自由式滑雪空中技巧运动员平衡控制能力研究
2017-01-04娄彦涛郝卫亚
娄彦涛，郝卫亚，王 振
自由式滑雪空中技巧运动员平衡控制能力研究
娄彦涛1，2，3，郝卫亚2，王 振4
目的：探讨不同运动水平、性别、年度、站立方式和视觉类型对自由式滑雪空中技巧运动员平衡控制能力的影响。方法：利用芬兰Metitur平衡分析系统对28名运动员进行测试，按级别(国家队12名、国家青年队16名)和性别分为4组，分别在2012、2013和2014年进行睁、闭眼单、双腿测试。采用5因素(2×2×3×3×2)重复测量方差分析检验不同因素对平衡能力差异性的影响。结果：1)各因素的主效应均存在显著性差异(P<0.01)，年度×级别以及年度×性别的交互作用具有显著性差异(P<0.01)；2) 在Vx、Vy、R上，国家青年队在2012、2013年度显著性高于国家队(P<0.01)；在Vx上，国家青年男队在双腿站立时显著性高于女队(P<0.05)；在Vy上，国家青年男队在2013、2014年的单腿站立时显著性高于女队(P<0.05)；3)在闭眼双腿和闭眼单腿站立时，国家队2012年显著性高于2013年(P<0.05)；在闭眼双腿和睁眼单腿站立时，国家青年队2012年显著性高于2014年(P<0.05)。4)国家队3年的趋势呈漏斗型，国家青年队呈斜线型；5)在2013年的Vy和R上，国家队为右腿显著性高于左腿(P<0.05)，国家青年队为左腿显著性高于右腿(P<0.05)。结论：1)5因素对平衡能力均具有影响，大小为站立方式>视觉类型>级别>年度>性别；另外，也受级别×年度双因素的影响较大。2)不同年度运动员的平衡控制能力不同；不同水平运动员左、右腿的单腿站立平衡控制能力不同。3)平衡难度越大对视觉的依赖性越强。4)各组平衡能力为：国家女队>国家男队>国家青年女队>国家青年男队；国家青年队的单腿平衡控制能力较差。
自由式滑雪空中技巧；优秀运动员；平衡控制能力
随着中国获得2022年第24届冬奥会的举办权，冬季运动项目在我国兴起，将进一步加快我国冰雪项目的发展与竞技成绩的提高。然而,我国的冬季项目与冰雪强国差距较大。同时，我国的优势项目又集中在冰上；雪上项目的实力较弱，自由式滑雪空中技巧是仅有能达到世界一流水平的项目。空中技巧属于难美项群的高危项目，是体操翻腾和滑雪技术的完美结合。动作要求“稳、难、准、美”，是一项技术性强、观赏性和艺术很高的体育运动项目。要求运动员在极短时间内完成助滑、起跳、腾空、空翻加转体等技术环节，最终要平稳的站立于38°的着陆坡并划出[7]。要求运动员具有较强的平衡控制能力，否则在每个技术环节均可导致动作失败甚至造成损伤[5]。运动员的平衡控制能力较差，在助滑阶段将使运动员造成偏离跳台的现象；起跳阶段不能达到最佳的出台角度，造成腾空高度和远度不足以及空翻较大或不足；空中动作阶段产生转体不稳和动作横向飘移较大等问题[12]；落地阶段则造成左右侧滑、背拍触雪等落地动作失败现象，严重的造成膝关节或腰部损伤。据统计，我国现役运动员膝关节ACL损伤高达87%[4]。
近年来，对不同人群平衡控制能力[13，11，9，3]的研究已引起较多研究者的关注。平衡控制能力也称姿势稳定性，是控制人体质心(COM)与支撑面(BOS)关系的能力。主要受视觉、本体感觉、前庭功能和各环节运动链的肌肉力量等因素的影响。研究表明，平衡控制能力的机制为感觉输入—中枢整合—运动控制[20]。它的稳定性和方向性要求肌肉骨骼和神经系统复杂的相互作用，肌肉骨骼成分包括关节ROM、脊柱柔韧性、肌肉特性以及相连身体阶段的生物力学关系[15]。可分为静态的维持固定姿势和动态的调整并维持姿势控制两种，其中动态又分为自动态(无外力作用下进行各种自主运动重新获得稳定状态的能力)和他动态(受到外力干扰时恢复稳定状态的能力)两种类型[39]。在空中技巧项目的技术环节中，当地面反作用力方向为恒定的匀速滑行时，静态平衡控制能力占主导作用；当支撑反作用力方向改变时，动态平衡能力占主导作用。运动员需同时具备较高的静态和动态平衡控制能力，在助滑阶段，要求运动员具备良好的静态平衡能力来维持固定姿势，获取较大的出台速度，并以精确的方向进入过渡区和起跳台，当到达过渡区的速度过大或过小时，也需要较强的自动态平衡能力进行调整。在进入跳台的起跳阶段，要求运动员保持静态的固定姿势来达到全身的刚性制动，以一定的体位角(身体和跳台跳头的角度)进行腾空，达到空中动作的高度和远度；体位角过大则造成腾空高度不足和空翻速度较大，最终导致落地背拍，体位角过小造成腾空远度不足和空翻速度较小，导致落地前滚翻，前滚翻也是造成损伤的重要因素。空中的空翻动作要求保持身体的静态稳定性，转体动作则是由上肢的摆动造成左右侧躯体不对称性的动态平衡能力来完成。落地前的瞬间站立阶段主要以维持肢体固定姿势的静态平衡为主，落地后的高速滑行阶段则需要较强的静态和动态平衡能力。因此，运动员的静态和动态平衡控制能力是影响成绩的重要因素。
空中技巧运动员在完成难度动作时，助滑、出台技术、空翻动作及落地瞬间，人体重心具有很大的调控作用，因此，良好的静态平衡控制能力对完成动作显得尤为重要。为此，要想高质量的完成动作，运动员应具备什么样的平衡控制能力？目前运动员的平衡能力存在哪些问题？该项目运动员的平衡能力呈现何种规律性？在每个备战奥运周期如何制定科学的训练计划？这些成为运动员、教练员和科研人员共同急需解决的问题。
本研究运用平衡测试和综合分析的方法，从生物力学的角度，研究第22届奥运周期内国家队和国家青年队运动员的静态平衡控制能力。查找国家队和国家青年队之间是否存在一定的差异性，探索不同年度之间是否具有一定的规律性，分析视觉及单、双腿对平衡能力的影响，年度、级别、性别、视觉类型等因素是否对平衡能力存在交互(Interactions)影响作用，为评价和制定该项目专项平衡能力训练提供科学依据，为备战第23届平昌冬奥会争金夺银提供科技保障。
1 研究对象与方法
1.1 研究对象
选取国家队和国家青年队28名运动员为研究对象，国家队12人，国家青年队16人，根据级别和性别分成4组，受试者在测试期间无损伤，竞技状态良好，基本信息见表1。
表 1 受试者基本情况一览表
Table 1 Basic Information of Participants
n年龄(岁)身高(cm)体重(kg)训练年限(年)运动等级国家女队 627.33±2.50162.50±2.6555.33±5.1914.26±2.74国际健将国家男队 626.67±2.58172.45±2.3969.36±4.0713.42±2.31国际健将国家青年女队820.48±1.89161.62±3.6156.17±3.739.21±1.56健将国家青年男队820.75±1.72174.83±3.3168.17±4.898.72±1.67健将
