任 湘，孟 軍，王建文，曾亞琦，孔麒森，褚洪忠，姚新奎，葛世萌，張凱麗，黃晶晶

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)馬產(chǎn)業(yè)研究院，烏魯木齊 830052；3.新疆馳霄博駿畜牧業(yè)有限公司，烏魯木齊 830052；4.新疆伊犁哈薩克自治州畜牧科學(xué)研究所，新疆伊寧 835000)

0 引 言

【研究意義】伊犁馬是我國優(yōu)秀的培育品種之一，具有良好的運動性能。馬匹形態(tài)測量數(shù)據(jù)是其重要的性能指標，在育種決策中起重要作用[1]，目前步態(tài)特征可反映馬匹的運動性能，且馬匹的體尺與步態(tài)特征存在直接關(guān)系，因此，通過研究體尺指標，針對馬匹外形和骨骼特征進行體況評估，可間接地表現(xiàn)馬匹的運動性能，對于運動馬至關(guān)重要[2]?！厩叭搜芯窟M展】依據(jù)前人研究表明，馬匹的平衡非常重要，長距離賽馬的尻長較長，尻角較大，可更好地控制后肢運動，有利于馬匹的步幅提高[3]，并且馬匹肱骨長可增加前肢的伸展[4]，肘關(guān)節(jié)開張角度大可補償較短的前肢，管部長度也影響馬匹的運動性能[5]。盛裝舞步馬和場地障礙馬與普通馬相比，股骨傾角、髖骨傾角、飛節(jié)和肩傾角[6]，以及肱骨長和脛骨長可以作為優(yōu)秀馬匹細分體尺的選擇指標，用以改善傳統(tǒng)鑒定方法[7]。【本研究切入點】目前，關(guān)于伊犁馬體尺與競賽性能的研究相對較多，有關(guān)體尺與步態(tài)特征的研究較少。研究常態(tài)化賽事馬匹3 600 m途?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過對伊犁馬細分體尺的測量，研究細分體尺對3 600 m速度賽步態(tài)特征的影響，為科學(xué)評價伊犁馬體型結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

選擇2018年常態(tài)化賽事3 600 m賽事參賽伊犁馬15匹作為試驗對象，年齡均為2歲。馬匹賽前均經(jīng)過獸醫(yī)檢查，確定無跛行現(xiàn)象。比賽跑道為同一沙地跑道，寬度28 m，周長2 000 m。

1.2 方 法

馬匹保持直立姿態(tài)，使用測杖與軟卷尺測量體高、體長、胸圍、管圍、胸深5個基礎(chǔ)線性體尺。將攝像機垂直架設(shè)于平地，由馬匹沿水平直線穿過，調(diào)整馬匹站姿，采集標準姿態(tài)下各線性體尺與關(guān)節(jié)角度等數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Kinovea軟件，對視頻進行數(shù)字化處理。標注分析肩胛骨長、肱骨長、后管長、腰椎長、尻高5個線性體尺指標；頸礎(chǔ)角、肩開角、肘關(guān)節(jié)、飛節(jié)、后球關(guān)節(jié)5個關(guān)節(jié)角度指標。圖1

試驗前用鋼卷尺測量騎師小腿脛骨長度，作為2D視頻長度標尺。馬匹競賽時，在馬匹行進路線左側(cè)、賽道外側(cè)的終點前100 m及終點前200 m，分別架設(shè)1臺JVC-PX 100高速攝像機，幀速率為100 f/s，快門速度為1/1 000 s，視野寬度約14 m，約2個步周期。比賽時拍攝馬匹通過攝像機時側(cè)面高清視頻，用以獲取馬匹運動狀態(tài)步態(tài)特征數(shù)據(jù)。

注：1、體高2、體長3、胸圍4、管圍5、胸深6、肩胛骨長7、肱骨長8、后管長9、腰椎長10、尻高11、頸礎(chǔ)角12、肩開角13、肘關(guān)節(jié)14、飛節(jié)15、后球關(guān)節(jié)

