優(yōu)秀男子400米欄運(yùn)動員關(guān)鍵運(yùn)動學(xué)特征研究綜述

龔旭陽，苑廷剛，侯金寶，韓鵬鵬，劉嘉偉，朱和平

1 前言

跨欄跑項(xiàng)目起源于英國英格蘭，起初由跨越“羊圈柵欄”的游戲演變而來，跨欄項(xiàng)目在19世紀(jì)末被正式列為競技項(xiàng)目之一。而400米欄是由110米欄的基礎(chǔ)上結(jié)合400米跑發(fā)展而來，與其他田徑類項(xiàng)目相比男子400米欄比賽的歷史相對較短。1860年，在牛津大學(xué)舉行的跨欄賽跑首次創(chuàng)下紀(jì)錄，當(dāng)時每位參賽者都要跨過12個欄架。男子400米欄于1900年第二屆奧運(yùn)會被規(guī)定為正式比賽項(xiàng)目，美國選手Walter Tewskbury以57.6s的成績奪冠，1970年在NCAA決賽Wayne Collett(USA)以49.2s的成績打破了現(xiàn)有紀(jì)錄，在1972年的奧運(yùn)會上，John Akii—Bua(UGA)以47.8s的驚人成績領(lǐng)先Mann贏得了比賽，從1977年到1987年，世界紀(jì)錄刷新至47.02s。美國人Kevin Young曾在1992年奧運(yùn)會上跑出46.78s的世界紀(jì)錄[1]。隨著科技的發(fā)展與時代的變遷，現(xiàn)如今男子400米欄無論是運(yùn)動技術(shù)、科技助力、運(yùn)動成績都得到了較大的改善，直至2020東京奧運(yùn)會來自挪威的名將Karsten Warholm以45.94s打破塵封29年之久的原世界紀(jì)錄。這一壯舉將400米欄這一項(xiàng)目引進(jìn)新的階段，推動了世界田徑的發(fā)展。本文緊靠國家體育總局科技助力體育的政策方針，從運(yùn)動生物力學(xué)和運(yùn)動訓(xùn)練學(xué)的視角出發(fā)，分析我國及世界優(yōu)秀男子400米欄運(yùn)動員的關(guān)鍵運(yùn)動學(xué)特征。找尋400米欄關(guān)鍵技術(shù)的普遍規(guī)律，為后續(xù)運(yùn)動員訓(xùn)練提供理論支撐。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 男子400米欄發(fā)展

2.1.1 世界男子400米欄發(fā)展

目前國際田聯(lián)[2]規(guī)定400米欄全程400米，共10個欄架，欄高為0.914米，欄間平跑距離為35米，起跑至第一欄(第一次加速階段)為45米，第十欄至終點(diǎn)(沖刺階段)為40米。男子400米欄要求運(yùn)動員的速度、力量、耐力、技能都需具備較高的水平，是一項(xiàng)節(jié)奏性較強(qiáng)，對運(yùn)動員身體能力與素質(zhì)要求較高的運(yùn)動。

下圖1是近5年來世界男子400米欄第一名的變化趨勢圖，其發(fā)展呈整體上升趨勢，最好成績的獲得者是Karsten WARHOLM在2020東京奧運(yùn)會創(chuàng)下45.94s的世界紀(jì)錄，預(yù)示男子400米欄的發(fā)展前途光明。

圖1 2016年至2021年世界男子400米欄世界第一名變化趨勢圖

綜上所述，男子400米欄項(xiàng)目紀(jì)錄創(chuàng)造的時間較早，目前處于攀升階段。相較于國外，我國男子400米欄發(fā)展前景廣闊，可創(chuàng)造性大。

2.1.2 我國男子400米欄發(fā)展

經(jīng)查閱中國田徑協(xié)會官網(wǎng)[5]，并對2016年至2021年我國男子400米欄運(yùn)動員進(jìn)行整合，可以發(fā)現(xiàn)蔡俊奇和尚碩近五年中有四年穩(wěn)居前三名，成績較為穩(wěn)定。作為后起之秀的謝智宇在2021年全國田徑錦標(biāo)賽暨全運(yùn)會資格賽中創(chuàng)造了個人最好成績，近五年最短用時時間是2021年謝智宇以49.40s所創(chuàng)造。

