排球運動起跳過程中踝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性分析

丁龍 金真郁

中圖分類號：G842? ?文獻(xiàn)標(biāo)識：A? ? ?文章編號：1009-9328（2021）08-052-02

摘? 要? 在運動過程中，踝關(guān)節(jié)損傷是一種較為常見的損傷?，F(xiàn)階段，對于踝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性的分析主要是探討方法學(xué)，而對于運動過程中復(fù)合動作模式下踝關(guān)節(jié)生物力學(xué)特性的研究相對而言是比較少的。基于此，本文以一項具體的實驗為載體，針對排球運動起跳過程中踝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性展開細(xì)致研究，具體為對排球運動員從起跳到落地的整個過程中其踝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性進(jìn)行了分析，希望可以為相關(guān)的研究提供一些有價值參考。

關(guān)鍵詞? 排球運動? 起跳過程? 踝關(guān)節(jié)? 生物力學(xué)特性

對于運動員而言，一旦出現(xiàn)了踝關(guān)節(jié)損傷，就會對其生活質(zhì)量和競技能力帶來極大的負(fù)面影響。因此，為了避免在運動的過程中出現(xiàn)踝關(guān)節(jié)損傷的問題，就要對踝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性進(jìn)行全面掌握。世界范圍內(nèi)已有眾多學(xué)者對足踝力學(xué)進(jìn)行了深入研究，專業(yè)領(lǐng)域?qū)τ谶\動過程中踝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性和造成損傷的原因都已經(jīng)有了較為全面的認(rèn)知，這為防止發(fā)生踝關(guān)節(jié)損傷和發(fā)生損傷后的康復(fù)手段都創(chuàng)造了相應(yīng)的理論支撐條件。但目前這項研究大多是以探討方法論的形式出現(xiàn)的，而研究復(fù)合動作模式下的生物力學(xué)特性相對缺乏。因此，本文以實驗的方式研究了排球運動起跳過程中踝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性。

一、起跳的含義與踝關(guān)節(jié)活動范圍

（一）起跳的含義

對于排球運動員而言，其可以順利完成跳傳球、跳發(fā)球攔網(wǎng)以及扣球等關(guān)鍵性技術(shù)動作的重要支撐條件就是具備良好的急停起跳能力。與此同時，這也是排球運動員可以完成一個良好起跳高度的重要因素。

（二）踝關(guān)節(jié)的活動范圍

第一，踝關(guān)節(jié)活動范圍的大小是與運動項目的種類相關(guān)的。通過對多種項目運動員的踝關(guān)節(jié)進(jìn)行研究和分析我們可以知道，通常情況下舉重運動員的踝關(guān)節(jié)活動范圍與普通人相比要小一些，而游泳運動員的踝關(guān)節(jié)活動范圍要比普通人的大一些。

第二，踝關(guān)節(jié)的活動范圍與從事同一種項目的運動員的成績存在一定的關(guān)系。通過研究我們了解到，在一些競速類項目中成績較差的運動員，他們的踝關(guān)節(jié)活動范圍是要比成績好的運動員小一些的。

二、針對排球運動起跳過程中踝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性展開的實驗

（一）實驗概述

本次試驗的受試者是從某高校中的排球?qū)ｍ棇W(xué)生中選取的20名男生和20名女生，并將其分成了男生組和女生組。男生組的年齡為18歲到22歲，他們的身高區(qū)間為183.5cm到192.5cm，體重區(qū)間為68kg到78kg，腿長區(qū)間為115cm到124cm;女生組的年齡也是在18到22歲之間，身高區(qū)間為168.5cm到175.5cm，體重區(qū)間為57kg到64kg，腿長區(qū)間為95cm到102cm。

選取受試者的標(biāo)準(zhǔn)如下：這些受試者均為國家二級運動員及以上，并且身體狀況良好，踝關(guān)節(jié)沒有受過損傷。如果在實驗之前的一個月之內(nèi)出現(xiàn)過踝關(guān)節(jié)損傷的情況，是不可以參與到實驗中的。這種做法是為了避免出現(xiàn)實驗運動的過程中出現(xiàn)阻礙，或者是在實驗過程中對運動員造成再一次的損傷。除此之外，每一位參與到實驗過程中的受試者都是自愿參加的，并且了解實驗中的所有內(nèi)容。

