2岁伊犁马细分体尺与3 600 m速度赛步态特征间的相关性

任 湘，孟 军，王建文，曾亚琦，孔麒森，褚洪忠，姚新奎，葛世萌，张凯丽，黄晶晶

(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；4.新疆伊犁哈萨克自治州畜牧科学研究所，新疆伊宁 835000)

0 引 言

【研究意义】伊犁马是我国优秀的培育品种之一，具有良好的运动性能。马匹形态测量数据是其重要的性能指标，在育种决策中起重要作用[1]，目前步态特征可反映马匹的运动性能，且马匹的体尺与步态特征存在直接关系，因此，通过研究体尺指标，针对马匹外形和骨骼特征进行体况评估，可间接地表现马匹的运动性能，对于运动马至关重要[2]。【前人研究进展】依据前人研究表明，马匹的平衡非常重要，长距离赛马的尻长较长，尻角较大，可更好地控制后肢运动，有利于马匹的步幅提高[3]，并且马匹肱骨长可增加前肢的伸展[4]，肘关节开张角度大可补偿较短的前肢，管部长度也影响马匹的运动性能[5]。盛装舞步马和场地障碍马与普通马相比，股骨倾角、髋骨倾角、飞节和肩倾角[6]，以及肱骨长和胫骨长可以作为优秀马匹细分体尺的选择指标，用以改善传统鉴定方法[7]。【本研究切入点】目前，关于伊犁马体尺与竞赛性能的研究相对较多，有关体尺与步态特征的研究较少。研究常态化赛事马匹3 600 m途。【拟解决的关键问题】通过对伊犁马细分体尺的测量，研究细分体尺对3 600 m速度赛步态特征的影响，为科学评价伊犁马体型结构提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

选择2018年常态化赛事3 600 m赛事参赛伊犁马15匹作为试验对象，年龄均为2岁。马匹赛前均经过兽医检查，确定无跛行现象。比赛跑道为同一沙地跑道，宽度28 m，周长2 000 m。

1.2 方 法

马匹保持直立姿态，使用测杖与软卷尺测量体高、体长、胸围、管围、胸深5个基础线性体尺。将摄像机垂直架设于平地，由马匹沿水平直线穿过，调整马匹站姿，采集标准姿态下各线性体尺与关节角度等数据。将数据导入Kinovea软件，对视频进行数字化处理。标注分析肩胛骨长、肱骨长、后管长、腰椎长、尻高5个线性体尺指标；颈础角、肩开角、肘关节、飞节、后球关节5个关节角度指标。图1

试验前用钢卷尺测量骑师小腿胫骨长度，作为2D视频长度标尺。马匹竞赛时，在马匹行进路线左侧、赛道外侧的终点前100 m及终点前200 m，分别架设1台JVC-PX 100高速摄像机，帧速率为100 f/s，快门速度为1/1 000 s，视野宽度约14 m，约2个步周期。比赛时拍摄马匹通过摄像机时侧面高清视频，用以获取马匹运动状态步态特征数据。

注：1、体高2、体长3、胸围4、管围5、胸深6、肩胛骨长7、肱骨长8、后管长9、腰椎长10、尻高11、颈础角12、肩开角13、肘关节14、飞节15、后球关节

Note :1. Withers height 2. Body length 3.Thorax girth 4. Fore cannon circumference 5. Chest depth 6. Shoulder length 7. Humerus length 8. Hind cannon length 9. Lumbar length 10. Croup height 11. Neck- ground Angle 12. humeru-radius angle 13. Humeru-radius angle 14. Tibia-metatarsal angle 15. Metatarsal-phalanx angle

图1 体尺详解图示
Fig.1 Detailed description of the body ruler

测试后将数据导入Kinovea软件，对视频进行数字化处理，选取马匹通过摄像机的4个步周期，逐帧分析马匹步频(SF)、后位后蹄支撑相(Stance TH)、前位后蹄支撑相(Stance LH)、后位前蹄支撑相(Stance TF)、前位前蹄支撑相(Stance LF)及后位后蹄摆动相(Swing TH)、前位后蹄摆动相(Swing LH)、后位前蹄摆动相(Swing TF)、前位前蹄摆动相(Swing LF)、后肢双支撑相(Overlap TH-LH)、对角双支撑相(Overlap LH-TF)、前肢双支撑相(Overlap TF-LF)、后肢间隔期(AP TH-LH)、对角间隔期(AP LH-TF)和前肢间隔期(AP TF-LF)、腾空期(AD)、步幅(SL)、后肢步幅(Hind SL)、双支撑相步幅(Mid SL)、前肢步幅(Fore SL)、腾空期步幅(AD SL)、最大开张角度(Stride Angle)。

