宋校能，徐 輝，吳貽剛

（1. 江南大學 體育部，江蘇 無錫 214122；2. 上海體育學院 附屬競技體育學校，上海 200438；3. 上海體育學院 體育教育學院，上海 200438）

較之其他運動項目，英式橄欖球在中國是個新興項目，運動基礎(chǔ)較為薄弱。目前中國橄欖球協(xié)會注冊的專業(yè)運動員只有1 521人，其中男子897人、女子624人。為改善中國橄欖球運動的現(xiàn)狀， 2019年中國橄欖球協(xié)會在第二屆代表大會上通過了《中國橄欖球運動十年發(fā)展規(guī)劃》，在中小學廣泛普及推廣各式橄欖球運動，實現(xiàn)中國參與橄欖球運動人數(shù)突破500萬人，關(guān)注橄欖球運動的人數(shù)達到5 000萬人的目標[1]。

現(xiàn)階段，主要通過提高競技成績、項目的被關(guān)注度和影響力來推動中國英式橄欖球運動的發(fā)展。雖然中國女子橄欖球隊在2020年東京奧運會取得了第7名的優(yōu)異成績，為項目的發(fā)展帶來了良好契機，但其競技水平與世界強隊之間還存在較大差距。在2020年東京奧運會上中國女子橄欖球隊與美國隊、澳大利亞隊、法國隊的比賽中，平均每場凈失18分，究其主要原因便是肩撲摟防守失敗。

肩撲摟防守利用身體的撞擊破壞進攻，爭奪球權(quán)，是阻止持球隊員進攻最有效的技術(shù)動作。肩撲摟約占撲摟動作的61%，是使用率最高的防守動作[2?3]，同時也是英式橄欖球和美式橄欖球比賽中導致?lián)p傷率最高的動作[4?5]。更為重要的是，肩撲摟防守有效率與比賽結(jié)果呈正相關(guān)，比賽獲勝方有效撲摟人次多于失敗方，而失敗方的肩撲摟總量和無效撲摟人次均多于獲勝方[6]。在第28屆雅加達亞運會女子7人制橄欖球決賽中，中國隊的無效肩撲摟占41%，高于日本隊的38%；在2020年東京奧運會女子7人制橄欖球小組賽中，與美國隊、澳大利亞隊、法國隊的肩撲摟成功率相比，中國隊的無效肩撲摟分別占60%、52%、50%，遠遠超過對方的25%、28%、30%，這暴露出當前中國女子橄欖球肩撲摟防守能力的技術(shù)短板。

在肩撲摟技術(shù)中，力量素質(zhì)是核心要素，是實現(xiàn)撞擊效果的基本保障。研究表明：在聯(lián)盟式橄欖球（Rugby League）比賽中男子運動員下肢最大力量和爆發(fā)力與肩撲摟技術(shù)能力相關(guān)[7?8]；在影響肩撲摟能力的多元回歸模型中，下肢力量占9%的影響權(quán)重[9]；在不同體位的肩撲摟中，下肢力量是肩撲摟防守成功與否的關(guān)鍵因素，對其防守效果具有重要影響[10]?？梢?，現(xiàn)階段提高肩撲摟技術(shù)水平和撞擊力量是提高中國女子橄欖球隊防守能力和競技水平的有效途徑，也是縮短中國隊與世界強隊之間競技水平差距的有效手段。

已有研究對橄欖球肩撲摟技術(shù)的生物力學特征進行了一系列探索，為肩撲摟技術(shù)學習提供了堅實的理論基礎(chǔ)[11?12]，但針對優(yōu)秀女子橄欖球運動員肩撲摟技術(shù)動作的研究還相對匱乏，尤其是下肢力量與肩撲摟防守效果的相關(guān)性證據(jù)還有待補充。肌肉力量的產(chǎn)生取決于很多因素，主要包括肌肉長度、收縮速度、肌肉活性以及募集的速率等[13?14]。根據(jù)肌肉生理橫截面積和肌肉運動在力矩中的貢獻程度來估算肌力會影響計算的準確性[15]。在生物力學中應用高速高清攝像機與人體運動的運動學、動力學、人體肌電等同步測試，獲取人體運動信息并進行完整分析，使運動影像解析系統(tǒng)的功能、質(zhì)量、測試速度和測試精度等都有了很大程度的提高。然而，采用圖像解析方法研究人體運動特征存在兩方面的缺陷：①較難檢測肌肉產(chǎn)生的力量；②僅用于分析單個運動環(huán)節(jié)，很難與復雜的人體動態(tài)系統(tǒng)建立合理的因果關(guān)系[16?17]。

