蘇健蛟

（山西師范大學(xué)體育學(xué)院，山西臨汾041000）

鞭腿擊打不同類型目標對支撐腿膝關(guān)節(jié)損傷的危險因素變量分析

蘇健蛟

（山西師范大學(xué)體育學(xué)院，山西臨汾041000）

為預(yù)防鞭腿技術(shù)動作運用不規(guī)范對支撐腿膝關(guān)節(jié)造成的運動損傷，運用VICON System 3D運動采集系統(tǒng)與Polygon分析軟件，對鞭腿擊打3種不同類型目標研究表明：支撐腿膝關(guān)節(jié)的外展內(nèi)收、回旋角度、回旋角速度及回旋力矩等方面都存在顯著性差異（P＜0.05）；鞭腿擊打沙包時，支撐腿膝關(guān)節(jié)外展內(nèi)收、大幅度回旋運動導(dǎo)致角速度方向快速變化；支撐腳觸及測力臺的峰值地反力瞬間到作用腿擊打目標物瞬間，支撐腿的膝關(guān)節(jié)角度快速內(nèi)收、外旋運動，因受到地面反作用力的沖擊導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)運動速度減慢、外旋角度減小、關(guān)節(jié)力矩加大，導(dǎo)致支撐腿膝關(guān)節(jié)部位上下扭轉(zhuǎn)，成為支撐腿膝關(guān)節(jié)運動損傷的主要危險因素。

鞭腿；目標；膝關(guān)節(jié)；損傷；危險因素

隨著武術(shù)國際化進程的快速推進，武術(shù)散打運動蓬勃發(fā)展，越來越多的散打賽事成功舉辦［1］。武術(shù)散打這項具有東方色彩的搏擊運動在世界各國得到了的認可，越來越多的人們開始關(guān)注和習(xí)練。在國際化發(fā)展過程中如何科學(xué)、健康地發(fā)展已成為現(xiàn)在面臨的主要任務(wù)。在比賽中腿法技術(shù)已成為目前主要的得分手段，對比賽的勝負起到關(guān)鍵性的作用［2］。鞭腿動作是一項使用率較高的技術(shù)［3］，頻繁地使用損傷現(xiàn)象也時常發(fā)生，損傷部位中膝關(guān)節(jié)成為主要損傷的部位［4－7］。在我國優(yōu)秀武術(shù)散打運動員膝關(guān)節(jié)損傷情況較為普遍，受傷率高達90%［8］。為練習(xí)者的肉體和精神上帶來了極大的痛苦，嚴重者甚至可以結(jié)束運動生命。運動損傷［9］已成為影響武術(shù)散打技術(shù)水平提高的主要障礙，也是阻礙其國際化快速發(fā)展的主要因素。如何把運動損傷控制到最小化，使該項目規(guī)范、快速地發(fā)展，是當前面臨的一個現(xiàn)實問題。在國內(nèi)、外圖書館及相關(guān)網(wǎng)站查閱大量文獻，參考武術(shù)散打運動損傷調(diào)查結(jié)果及散打鞭腿技術(shù)動作形態(tài)分析的理論研究基礎(chǔ)上，在運動生物力學(xué)實驗室［10－11］運用VICON System 3D運動采集系統(tǒng)與Polygon分析軟件，結(jié)合膝關(guān)節(jié)［12］屈伸、外展內(nèi)收、回旋的運動特征及散打鞭腿技術(shù)運用特點，對鞭腿擊打不同類型目標時，支撐腿膝關(guān)節(jié)在各階段的角度、角速度的變化，關(guān)節(jié)力矩和地面反作用力的大小對膝關(guān)節(jié)周圍的軟骨和韌帶等可能造成運動損傷的主要因素進行分析。為武術(shù)散打運動更加合理化、規(guī)范化、科學(xué)化、國際化的發(fā)展；為因鞭腿技術(shù)動作擊打不規(guī)范對膝關(guān)節(jié)造成運動損傷的預(yù)防，為教練員及習(xí)練者提供更加客觀的實驗數(shù)據(jù)作為參考依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

