踝关节训练的优化组合模式及其动力学和运动学分析

刘剑荣

(西南交通大学体育部,四川 成都 610013)

踝关节训练的优化组合模式及其动力学和运动学分析

刘剑荣

(西南交通大学体育部,四川 成都 610013)

对田径中跳跃项目踝关节的速度和力量训练历来是个难以解决的难题。本研究通过实验组和对照组运动员训踝的对比训练实施,运用运动训练学、生物力学、生理学的有关原理对训练前后的结果进行科学、定量的对比分析,探求出四个优化组合训踝方法和手段:最大负荷和极限速度相结合法,轻负荷的专项练习法,加长性收缩训练法,极度用力法,比传统的训踝方法更能达到训踝的理想绩效,有效地解决了训踝难题。

对比训练;定量分析;传统训踝方法;优化组合

按解剖学观点,踝关节是人体“六大关节”之一,虽然在下肢三大关节中最小,但是其工作能力并不弱,特别在跳跃项目起跳过程的蹬伸阶段,它的强弱直接决定完成动作时支撑的稳定性,决定上位环节作用的效率,影响踝蹬伸的时间。如果踝关节各方面的素质好,它可“提前”参与“工作”[1],从而缩短完成工作的时间,提高动作速度。在田径跳跃项目中踝关节的重要性历来被重视,训练的方法和手段也不少。如训练踝关节的力量,常采用的是负重起踵、负重背屈和负重跳等,这些手段加强了踝关节肌肉力量和踝关节韧带的牢固性,但也使踝的柔韧性减弱,活动幅度减少,虽有大力量,却有发不出来的感觉;而在踝关节的速度训练方面常采用负重跳;在弹力的训练上常采用各种跳跃练习来提高踝的弹跳力,如跳台阶、跨步跳、多级跳、蛙跳和跳深等,用这些方法训练后,下肢其他关节和大肌群力量增强效果明显,但对踝的作用相对不显著,踝关节在实际运动中反而显得“有点疲软”,踝总有“吃不饱”的感觉,而下肢其他肌群却训练已超量了[2]。而现代跳高、跳远技术特点和未末发展的趋势是突出以速度为核心,达到速度和力量的完美结合,要求助跑和起跳自然流畅,不应有明显的脱节、停顿[3]。这就要求踝关节具有更高的综合素质,踝蹬伸不但要有力量,还要有速度,达到理想的踝蹬伸效果,因此,有必要更加重视踝关节的训练研究。

1 研究对象

训练研究对象是田径专业男生26人(见表1),训练前将该班随机分成人数均等的实验组和对照组,并测试有关运动学、动力学指标,对两组的各项指标进行统计处理,经过T检验,两组无显著性差异(见表四);训练三个月后再对两组进行生物力学指标及运动学指标测定,对数据定量分析。

表1 分组后两个组的基本情况

2 训练实验方法的设计

2.1 测试仪器及设备

瑞士KISTLER测力系统、爱捷运动图像分析系统、OLYMPUS摄像机、电子秒表、木夹板、标志板、皮尺、橡皮条。

2.2 运动学参数的测定

高度和远度用精确度为0.01厘米的钢尺测量,时间用电子秒表测读,踝的跖曲和背曲角度用OLYMPUS摄像机摄像,然后通过爱捷运动图像分析系统得到。

2.3 运动生物力学参数的获得

(1)双踝垂直向上纵跳的设计。

测试者双膝用木夹前后固定,身体正直自然站立于三维测力台上,双臂伸直上举,手持一粉笔在标志板上画一初始高度,听口令后,双踝关节用力向上跳起,同时,手在标志板上用粉笔画上该次纵跳高度,微机同时描述出该次三维方向的双踝垂直向上纵跳踝发力的三维曲线图,并显示出最大力及最小力的大小,每人该动作共测试三次;

(2)双踝发力向前跳的设计。

同双踝发力垂直纵跳一样,不同是双手背于体后,用力向前跳,记下每次所跳远度,同时,三维测力台记录三个方向的踝用力的曲线及最大力和最小力的值;