OpenSim Static Optimization （OSO）軟 件 采 用JavaScript 編程語言，以肌肉形態(tài)參數(shù)為基礎(chǔ)建立人體肌肉骨骼模型，通過肌肉力帶動關(guān)節(jié)運動，模擬人體運動，輸出關(guān)節(jié)運動學、肌肉活性、肌肉收縮肌力和肌肉肌腱拉伸變化等生理參數(shù)[18]。OSO建模的可靠性在體育學與醫(yī)學研究中已經(jīng)被驗證[19?20]。為了更加準確、直接地測量肩撲摟下肢肌群收縮力量，本文運用撞擊力量測試儀、測力臺、肌電和Vicon系統(tǒng)測試，獲取肩撲摟下肢運動學指標。同時，采用Visual 3D、SIMI圖像分析軟件和OSO軟件，通過OSO建立下肢運動模型，獲得肩撲摟下肢運動的肌肉激活程度和肌肉力量信息。OSO肌肉模型將關(guān)節(jié)凈力矩分解為每個時刻的單個肌肉力量，每一幀（或步）進行獨立計算，結(jié)合人體生理學幾何參數(shù)、運動學參數(shù)和作用于人體的外部負荷力（地反力），優(yōu)化得到即刻運動的關(guān)節(jié)凈力矩，在實際肌肉力的閾值內(nèi)計算出運動時刻單塊肌肉的收縮肌力和激活水平[20]。同時，將這一結(jié)果與測試的表面肌電值相比較，可以判斷模型的可靠性。通過建立肩撲摟下肢運動模型，進行肩撲摟撞擊力量影響因素的相關(guān)研究，可為橄欖球運動肩撲摟技術(shù)學習和專項力量訓練提供理論參考，為橄欖球運動科學研究提供中國證據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

測試對象為18名上海市女子橄欖球隊運動員（健將級運動員13人，一級運動員5人），其中2名運動員參加了2020年東京奧運會；平均年齡（19.7±3.1）歲，運動年限（5.8±2.2）年，身高（168.4±3.5）cm，體質(zhì)量（62.9±5.3）kg。安排統(tǒng)一測試，測試時間為訓練大周期的中期、小周期的力量訓練單元，在1周內(nèi)完成測試。

1.2 研究方法

1.2.1 測試法

（1）肩撲摟撞擊力量測試。采用自主研發(fā)的力量測試儀（專利號：ZL 201910594285.9）進行。測試儀由硬件和軟件構(gòu)成：硬件主要包括力量傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機，進行信號的采集、轉(zhuǎn)換、傳輸、儲存和顯示；軟件包括應用程序和硬件驅(qū)動程序，應用程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集程序的設(shè)計和控制，硬件驅(qū)動程序用于完成數(shù)據(jù)采集卡工作模式的設(shè)置。具體如圖1、圖2所示。

圖1 肩撲摟撞擊力量測試儀Figure 1 Application of impact force testing system of shoulder tackle

圖2 肩撲摟撞擊力量數(shù)據(jù)采集編程Figure 2 Data acquisition procedure of impact force testing system of shoulder tackle

（2）肩撲摟下肢運動學指標測試。采用Vicon動作捕捉系統(tǒng)、肌電和三維測力臺同步進行。①采用英國Vicon Motion System公司生產(chǎn)的紅外高速運動捕捉系統(tǒng)和10個MX13型攝像頭進行動作捕捉，采樣頻率為200 Hz，配套的標志點為直徑14 mm的紅外反光marker球。受試者熱身后粘貼marker點于雙側(cè)肩峰、第7頸椎棘突、雙側(cè)足踝、下肢及骨盆。反光標記點包括環(huán)節(jié)標記點（雙側(cè)肩峰、第7頸椎棘突、雙側(cè)大轉(zhuǎn)子、骨盆的雙側(cè)髂脊上緣、髂前上棘和髂骨后的后骶骨處，雙側(cè)的膝內(nèi)、膝外、踝內(nèi)、踝外，足跟正后方的跟骨結(jié)節(jié)處、足尖、第1和第5跖骨頭）以及通過粘貼、捆綁固定在兩側(cè)大腿和小腿環(huán)節(jié)上的4組追蹤點。每組環(huán)節(jié)追蹤點粘貼在貼合環(huán)節(jié)外形的熱塑板上，以保證4個反光標記點在環(huán)節(jié)運動時相對位置保持不變。受試者頸椎、肩峰、骨盆和雙側(cè)下肢反光點安放位置參照Visual 3D分析軟件默認的下肢模型marker點放置方式，共34（測試時去掉撞擊肩峰上的1個點）枚反光標記點。②采用Delsys 無線肌電采集系統(tǒng)測試下肢伸肌群表面肌電值，采集頻率為2 000 Hz，共10個無線肌電塊粘貼在下肢左右側(cè)的臀大肌、股直肌、股二頭肌、腓腸肌和脛骨前肌。③采用瑞士奇石樂公司生產(chǎn)的Kistler三維測力臺（長×寬×高：90 cm×60 cm×10 cm，型號為9287B，內(nèi)置信號放大器，最大側(cè)向力和垂直力分別可達10 kN和20 kN）測試下肢蹬伸地反力。采樣頻率為1 000 Hz，使用Butterworth二階雙向低通濾波器濾波動力學數(shù)據(jù)，截止頻率為50 Hz。