10名男子武術(shù)散打運動員（國際健將8人，國家健將2人），人體測量特征的均值：年齡（25.3±5.6）歲，身高（173.9±7.2）cm，體重（69.3±8.3）kg，下肢長度（88.7±4.3）cm，膝關(guān)節(jié)寬度（9.5±0.5）cm，踝關(guān)節(jié)寬度（7.6±0.5）cm，肩關(guān)節(jié)寬度（9.1±0.8）cm，肘關(guān)節(jié)寬度（6.8±0.3）cm，腕關(guān)節(jié)寬度（5.9± 0.4）cm，手厚度（2.6±0.2）cm。

1.2 測定儀器與設(shè)備

1.2.1 三維運動捕捉系統(tǒng) 英國VICON Motion System公司生產(chǎn)的VICON System 3D紅外高速運動捕捉系統(tǒng)。包括10個T40s型號的攝像頭（400萬像素）、直徑14 mm的Marker球39個。本實驗采樣頻率設(shè)置為400 Hz。

1.2.2 三維測力臺 美國AMTI公司研制的三維測力臺系統(tǒng)，包括BP400600（長600 mm寬400 mm高82.5 mm）2塊、BP400900（長900 mm寬400 mm高82.5 mm）1塊，本實驗采樣頻率設(shè)置為1000 Hz。

1.2.3 信號采集軟件及建模 運動學(xué)、動力學(xué)數(shù)據(jù)主要通過Vicon Nexus 2.0進行信號采集和前期處理。該系統(tǒng)同步采集人體三維運動學(xué)和動力學(xué)的原始信號，并對采集完成的體表Marker點命名，去除噪訊、刪補軌跡等進行處理。輸入測量的身高、體重以及各關(guān)節(jié)厚度和肢體長度值后建立人體3D模型。

1.2.4 其他實驗用品 固定Marker的散打腳靶和沙包、受試者實驗服裝、卡尺、剪刀、膠帶、酒精等。

1.3 Marker球粘貼部位、坐標及建模

人體39個坐標點及表面粘貼Marker球的具體部位，輸入測量身體基本特征數(shù)值后建立的人體3D模型（圖1）。

圖1 Marker粘貼部位及人體3D模型

圖2 Event和Phase

1.4 實驗方法

實驗開始前打開Vicon、測力臺等實驗儀器和設(shè)備進行預(yù)熱和標定，讓受試者填寫實驗知情同意書，15 min熱身后到實驗室更換服裝并告知受試者實驗流程和注意事項、測量身體基本特征及粘貼Marker球（39個），讓受試者練習(xí)和熟悉實驗動作。根據(jù)受試者最常用后鞭腿的擊打位置，統(tǒng)一設(shè)定3種類型目標的高度（1.1±0.1）m和方向后，讓受試者運用后鞭腿技術(shù)分別快速擊打Marker球（空擊動作）、腳靶和沙包。每次擊打動作完成后，研究者和受試者共同商議該動作質(zhì)量，受試者感覺達到平時訓(xùn)練的最佳技術(shù)動作為標準。每種類型選定5次（每人15次）達到標準的技術(shù)動作為本研究實驗標本動作。

1.5 時刻（Event）和階段（Phase）

1.5.1 時刻（Event） 準備（E1）：支撐腳觸及測力臺的峰值地反力瞬間。擊打（E2）：作用腿接觸目標物的瞬間。伸展（E3）：作用腿擊打后膝關(guān)節(jié)最大伸展的瞬間。