(3)起跳腿踝发力垂直向上纵跳的设计。

同双踝垂直向上纵跳的设计一样,不同的是双手背于体后,摆动腿离开测力台,但不允许摆动,听令后,起跳腿垂直纵跳;

(4)起跳腿用力向前纵跳动作的设计。

同起跳腿踝发力垂直向上纵跳的设计一样,不同的是起跳腿用力向前跳。

3 训练方法、手段组合

3.1 实验组的训练方法、手段的最优化组合

实验组的训练负荷参照训练前已测试的踝蹬伸的动力学指标,通过几次测试安排后,踝的负杠铃重量、纵跳高度、远度、次数、组数、跖、背屈度的安排、时间的限制,都符合训练者的实际需要,并在训练中不断调整(见表2)。

3.1.1 最大负荷和极限速度相结合法

①肩负杠铃60kg-80kg,双踝垂直向上跳起,5-10次,放下杠铃,双手背于体后,紧接向上跳起,高度20cm-30cm、10-15次,6-10秒,三组,组间歇3分钟;

②肩负杠铃60kg-80kg,双踝向前跳,5-10次,放下杠铃,双手背于体后,紧接向前跳,远度55cm-85cm、10-15次,10-15秒,三组,组间歇3分钟;

此方法设计的60kg至80kg之间的重量,在此负荷下训练,增加了踝运动肌纤维的募集,踝蹬伸在规定的时间内达到纵跳高度、远度要求。

表2 实验组训练量和强度测试

续表2

3.1.2 轻负荷的专项训练法

①肩负杠铃20kg-40kg,双踝垂直向上跳,高度15cm-25cm,6-10秒,或双踝前跳,远度35cm-60cm, 10-15次,8-12秒,三组,组间歇3分钟;

②肩负杠铃20kg,跑3-5步,起跳腿踝上跳或前跳,高度40cm-50cm,远度120cm-180cm,10-15组,组间歇10秒;

此项训练重点是发展踝肌肉收缩的力量和收缩速度,使踝蹬伸力和速度同时协调发展,用踝最大负荷的40-50%的量训练,如果纵跳高度或前跳远度过多超过设计的要求,说明大关节参与运动,如果达不到设计的要求,说明踝蹬伸有意放慢或蹬伸不充分,则在限制的时间内完不成任务。

3.1.3 加长性收缩训练法

①双手背于体后,从40cm-70cm的台下跳下,紧接双踝垂直向上跳起,高度20cm-30cm,10次,组间歇2分钟;

双手背于体后,从40cm-70cm的台上跳下,紧接着起跳腿踝垂直向上跳起,高度15cm-25cm,10次,三组,组间歇2分钟;

②双手背于体后,双踝发力前跳,30cm,8-12步完成,三组,组间歇3分钟;

双手背于体后,起跳腿踝前跳,30cm,12-14步完成,三组,组间歇3分钟。

此方法目的是踝肌肉在离心收缩下,紧接进行向心收缩,重点是利用退让收缩产生的肌弹性势能,进行主动收缩跳起,达到要求的高度、远度及规定的步数,这样迫使踝活动幅度增大,充分发挥踝本身的肌力及速度。

3.1.4 极度用力法

①双脚站立于高台阶边缘,肩负30kg-40kg重的杠铃,用极限幅度上提下压踵15-30秒,跖屈30°-35°,背屈15°-20°三组,组间歇4分钟;

②双方背于体后,从40cm-70cm的台阶上跳下,接着向上起踵至极限(足趾不离地)15-20次,跖屈35 °-45°三组,组间歇2分钟。

此方法的重点要求踝关节上下活动的幅度大和踝肌肉极度用力,提高踝肌肉、肌腱的韧性和拉伸幅度。

3.2 对照组的训练方法、手段

对照组训练方法与手段选自田径教材,也是教练员、教师普遍认可和习惯沿用的传统训练形式和要求,其训练量和要求完全是符合对照组13人的实际能力(见表3)。

3.2.1 负重训练

①负重起踵:肩负杠铃60kg-80kg,15-20次,3组,组间歇3分钟;

