不同赛道维护方式对1 600 m速度赛伊犁马步态特征和比赛成绩的影响

马超鑫，阿迪娜·吾斯曼，贾怡琪，陈 晓，孟 军,2，曾亚琦,2，王建文,2，王川坤，姚新奎,2

(1.新疆农业大学动物科学学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆马繁育与运动生理重点实验室/新疆农业大学马产业研究院，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】目前赛马、马术活动已经在全国各地逐渐开展[1]。赛道表面状况是影响马匹比赛成绩的一个重要因素[2-4]，研究不同赛道维护方式下马匹步态特征和比赛成绩的变化规律可以为伊犁马的训练、选种选育以及赛道维护提供理论依据。【前人研究进展】SymonsJE[5]研究发现，赛道表面的变化可能对马匹产生影响，而赛道维护可以改变赛道表面的机械性能[6，7]，表面机械性能的变化会导致马匹运动学和动力学[8]的变化，影响马匹比赛成绩。赛道维护会使赛道发生显著的变化，主要会改变赛道的压实度、缓冲能力，赛道维护后会降低快步时赛道对马匹的峰值反力[6]。Crevier-DenoixN等[9]指出赛道表面硬度是导致马匹肌肉骨骼损伤的一个重要因素，用于比赛和训练的赛道表面和赛道状况不同会导致马匹受伤率以及受伤位置不同。与运动有关的肌肉骨骼损伤取决于肢体所受到的外部负荷，而施加在肢体上的地面反作用力受到赛道表面特性的影响。【本研究切入点】现阶段国内尚未研究过不同的赛道维护方法对马匹运动学的影响，而国外对赛道的研究也主要集中在马匹损伤、运动生物力学等。需研究赛道状况的差异及分析马匹的运动性能的差异。【拟解决的关键问题】测定不同赛道维护方式下伊犁马1 600 m速度赛步态特征和比赛成绩，分析不同赛道维护方式下，伊犁马步态特征和运动性能的差异，研究不同赛道维护方式对马匹步态特征和比赛成绩的影响，为伊犁马的选种选育和赛道维护提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

选取伊犁哈萨克自治州昭苏马场8匹体尺、体重接近，3岁伊犁马公马为试验对象，所有马匹饲养管理一致，马匹无疾病、无跛行，均由昭苏马场专业骑师策骑，所有骑师水平接近，比赛经验丰富。试验所用赛道是2 000 m椭圆形沙地赛道，由昭苏马场提供并维护。

1.2 方法

比赛开始前，对赛道进行不同程度的处理，使用硬度测量仪测量赛道的硬度，分组情况为：压实组硬度(71.62±10.74)N/cm2、普通组硬度(18.94±3.16)N/cm2、耙地组(10.12±1.73)N/cm2各组硬度差异极显著。在距离起点350 m的直道处、距离起点800 m的弯道处以及终点处赛道外侧各架设一台高速摄像机，用于拍摄马匹各赛段的比赛视频。所有摄像机均与赛道垂直，视野宽度10 m左右。终点处架设终点计时系统记录马匹比赛成绩。组织马匹和骑手到达指定位置并进行1 600 m测试。测试结束后将录制好的视频导入Kinovea视频分析软件，对马匹在各赛段的比赛视频进行分析，获取马匹在各赛段的步态特征。表1

表1 步态特征缩略表

1.3 数据处理

使用Excel2010对所有数据进行整理汇总，SPSS22.0对步态特征、比赛成绩进行One-WayANOVA方差分析和LSD多重比较，结果以平均数±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 不同维护方式下比赛成绩差异性

研究表明，不同赛道维护方式下各组1 600 m途程比赛成绩差异未达到显著水平(P>0.05)，压实组马匹比赛用时(152.29±7.10 s)最少，低于普通组(155.08±6.54 s)和耙地组(156.65±5.92 s)。

