跳落方向对下肢优势侧与非优势侧的生物力学影响①

杨海琪

(苏州大学体育学院 江苏苏州 215000)

起跳—落地的过程不管是在人们日常生活中，还是在竞技项目的比赛中都随处可见，跳落方向的适当性影响着技术动作的衔接及下肢安全性。针对不同方向跳落，大多数研究主要集中在双腿落地过程，而对单腿落地过程研究较少。

1 研究现状

跳跃动作次数越多的项目，发生运动损伤的概率就越大。在美国某大学体操训练规模达到1000人次的训练比赛中发现，男、女运动员在运动中平均受伤次数分别为8.78次和9.37次。由于性别差异影响，大多数运动项目中女子运动员损伤概率都大于男子，并且在跳落过程中女子最大垂直地面反作用力要显著高于男子。髌腱病是起跳运动员发病的主要原因。着陆力学被认为是与髌腱异常相关的因素，从澳大利亚篮球发展训练营招募36名青少年精英篮球运动员（男性18名，女性18名），进行一系列的落地实验，发现患有PT的运动员在初始足地接触时显示出类似的膝关节屈曲角度，在停跳水平着陆时采取类似的臀部伸展策略；评价不同年龄与性别受试者的立定跳远成绩，结果显示，在所有变量上，年轻组（5～6岁）和年长组（6～7岁）的跳跃技能存在显著的统计学差异；男、女生立定跳远的成绩无显著差异。关于利用运动生物力学及肌电等研究人的起跳能力很常见，但是这些研究一般是以跳落过程中双侧下肢高度一致的想法为前提，所以许多实验只对一侧下肢进行了数据采集，研究也仅对一侧肢体进行分析。在有关踝关节位置对小腿三头肌收缩性能及运动单位放电率影响的研究中，研究者发现，小腿三头肌的长度—张力关系可以通过改变膝关节位置、踝关节位置或两者来改变。单腿着地与非计划侧着地的生物力学比较，结果表明，与单腿落地和单腿反跳相比，单腿跳跃着陆任务的关节力矩峰值、力量峰值和功峰值较大。与着陆任务相比，在非计划侧着地下，额面和矢状面膝关节力矩、膝关节力量及髋关节和膝关节功的峰值更大。有学者招募了10名健康的男性为受试者，令其从30cm、45cm、60cm、75cm和90cm5个高度分别进行了5次成功的阶梯着陆试验，结果发现在更高的情况下，减震效果有所增加，但在5个着陆高度上的变化很小。与其他运动项目相比，如头球和守门员很少受到关注；一些技术，如传球和抢球、抢断、摔倒行为、跳跃、跑步、短跑、起跑、停球和改变方向，没有受到任何详细的生物力学调查，足球运动员不仅要适应运动场地表面类型，还要从一个表面转移到另一个表面，也是相关损伤的主要病因。因此，该文为模拟实际运动方向不确定性的情况，设计3种跳落方向。

有研究发现，起跳落地方向是在着地过程中是否造成伤害的重要影响因素，且仅在向前的起跳落地过程中，发生下肢伤害的概率是最低的。相关文献往往侧重于优势侧生物力学领域的研究，而将非优势侧和跳落方向与之融入的相关研究较少。在研究正常人的步态对称性和占优势的一侧时，一些学者得出结论，正常人占优势的一侧主要用于运动控制，另一侧负责姿势稳定。人的肢体对称性是天生的，由于后期的劳动和习惯开始出现差异，久而久之差异强化，随之肢体开始出现优势侧与非优势侧之分。

2 研究对象与方法

2.1 实验对象

实验招募12名女性在校大学生，为了使实验达到最好的效果，这些学生被要求最近7天内不能有剧烈运动才有资格参加，所以实验之前必须休息良好，最近3个月未发生相关运动损伤，受试者心理状态良好。所有受试者在实验之前都知道实验的内容，但不知道实验的目的。最终12名受试者入围实验，为了减少测量误差，受试者的各项指标均由同一人测量。跑步机热身5min后，测量受试者左右腿单脚立定跳数据，测量方法参照张英媛的研究，并确定优势侧与非优势侧。

2.2 实验设备与过程

2.2.1 设备与仪器

（1）Vicon运动捕捉系统，配套直径14mm的红外反光球，选用系统中下半身模型，共16个点。（2）三维测力台。（3）其他：游标卡尺，皮尺。

2.2.2 实验过程

让受试者进行练习至熟练。跑步机慢走热身5min，后开始进行实验。受试者位于距力台中心标志点1m的正向、斜向、侧向3个方向起跳。两手掐腰，身体正直，双腿起跳，起跳时双腿开立约与肩宽，受试者听口令开始起跳，优势侧落地落于力台的标志点处，且身体能够保持稳定算为成功。

2.3 指标选取

三维测力平台主要记录跳落过程中产生的力的三维变化，选取跳落的动力学指标的x、y、z轴方向的峰值力。采集运动过程关节角度变化，选择膝、髋、踝节角度峰值为运动学指标，根据采样频率推算相关数据时间，从而进一步计算衍生指标载荷率（载荷率=垂直地面反作用力峰值/峰值时间）。

