(gòu)。盡管無標(biāo)志點(diǎn)的運(yùn)動捕捉系統(tǒng)為網(wǎng)球發(fā)球技術(shù)的生物力學(xué)研究帶來一定的促進(jìn)作用，但并未得到體育領(lǐng)域的廣泛認(rèn)可，所以還有進(jìn)一步的研究價值和應(yīng)用前景。另外在后續(xù)的研究中，應(yīng)充分考慮不同的年齡組在三種發(fā)球方式上的差異性表現(xiàn)，如技術(shù)動作、肌肉活動、承受的內(nèi)在負(fù)荷等幾個方面，旨在為后期的臨床診斷及傷病預(yù)防提供參考。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)球;生物力學(xué);動力鏈;肌肉骨骼

一、前言

眾所周知在網(wǎng)球中精準(zhǔn)、高效的發(fā)球不僅可以直接得分、在心理上占據(jù)優(yōu)勢，而且還是在氣勢上壓倒對手的重要手段。同時，優(yōu)秀網(wǎng)球運(yùn)動員的發(fā)球技術(shù)還存在很大的損傷風(fēng)險。其主要原因在于，首先網(wǎng)球運(yùn)動員從一個靜止?fàn)顟B(tài)瞬間完成擊球動作，而且球速通常高達(dá)240km/h，這就意味著發(fā)球技術(shù)是一個爆發(fā)力非常強(qiáng)，并瞬間加速的動作過程。其次發(fā)球技術(shù)是網(wǎng)球的基礎(chǔ)，流行病學(xué)調(diào)查就曾表明網(wǎng)球的一些傷病就是過度使用引起的[9]。最后，優(yōu)秀網(wǎng)球運(yùn)動員為了追求高質(zhì)量的發(fā)球效果其肩部和軀干等部位常常承受較大的內(nèi)在負(fù)荷：肌肉力和力矩，進(jìn)而增加該部位的損傷風(fēng)險。因此近年來有關(guān)什么樣的發(fā)球技術(shù)更符合人體解剖結(jié)構(gòu)、發(fā)球時主要肌群的用力變化情況以及如何在優(yōu)化技術(shù)的基礎(chǔ)上預(yù)防損傷等生物力學(xué)研究逐漸成為運(yùn)動醫(yī)學(xué)、運(yùn)動訓(xùn)練和運(yùn)動生物力學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)[11]。但遺憾的是，有關(guān)發(fā)球動作的動力鏈功能原理、發(fā)球技術(shù)的生物力學(xué)研究進(jìn)程以及發(fā)球方式所帶來的損傷風(fēng)險等問題均未得到詳細(xì)地描述，從而在一定程度上制約了對網(wǎng)球發(fā)球技術(shù)更深層次的認(rèn)識。本綜述圍繞網(wǎng)球運(yùn)動員發(fā)球動力鏈的理論概述、生物力學(xué)研究歷程及隨不同發(fā)球技術(shù)帶來的傷病問題進(jìn)行分析和討論，希望藉此為后續(xù)的研究提供參考。

二、動力鏈的概述

（一）動力學(xué)鏈的發(fā)展

一條完整的動力鏈?zhǔn)怯杉∪怄?、骨關(guān)節(jié)鏈和神經(jīng)肌肉鏈三種次級機(jī)構(gòu)組成，三者相互配合形成人體由簡單到復(fù)雜的運(yùn)動[3]。在網(wǎng)球方面利用動力鏈的概念來解釋與發(fā)球技術(shù)動作相關(guān)的傷病起因，同時還對擊球動作的力量傳遞進(jìn)行完美的解讀（圖1）。其目的和功能有三個方面：首先，可以幫助人們更加有效地解讀能量和力的轉(zhuǎn)移和傳遞，通過每段環(huán)節(jié)速度和力量的快速提高進(jìn)一步促進(jìn)擊打瞬間的爆發(fā)力，如大力發(fā)球。其次，通過穩(wěn)定和協(xié)同各個環(huán)節(jié)和關(guān)節(jié)進(jìn)一步吸收和控制自下而上的能量，便于實(shí)現(xiàn)某些精準(zhǔn)動作的需求，如網(wǎng)前的截?fù)簟Ｗ詈?，保持身體姿勢的穩(wěn)定性和一致性來抵消和耗散發(fā)球過程帶來的離心負(fù)荷，通過整個身體的協(xié)同發(fā)力進(jìn)一步弱化施加在關(guān)節(jié)處的沖擊負(fù)荷，降低該部位的損傷風(fēng)險[5]。