1.5.2 階段（Phase） 擊打階段（P1）：準備開始到接觸目標物瞬間結(jié)束（E1→E2）。伸展階段（P2）：接觸目標物瞬間開始到伸展結(jié)束（E2→E3）。時刻設(shè)定依據(jù)VICON Nexus 2.0信號采集后，觀察支撐腳觸及測力臺的峰值地反力、目標物上的Marker球出現(xiàn)移動、膝關(guān)節(jié)最大伸展等不同階段發(fā)生變化的瞬間而設(shè)定，階段根據(jù)鞭腿技術(shù)動作特點及依據(jù)設(shè)定的不同時刻而劃分。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用英國VICON公司研發(fā)的Polygon 3.5.1分析軟件，根據(jù)動作的軌跡變化和坐標系對膝、踝關(guān)節(jié)的角度、角速度，以及關(guān)節(jié)力矩進行計算。定義左腿膝關(guān)節(jié)彎曲、外展、外旋為正（＋），伸展、內(nèi)收、內(nèi)旋為負（－）。關(guān)節(jié)力矩主要依據(jù)逆向動力學(xué)（in－verse dynamics）計算，即根據(jù)所采集的運動學(xué)及地面反作用力的數(shù)據(jù)，推算支撐腿下肢關(guān)節(jié)的各項力距，所得出的各項關(guān)節(jié)力距全部去除自身體重進行標準化轉(zhuǎn)換。

1.7 統(tǒng)計學(xué)處理

對10名受試者所提取的各項數(shù)據(jù)運用Microsoft Excel進行平均化處理后，采用IBM SPSS Statistics 19.0對各項平均數(shù)據(jù)進行One－way RM ANOVA方法驗證，顯示結(jié)果以RM ANOVA和Compare表示，顯著性水平定義為0.05。

2 實驗結(jié)果

2.1 膝關(guān)節(jié)角度分析

武術(shù)散打鞭腿擊打不同類型目標時，支撐腿（左腿）膝關(guān)節(jié)（Event）的屈伸角度、內(nèi)收外展和回旋角度的模式和大?。▓D3），以及3種擊打類型膝關(guān)節(jié)（Event）角度的One－way RM ANOVA結(jié)果（表1）。

圖3 受試者膝關(guān)節(jié)角度對比

表1 支撐腿膝關(guān)節(jié)角度時刻（Event）變化的One－way RM ANOVA結(jié)果

從圖3看，鞭腿擊打不同類型目標時，支撐腿膝關(guān)節(jié)的屈伸角度、外展內(nèi)收、回旋角度的模式和大小在擊打目標物前基本類似，在擊打目標物后膝關(guān)節(jié)角度呈現(xiàn)多樣化變化。支撐腿接觸地面瞬間（E1）膝關(guān)節(jié)各類型角度彎曲（21.38±10.77）°～（23.30± 11.33）°、外展（23.54±10.72）°～（25.42±10.67）°、內(nèi)旋（16.54±8.39）°～（20.00±8.29）°作用腿擊打目標物瞬間（E2）；支撐腿膝關(guān)節(jié)各類型角度彎曲（30.27±10.92）°～（37.75±12.01）°、外展（1.08± 11.30）°～內(nèi)收（3.97±14.09）°、外旋（7.24± 12.14）°～（13.11±11.99）°；作用腿擊打目標后膝關(guān)節(jié)最大伸展瞬間（E3），支撐腿膝關(guān)節(jié)各類型角度彎曲（25.68±12.27）°～（35.17±11.92）°、內(nèi)收（1.59 ±12.99）°～外展（2.13±9.97）°、外旋（3.40± 13.50）°～（10.61±11.99）°。支撐腿接觸地面瞬間膝關(guān)節(jié)角度的彎曲、內(nèi)收外展各Type之間不存在顯著性差異，但各Type間均出現(xiàn)外展、內(nèi)旋現(xiàn)象。擊打瞬間（E2）及擊打后（E3）Type1彎曲角度最大，Type3角度較?。≒＜.05）Type1和Type3之間存在顯著性差異，擊打腳靶和沙包時支撐腿角度過于彎曲，身體重心也相對較低。Type1的內(nèi)收，Type2、Type3外展出現(xiàn)Type間運動方向差異。在擊打瞬間膝關(guān)節(jié)的內(nèi)收外展、外旋及擊打后的外旋（P＜.05）Type1和Type2；Type1和Type3也存在顯著性差異；擊打瞬間（E2）到擊打后伸展瞬間（E3）3種類型快速外展、內(nèi)旋運動。

