身体功能训练对羽毛球运动员膝、踝关节稳定性及足底压力影响的实验研究

徐大鹏，杜艳艳

（1.首都体育学院小球教研室，北京100191；2.首都体育学院生物力学实验室，北京100191）

身体功能训练对羽毛球运动员膝、踝关节稳定性及足底压力影响的实验研究

徐大鹏1，杜艳艳2

（1.首都体育学院小球教研室，北京100191；2.首都体育学院生物力学实验室，北京100191）

为减少羽毛球运动员下肢关节运动损伤，探索加强膝、踝关节稳定性的有效训练方法。通过训练实验、数理统计和比较分析等研究方法，对22名羽毛球国家二级运动员进行为期16周的身体功能训练实验。运用Qualisys三维运动红外采集分析系统和Pedar-X足底压力测量系统，分别对身体功能训练前后羽毛球运动员膝关节、踝关节运动学参数和足底压力参数进行采集，对比分析参数变化特征。研究发现，身体功能训练后运动员膝关节和踝关节落地缓冲角度减少，关节周边肌群力量明显增强，足弓蹬伸发力充分，膝关节和踝关节协同运动能力获得改进。身体功能训练方法对提高运动员膝关节和踝关节稳定性起到了积极的作用。建议把它作为体能训练内容的组成部分，将训练与预防有机结合，有效避免羽毛球运动员下肢运动损伤发生。

羽毛球；身体功能训练；膝关节；踝关节；稳定性

羽毛球运动员步法中的起跳、落地缓冲、起动、制动贯穿于整个比赛对抗之中。膝关节和踝关节作为下肢最重要的两个关节，承受巨大压力，出现损伤的概率较高［1］。如何加强羽毛球运动员膝关节和踝关节的稳定性，避免运动损伤发生，已成为专项训练中的重要课题。研究普遍认为运动员下肢关节损伤概率与诱因是关节稳定性的缺失。针对膝、踝关节进行静力牵拉和负重练习，用以增强关节的屈伸能力，防止运动损伤非常有效［1－5］。单纯的肌力训练，不能使关节适应各种力量的迅速变化和保持关节的动态稳定性［6］。采用目前正被我国各级训练队引起重视的身体功能训练手段和方法，对运动员的膝关节和踝关节进行针对性练习。对比分析身体功能训练前后男子羽毛球运动员落地支撑腿膝关节、踝关节运动学参数和足底压力参数，以期能够摸索出有效预防羽毛球运动员下肢关节运动损伤的训练手段和方法。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选取首都体育学院22名羽毛球男子国家二级运动员参与实验测试，且落地支撑腿均无运动损伤经历。由于人体动作的不可重复性，本研究特选取羽毛球步法技术中动作幅度相对稳定的后退起跳单脚落地支撑的技术动作，在测试场地标出两脚的落地点，每名测试者重复该动作5到8次，数据采集取其中3次动作一致性比较强的数据平均值，尽量减少因运动员重复技术动作所产生的差异。以运动员完成上述动作时膝关节、踝关节的运动学参数以及足底压力参数的变化为依据，从而探讨和优化预防羽毛球运动员膝关节和踝关节损伤的训练手段和方法。

1.2 研究方法

1.2.1 测试法

1.2.1.1 测试仪器 主要使用瑞典生产的Qualisys三维运动红外采集分析系统、德国Novel公司生产的Pedar-X足底压力测量系统（含实验专用鞋）。

1.2.1.2 测试方法 运动学参数采集频率为100 Hz；采集时间为手动。红外摄像机头高度1.9～2.0 m，拍摄范围4～5 m。足底运动学参数通过足底压力测量系统（Pedar-X）测量。

测试选取羽毛球运动最易造成损伤的后场起跳击球后单腿落地支撑动作，细分为最初落地阶段、支撑缓冲阶段和蹬伸阶段。本研究以羽毛球专业运动员后退起跳击球后单脚落地支撑时膝、踝关节的运动学参数，以及足底压力参数的变化为依据，进而优化出加强羽毛球运动员膝、踝关节稳定性的训练手段和方法。