姚新明[3]對中外男子400米欄運(yùn)動員進(jìn)行對比分析，結(jié)果顯示世界男子400米欄平均接近率93%—97%，我國男子400米欄接近率為92%—95%，數(shù)據(jù)表明我國距世界優(yōu)秀水平亟待提升。縱觀運(yùn)動員年齡，世界優(yōu)秀男女跨欄項(xiàng)目平均年齡為27歲，我國男子400米欄平均年齡為23歲，說明我國男子運(yùn)動員平均運(yùn)動壽命時間更長，呈現(xiàn)出“年輕化”趨勢。

張廷印[4]對2000—2004年度國內(nèi)外男女跨欄運(yùn)動員個人最佳成績進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，2000年(國際奧運(yùn)年)我國男女400米欄運(yùn)動成績表現(xiàn)不突出，但在2001年(全運(yùn)會)成績進(jìn)步明顯，我國跨欄項(xiàng)目更注重全運(yùn)會的比賽，2004年后逐漸把注意力轉(zhuǎn)移到奧運(yùn)會比賽中。

從圖2中不難發(fā)現(xiàn)我國男子400米欄整體發(fā)展趨勢螺旋上升，曲折發(fā)展。仍需教練員、運(yùn)動員、科研人員的不懈努力，為備戰(zhàn)2024年巴黎奧運(yùn)會做準(zhǔn)備。

圖2 2016年至2021年我國男子400米欄前三名運(yùn)動員成績變化趨勢圖

2.2 男子400米欄全程動作技術(shù)階段劃分及關(guān)鍵運(yùn)動學(xué)參數(shù)選取

跨欄是無氧運(yùn)動，在全程動作中需要關(guān)注加速度，踏板節(jié)奏等因素。Janusz Iskra[6]認(rèn)為按照能量角度分為兩個階段：無乳酸階段(1—5欄)，乳酸階段(疲勞階段)。并深入探討跨欄節(jié)奏對空間特征的影響，提出依據(jù)節(jié)奏特點(diǎn)分為五個階段：0—H1(第一加速階段)，H1—H4(最大速度階段)、H4—H7(過渡階段)、H7—H10(速度保持階段)，H10—400(第二加速階段)，其中H1—4，H4—7和H7—10階段均為105m欄段[7]。澳大利亞教練Roy Boyd[8]根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將400米欄全程劃分，把H1—H10稱為跨欄運(yùn)動階段(直道過欄，彎道過欄)和欄間跑階段，其余與節(jié)奏特點(diǎn)劃分相似。孫健[9]對欄間跑技術(shù)進(jìn)行深入研究，把欄間跑分為跑跨技術(shù)、起跨攻欄技術(shù)、過欄技術(shù)、下欄技術(shù)、跨跑技術(shù)。以技術(shù)結(jié)構(gòu)特征為主對全程技術(shù)進(jìn)行分類，即起跑技術(shù)、攻欄技術(shù)、騰空技術(shù)、落地技術(shù)、欄間平跑技術(shù)、沖刺技術(shù)。

趙偉健[10]通過二維，三維視頻圖像解析采集身體質(zhì)心、速度、加速度、角速度、位移、軌跡等運(yùn)動學(xué)參數(shù)指標(biāo)，進(jìn)行定性、定量研究分析，用以評價運(yùn)動員技戰(zhàn)術(shù)能力。運(yùn)動員完成全程跑過程，需要經(jīng)過10次起跨，落地工作，不僅需要適當(dāng)調(diào)節(jié)呼吸節(jié)奏，還需要選擇符合自身的跨欄節(jié)奏。