1.2 研究方法
1.2.1 实验设计
奥运会为4年一个周期，因每个备战周期要重新组建国家队，运动员有所变动，为了固定同一群体的受试者，选取备战第22届索契冬奥会(2011—2014年)为研究周期，又因2011年队伍刚组建，考虑到运动员的竞技状态不稳定未列入研究，最终选取2012、2013和2014年度为研究时间。
因奥运周期内国家队的训练计划为每年11月～次年1月为雪上训练，2～4月为国内、外锦标赛、冠军赛、世界杯或世界锦标赛比赛时间，在此期间全部运动员长期在外地训练或比赛，5～6月为体能训练，7～9月为水池训练，运动员在水池基地长期训练，10～11月为运动员集体体能储备时间。因运动员长期在外地训练或比赛，时间上无法对所有国家队和国家青年队进行每年多次的测试。为保证在每年处于较高竞技水平时进行测试，选取每个雪季通过近5个月训练和比赛后的体能训练结束时为测试时间。为了保证每年度测试时间的统一性，均以每年6月份在沈阳体育学院国家体育总局冬季运动项目技术诊断与机能评定重点实验室进行测试。
1.2.2 实验程序
为保证测试过程中受试者身体处于无疲劳的放松阶段，测试安排在当天无训练的调整休息日或训练日的训练之前进行。采用芬兰生产的Metitur Good Balance 300平衡分析系统，测试前先对系统进行校准，测试过程中保持实验室的安静。根据研究需要，每位受试者依次进行睁眼双腿、闭眼双腿、睁眼左腿、睁眼右腿、闭眼左腿和闭眼右腿6种静态平衡能力测试姿势。每种姿势测试时间为20 s，在每种方式开始测试后，仪器有3 s的预适应阶段。测试要求赤脚、身体直立、双手掐腰、双眼平视前方放置的与眼睛同等高度的显示器。双腿测试时双脚并拢，单腿测试时脚站立于平衡仪器前后方向中线。单脚测试过程中一旦出现另一只脚接触仪器就认为测试失败，需要重新测试。测试之前要求受试者安静状态休息6～8 min，不同姿势之间有30 s的休息。应用平衡测试仪器进行测量并记录数据，每名受试者依次进行测试。因本次测试指标以及影响因素较多，动态平衡测试以及动静态之间的相关性作为后续研究内容。
1.2.3 指标选取
对平衡能力研究采用的仪器有：足底压力系统[11，9]、三维测力台[10]、压力平板[24]等，指标有压力中心(COP)移动距离、路程、包罗面积、COP-COM差值等，因使用仪器的差异，测试指标的范围和精度也不同。本研究采用专业的平衡分析系统，测试指标包括：COP在X轴(左右)和Y轴(前后)方向的移动总距离、平均距离、速度、曲线覆盖区域半径、速度距等；其中区域半径指在图形窗口中，覆盖指定百分比的重心移动曲线所需的圆形的半径。本研究根据需要选取X轴平均移动速度Vx(侧方稳定性)、Y轴平均速度Vy(前后方向稳定性)和区域半径R 3个指标进行分析，3个指标的值越小，表明平衡控制能力越强。
1.2.4 数理统计与分析
2 结果
2.1 级别、性别、年度、视觉类型和站立方式对平衡控制能力的影响
通过检验发现，所有数据服从正态分布、方差齐性和协方差的等同性。但在主体内效应的Mauchly球型度检验结果发现，因变量Vx检验在方式变量的结果P=0.031；Vy检验在方式变量的结果P=0.033，年度变量的结果P=0.039，年度×方式变量的结果P=0.01，类别×方式变量的结果P=0.019；R检验在方式变量的结果P=0.005，年度×方式的结果P=0.016，以上结果均小于0.05，说明3次重复测量的数据之间存在着较高的相关性，在选择其效应结果时，使用Greenhouse-Geisser的校正结果。
表2为被试间变量级别和性别的主效应和交互作用结果，级别在Vx、Vy和R上差异非常显著；性别在Vx、Vy上差异非常显著，在R上显著。还显示了各主效应及交互作用对模型的效应量，即自变量在因变量上的贡献度(关联强度)，其大小由偏η2方的值决定，值越大对模型贡献越多，最大值为1。级别对Vx、Vy和R的贡献均大于性别，相比之下，它们的交互项对模型几乎没有贡献。
表 2 主体间因素检验结果一览表
Table 2 Results Test within Subjects Factors
被试间变量因变量Ⅲ型平方和自由度FP偏η2Vx6794.1991343.3860.000**0.935级别Vy4485.6801106.9110.000**0.817R11515.7851113.5650.000**0.826Vx743.531137.5790.000**0.610性别Vy546.396113.0230.001**0.352R441.73214.3560.048*0.154Vx11.31010.5720.4570.023级别×性别Vy18.06910.4310.5180.018R227.15812.2400.1480.085
表3为各因素的主效应和交互作用的检验结果，年度、视觉类型、站立方式的主效应在Vx、Vy和R上的差异均非常显著。3因素对Vx、Vy和R的贡献均较大，其大小为，站立方式>视觉类型>年度。年度×级别在Vx上的交互作用非常显著，F(2)=19.589，P=0.000，偏η2=0.449；在Vy上的交互作用非常显著，F(1.603)=23.134，P=0.000，偏η2=0.491；在R上的交互作用也非常显著，F(2)=59.435，P=0.000，偏η2=0.712；三者间关系如图1。年度×性别在R上的交互作用也非常显著，F(2)=5.943，P=0.005，偏η2=0.115；三者间关系如图2。交互作用对Vx、Vy和R的贡献大致呈现由上至下衰减的规律：即(年度×级别)>(年度×性别)>(年度×级别×性别)>(年度×视觉类型×站立方式)>(年度×视觉类型×级别×性别)>(年度×站立方式×级别×性别)>(年度×视觉类别×站立方式×级别)>(年度×视觉类型×站立方式×级别×性别)。因年度×级别、年度×性别的交互作用显著，需进行简单效应分析。
表 3 主体内因素检验主要结果一览表
Table 3 Major Results Test within Subjects Factors
自变量因变量Ⅲ型平方和自由度FP偏η2年度Vx1937.6392 102.0500.000**0.810Vy1140.2471.60359.7120.000**0.713R3097.8792247.5710.000**0.895视觉类型Vx38149.50011861.9030.000**0.987Vy20922.14812009.6350.000**0.988R11415.43211763.6680.000**0.987站立方式Vx61426.8021.5863979.4390.000**0.994Vy41001.9481.5692373.7280.000**0.990R26583.8231.4872498.4290.000**0.990
