足部关节动作对短跑技术动作的影响——足底滚动式短跑技术的探索研究

唐 翠，王敏坚

足部关节动作对短跑技术动作的影响
——足底滚动式短跑技术的探索研究

唐 翠1，王敏坚2

研究目的：通过对足部关节技术动作的改变,提高运动员在短跑过程中自身能量的利用率。研究方法：本文通过文献资料发对短跑技术的相关技术构成因素进行了梳理；运用测量法对新技术足底压力情况进行了分析。通过访谈法，对新技术的提出提供了可行性依据；最后通过实践法将足底滚动式的短跑技术与传统的拔地蹬伸技术式进行了简单的比较。研究结果：足底滚动式短跑技术有效的减少了跑动中人体重心“H”的起伏，将更多的动能作用到髋关节，加大了其活动幅度，同是加长了运动员在短跑过程中的加速段的距离。 关键词：短跑；关节动作；足底滚动技术 Abstract: Research aims: through the foot joint technical action changes to improve the energy utilization of athletes in the sprint process. Methods: In this paper, the related technical factors of sprinting technique are combed by the literature and the foot pressure condition of the new technique is analyzed by the measurement method. Through the interview method, the feasibility of the proposed new technology provides a basis for feasibility. Finally, a simple comparison is made between plantar rolling techniques and the traditional way by using practical methods. The results shows that the plantar rolling technique can effectively reduce the fluctuation of human’s center of gravity "H", increase the kinetic energy to the hip joint, and increase the range of its activity. It also prolongs the distance of acceleration phase in dash. Key words: Sprint, joint motion, plantar rolling technique

1 前言

田径被誉为运动之母，而短跑则是田径比赛的灵魂。历届世锦赛和奥运会的田径比赛中的百米飞人大战都会吸引全世界的目光。技术动作的不断创新使短跑技术日益符合人体的运动的规律和项目本身的要求，因此人类极限不断地被提高，传统的观念不断地被打破。肌肉工作的经济性属于运动感觉的重要特性，而肌肉工作能量消耗的减少在高水平竞技体育中意义重大。现代的短跑技术中提倡动作的经济性、实效性，我们势必要对传统的技术做出改变。本文通过对资料的搜集、对专家的走访、和训练的实践，从短跑技术中足部关节动作入手，运用机械能的反弹性原理结合项目核心力量、人体动力传导理念,探讨足部关节动作对短跑技术的影响,探索研究足底滚动式短跑技术。以提高对小关节动作对整体技术影响的认识,加强对项目的技术分析与研究。优化运动员在运动过程中的动力链传导方式以及能量的分配。

2 研究对象和方法

2.1 研究对象

短跑技术中的足部关节动作、足底滚动式短跑技术

2.2 研究方法

2.2.1 文献资料法

本文通过国家图书馆、首都体育学院图书馆、中国知网等数据库查阅了有关人体运动学、运动生物力学等方面的文献，通过对资料的梳理为本文提供了理论依据。

2.2.2 测量法

根据论文需要，利用训练便利机会，选定体校学生6人为测试对象。比利时 Footscan 足底压力平板(如图一)，对运动员短跑途中跑的足底压力进行测量。

图一 足底压力平板测试系统

测量步骤：

(1)将足底压力测试系统放在运动员图中跑的路线上。

(2)运动员穿着平底鞋分别采用传统短跑技术以及足底滚动式短跑技术跑过。

(3)数据采集与分析，采用配套软件 footscan SOFTWARE7.0 采集部分足底压力所占整个支撑时间的百分比。

2.2.3 访谈法

通过对有多年训练经验的教师、教练的走访为本文的可行性提供了保障。

2.2.4 逻辑分析法

对所得数据结合实际的动作特征进行合理的分析。

3 结果与分析

3.1 短跑技术发展与分析

众所周知步长、步频决定了跑的速度，在一个步长周期中可分为支撑(L1、L3)与腾空(L2)两个分量组成，(如图二所示)跑动的速度取决于整个步长周期中的动作质量以及动作速度。传统意义上的跑强调踝关节的趴地动作，利用前脚掌与地面的作用力以及踝关节的蹬伸来获得人体重心一部分向前的作用力,但是足部蹬伸在提高动作幅度的同时，降低了动作节奏，产生了一定的重心起伏(H)，在过渡的蹬伸,以及过快的交替摆动的同时也对运动员的骨骺肌群提出了更高的要求。

图二 一个步长周期示意图

上个世纪60年代末、70年代初，短炮技术发展强调快速的动作速度，以缩短支撑时间来减少腾空,从而减少重心(H)的起伏，于是出现了“屈蹬式”技术，即在跑的后蹬阶段，支撑腿下肢三关节，特别是膝关节不充分伸直(膝角约155°)的后蹬技术。这种技术有效的减少了重心(H)的起伏，但是膝关节没有伸直，限制了股直肌、髂腰肌的活动长度，以至于限制了髋