（二）實驗中所使用到的方法

1.實驗儀器。在該項實驗中，為了對實驗中的各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行更好采集，得到更精確的結(jié)果，運用到了一些專業(yè)的儀器和設(shè)備，包括三維測力臺9281B（Kistler lnc.Schweiz）、三維運動影像采集系統(tǒng)（Vicon Motus9.0）。在實際的實驗中，為了更好地采集到運動員起跳過程中的各個階段中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，采集的區(qū)域應(yīng)該在距離中心臺前后各5m，左右各2m的位置。儀器中的反光求標(biāo)記點要對運動員運動過程中身體的各個關(guān)鍵部位的狀況進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，包括大腿及小腿的外側(cè)中央位置、跟骨正后方以及腓骨小頭外踝等多個重要位置，為實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性提供保障[1]。

2.建立坐標(biāo)系。X軸正方向可以以參加實驗的運動員的前進(jìn)方向測力臺近側(cè)端前方為方向進(jìn)行建立，Y軸正方向即是以與其左側(cè)垂直的方向為建立的方向，Z軸正方向則是以測力臺平面向上的方向為建立的方向。建立好一個完整的坐標(biāo)軸之后，參加實驗的運動員接下來的一切運動動作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都可以在坐標(biāo)軸中有一個鮮明的體現(xiàn)。受試者在運動的過程中，在矢狀面內(nèi)踝關(guān)節(jié)做的是跖屈背伸動作，背伸即正值，跖屈即負(fù)值;在額狀面內(nèi)踝關(guān)節(jié)做的是內(nèi)翻、外翻運動，內(nèi)翻即正值，外翻即負(fù)值;在水平面內(nèi)踝關(guān)節(jié)做的是內(nèi)旋外旋動作，內(nèi)旋即正值，外旋則負(fù)值。

3.采集相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。首先，參與實驗的運動員要在三維測力臺上靜止站立，雙眼直視前方。雙腳分開站立，分開的間距有肩寬一致，對于受試者的靜止?fàn)顟B(tài)數(shù)據(jù)的采集，可以建立出一個與受試者一致的人體模型;其次，運動員要在專門的步道上展示一些雙腳落地、雙腳起跳、跑動急停等動作，要把腳完全踩上測力臺的情況算作一次可以被采用的測試，一共要進(jìn)行三次有效的測量，獲得三組有價值的數(shù)據(jù)，降低可能出現(xiàn)的實驗數(shù)據(jù)誤差。

4.主要觀察指標(biāo)。在整個實驗的過程中，為了切實得到起跳過程中排球運動員踝關(guān)節(jié)的生物特性，需要進(jìn)行觀察的指標(biāo)主要有以下三方面內(nèi)容：第一，三維平面內(nèi)角度特征;第二，三維峰值力矩及時間的變化特性;第三，三維峰值力及時間的變化特征。最終對實驗結(jié)果的分析也是從這三個方面展開的。

三、實驗結(jié)果分析

（一）踝關(guān)節(jié)三維平面內(nèi)角度特性

對于排球運動中的起跳過程，我們可以將其細(xì)致的劃分為五個階段，分別是急停腳著地瞬間、制動著地瞬間運動員身體重心最低瞬間、雙腳蹬離地面瞬間、起跳落地雙腳著地瞬間以及著地階段運動員身體重心最低瞬間。

通過對實驗中獲取到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析我們可以知道，當(dāng)運動員的踝關(guān)節(jié)在矢狀面運動時，除了在雙腳蹬離地面瞬間這一階段中男生組的跖屈角度要小于女生組之外，剩余四個階段二者并無明顯差異;當(dāng)運動員的踝關(guān)節(jié)在額狀面運動時，男生組和女生組在上述的五個階段中都沒有存在明顯的差異;當(dāng)運動員的踝關(guān)節(jié)在水平面內(nèi)運動時男生組和女生組之間也沒有太大的差異，他們踝關(guān)節(jié)變化的角度大致相同。在實驗過程中，通過對女生組的采訪，我們了解到許多女生在日常生活中有穿高跟鞋的習(xí)慣，這也是導(dǎo)致出現(xiàn)差異的原因。穿高跟鞋會導(dǎo)致女生腿部的后群肌肉長時間處在一個緊張的狀態(tài)中，這會導(dǎo)致其前后肌肉力量不均，這在一定程度上會促使女生的踝關(guān)節(jié)跖屈能力高于男生。但是相應(yīng)的，她們的背伸能力就會低于男生[2]。

