朱興濤，賈 誼，于 芳

競走是田徑比賽中具有特殊規(guī)則的比賽項(xiàng)目，也是我國在世界大賽中具有很強(qiáng)競爭力的項(xiàng)目之一。競走屬于技術(shù)、耐力性項(xiàng)目。我國積極吸收國外競走技術(shù)訓(xùn)練方法，從生理學(xué)、生物力學(xué)和人體解剖學(xué)基礎(chǔ)理論對競走技術(shù)訓(xùn)練理念進(jìn)行了創(chuàng)新。競走技術(shù)的合理性，對于競走比賽成績的取得具有重要意義。在2012奧運(yùn)會(huì)上我國男子競走項(xiàng)目奪得了冠軍，說明我國競走項(xiàng)目處于世界領(lǐng)先水平，也標(biāo)志著我國在競走技術(shù)方面取得了驕人的成績。“工欲善其事，必先利其器”。競走運(yùn)動(dòng)技術(shù)可以通過鞋底類型的改變，進(jìn)而使鞋底與接觸地之間的相對運(yùn)行方式發(fā)生變化，從而改變競走運(yùn)動(dòng)員的下肢相關(guān)肌肉群的收縮活動(dòng)，降低競走運(yùn)動(dòng)員的身體能耗、增加競走速度來進(jìn)一步提高競走運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)成績。

1 競走的特點(diǎn)(設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ))

(1)競走運(yùn)動(dòng)是由單腳支撐與雙腳支撐相互交替，逐步向前的周期性運(yùn)動(dòng)。競走運(yùn)動(dòng)的技術(shù)特點(diǎn)除沒有騰空、步頻快、步幅大、走速高、有髖轉(zhuǎn)動(dòng)作外，主要是在動(dòng)作結(jié)構(gòu)要求前腳跟在接觸地瞬間必須伸直，直至與身體垂直，膝關(guān)節(jié)不得彎曲。在競走時(shí)頭部正直，兩眼平視，軀干正直或稍前傾，擺臂時(shí)兩臂以肩為軸，前擺兩手不超過身體中線、向上不超過下頜;后擺時(shí)肘關(guān)節(jié)稍向外，大小臂夾角一般在90°左右，擺臂起到維持人體平衡、增大步幅、加快步頻的作用。下肢動(dòng)作是競走技術(shù)中的重中之重。在競走過程中不得騰空，評判的標(biāo)準(zhǔn)僅通過人眼成像的時(shí)限42ms。有研究表明42ms為合理騰空時(shí)限，42ms～70ms為模糊時(shí)限，大于70ms為犯規(guī)騰空時(shí)限［1］。在直線競走的過程中，兩腳著地在一條直線上，腳尖指向正前方，髖關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)、髖部速度有繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)的水平速度、額狀軸左右轉(zhuǎn)動(dòng)速度和繞矢狀軸轉(zhuǎn)動(dòng)的垂直分速度合成等特點(diǎn)。

(2)從競走技術(shù)定義來看，競走是一種“復(fù)合鐘擺運(yùn)動(dòng)”，髖和下肢肌肉群的放松是核心。根據(jù)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，髖部關(guān)節(jié)是肌肉包繞盆骨的“樞環(huán)”關(guān)節(jié)。髖部周圍肌肉群放松是關(guān)鍵，后蹬結(jié)束后擺動(dòng)腿只有在放松狀態(tài)下髖部才可以在矢狀面、額狀面和水平面進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)［2］。筆者將在肌肉力學(xué)、解剖學(xué)、生物力學(xué)和物理學(xué)等多學(xué)科知識(shí)的支撐下，對競走運(yùn)動(dòng)員下肢模型進(jìn)行重新認(rèn)識(shí)和建立。