Note :1. Withers height 2. Body length 3.Thorax girth 4. Fore cannon circumference 5. Chest depth 6. Shoulder length 7. Humerus length 8. Hind cannon length 9. Lumbar length 10. Croup height 11. Neck- ground Angle 12. humeru-radius angle 13. Humeru-radius angle 14. Tibia-metatarsal angle 15. Metatarsal-phalanx angle

圖1 體尺詳解圖示
Fig.1 Detailed description of the body ruler

測試后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Kinovea軟件，對視頻進行數(shù)字化處理，選取馬匹通過攝像機的4個步周期，逐幀分析馬匹步頻(SF)、后位后蹄支撐相(Stance TH)、前位后蹄支撐相(Stance LH)、后位前蹄支撐相(Stance TF)、前位前蹄支撐相(Stance LF)及后位后蹄擺動相(Swing TH)、前位后蹄擺動相(Swing LH)、后位前蹄擺動相(Swing TF)、前位前蹄擺動相(Swing LF)、后肢雙支撐相(Overlap TH-LH)、對角雙支撐相(Overlap LH-TF)、前肢雙支撐相(Overlap TF-LF)、后肢間隔期(AP TH-LH)、對角間隔期(AP LH-TF)和前肢間隔期(AP TF-LF)、騰空期(AD)、步幅(SL)、后肢步幅(Hind SL)、雙支撐相步幅(Mid SL)、前肢步幅(Fore SL)、騰空期步幅(AD SL)、最大開張角度(Stride Angle)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)使用Excel整理統(tǒng)計，分析線性體尺、關(guān)節(jié)角度與步態(tài)特征的相關(guān)性。使用SPSS19.0做Pearson相關(guān)性分析。

表1賽程3600m馬匹基礎(chǔ)體尺與步態(tài)特征間相關(guān)性
Table 1 Correlation between basis body measurement and gait characteristics of 3，600 meters

注：同行肩標*表示相關(guān)性顯著(P<0.05)，**表示相關(guān)性極顯著(P<0.01),下同

Note：In the same line，values with*mean significant difference(P<0.05)；With**mean extremely significant difference (P<0.01),the same as below

2 結(jié)果與分析

2.1 馬匹線性體尺與步態(tài)特征間相關(guān)性

研究表明，在3 600 m賽程中，體高與后肢步幅顯著正相關(guān)(P<0.05)，與雙支撐相步幅顯著負相關(guān)(P<0.05)；與后位后蹄擺動相、騰空期顯著正相關(guān)(P<0.05)。體長與后肢步幅極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與前肢步幅顯著正相關(guān)(P<0.05)。胸圍與后肢步幅、前肢步幅極顯著正相關(guān)(P<0.01)；與前肢雙支撐相極顯著正相關(guān)(P<0.01)，前位前蹄支撐相和騰空期顯著正相關(guān)(P<0.05)，對角間隔期顯著負相關(guān)(P<0.05)。管圍與后位后蹄支撐相、后肢間隔期、前位后蹄支撐相、后位前蹄支撐相、前肢雙支撐相、前位前蹄支撐相極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與步頻極顯著負相關(guān)(P<0.01)，與對角雙支撐相顯著正相關(guān)(P<0.05)。胸深與后肢步幅顯著正相關(guān)(P<0.05)。表1

研究表明，在3 600 m賽程中，肩胛骨長與騰空期步幅顯著負相關(guān)(P<0.05)。肱骨長與后位后蹄擺動相顯著正相關(guān)(P<0.05)。后管長與后肢步幅極顯著正相關(guān)(P<0.01)；與后肢間隔期、后位前蹄支撐相、前肢雙支撐相顯著正相關(guān)(P<0.05)。尻高與后肢步幅顯著正相關(guān)(P<0.05)；與對角間隔期顯著負相關(guān)(P<0.05)，與對角雙支撐相、前肢雙支撐相、騰空期顯著正相關(guān)(P<0.05)。腰椎長與后位前蹄擺動相、前位前蹄擺動相顯著負相關(guān)(P<0.05)。表2

表2賽程3600m馬匹線性體尺與步態(tài)特征間相關(guān)性
Table 2 Correlation between linear body measurement and gait characteristics of 3，600 meters

