伊犁马1 000 m速步训练赛步态特征与肢体角度相关性

孟 军，王建文，孔麒森，曾亚琦，李林玲，张亚昂，任万路，王川坤，蒋文东，姚新奎

(1.新疆农业大学动物科学学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆农业大学马产业研究院，乌鲁木齐 830052；3.新疆驰霄博骏畜牧业有限公司，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】以往对速步赛马匹的调教训练主要以经验为主，对体型结构的研究则主要集中在马匹处于静息状态时其体型结构对性能的影响，由于静息状态与其运动过程之间存在较大差异，因此，通过对运动过程中肢体角度变化对其步态特征的影响研究，为马匹专项调教训练方案制定提供量化的数据参考，对提高速步赛马匹专项运动性能具有重要意义。【前人研究进展】体型结构作为马匹选育及品种鉴定的重要指标，对马匹的性能预测具有重要意义[1,2]。诸多马匹育种专家将不同用途类型的马匹体型结构得分与其经济指标进行相关性研究[3]，并进一步推导出用体型结构对马匹专项用途[4]、肢体结构[5]、步态特征[6]及运动性能[7]等进行评估。马匹关节结构决定着肢体结构及生物力学结构[8,9]。肩端点和耆甲连线与肩端点和肘关节点连线的角度决定了前肢的步高和步幅。如果角度开张程度较大，表明步幅较大，若开张程度较小则步幅较小[10]。对速步马快步进行研究结果表明，在直道与弯道中马匹头部及躯干角度的变化均受其肢体角度的影响[11-13]，同时，肢体角度决定着马匹前肢及后肢的最高幅度，对马匹步频和步幅均有较大影响[14,15]。【本研究切入点】对马匹步态特征分析已经从以往在实验室研究转向更为接近实际比赛的场地研究[16]，但对运动过程中肢体角度的研究鲜有报道。对马匹运动过程中肢体角度和步态特征进行测定，研究运动状态下肢体角度变化对速步赛马匹步态特征的影响。【拟解决的关键问题】以1 000 m速步赛伊犁马为研究对象，通过测定运动过程中直道和弯道肢体角度及步态特征等指标，分析运动中肢体角度与步态特征的相关关系，为速步赛伊犁马的专项性能调教训练提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

选择8匹年龄、体尺接近的伊犁马为试验对象，所有马匹均为母马。试验所用马匹、场地、骑师等均由新疆伊犁哈萨克自治州昭苏马场提供，测试场地为1 000 m沙地跑道。

1.2 方 法

所选试验马匹测定体高，并组织1 000 m速步测试赛，在赛道外侧使用两台50帧/s佳能高速摄像机录制测试赛视频，摄像机固定高度为1.3～1.5 m，与马匹行进轨道垂直中点距离为25±0.5 m。摄像机与马匹行进轨道水平垂直，录制区域8～10 m。其中一台摄像机位于距离赛道起点330 m的直道处，用于录制直道赛事视频；另一台位于位于距离赛道起点530 m的弯道处，用于录制弯道赛事视频。将录制好的视频导入Kwon3D软件用以获取步态特征(步周期速度、前蹄步幅、后蹄步幅、前蹄高、后蹄高和步频)及运动肢体角度(肩关节角、肘角、前飞结角、前球节角、髋关节角、膝角、后飞结角和后球节角)的数据，并计算相关蹄高指数和步幅指数，计算如下：

蹄高指数=蹄高/体高；

步幅指数=步幅/体高。

1.3 数据处理

测定结果通过Excel软件进行数据整理，运用SPSS18.0软件进行配对样本T检验及双变量相关性分析。结果以平均数±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 弯道和直道运动中肢体角度及步态特征差异性分析

研究表明，1 000 m速步测试赛中马匹运动过程中直道和弯道步态特征和肢体角度呈现一定的差异性，其中就步态特征而言，前蹄高指数弯道极显著高于直道(P<0.01)；步频弯道显著高于直道(P<0.05)；前蹄步幅指数、周期速度、步幅和步幅指数弯道均低于直道测定值，后蹄步幅指数和后蹄高指数弯道均高于直道，但两者间差异均不显著(P>0.05)。就肢体最大开张角度而言，肩开角和肘关节角弯道均显著低于直道(P<0.05)；膝关节角、后飞节角和后球节角弯道均低于直道，前飞节角、前球节角和髋关节角弯道均高于直道，但两者间差异均不显著(P>0.05)。就肢体最小闭合角度而言，肩开角弯道极显著低于直道(P<0.01)；膝关节角弯道显著低于直道(P<0.05)；肘关节角、髋关节角、后飞节角和后球节角弯道均低于直道，前飞节角和前球节角弯道均高于直道，但两者间差异均不显著(P>0.05)。表1