2.2 不同维护方式下步态特征差异性

2.2.1 不同维护方式下直道步态特征差异性

研究表明，不同赛道维护方式下直道马匹步态特征存在一定差异。对于时间参数，后位后蹄支撑相耙地组(0.16±0.01 s)、普通组(0.15±0.01 s)极显著高于压实组(0.12±0.01 s)(P<0.01)，耙地组显著高于普通组(P<0.05)；后肢间隔期压实组(0.06±0.01 s)极显著低于耙地组(0.08±0.00 s)和普通组(0.08±0.00 s)(P<0.01)；后肢双支撑相、前位后蹄支撑相压实组(0.05±0.01 s，0.11±0.01 s)极显著低于耙地组(0.08±0.01 s，0.15±0.01 s)(P<0.01)，显著低于普通组(0.07±0.01 s，0.13±0.01 s)(P<0.05)；后位前蹄支撑相、对角双支撑相压实组(0.12±0.01 s，0.06±0.02 s)极显著低于耙地组(0.16±0.01 s，0.11±0.01 s)和普通组(0.15±0.01 s，0.09±0.01 s)(P<0.01)，耙地组显著高于普通组(P<0.05)；前肢双支撑相、前位前蹄支撑相压实组(0.03±0.01 s，0.12±0.01 s)极显著低于耙地组(0.06±0.01 s，0.16±0.01 s)和普通组(0.05±0.01 s，0.15±0.01 s)(P<0.01)；步频压实组(2.39±0.08 s)极显著高于耙地组(2.18±0.05 s)和普通组(2.26±0.04 s)(P<0.01)，耙地组显著低于普通组(P<0.05)。对于空间参数，双支撑相步幅、总步幅、最大开张角度压实组(193.33±17.15 s，592.10±47.71 s，112.00±4.47 s)极显著高于耙地组(163.38±13.2 s，506.75±36.03 s，104.75±3.20 s)(P<0.01)，显著高于普通组(176.05±16.86 s，536.48±33.84 s，108.25±1.75 s)(P<0.05)；前肢步幅压实组(132.03±8.73 s)显著高于耙地组(116.14±13.2 s)(P<0.05)；腾空期步幅压实组(168.47±21.26 s)极显著高于耙地组(125.84±17.29 s)和普通组(138.98±12.48 s)(P<0.01)。表2～3

表2 不同维护方式下直道步态特征时间参数的差异

表3 不同维护方式下直道步态特征空间参数的差异

2.2.2 不同维护方式下弯道步态特征差异性

研究表明，不同赛道维护方式下弯道步态特征存在差异。对于时间参数，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、对角双支撑相、前肢间隔期、前肢双支撑相、前位前蹄支撑相、压实组均极显著低于耙地组和普通组(P<0.01)；后肢双支撑相压实组(0.05±0.01) s极显著低于普通组(0.06±0.01)s(P<0.01)；对角间隔期压实组(0.05±0.01)s极显著高于普通组(0.03±0.01)s(P<0.01)，显著高于耙地组(0.04±0.02)s(P<0.05)；腾空期、步频压实组极显著高于耙地组和普通组(P<0.01)。对于空间参数，腾空期步幅压实组(161.36±25.07)s显著高于普通组(132.84±14.44)s(P<0.05)；最大开张角度压实组(110.50±2.27)s显著高于耙地组(105.88±4.70)s和普通组(105.89±3.59)s(P<0.05)。表4～5

表4 不同维护方式下弯道步态特征时间参数的差异

表5 不同维护方式下弯道步态特征空间参数的差异

2.2.3 不同维护方式下终点步态特征差异性

研究表明，不同赛道维护方式下终点步态特征存在一定差异性。对于时间参数，后位后蹄支撑相压实组(0.12±0.01) s和普通组，(0.12±0.01)s极显著低于耙地组(0.14±0.01)s(P<0.01)；后肢间隔期、前位后蹄支撑相、前肢双支撑相、前位前蹄支撑相压实组显著低于耙地组(P<0.05)；对角间隔期压实组(0.04±0.01)s极显著高于耙地组(0.02±0.01)s(P<0.01)；后位前蹄支撑相压实组(0.12±0.02)s极显著低于耙地组(0.14±0.01)s(P<0.01)；对角双支撑相压实组(0.07±0.02)s极显著低于耙地组(0.11±0.01)s(P<0.01)，耙地组(0.11±0.01)s显著高于普通组(0.09±0.02)s(P<0.05)；步频压实组(2.33±0.09)s极显著高于耙地组(2.16±0.06)s(P<0.01)，耙地组(2.16±0.06)s显著低于普通组(2.28±0.12)s(P<0.05)。对于空间参数，后肢步幅压实组(119.01±22.37)s显著高于普通组(100.35±9.52)s(P<0.05)；双支撑相步幅压实组(173.26±9.05)s极显著高于耙地组(144.71±24.78)s(P<0.01)，耙地组(144.71±24.78)s显著低于普通组(162.86±10.61)s(P<0.05)；最大开张角度压实组(105.75±2.43)s显著高于耙地组(102.86±2.12)s和普通组(103.00±2.33)s(P<0.05)。表6～7