1.2.1.3 测试指标 运动学参数：膝关节和踝关节屈伸角度变化（X轴）、膝关节和踝关节翻转角度变化（Y轴）、膝关节和踝关节内收外展角度变化（Z轴）。将Qualisys三维运动红外采集分析系统的原始数据导入到Visual3D软件中进行计算，得出膝关节踝关节X轴、Y轴、Z轴3个方向的关节角度数据。

动力学参数：足底压力峰值，足底压力冲量。使用Pedar-X足底压力测量系统中分析软件按9个分区（M01：足跟内侧；M02：足跟外侧；M03：舟骨、距骨；M04：足弓；M05：第1跖骨；M06：第2、3跖骨；M07：第4、5跖骨；M08：第1趾骨；M09：第2～5趾骨；）对足底压力的原始数据进行分析（图1）。

图1 足底压力分区

1.2.2 实验法

进行为期16周的身体功能训练实验，每周3次训练课，采用身体功能训练手段和方法加强膝关节和踝关节稳定性，每次课练习30 min。经过16周身体功能训练后，进行测试得到运动员训练后膝关节、踝关节和足底压力数据。为最大限度减少非施加因素干扰实验结果，要求受试运动员在实验期间不得额外增加身体力量练习。

身体功能训练是一种针对动作而非肌肉的训练。它通过提高所有肌肉和肌肉群的协同工作能力以及身体对其控制能力，从而提高肌肉力量、平衡能力、协调性和爆发力，并最终达到提高运动专项表现的目的［7］。关节周围的肌群、韧带协同作用决定了关节的动态稳定［8］。因此在实验中，把加强膝关节和踝关节的神经肌肉易化、关节内外侧肌力平衡、拮抗肌与主动肌的协同收缩训练作为实验施加因素。在与身体功能训练专家探讨后，针对加强膝关节和踝关节稳定性的身体功能性训练主要采用BOSU球、膝踝迷你弹力带和平衡盘3种器材并配合相应的训练方法［9－10］。步骤：膝踝迷你弹力带→平衡盘→BOSU球，依次完成全部内容为一轮，共做3轮，每轮练习间歇1 min。

表1 身体功能训练方法

1）膝踝迷你弹力带。单足屈伸、收展：采用坐姿，将弹力带套入双脚。做屈伸练习时，一脚前蹬，练习脚屈膝用足尖勾住弹力带向后做屈伸运动。做收展练习时，两腿伸直，一脚固定弹力带不动，另一只脚用足尖拉动弹力带做收展运动。单膝外展：基本功能动作姿势站立，一侧膝关节外展，外展时不要超过身体矢状面。双膝外展：基本功能动作姿势站立，两侧膝关节同时外展，保持身体姿态稳定，腰腹部收紧。侧向行进：基本功能动作姿势站立，左右脚依次行进约一脚距离，要注意先踏一侧腿，另一侧腿随之侧向移动。

2）平衡盘。单腿站立：一脚站立于平衡盘上，另一脚直接踏地，以基本准备姿态站立稳定后，缓慢抬起触地一侧脚，同伴计时，尽量调整减少自身晃动。闭眼双腿站立：闭眼两脚分立于两个平衡盘上，以基本准备姿态站立，同伴计时，尽量减少晃动保持自身稳定性。

双腿平衡蹲起：以准备姿态站立于两个平衡盘上，做蹲起动作。单腿五点侧点地：右脚站立于平衡盘上，左脚直接踏地，以基本准备姿态站立稳定后，缓慢抬起左脚，分别以脚尖点触正前点、左上前点、正左点、左后下点、正后点五点。在缓慢移动触点过程中，右腿要尽量保持稳定，同时要保持身体基本功能动作的稳定性姿态。

3）BOSU球。平面双脚平衡蹲起：双脚站立姿位于BOSU球平面上，膝关节积极弯曲做慢速蹲起动作，双手呈水平前伸位。在整体动作过程中需要保证身体重心的稳定，避免晃动。单腿上纵跳：单脚站立姿位于BOSU球球面上，膝关节积极弯曲后做上纵跳，下落保持单脚支撑平衡呈半蹲位。正向单腿弓箭步支撑：面向BOSU球基本准备姿态站立，然后单腿支撑向BOSU球球面起跳，双腿在空中进行前后交换后，单脚立于BOSU球上，完成单腿弓箭步支撑。侧向单腿弓箭步支撑：侧向BOSU球基本准备姿态站立，然后单腿支撑侧向BOSU球球面起跳，单脚立于BOSU球上，完成单腿弓箭步支撑。练习时要准确判断与BOSU球之间的距离；空中动作要求四肢摆动连贯，下肢用力均匀流畅，避免用力过度影响站立姿势。