（3）測試設(shè)備的同步。測力臺和Vicon系統(tǒng)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接并同步構(gòu)成，Delsys無線肌電采集系統(tǒng)通過同步盒與Vicon系統(tǒng)進行同步。

（4）測試方案。測試在室內(nèi)22 ℃恒溫條件下進行。15 min熱身活動后，準備姿勢采用比賽中習慣的肩撲摟站位，雙腳在測力臺上從靜止開始，分別用正反架在高、中、低體位進行3次全力有效撞擊，每次撞擊時間間隔120 s，測量結(jié)果數(shù)據(jù)以平均值進行統(tǒng)計。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計學方法

（1）撞擊力量數(shù)據(jù)處理。按照運動員肩撲摟姿勢分前、后肢體進行統(tǒng)計：正架為優(yōu)勢側(cè)撞擊，同側(cè)腿在前；反架則為非優(yōu)勢側(cè)撞擊，同側(cè)腿在前。如優(yōu)勢側(cè)為右肩：正架為右肩撞擊，右腿在前；反架則為左肩撞擊，左腿在前[21]。本文受試者中有2人的優(yōu)勢側(cè)是左肩，以優(yōu)勢側(cè)分組進行統(tǒng)計分析。

（2）OSO數(shù)據(jù)導入。模型采用Besier等[22]的測試方案確定髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)中心點，采用Saxby等[23]的方案計算股骨和脛骨的長度。在Visual 3D中導入運動員靜態(tài)標定的.c3d文件，個性化修改運動員的身高、體質(zhì)量，隨后將建好的靜態(tài)人體模型.mdh文件套用于動態(tài)數(shù)據(jù).c3d文件完成靜態(tài)模型建立。靜態(tài)優(yōu)化模型肌肉力矩方程：

其中，nf為屈肌數(shù)，ne為伸肌數(shù)；rf為屈肌力矩臂，re為伸肌力矩臂。①OSO模型加載。對OpenSim自帶模型“gait2392_simbody.osim”進行修改，將92塊肌肉運動等速肌力閾值范圍擴大3倍，然后在OpenSim軟件中打開軟件自帶的Gait_2392模型，加載肩撲摟模型。②OSO生物力學指標加載。輸入肩撲摟的運動學指標（Visual 3D、SIMI）和動力學指標（地面反作用力）進行靜態(tài)優(yōu)化，在每一步中更新模型坐標、外部載荷，并計算產(chǎn)生模型加速度所需的肌肉收縮力和激活程度。

（3）統(tǒng)計分析。對于采用體質(zhì)量進行標準化處理（F/WB）之后的肩撲摟撞擊力量和下肢髖、膝、踝關(guān)節(jié)肌群靜態(tài)優(yōu)化肌力的數(shù)據(jù)，運用SPSS 25統(tǒng)計軟件取平均值和最大值進行參數(shù)檢驗。采用單樣本K-S檢驗對符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進行Z-score標準化，剔除中心化標準化值(x?μ)/δ，[?3,3]以外的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標準差表示。①統(tǒng)計OSO的肌力值。對同體位左右側(cè)的臀大肌、股四頭肌、股二頭肌和腓腸肌進行配對樣本t檢驗和配對樣本非參數(shù)檢驗（Wilcoxon signed-rank檢驗）。②以肩撲摟撞擊力量為觀察變量，正反架不同體位左右側(cè)臀大肌、股四頭肌、股二頭肌和腓腸肌為控制變量，進行相關(guān)性分析，R<0.6或Rho≥0.5，表示在0.05級別顯著性相關(guān)；R<1或Rho≥0.6，表示在0.01級別顯著性相關(guān)。

2 研究結(jié)果

2.1 肩撲摟撞擊力量測試結(jié)果

肩撲摟撞擊力量測試結(jié)果如表1所示。肩撲摟撞擊平均力量為體質(zhì)量的0.86～1.25倍。

表1 不同體位正反架肩撲摟撞擊力量測試結(jié)果（n=18）Table 1 Impact force of front and reverse shoulder tackle in different positions （n=18）

2.2 肩撲摟技術(shù)OSO結(jié)果的驗證

采用基準數(shù)據(jù)比對法驗證模型仿真結(jié)果的可靠性。將OpenSim靜態(tài)優(yōu)化的肌肉激活水平數(shù)據(jù)與實驗采集的表面肌電信號（sEMG）進行對比驗證[24?25]，如圖3、圖4所示，在整個動作過程中靜態(tài)優(yōu)化結(jié)果和肩撲摟蹬伸伸肌sEMG峰值出現(xiàn)的時刻以及曲線形態(tài)基本一致，表明模擬仿真結(jié)果具有較好的可信度。