续表 3
图 1 年度和级别在Vx上的交互作用示意图
Figure 1. Interaction in Vx of Test Years and Grade
图 2 年度和性别在R上的交互作用示意图
Figure 2. Interaction in R of Test years and Gender
简单效应分析结果表明，在睁眼双腿姿势下，年度×级别的交互作用对Vx的影响上，年度对不同级别的结果为，年度在国家队差异非常显著，F(2，52)=27.53，P<0.01；但在国家青年队不显著，F(2，52)=2.05，P=0.139>0.05。表明年度对Vx的贡献受国家队的影响，而受国家青年队的影响不明显。级别对不同年度的结果为，级别在2012年显著，F(1，26)=30.99，P<0.01；在2013年显著，F(1，26)=71.62，P<0.01；在2014年也显著，F(1，26)=23.72，P<0.01。表明级别对Vx的贡献均具有显著性影响；但影响程度不同，受2013年度影响最大，2014年度影响最小。交互作用对Vy的影响上，年度对不同级别的结果为，在国家队和国家青年队差异均显著，表明年度对Vy的贡献受两个级别的影响，其中受国家队影响大。级别对不同年度的结果为，除对2014年不显著外，F(1，26)=3.30，P=0.081>0.05；对2012和2013年均显著。表明级别对Vy的贡献受2012和2013年度的影响，受2013年度影响更大。交互作用对R的影响上，年度对不同级别的结果均显著，表明年度对R的贡献受两个级别的影响，受国家青年队的影响较大。级别对不同年度的结果均显著，表明级别对R的贡献受3个年度的影响，仍为受2013年度影响最大，2014年度影响最小。
在闭眼双腿姿势下，年度×级别的交互作用对Vx的影响上，年度对不同级别以及级别对不同年度均显著。交互作用对Vy的影响上，除级别在2014年不显著外，F(1，26)=29.94，P=0.451>0.05，其余均显著。表明年度对Vy的贡献受两个级别的影响，受国家队影响较大；级别对Vy的贡献受2012和2013年度影响，受2013年度影响较大。交互作用对R影响上，除级别在2014年不显著外，F(1，26)=0.83，P=0.370>0.05；其余均显著。表明年度对R的贡献受两个级别的影响，受国家青年队影响较大；级别对R的贡献受2012和2013年度影响，受2013年影响较大。
在睁、闭眼单腿的4种姿势下，年度×级别的分析结果为，仅在右腿睁眼姿势下对Vx和Vy的影响上，级别对2014年不显著，F(1，26)=2.69，P=0.113>0.05和F(1，26)=3.06，P=0.092>0.05；其余均显著。表明在睁眼左、右腿姿势下，年度对Vx、Vy和R的贡献受两个级别的影响，受国家青年队的影响较大；但在闭眼左、右腿姿势下，年度对Vx、Vy和R的贡献受国家队的影响较大。级别对不同年度的结果为，级别对Vx、Vy和R的贡献受3个年度(2014年睁眼右腿除外)的影响，仍为受2013年影响最大，2014年最小。
在年度×性别的交互作用对R的影响上，简单效应分析表明，6种姿势均呈现出一致的规律性。即年度对不同性别的影响均显著，而性别对不同年度的影响均不显著。表明年度对R的贡献受两个性别的影响，其中受男性的影响较大；性别对R的贡献受年度的影响不明显。
2.2 各年度同一时间点上不同级别、性别的测试结果
为了对每个年度中不同级别、性别的主效应差异进行研究，调用多元方差分析进行事后两两比较，结果见表4。本研究规定两个队为一组，不同级别间比较时，规定国家女队与国家青年女队为A组，国家男队与国家青年男队为B组。不同性别间比较时，国家女队与国家男队为C组，国家青年女队与国家青年男队为D组。
在Vx的不同级别上，3个年度在6种姿势下A、B两组之间除2014年在睁眼右腿下差异不显著外，其余均显著。不同性别上，C组仅在睁眼左、右单腿(除2013年右腿)及2013年闭眼双腿姿势下显著；D组在睁、闭眼双腿(除2014年)及个别年度单腿姿势下显著。
在Vy不同级别上，A、B两组在2012、2013年度的6种姿势(除2012年闭眼双腿)下均显著；2014年两组在睁、闭眼左腿姿势下显著，其中B组非常显著；右腿姿势下仅B组在闭眼时显著。不同性别上，C组仅在2012年的右腿闭眼及2013年的睁眼右腿、闭眼左腿时显著；D组在2013、2014年的睁、闭眼左腿以及睁眼右腿姿势下显著。
表 4 同年度不同级别、性别间Vx、Vy的两两比较结果一览表
Table 4 Comparison of Vx、Vy among Grades and Genders in Single Years
Vx(mm/s)Vy(mm/s)2012年2013年2014年2012年2013年2014年睁眼双腿 国家女队5.98±0.85 3.77±1.01 5.46±0.89 6.06±1.08 4.25±0.92 5.53±0.99 国家男队6.53±1.082.88±0.465.78±0.817.15±1.335.05±0.706.09±1.12 国家青年女队7.85±1.04**7.07±1.40**8.10±0.98**8.14±1.69*7.58±1.80**6.30±1.20 国家青年男队10.19±1.05**$$9.30±1.86**$$8.94±1.06**9.11±1.71*7.72±1.41**7.03±1.62闭眼双腿 国家女队11.16±1.756.82±0.859.42±1.0911.27±1.738.16±1.279.91±1.45 国家男队12.49±2.238.90±1.20$$10.25±1.6811.98±2.628.29±2.2210.37±2.30 国家青年女队15.27±1.86**12.44±1.63**11.67±1.86*13.31±2.6612.35±2.23**10.14±2.39 国家青年男队17.42±1.85**$15.48±1.71**$$14.39±1.65**$$14.03±2.2112.47±2.49**11.29±1.81睁眼左腿 国家女队19.81±2.6915.36±2.1916.92±2.3616.45±1.9614.09±1.9215.11±1.70 