不同跳绳频率的运动训练研究

郭守靖 邱文信

（1.浙江师范大学体育与健康科学学院，浙江 金华 321004；2.新竹教育大学体育学系，台湾 新竹 300-14）

在足部着地开始便受到冲击可由此得知，当着地的速度越快、所受到的冲击就越大、而受伤的机率也就随之提高，可见在跳跃过程中为了减少受伤的机会，人体必须在着地后进行缓冲动作，降低地面反作用力对人体的冲击，缓冲动作的策略便是在着地时增加膝关节和髋关节的角位移能够较有效地减缓冲击[8]。另外，Nigg曾指出，若身体在着地瞬间极短的时间内会受到垂直地面的反作用力，而此力量在50~70毫秒前出现称为被动力量（passiveforces），被动力量会让人体骨骼神经系统无法主动反应来产生缓冲吸收撞击，而使骨骼关节及软骨组织就要承受这多于的负担，这将有可能会让下肢产生运动伤害[9]。因此，当50毫秒内的被动冲量越高时，那就代表受伤的危险性越高，因为人体无法产生自主的反应，只能够靠人体的结构去吸收冲击力。另一方面，当骨骼承受次数较少的大负荷，或是次数过多之低的负荷，即可能发生疲劳性骨折[10]，此时我们以最大负荷率[11]，来对骨骼所受到的负荷情形加以探讨。

此外，运动训练中肌肉爆发力的产生是由于肌肉在最短时间达到最大力量[12]，即当每一次的跳跃的下蹲期，跳跃的能量储存在离心收缩的肌肉中，而当成功的起跳时，跳跃的能量便释放从蹬伸期向心收缩的肌肉中，而且如果伸展与收缩的时间周期超过500毫秒，储存的弹性位能将会转换为热能而消失，所以较深而快速的下蹲可以获得更多的弹性位能[13]。另外，人体为了应付面临的状况转变以避免跌倒，最先启动运动神经反应保护机转是劲度的调节：即关节位移与力的动态互动关系，运动神经系

1 问题的提出

跳绳是一项古老而传统的体育项目，其发展历史，可以追溯到轩辕黄帝时期[1]。跳绳不仅在民间普及，而且应用广泛，是众多竞技运动训练必不可少的辅助训练项目。如在拳击、武术、摔角、羽毛球、网球等运动训练中都少不了跳绳训练。然而，现在我国的跳绳运动发展水平已明显落后于加拿大等欧美发达国家[2]。已经引起了学术界的关注。

在羽球项目中以跳绳运动作为辅助训练，对其基本体能并没有显著的影响但是在肌力、瞬发力、心肺耐力、柔软度、敏捷性、平衡等各项体能上均有显著的影响[3]；跳绳训练也对青少年剑道选手攻击速度表现能有效提升[4]；而且跳绳训练对于篮球选手下肢动力有显著提升的效果，而下肢动力的表现与篮球选手的敏捷度有显著相关，所以跳绳训练亦可以作为篮球选手或教练用以提升下肢动力的训练选项之一[5]；经跳绳训练后，受跳绳训练的田径选手在10公尺起跑、立定跳远、垒球掷远、60公尺快速跑及通过平衡木能力有明显的训练效果，可见跳绳运动适合成为田径运动训练的辅助训练[6]。由此发现，跳绳运动可以应用在不同的运动训练上，而且有一定程度的影响，但是对于运动训练的影响机制，没有相关文献探讨。

跳绳运动是以下肢动作为重覆性的跳跃运动，根据研究，当身体受到适当的垂直地面反作用力的影响时，不仅能增加能增加脚跟的骨劲度指数，更能让脚跟的跟骨更具结构性及弹性[7]。根据冲量动量原理的定义：冲量=F×Δt=m×ΔV=动量，人体统对此的反应时间在50-200ms以内，因此必须调节下肢劲度来完成这种反应[14]。所以在运动训练运过程中，当跳跃频率产生改变时人体下肢动作对于不利环境而产生的着地策略，可能就是能否顺利达到跳绳运表现及促进人体健康的关键因素。