关节在跑动过程中的活动能力。步频虽然加快，但是动作的向前性大打折扣。由于人体动力链传导的机制，为求在跑动中重心平稳向前,需要消耗能量来进行对躯干的所产生的晃动进行控制。于是我们发现部分运动员的起跑反应非常快,在加速阶段(前30m左右)处在领先位置，但是50m过后动作会变的僵化导致了速度的损失。究其原因，是因为我们在周期性的动作技术中身体各个部分同是消耗的能量都很大，在高速的动作速度下没有很好的能量分配、储备。

最经济性的短跑技术是：60%来自于运动员身体的机械能反弹，仅40%是通过肌群的主动收缩来实现的。我们应将更多的能量分配给髋关节、躯干等项目的身体核心部位，优化我们的能量分配。而足部则是是我们与地面接触最紧密的部位，也是人体动力链传导的源头之一，通过对跑动中足部动作的改变可以更好的提高动能传导的效率，减少技术中能量的消耗。

3.2 短跑技术中的动力传导

动力链是某个动作发力过程中肌肉的发力顺序。人体在运动过程中,通过关节、肌肉所实现的能量传导方式。在运动中人体的踝、膝、髋、腰、肩等关节的角度是否合理，一定程度上决定了动力链传导的效果。在短跑中，足部作为与地面接触的唯一部位，起到了非常重要的作用，被视为外界能量的源头。在短跑过程中我们不仅是用腿跑，还要用躯干跑，用上肢跑，我们需要遵循“1+1+1≥3”的原则(即传导能力和聚合能力)。通过腰部向心形式的管型收缩实现对躯干、重心的稳定控制，通过足部与地面的反作用力以及髋关节的带动实现向前的动能，通过上肢的摆动来控制步幅和节奏。

3.3 髋关节的运动学参数

髋关节是球窝关节，股骨头和髋臼具有各个方向的活动能力。其青年男子髋关节活动角度范围如表1所示。

表1 青年男子髋关节活动角度范围 单位：(°)

*参考自现代运动生物力学[M].P-363人体主要关节运动参数

髋关节作为单一关节的活动能力(髋关节灵活性)直接影响运动能力。对周边的韧带和肌肉力量的加强也能增加髋关节的活动能力。我们在表1中可以发现，髋关节向前屈和向后伸展的幅度在强迫运动下都可以有一定程度的提高，所以把髋关节的灵活性作为短跑技术向前性的重点。

3.4 足底滚动式技术中足部的解剖学意义

在短跑的训练、比赛中我们很难去观察运动员在其跑动过程中足部小关节的细微动作。足部作为在跑动中与地面接触的唯一身体部位，以及人体在跑动中动力链条传导的开始，其意义显得尤为重大。足部骨骼的结构相互之间的衔接十分紧密，所形成的足弓在稳定性方面所起作用很大。关节囊以及韧带的加固以及肌肉收缩所产生的动力作用，均使足部结构非常稳定。跖趾关节由跖骨头与第一节趾骨底借关节囊连结而成, 属球窝关节。从关节面的骨性结构而言, 它可围绕三个轴进行运动, 但由于这些关节没有回旋肌肉的配布, 所以仅能完成屈伸, 内收外展运动以及局部的环转运动。

我们发现当我们把脚趾即跖趾关节(图三)背屈(向上勾紧)，这是由于踇长屈肌腱和趾长屈肌腱的收缩使得踝关节与跖趾关节产生了多关节肌的被动不足的关系，使得整个踝关节活动受限(不容易进行伸、屈等动作)，小腿三头肌中的腓肠肌和比目鱼肌分别起于股骨内上髁、外上髁和胫骨和腓骨后面上部，而止点都终于跟结节。

图三 足部示意图

当跖趾关节背屈勾紧，小腿三头肌收缩，足底则会形成一个半球状。如图二所示。我们在跑动中运用，足底所形成的半球状向前滚动，以取代踝关节的蹬伸，即足底滚动式技术。

3.5 足底滚动式短跑技术的操作

在足底滚动式的短跑技术中我们强调足部的细微动作，通过细微动作的改变，以优化人体运动中动力链的传导方式。我们很容易想象到一个充气饱满的皮球会比一个泄了气的皮球在平地上更容易向前滚动且少会有起伏。在经济性的短跑技术中通过跖趾关节背屈所形成的半球状骨关节的滚动(图四)；同时支撑瞬间膝关节尽量伸直，免去了传统技术中小腿蹬伸的技术环节，将与地面接触所获得的反作用力越过踝关节和膝关节直接作用于髋关节，减少小腿肌群收缩的张力，在蹬离地面的阶段，通过骨骺肌群以及臀大肌的收缩使髋关节前移，将更多的能量给予其他髋关节以及躯干。