表6 不同维护方式下终点步态特征时间参数的差异

表7 不同维护方式下终点步态特征空间参数的差异

3 讨 论

3.1 赛道维护对比赛成绩的影响

影响马匹比赛成绩的因素有很多，包括马匹的性别、年龄、负重、赛道、骑师、遗传、比赛距离等[11-12]，而赛道表面状况就是其中一个重要因素。Maeda Y等[13]研究发现，对于草地赛道，随着赛道从坚硬变柔软，比赛时间变长。Oikawa M等[14]研究发现，泥地赛道随着赛道水分的增加，赛道变的越硬，比赛时间往往会变的更短。Setterbo JJ等[15]认为合成赛道表面更松软，但是松软性过高可能会影响马匹比赛表现，主要反映在较低的比赛速度和步幅上。与研究结果趋于一致，虽然在不同赛道上未观察到显著差异，但是从数值上来看，压实组比赛用时小于普通组和耙地组，普通组比赛用时小于耙地组，随着赛道硬度的增加比赛用时有减小趋势[16-18]。研究发现，随着赛道硬度的增加，马匹步幅和步频呈增加趋势，这从侧面也证明，马匹速度在较硬赛道上会更快，会缩短比赛时间。

3.2 赛道维护对步态特征的影响

步幅是步态特征重要的组成部分[19]，而步幅又受到骑师[20,21]、赛道状况[22]和马匹体型结构[23]的影响。赛道由于材料组成、含水量、压实度的差异而具有不同的力学特性[24]，马的整体姿势可能会因赛道表面的差异而改变[25]，从而导致马匹步态发生变化。改变赛道表面的硬度会影响肢体的运动学[26-28]。SetterboJJ等[15]研究发现耙地会降低赛道的硬度，导致赛道表面变得更加松软，降低马蹄和赛道表面碰撞时的冲击力，耙地也会使赛道表面发生更大的形变，而耙地效果和耙地深度有关。与研究结果趋于一致，压实组硬度极显著高于耙地组和普通组，耙地组硬度极显著低于普通组硬度。研究发现压实组的步幅大于耙地组和普通组的步幅，普通组的步幅大于耙地组步幅，即随着硬度的增加，马匹步幅呈增加趋势，与ChateauH等[29]研究一致，与较硬沙地赛道相比，马匹在较软的沙地赛道表面上步幅减小。RobinD等[30]在试验室模拟研究中也发现，在较软的人工合成赛道表面上的步幅比在较硬的沙地赛道小，可能是因为较软沙地的赛道会发生更大程度的非弹性形变，此时较软赛道给马匹水平方向和垂直方向的反作用力小于较硬赛道的反作用力。垂直方向地面反作用力决定了腾空期的时间[31]，垂直方向力与腾空期呈正相关，因此在较软赛道上，马匹的腾空期变短，没有充分的时间摆动肢体导致步幅减小。

运动通常用支撑相和摆动相来描述[32]。BurnJF等[8]研究发现，支撑相受到赛道表面的显著影响，支撑相随着赛道表面变形能力的增加而增加。与研究结果趋于一致，耙地组支撑相大于普通组和压实组，普通组支撑相大于压实组，即随着赛道硬度的增加，马匹支撑相呈减小趋势。有研究发现冲击有关的力和减速度与赛道硬度呈正相关[9]，与压实组赛道相比，当马在耙地组赛道上运动时，马蹄受到的地面反作用力和减速度减小，在垂直方向上而言会导致马蹄垂直位移增加；水平方向上，较软的赛道更容易变形，抗剪切性较小，可提供的摩擦力也较小[33]，导致较软赛道上马蹄的水平位移增加。减速度的减小和蹄位移的增加会导致马蹄从运动状态减速到停止状态的时间增加，通过步态时间参数呈现出来便是支撑相增加，与Munoz-NatesF等[34]研究趋于一致，较软赛道表面导致马蹄和地面的作用时间增加。摆动相，无论是直道、弯道、还是终点都未观察到摆动相有显著差异，与BackW等[35]研究趋于一致，摆动相不随速度的改变而改变。腾空期是指马匹的前位前蹄离地到后位后蹄落地的时间间隔。NorthroPAJ等[33]研究发现较硬的赛道可以在推进阶段为马匹提供更大的支撑，而在较软赛道上，肢体施加相同的力的情况下，赛道表面变形更大，地面推进反作用力更小。而较小的反作用力将导致马匹腾空期变短，与研究结果趋于一致，压实组腾空期大于耙地组和普通组腾空期，随着硬度的增加，腾空期有增加趋势。压实组步频大于耙地组和普通组步频，随着硬度的增加，步频有增加趋势，可能是由于支撑相减小会使马匹步频增加，步频越高，单支撑相越短[36]。ChateauH等[29]对速步马的研究发现较软赛道上的步频大于较硬赛道上的步频，与研究结果不一致，可能是由于马匹的速度，步法，比赛类型不同而导致的，还需要进一步的研究。