2.4 分析统计方法

采用配对t检验比较3个方向的优势腿与非优势进行跳落的生物力学数据，结果用“均值±标准差”表示，P值小于0.05表示差异具有显著性，否则不具有显著性。

3 研究结果

3.1 同方向下优势侧与非优势侧落地下肢生物力学差异比较

各生物力学指标统计通过配对样本t检验，分析同方向优势侧与非优势侧数据如下：正向起跳落地，优势侧与非优势侧在踝关节屈曲角度最大值差异显著；斜向45°起跳落地时，双侧的膝关节屈曲角度最大值差异显著，优势侧和非优势侧的踝关节屈曲角度最大值具有显著性差异；侧向跳落时也如此，以上显著性P值均小于0.05。

3.2 优势侧在3个方向落地下肢生物力学差异比较

各生物力学指标统计通过配对样本t检验分析优势侧组内三方向数据如下。峰值时间：正向、斜向、侧向的峰值时间长短上呈递增状态；正向与侧向的差异具有显著性；斜向与侧向的差异具有显著性。载荷率：侧向与正向差异具有显著性。x轴地面反作用力：正向、斜向、侧向的x轴地面反作用力值上呈递增状态，正向与斜向差异具有显著性；正向与侧向差异具有显著性。y轴地面反作用力：正向与斜向差异具有显著性；正向与侧向差异具有显著性；斜向与侧向差异具有显著性。以上所有显著性P值均小于0.05。但是在髋关节角度、膝关节角度、踝关节角度和z轴方向上的力差异不显著。

3.3 非优势侧在3个方向落地下肢生物力学差异比较

PVGRE：正向、斜向、侧向的x轴地面反作用力值上呈递减状态，正向与斜向差异具有显著性；正向与侧向差异具有显著性。峰值时间：正向、斜向、侧向的峰值时间长短上呈递增状态；正向与侧向的差异具有显著性；斜向与侧向的差异具有显著性。载荷率：正向、斜向、侧向的峰值时间长短上呈递减状态；正向与侧向的差异具有显著性；斜向与侧向的差异具有显著性。x轴地面反作用力：正向与斜向差异具有显著性；正向与侧向差异具有显著性。y轴地面反作用力：正向与斜向差异具有显著性；正向与侧向差异具有显著性；斜向与侧向差异具有显著性。最大屈曲髋角：正向与斜向差异具有显著性。最大屈曲膝角、踝角均不存在显著性差异。

4 分析与讨论

有国外的学者分析了双腿连续垂直跳落的生物力学，发生了非优势侧限制了关节的屈曲和伸展，从而降低了起跳落地这一过程的受伤风险。对优势与非优势两侧分别在跳落过程中腿部的僵硬度进行数据分析发现，优势侧腿部刚度较高，原因是由于优势侧具有较为发达的腿部肌肉，该文结果与之相同：在斜向跳落时，膝关节屈曲角度峰值非优势侧大于优势侧。该研究表明，优势侧大于非优势侧的踝关节屈曲角度在每个方向上差异显著，而地面反作用力峰值无显著性差异。考虑到可能是由于优势侧有较大的下肢僵硬程度，但踝关节屈曲角又较大，因此指出了垂直地面反作用力峰值无显著性差异的原因。虽然每一名测试对象，都为两侧的单腿跳落，但由于性别的原因男女在跳距的差距明显，这也解释了试验优势侧与非优势侧为主导因素，3个方向地面垂直反作用力峰值没有显著性差异的原因可能是由于受试者为女性。

在优势侧落地下，峰值时间侧向大于正向和斜向，且差异具有显著性。猜想与侧向跳落的难度较大有关。内外方向即x轴方向地面反作用力峰值，斜向和侧向均显著大于正向，研究认为，尽管在内部和外部方向上的地面反作用力很小，但也有利于肢体的平衡与控制的稳定性，也是导致膝关节炎的重要因素之一。所以，不同方向的差异不容忽视。因此，不同方向的差异不容忽视。应重视临床诊断，治疗和康复等相关领域。y轴即前后方向上的力，三方向相互间的差异均具有显著性，这与殷冉的实验结果一致，这是由于不同跳落方向造成的不同地面反作用力。

在非优势侧落地下，与倾斜和横向相比，髋部屈曲角度和垂直地面反作用力的峰值在向前方向上有显著不同。而优势侧并没有表现此差异，猜想可能与非优势侧有着较小的肌肉力量导致较大的下肢灵活度有关系。

5 结语

在日常的体能训练中，不要忽略踝关节和髋关节周围肌群在跳落过程中的能量吸收，并且可以加强跖屈肌群和髋屈肌群的训练，这对在不同方向落地后肢体的平衡与稳定有很大的帮助。日常多进行斜向和侧向肌群的辅助训练以降低运动损伤出现的概率。