图四 骨关节滚动示意图

将小腿三头肌的收缩形式固定，足底的弹性通过其机械能的反弹和足弓、跟腱以及跑鞋前掌的弹性来实现。

3.6 足底滚动式技术的现实依据

运用跖趾关节背屈所形成的半球状骨关节的滚动技术，我们通过跟腱、足弓、和跑鞋前掌形成一个弓形的机械能弹性反射区域。南非著名的残疾人运动员被誉为“刀锋战士”的皮斯托瑞斯的假肢形状就如同现代短跑技术中的足底滚动的机械的反弹性原理。如图五所示。

图五 皮斯托瑞斯假肢运动示意图

皮斯托瑞斯的假肢是有高性能的碳纤维合成材料制成的，由50～80层碳纤维构成(相当于人的踝关节)，不到4公斤重，当皮斯托瑞斯奔跑时，假肢的着地部位形状为半弧形，为了更适合于跑步，“脚掌”还添了一个耐克跑鞋的鞋底。运用价值材料的机械反弹，在运动过程中皮斯托瑞斯更多的将体内的能量用在髋部摆动以及腰背部的控制上。但是由于假肢与身体的连接点需要固定，在动力链的传导过程中必定会出现能量的损失，所以配备有高性能假肢的皮斯托瑞斯的动作还是和常人有差别。

我们在高速的运动过程中也应尽量减少小腿及脚踝的动作，利用足底关节滚动以及身体机械能的反弹，将更多的能量用到项目的身体核心区域，产生向前的动能，避免因过多的脚下动作而导致动力传导的复杂环节产生的部分动作僵化，造成的速度的损失。

3.7 足底滚动式短跑技术与传统短跑技术的足底压力分析比较

3.7.1 足底压力示意图

在足底压力测试系统中将足底分为10个区域。(图6)

1区为第一脚趾，2区为2-5脚趾，3区为第一跖骨，4区为第二跖骨，5区为第三跖骨，6区为第四跖骨，7区为第五跖骨，8区为足弓，9区为足后跟内侧，10区为足后跟外侧。

3.7.2 两种技术足底各区域压力对比

我们将实验对象的数据的有效性进行了筛选，通过统计得出了各区域压力的平均值。(图七、八)由于短跑途中跑技术足跟很少着地，所以我们没有将区域9、区域10统计在内。

图六 足底压力分布图

图七 传统技术各区域压力平均值对比(单位：牛顿)

图八 足底滚动式技术各区域压力平均值对比(单位：牛顿)

通过数据图显示我们发现传动的技术足底压力主要集中在前脚掌的区域内，在区域1和区域2中出现峰值，说明其存在蹬伸动作。足底滚动式技术在足底压力的区域主要集中在3区、4区，即跖趾关节的部位。

3.7.3 运用足底滚动式技术的的反馈

我们通过数据的分析，以及运动员的反馈我们了解到：使用传统短跑技术在100m的前程加速能力显著，但是后程阶段(后40m)的加速能力几乎没有，更多的消耗是控制重心以及保持速度；而采用经济性短跑技术由于足下免去了蹬伸动作，纯靠髋关节的前后摆动以及躯干的向心收缩来维持，在100m起跑阶段加速的能力收到了限制，但是途中的加可以持续到75m左右。

可见通过对足部关节动作的改变可以对短跑技术产生影响，足底滚动式技术对踝关节的稳定性、髋关节的灵活性以及躯干的稳定性提出了很高的要求。目前这种技术正处在萌芽阶段，其理论基础和应用开发仍在探索、证明之中。

4 结论与建议

4.1 结论

足底滚动式短跑技术将脚部的用力点集中在跖趾关节,通过脚部关节的动

作变化将传统的主动用力方式转换成了机械式滚动,从而可以有效的减少了跑动中人体重心“H”的起伏，将更多的动能作用到髋关节，加大了其活动幅度，优化了人体动力链的传导效率以及短跑过程中能量的分配，同是加长了运动员在短跑过程中的加速段的距离。

4.2 建议

提高对关键部位小关节动作对整体技术影响的认识,重视对项目的技术分析，促进相关研究的开展。在短跑的训练、教学中可尝试运用足底滚动式短跑技术。

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The Influence of Foot-joint Movement on Sprint Skill——Research on Plantar Rolling Dash Technique

Tang Cui1, Wang Minjian2

唐翠(1988-)，女，浙江湖州人，助教，硕士，研究方向：体育教学、体育产业研究。

1.嘉兴职业技术学院 社科部体军艺部，浙江 嘉兴 314000 Jiaxing Vocational Technical College, Jiaxing 314000, Zhejiang, China. 2.嘉兴职业技术学院人事处，浙江 嘉兴 314000

G804

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1005-0256(2017)02-0141-4

10.3969/ j.issn.1005-0256.2017.02.062