张艳霞等运用离差法研究制定了九级三个段位的跳绳大众锻炼等级评价体系[15]。但对于不同跳绳运动频率在运动训练的效益与人体健康的影响如何，仍然没有相关学者和文献进行深入探讨。有鉴于跳绳运动日趋普遍，国际跳绳联盟(International Rope Skipping Federation“IRSF”)建议，将跳绳运动分成低频率30~60次/分钟、中频率61~120次/分钟、高频率121~180次/分钟三个不同的运动频率，以便指导训练。

为了解跳绳运动在运动训练中的机制及应用的价值性，本研究将从力学原理对不同跳跃频率（低频组、中频组、高频组）的跳绳运动进行探讨。一方面，比较不同跳跃频率的跳绳运动过程中下肢所受到相关力学参数的差异，以了解进行不同跳跃频率跳绳运动的地面反作用力变化可能对人体健康造成的影响。所探讨的力学参数包括最大地面反作用力及负荷率变化情形。另一方面，比较不同跳跃频率的跳绳运动过程中着地与起跳下肢呈现的相关运动学参数的差异，以了解不同跳跃频率跳绳运动的下肢关节运动学变化及下肢劲度对着地策略的影响。所探讨的运动学参数包括下肢关节角位移与下肢劲度变化情形。

2 实验对象与研究方法

2.1 实验对象

本研究以十五名自愿参与的小学生为受试对象，平均年龄为11.13±0.88岁，平均身高148.47±3.77公分、体重36.47±1.71公斤。受试者均无身体动作能力上的障碍，而且学习跳绳运动至少应有一年以上的经验。本研究的实验参与者所要执行的跳绳动作技术为跳绳前回旋动作即双脚原地前回旋跳绳运动型态进行反覆的跳跃动作。跳跃的目标是至少完成三次跳跃以上并在规定的活动频率下，尽可能多次连续跳跃。

2.2 研究方法

2.2.1 实验法

受试者全身着黑色长衣裤，于身体主要关节点贴上反光点，分别为肩（肩峰突）、髋（髂前上棘）、膝（股骨内外上髁）、踝（内外踝）及第一跖骨头等七个反光点，为矢状面的2D分析。拍摄动作时以Kistler测力板（1000Hz）VICON（100Hz,Oxford Metrics,London,England）动作撷取系统来收取力学及运动学资料，研究中下肢关节角度定义如图1。拍摄完成不同频率的跳绳动作后，存成*.c3d档在Workstation中进行资料的编修，并使用软件Excel计算出各关节的角度相对于时间的变化情形。

实验步骤一开始就注意受试者当日状况是否良好，近日上肢下肢是否作过度剧烈的运动，如：比赛。接着每名实验参与者随机参与三种不同频率（60次/分钟、中频组、高频组）的试验，不同频率间隔5分钟，让受试者有充分的时间休息。在开始动作资料撷取时实验参与者呈静态T姿站立，并请受试者先跟节拍器设定频率练习，以便正式实验可以适应，正式实验开始时先开启节拍器控制跳绳频率，当下达“开始”口令时，实验参与者依据节拍器设定，开始进行在测力板上不同频率跳绳动作，运动学及动力学资料收集时间10秒钟，一次试验完之后让受试者适度休息，再更换不同频率的测试。

2.2.2 数理统计法

本实验运动学及动力学资料采用重复量数单因子变异数分析（One-way ANOVA repeated measure）检定三种频率跳绳运动各组间的跳跃高度及运动学参数是否有差异，统一显著水平定为α＝0.05，达显著时再用杜凯氏HSD法做事后比较。人体肢段参数的计算，采用Jensen（1989）的12岁肢段参数回归方程式数据[16]，计算各肢段重量、重心位置，以求得各受试者的重心位置。

