王立斌，邱偉斌，權琳琳，宋紹利

(1.萊蕪市體育運動學校，山東 萊蕪　271100;2.山東體育學院 研究生部，山東 濟南　250102;3.山東省田徑運動管理中心，山東 濟南　250102)

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鐵人三項運動員跑步階段運動學特性參數之間的關系

王立斌1，邱偉斌2，權琳琳2，宋紹利3

(1.萊蕪市體育運動學校，山東 萊蕪271100;2.山東體育學院 研究生部，山東 濟南250102;3.山東省田徑運動管理中心，山東 濟南250102)

摘要：本研究的目的是揭示專業(yè)組和業(yè)余組鐵人三項運動員參加全程或者半程鐵人三項比賽期間的運動學特性，其中專業(yè)組包括：優(yōu)秀組(18歲以上)和青少年組(16～18歲)。通過分析各種運動學特性之間的關系，為更好的發(fā)展鐵人三項運動提供理論支持。本研究對包含男性和女性在內的311名鐵人三項運動員在比賽中腳的觸地時間、騰空時間、步頻、步幅、足部觸地類型、每圈的速度以及正式比賽中所有具有代表性的數據變量等指標進行了分析和研究。得出結果：女性業(yè)余組和專業(yè)組鐵人三項運動員的運動學特性相比男性更具有顯著相關性。影響跑步成績的最大因素是與地面的接觸時間和步幅。足部觸地類型與地面的接觸時間有著顯著相關性，并且腳跟觸地型運動員用的觸地時間比腳心觸地型運動員用的觸地時間要長。足部觸地類型與速度并沒有顯著相關性。

關鍵詞：觸地時間；足部觸地類型；步幅；速度

鐵人三項運動是一項新興的綜合性耐力運動項目，其由游泳、自行車、長跑三個項目按順序組成，運動員需要一鼓作氣賽完全程。這項運動在2000年成為了奧運會項目，在2006年成為了亞運會項目。比賽中運動能力的表現與運動員整個比賽的成功緊密相聯[1]。大量研究顯示，生物力學因素與耐力跑的關系密切[2]。其中關于縮短與地面的接觸時間、協調神經與肌肉的關系等研究是最常見的[3-4]。然而最近的研究發(fā)現足部觸地類型是另一個引起人們注意的因素，研究表明腳掌或者腳心觸地型相比腳跟觸地型的觸地時間更短、跑得更快[5-6]。這些結果結合早期的研究表明，腳跟觸地不利于更有效的節(jié)省體力，這是在耐力跑比賽中限制運動員取得好成績的重要生理學因素[2，7]。

相比于其他跑步項目，鐵人三項項目存在其特殊的生物力學特征。鐵人三項運動員的腿部運動不僅包括單純的跑步與騎自行車，還包括兩種獨立運動形式之間的轉換動作，而這類動作特征，顯然沒有像跑步一樣受到廣泛研究。由于這種復合動作的特征造成了鐵人三項運動員對于生理方面的要求與單純的跑步運動員是不同的，這可能造成鐵人三項運動獨特的生物力學特征，因此確定鐵人三項運動員特有的生物力學參數與運動成績的關系，就很有意義了。

Luna等人認為等動力學條件下，訓練有素的鐵人三項運動員和長跑運動員之間的觸地時間、地面反作用力存在顯著性差異[8]。涉及到運動學方面，Landers等人通過研究專業(yè)組鐵人三項運動員在比賽中步幅和步頻的變化，發(fā)現步幅和運動速度成顯著正相關[9]，但對觸地時間這一運動學參數沒有進行詳細的探討。因此，本研究的目的是探討鐵人三項運動員在比賽中所涉及的運動學參數，并根據運動員在比賽中的表現情況分析它們之間的關系。

方法：實地研究了311名參加2014年和2015年成都金堂世界杯賽、寧夏石嘴山洲際杯賽、重慶國際鐵人三項賽的鐵人三項運動員，其中包括：業(yè)余組118人(50女68男)、青少年組100人(36女64男)和優(yōu)秀組93人(48女45男)。優(yōu)秀組運動員完成了全程鐵人三項賽程(1.5公里游泳，40公里自行車，10公里長跑)，青少年組和業(yè)余組運動員完成了半程鐵人三項賽程(750米游泳，20公里自行車，5公里長跑)。