1.3 数据处理

数据使用Excel整理统计，分析线性体尺、关节角度与步态特征的相关性。使用SPSS19.0做Pearson相关性分析。

表1赛程3600m马匹基础体尺与步态特征间相关性
Table 1 Correlation between basis body measurement and gait characteristics of 3，600 meters

注：同行肩标*表示相关性显著(P<0.05)，**表示相关性极显著(P<0.01),下同

Note：In the same line，values with*mean significant difference(P<0.05)；With**mean extremely significant difference (P<0.01),the same as below

2 结果与分析

2.1 马匹线性体尺与步态特征间相关性

研究表明，在3 600 m赛程中，体高与后肢步幅显著正相关(P<0.05)，与双支撑相步幅显著负相关(P<0.05)；与后位后蹄摆动相、腾空期显著正相关(P<0.05)。体长与后肢步幅极显著正相关(P<0.01)，与前肢步幅显著正相关(P<0.05)。胸围与后肢步幅、前肢步幅极显著正相关(P<0.01)；与前肢双支撑相极显著正相关(P<0.01)，前位前蹄支撑相和腾空期显著正相关(P<0.05)，对角间隔期显著负相关(P<0.05)。管围与后位后蹄支撑相、后肢间隔期、前位后蹄支撑相、后位前蹄支撑相、前肢双支撑相、前位前蹄支撑相极显著正相关(P<0.01)，与步频极显著负相关(P<0.01)，与对角双支撑相显著正相关(P<0.05)。胸深与后肢步幅显著正相关(P<0.05)。表1

研究表明，在3 600 m赛程中，肩胛骨长与腾空期步幅显著负相关(P<0.05)。肱骨长与后位后蹄摆动相显著正相关(P<0.05)。后管长与后肢步幅极显著正相关(P<0.01)；与后肢间隔期、后位前蹄支撑相、前肢双支撑相显著正相关(P<0.05)。尻高与后肢步幅显著正相关(P<0.05)；与对角间隔期显著负相关(P<0.05)，与对角双支撑相、前肢双支撑相、腾空期显著正相关(P<0.05)。腰椎长与后位前蹄摆动相、前位前蹄摆动相显著负相关(P<0.05)。表2

表2赛程3600m马匹线性体尺与步态特征间相关性
Table 2 Correlation between linear body measurement and gait characteristics of 3，600 meters

肩胛骨长Shoulderlength肱骨长Humeruslength后管长Hindcannonlength尻高Croupheight腰椎长Lumbarlength后肢步幅HindSL0.1970.0610.713∗∗0.568∗0.141双支撑相步幅MidSL0.151-0.123-0.432-0.4420.021前肢步幅ForeSL0.416-0.1720.4210.1550.311总步幅SL-0.193-0.4510.125-0.0570.220腾空期步幅ADSL-0.536∗-0.4840.013-0.0810.125最大开张角度StrideAngle0.4140.113-0.045-0.0800.197后位后蹄支撑相StanceTH-0.3400.1020.1940.228-0.169后肢间隔期APTH-LH-0.1380.2510.569∗0.461-0.248后位后蹄摆动相SwingTH0.2800.523∗0.4890.386-0.321后肢双支撑相OverlapTH-LH-0.383-0.133-0.360-0.1780.021对角间隔期APLH-TF0.2280.115-0.406-0.538∗-0.291前位后蹄支撑相StanceLH-0.2110.3070.1650.309-0.101前位后蹄摆动相SwingLH0.2250.4060.5030.334-0.357后位前蹄支撑相StanceTF0.0400.3970.552∗0.4590.078对角双支撑相OverlapLH-TF-0.2570.0370.3720.529∗0.179前肢间隔期APTF-LF-0.0280.4570.2590.135-0.084前肢双支撑相OverlapTF-LF0.0910.1390.581∗0.567∗0.207前位前蹄支撑相StanceLF0.0290.3500.4780.5080.066后位前蹄摆动相SwingTF0.0800.2990.1720.160-0.550∗前位前蹄摆动相SwingLF0.0930.3890.3070.186-0.521∗腾空期AD-0.114-0.1540.4120.587∗0.000步频SF-0.069-0.434-0.475-0.4230.296