1.2.3 数理统计法

使用SPSS 18.0统计软件进行处理，推断统计使用配对样本t检验，P＜0.05以下为差异显著，描述统计使用“平均值±标准差”表示。

2 实验结果

2.1 身体功能训练对膝关节稳定性影响

2.1.1 身体功能训练前后膝关节绕X轴角度变化

膝关节在胫骨关节面上的3个方向上都可以发生运动，但是其在X轴做屈伸运动幅度最大。通过实验数据的统计也显示，身体功能训练前后运动员膝关节屈伸角度变化幅度对比差异显著（P＜0.05），屈伸角变化幅度明显小于实验前，见表2。

表2 膝关节在3个方向上角度变化幅度（n＝22，单位：度）

2.1.2 身体功能训练前后膝关节绕Y轴、Z轴角度变化

膝关节在Y轴可做幅度有限的翻转运动，在完全伸直的状态下在Z轴几乎不能做内收或外展运动［11］。身体功能训练后运动员膝关节旋转角和内收外展角度变化幅度比实验前略有减少，但差异并不显著，见表2。

2.2 身体功能训练对踝关节稳定性影响

2.2.1 身体功能训练前后踝关节绕X轴角度变化

在这一维度上，踝关节的运动主要是跖屈和背屈运动。身体功能训练后踝关节在屈伸角度的变化幅度明显减小（表3），踝关节的运动幅度变化降低，稳定性得到加强。

2.2.2 身体功能训练前后踝关节绕Z轴角度变化

身体功能训练前后翻转角的变化实验前后有很大不同（表3），运动员翻转角度谷值身体功能训练前为－15.42±3.94，训练后为－10.83±3.16，训练后角度谷值明显减少（P＜0.05），可以看出运动员踝关节抗翻转的能力得到增强。此外，踝关节翻转角数据变化规律是先增大再减小，然后在支撑缓冲阶段均匀增加。训练前受试者需要更多的缓冲时间来维持身体的平衡，表现出脚与地面的缓冲和蹬离地面时间较长，可以反映出受试者足踝关节稳定性较差。

2.2.3 身体功能训练前后踝关节绕Z轴角度变化

通常足内翻伴随着踝关节的屈与内收，足外翻常伴随着踝关节的伸与外展。测试者在完成动作过程中符合上述规律。运动员在落地缓冲阶段踝关节既有内收也有外展，缓冲的前段时间呈外展状态，但是在缓冲后段有稍微小的调整，踝关节以内收状态更有利于蹬伸回动。身体功能训练后运动员的踝关节内收外翻角度的谷值低于实验前，差异显著（P＜0.05）。踝关节角度变化减小，稳定性增加。

表3 踝关节在3个方向上角度峰值、谷值（n＝22，单位：度）

2.3 身体功能训练对足底压力影响

位于踝关节下位的足弓以及足趾关节采用运动学解析的方式进行研究难度较大。从生物力学的角度来说，足底压力是人体动作总体力的体现。Willems和Schmidt等通过研究足底压力位置的变化来反映运动员身体平衡能力以及足趾关节力量的变化［12－13］。因此，通过对比身体功能训练前后运动员足底压力峰值和冲量的变化来分析身体功能性训练的有效性。

2.3.1 身体功能训练前后足底压力峰值变化 进行身体功能训练前足底压力峰值总和（Total）明显高于训练后（P＜0.05）。训练前在M01、M02区两组数据都呈增加趋势，但训练后的数据始终低于训练前（表4）；数据表明在支撑缓冲阶段M03、M04区起到主要作用；M05、M06、M07数据变化呈现出训练后高于训练前的现象，这表明在该区域的支撑缓冲和蹬伸阶段，即膝、踝等关节的缓冲能力提高了，足前部获得了更充足的蹬伸发力空间；M08、M09区数据训练后高于训练前，表明大脚趾的缓冲和蹬伸发力增强。