2.2.1 男子400米欄節(jié)奏的研究

跨欄節(jié)奏是指在400米欄全程跑中運(yùn)動能力(力量、速度、耐力)和跨欄技術(shù)的總稱[11]。協(xié)調(diào)能力與節(jié)奏能力是維持跨欄能力相關(guān)因素，步幅模式取決于運(yùn)動員的腿長與身高。0—H1有7步速與8步速之分，7步速針對高水平運(yùn)動員，用于擺動腿之間的替換。

CASAL, N.[12]對2019年多哈世界田徑錦標(biāo)賽男子400米欄進(jìn)行了視頻錄像解析，在彎道過欄(1、2、6、7、8欄)左腿作為主攻腿更具優(yōu)勢。預(yù)賽和半決賽中運(yùn)動員節(jié)奏變化明顯出現(xiàn)在第七欄，在決賽中運(yùn)動員發(fā)生明顯變化推遲到第九欄。研究結(jié)果顯示：①節(jié)奏都是相對獨(dú)立的正確的。②力量分配和更穩(wěn)定的節(jié)奏結(jié)構(gòu)是取得最佳成績的決定因素。

Janusz Iskra[6]把400米欄運(yùn)動員跨欄節(jié)奏分為同質(zhì)節(jié)奏(偶數(shù))、同質(zhì)節(jié)奏(奇數(shù))、雙交替節(jié)奏、單交替節(jié)奏(主攻腿是左或右)。并對1968年至2015年重大田徑比賽對男子400米欄運(yùn)動員的相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，將運(yùn)動員劃分為三種類型——“速度型”即全程跑中H1—4出現(xiàn)最大速度?！凹夹g(shù)型”即全程跑中H4—7出現(xiàn)最大速度、“耐力型”即全程跑中H7—10出現(xiàn)最大速度。研究結(jié)果顯示，“速度型”運(yùn)動員開始比賽時欄間跑會采取13步步幅模式，在后程跑中采用15步步幅模式，該組步幅變化較大，此模式也稱為“雙減速”；技術(shù)型運(yùn)動員在彎道跑時改變跨欄節(jié)奏的能力；通過觀察速度型和技術(shù)型運(yùn)動員因其賽程前半段速度較快，后期在第七欄出現(xiàn)明顯的后程降速現(xiàn)象，而耐力型運(yùn)動員各個階段速度降幅較小，欄間減速率低，且(H1—4，H4—7)步數(shù)相比其他類型運(yùn)動員有增加[13]。

談春華[14]通過對國內(nèi)外優(yōu)秀男子400米欄運(yùn)動員欄間節(jié)奏進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動員在跑跨結(jié)合階段做到遠(yuǎn)起跨近攻欄，攻欄時運(yùn)用跑欄技術(shù)，積極主動進(jìn)攻，下欄時應(yīng)當(dāng)身體重心前傾，對比發(fā)現(xiàn)國外運(yùn)動員強(qiáng)調(diào)狠攻欄，下欄不積極，影響跨跑階段的銜接。總結(jié)出目前國外優(yōu)秀運(yùn)動員全程跑節(jié)奏波動不大，國內(nèi)優(yōu)秀運(yùn)動員節(jié)奏波動較為明顯的特點(diǎn)。需要改善下欄技術(shù)，以高重心快頻率的欄間平跑技術(shù)為理念，進(jìn)而改進(jìn)欄間節(jié)奏的穩(wěn)定性。

2.2.2 男子400米欄步長的研究

步長(SL)是指左右腳著地點(diǎn)之間的運(yùn)動方向上的距離，由著地距離、騰空距離、后蹬距離三個分量共同構(gòu)成[15]。Janusz Iskra[6]通過研究發(fā)現(xiàn)“雙減速”模式也不是最優(yōu)的選擇，在跑步者改變步長的情況下，比賽到達(dá)乳酸階段(H7)，由于疲勞加劇，不僅速度降低，跨欄運(yùn)動員的步長也減少了(3.73cm—3.39cm)。因此，跨欄運(yùn)動員有必要改變擺動腿，通過改變主攻腿，推遲乳酸閾出現(xiàn)時間。