（二）動力鏈在網(wǎng)球發(fā)球中的應(yīng)用

目前在網(wǎng)球的發(fā)球技術(shù)中有兩種動力鏈模式：快速向上推動身體和手臂完成平擊和至下而上在側(cè)面與球發(fā)生摩擦或碰撞。平擊發(fā)球動力鏈的激活順序主要是利用膝關(guān)節(jié)屈曲和后腿肌群全力蹬地進(jìn)而帶動整個身體向上在最高點(diǎn)擊球，同時上臂繞著長軸加速旋轉(zhuǎn)。其力量發(fā)起點(diǎn)是下肢腿和軀干，并為遠(yuǎn)端環(huán)節(jié)的快速移動提供固定和支撐。若產(chǎn)生的能量沒有得到充分的釋放，勢必帶來技術(shù)動作的變形和環(huán)節(jié)/關(guān)節(jié)的損傷。曾有學(xué)者利用數(shù)學(xué)模型發(fā)現(xiàn)傳遞到軀干處的能量若出現(xiàn)20%的衰減，則需要肩部環(huán)節(jié)的速度增加70%才能達(dá)到同樣的擊球速度。通常男子網(wǎng)球運(yùn)動員會選擇該類動力鏈激活形式，借助下肢的大肌群提供動力再結(jié)合核心力量的有效吸收耗散，進(jìn)而減少肩部內(nèi)旋力矩的需求[8]。

側(cè)擊發(fā)球動力鏈的激活順序則是利用軀干的肌肉群帶動軀干和手臂完成上擺后的擊打動作，同時上臂也繞著長軸加速旋轉(zhuǎn)，而膝關(guān)節(jié)屈曲和下肢能量供給的作用則大大弱化。這種激活方式不僅增加了肩關(guān)節(jié)處的內(nèi)旋轉(zhuǎn)力矩，肩胛骨的前伸和盂肱的過扭，進(jìn)而提高上旋擊球的效果，當(dāng)然這樣就會減少肩部的外展致使擊球速度不高。所以這類動力鏈激活方式常被女子網(wǎng)球運(yùn)動員和業(yè)余選手所采用，但近端環(huán)節(jié)的不完全激活和運(yùn)用也會造成肩部承受較大的負(fù)荷[11]。

（三）潛在的損傷風(fēng)險

基于生物力學(xué)模型的研究，人們常常把發(fā)球過程分成四個階段：揮臂、上擺、加速和隨揮。在網(wǎng)球的上擺階段具有較大的潛在損傷風(fēng)險，因?yàn)樵谏蠑[的過程中手臂一直外旋，而在上擺末期由于下肢也開始發(fā)力蹬離地面，間接增加肩部外旋的幅度，進(jìn)而造成過多的能量都儲備在上肢被動的彈性結(jié)構(gòu)中，Kibler等人就曾指出上擺過程出現(xiàn)較大的內(nèi)力進(jìn)而造成損傷風(fēng)險。在上擺后期，肩部前關(guān)節(jié)囊會受到40%體重的沖擊，進(jìn)一步引起上盂唇撕裂、及肌腱炎等傷病[5-6]。加速階段也可以分為前后兩個階段，肩部先發(fā)生內(nèi)旋隨后又加速發(fā)力旨在快速轉(zhuǎn)換儲備在肩、肘和背部被動彈性結(jié)構(gòu)中的勢能，進(jìn)而提升球拍的飛行速度，所以該階段肩部承載的外力越大其發(fā)生損傷的風(fēng)險也越大。另外，上肢各關(guān)節(jié)承受的力矩還在軀干和核心區(qū)域之間的互動運(yùn)動中得到進(jìn)一步的增加。因此肱二頭肌肌腱常在隨揮階段發(fā)生炎癥，其原因就是這些組織不僅需要減緩擊球后肩部的內(nèi)旋、下旋，同時還要固定肱骨頭防止其脫位。

三、生物力學(xué)研究歷程

（一）視頻分析技術(shù)或基于marker球的紅外高速運(yùn)動捕捉系統(tǒng)