在距離為2.5公里的賽道的800米標記處進行矢狀面的視頻采集，青少年組和業(yè)余組運動員采集2圈，專業(yè)組運動員采集4圈。在賽道的兩側1.2米高處放置兩個高速照相機(EX-F1，Casio)，采集頻率為300Hz，用來確定在中間8米拍攝范圍內時間指標與足部觸地的位置。在距離賽道約3米處使用另外一臺高清晰度攝像機(HDR-PJ260VE，Sony)，采集頻率為50Hz，拍攝范圍為14米，取中間8米拍攝范圍進行速度計算。每一圈測量4步，來計算每一個運動員的觸地時間(s)、騰空時間(s)、步時(s)和足部觸地類型(腳跟觸地型，腳心觸地型，腳掌觸地型)。每一圈捕獲的具體步數因個人原因可能存在差異，所以統(tǒng)一規(guī)定從開始觸地到腳趾頭離地為一步。足部觸地類型分為腳跟觸地型、腳心觸地型或者腳掌觸地型，如果第一次接觸地面的是腳跟就稱之為腳跟觸地型，依次類推。使用Kinovea視頻分析軟件來計算每圈速度(m/s)。通過計算4步的平均值來確定步時。每圈的平均步幅(m)計算公式為：SL(m)=速度(m/s)×步時(s)。

每一個指標計算均采用均值±標準差(SD)來表示。采用皮爾森相關系數用來計算運動學指標和速度的關系。相關性大小的評估閾值為0.3、0.5、0.7和0.9分別表示有相關性、相關性大、很大、非常大。不同年齡組和足部觸地類型的比較使用單因素方差分析(方差分析)，統(tǒng)計學意義P<0.05。所有統(tǒng)計分析使用IBM SPSS統(tǒng)計版19(IBM公司,紐約Armonk)。

結果：比較各個組別的數據(如表1)，發(fā)現各個組別之間存在顯著性差異。主要表現為從業(yè)余組運動員到青少年組運動員再到專業(yè)組運動員，它們的速度和步頻呈逐漸增加趨勢，觸地時間呈逐漸減少趨勢。這種趨勢在男性和女性運動員中都有所體現，尤其在女性鐵人三項運動員中差異更加顯著。盡管也觀察到各個組之間的步幅和騰空時間也存在性差異，但是沒有按照組別呈遞增或遞減趨勢。

表1　不同性別和組別的運動學指標(Mean±SD)

注：a與業(yè)余組運動員存在顯著性差異(P>0.05)；b與青少年組運動員存在顯著性差異；c與優(yōu)秀組運動員存在顯著性差異。

表2是各個運動學指標和平均速度之間的相關系數。從表2的結果中我們可以觀察到，男性和女性的步幅和觸地時間這兩個運動學指標與速度的相關系數的絕對值都大于0.5，顯示出較大的相關性。而步頻和騰空時間與速度相關性較小。

表2　各運動學指標和平均速度之間的相關系數

在圖1中我們可以發(fā)現到足部觸地類型跟地面接觸時間之間存在相關關系。男性(HS: 0.22±0.02, MFS: 0.20±0.01,P<0.001)和女性(HS :0.23±0.02,MFS: 0.21±0.01,P<0.001)運動員腳跟(HS)觸地時間都比腳心(MFS)觸地的時間更長。

在平均觸地時間上，腳掌(FFS)跟腳心(MFS)觸地時間相似，腳掌觸地(FFS)與跟腳觸地(HS)之間的差異沒有達到顯著性水平，可能是因為腳掌觸地FFS (男性,n = 3;女性,n = 8)組選取的人數較少。

圖1　男性和女性觸地時間與觸地類型的關系

討論：本研究旨在對鐵人三項運動員跑步階段的運動學指標進行分析，有助于更好地了解影響跑步訓練的決定性因素。同時對鐵人三項運動員的競技水平和性別也進行了比較。研究發(fā)現男性優(yōu)秀組相比于業(yè)余組運動員速度只增加了3%，步長、步頻和觸地時間也出現較小的差異。相比之下，女性優(yōu)秀組鐵人三項運動員相比于業(yè)余組，速度增加了6%，觸地時間減少了8%，步頻增加了5%。出現這一現象的原因可能是女性運動員比男性運動員發(fā)育成熟更晚一些，這可能會導致不同年齡之間的運動表現差異更大。這種男性和女性運動員之間運動學指標的顯著性在之前的研究中并沒有報道過，這一發(fā)現對于運動員的選材可能會有一些借鑒意義。