国家男队22.83±2.79$19.19±2.08$$19.87±1.24$19.42±2.7815.48±1.7017.57±3.02 国家青年女队26.47±2.51**24.03±2.84**20.98±3.41**24.43±4.79**21.54±2.71**18.63±2.78* 国家青年男队29.43±2.63**$26.31±2.37**22.88±2.85*27.06±3.41**25.09±3.06**$22.33±2.81**$睁眼右腿 国家女队18.25±1.7414.51±1.9516.37±2.0117.06±2.0514.48±1.6816.23±2.42 国家男队22.14±2.41$$17.43±2.4619.66±2.35$20.47±3.5017.42±2.87$18.67±3.27 国家青年女队23.91±2.30**21.99±2.71**18.38±3.0221.62±3.53*18.42±2.13**17.56±2.31 国家青年男队25.63±2.46**23.56±3.08**21.44±3.15$24.17±3.47*22.95±2.92**$$21.30±2.33$闭眼左腿 国家女队41.38±3.8232.47±3.4936.32±3.4432.09±3.3224.10±2.4432.04±3.98 国家男队44.03±3.7436.09±4.4237.89±3.6036.01±3.7628.01±4.02$30.53±4.29 国家青年女队55.03±4.48**50.20±5.84**47.71±3.46**44.52±3.68**41.03±4.16**37.23±3.59* 国家青年男队59.89±4.23**$53.86±4.75**50.94±4.25**48.88±4.44**$45.29±3.32**$42.08±3.89**$闭眼右腿 国家女队40.94±2.4633.73±3.2937.19±3.4533.41±2.3326.92±2.5233.55±2.88 国家男队44.44±3.1934.91±3.9139.03±2.2637.65±4.11$30.01±4.5731.21±3.62 国家青年女队51.05±3.55**46.58±4.67**43.89±3.25**42.01±4.12**39.11±3.12**37.38±3.95 国家青年男队55.78±4.73**$48.48±5.24**47.82±4.88**44.28±4.14**41.37±3.27**39.13±3.81**
注：*表示在同一时间点上不同级别间比较P<0.05，即男子国家队与国家青年队及女子国家队与国家青年队比较；$表示在同一时间点上不同性别间比较P<0.05，即国家队男女队及国家青年队男女比较。
针对Vx、Vy两者间关系，在3个年度的6种姿势下体现出，级别间的差异数量大于性别，虽然表2显示，级别×年度不存在交互作用，但从差异的数量来看，级别对Vx和Vy的影响更大。Vx与Vy均值的大小也呈现一定的规律，睁眼双腿姿势下国家青年男队和2014年的国家青年女队为Vx>Vy，其余队均为Vx
在R指标方面(表5)，不同级别间A、B两组在6种姿势下(除2014年闭眼双腿和2012年B组的闭眼双腿)差异均显著。不同性别间，C组不显著；D组的双腿不显著，睁眼左、右单腿(除2012年右腿)下显著，闭眼左、右单腿姿势下仅2012年和2013年的闭眼右腿显著。
表 5 同年度不同级别、性别间R指标的两两比较结果一览表
Table 5 Comparison of R among Grades and Genders in Single Years
R(mm)2012年2013年2014年睁眼双腿 国家女队7.15±1.42 5.44±1.31 6.20±1.26 国家男队8.49±2.095.29±1.077.02±1.75 国家青年女队11.38±2.03**9.39±2.09**8.15±1.39* 国家青年男队13.62±2.85**10.64±1.87**9.10±1.26*闭眼双腿 国家女队11.43±2.278.42±1.979.87±1.96 国家男队12.07±2.418.07±1.4010.96±1.95 国家青年女队13.63±2.5112.12±2.23**10.13±1.49 国家青年男队16.35±2.70**13.66±2.73**12.11±2.27睁眼左腿 国家女队15.69±1.939.52±1.7311.01±2.08 国家男队17.69±2.139.19±1.5911.86±3.00 国家青年女队27.96±3.49**23.84±3.46**20.32±2.42** 国家青年男队33.32±3.93**$$29.53±3.78**$$24.21±4.01**$睁眼右腿 国家女队17.38±2.4711.58±2.0812.20±2.41 国家男队18.07±1.9610.53±2.3512.87±2.85 国家青年女队25.96±3.71**20.57±3.47**18.35±2.26** 国家青年男队28.07±4.00**25.09±3.48**$$22.50±3.18**$$闭眼左腿 国家女队29.64±3.1018.87±4.5122.95±2.89 国家男队32.17±3.4718.41±3.1622.15±2.88 国家青年女队40.94±4.63**37.86±4.77**35.44±4.37** 国家青年男队46.97±3.99**$$42.44±4.49**36.08±4.72**闭眼右腿 国家女队31.93±3.4921.16±3.5923.99±3.65 国家男队34.67±3.1721.15±2.8223.34±3.13 国家青年女队38.19±4.34**34.54±3.85**33.59±4.52** 国家青年男队43.54±3.51**$$38.78±3.73**$34.22±3.78**
注：*表示在同一时间点上不同级别间比较，P<0.05，即男子国家队与国家青年队及女子国家队与国家青年队比较；$表示在同一时间点上不同性别间比较P<0.05，即国家队男女及国家青年队男女比较。
2.3 每个组别在不同年度上的趋势及两两比较结果
睁、闭眼双腿姿势下各队的Vx、Vy和R趋势及两两比较结果见图3。3年度变化趋势为，国家男、女队呈漏斗型，国家青年男、女队呈斜线型。平衡控制能力为国家女队>国家男队>国家青年女队>国家青年男队的顺序；闭眼姿势下各指标显著性高于睁眼。比较结果为，国家男、女队在2012与2013年差异均显著；2013与2014年睁眼姿势的Vx和闭眼的R上均显著；2013与2014年男队的闭眼姿势显著，另外，2012与2014年男队睁眼的R上也显著。国青男、女队在2012与2013年睁眼的R上差异均显著，女队在2012与2013年闭眼的Vx、R上也显著；在2012与2014年比较结果为，除女队在睁眼姿势下的Vx无显著性差异外，其余指标均具有显著性。