前期研究主要通過視頻分析技術(shù)或基于marker球的紅外高速運(yùn)動捕捉系統(tǒng)探究網(wǎng)球運(yùn)動員發(fā)球過程的運(yùn)動學(xué)特征[1-2]，球拍物理特性對擊球速度的影響，以及不同發(fā)球技術(shù)之間的差異[7-8]。早在上世紀(jì)80年代，國外學(xué)者就利用一臺攝像機(jī)對網(wǎng)球運(yùn)動員發(fā)球過程中上肢活動進(jìn)行平面拍攝，旨在觀摩技術(shù)動作和了解球拍的擊打效果。若干年后，劉卉借助三維高速攝像機(jī)對我國八名青年女子網(wǎng)球選手大力發(fā)球技術(shù)的運(yùn)動學(xué)參數(shù)進(jìn)行詳盡的描述，揭示平擊發(fā)球技術(shù)屬于鞭打動作的技術(shù)特征，并提出網(wǎng)球發(fā)球技術(shù)的基本原理[1]。在球拍的物理特性研究方面， 國外有學(xué)者等對三種不同物理特性的球拍在平擊發(fā)球動作中對人體肩部施加的負(fù)荷進(jìn)行逆向動力學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量輕的球拍若想達(dá)到同樣的發(fā)球速度其肩部要承受更大的關(guān)節(jié)功率和力矩峰值，同時背闊肌在加速階段和肱二頭肌在隨揮階段的活化程度都低于質(zhì)量重的球拍，因此極易造成肩部的損傷風(fēng)險。Chow等對平擊球和上旋球的技術(shù)動作展開分析與討論，結(jié)果發(fā)現(xiàn)平擊球的擊球位置靠前且前沖速度較大，而上旋球在橫向與縱向上的發(fā)球速度明顯得到提升[6]。另外，兩者在肩部的最大外旋和負(fù)荷強(qiáng)度無顯著性差異，但在隨揮階段受到的擠壓則出現(xiàn)明顯不同。

（二）無標(biāo)志點(diǎn)的運(yùn)動捕捉系統(tǒng)

隨著研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)基于Marker球的實(shí)驗(yàn)研究或多或少都對發(fā)球動作帶來一些影響。近年來生物力學(xué)專家開始致力于無Marker球的人體運(yùn)動分析系統(tǒng)，F(xiàn)leisig等通過兩臺高速攝像機(jī)捕捉網(wǎng)球運(yùn)動員的發(fā)球過程，僅對手臂進(jìn)行數(shù)字化便獲得發(fā)球技術(shù)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)參數(shù)。隨后Abrams等和Sheets等利用其對三種發(fā)球技術(shù)展開生物力學(xué)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比較平擊球和切削兩種技術(shù)，網(wǎng)球運(yùn)動員完成上旋發(fā)球其后背和肩部將受到較大的肌肉力和力矩，而發(fā)切削球時網(wǎng)球運(yùn)動員的肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)所承受的合力和合力矩均最小[4]。

四、發(fā)球方式與傷病預(yù)防

當(dāng)今網(wǎng)壇最為常見的發(fā)球方式主要有三種：平擊球、上旋球和切削球。上旋球是網(wǎng)球運(yùn)動員在比賽中最為常用的發(fā)球技術(shù)，平擊球以水平方式向前推動，兩者相比上旋球則更需要網(wǎng)球運(yùn)動員肩部和后背提供更多的力量來完成擊球動作，所以該部位更易發(fā)生損傷。眾所周知后背疼痛是網(wǎng)球運(yùn)動員的通病，或許在訓(xùn)練和比賽中頻繁采用上旋發(fā)球技術(shù)才是罪魁禍?zhǔn)住Ｆ湓蛘\如Chow等的研究結(jié)果所述在頭后的擊球位置和快速急促的球拍加速迅速增加豎脊肌和斜方肌，腹內(nèi)外斜肌、腹直肌，韌帶和脊柱等部位的負(fù)荷強(qiáng)度，進(jìn)而增加該部位的損傷風(fēng)險[7]。而且與平擊球相比在完成上旋球的隨揮過程，網(wǎng)球運(yùn)動員的肩部不僅會承擔(dān)更高的收縮力，其腹直肌也承擔(dān)較多的能量耗散。另外上述兩種發(fā)球技術(shù)在對網(wǎng)球運(yùn)動員施加負(fù)荷的方向上也不相同，而切削發(fā)球技術(shù)在腕和肘關(guān)節(jié)需要承受的力和力矩則小得多。所以，平時的身體訓(xùn)練要求網(wǎng)球運(yùn)動員多增加胸大肌和肩胛下肌群的力量訓(xùn)練。

五、結(jié)語

本文對網(wǎng)球的發(fā)球技術(shù)、揮拍擊球動作的動力鏈以及發(fā)球方式與損傷風(fēng)險等進(jìn)行概括與總結(jié)，結(jié)果指出網(wǎng)球運(yùn)動員發(fā)上旋球時其后背和肩部將承受較大的損傷風(fēng)險，相反切削球技術(shù)是更貼近人體生理結(jié)構(gòu)的發(fā)球方式，同時在肘和腕關(guān)節(jié)處承受較低的肌肉力和力矩。希望這些研究結(jié)果對于后期的專項(xiàng)訓(xùn)練、傷病的臨床診斷及康復(fù)訓(xùn)練帶來有一定的參考依據(jù)。

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作者單位：

杭州師范大學(xué)體育與健康學(xué)院