2.2 膝關(guān)節(jié)角速度分析

武術(shù)散打鞭腿擊打不同類型目標時，支撐腿（左腿）膝關(guān)節(jié)（Event）的屈伸、回旋角速度的模式和大?。▓D4），以及膝關(guān)節(jié)角速度各時刻（Event）變化的One－way RM ANOVA結(jié)果（表2）。

圖4 受試者膝關(guān)節(jié)角速度對比

表2 支撐腿膝關(guān)節(jié)角速度時刻（Event）變化的One－way RM ANOVA結(jié)果

從圖4看，鞭腿技術(shù)動作時作用腿膝關(guān)節(jié)的屈伸角速度、回旋角速度的模式和大小在擊打目標物前基本類似，擊打目標物后各Type之間出現(xiàn)差異。支撐腿接觸地面瞬間Type1屈伸角速度為（277.84 ±124.18）deg／s，內(nèi)旋（14.85±91.17）deg／s；Type2屈伸角速度為（307.85±151.12）deg／s，內(nèi)旋（48.84 ±71.28）deg／s；Type3屈伸角速度為（276.85± 139.46）deg／s，內(nèi)旋（52.36±79.86）deg／s（P＞0.05）各Type之間不存在顯著性差異。擊打瞬間支撐腿膝關(guān)節(jié)Type1角速度屈伸為（48.82±99.32）deg／s，內(nèi)旋（45.37±66.87）deg／s；Type2角速度屈伸為（61.47±64.06）deg／s，內(nèi)旋（29.98±92.17）deg／s；Type3角速度屈伸為（14.50±52.08）deg／s，內(nèi)旋（29.26±45.51）deg／s。擊打瞬間角速度內(nèi)旋Type1和Type3（P＜.05）存在顯著性差異。擊打后伸展瞬間（E3）支撐腿膝關(guān)節(jié)Type1屈伸角速度為（24.00±27.71）deg／s，內(nèi)旋（19.99±104.83）deg／s；Type2屈伸角速度為（3.24±70.76）deg／s，內(nèi)旋（88.80±55.89）deg／s；Type3屈伸角速度為（19.50 ±62.10）deg／s，內(nèi)旋（86.16±75.08）deg／s，各Type之間角速度（P＞.05）均不存在顯著性差異。

2.3 膝關(guān)節(jié)力矩分析

武術(shù)散打鞭腿擊打不同類型目標時，支撐腿（左腿）膝關(guān)節(jié)力矩的屈伸、內(nèi)收外展、內(nèi)旋外旋的模式和大小（圖5），支撐腿膝關(guān)節(jié)最大力矩的One－way RM ANOVA結(jié)果（表3）。

表3 支撐腿膝關(guān)節(jié)最大力矩的One－way RM ANOVA結(jié)果

鞭腿擊打3種類型目標時，支撐腿膝關(guān)節(jié)力矩［13］從圖5來看，支撐腿接觸地面瞬間（E1）到擊打瞬間（E2）再到擊打后過伸展瞬間（E3）三階段各Type之間屈伸、外展內(nèi)收、回旋力矩的模式類似、大小各不相同。彎曲力矩（1168.24±445.75）Nm／kg～（1191.80±382.42）Nm／kg、伸展力矩（715.99± 350.00）Nm／kg～（1217.77±551.05）Nm／kg、外展力矩（920.46±475.90）Nm／kg～（1055.72± 375.48）Nm／kg、內(nèi)收力矩（1212.20±529.17）Nm／kg～（1417.06±391.70）Nm／kg、外旋力矩（110.87 ±67.58）Nm／kg～（269.15±104.87）Nm／kg、內(nèi)旋力矩（218.92±196.29）Nm／kg～（410.37±187.08）Nm／kg之間。膝關(guān)節(jié)伸展力矩、內(nèi)旋（P＝0.001）Type1和Type2，Type1和Type3，外旋（P＝0.002）Type1和Type3，Type2和Type3之間均存在顯著性差異。彎曲力矩、外展內(nèi)收力矩（P＞.05）Type之間不存在顯著性差異。