负重深蹲:肩负杠铃60kg-80kg,15-25次,3组,组间歇3分钟;

②肩负杠铃40kg-80kg,向上跳10-20次,3组,向前跳10-20次,3组歇3分钟组间。

3.2.2 各种跳跃练习

①跨步跳:30m-40m,3组,组间歇3分钟;②原地纵跳:10-15次,3组,组间歇3分钟;③后蹬跑:30m-50m,3组,组间歇3分钟。

3.2.3 跳深法

①从40cm-70cm高台上跳下,接着向上跳起,15-20次,组间歇3分钟;

②从40cm-60cm高台上跳下,接着向前跳,15-20次,组间歇3分钟。

训练时间安排:

实验组和对照组训练时间相同,都是十四周,每周三次,每次30分钟,每次训练的安排均在专修课前的准备活动之后。

训练方法、手段实施中的要求:

运动训练应遵循运动训练原则,一次课的训练可采用一种训练方法,也可从四种训练方法中选出两种或几种手段进行训练。

表3 对照组训练量和强度测试

4 实验结果

经过训练,两组踝蹬伸最大力、正压力冲量、腾起速度都有提高,蹬伸时间相对有所延长。但实验组与训练前比,实验组提高明显,经T检验,两组存在显著性差异,特别是实验组踝蹬伸的冲量比对照组有明显增长。从表4看,双踝纵跳冲量,实验组平均值是192.7±9.42牛顿秒,对照组是173.8±8.62牛顿秒,两组差异显著;再看双踝前跳冲量,实验组是208.2± 9.62牛顿秒,对照组是191.79±8.62牛顿秒,两者也存在显著性差异;而从决定跳跃高度、远度的主要因素速度看,双踝纵跳腾起速度,实验组是2.03±0.176米/秒,对照组1.72±0.107米/秒,两者差异明显。反映在纵跳高度成绩上,实验组平均高度为18.97±4.67厘米,对照组16.84±4.23厘米,实验组的平均高度优于对照组。同时,双踝前跳的速度,实验组是2.15± 0.267米/秒,比对照比组的1.99±0.12米/秒,提高明显。从实验前跳远度看,实验组是66.32±10.04厘米,对照组是62.54±8.16厘米,实验组成绩好。从表4来看,起跳腿踝蹬伸的有关素质也反映出,训练后,实验组的训练效果比对照组都较理想。

5 分析与与讨论

5.1 最大负荷和极限速度相结合法

跳高、跳远项目的蹬伸是一个爆发用力的过程,爆发力的产生不仅需要有尽可能多的肌纤维参加工作,同时,还需要这些参加工作的肌纤维收缩得更加迅速,更加同步,要保证这一点,应给中枢神经系统一定量和时间的刺激,使支配肌肉运动的大脑皮质运动中枢发放适宜而集中的高频冲动。用最大负荷进行力量训练,提高了中枢神经系统的兴奋性,使神经一肌肉间形成适宜的相互关系,运动单位处于高水平的募集和最大限度的激活,为肌肉的最大最快发力准备了条件,虽然此时的力量练习没有表现出较快的动作速度,但紧接的速度练习,可把力量练习产生的强大“肌力贮备”转变为“超快速度”的速度练习[4],使人体获得一般练习无法达到的发力速度,而且这种力量和速度相结合的动力性练习,可提高肌纤维同步工作与工作肌肉的协调性,并可使原运动肌和对抗肌肉很好地互相作用[5]。实验组踝采用60kg-80kg的负重训练,刺激了运动神经系统的兴奋,加强神经肌肉的连接,紧接着踝在无负荷状态下的速度练习,并出现“超快现象”。而如果单纯采用负重练习,没有与快速练习结合起来,必将使肌肉收缩力动作的潜伏期延长,收缩幅度减小,长期下去收缩速度下降,肌肉显得紧张,僵硬失调,柔韧性减退,反而发不出最大力。对照组只是单纯采用力量训练,没有和速度练习很好的结合起来,这种力在实际的技术动作中是不会很好体现出来,达不到实际效果(见表4)。