肩胛骨長Shoulderlength肱骨長Humeruslength后管長Hindcannonlength尻高Croupheight腰椎長Lumbarlength后肢步幅HindSL0.1970.0610.713??0.568?0.141雙支撐相步幅MidSL0.151-0.123-0.432-0.4420.021前肢步幅ForeSL0.416-0.1720.4210.1550.311總步幅SL-0.193-0.4510.125-0.0570.220騰空期步幅ADSL-0.536?-0.4840.013-0.0810.125最大開張角度StrideAngle0.4140.113-0.045-0.0800.197后位后蹄支撐相StanceTH-0.3400.1020.1940.228-0.169后肢間隔期APTH-LH-0.1380.2510.569?0.461-0.248后位后蹄擺動相SwingTH0.2800.523?0.4890.386-0.321后肢雙支撐相OverlapTH-LH-0.383-0.133-0.360-0.1780.021對角間隔期APLH-TF0.2280.115-0.406-0.538?-0.291前位后蹄支撐相StanceLH-0.2110.3070.1650.309-0.101前位后蹄擺動相SwingLH0.2250.4060.5030.334-0.357后位前蹄支撐相StanceTF0.0400.3970.552?0.4590.078對角雙支撐相OverlapLH-TF-0.2570.0370.3720.529?0.179前肢間隔期APTF-LF-0.0280.4570.2590.135-0.084前肢雙支撐相OverlapTF-LF0.0910.1390.581?0.567?0.207前位前蹄支撐相StanceLF0.0290.3500.4780.5080.066后位前蹄擺動相SwingTF0.0800.2990.1720.160-0.550?前位前蹄擺動相SwingLF0.0930.3890.3070.186-0.521?騰空期AD-0.114-0.1540.4120.587?0.000步頻SF-0.069-0.434-0.475-0.4230.296

2.2 3 600 m馬匹關(guān)節(jié)角度與步態(tài)特征間相關(guān)性探究

研究表明，在3 600 m賽程中，頸礎(chǔ)角與雙支撐相步幅顯著正相關(guān)(P<0.05)。肘關(guān)節(jié)與對角間隔期顯著正相關(guān)(P<0.05)。飛節(jié)和后球關(guān)節(jié)與步態(tài)特征間無顯著相關(guān)性。表3

表3賽程3600m馬匹關(guān)節(jié)角度與步態(tài)特征相關(guān)性
Table 3 Correlation between horse forelimb joint angle and gait characteristics of 3，600 meters

頸礎(chǔ)角Neck-groundAngle肩開角Shoulder-humeruangle肘關(guān)節(jié)Humeru-radiusangle飛節(jié)Tibia-metatarsalangle后球關(guān)節(jié)Metatarsal-phalanxangle后肢步幅HindSL-0.277-0.268-0.372-0.140-0.184雙支撐相步幅MidSL0.569?-0.0980.063-0.1390.409前肢步幅ForeSL0.214-0.316-0.174-0.286-0.051總步幅SL0.292-0.113-0.4330.022-0.126騰空期步幅ADSL0.0880.109-0.3980.249-0.317最大開張角度StrideAngle0.344-0.388-0.007-0.2760.286后位后蹄支撐相StanceTH0.0090.078-0.001-0.295-0.121后肢間隔期APTH-LH-0.036-0.117-0.160-0.478-0.087后位后蹄擺動相SwingTH-0.023-0.2600.073-0.3730.254后肢雙支撐相OverlapTH-LH0.0570.2640.1870.090-0.092對角間隔期APLH-TF0.3410.2460.599?0.1180.192前位后蹄支撐相StanceLH-0.0050.1310.047-0.2370.107前位后蹄擺動相SwingLH-0.015-0.2980.046-0.3980.130后位前蹄支撐相StanceTF-0.094-0.332-0.268-0.4110.089對角雙支撐相OverlapLH-TF-0.259-0.132-0.433-0.184-0.102前肢間隔期APTF-LF0.101-0.386-0.208-0.2930.411前肢雙支撐相OverlapTF-LF-0.250-0.112-0.197-0.329-0.288前位前蹄支撐相StanceLF-0.155-0.180-0.156-0.3960.033后位前蹄擺動相SwingTF0.0670.0560.334-0.2300.137前位前蹄擺動相SwingLF0.099-0.1110.203-0.2980.192騰空期AD-0.385-0.129-0.351-0.052-0.273步頻SF0.0250.179-0.0290.415-0.134