圖4 肩撲摟下肢運動左側(cè)肌群激活水平靜態(tài)優(yōu)化與表面肌電比較Figure 4 Comparison of static optimization and sEMG on the activation level of left muscle group of the shoulder tackle lower-extremity

2.3 OSO下肢左右側(cè)肌群肌力比較與相關(guān)性

同一體位肩撲摟蹬伸下肢肌群力量左右側(cè)比較結(jié)果如表2所示。在正架高位肩撲摟技術(shù)中，臀大肌最大肌力左右側(cè)存在顯著性差異（P<0.05），右側(cè)大于左側(cè)；股四頭肌、股二頭肌和腓腸肌肌力平均值和最大值左右側(cè)存在顯著性差異（P<0.05），股四頭肌肌力右側(cè)大于左側(cè)，腓腸肌肌力左側(cè)大于右側(cè)。在正架中位肩撲摟技術(shù)中，臀大肌、股四頭肌、股二頭肌和腓腸肌最大肌力左右側(cè)存在顯著性差異（P<0.05），臀大肌右側(cè)大于左側(cè)，股四頭肌、股二頭肌和腓腸肌左側(cè)大于右側(cè)。在正架低位肩撲摟技術(shù)中，臀大肌、股四頭肌、股二頭肌和腓腸肌肌力平均值和最大值左右側(cè)存在顯著性差異（P<0.05），臀大肌和股四頭肌的平均肌力右側(cè)大于左側(cè)，臀大肌最大肌力右側(cè)大于左側(cè)，股四頭肌最大肌力左側(cè)大于右側(cè)；股二頭肌和腓腸肌的平均肌力和最大肌力左側(cè)大于右側(cè)。

表2 正架肩撲摟下肢肌群肌力左右側(cè)比較結(jié)果（n=18）Table 2 Comparison of the muscle strength of lower-extremity between the left and right in front shoulder tackle （n=18）

在反架高位肩撲摟技術(shù)中，臀大肌肌力左右側(cè)存在顯著性差異（P<0.05），右側(cè)大于左側(cè)；股四頭肌、股二頭肌和腓腸肌肌力左右側(cè)存在顯著性差異（P<0.05），左側(cè)大于右側(cè)。在反架中位肩撲摟技術(shù)中，股四頭肌最大肌力左右側(cè)存在顯著性差異（P<0.05），左側(cè)大于右側(cè)；腓腸肌平均肌力和最大肌力左右側(cè)都存在顯著性差異（P<0.05），左側(cè)大于右側(cè)；股二頭肌肌力左右側(cè)存在顯著性差異（P<0.05），左側(cè)大于右側(cè)。在反架低位肩撲摟技術(shù)中，腓腸肌平均肌力和最大肌力左右側(cè)均存在顯著性差異（P<0.05），左側(cè)大于右側(cè)。具體如表3所示。

表3 反架肩撲摟下肢肌群肌力左右側(cè)比較結(jié)果（n=18）Table 3 Muscle strength of lower-extremity in reverse shoulder tackle （n=18）

在肩撲摟靜態(tài)優(yōu)化模型中，針對不符合正態(tài)分布的下肢肌群肌力值數(shù)據(jù)，采用中位數(shù)比較大小，如表4所示。

表4 肩撲摟下肢肌群肌力（n=18）Table 4 Muscle strength of lower-extremity of shoulder tackle （n=18）

肩撲摟蹬伸下肢左右側(cè)肌群平均肌力的關(guān)系如表5所示。在正架肩撲摟中，右側(cè)股四頭肌與左側(cè)腓腸肌呈正相關(guān)，左側(cè)股四頭肌與右側(cè)腓腸肌呈正相關(guān)；在反架肩撲摟中，左側(cè)股四頭肌與左側(cè)腓腸肌呈正相關(guān)，左側(cè)股二頭肌與右側(cè)腓腸肌呈負相關(guān)。

表5 肩撲摟下肢左右側(cè)肌群肌力關(guān)系Table 5 Correlation between the left and right of muscle strength of lower-extremity of shoulder tackle

不同體位肩撲摟蹬伸下肢同側(cè)同名肌群肌力平均值的比較結(jié)果如圖5、圖6所示。在正架肩撲摟中，右側(cè)股四頭肌高位與低位之間存在顯著性差異，高、低位的肌力分別為體質(zhì)量的（4.05±0.44）倍和（4.76±0.27）倍，左側(cè)股四頭肌高位與中位之間存在顯著性差異，高、中位的肌力分別為體質(zhì)量的（3.43±0.41）倍和（4.17±0.32）倍；左右側(cè)腓腸肌高位與中、低位之間存在顯著性差異，高、中、低位右側(cè)的肌力分別為體質(zhì)量的（0.30±0.04）倍 、 （1.00±0.16）倍 、 （1.30±0.15）倍 ， 高 、中、低位左側(cè)的肌力分別為體質(zhì)量的（1.22±0.06）倍、（1.82±0.09）倍、（1.84±0.24）倍。在反架肩撲摟中，右側(cè)股四頭肌高位與中、低位之間存在顯著性差異，左側(cè)股四頭肌高位與中位之間存在顯著性差異，右側(cè)腓腸肌中位與高、低位之間存在顯著性差異。