3 研究结果与分析

3.1 相关力学参数对于不同跳绳频率的影响

相关力学参数的结果如表1，发现高频组的垂直地面反作用力最大值及被动冲量较高（p<0.05）；三种跳跃频率间的冲量及负荷率组有显著差异存在，由比较得知，三种跳跃频率的负荷率由小到大分别为低频组、中频组及高频组（p<0.05）。

根据基础力学原理，人体着地时对地面产生的垂直地面反作用力为F=mg+mΔa，所以在不同跳跃频率下人体对地面所产生的加速度也不同。当摇绳频率增加时，跳跃的速度也需要加快以跟上跳绳的运动频率，因而也跟着增加，造成了垂直地面反作用力的提高。也因为这样的关系而使得被动冲量及负荷率随着跳跃频率的增加而呈线性的改变（见表1），然而这样的改变会使人体在高频率跳绳运动过程中承受过多的被动冲量及负荷率的冲击，这样可能会对人体下肢造成潜在性的伤害。

3.2 不同跳绳频率的下蹲期与蹬伸期时间分配相反

在动作时间分配比列上，下蹲期与蹬伸期在各跳跃频率组间存在显著差异（见表2）。在下蹲期的三种跳跃频率组间的动作时间分配比例由大到小依次为低频组、中频组及高频组；在蹬伸期的三种跳跃频率组间的动作时间分配比列由大到小依次为高频组、中频组及低频组（p<.05）。

从表2的数据发现，中频组及高频组的下蹲及蹬伸期的动作时间皆不超过500毫秒，即这两组跳跃频率的伸展与收缩的时间周期少于500毫秒，这样储存的弹性位能将不会转换为热能而消失，又根据文献，较深而快速的下蹲可以获得更多的弹性位能，以便能产生较大的爆发力，然而从表三发现，跳绳运动的下蹲及蹬伸动作并没有随着频率的提高而造成较深的下蹲。所以若跳绳运动能在单位时间内加深下蹲深度及提高跳跃次数，便可以缩短牵张－缩短循环的周时间，并让人体在跳绳训练的过程获得较大的爆发力。

所以进行跳绳训练时，除了视个别差异而给予不同跳跃频率的运动处方外，并且应在跳绳运动量及动作方式应适当的指导，同时还要给人体组织有足够的复原时间，接着加强下肢肌力，以防止下肢受到过多的地面反作用力冲击，而导致下肢疲劳性骨折的产生，如此才能提升训练效果并且避免非必要的运动伤害情发生。

3.3 不同跳绳频率的下肢各关节角度变化量不同

不同频率跳绳运动的下肢关节角度变化量如表3，髋、膝与踝关节的角度变化量在各跳跃频率间皆达显著差异（p<.05），由比较发现髋关节的关节角度变化量由大到小为低频组、中频组及高频组，而膝关节的关节角度变化量在中频组的下蹲期角度变化比其他两者要大；踝关节的关节角度变化量在高频组的下蹲期角度变化比其他两者要小。

由于跳绳运动是连续性的跳跃运动，所以本质上仍然保有其跳跃的特性，即跳跃运动的下肢各关节动作由近端-远端的顺序性，而且跳跃所需的能量便首先由近端的髋关节伸肌群释放，随后由膝关节的伸肌群接替，最后在肢末端的踝关节充分蹬伸后离地，使能量充分的产生与完整的运用[17]。然而为了要有效减缓地面反作用力的冲击，必须增加下肢各关节的弯曲程度，且以增加膝关节和髋关节的角位移能够较有效地减缓冲击，此与本研究结果有些出差异（见表3），即当跳跃的频率增加时，地面反作用力上升，而髋及踝关节屈曲及伸展角度变化却逐渐减少，不同的是膝关节在中频组的屈曲及伸展角度变化比其他两者跳跃频率要大。由文献可知，在跳跃过程中为了减少受伤的机会，人体必须在着地后进行缓冲动作，再由表1、表2表及3可以推知，人体在着地后进行的缓冲动作由下肢关节进行弯屈来完成，但是随着频率的提高，再加上垂直地面反作用力上升，在中频组的跳绳运动中，踝关节弯曲的角度与低频组比较起来似乎已达到弯曲的限度，随后弯曲的程度便减少，而髋关节弯曲的角度则呈现减少的趋势，在这样的情形下，可能由膝关节来缓冲随着频率提高而增加的垂直地面反作用力冲击。