4 结 论

压实组马匹步幅(直道(592.10±47.71) cm，弯道(563.50±38.09) cm，终点(586.09±73.34) cm)、步频(直道(2.39±0.08) s-1，弯道(2.32±0.12) s-1，终点(2.33±0.09) s-1)较大，支撑相较短，比赛用时(152.29±7.10)s最少。随着赛道硬度的增加，马匹步幅和步频呈增加趋势，支撑相呈下降趋势，腾空期呈增加趋势，最大开张角度呈增加趋势。因此在马匹速度赛和选种选育过程中应考虑赛道的影响，以提高个体选择的准确性。

参考文献(References)

[1] 新疆维吾尔自治区畜牧厅. 新疆现代马产业发展规划(2019-2030年)[J]. 新疆畜牧业, 2020, 35(4): 4-10.

Department of Animal Husbandry of Xinjiang Uygur Autonomous Region. Development plan of modern horse industry in Xinjiang (2019-2030) [J].XinjiangXumuye, 2020, 35(4): 4-10.

[2]Mota M D S D. Genetic correlations between performance at different racing distances in Thoroughbreds[J].LivestockScience, 2006, 104(3): 227-232.

[3]Oki H, Sasaki Y. Estimation of Genetic Trend in Racing Time of Thoroughbred Horse in Japan[J].AnimalScience&Technology, 1996, 67(2): 120-124.

[4]Oki H, Sasaki Y, Willham R L. Estimation of genetic correlations between racing times recorded at different racing distances by restricted maximum likelihood in Thoroughbred racehorses[J].JournalofAnimalBreeding&Genetics, 1997, (114): 105-109.

[5]Symons J E. Hitting the ground running: Relationships between racetrack surface properties and Thoroughbred forelimb dynamics[M]. University of California, Davis, 2015.

[6]Peterson M L, Mcilwraith C W. Effect of track maintenance on mechanical properties of a dirt racetrack: a preliminary study[J].EquineVeterinaryJournal, 2008, 40(6): 602-605.

[7]Setterbo J J, Anh C, Fyhrie P B, et al. Validation of a Laboratory Method for Evaluating Dynamic Properties of Reconstructed Equine Racetrack Surfaces[J].PlosOne, 2012, 7(12): 505-514.

[8]Burn J F, Burn J F, Usmar S J. Hoof landing velocity is related to track surface properties in trotting horses[J].Equine&ComparativeExercisePhysiology, 2007, 2(1): 37-41.

[9]Crevier-Denoix N, Audigié F, Emond A L, et al. Effect of track surface firmness on the development of musculoskeletal injuries in French Trotters during four months of harness race training[J].AmericanJournalofVeterinaryResearch, 2017, 78(11): 1293-1304.

[11]Physick-Sheard P, Avison A, Sears W. Factors Associated with Mortality in Ontario Standardbred Racing: 2003-2015[J].Animals, 2021, 11(4): 10-18.

[13]Maeda Y, Tomioka M, Hanada M, et al. Influence of Track Surface Condition on Racing Times of Thoroughbred Racehorses in Flat Races[J].JournalofEquineVeterinaryScience, 2012, 32(11): 689-695.

[14]Oikawa M, Kusunose R. Fractures sustained by racehorses in Japan during flat racing with special reference to track condition and racing time[J].VeterinaryJournal, 2005, 170(3): 369-374.

[15]Setterbo J J, Yamaguchi A, Hubbard M, et al. Effects of equine racetrack surface type, depth, boundary area, and harrowing on dynamic surface properties measured using a track-testing device in a laboratory setting[J].SportsEngineering, 2011, 14(2-4): 119-137.

[16]Frigerio M A, Cisneros D G, Llorente I S, et al. A kinematic comparison of the locomotor pattern of horses sedated with detomidine alone and in combination with low doses of butorphanol[J].EquineVeterinaryJournal, 2019, (45): 221-229.

[17]Hilary M, Clayton. Horse Species Symposium: Biomechanics of the exercising horse[J].JournalofAnimalScience, 2016, (43): 152-159.

[18]Nankervis K J, Launder E J, Murray R C. The Use of Treadmills Within the Rehabilitation of Horses[J].JournalofEquineVeterinaryScience, 2017, (53): 108-115.

[19]Komosa M, Frckowiak H, Purzyc H, et al. Differences in exterior conformation between primitive, Half-bred and Thoroughbred horses: anatomic-breeding approach[J].JournalofAnimalScience, 2013, 64(4): 1660-1668.