CASAL, N.[12]發(fā)現(xiàn)92.75%的跨欄運(yùn)動員在比賽中至少改變一次步長。男子400米欄比賽中，第一次變化主要發(fā)生在第7欄。在決賽中，第一個改變推遲到最后兩欄，或不發(fā)生改變。證實(shí)在彎道跨欄(H1、H2、H6、H7、H8)中以左腿為主攻腿，更具優(yōu)勢。

程志強(qiáng)[16]對2001年世界田徑錦標(biāo)賽前八名運(yùn)動員進(jìn)行對比研究，指出步長整體趨勢即呈上升(0—H1/H2)—高峰(H1—H3)—下降(H10)。0—H1平均步長明顯增加，H1—H2平均步長達(dá)到最大，隨著機(jī)體能量的不斷消耗，運(yùn)動員的平均步長隨之減小，優(yōu)秀運(yùn)動員平均最大步長可保持到第五欄。運(yùn)動員欄間跑步長組合搭配共有三組：大長步(2.50m和2.69m)組合搭配技術(shù)跑法；中步長(2.33m、2.50m、2.69m)組合搭配技術(shù)跑法；小步長(2.50m和2.33m)組合搭配技術(shù)跑法。在比賽中不應(yīng)該考慮單一的SL和SF，而應(yīng)根據(jù)每個運(yùn)動員個人特點(diǎn)不同選擇合理搭配。

劉巍，袁吉[17]探討我國4名省隊(duì)400米欄運(yùn)動員，采用視頻圖像解析方法，研究結(jié)論認(rèn)為在跑程中段距離時，孟巖步長，步頻同時減少，造成速度下降。崔志鵬等人[18]通過研究發(fā)現(xiàn)孟巖全程跑中步長較其他三名運(yùn)動員減少(2.18±0.083)，但步頻相應(yīng)增加(3.58±0.164)。由此可知，SL和SF是影響速度的重要因素。

2.2.3 男子400米欄步頻的研究

步頻(SF)是由步數(shù)除以跑步時間所得出的，單位時間內(nèi)所走的步數(shù)[19]。趙偉健[10]對比中外優(yōu)秀400米欄運(yùn)動員得出結(jié)論，全程跑技術(shù)屬于步頻主導(dǎo)型，國外運(yùn)動員采用勻步頻—慢步頻—勻步頻的模式，國內(nèi)兩名運(yùn)動員均采取勻步頻—快步頻或慢步頻—快步頻的模式，表明我國運(yùn)動員在全程跑過程中缺乏平穩(wěn)過渡階段，且快步頻出現(xiàn)的時間越早，全程整體步頻的表現(xiàn)越差，應(yīng)當(dāng)以勻步頻或慢步頻為主，低SF搭配高SL才可保持速度的穩(wěn)態(tài)提升。LINDEMAN[20]發(fā)現(xiàn)在比賽的過渡階段，運(yùn)動員應(yīng)有意識地嘗試增加步頻，同時減少步長。

2.2.4 男子400米欄步數(shù)的研究

步數(shù)是指單位時間內(nèi)雙腳著地的次數(shù)。MCFARLANE, B.[21]指出400米欄運(yùn)動員在開始前30米的時候，應(yīng)該把注意力集中于第一欄，做好跑跨準(zhǔn)備，并在必要的時候?qū)Σ綌?shù)做一些輕微的調(diào)整。

運(yùn)動員在第一階段步數(shù)通常使用20—23步，根據(jù)JOLLY[22]的研究，建議男子運(yùn)動員采取22步的步數(shù)，因?yàn)檫@與欄間15步的節(jié)奏非常相似。當(dāng)0—H1的步數(shù)是偶數(shù)時，運(yùn)動員的起跨腿放在助跑器前側(cè)；當(dāng)步數(shù)是奇數(shù)時，起跨腿位于后側(cè)。