對運動學指標和速度之間的關系進行分析比較，發(fā)現不考慮性別因素的話，與速度相關性最強的運動學指標是觸地時間和步幅。更短的觸地時間和更快的跑步速度之間的聯系最早在《Running Speed》[4，6]和《Economy》[2-3]中有過相應的報道。然而，據我們所知，盡管運動員在進行由跑步到騎行的過程中動作會發(fā)生中斷[10]，本研究仍然第一次在競技鐵人三項這項運動中確認了這種關聯，即更短的觸地時間與跑步速度的關聯性。相比之下，步幅和長距離跑步速度之間的關系在之前并沒有大量的文獻參考，本研究的發(fā)現與Landers等的研究相一致，他們同樣認為跑步速度與步幅有很大的相關性，與步頻的相關性較小。雖然人們普遍認為自己習慣的步幅大小最有利于運動水平的發(fā)揮[2，7]，但是想要取得最好的成績就需要技術分析干預進來。根據鐵人三項運動的特點，應該使步幅和其他運動學指標之間建立起良好的平衡關系，來確定一個適合自己的更長、更自然的步幅。

本研究的最后一部分是分析足部觸地類型和其他運動學指標對鐵人三項運動員跑步速度的潛在影響。研究發(fā)現腳跟觸地者的地面接觸時間和腳心、腳掌觸地者的地面接觸時間有顯著相關性，這個發(fā)現在之前有關中距離跑和馬拉松的文獻中有所研究[5，6]。前人的這些研究已經證實了更短的觸地時間和更快的速度之間存在相關關系，本研究除了這一關系外，還發(fā)現了足部觸地類型和速度之間存在相關關系。對于這一關系，一個可能的解釋是：鐵人三項運動員肌肉發(fā)達程度要低于專業(yè)的跑步運動員[8]，在特定情況下進行能量的存儲和釋放過程時需要小腿肱三頭肌參與更復雜的協調配合。第二個可能的解釋是：因為用腳心或者腳掌接觸地面減少了觸地時間，使花費在早期觸地制動階段的時間最小化，鐵人三項運動員無法像專業(yè)的跑步運動員一樣，調動更多的肌肉肌腱有效的參加到跑步運動中來。因此，這一領域的研究應更緊密地結合肌肉特點之間的差異，并將這些信息應用于鐵人三項運動員的比賽和訓練。

結論：步幅和觸地時間與鐵人三項運動員的比賽速度有很顯著的相關性。對于足部觸地類型的研究顯示，盡管足部觸地類型和速度之間并沒有顯著的相關性，但是腳后跟觸地者相比那些用腳心或者腳掌接觸地面的運動員需要更長的接觸時間。這些發(fā)現表明：針對神經肌肉的干預措施可能會有利于提高鐵人三項運動員的運動成績。

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Relationship of kinematic parameters in running phase for triathletes

WANG Li-bin1,QIU Wei-bin, QUAN Lin-lin, SONG Shao-li

(1.LaiwuSportsSchool,Laiwu271100,Shandong,China; 2.GraduateSchool,ShandongSportsUniversity,Jinan250102,Shandong,China; 3.ShandongAthleticManagementCenter,Jinan250102,Shandong,China)

Abstract:The purpose was to examine the running kinematics of Elite U23 and Junior triathletes and their relationships in a full-course or sprint distance race. A total of 311 male and female triathletes were analyzed to determine ground contact time, flight time, stride rate, stride length, foot-strike type and velocity for each lap and an overall representative mean created for each variable across the race. Women displayed notably greater differences in kinematics between Junior and Elite fields than was observed in the men. Large correlations were observed for running performance with contact time (r=0.500-0.580,P<0.001) and stride length (r=0.552-0.664,P<0.001). Analysis of foot strike type revealed a significant interaction with contact time, with heel strike longer than mid-foot strike, but no relationship with running velocity.

Key words:contact time；foot strike；stride length；velocity

作者簡介：王立斌(1971-)，男，山東新泰人，高級教練員，研究方向田徑運動訓練。

收稿日期：2015-08-10

中圖分類號：G804.62

文獻標識碼：A

文章編號：1009-9840(2015)06-0083-03