3.4 跳绳的下肢劲度及角劲度与跳绳频率成正相关

劲度分为下肢劲度及角劲度，下肢劲度为着地后的缓冲期最大地面反作用力与此瞬间重心最大合位移量的比值，角劲度为着地后的缓冲期最大地面反作用力与此瞬间膝关节最大角位移量的比值。

进行不同频率跳绳运动时，人体下肢劲度及角劲度变化如表4。从表中我们可以发现，下肢劲度及角劲度变化在各跳跃频率间皆达显著差异（p<0.05），由比较发现下肢劲度及角劲度由小到大分别为低频组、中频组及高频组。

由于下肢劲度影响身体与地面交互作用的物理特性和运动学特征，例如在着地阶段期间，较大的下肢劲度造成较短的地面接触时间、较小的身体重心垂直位置的偏离，且因下肢劲度的调整，最大地面反作用力也都会有所不同[18]，而且又因为以较僵直较小而且较为弯曲的下肢姿势进行着地，将会对下肢肌肉用力的需求较少[19]。从表四发现，随着跳跃频率的提高下肢劲度及角劲度的值也跟着呈线性地上升，这样的情形对于中频组的下肢着地策略而言，下肢劲度值及角劲度值虽有增加的趋势，但是由表3显示可能其上升值仍不足以缓冲中频组所产生的冲击力，所以会造成中频组的膝关节角度变化加大，以缓冲来自地面多余的冲击量。因此虽然跳绳运动是跳跃运动的一种，但是却会由于跳跃频率的提高而造成不再只有增加下肢各关节弯曲程度，这样的唯一一种着地策略而已，而是随着跳跃频率的改变，人体在着地的过程中以不同的着地策略来适应工作难度的转变，即在低频组的跳绳运动使用下肢关节的较大角位移来进行跳绳运动，中频组的跳绳运动使用增大下肢劲度来因应增加的跳跃频率，高频组的跳绳运动使用较小的下肢劲度及角劲度来适应跳跃频率的加快。

4 结论与建议

图1 着地时下肢关节角度

不同频率跳绳运动的垂直地面反作用力的最大值、被动冲量、负荷率、下肢劲度及角劲度值以高频组较高；不同频率跳绳运动的动作时间以低频组较多；下肢各关节角度变化量方面膝关节角度变化在中频组有突增现象。因此在进行跳绳运动训练时，仍应注意高频率跳跃时垂直地面反作用力对人体的冲击。若从事高频率的跳绳运动时，因为最大垂直地面反作用力、被动冲量及负荷率较高，而且下肢关节曲屈范围较小，长期下来可能对下肢造成受伤的风险。在着地过程中的着地策略方面，低频跳绳运动使用下肢关节的较大角位移来进行跳绳运动，中频跳绳运动使用增大下肢劲度来因应增加的跳跃频率，高频跳绳运动使用增大下肢劲度及角劲度来来适应跳跃频率的加快。低频跳绳运动着地时期较长，下肢各关节变化较大，缓冲效果较好，但是会消耗较多的弹性位能。中高频跳绳运动着地时期缩短，下肢各关节变化减少，缓冲效果变差，若下蹲加深可储存较多的弹性位能，即可以训练到较大的爆发力并提高缓冲效果。

表1 不同频率跳绳运动之相关力学参数

表3 不同频率跳绳运动之下肢关节角度变化量

表4 劲度

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