表4 训练前、后两组有关踝的素质对比

续表4

5.2 轻负荷的专项练习法

跳跃项目需要的是爆发力(F.V),需要的是力(F)速度(V)的合理匹配,求得最大功率(P=FV)[6],单纯的最大力或最大速度不可能达到最大的功率。希尔方程认为,实际功率最大值大约只有理想的十分之一,随着载荷的增大,肌肉的收缩速度随之减少,当处于三分之一最大收缩力与速度位置时,功率最大[7]。而一般采用最大力的40-50%的负荷训练,练习动作与踝蹬伸专项动作结构一致,可使肌肉收缩力、速度同时发展。跳跃项目的踏跳腿同时承受人体本身的重力及惯性力,实验组采用轻负荷的专项练习法,对踝来说,力和速度可以得到同时发展,处于最合适的水平,并与踏跳技术相结合练习,在专项中得到体现,使踝蹬伸具备理想功率的条件。从实验结果看,实验组纵跳冲量,训练后达到192.7±9.42牛顿秒,训练前是170. 9±7.21牛顿秒;起跳腿踝纵跳冲量,实验组由186.7± 6.54牛顿秒到196.2±9.78牛顿秒,两组数据变化差异大。对照组单纯采用各种跳跃练习训练,没有与踏跳技术结合起来,这种训练形式下,形成神经肌肉的一系列联系与踏跳动作实际要求的不是十分吻合,训练效果不理想。从表4可知,对照组的有关踝的冲量值3个月训练后没有明显改变。

5.3 加长性收缩训练法

跳跃项目的起跳过程不是一个力的瞬时过程,而是一个变力,是力随时间的累积效应[8],累积效果好,向上动量大,则运动员腾空的初速度也大,在起跳技术合理的条件下,给踝一定的蹬伸时间,充分伸展踝关节,增大其活动幅度,可达到好的起跳效果;同时,可提高起跳前人体重心的初始高度和腾起角。加长性收缩训练法的各种练习,就在于给踝肌肉两个方面的神经冲动,第一个冲动是人体有意识的引起踝肌肉收缩蹬伸,第二个冲动是在踝肌肉的被拉长状态下,牵拉肌纤维中的接受器,接受器发出冲动,冲动达到脊髓再传向肌肉引起踝肌肉收缩(即牵张反射过程),两个冲动同时作用,伸展踝的活动幅度,发挥踝的力量,使踝充分蹬伸,追求快速度起跳。实验组训练后,正压力的冲量效果理想,不但蹬伸时间延长,最大力也提高了,说明不是故意拖延起跳,是符合起跳技术要求的。对照组也采用了跳深的练习,但由于指导思想上有误区,过分强调快速,而不太注重冲量的累积效应,这样身体重心过早超过起跳脚的垂面,无法做出使身体腾空所需要的足够垂直分速度的动作,不利于远度、高度成绩。实验组与对照组的上述差别可以从实验结果的运动学参数体现,实验组训练前后,双踝纵跳高度和前跳远度都有明显变化,高度从16.07±1.47厘米到18.97±4.67厘米,远度从61.71±9.15厘米到66.32±10.04厘米,两者变化显著;而对照组,高度成绩训练前是16.1±50厘米,训练后16.84±1.42厘米,远度从61.4±7.47厘米到62.54±5.16厘米,两者的变化都不如实验组成绩理想。