[20]SchÖllhorn W I, Peham C, Licka T, et al. A pattern recognition approach for the quantification of horse and rider interactions[J].EquineVeterinaryJournal, 2006, (47): 582-591.

[21]Gunnarsson V, Stefánsdóttir G, Jansson A, et al. The effect of rider weight and additional weight in Icelandic horses in tlt: Part II. Stride parameters responses[J].Animal, 2017, 11(9): 1-6.

[22]曾亚琦, 王建文, 姚新奎, 等. 青年伊犁马步幅指数及步频指数与运动性能的关联性分析[J]. 中国畜牧兽医, 2021, 48(6): 2091-2100.

ZENG Yaqi, WANG Jianwen, YAO Xinkui, et al. Correlation analysis between stride index, stride frequency index and sports performance of young Yili horses [J].ChinaAnimalHusbandryandVeterinary, 2021, 48(6): 2091-2100.

[23]李林玲. 不同类型马体型结构差异及其与速步赛步态特征相关性分析[D].乌鲁木齐：新疆农业大学, 2016.

LI Linling.Analysisonthedifferenceofbodystructureofdifferenttypesofhorsesanditscorrelationwiththegaitcharacteristicsofspeedwalkingrace[D. Urumqi：Xinjiang Agricultural University, 2016.

[24]Ratzlaff M H, Hyde M L, Hutton D V, et al. Interrelationships between moisture content of the track, dynamic properties of the track and the locomotor forces exerted by galloping horses[J].JournalofEquineVeterinaryScience, 1997, 17(1): 35-42.

[25]Symons J E, Garcia T C, Stover S M. Distal hindlimb kinematics of galloping Thoroughbred racehorses on dirt and synthetic racetrack surfaces[J].EquineVeterinaryJournal, 2014, 46(2): 227-232.

[26]Ferris D P, Liang K, Farley C T. Runners adjust leg stiffness for their first step on a new running surface[J].JournalofBiomechanics, 1999, 32(8): 787-794.

[27]Lejeune T M, Willems P A, Heglund N C. Mechanics and energetics of human locomotion on sand[J].JournalofExperimentalBiology, 1998, 201(13): 2071-2080.

[28]Moritz C T, Farley C T. Human hopping on damped surfaces: strategies for adjusting leg mechanics[J].ProceedingsoftheRoyalSocietyB:BiologicalSciences, 2003, 89(8): 856-862.

[29]Chateau H, Holden L, Robin D, et al. Biomechanical analysis of hoof landing and stride parameters in harness trotter horses running on different tracks of a sand beach (from wet to dry) and on an asphalt road[J].EquineVeterinaryJournal, 2010, 42(38): 488-495.

[30]D, Robin, H., et al. Use of a 3D dynamometric horseshoe to assess the effects of an all-weather waxed track and a crushed sand track at high speed trot: Preliminary study[J].EquineVeterinaryJournal, 2009, (221): 741-747.

[31]于佳彬. 短跑加速阶段与最大速度阶段生物力学特征研究[D].上海：上海体育学院, 2016.

YU Jiabin.Studyonbiomechanicalcharacteristicsofsprintaccelerationstageandmaximumspeedstage[D]. Shanghai: Shanghai Institute of Physical Education, 2016.

[32]Behnke, R. Numerical time-domain modelling of hoof-ground interaction during the stance phase[J].EquineVeterinaryJournal, 2018, (45): 112-118.

[33]Northrop A J, Martin J H, Holt D, et al. Operational temperatures of all-weather thoroughbred racetracks influence surface functional properties[J].BiosystemsEngineering, 2020, (193): 37-45.

[34]Munoz-Nates F, Chateau H, Van Hamme A, et al. Accelerometric and dynamometric measurements of the impact shock of the equine forelimb and hindlimb at high speed trot on six different tracks-preliminary study in one horse[J].ComputerMethodsinBiomechanics&BiomedicalEngineering, 2015, 10(1): 2012-2013.

[35]Back W, Barneveld A, Bruin G, et al. Kinematic detection of superior gait quality in young trotting warmbloods[J].VeterinaryQuarterly, 1994, 16(2): 91-97.

[36]任湘, 孟军, 王建文, 等. 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[J]. 新疆农业科学, 2019, 56(7): 1344-1352.

REN Xiang, MENG Jun, WANG Jianwen, et al. Correlation between subdivided body size of 2-year-old Yili horse and gait characteristics of 3600 m speed race [J].XinjiangAgriculturalSciences, 2019, 56(7): 1344-1352.