圖5 正架不同體位肩撲摟下肢同側(cè)同名肌群肌力平均值比較結(jié)果Figure 5 Comparison of the average strength in the same muscle group on unilateral low-extremity in front shoulder tackle

圖6 反架不同體位肩撲摟下肢同側(cè)同名肌群肌力平均值比較結(jié)果Figure 6 Comparison of the average strength in the same muscle group on unilateral low-extremity in reverse shoulder tackle

2.4 OSO下肢肌群肌力與撞擊力量的相關(guān)性

在肩撲摟蹬伸下肢肌群中，除了高位肩撲摟的股二頭肌肌力與肩撲摟撞擊力量沒有相關(guān)性之外，正反架其他體位肩撲摟左右側(cè)臀大肌、股四頭肌、股二頭肌和腓腸肌肌力均與肩撲摟撞擊力量呈正相關(guān)關(guān)系。其中，不同體位肩撲摟的右側(cè)股四頭肌肌力與肩撲摟撞擊力量正相關(guān)程度最高，中低位肩撲摟左側(cè)腓腸肌肌力與撞擊力量正相關(guān)程度較高，具體如表6所示。

表6 肩撲摟下肢肌群平均肌力與撞擊力量的相關(guān)性（n=18）Table 6 Correlation between the average strength of lowextremity and the impact force of shoulder tackle （n=18）

3 分析與討論

3.1 OSO與其他方法的比較

與 Computed Muscle Control （CMC）和 Neuromusculosketetal Tarckong （NT）仿真建模軟件相比，OSO 建模更加高效、便捷，且計算肌肉力量的穩(wěn)定性較高[25?27]。OSO運用逆向動力學建模，通過最小化每個時刻的獨立于時間的性能標準，將凈關(guān)節(jié)力矩分解為單個肌肉力，僅需輸入身高、體質(zhì)量、運動學V3D數(shù)據(jù)和動力學地面反作用力等指標就可以直接優(yōu)化建模，優(yōu)化計算成本小[28?30]。研究[25]表明，在走與跑的運動中，OSO靜態(tài)優(yōu)化建模的效率約是CMC和NT的5倍。

CMC和NT都是以正向動力學模擬運動，設(shè)計方法相似，CMC建模雖然可以解釋與時間相關(guān)的肌肉收縮力量和激活程度，但需要很高的計算成本；NT在建模計算中肌肉活動及關(guān)節(jié)力矩誤差的平方和時間間隔最小。Lin等[25]的研究表明，在關(guān)節(jié)力矩精確的走和跑的運動模型中，運用OSO、CMC、NT 3種方法估算肌肉力量，結(jié)果沒有顯著性差異，并且靜態(tài)優(yōu)化計算走和跑下肢主要伸肌肌群在水平面、冠狀面和矢狀面運動時，OSO下肢關(guān)節(jié)凈力矩均方根差小于1 Nm，分別優(yōu)于CMC的8 Nm（水平面和冠狀面）和NT的15 Nm。

OSO可以采用OpenSim和MATLAB軟件仿真平臺處理數(shù)據(jù)，而CMC只能運用OpenSim、NT只能運用MATLAB進行數(shù)據(jù)處理[31?32]。然而，采用OSO方法建模必須依靠收集和處理的環(huán)節(jié)運動學指標參數(shù)，才能確保環(huán)節(jié)推導計算的肌肉肌力和激活程度的精確性， OSO在計算更為精確的肌肉力量時需要解釋肌肉的生理特征[33]，且其靜態(tài)優(yōu)化計算以時間為單位的肌肉力量[34]，基于逆向動力學方法不能恰當解釋肌肉之間協(xié)同運動的潛在規(guī)律[35?36]，因此也存在一定的局限性。

本文探索影響肩撲摟撞擊力量的主要因素，通過建立運動模型了解肩撲摟動作下肢運動的特征，尤其是下肢關(guān)節(jié)肌群收縮肌力對肩撲摟撞擊力量的影響。收集18名受試者每人18條數(shù)據(jù)，即正反架肩撲摟分別在高、中、低位每個體位3次動作的數(shù)據(jù)，并且采用OSO和CMC分別進行運動建模。運用OSO方法在3天內(nèi)完成了18人的正反架肩撲摟高、中、低位下肢運動建模，得到了下肢主要伸肌肌群肌力和激活程度等指標，同時在MATLAB軟件平臺完成數(shù)據(jù)處理。然而，運用CMC方法處理1個人的數(shù)據(jù)就用了3天時間，1個星期只完成2名測試對象的建模。為了提高研究效率，并結(jié)合本文實際需求，最終選用OSO作為估算人體運動中肌肉力量的方法。