2.2 3 600 m马匹关节角度与步态特征间相关性探究

研究表明，在3 600 m赛程中，颈础角与双支撑相步幅显著正相关(P<0.05)。肘关节与对角间隔期显著正相关(P<0.05)。飞节和后球关节与步态特征间无显著相关性。表3

表3赛程3600m马匹关节角度与步态特征相关性
Table 3 Correlation between horse forelimb joint angle and gait characteristics of 3，600 meters

颈础角Neck-groundAngle肩开角Shoulder-humeruangle肘关节Humeru-radiusangle飞节Tibia-metatarsalangle后球关节Metatarsal-phalanxangle后肢步幅HindSL-0.277-0.268-0.372-0.140-0.184双支撑相步幅MidSL0.569∗-0.0980.063-0.1390.409前肢步幅ForeSL0.214-0.316-0.174-0.286-0.051总步幅SL0.292-0.113-0.4330.022-0.126腾空期步幅ADSL0.0880.109-0.3980.249-0.317最大开张角度StrideAngle0.344-0.388-0.007-0.2760.286后位后蹄支撑相StanceTH0.0090.078-0.001-0.295-0.121后肢间隔期APTH-LH-0.036-0.117-0.160-0.478-0.087后位后蹄摆动相SwingTH-0.023-0.2600.073-0.3730.254后肢双支撑相OverlapTH-LH0.0570.2640.1870.090-0.092对角间隔期APLH-TF0.3410.2460.599∗0.1180.192前位后蹄支撑相StanceLH-0.0050.1310.047-0.2370.107前位后蹄摆动相SwingLH-0.015-0.2980.046-0.3980.130后位前蹄支撑相StanceTF-0.094-0.332-0.268-0.4110.089对角双支撑相OverlapLH-TF-0.259-0.132-0.433-0.184-0.102前肢间隔期APTF-LF0.101-0.386-0.208-0.2930.411前肢双支撑相OverlapTF-LF-0.250-0.112-0.197-0.329-0.288前位前蹄支撑相StanceLF-0.155-0.180-0.156-0.3960.033后位前蹄摆动相SwingTF0.0670.0560.334-0.2300.137前位前蹄摆动相SwingLF0.099-0.1110.203-0.2980.192腾空期AD-0.385-0.129-0.351-0.052-0.273步频SF0.0250.179-0.0290.415-0.134

3 讨 论

3.1 线性体尺对步态特征的影响

步幅与步频相乘等于马匹的速度，因此，无论是改变步频或是步幅，两者都将对跑速产生影响[8]。步幅是评价马匹运动性能的重要参数之一[9]，步态特征的微妙变化可能会对其竞赛性能产生影响，并且马匹肢体运动模式的重复性也影响马匹的加速[10]。Duensing[11]确定在结构和性能综合的基础上，可以选择出具有较强竞争力的马匹。

Clayton[12]和Van[13]发现四肢长度越长，步幅越长。当马匹四肢较长时，步长发挥更大的作用。孟军等[14]通过测定7匹伊犁马速步赛比赛成绩与步态特征进行相关性分析，伊犁马的体高、体长与全程速度之间极显著正相关。试验中体高与后肢步幅显著正相关，体长与后肢步幅、前肢步幅显著正相关，表明3 600 m途程下，体高、体长适当增加，会显著提高步幅，进而提升速度。这与孟军[14]研究结果基本一致。

速度赛3 600 m为中长距离比赛，要求马匹有一定持久力，对心肺功能要求较短途速度马更高，且步幅在其中发挥较大作用。试验结果中胸围与后肢步幅、前肢步幅极显著正相关，胸深与后肢步幅显著正相关。表明胸围越大，胸深越深，胸腔容积就越大，供氧能力就越强[15]，在中长距离的比赛中，能使马匹更加稳健的维持或者增加步长。

试验结果中，腰椎长与后位前蹄摆动相、前位前蹄摆动相显著负相关。摆动相上关于运动员的研究表明，优秀短跑运动员一侧腿的支撑时间仅占一个复步时间的22.1%，而摆动时间却占77.9%，两者之比为1∶3.5。由此可得摆动相是赛跑的重要环节[16]。马匹后肢通过腰椎与背部相连，腰椎能够维持马匹躯体的动力传导，同时为马匹后肢触地发力蓄积势能。在2岁伊犁马3 600 m赛程后期，马匹进入疲劳状态，动能损耗越高疲劳感越明显，因此，中长距离马匹时间参数或者步幅的改变不依赖与马匹的主观能动性。腰椎在一定范围内越长，肢体在空中停留时间越短。