5.4 极度用力法

踏跳主要是缓冲和蹬伸两个过程,缓冲时由于重力和惯性力作用,控踝肌群作退让收缩(离心收缩),肌肉被迫拉长,蹬伸时,肌肉收缩(向心收缩)肌肉缩短[9]。整个踏跳的过程,控踝肌群产生一个伸缩周期,这要求控踝肌群具有良好伸缩性(柔韧性)。用极度用力法训踝符合踝蹬伸肌肉运动结构要求,最大幅度的快速用力上下运动,并至极限数量的重复,直至参加训练的肌群再也不能进行收缩,需要从大脑皮层发出补充的神经冲动去激发新的运动单位,把踝的每块运动肌充分调动起来,这样,提高了踝的柔韧性和灵活性,增加了力的作用范围与时间,增强了踝肌肉的伸缩性,同时能使肌肉协调性得到改善,从而减少肌肉阻力和增大肌肉合力(肌肉的同步性)。从实验组训练前后的踝蹬伸时间可以说明,训练前实验组起跳腿踝纵跳蹬伸时间0.1±0.01秒,训练后为0.17±0.07秒,有明显的延长,再看起跳腿前跳蹬伸时间,从0.17±0.02秒到0.20±0.014秒,可知训练后,实验组的运动员起跳时踝冲量的累积效应较好,与踝起跳的技术要求相适应,同时肌肉长度的增加,对加快收缩速度也有较大影响,并且,由于伸膝作用,使腓肠肌被拉长,增大了踝跖屈效果。

6 结论

(1)用最大负荷和极限速度相结合训踝,可使控踝肌纤维蓦集更多和收缩速度更快,提高踝蹬伸力和蹬伸速度;

(2)用轻负荷的专项练习法训练,是与踝在跳跃项目中踝蹬伸技术要求相一致的,有较强的针对性、实用性;

(3)加长性收缩训练可达到踝蹬伸的理想功率,从而提高运动成绩;

(4)极度用力法可加强控踝肌群的伸展性,提高踝关节的柔韧性和灵活性;

(5)优化组合模式为踝关节的训练提供了一种很好的训练方法和手段,具有实用性和可操作性。

[1][印度]S.鲍麦克.跑远起跳的生物力学特点研究[J].田径科技信息,2009(8):4-5.

[2]刘剑荣有关踝关节的理论和训练[J].田径,1997(3):24-27.

[3]全国体院田径教材小组编.田径运动高级教程[M].北京:人民体育出版社,2003:401.

[4][英]来尔.显伯等控制踝关节的肌肉机制[J].体育研究, 2011(4):4-5.

[5][澳]沃伦.扬.爆发力项目中神经激活作用与运动成绩[J].体育情报,1999(3):3.

[6][美]詹姆斯跳远生物力学研究的现状[J].国外体育科技,2005(5):3.

[7]B.SBloom New:Vien of the learner implications for instruction and understanding,All our children can learn[M].New york: 1989:32.

[8][美]P.亨生.加长性收缩训练[J].国外体育科技,2011 (6):2.

[9][美]麦克.塔克哈.踝关节力量——跑的主要推动力[J].田径科技信息,2010(12):9.

Optimum Combination of the Ankle Joint Training Pattern and Its Dynam ics and K inematics Analysis

LIU Jian-Rong
(Southwest Jiaotong University,Chengdu Sichuan,610013)

The speed and strength training of the ankle in jumping events in track and field has always been a difficult problem to solve.Based on the contrast between the athletes in the experimental group and the control group in their ankle training,the paper conducts a scientific and quantitative analysis to explore the four approaches of optimum combination of ankle training:the combination ofmaximum load and limiting speed,light load special practicemethod,the prolonged contraction trainingmethod and the extreme forcemethod can bring aboutmore desirable performance than the traditionalmethods of ankle training,which has effectively solved the ankle training problem.

comparative training;quantitative analysis;traditional ankle trainingmethod;optimum combination

G804.6

:A

:1001-9154(2014)08-0083-06

G804.6

:A

:1001-9154(2014)08-0083-06

刘剑荣(1966-),男,湖南人,副教授,博士,留美学者,研究方向:训练学、管理学。

2014-03-14