3.2 肩撲摟OSO建模的可靠性

OSO自帶模型采集普通人群數(shù)據(jù)進行建模和計算，每塊肌肉設(shè)置不同的等速肌力力矩閾值，下肢肌群中最小的為156 Nm，最大的為3 549 Nm。為了優(yōu)化參加2020年東京奧運會的女子橄欖球運動員肩撲摟下肢運動，針對OpenSim自帶模型“gait2392_simbody.osim”進行修改，將92塊肌肉運動等速肌力閾值范圍擴大3倍，然后進行肩撲摟的OSO運算，得到肌力和肌肉激活程度。將OSO的結(jié)果（3DGaitModle2392_StaticOptimization activation值）與肩撲摟蹬伸下肢肌肉sEMG的RMS值進行比較，通過其曲線變化趨勢的相似度判斷靜態(tài)優(yōu)化結(jié)果的可靠性[24,37?39]。研究結(jié)果顯示，在整個動作過程中靜態(tài)優(yōu)化結(jié)果和下肢肌肉sEMG峰值出現(xiàn)的時刻及曲線形態(tài)基本一致，驗證了模型仿真結(jié)果的可靠性，通過導出3DGaitModle2392_StaticOptimization_force.sto文件，最終得到肩撲摟下肢運動中單塊肌肉的收縮力量。

3.3 肩撲摟OSO模型下肢肌群肌力特征

本文結(jié)果顯示，在正架肩撲摟下肢蹬伸運動中，優(yōu)勢側(cè)（右側(cè)）股四頭肌與非優(yōu)勢側(cè)（左側(cè)）腓腸肌力量較對側(cè)更大，分別與對側(cè)肌群力量存在正相關(guān)關(guān)系。一方面，這表明在正架肩撲摟下肢蹬伸運動中，優(yōu)勢側(cè)膝關(guān)節(jié)和非優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)的伸肌是主要發(fā)力肌群；同時，隨著身體重心的下降，即膝關(guān)節(jié)角度的增加和踝關(guān)節(jié)角度的減小，優(yōu)勢側(cè)股四頭肌力量增加，中位肩撲摟優(yōu)勢側(cè)股四頭肌平均收縮力量較高、低位更大，低位肩撲摟非優(yōu)勢側(cè)腓腸肌最大收縮肌力和平均收縮肌力較高、中位更大。另一方面，這表明在肩撲摟下肢蹬伸運動中，下肢優(yōu)勢側(cè)膝關(guān)節(jié)和非優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)發(fā)力是保持身體姿態(tài)平衡和肩撲摟技術(shù)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

反架肩撲摟下肢蹬伸運動的典型特征是非優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)腓腸肌的發(fā)力仍然較優(yōu)勢側(cè)更大。這表明在肩撲摟技術(shù)中，運動員習慣以非優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)發(fā)力，以非優(yōu)勢側(cè)髖膝發(fā)力為主（前腿）。在實際比賽中，反架肩撲摟技術(shù)使用率較低，運動員主觀上不重視反架肩撲摟技術(shù)的學習和訓練，對反架肩撲摟技術(shù)的掌握較正架技術(shù)差，反架肩撲摟技術(shù)水平?jīng)]有達到自動化和動力定型的階段。

生物力學研究[40?41]表明，以解剖學解釋肌肉的功能是不充分的，因為在多關(guān)節(jié)運動中一塊肌肉可以對它的不跨關(guān)節(jié)產(chǎn)生作用，而雙關(guān)節(jié)肌肉可以在跨關(guān)節(jié)處產(chǎn)生與其力矩方向相反的作用。在肢體一端不受約束的情況下，生物力學與解剖學解釋是一致的[42]。股后肌群跨髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)，腓腸肌跨膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)，在股四頭肌的配合下，腘繩肌和腓腸肌不但具有伸髖和伸踝的作用，同時也具有伸膝的作用。運用肌肉屈伸功能以動作而定原理，從兩方面分析肩撲摟蹬伸中膝、踝關(guān)節(jié)股四頭肌、腓腸肌力量與髖、膝、踝關(guān)節(jié)貢獻度錯位的矛盾：一方面，臀大肌和腘繩肌收縮伸髖；另一方面，在下肢一端固定的條件下股四頭肌和腓腸肌收縮也有伸髖的作用。此外，肌肉力量與關(guān)節(jié)做功是2個不同的生物力學概念，力量的大小不能等同于做功的大小。不同體位肩撲摟蹬伸中髖、膝、踝關(guān)節(jié)伸肌群力量的差異，尤其是其股四頭肌和腓腸肌肌力的差異與肌肉發(fā)力、關(guān)節(jié)角度相關(guān)。在反架肩撲摟技術(shù)中，優(yōu)勢側(cè)與非優(yōu)勢側(cè)力量的差異，尤其是非優(yōu)勢側(cè)腓腸肌力量較大的特征表明正架技術(shù)對反架技術(shù)有影響，運動員已經(jīng)形成正架技術(shù)肌肉發(fā)力的動力定型和動作自動化，影響了反架技術(shù)肌肉的發(fā)力。針對正反架肩撲摟技術(shù)存在差異的現(xiàn)象，建議橄欖球教練員和運動員重視反架肩撲摟技術(shù)的學習和訓練。