2 競走模型的建立及分析

(1)競走與步行的主要區(qū)別在于:速度顯著加快，雙足支撐時(shí)間縮短到最低限度，且嚴(yán)格禁止出現(xiàn)騰空現(xiàn)象。在競走訓(xùn)練中，要求運(yùn)動(dòng)員盡量保持軀干垂直，擺動(dòng)腿的足底貼近地面，支撐腿在著地時(shí)刻和垂直位置處充分伸直，同時(shí)使身體的重心盡量沿水平直線軌跡運(yùn)動(dòng)(見圖1)，避免上下起伏和左右搖擺。正是由于競走技術(shù)和規(guī)則要求，運(yùn)動(dòng)員競走時(shí)腳跟先著地，著地腳的膝關(guān)節(jié)不能前屈，前后兩腳在同一直線上，腿與人體中心線有一定的角度，導(dǎo)致腳在著地時(shí)踝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)角不僅前后變而且左右也在變化，著地線沿足的外側(cè)滾動(dòng)至前腳掌。競走的行走方式是受到競走規(guī)則制約的，然而競走運(yùn)動(dòng)員下肢傷病的性質(zhì)和位置都反映出其在一定程度上與競走運(yùn)動(dòng)獨(dú)特的行走方式有關(guān)，因此有些研究者就將競走規(guī)則認(rèn)定為造成損傷的原因。如:1978年P(guān)ayne［3］發(fā)現(xiàn)，競走時(shí)足底左右方向的受力明顯大于正常行走，是可能造成傷病的原因。他們分析足底左右方向受力較大的原因可能是運(yùn)動(dòng)員要補(bǔ)償異側(cè)髖關(guān)節(jié)和同側(cè)肩關(guān)節(jié)位置的降低，這樣的受力會(huì)增大支撐腿的緊張程度而造成損傷，認(rèn)為損傷的原因主要是競走規(guī)則規(guī)定運(yùn)動(dòng)員在支撐狀態(tài)不能有屈膝動(dòng)作造成的;1980年P(guān)alamarchuk［4］對31名競走運(yùn)動(dòng)員做了統(tǒng)計(jì)，得出足跟、足趾處水泡、跟腱損傷和踝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)傷痛是競走運(yùn)動(dòng)常發(fā)病的結(jié)果;1988年Francis［5］對682名競走運(yùn)動(dòng)員的大樣本測試，其中60%的運(yùn)動(dòng)員在職業(yè)生涯中發(fā)生過一次以上的傷病。在這些傷病中膝關(guān)節(jié)和足部是受傷最多的位置，跟腱扭傷、骨膜炎和韌帶扭傷也就成為了競走的常見病癥;1990年Messier［6］指出，踝關(guān)節(jié)外翻會(huì)引起下肢傷病。所以筆者結(jié)合前人的研究，對競走提出了新的認(rèn)識(shí)和自己的見解，希望通過改變競走鞋鞋底的形狀，使運(yùn)動(dòng)員在競走過程中減小踝關(guān)節(jié)外翻角度。

(2)根據(jù)競走運(yùn)動(dòng)員采用足踵觸地、踝關(guān)節(jié)背屈滾動(dòng)式著地技術(shù)，雙腳著地需在一直線上，且著地直腿。髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)模式和自行車車輪有相似之處，因此建立競走下肢模型——“車輪模型”。根據(jù)競走運(yùn)動(dòng)員在規(guī)則的要求下，理想的競走狀態(tài)設(shè)計(jì):髖關(guān)節(jié)與自行車花鼓、腿與自行車輻條、競走鞋為自行車輪胎建立競走車輪模型(見圖2)。

不考慮膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)對外界載荷的敏感性和膝關(guān)節(jié)處的受力情況，只研究腿的運(yùn)動(dòng)模型。運(yùn)動(dòng)模型采用數(shù)學(xué)方法描述各環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡，不做關(guān)節(jié)內(nèi)部的組成及受力分析。對模型進(jìn)行優(yōu)化得到圖3。

3 模型分析

V為競走運(yùn)動(dòng)員的速度，H1為髖關(guān)節(jié)重心的高度，θ3為兩大腿夾角，r半徑等于h1，L1為髖關(guān)節(jié)的長度，o為髖關(guān)節(jié)的中心，θ2為下肢與人體矢狀面的夾角，θ1為競走運(yùn)動(dòng)員在著地瞬間足底與地面的夾角。由三角函數(shù)關(guān)系得出:

公式(1)、(2)中，L1、L的長度可以通過實(shí)際測量得到。由于髖關(guān)節(jié)的環(huán)繞動(dòng)作，使得人體重心起伏降低，由h1到H1實(shí)際重心降低的高度等于髖關(guān)節(jié)做環(huán)形動(dòng)作的半徑r=h1－H1，所以在競走過程中額狀面的扭髖動(dòng)作能夠起到降低重心，使重心平穩(wěn)的作用。對圖3進(jìn)行優(yōu)化得到抽象圖4。