各组睁、闭眼左腿姿势下Vx、Vy和R的趋势及比较结果见图4，趋势和平衡能力大小同双腿。2012与2013年国家男、女队在闭眼姿势下差异显著，女队在睁眼的Vx上及男队在睁眼的Vy上也显著。2012与2014年国家男、女队在闭眼的Vx上和睁、闭眼的R上均显著，男队在睁眼的Vx和闭眼的Vy上显著。2013与2014年男队在睁、闭眼的R上显著；女队在闭眼的Vy上显著。2012与2013年国青男、女队在睁眼姿势的R指标上差异显著，男队在闭眼姿势的R指标上差异显著。2012与2014年男、女队在各指标上差异均显著。2013与2014年男女队在闭眼的Vy和R上显著，另外，男队在闭眼的Vx上也差异显著。
图 3 3个年度不同组睁、闭眼双腿比较示意图
Figure 3. Comparison of Double Legs Standing with Eyes Open and Closed of the Four Groups among the Three Test Years
注：*表示2012年与2013年度具有显著性差异，#表示2012年与2014年度，&表示2013年度与2014年度。
图 4 3个年度不同组睁、闭眼左腿比较示意图
Figure 4. Comparison of Left Leg Standing with Eyes Open and Closed of the Four Groups among the Three Test Years
注：因睁、闭眼姿势下各指标值差异性较大，图中两种姿势的纵坐标不同。*表示2012年与2013年度具有显著性差异，#表示2012年与2014年度，&表示2013年度与2014年度。
各组睁、闭眼右腿姿势下Vx、Vy和R的趋势及比较结果见图5，3年度趋势和平衡能力大小也同上，但国家青年女队在睁眼的变化幅度大于左腿。2012与2013年国家男、女队在闭眼姿势下差异显著，女队在睁眼的Vx上及男队在睁眼的Vy上也显著。2012与2014年国家男、女队在R上及闭眼的Vx上差异显著。2013与2014年国青队在各种姿势的R指标上和闭眼姿势的Vy上差异均显著。
图 5 3个年度不同组睁、闭眼右腿比较示意图
Figure 5. Comparison of Right Leg Standing with Eyes Open and Closed of the Four Groups among the Three Test Years
注：因睁、闭眼姿势下各指标值差异性较大，图中两种姿势的纵坐标不同。*表示2012年与2013年度具有显著性差异，#表示2012年与2014年度，&表示2013年度与2014年度。
2.4 同组别在各年度上左、右腿之间的比较结果
图6显示,各队在3个年度单腿站立时，左、右腿之间各指标的比较。2012年国家女队在睁眼的Vx和R上差异显著，男队在闭眼的R上显著；国家青年男、女队在Vy和R上均显著。2013年国家女队在闭眼的Vy和睁眼的R上差异显著，男队在Vy和R上均显著。国家青年男、女队在Vy和R上均显著，男队在闭眼的Vx上也显著。2014年国家男、女队(除女队在睁眼的R上外)均不显著；国家青年男、女队在Vx上显著，在Vy和R上女队在睁眼以及男队在闭眼上显著。总体来看，具有一定的规律性，即国家队在Vy和R上为左腿低于右腿，国家青年队与国家队相反，为右腿低于左腿。闭眼的差异个数多于睁眼，国家队2013年差异个数多于2012和2014年。
3 讨论
人体的平衡控制能力是指中枢神经系统对感觉系统(视觉和触觉、本体感觉、前庭系统)接受信息进行整合，通过运动系统对身体的姿态、运动等做出的适应性控制与调节[2]。它反映了人体静态下的控制与稳定能力以及动态下的控制、调节与协调能力[14]。平衡稳定性反映了人体维持原有平衡状态和抵抗倾倒的能力[25]。人体平衡、姿势控制的稳定性大小，对人体的运动及防跌倒有着重要影响。
平衡控制指的是控制身体在空间的位置以达到稳定性和方向性的目的，是个体与任务和环境之间相互作用的表现[21]。身体质心(COM)是人体各个环节的质心的合力作用点，在三维空间的中心位置，为所有环节质心的加权平均值；在垂直方向的质心有时称作重心(COG)[20]。支撑面(BOS)是人体与支撑物表面接触的区域。稳定性是指质心相对于支撑面的控制，常指的是质心的垂直投影即人体重心相对于支撑面的控制。压力中心(COP)是支撑面上所受压力的合力的作用线的交点，是神经肌肉对身体质心不平衡作出的反应，依赖于足部位置和踝关节肌肉的控制[15]；其活动幅度在某种程度上大于人体重心，它的轨迹总体上独立于质心[32]，当涉及到像摆动的动作时，有些研究者把压力中心误认为人体重心。
图 6 3个年度单腿站立平衡指标的对比
Figure 6. Comparison of Balance Indexes of Single Leg Standing among the Three Test Years
注：*表示睁眼姿势下左腿与右腿具有显著性差异，&表示闭眼姿势下左腿与右腿具有显著性差异。
站立姿势一直是姿态与平衡研究的对象，早期研究[16]大多关注于前后方向的运动调节，包括踝的调节、髋的调节和迈步调节；认为在支撑面固定且平衡干扰较小的情况下主要由踝的调节来完成，通过跖/背屈改变踝关节力矩来控制压力中心，从而调节人体质心。Ruhe[27]指出，站立姿势在内/外侧与前/后方向上人体重心的摆动角在8°以内。直立控制的人体重心与压力中心看上去是非常一致的，除非压力中心在人体重心的一侧出现大幅度的波动时，人体重心与压力中心之间将产生一定的距离，该距离促使人体重心向中心位置加速移动。这个机制被认为是双向协同[33]，因为神经系统要维持左右髋关节在一个较小程度的发力差异，所以在内/外侧方向上，由较小的髋关节协同运动所产生的微小摆动就足够来维持在内/外侧方向上的平衡。作用于平衡控制的协同是有限的，特别是代偿前后和侧方向上摆的协同[36]。