凌占一[23]學(xué)者指出在跨欄時需要考慮彎道跑、身高、質(zhì)心的移動位置等因素，因?yàn)槠鹋軙r處于彎道，故使用右腿作為直跨腿更合適，也有學(xué)者提出不同意見，認(rèn)為彎道跑由于向心力的作用應(yīng)當(dāng)使用左跨腿。但對于步數(shù)的建議是統(tǒng)一的，起跑至第一欄22步配合欄間跑15步，如果是21步配合14步的模式，以此類推，有些運(yùn)動員右腿為主跨腿需要運(yùn)動員對起跑技術(shù)和全程節(jié)奏做出相應(yīng)調(diào)節(jié)，因此起跑至第一欄的步數(shù)是全程跑技術(shù)的基礎(chǔ)。

MCFARLANE[21]指出在跨欄過程中，臀部應(yīng)當(dāng)保持合理發(fā)力，如果臀部不靈活會導(dǎo)致水平速度下降，跨距縮短，那么欄間平跑距離增加，相對的步數(shù)增多。Clement在1936年舉辦的柏林奧運(yùn)會中奪得冠軍，原因是在欄間平跑階段成功地完成了13步步數(shù)，同場的除了Jackson和Green(GBR)欄間平跑都以14步開始之外，其余所有的參賽者以13步模式開始，隨后在欄間平跑中中轉(zhuǎn)換成14，15步步數(shù)。這表明Clement的步數(shù)是最穩(wěn)定的，節(jié)奏感清晰[24]。

2.2.5 男子400米欄速度的研究

速度從運(yùn)動生物力學(xué)的角度出發(fā)是單位時間內(nèi)物體移動的距離，研究400米欄的變量要考慮速度、加速度、水平速度、垂直速度、質(zhì)心移動速度，反應(yīng)時等[15]。

張紹禮等[26]研究表明，男子400米欄技術(shù)評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)有速度發(fā)揮程度，速度保持程度，速度波動程度三方面，分別劃分K1(最快欄間周期時間)，K2(穩(wěn)定系數(shù)即最慢欄間周期與最快欄間周期之差)，K3(節(jié)奏系數(shù)即全程跑中欄間時間之差的標(biāo)準(zhǔn)差)。其中K1表示最高速度，一般最高速度產(chǎn)生在H1—2或H2—3。K2揭示運(yùn)動員專項(xiàng)耐力情況；K3表明從全程速度與空間兩個因素考慮節(jié)奏的變化。

CASAL, N.[12]認(rèn)為優(yōu)秀運(yùn)動員在第五欄速度損失率達(dá)到最小，最快與最慢間隔時間差最小，并與最后沖刺階段相關(guān)度高。Flora Panteli[11]發(fā)現(xiàn)高水平運(yùn)動員能夠加速到H3/H4，并保持速度直到H7/H8。

McDonald和Dapena[27]分析了1988年美國奧運(yùn)會男女跨欄運(yùn)動員發(fā)現(xiàn)，在跨欄離地階段垂直速度增加，水平速度降低。Mann，Herman(1985)[28]指出，在跨欄過程中，質(zhì)心水平速度(CM)是跨欄成績的指標(biāo)，高水平跨欄運(yùn)動員的優(yōu)勢在于其身體重心已經(jīng)較高[19]。

沖刺速度可以通過增加步長或步速來提高。跨欄速度的提高只能通過提高步頻(不一定要大幅度地增加步長)和跨欄之間的步速來實(shí)現(xiàn)。Mitsuo Otsuka和Tadao Isaka[29]學(xué)者表明，快速沖刺速度(短分裂時間)由高步頻(SF)或高步長(SL)決定，SL和SF呈負(fù)相關(guān)，故高SF與高SL會縮短分欄時間，從而提升跨欄完成時間。

2.2.6 男子400米欄反應(yīng)時的研究

反應(yīng)時的意思是從給予運(yùn)動員信號刺激到開始做動作為止的時間，由感覺時和決定時共同構(gòu)成，使大腦皮質(zhì)中中樞神經(jīng)系統(tǒng)的反應(yīng)能力，又名“潛伏期”[25]。