2.2 运动中弯道步态特征与肢体角度相关性

研究表明，就肩开角而言，与前蹄步幅指数、步幅和步幅指数呈极显著正相关关系(P<0.01)；与后蹄步幅指数呈显著正相关关系(P<0.05)；与步频呈负相关关系，与周期速度、前蹄高指数和后蹄高指数呈正相关关系，但均不显著(P>0.05)。就肘关节角而言，与步频呈显著正相关关系(P<0.05)；与其余各步态特征均呈不显著负相关关系(P>0.05)。就前飞节角而言，与前蹄高指数呈正相关关系，与其余各步态特征均呈负相关关系，但均不显著(P>0.05)。前球节角与后蹄步幅指数、前蹄高指数和后蹄高指数均呈负相关，与其余各步态特征呈正相关，但均不显著(P>0.05)。髋关节角与周期速度、步频、前蹄高指数和后蹄高指数呈负相关，与其余各步态特征均呈正相关，但均不显著(P>0.05)。膝关节角与后蹄高指数呈极显著正相关(P<0.01)，与周期速度呈显著正相关，与其余各步态特征均呈正相关，但均不显著(P>0.05)。后飞节角与后蹄高指数呈极显著正相关(P<0.01)；与周期速度和后蹄步幅指数呈显著正相关(P<0.05)；与其余各步态特征呈正相关，但均不显著(P>0.05)。后球节角与后蹄高指数呈显著正相关(P<0.05)；与前蹄步幅指数呈负相关，与其余各步态特征均呈正相关，但均不显著(P>0.05)。表2

表1 直道和弯道肢体角度及步态特征T检验Table 1 T-test of body angle and gait feature of straight and curved

表2 伊犁马1 000 m速步赛弯道步态特征与肢体最大开张角度相关性Table 2 Correlation analysis on gait feature and body maximal angles of 1，000 m trot curve in Yili horse

研究表明，肩开角与步频和后蹄高指数呈负相关，与其余各步态特征参数呈正相关，但均不显著(P>0.05)。肘关节角与步频、前蹄高指数和后蹄高指数呈负相关，与其余各步态特征参数呈正相关，但均不显著(P>0.05)。前飞节角与前蹄步幅指数、前蹄高指数、步幅和步幅指数呈负相关，与其余步态特征参数呈正相关，但均不显著(P>0.05)。前球节角与后蹄高指数呈极显著负相关(P<0.01)；与前蹄高指数呈显著负相关(P<0.05)；与其余各步态特征参数呈不显著负相关(P>0.05)。髋关节角和后飞节角均与所测各步态特征参数呈不显著负相关关系(P>0.05)。膝关节角与所测各步态特征均呈不显著正相关关系(P>0.05)。后球节角与步频呈不显著正相关关系(P>0.05)，与其余各步态特征呈不显著负相关(P>0.05)。表3

表3 伊犁马1 000 m速步赛弯道步态特征与肢体最小闭合角度相关性Table 3 Correlation analysis on gait feature and body minimal angles of 1，000 m trot curve in Yili horse

2.3 运动中直道步态特征与肢体角度相关性

研究表明，肩开角与步频和前蹄高指数呈负相关，与其余各步态特征呈正相关，但均不显著(P>0.05)。肘关节角与所测各步态特征参数均呈不显著负相关(P>0.05)。前飞节角与步频呈不显著负相关(P>0.05)，与其余各步态特征参数呈不显著正相关(P>0.05)。前球节角、膝关节角和后飞节角均与所测各步态特征参数呈不显著正相关(P>0.05)。髋关节角与步频、后蹄高指数呈不显著负相关(P>0.05)，与其余各步态特征呈不显著正相关(P>0.05)。后球节角与前蹄高指数和后蹄高指数均呈显著正相关(P<0.05)；与其余各步态特征参数呈不显著正相关(P>0.05)。表4

表4 伊犁马1 000 m速步赛直道步态特征与肢体最大开张角度相关性Table 4 Correlation analysis on gait feature and body maximal angles of 1，000 m trot straight in Yili horse

研究表明，肩开角与周期速度、后蹄步幅指数和步幅呈正相关，与其余各步态特征参数呈负相关，但均不显著(P>0.05)。肘关节角与前蹄高指数呈极显著负相关(P<0.01)；与其余各步态特征参数呈不显著负相关(P>0.05)。前飞节角与所测各步态特征参数均呈不显著正相关(P>0.05)。前球节角与前蹄步幅指数、前蹄高指数、后蹄高指数、步幅和步幅指数均呈显著负相关(P<0.05)；与其余各步态特征参数均呈不显著负相关(P>0.05)。髋关节角与步频和后蹄高指数呈不显著负相关关系(P>0.05)；与其余各步态特征参数呈不显著正相关关系(P>0.05)。膝关节角与步频呈极显著正相关关系(P<0.01)；与后蹄步幅指数和后蹄高指数呈不显著正相关(P>0.05)；与其余各步态特征参数呈不显著负相关(P>0.05)。后飞节角与步频呈不显著正相关(P>0.05)；与其余各步态特征参数呈不显著负相关(P>0.05)。后球节角与步频、后蹄步幅指数、前蹄高指数和后蹄高指数呈不显著负相关(P>0.05)；与其余各步态特征参数呈不显著正相关(P>0.05)。表5