Winter[34]研究表明，在人体静态站立时，侧方与前后方向上COM与COP的距离与COG的加速度有关，并建立COP-COM=-Iä/Wd=-Kä公式(其中：I是躯体相对于踝关节在所需方向上的转动惯量；ä是COM在所需方向上的水平加速度；d是COM到踝关节的垂直距离；W是身体的总质量)。本研究发现，国家队和国家青年女队在睁眼双腿时侧方稳定性优于前后方向，结果与射箭项目一致[13]。然而，国家青年男队却呈现出侧方稳定性差于前后方向的现象，侧方稳定性的机制表明，因受侧方肢体环节和肌肉运动的影响，髋是下肢主要的调节关节[17]。当站立宽度变窄时，侧方稳定性的控制主要发生在髋和躯干环节[30]。空中技巧运动员侧方稳定性较差，将出现出台时身体姿态不稳定、空中横向飘移过大和落地动作的侧滑现象。所以，国家青年男队需要加强躯干和髋关节的侧向稳定性训练。本研究在闭眼时，仅国家女队为双腿侧方稳定性优于前后方向，其余3队均为前后方向稳定性优于侧方。一方面表明，视觉对国家男队、国家青年队在侧方稳定性上影响较大；另一方面表明,国家女队在前后方向稳定性上较差。研究进一步指出[31]，前/后方向稳定性是由肢体的远端向近端传递的肌肉反应模式，肌肉活动顺序由远端的腓肠肌开始，依次为腘绳肌和竖脊肌；侧方稳定性则为由近至远的肌肉反应模式，髋部肌肉先于踝部肌肉被激活。空中技巧要求运动员具备很强的前后方向稳定性，在出台技术中，运动员在高达17 m/s左右的速度下，滑向高度为4m台头角度为71°的跳台后腾空，进行空中翻转加转体的动作；出台瞬间的身体前后方向的姿态稳定性对整个空中动作的成败起决定性作用。如果前后方向稳定性不足，在落地环节经常出现身体前倾或背部、臀部触雪，导致落地扣分或动作失败。所以，国家女队应提高踝关节的屈伸调节训练。睁、闭眼单腿站立姿势下，4队均为前后方向稳定性好于侧方。与冬季两项[9]运动员相比，空中技巧运动员的侧方稳定性较好，但前后方向稳定性相对较差。在单、双腿姿势站立时，前后方向和侧方稳定性存在一定的差异性，分析其原因主要有支撑面的特点、人体形态、关节结构特征以及肌肉的配布规律[19]等几方面。因双脚站立时左右侧距离大于前后侧，单脚站立为左右侧小于前后侧；下肢的髋、膝、踝关节结构和肌肉配布特征也表现为下肢在前后方向的灵活度大于左右方向的侧方运动。
本研究表明，在一个奥运训练周期内，空中技巧运动员的平衡控制能力具有一定的规律性。不同的年度、级别、性别、视觉类型和站立方式等主效应对因变量均有影响，在年度×级别和年度×性别方面更是出现对平衡能力的交互影响作用。而年度和级别的共同作用对平衡能力的贡献更大，造成该结果的原因，一方面是年度的不同，运动员的平衡能力训练水平不同，国家队运动员的主要任务是备战冬奥会，2012年为奥运会前一年，国家队的训练目标为提高动作难度储备和技术动作的修正阶段；2013年为奥运备战年度，国家队主要目标为各技术环节的完善和落地成功率的提高，均需要提高和加强运动员的平衡控制能力；2014年为奥运后一年，在奥运会结束后，运动员几乎处于无平衡能力训练阶段。国家青年队的训练目标是每个年度均为技术动作的提高阶段，几乎不受奥运周期的影响。另一方面,是级别的不同，国家队的训练年限平均高于国家青年队近5个年度，Woollacott[37]研究表明，反复的平衡控制训练后，人体对训练环境具有一定的适应性，会精炼其反应的特点以优化反应的有效性。所以，国家队的平衡控制能力在国家青年队之上。本研究在性别上结果为女性优于男性，从落地成功率来看，2012和2013年在完成奥运会参赛动作上，国家女队为75.35%，国家男队为66.61%，男队低于女队近9个百分点；国家青年队在完成次最高难度动作的落地成功率上，男队也低于女队近6个百分点。从比赛成绩来看，在本研究周期内国家女队分别获得了索契冬奥会亚军、世锦赛冠军和13站世界杯冠军，国家男队的成绩略低于女队，分别获得索契冬奥会季军、世界锦标赛冠军和9站世界杯冠军；国家青年队男子成绩也明显低于女子。由此可得出，平衡控制能力在一定程度上与运动员的落地成功率和成绩之间存在着正相关的关系。另一方面，人体重心的高度也是影响平衡的一个重要因素，女队的平均身高显著低于男队，导致稳定角较大，稳度较高。
Macpherson[23]对猫在360°的16个不同方向进行干扰实验，对侧方干扰的反应引起了一侧后肢的负重，而另一侧后肢不负重，负重肢体髋外展肌肉被激活；在对前后方向干扰时，负重肢体髋外展肌肉被激活。提出每种单独的协同有其唯一的肌群作用于每条轴方向上摆动的平衡控制(如向前、后方、内及外侧协同)，并提出了多方稳定性的概念，指出在每种协同内，单块的肌肉有唯一的或固定的权重因子，一块肌肉对干扰的反应总的活性是由包含此肌肉的多种协同同时激活以及相关权重决定。Maeda[24]研究表明，协同内的肌肉可紧密配对，但其他肌肉的活动则有高度的可修改性。本研究通过区域半径R指标对运动员的多方稳定性进行综合评定，简单效应及主效应检验发现，国家青年队在该指标上显著差于国家队运动员，表明国家青年队运动员在肌肉的多种协同共激活方面较差，特别是侧方稳定性方面，需要对髋以及腰部内收、外展肌群进行稳定性训练。
视觉提供了头相对于周围物体位置和运动的信息，由于周围物体都是垂直排列的，为视觉输入提供了垂直参考[26]。另外，头向前移动时，周围物体向相反的方向移动，故视觉系统也报告了头部的运动位置。空中技巧运动员在空中动作阶段为开放式运动链，运动员在处于头部朝下方向时为闭眼状态，部分运动员在整个空中动作中一直处于闭眼状态，此时的动作是无视觉参与的，每周的动作时机是否在12点[8]完成空翻加转体，完全由前庭系统和本体感觉来决定。Lee等[22]对安静站立姿势的睁、闭眼类型进行研究，发现正常测试者闭眼时摆动明显增加，提出视觉能对安静站立的平衡控制起作用。Sundermier[28]对成人站立在窄木条上类似于振动的条件下对视觉进行研究，发现因振动增大视觉信号的影响也越强。在视觉类型干预的条件下，本研究与以上研究结果一致，即睁眼的移动幅度小于闭眼。本研究在早期研究的单任务睁、闭眼类型的基础上，增加了改变人体支撑面的大小这一因素(即由双腿支撑转变为单腿支撑，通过站立方式的改变来达到减小支撑面的效果)，对视觉和支撑面双重任务下的平衡控制能力进行研究。通过对3个年度的均值求和比较得出，该项目在改变视觉的单任务条件下，在内/外侧方稳定性上闭眼双腿是睁眼双腿的1.78倍；在改变视觉和支撑面的双重任务条件下，闭眼单腿是睁眼单腿的2.08倍；双重任务是单纯任务的1.17倍。在前/后方向稳定性上，单任务下闭眼双腿是睁眼双腿的1.67倍；双重任务下，闭眼单腿是睁眼单腿的1.86倍；双重任务是单任务的1.11倍。在区域半径R上，单任务闭眼双腿是睁眼的1.40倍；双重任务下，闭眼单腿是睁眼的1.73倍；双重任务是单任务的1.24倍。从改变支撑面任务来看，支撑面越小稳定性越差，本研究双重任务条件下表明，随着支撑面的减小，视觉信号对平衡控制的影响增大，提示了平衡任务难度越大，对视觉信号的依赖性就越多。