3.4 下肢肌群肌力與肩撲摟防守效果的關(guān)系

肩撲摟下肢動作是非對稱非垂直起跳的蹬伸（蹬跳），下肢多關(guān)節(jié)運動力矩為：凈關(guān)節(jié)力矩（NET）=重力矩（GRA）+互動動力矩（INT）+地面反作用力引起的接觸力矩（EXT）+肌肉力矩（MUS）。凈關(guān)節(jié)力矩值反映肌肉力量大小。在肩撲摟蹬伸階段，伸肌向心收縮產(chǎn)生力矩，其伸肌收縮力量決定蹬伸的垂直和水平?jīng)_量。這是肩撲摟蹬伸過程中身體移動速度和撞擊力量的主要來源[9?10]，而撞擊力量是其防守效果的核心影響因素和基礎(chǔ)，撞擊力量的大小影響持球人進攻的效果和撞擊后形成的局面，如進攻被阻斷失去球權(quán)，進攻速度被延緩，進攻推進距離被縮短，以及形成集陣Scrum、Maul、Ruck的不利體位（進攻隊員身體護球水平線偏向防守方）。由此可見，下肢肌群的收縮力量影響防守的效果。

肩撲摟蹬伸下肢肌群收縮力量與撞擊力量之間存在相關(guān)性。本文結(jié)果顯示，右側(cè)髖、膝、踝關(guān)節(jié)伸肌群力量與撞擊力量呈正相關(guān)，下肢肌群力量與撞擊力量之間存在線性關(guān)系。左右側(cè)股四頭肌和左側(cè)腓腸肌對撞擊力量的影響凸顯了膝關(guān)節(jié)和左踝關(guān)節(jié)（非優(yōu)勢側(cè)）的伸展運動在肩撲摟防守效果中的重要作用，證明了下肢左右側(cè)協(xié)調(diào)發(fā)力不僅是肩撲摟技術(shù)質(zhì)量的保障，也是防守效果的保障。更為重要的是，這種通過測試膝關(guān)節(jié)伸肌肌力預測和評價肩撲摟防守能力的方式能夠幫助教練員選拔人才和合理安排場上防守隊員的具體位置及全隊的防守戰(zhàn)術(shù)。這一研究結(jié)果將為肩撲摟技術(shù)學習和力量訓練提供理論參考和依據(jù)。

3.5 肩撲摟下肢肌群肌力表現(xiàn)形式和針對性訓練

肩撲摟撞擊力量測試是運動員在靜態(tài)站位自我控制蹬伸啟動的情況下進行的，蹬伸至撞擊前平均時間約為0.3 s，OSO系統(tǒng)可檢測到下肢肌群每一幀時間的肌肉力量，即蹬伸階段的時間/幀數(shù)的肌肉力量，相當于肌肉功率（肌肉的爆發(fā)力）。統(tǒng)計分析蹬伸階段肌肉的最大力量和平均力量。運動中肌肉力量的一般表現(xiàn)形式分為最大力量、力量耐力和快速力量，快速力量分為反應力量和啟動力量[43]。本文靜態(tài)優(yōu)化的肌肉力量以啟動力量為主。在橄欖球?qū)嶋H比賽和訓練中，以靜態(tài)和動態(tài)（行進間移動）姿勢站位的形式進行撲摟防守。移動中進行肩撲摟防守首先需要判斷防守時機，即肩撲摟防守依靠下肢肌群的反應力量和起動力量。比賽中肩撲摟是使用率最高的防守動作[2?3]，在Rugby Union比賽中平均每場比賽出現(xiàn)200多人次撲摟的情況[44?45]，在 Rugby League比賽中平均每場比賽多達300人次撲摟[46?48]。為保證肩撲摟的防守效果，需要下肢肌群具有較強的力量耐力。由此可見，在肩撲摟技術(shù)中橄欖球運動員下肢力量表現(xiàn)形式以快速力量和力量耐力為主。在提高肩撲摟防守能力的力量訓練中，一般力量訓練可以采用超等長練習手段，如采用跳躍和深蹲練習等發(fā)展下肢肌群啟動力量和力量耐力；專項力量可以采用司克蘭架練習，發(fā)展下肢和軀干肌群力量耐力，撞擊shield撲摟包弓形墊練習發(fā)展下肢啟動力量，撲摟Rolling Tackle Dummy練習發(fā)展下肢肌群反應力量。