由圖4可見，在競走過程中，競走運(yùn)動(dòng)員在腳跟著地的瞬間是腳跟外緣先接觸地面，由于競走技術(shù)的特殊性，使得踝關(guān)節(jié)外翻，在著地時(shí)關(guān)節(jié)所承受的壓力為身體體重的二至三倍。此時(shí)的踝關(guān)節(jié)在矢狀面和額狀面上都有夾角，關(guān)節(jié)間隙較大，受力不均，因此關(guān)節(jié)容易受傷。為了使競走運(yùn)動(dòng)員在腳著地時(shí)踝關(guān)節(jié)不外翻，把鞋底設(shè)計(jì)為楔形，楔形角度θ1由運(yùn)動(dòng)員自身的下肢長度、髖關(guān)節(jié)寬度和實(shí)際競走中運(yùn)動(dòng)員落腳位置決定。由于競走擺腿過程中，膝關(guān)節(jié)不得彎曲，競走運(yùn)動(dòng)員的鞋底與地面之間為滾動(dòng)關(guān)系，所以依據(jù)車輪模型將競走鞋鞋底設(shè)計(jì)為在腳落地的相對運(yùn)動(dòng)方向上的弧形鞋底見圖5?；《鹊陌霃綖橹瓮仍谶\(yùn)動(dòng)過程中的相對長度L，楔形的高度為鞋的寬度S和θ1角度的正弦值及Y=S×sinθ1，X為競走運(yùn)動(dòng)員的鞋長，鞋底的弧度由L、X決定。

圖5 弧形鞋底

4 討論

通過探討競走運(yùn)動(dòng)員下肢在競走過程中各環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方式，從腳的著地與擺動(dòng)來看，為了減少踝關(guān)節(jié)外翻和競走運(yùn)動(dòng)員的重心起伏，對競走運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模和分析，競走鞋類似于負(fù)跟鞋和船型鞋時(shí)，可以減少能耗和受傷幾率。王健老師在《鞋底類型和步行速度對行走相關(guān)肌群平均肌電活動(dòng)的影響》一文中指出，穿著船型鞋開始行走時(shí)，人體重心降低且重心線位于鞋后部，此時(shí)，踝關(guān)節(jié)角度比穿著有跟鞋小，小腿比目魚肌處于被動(dòng)拉伸和較高載荷工作狀態(tài)，反射性地引起后續(xù)用力相肌肉活動(dòng)加強(qiáng)。而穿著船型鞋和負(fù)跟鞋導(dǎo)致腰部肌肉活動(dòng)增強(qiáng)則可能是鞋跟降低導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍增大，踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定支撐工作時(shí)間相對延長，反射性引起腰椎穩(wěn)定肌保護(hù)性活動(dòng)增強(qiáng)所致［7］。通過改變競走鞋鞋底類型來改變競走過程中踝關(guān)節(jié)的角度的變化，使其在運(yùn)動(dòng)過程中變化范圍減小，使關(guān)節(jié)損傷降低。

從另一個(gè)方面來講，競走鞋可以起到對競走運(yùn)動(dòng)員減少關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)從而降低能量消耗的作用。競走鞋鞋底由以前的相對滑動(dòng)變?yōu)闈L動(dòng)，可以提高運(yùn)動(dòng)員的競走速度，使支撐腿在整個(gè)擺動(dòng)的過程中符合鐘擺運(yùn)動(dòng)。鞋底對接觸地面減少摩擦，減少運(yùn)動(dòng)員的體能消耗。

［1］王峰，游江波.中國優(yōu)秀男子競走運(yùn)動(dòng)員關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.北京體育大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，32(9):122 ～124.

［2］李厚林.“復(fù)合鐘擺”運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)原理在競走技術(shù)創(chuàng)新中的應(yīng)用研究［J］.西安體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，30(2):196～203.

［3］Payne AH.A comparison of the ground reaction forces in racewalking with those in normal walking and running.In:Asmussen E.Jorgensen K，eds.Biomechanics VI-A.Baltmore，MD:University Park Press;1978:293～302.

［4］Palamarchuk R.Racewalking:a not so injury free sport.In:Rinaldi RR，Sabia ML，eds.Sports medicine’80.Mt.Kisco，NY:Futura publishing Co，1980:19 ～20.

［5］Francis PR，Richman NM，Patterson P.Injuries in the Sport of Race walking，Journal of Athletic Training，1998，33(2):122 ～129.

［6］Messier SP，Pittala KA.Etiologic factors associated with selected running injuries Medicine and Science in Sports and Exercise，1988(20):501～505.

［7］王健，楊鋯，劉志平.鞋底類型和步行速度對行走相關(guān)肌群平均肌電活動(dòng)的影響［J］.體育科學(xué)，2011，31(5):55 ～58.