圖5 受試者膝關(guān)節(jié)力矩對比

3 分析討論

本研究在于探求散打鞭腿擊打不同類型目標時，所設(shè)定3個時刻、2個階段的動作速度、膝關(guān)節(jié)角度、角速度、力矩等3種擊打類型之間的變化差異。每種類型之間某一階段、不同變量因素對膝關(guān)節(jié)可能產(chǎn)生運動傷害的危險因素，危險因素依據(jù)《實用運動醫(yī)學(xué)》［14］在運動中可能造成“輕度傷”及以上為標準的危險性動作，本文暫不對傷害等級和傷害類型進行研究。由于鞭腿技術(shù)采用“鞭打原理”在運動過程中以軀干和支撐腿為鞭桿、作用腿為鞭身、腳背的擊打點為鞭稍的鞭打運動，所以鞭腿在擊打不同類型目標時支撐腿的運動軌跡存在差異。而擊打3種類型目標物的瞬間，空擊動作支撐腿膝關(guān)節(jié)都出現(xiàn)了內(nèi)收、外旋，擊打腳靶和沙包卻出現(xiàn)了外展和外旋的現(xiàn)象，但是，空擊動作時支撐腿膝關(guān)節(jié)運動幅度相對較大。擊打目標物后空擊動作和擊打腳靶動作的支撐腿膝關(guān)節(jié)均略微呈外展、內(nèi)旋運動變化；擊打沙包后支撐腿膝關(guān)節(jié)出現(xiàn)內(nèi)收、內(nèi)旋運動現(xiàn)象。3種類型運動軌跡出現(xiàn)差異，筆者認為由于鞭腿擊打沙包后，作用腿受到沙包的阻力致使作用腿的運動方向發(fā)生改變，運動方向變化導(dǎo)致身體重心的變化，從而形成支撐腿膝關(guān)節(jié)的運動軌跡與空擊動作和擊打腳靶時的運動軌跡產(chǎn)生差異。3種擊打類型空擊動作外旋的運動幅度相對較大，由于作用腿擊打后前方?jīng)]有目標物的阻擋快速向前移動，身體重心隨之向前移動，而支撐腿膝關(guān)節(jié)角度也會隨著重心的變化而變化，這也是導(dǎo)致3種擊打類型中空擊動作的支撐腿膝關(guān)節(jié)外旋幅度過大的原因所在。3種擊打類型支撐腿接觸地面瞬間，膝關(guān)節(jié)屈伸角速度最快，擊打目標物瞬間到擊打后伸展瞬間角速度逐漸減慢。支撐腿接觸地面瞬間，空擊動作膝關(guān)節(jié)角內(nèi)旋速度相對較慢，擊打瞬間膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋角速度最快，擊打后內(nèi)旋角速度再次減慢。而擊打腳靶和沙包時內(nèi)旋角速度與空擊動作運動變化出現(xiàn)相反現(xiàn)象，內(nèi)旋角速度由快到慢再到快的變化。筆者認為空擊動作擊打時，由于空擊動作擊打后動作速度逐漸減慢，關(guān)節(jié)角速度也隨之減慢。而擊打腳靶和沙包后作用腿受到目標物的阻擊，致使作用腿運動方向改變，支撐腿膝關(guān)節(jié)運動速度也發(fā)生變化，造成關(guān)節(jié)角速度也隨之加速。