表5 伊犁马1 000 m速步赛直道步态特征与肢体最小闭合角度相关性Table 5 Correlation analysis on gait feature and body minimal angles of 1，000 m trot straight in Yili horse

3 讨 论

研究通过在马匹表面固定标记点[17]，当马匹运动过程中通过提取每帧照片中各标记点的绝对位置和相对位置[18]，从而计算出马匹运动过程中的肢体角度及步态特征变化参数[19]。在马匹的运动过程中，运动速度与步态特征相关[20]，如当马匹进行速步比赛时，其后肢的着地时间较前肢长[21]，因此，在研究马匹运动步态特征时有必要将前、后肢的步态特征区分开。同时，在马匹运动时，其主要表现为肩部及肘部的弯曲及前飞节和前球节的伸展[22-24]，而后肢则主要表现为臀部、膝关节、后球节及后飞节的变化[25,26]，故而研究对关节角度的研究主要集中在这些对运动影响较大的部位。

1 000 m速步赛由于距离相对较短，在比赛过程中时间短，速度快，这就对马匹运动性能与技术提出了更高的要求。同时，由于直道和弯道跑道并不完全一致，弯道部分受到离心力的作用，肢体保持平衡时要求比直道更高，直、弯道间的技术差异也较大[27]，因此在研究的过程中有必要将直道与弯道技术分开进行研究。孟军等[28]也指出运动马在直道及弯道上保持高水平步幅与步频较为困难，同时直道与弯道运动状态差别也较大，需要将直道与弯道的运动状态分开进行研究。此次研究结果表明，直道和弯道前蹄高指数及步频均呈现一定的差异，这主要是由于当马匹处于弯道时，其运动过程中受到离心力的作用，肢体需要有部分的内倾才能更好的保持运动平衡，在此期间，马匹需要不断的调整期运动状态[29]，节奏的不停变换使得马匹能够在较快速度下维持身体的平衡。最大肩开角、最大肘关节角、最小肩开角及最小膝关节角呈现出显著差异，这主要是因为在运动的过程中，几乎所有技术动作均为不同肌肉群共同作用的结果，由于在直道和弯道中运动状态有所不同，其肌肉激发状态也会有所差异[30]；同时，在弯道中进行运动时，离心力作用使得躯体维持平衡状态需要更大的力量支撑，这也可能是肢体角度呈现一定差异的原因。

有相关的研究表明，速步马比赛时的速度与步频和步幅之间呈极显著正相关[31]，国外通过对速步马速度与步态特征的研究结果表明速度与步幅呈显著相关[32]，其中步幅主要受肌肉的收缩力及其机体解剖结构的影响[33]。对马匹而言，肩部及后肢的角度对肢体的运动有着重要影响，其中主要是对其四肢力量的影响[34]。此次试验结果显示在弯道时，肩最大开张角度与其步幅及步幅指数均呈极显著正相关，这主要是由于马匹肩角度与其四肢的力量关系较为密切[34]，在马匹运动过程中，肩开角处于正常范围内时，肩开角越大，能够更好的发挥马匹肢体的力量作用，使得马匹肢体的推进作用更为显著，从而促进马匹步幅的提升。膝关节最大开张角度、后飞节开张角与弯道周期速度呈正相关，这表明马匹在弯道运动过程中，其前肢、后肢的摆动角度越大时其周期速度也越大，马匹在弯道运动过程中，为了更好的提升弯道速度，可以针对马匹进行膝关节角和后飞节角进行专项训练。试验的研究结果显示，在直道时步频与膝关节最小闭合角呈极显著正相关，这可能是由于在直道运动过程中，马匹膝关节角度收缩，能够为马匹提供更大的爆发力，表明在1 000 m速步赛中直道时马匹膝关节最小闭合角在合理的范围内其值越小，马匹直道中步频越大，在速步赛马匹的专项调教训练中可以通过训练马匹膝关节角，使该角度在合理范围内尽量缩小，这对提升其直道步频具有一定的作用。

4 结 论

通过分别对1 000 m速步赛伊犁马直道和弯道的最大及最小肢体角度与步态特征进行相关性分析表明，在弯道中膝关节最大开张角、后飞节开张角与周期速度及后蹄高指数呈显著正相关，肩开角最大开张角与步幅和步幅指数呈极显著正相关，前球节角最小闭合角与后蹄高指数呈极显著负相关；在直道中后球节角最大开张角与前蹄高指数和后蹄高指数呈显著相关，膝关节角最小闭合角与步频呈极显著正相关，肘关节角最小闭合角与前蹄高指数呈极显著负相关，在速步马调教过程中可针对弯道进行肩最大开张角及膝关节最大开张角进行训练，用以提高其步幅及周期速度；针对直道进行膝关节最小闭合角进行训练，用以提高其步频。