在不同级别对视觉的依赖性方面，通过对3个年度R的均值求和比较，本研究发现，双腿站立时国家队闭眼是睁眼的1.54倍，国家青年队为1.25倍；国家队与国家青年队倍数的比值为1.23。在单腿站立时国家队闭眼是睁眼的1.91倍，国家青年队为1.55倍；国家队与国家青年队倍数的比值为1.23。在闭眼单、双腿与睁眼的比值上均小于蹦床运动员[11]，闭眼与睁眼单腿的比值也小于冬季两项运动员[9],说明该项目运动员对视觉的依赖性优于蹦床和冬季两项，也进一步表明，运动员通过长期训练是可以提高的。EI-Kahky[18]研究表明，在稳定的支撑面上，视觉对平衡的贡献占26%～35%，前庭功能占44%，本体感觉为21%～30%。两队倍数的比值大于1，表明国家队对视觉的依赖性强于国家青年队。分析其原因，一方面说明，国家队的视觉对平衡控制能力的贡献中，大于国家青年队，可能与国家队长期的技术训练有关。另一方面,也体现出国家队的前庭和本体感觉所占的贡献小于国家青年队，由于国家队长期进行空中转体和落地动作训练，将促使国家队的前庭功能和本体感觉优于国家青年队，具体结果有待于进一步研究。不同性别对视觉的依赖性方面，在双腿站立时男性闭眼是睁眼的1.38倍，女性为1.42倍，男女性倍数的比值为0.97；单腿站立时男性闭眼是睁眼的1.69倍，女性为1.77倍，男女性倍数的比值为0.95。比值小于1，表明女性对视觉的依赖性强于男性，其原因可能与女子运动员的前庭和本体感觉较好、男子运动员的下肢肌力较强等因素有关。
本研究在3个年度结果为，国家队呈漏斗型，而国家青年队呈斜线型。国家队的平衡能力随每年的训练计划而变动，在奥运年达到最佳；在奥运后一年因运动员休整训练量降低，各指标均出现升高现象。还发现国家男队变化幅度较女队高，说明男队在年度的稳定性方面低于女队。国家青年队为每年坚持平衡训练，平衡能力为每年逐步提高，单腿相对于双腿提高的更明显。结果表明，一方面，运动训练可以提高平衡控制能力。另一方面，平衡控制能力是一个可逆的生理过程，在训练降低或停训期间会出现减退现象。因此，可以根据奥运周期的年度和赛程对不同的运动员设计训练计划。
双脚站立控制平衡时，无论是静止站立，还是上肢在完成一定的动作时,内/外侧平衡被认为是“受力/卸力”机制，当一侧外展力增加时，另一侧内收力减少[29]。该方式通过同侧受力和异侧卸力的同步作用，来达到提高人体重心的目的。这种“受力/卸力”使压力中心移向一侧脚，因此，引起人体重心向另一侧加速。另外，Winter[35]从逆向动力学求得的左右髋关节力矩与左右垂直地面反作用力非常一致。左、右髋关节间的力矩变化幅度一致，但是变化过程完全相反。由此可知，左、右腿间是否平衡成为双腿平衡控制能力的重要因素。本研究发现，国家队在奥运年度内，在前后方向稳定性和区域半径指标上左腿强于右腿；而国家青年队却呈现出右腿强于左腿的现象。在测试前对运动员进行调查，未发现运动员具有左右侧不对称(如左撇子等)现象。对运动员髋关节和膝关节的60°/s和240°/s等速肌力测试结果表明，运动员的左右侧下肢屈、伸肌群基本对称，均未出现显著性差异。分析原因如下，首先，在出台技术环节，运动员进行第一周具有转体(如：F或dF)的动作时，是以左腿为轴的转体动作，在出台瞬间出现 “走脚”(非出台进入腾空时刻右腿提前转体，出现右脚早于左脚腾空)现象[6]，此时左腿不仅要承担巨大的向心力和自身的体重，还要控制身体的体位角度(人体与起跳台台面间的夹角)以及保持整个身体处于刚性状态。其次，在落地技术环节，如难度系数为5.0的dFFdF动作，要求运动员在完成3周空翻的同时需完成720°接360°再接720°共5周的转体，运动员在2s左右的极短时间内完成如此多的转体动作，将促使身体具有较大的角动量[1，38]，在落地时身体剩余的角动量主要由左腿来吸收。所以，长期的出台和落地技术训练将造成左腿前后方向的控制能力增强。
基于目前研究现状，对今后平衡控制方面的研究提出以下展望，首先，需要对平衡控制特别是多方稳定性的机制以及平衡策略问题进一步研究，目前仅停留在宏观层面的讨论阶段。其次，增加对感觉系统(如本体感觉、前庭系统、触觉等)干预下不同姿势的平衡控制研究。最后，对不同人群平衡控制能力的适应性运动调节以及训练方式、方法上需探讨。
4 结论
1.5因素对平衡能力均具有影响，大小顺序为站立方式>视觉类型>级别>年度>性别；该项目运动员的平衡控制能力受级别×年度以及级别×性别交互作用的影响，其中受级别×年度的影响更大；国家队的平衡能力受年度的影响较大。
2.不同年度运动员的平衡控制能力不同，奥运周期内国家队更明显，表明专项训练可提高平衡控制能力，但训练强度降低或停训期间会出现减退现象；平衡控制能力在一定程度上与运动员的落地成功率和成绩存在正相关关系。
3.不同水平运动员左右腿的单腿站立的平衡控制能力不同。
4.平衡任务难度越大，对视觉信号的依赖性就越强。
5.4队平衡控制能力结果为，国家女队>国家男队>国家青年女队>国家青年男队；国家青年队在单腿平衡控制能力方面与国家队差距较大，国家青年男队在双腿睁眼站立时侧方稳定性较差，国家女队在前后方向稳定性较差。
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Research on Balance Control Ability of Freestyle Skiing Aerial Skill Athletes
LOU Yan-tao1，2，3,HAO Wei-ya2,WANG Zhen4
Objective:To study the impact of different training levels,gender,test years,standing styles and visual type on balance control ability of athletes specialized in freestyle skiing aerial skill.Methods:Using Finland Metitur Postural Balance Measuring System,28 athletes from Chinese National Team(NT) and Chinese National Youth Team(NYT) were recruited to test their balance abilities.They were separated into 4 groups based on levels(12 NT athletes and 16 NYT