3 討 論

3.1 線性體尺對步態(tài)特征的影響

步幅與步頻相乘等于馬匹的速度，因此，無論是改變步頻或是步幅，兩者都將對跑速產(chǎn)生影響[8]。步幅是評價馬匹運動性能的重要參數(shù)之一[9]，步態(tài)特征的微妙變化可能會對其競賽性能產(chǎn)生影響，并且馬匹肢體運動模式的重復(fù)性也影響馬匹的加速[10]。Duensing[11]確定在結(jié)構(gòu)和性能綜合的基礎(chǔ)上，可以選擇出具有較強競爭力的馬匹。

Clayton[12]和Van[13]發(fā)現(xiàn)四肢長度越長，步幅越長。當(dāng)馬匹四肢較長時，步長發(fā)揮更大的作用。孟軍等[14]通過測定7匹伊犁馬速步賽比賽成績與步態(tài)特征進行相關(guān)性分析，伊犁馬的體高、體長與全程速度之間極顯著正相關(guān)。試驗中體高與后肢步幅顯著正相關(guān)，體長與后肢步幅、前肢步幅顯著正相關(guān)，表明3 600 m途程下，體高、體長適當(dāng)增加，會顯著提高步幅，進而提升速度。這與孟軍[14]研究結(jié)果基本一致。

速度賽3 600 m為中長距離比賽，要求馬匹有一定持久力，對心肺功能要求較短途速度馬更高，且步幅在其中發(fā)揮較大作用。試驗結(jié)果中胸圍與后肢步幅、前肢步幅極顯著正相關(guān)，胸深與后肢步幅顯著正相關(guān)。表明胸圍越大，胸深越深，胸腔容積就越大，供氧能力就越強[15]，在中長距離的比賽中，能使馬匹更加穩(wěn)健的維持或者增加步長。

試驗結(jié)果中，腰椎長與后位前蹄擺動相、前位前蹄擺動相顯著負相關(guān)。擺動相上關(guān)于運動員的研究表明，優(yōu)秀短跑運動員一側(cè)腿的支撐時間僅占一個復(fù)步時間的22.1%，而擺動時間卻占77.9%，兩者之比為1∶3.5。由此可得擺動相是賽跑的重要環(huán)節(jié)[16]。馬匹后肢通過腰椎與背部相連，腰椎能夠維持馬匹軀體的動力傳導(dǎo)，同時為馬匹后肢觸地發(fā)力蓄積勢能。在2歲伊犁馬3 600 m賽程后期，馬匹進入疲勞狀態(tài)，動能損耗越高疲勞感越明顯，因此，中長距離馬匹時間參數(shù)或者步幅的改變不依賴與馬匹的主觀能動性。腰椎在一定范圍內(nèi)越長，肢體在空中停留時間越短。

后肢肌肉強壯，尻高越高，表明馬匹有更大的力量進行跳躍，這在巴西運動馬和純血馬[17]中發(fā)現(xiàn)證明。在草地跑道比賽時，18月齡馬駒體高與尻部更高者有較大機會獲勝[18]。在一定范圍內(nèi)，尻高越高的馬匹，后肢供給軀體足夠的能量，步幅越大。這與試驗尻高與后肢步幅顯著正相關(guān)結(jié)果一致。后肢中還包括馬的后管部。Nagy[19]研究馬匹的管部比其它同等大小的動物更長更輕，并且遠端肢體缺乏肌肉，骨骼數(shù)量較少，在馬匹移動中使其重量最小化，因此,提高了運動效率。試驗后管長與后肢步幅極顯著正相關(guān)，與Nagy研究結(jié)果一致。