在肩撲摟蹬伸過程中，下肢運動鏈所包括的關(guān)節(jié)力矩已被確定，末端效應器任何力的增加都需要運動鏈中所有關(guān)節(jié)力矩同時成比例地增加，在末端效應器發(fā)出最大力時，運動鏈中某些關(guān)節(jié)力矩達到最大值（在蹬伸階段某一時刻的身體姿態(tài)），而其他關(guān)節(jié)力矩僅達到次最大值。由于運動過程所涉關(guān)節(jié)中的一個或多個的力矩不足，末端點力不能進一步增加，這種關(guān)節(jié)為限制關(guān)節(jié)，也稱薄弱關(guān)節(jié)。在力量訓練過程中，針對不同情況分析、判斷限制關(guān)節(jié)（薄弱關(guān)節(jié)），從而對其進行針對性訓練，可改善整個環(huán)節(jié)的力或力矩關(guān)系，增加末端效應器力或力矩的輸出，達到增加速度或力量的運動訓練目標。采用OSO建立肩撲摟動作模型可以診斷運動員下肢蹬伸發(fā)力是否存在薄弱環(huán)節(jié)。本文結(jié)果顯示：優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)腓腸肌收縮力量平均為體質(zhì)量的0.26～1.45倍，最大為體質(zhì)量的1.20～3.08倍；非優(yōu)勢側(cè)腓腸肌收縮力量平均為體質(zhì)量的1.16～3.04倍，最大為體質(zhì)量的2.96～4.50倍。這表明正反架的右側(cè)踝關(guān)節(jié)力量相對左側(cè)踝關(guān)節(jié)較弱，同時也表明在正反架肩撲摟蹬伸階段，下肢關(guān)節(jié)中右側(cè)踝關(guān)節(jié)是薄弱關(guān)節(jié)，也是薄弱的發(fā)力環(huán)節(jié)。建立肩撲摟動作模型有助于教練員或運動員了解在肩撲摟蹬伸過程中哪些是重要的發(fā)力環(huán)節(jié)和發(fā)力肌群，如基于正架肩撲摟下肢優(yōu)勢側(cè)膝關(guān)節(jié)股四頭肌和非優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)腓腸肌對撞擊力量的影響，可進行針對性力量訓練，促進訓練目標高效實現(xiàn)，提高肩撲摟技術(shù)水平等。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié) 論

①肩撲摟蹬伸下肢環(huán)節(jié)左右側(cè)平衡發(fā)力，下肢肌群力量表現(xiàn)形式以快速力量和力量耐力為主。②女子橄欖球運動員下肢髖關(guān)節(jié)、優(yōu)勢側(cè)膝關(guān)節(jié)和非優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)是肩撲摟蹬伸主要發(fā)力關(guān)節(jié)，臀大肌、優(yōu)勢側(cè)股四頭肌和非優(yōu)勢側(cè)腓腸肌是肩撲摟蹬伸發(fā)力的主要肌群。③在肩撲摟技術(shù)中下肢優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)是運動鏈中的薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)腓腸肌收縮力量平均為體質(zhì)量的0.26～1.45倍，最大為體質(zhì)量的1.20～3.08倍，是下肢運動肌肉鏈中的薄弱肌群。

4.2 建 議

①加強肩撲摟下肢肌群的力量訓練。一般力量訓練采用超等長練習手段，如采用跳躍和深蹲練習等發(fā)展下肢肌群啟動力量和力量耐力；專項力量可以采用司克蘭架練習發(fā)展下肢和軀干肌群力量耐力，撞擊shield撲摟包弓形墊練習發(fā)展下肢起動力量，撲摟Rolling Tackle Dummy練習發(fā)展下肢肌群反應力量；針對肩撲摟下肢運動肌肉鏈中的薄弱環(huán)節(jié)優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)腓腸肌力量，可采用以掌趾和踝關(guān)節(jié)為主的退讓與超等長練習手段。②提高肩撲摟技術(shù)水平和能力。針對優(yōu)秀運動員加強正架肩撲摟下肢優(yōu)勢側(cè)膝關(guān)節(jié)股四頭肌和雙側(cè)踝關(guān)節(jié)腓腸肌的力量訓練；針對初學者形成左右側(cè)肩撲摟均衡防守的意識，淡化單側(cè)撲摟技術(shù)的觀念，在訓練和比賽中培養(yǎng)左右側(cè)肩撲摟均衡防守的習慣和意識。

作者貢獻聲明：

宋校能：提出論文主題，設(shè)計實驗流程，處理數(shù)據(jù)，撰寫論文；

徐 輝：設(shè)計論文框架，核實數(shù)據(jù)，修改論文；

吳貽剛：指導實驗技術(shù)動作，核實數(shù)據(jù)，指導修改和審核論文。