在實驗的過程中，女生組的跖屈角度要明顯優(yōu)于男生組。對于男生組而言，在起跳階段踝關(guān)節(jié)呈現(xiàn)出內(nèi)旋和內(nèi)翻的狀態(tài)，在落地緩沖的階段則呈現(xiàn)外旋和內(nèi)翻狀態(tài)。造成這種現(xiàn)象的主要原因在于左腿與右腿的力量不平衡以及左腳和右腳沒有實現(xiàn)同時落地，在運動的過程中內(nèi)旋、外旋、內(nèi)翻以及外翻等，對于踝關(guān)節(jié)來說都是十分不利的，會增加出現(xiàn)關(guān)節(jié)損傷的概率。

（二）踝關(guān)節(jié)三維峰力矩值及時間的變化特性

對實驗中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和演算可知，就波峰力矩值出現(xiàn)的時間而言，第一波峰力矩男生組和女生組出現(xiàn)的時間沒有明顯差異，而第二波峰力矩出現(xiàn)的時間，女生組要早于男生組。第一波峰力矩和第二波峰力矩值分別是指在急停起跳階段和落地緩沖階段出現(xiàn)的峰力矩值。通過對峰力矩值出現(xiàn)的時間不同進(jìn)行合理的推斷，我們可知參與試驗的運動員存在著雙腳不同時著地的問題，這是對運動員雙腿力量不均衡一種體現(xiàn)。一般來說，力量較強的腿會比另一條力量較弱的腿更早落地，在運動員緩沖的過程中，力量較強的腿發(fā)揮的作用更大。

運動員的踝關(guān)節(jié)在矢狀面上運動時會出現(xiàn)跖屈力矩。在起跳過程中的急停起跳階段，女生組的峰力矩要小于男生組，并且差異較為明顯。在起跳過程中的落地緩沖階段，女生組的峰力矩要大于男生組，但是差異并不明顯。造成男生組和女生組之間出現(xiàn)差異的原因主要是當(dāng)受試者的踝關(guān)節(jié)在矢狀面中運動時，男生組和女生組之間屈伸的角度是不同的。

除此之外，通過對實驗數(shù)據(jù)的分析可知，當(dāng)受試者的踝關(guān)節(jié)在額狀面和水平面進(jìn)行運動時，會出現(xiàn)內(nèi)外旋力矩和內(nèi)外翻力矩，而在矢狀面中出現(xiàn)差異的兩個階段中，對于額狀面和水平面的情況而言，男生組和女生組之間是沒有存在太大差異的。

（三）不良反應(yīng)

每一個參與到實驗中的受試者，他們在參與試驗的過程中都沒有出現(xiàn)踝關(guān)節(jié)的損傷或者是其他類型的運動損傷。

四、結(jié)語

綜上所述，據(jù)實驗結(jié)果可知，在排球運動的整個起跳過程中，女生相較于男生的跖屈角度更大。在起跳著地的階段，踝關(guān)節(jié)呈現(xiàn)出內(nèi)旋和內(nèi)翻的情況，在落地緩沖的階段，踝關(guān)節(jié)則呈現(xiàn)出外旋和內(nèi)翻的狀態(tài)，并且男生是大于女生的。這兩個階段也是容易出現(xiàn)踝關(guān)節(jié)扭傷的高發(fā)階段。對于三維方向的峰值力矩和峰值力，男生組實驗得到的數(shù)值都是高于女生組的。就在排球運動的整個起跳過程中雙腳落地的時間來看，男生組和女生組之間是沒有差別的，但是有出現(xiàn)兩腿不同時落地的現(xiàn)象，說明受試者的左腿和右腿是存在著力量差異的?；诖?，我們建議排球運動員應(yīng)該提升對于踝關(guān)節(jié)力量、屈伸活動度、穩(wěn)定性等的訓(xùn)練，重視對雙腿力量均衡的調(diào)整，合理控制起跳過程中的動作模式。

參考文獻(xiàn)：

[1]鮑春雨，顏明明.排球運動起跳過程中踝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性[J].中國組織工程研究，2020，24（05）：662-666.

[2]劉玉萍.廣州體育學(xué)院排球?qū)ｍ棇W(xué)生步態(tài)特征與損傷情況研究[D].廣州：廣州體育學(xué)院，2020.