表4 足底压力峰值和压力冲量峰值 （n＝22）

2.3.2 身体功能训练前后足底压力冲量变化

身体功能训练后足底压力冲量总和（Total）要高于训练前（表4），这表明身体功能训练前后受试者足底受力有着显著的变化（P＜0.05），即训练前受试者在落地、缓冲、蹬伸3个阶段的足底受力较大，从侧面反映出受试者足部力量不足，爆发力不够。分析身体功能训练后受试者数据发现，从M03、M04这两个区域的数据中M03区的总体压力冲量是最小的，而且受试者在M01、M02区的数据都远大于M03区的数据，差异明显。这就表明其足跟内侧的支撑作用越强，就越能减少足外侧舟骨、距骨的受力压迫。M04足弓区是足部缓冲的主要部位，实验后足部的压力重心在足弓区比较集中，数据变化幅度较小。在支撑缓冲和蹬伸的过程中M05、M06、M07起到了重要的作用，实验后数据高于实验前（但不显著），从M08、M09的数据成增大的趋势可以看出，压力重心有向足尖位置靠近的趋势。

3 分析与讨论

3.1 身体功能训练对膝关节稳定性的影响

身体功能训练后膝关节在屈伸角度变化幅度减少，表明膝关节落地缓冲能力增强，这也是膝关节周围肌群力量增加的表现。膝关节缓冲屈伸幅度减少，表明训练后膝关节稳定性增强。由于膝关节在翻转和收展这两个维度上先天稳定性就较强，身体功能训练前后角度变化幅度虽略有减少，但差异不显著。

传统训练方法使用背靠墙壁静力半蹲或负重半蹲，膝屈伸角不超过90，o，时间从5 min到半小时不等［1］，以此来加强膝关节周围肌群力量。而利用弹力带进行单膝和双膝外展练习，可以有效加强臀部侧向肌群，以及臀大肌和阔筋膜张肌合成的髂胫束，而这些正是加强膝关节稳定的主要肌群。当侧向行进练习时，有弹力带阻力牵拉着运动员一侧膝关节向内，为了维持平衡姿势，必须要启动另一侧的髋外展肌群去抵抗这个阻力，这样就会加强膝关节的动态稳定性。练习时保持下肢半蹲、背部处于直立状态的标准体态是保证练习质量的关键。平衡盘和BOSU球练习通过加强关节内本体感觉对肌肉控制能力，从而起到调节并维持膝关节动态稳定性的功效。

3.2 身体功能训练对踝关节稳定性的影响

由于人体的解剖结构决定了踝关节跖屈运动的范围明显大于背屈，这一先天因素也增加了踝关节外侧副韧带损伤的可能性［14］。通常用来加强踝关节肌群力量的方法有负重提踵、足尖跳、沙坑纵跳、跳绳、跳台阶等［15］。运用迷你弹力带使踝关节克服弹性阻力做屈伸运动，通过训练加强了踝关节肌肉屈伸力量来加强踝关节稳定性。身体功能训练实验结果可以明显看到，运动员通过针对踝关节稳定的身体功能训练后，在保证完成动作质量前提下，踝关节的运动幅度降低，达到了避免关节受到损伤的目的。在脚与地面的缓冲时间和脚离开地面时的蹬地时间上，训练后受试者的缓冲时间更加充足，表明足部蹬伸在训练后力量明显加强。

利用弹力带进行单足屈伸练习时，由于是运动员自己牵拉弹力带，练习的力度和强度不好控制。可采用一端固定，要求运动员通过踝关节屈伸牵拉一定距离来保证练习质量。BOSU球球面朝上和平衡盘这两种练习手段对于加强踝关节外翻或内翻的动态稳定性都有很大帮助，能促使运动员运用快速平衡能力进入支撑缓冲阶段。就训练时控制稳定性的难度而言，BOSU球练习方式要难于平衡盘，单脚支撑平衡练习要难于双脚平衡练习，负重平衡练习要难于徒手练习，闭眼练习要难于睁眼练习。因此，在训练中建议练习要由易到难，教练员要根据运动员的实际能力进行相应的安排和调整。