后肢肌肉强壮，尻高越高，表明马匹有更大的力量进行跳跃，这在巴西运动马和纯血马[17]中发现证明。在草地跑道比赛时，18月龄马驹体高与尻部更高者有较大机会获胜[18]。在一定范围内，尻高越高的马匹，后肢供给躯体足够的能量，步幅越大。这与试验尻高与后肢步幅显著正相关结果一致。后肢中还包括马的后管部。Nagy[19]研究马匹的管部比其它同等大小的动物更长更轻，并且远端肢体缺乏肌肉，骨骼数量较少，在马匹移动中使其重量最小化，因此,提高了运动效率。试验后管长与后肢步幅极显著正相关，与Nagy研究结果一致。

在3 600 m途程中，管围与步幅参数无显著相关，却与时间参数中后位后蹄支撑相、前位后蹄支撑相、后位前蹄支撑相、前位前蹄支撑相、前肢双支撑相、对角双支撑相、后肢间隔期极显著正相关。有关单支撑相研究表明，随着运行的动物的速度增加，摆动相保持相对恒定[20]，但是站立时间下降使步频增加，即速度越快，步频越高则单支撑相越短，马匹向前推动身体的效率越高，平衡程度越好，运动性能越好。马匹前肢支撑大部分身体重量，而管部的粗细影响前肢的灵活程度。在中长途程中，马匹后期速度变慢，能量消耗较大，整体依赖于自身的拉伸和灵巧的肢体活动。较细的管围在能量消耗较快时，使各项站立时间降低，在中长途比赛中维持较快的步频。这与试验中管围与步频极显著负相关结果一致。管围可作为3 600 m途程竞赛性能的重要指标。

3.2 关节角对步态特征的影响

角度的增加相当于肢体相对躯干部分伸长，而角度的减小意味着收缩。颈础角影响马匹的各项运动。试验结果中，颈础角与双支撑相步幅显著正相关。Solé 等[21]研究表明，颈部角度在一定范围内越高越有利于前肢的延伸。高速运动的马匹，重心易前移，颈的摆动幅度大利于发挥速度，与试验研究一致。

Galisteo等[22]在比较安达卢西亚和荷兰温血马时，荷兰温血马的前肢抬高最大，马匹肘关节和腕关节屈曲也更大。试验研究结果表明，肘关节与对角间隔期显著正相关。曾亚琦等[23]研究，在马匹高速运动中，后肢推动率的增加极有可能作用于在运步期间前肢的大幅前伸，肘关节延伸更大，后位前蹄落地时间越慢，对角间隔期越大。躯体出现暂时性的拉伸，从而引起最大开张角度增加，促使马匹达到高速运动的效果。

马匹较大的飞节角使马匹具备更好的肢体摆动和收缩能力使马匹步幅增加。在一项针对瑞典温血马的研究中，与主要用于休闲活动的骑乘马相比，优秀的盛装舞步和障碍马飞节较大[24]。实验中，飞节与大部分时间参数呈负相关，但不显著，猜测原因为两者运动用途不同造成。

后球关节会影响速度赛马、盛装舞步、障碍赛和西部赛马的后肢运动表现。Gnagey等[25]研究证实，后球关节的撞击、抬离和最大伸展会受到角度的影响，但不会影响站立时后球关节运动的总范围。在3 600 m赛程中，后球关节与双支撑相步幅、最大开张角度正相关，但不显著。可能由于试验赛程较长，后期后球关节未能产生较大的伸展运动，在推动马匹前进时马匹整体开张角度较小。

4 结 论

在3 600 m赛程中，2岁伊犁马的体高、体长、胸围影响马匹后肢步幅和前肢步幅。且马匹管围越小，步频越快，支撑相越短。因此，体高、体长、胸围、管围可以作为伊犁马优秀体型结构的选择指标。

在3 600 m赛程中，2岁伊犁马较大颈础角利于高速下马匹前进过程中的摆动，肘关节越大越有利于前肢抬起。颈础角、肘关节可以作为伊犁马优秀体型结构的重要选择指标。