Vesna Babi?，Ana Delalija[30]對2004年奧運(yùn)會短跑和跨欄項(xiàng)目男女運(yùn)動員反應(yīng)時進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明100米/110米欄的反應(yīng)時與400米/400米欄反應(yīng)時差異明顯，男女運(yùn)動員的平均反應(yīng)時間有統(tǒng)計學(xué)上的顯著差異，反應(yīng)時值隨著距離的增加而增加。同樣的跨欄項(xiàng)目(110米欄和400米欄)和十項(xiàng)全能項(xiàng)目(110米跨欄)的反應(yīng)時值不存在統(tǒng)計學(xué)顯著差異。100米，400米的反應(yīng)時間與相同距離的110米跨欄、400米欄沒有統(tǒng)計學(xué)差異。唯一具有統(tǒng)計學(xué)意義的差異是在400米欄比賽的第一輪和半決賽之間，顯著性水平為p=0.018。結(jié)論認(rèn)為：在較長的項(xiàng)目(400米和400米欄)中，男女運(yùn)動員在半決賽階段的反應(yīng)時間存在差異，專注于沖刺階段并不一定意味著更好更快的反應(yīng)時間，需對全程比賽的重要環(huán)節(jié)提前做出預(yù)判。

3 結(jié)論

3.1 依據(jù)運(yùn)動員步幅，步速，步頻進(jìn)行分析綜合而成的相關(guān)規(guī)律，男子400米欄節(jié)奏有不同的模式。針對每個運(yùn)動員的身體形態(tài)特征，對項(xiàng)目的不同表現(xiàn)程度，確定運(yùn)動員類型，進(jìn)行節(jié)奏的分配。每位運(yùn)動員跨欄節(jié)奏都具有不同特點(diǎn)，欄間跑步幅在13—15步，取決于運(yùn)動員跨距長度，但整體節(jié)奏需要保持平穩(wěn)，起伏不宜太大，才可以保障全程跑技術(shù)水平的發(fā)揮。其次是主力腿替換需要依據(jù)運(yùn)動員個人習(xí)慣不同而改變，故跨欄節(jié)奏靈活多變，運(yùn)動員需要找到適合自身的節(jié)奏有助于在賽場中充分發(fā)揮競技能力。

3.2 步長分為大步長、中步長、小步長，步長的縮短意味著步頻的加快，再搭配步長時需要個性化訓(xùn)練，區(qū)別對待不同運(yùn)動員。由于在比賽中體能的迅速消耗，通常步長發(fā)生明顯變化主要表現(xiàn)在第七欄，步長和步頻是影響速度的主要因素。

3.3 步頻是由步數(shù)除以跑步時間所得出的，快步頻出現(xiàn)的時間越早，全程整體步頻的表現(xiàn)越差，國外運(yùn)動員采用勻步頻—慢步頻—勻步頻的模式，國內(nèi)運(yùn)動員均采取勻步頻—快步頻或慢步頻—快步頻的模式。

3.4 當(dāng)前世界主流男子400米欄的步數(shù)模式為起跑至第一欄20—23步優(yōu)秀運(yùn)動員通常采用22步的模式，欄間跑為15步。高水平運(yùn)動員在起跑至第一欄與欄間跑都呈現(xiàn)出奇數(shù)+偶數(shù)或偶數(shù)+奇數(shù)的特點(diǎn)。

3.5 速度可以通過增加步長或步速來提高，男子400米欄最大速度一般出現(xiàn)在前三欄，優(yōu)秀運(yùn)動員最大速度的保持可以持續(xù)到第七欄，在第七欄落地后速度有所下降。

3.6 在男子400欄與女子400米欄比賽中反應(yīng)時有顯著性差異，男子反應(yīng)時無顯著差異，故不應(yīng)過分追求反應(yīng)時，只需把握訓(xùn)練。