由于鞭腿運動過程中作用腿向前移動和身體重心的變化，支撐腿大腿帶動小腿呈內(nèi)旋運動，支撐腿與地面接觸產(chǎn)生摩擦，受到地面的阻力致使支撐腿膝關(guān)節(jié)的運動角度減小、速度減慢［15］，關(guān)節(jié)力矩加大，瞬間形成膝關(guān)節(jié)上下部位運動方向相反。鞭腿空擊動作時，除支撐腿膝關(guān)節(jié)外旋力矩較大外，其他的各項力矩均小于擊打腳靶和沙包時的各項力矩。鞭腿擊打沙包后作用腿受到目標物體的阻力使運動方向發(fā)生改變，從而也帶動支撐腿的運動方向變化，造成支撐腿膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋力矩加大。本研究支撐腿膝關(guān)節(jié)的各項力矩與金泰烷等［16］對跆拳道選手的橫踢腿時支撐腿膝關(guān)節(jié)的最大屈伸力矩（0.03±0.43）Nm／kg和（0.10±0.37）Nm／kg，外展內(nèi)收力矩（0.63±0.08）Nm／kg和（0.21±0.14）Nm／kg，回旋力矩（0.54±0.08）Nm／kg和（0.39±0.36）Nm／kg相比較，鞭腿擊打3種目標類型時支撐腿膝關(guān)節(jié)的各項力矩均大于跆拳道橫踢腿時的各項力矩。在相近運動項目中關(guān)節(jié)力矩越大對關(guān)節(jié)損傷的危險性也越高，所以武術(shù)散打運動時一定要減少，因技術(shù)動作運用不規(guī)范對下肢關(guān)節(jié)帶來的運動傷害。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

1）鞭腿的3種擊打類型在擊打瞬間支撐腿膝關(guān)節(jié)外展內(nèi)收、回旋角度、彎曲角速度、回旋角速度、伸展力矩、回旋力矩都存在顯著性差異。2）鞭腿擊打擊打沙包時，支撐腿膝關(guān)節(jié)大幅度反復(fù)外展內(nèi)收、回旋運動導(dǎo)致角速度快速變化都是膝關(guān)節(jié)運動損傷的主要危險因素。3）支撐腿接觸地面到擊打目標物瞬間膝關(guān)節(jié)角度快速內(nèi)收外旋，受到地面反作用力的沖擊導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)運動速度減慢、外旋角度減小、角速度減慢、力矩加大使膝關(guān)節(jié)上、下反方向扭轉(zhuǎn)是支撐腿膝關(guān)節(jié)運動損傷的主要危險因素。

4.2 建議

鞭腿空擊訓(xùn)練時，盡量減慢動作速度，避免因動作速度過快而導(dǎo)致支撐腿膝關(guān)節(jié)過度外旋；鞭腿擊打沙包時，支撐腿接觸地面瞬間時蹬地不要力量過大，保持身體重心在兩腿中間不要過于靠前，減輕地面反作用對支撐腿的沖擊力；減輕沙包的重量，擊打后使其自然左右擺動為佳，減輕沙包的阻力減慢支撐腿膝關(guān)節(jié)的突然變向運動。

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責任編輯：郭長壽

Injury Factors of Sanda Turning Kick Target Type on Potential Injury of Support Leg Knee Joint

SU Jianjiao
（School of Physical Education，Shanxi Normal University，Linfen 041000，Shanxi，China）

The VICON System 3D，Polygon was used to find out the reasons which cause ankle injure by analyzing the three kinds Round Kicks.，rotation angular speed and cyclotron torque so there are significant difference（P＜0.05）；when the whip leg hits the sandbag，fast cyclotron angular velocity changes lead to motion the supporting leg knee abduction and adduction and great supination and pronation led to fast cyclotron angular velocity changes；in the interval between the supporting leg’s touching the ground and the working leg’s hitting the target，the supporting legs are in contact with the ground instantly to the role of hitting target instant leg and the knee joint angle of the supporting leg rapidly abducted and adducted；fast adduction，external rotation movement due to the impact of ground reaction force of the knee joint movement speed slowed down and the external rotation angle decreased due to the impact of ground reaction force，resulting in external rotation angle decreased and the joint torque increase caused the knee joint parts under torsion.The above are the main risk factors for the active injury of the knee joint of the supporting leg active knee injury factors.

the whip leg；target；knee；injure；injuryfactors

G852.4

A

1004－0560（2015）03－0126－06

2015－04－13；

2015－04－29

國家體育總局武術(shù)研究院課題（WSH2013D016）。

蘇健蛟（1979—），男，講師，博士，主要研究方向為民族傳統(tǒng)體育學(xué)。