athletes) and genders.Balance abilities(Open/closed eyes,standing on single/double legs) were tested in the years of 2012,2013 and 2014.Mixed five-factors(2×2×3×3×2) repetitive measurement ANOVA were performed to detect the impacts of the factors on balance abilities.Results:1) There were significant differences between main effects of all factors(P<0.01),and also significant differences of the interaction between the Test years × Level and Test years × Gender(P<0.01);2) The Vx、Vy and R of NYT in 2012 and 2013 were significantly higher than that of NT(P<0.01).The Vx of standing with double legs of males in NYT were significantly higher than that of females.The Vy of standing with single leg of NYT males in 2012 and 2013 were significantly higher than that of females(P<0.01);3) Balance indexes of NT athletes in standing both on double legs and single leg with closed eyes in 2012 were significantly higher than 2013(P<0.05).However,for opened eyes with corresponding standing ways,indexes from NYT in 2012 were significantly higher than 2014(P<0.05);4) The trend of indexes for the 3 test years were in a funnel shape for NT,while a diagonal shape for NYT;5) As for the Vy and R in 2013,indexes of right leg in NT were significantly higher than that of left leg(P<0.05).Whereas indexes of left leg for NYT were higher value than that of right leg(P<0.05).Conclusion:1) All the five factors,which include standing styles,visual types,training grades and years,have impacts on balance.In addition,there were significant contribution on balance by the interaction between Test years and Gender.2) Athletes in different years show different ability of balance control,and athletes in different grades present different ability of single leg balance.3) Balance greatly depends on vision.4) The abilities of balance control of female athletes in NT,male athletes in NT,female athletes in NYT,and male athletes in NYT,decreased progressively.Finally,athletes in NYT shows a less ability of the single leg balance control.
freestyleskiingaerialskill;eliteathletes;balancecontrolability;centerofpressure
1002-9826(2016)04-0113-14
10.16470/j.csst.201604015
2015-10-21；
2016-05-15
辽宁省教育厅一般研究项目(L2013442)；辽宁省社科联与高校社科联合作项目(lslgslhl-158)；国家体育总局体育科学研究所基本业务项目(16-25)；沈阳体育学院重点学科建设项目(XKFX1503)。
娄彦涛(1979-)，男，河南开封人，讲师，在读博士研究生，主要研究方向为运动生物力学理论与方法，E-mail：louyantao2008@163.com；郝卫亚(1966-)，男，陕西横山人，研究员，博士，博士研究生导师，主要研究方向为运动生物力学理论与方法，E-mail：haoweiya@ciss.cn；王振(1982-)，男，讲师，硕士，主要研究方向为运动生物力学，E-mail：wz_dream@163.com。
1.沈阳体育学院，辽宁 沈阳 110102；2.国家体育总局体育科学研究所，北京 100061；3.上海体育学院，上海 200438；4.哈尔滨体育学院，黑龙江哈尔滨 150008 1.Shenyang University of Sport,Shenyang 110102,China；2.China Institute of Sport Science,Beijing 100061,China；3.Shanghai University of Sport,Shanghai 200438,China；4.Haerbin University of Sport,Haerbin 150008,China.
G863.1
A