3.3 身体功能训练对足趾关节力量的影响

关节稳定性并非完全是绝对力量的表现。它是通过提高肌肉力量、肌肉协调能力、平衡能力以及动作的有效性来提高身体控制能力的［16］。经过身体功能训练，受试者足部的压力重心在足弓区比较集中，数据比较规律，数据变化较小，表明下肢对身体平衡的控制能力得到加强。足的压力中心通常从大脚趾和第二脚趾中间经过［17］，说明大脚趾的功能和控制作用对足的稳定性意义更大。实验后大脚趾和第一跖骨压强都有显著性变化，压强升高。但同时也相应增加了跖骨损伤的可能性；大脚趾和第一跖骨功能性的改变对整个踝关节的稳定性功能和蹬伸发力都起着非常重要的作用［18］。身体功能训练中平衡垫和BOSU球的练习对提高足趾关节小肌群协调配合的能力效果显著，足弓在支撑缓冲阶段作用明显，足趾关节作为下肢最末梢环节，它的稳定性对对膝、踝关节稳定性有着重要意义。

4 结论与建议

4.1 结论

1）身体功能训练后，运动员在完成落地缓冲动作时，膝关节屈伸角度变化幅度明显减少。采用弹力带加强运动员膝关节周围的肌群力量作用明显，运动员膝关节稳定性有明显改进。

2）身体功能训练后，运动员在完成落地缓冲动作时，踝关节在3个方向上的角度变化幅度明显减少，运动员缓冲支撑和蹬伸时间变短，可见相对于传统的静力拉伸练习方法，平衡盘和BOSU球对于加强下肢关节动态稳定性效果比较显著。

3）身体功能训练后，运动员足底压力点的前移和冲量总和的增加表明足弓、脚趾部位力量明显增大，大脚趾和第一跖骨功能性的改变对整个下肢关节的稳定性和蹬伸发力都起着非常重要的作用。身体功能训练中有关动态平衡的练习提高了足趾关节对整个身体的平衡控制能力。

4.2 建议

1）身体功能训练对于加强运动员膝、踝关节稳定性有显著效果，但要避免膝、踝关节的运动损伤，还需综合考虑准备活动的充分性、技术动作的规范性，以及运动负荷的合理性等因素。

2）运动员除了通过身体功能训练来加强膝、踝关节稳定性外，护膝和护踝等保护性装备的使用依然是非常必要的。建议对运动员进行足底压力测试，定制个性化运动鞋垫，这些装备对身体重心的控制和加强下肢关节的稳定都有帮助。

3）身体功能训练方法和手段多种多样，训练中要尽量与运动项目的技术动作特点和体能要求相结合，针对运动员不同特点来制定训练方案和计划，才能起到最佳训练效果。

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责任编辑：郭长寿

Experimental Study on Influence of Badm inton Athletes’Knee and Ankle Stability and Plantar Pressure by Body Function Training

XU Dapeng1，DU Yanyan2
（1.Small Ball Teaching and Research Center，Capital University of Physical Education，Beijing 100191，China；2.Biomechanics Laboratory，Capital University of Physical Education，Beijing 100191，China）

The purpose is to reduce the sport injury of badminton players in lower limb joints and to explore a new training method to strengthen the stability of knee and ankle joints.Through the experimentalmethod，mathematical statistics and comparative analysis，the authors carried out a training experimenton body function of 22 badm inton national second-level athletes for 16 weeks.Badminton athletes’knees and ankles kinematics parameters and plantar pressure parameters were collected before and after the body functional training w ith the 3D motion of Qualisys infrared acquisition and analysis system and Pedar-X plantar pressuremeasurement system，and then analyzed parameter variation characteristics comparatively.The results showed that after the body function training，landing buffer angle of athletes’knee and ankle reduced，joint muscles strength was enhanced significantly，arches kicked fully and knee and ankle joint collaborative exercise capacity improved.Body function trainingmethod has the positive effecton the improvement of knee joint and ankle joint stability. The authors recommend it as physical training part of the training and combine training w ith prevention to effectively avoid the occurrence of sports injuries in lower limbs.

badm inton；body function training；knee joint；ankle joint；stability

G804.6

A

1004－0560（2017）01－0086－06

2016-11-02；

2016-12-08

国家体育总局2016年运动员综合体能训练服务保障及体能训练研究项目（2016HT071）。

徐大鹏（1980—），男，讲师，博士，主要研究方向为运动训练学。