在3 600 m途程中，管圍與步幅參數(shù)無顯著相關(guān)，卻與時間參數(shù)中后位后蹄支撐相、前位后蹄支撐相、后位前蹄支撐相、前位前蹄支撐相、前肢雙支撐相、對角雙支撐相、后肢間隔期極顯著正相關(guān)。有關(guān)單支撐相研究表明，隨著運行的動物的速度增加，擺動相保持相對恒定[20]，但是站立時間下降使步頻增加，即速度越快，步頻越高則單支撐相越短，馬匹向前推動身體的效率越高，平衡程度越好，運動性能越好。馬匹前肢支撐大部分身體重量，而管部的粗細影響前肢的靈活程度。在中長途程中，馬匹后期速度變慢，能量消耗較大，整體依賴于自身的拉伸和靈巧的肢體活動。較細的管圍在能量消耗較快時，使各項站立時間降低，在中長途比賽中維持較快的步頻。這與試驗中管圍與步頻極顯著負相關(guān)結(jié)果一致。管圍可作為3 600 m途程競賽性能的重要指標。

3.2 關(guān)節(jié)角對步態(tài)特征的影響

角度的增加相當(dāng)于肢體相對軀干部分伸長，而角度的減小意味著收縮。頸礎(chǔ)角影響馬匹的各項運動。試驗結(jié)果中，頸礎(chǔ)角與雙支撐相步幅顯著正相關(guān)。Solé 等[21]研究表明，頸部角度在一定范圍內(nèi)越高越有利于前肢的延伸。高速運動的馬匹，重心易前移，頸的擺動幅度大利于發(fā)揮速度，與試驗研究一致。

Galisteo等[22]在比較安達盧西亞和荷蘭溫血馬時，荷蘭溫血馬的前肢抬高最大，馬匹肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)屈曲也更大。試驗研究結(jié)果表明，肘關(guān)節(jié)與對角間隔期顯著正相關(guān)。曾亞琦等[23]研究，在馬匹高速運動中，后肢推動率的增加極有可能作用于在運步期間前肢的大幅前伸，肘關(guān)節(jié)延伸更大，后位前蹄落地時間越慢，對角間隔期越大。軀體出現(xiàn)暫時性的拉伸，從而引起最大開張角度增加，促使馬匹達到高速運動的效果。

馬匹較大的飛節(jié)角使馬匹具備更好的肢體擺動和收縮能力使馬匹步幅增加。在一項針對瑞典溫血馬的研究中，與主要用于休閑活動的騎乘馬相比，優(yōu)秀的盛裝舞步和障礙馬飛節(jié)較大[24]。實驗中，飛節(jié)與大部分時間參數(shù)呈負相關(guān)，但不顯著，猜測原因為兩者運動用途不同造成。

后球關(guān)節(jié)會影響速度賽馬、盛裝舞步、障礙賽和西部賽馬的后肢運動表現(xiàn)。Gnagey等[25]研究證實，后球關(guān)節(jié)的撞擊、抬離和最大伸展會受到角度的影響，但不會影響站立時后球關(guān)節(jié)運動的總范圍。在3 600 m賽程中，后球關(guān)節(jié)與雙支撐相步幅、最大開張角度正相關(guān)，但不顯著?？赡苡捎谠囼炠惓梯^長，后期后球關(guān)節(jié)未能產(chǎn)生較大的伸展運動，在推動馬匹前進時馬匹整體開張角度較小。

4 結(jié) 論

在3 600 m賽程中，2歲伊犁馬的體高、體長、胸圍影響馬匹后肢步幅和前肢步幅。且馬匹管圍越小，步頻越快，支撐相越短。因此，體高、體長、胸圍、管圍可以作為伊犁馬優(yōu)秀體型結(jié)構(gòu)的選擇指標。

在3 600 m賽程中，2歲伊犁馬較大頸礎(chǔ)角利于高速下馬匹前進過程中的擺動，肘關(guān)節(jié)越大越有利于前肢抬起。頸礎(chǔ)角、肘關(guān)節(jié)可以作為伊犁馬優(yōu)秀體型結(jié)構(gòu)的重要選擇指標。