伊犁马1 000 m速度赛步态特征与步速相关性

蒋文东，孟 军,2，王建文,2，孔麒森,3,4，姚新奎,2,3，王川坤，陈晴，郑明德，曲呼拉·赛依提哈孜

(1.新疆农业大学动物科学学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆马繁育与运动生理重点实验室，乌鲁木齐 830052；3.新疆农业大学马产业研究院，乌鲁木齐 830052；4.新疆驰霄博骏畜牧业有限公司，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】以往对赛马步态特征与步速的研究仅局限于比赛的单一赛段，由于在不同赛段时赛马的运动状态不同，其步态特征也存在着很大差异。分析赛马起跑、直道、弯道、终点4个阶段的步态特征与步速相关性得到准确的结果，为伊犁马调教训练提供数据基础与理论借鉴，对提高伊犁马速度赛比赛成绩有重要意义。【前人研究进展】Mc Ghee[1]在总结动物步态特征研究成果的基础上，相对完整地给出了一系列对步态特征的描述和严格定义，为动物步态的研究奠定了基础。当部分步态特征发生细微的变化时会对其速度产生很大的影响[2]。步态特征受步速的影响很大，众多时间参数和空间参数随马匹奔跑速度的变化而变化，速度加快时马匹通常具有更长步幅[3-4]与更大步频[5]。Witte T H等[6]在对陆地上动物的步态特征研究表明，步幅、步时、四肢的支撑相与摆动相是关键的步态变量。McLaughlin[7]的研究表明，在快步时步幅对马匹提速的贡献率为76%。瞿晓娜等[8]以人为研究对象的研究结果表明，站立相百分比与步速呈负相关，而步幅、步频与步速呈正相关。【本研究切入点】对于速度赛马来说，针对其在运动过程中的四肢步态特征进行分析，是衡量马匹运动性能的一个重要方法[9]。目前，对于马匹步态特征的研究较少，针对伊犁马专项赛事的相关研究更少。测定、分析对伊犁马不同赛段下的步态特征与步速进行研究不同赛段下步态特征与步速的关系以及不同赛段之间步态特征的差异。【拟解决的关键问题】试验以1 000 m速度赛伊犁马为研究对象，通过Kinovea视频分析软件，对赛马在起跑、直道、弯道、终点4个阶段的录像进行数字化处理,并分析各赛段之间步态特征的差异性与各赛段步态特征与步速的相关性，为速度赛伊犁马专项运动性能的训练、调教提供数据参考，提升伊犁马赛事水平。

1 材料与方法

1.1 材 料

选取新疆伊犁哈萨克自治州昭苏马场18匹3岁体尺相近、健康、身体状况良好的伊犁马赛事母马作为试验马匹，所有试验马匹进行统一饲养管理。

试验在新疆西域赛马场进行,马场配有专业赛马跑道，跑道为全长2 000 m、宽28 m的沙道。骑师为新疆西域赛马场的专业骑师。

1.2 方 法

组织进行1 000 m速度赛，在比赛开始前用卷尺测量所有骑手小腿腿长，测量结果作为后期进行视频分析时的长度校正标尺。比赛开始时分别在起跑10 m处、距起跑60 m的直道处、距起跑350 m的弯道处、终点处的赛道最外侧分别架设1台高清摄像机录制赛马在各个赛段的比赛视频，所有高清摄像机统一固定架设高度约为1.4 m且与地面水平垂直。全部高清摄像机设置帧速度为50 f/s、快门速度为1/1 000 s、录制视野宽度约13 m，约能记录马匹2个完步。视频录制完毕后将录制好的各赛段比赛视频导入Kinovea视频分析软件，对录制的所有比赛视频逐帧进行数字化处理，获得马匹在起跑、直道、弯道、终点处的步态特征与步速。

1.3 数据处理

获取的所有数据用Excel软件进行整理汇总，使用SPSS19.0对不同赛段下的步态特征进行One-Way ANOVA方差分析以及Duncan’s多重比较，对各赛段步态特征与步速进行Pearson相关性分析。结果均以平均数±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 各赛段下步态特征差异性

研究表明，马匹直道、弯道处的步频均极显著大于起跑、终点处(P<0.01)，起跑处步频极显著大于终点处(P<0.01)，直道步频与弯道步频无显著差异(P>0.05)。终点、弯道处的后肢步幅极显著大于起跑、直道处(P<0.01)，直道处极显著大于起跑处(P<0.01)，弯道与终点之间的后肢步幅无显著差异(P>0.05)。直道处的双支撑相步幅极显著大于弯道、终点处(P<0.01)，起跑、弯道处的双支撑相步幅极显著大于终点处(P<0.01)，起跑与直道、弯道处之间均无显著性差异(P>0.05)。弯道处的前肢步幅极显著大于起跑、直道、终点处(P<0.01)，直道、终点处的前肢步幅极显著大于起跑处(P<0.01)，直道与终点处之间无显著性差异(P>0.05)。弯道处的步幅极显著大于起跑、直道、终点处(P<0.01)，直道、终点处的步幅极显著大于起跑处(P<0.01)，直道、弯道处无显著性差异(P>0.05)。弯道处的腾空期步幅极显著大于起跑、直道、终点处(P<0.01)，起跑、直道、终点之间均存在极显著差异(P<0.01)。直道、弯道处的最大开张角度均极显著大于起跑、直道处(P<0.01)，且弯道处显著大于直道处(P<0.05)，起跑与终点之间无显著性差异(P>0.05)。弯道处的步速极显著大于起跑、直道、终点处(P<0.01)，且起跑、直道、终点之间均存在极显著差异(P<0.01)。表1

表1 不同赛段步态特征差异性

Table 1 Analysis the difference of gait characteristics in different stages

起跑Starting直道Straightway弯道Bendway终点End步频Stridefrequency2.38±0.13B2.47±0.11A2.45±0.08A2.20±0.09C后肢步幅Hindstridelength(cm)61.03±19.29C89.19±11.81B105.98±8.41A106.83±9.23A双支撑相步幅Midstridelength(cm)197.62±24.67AB206.31±20.66A189.21±27.47B137.97±21.97C前肢步幅Forestridelength(cm)94.11±16.67C120.79±9.07B133.65±8.59A124.88±8.93B步幅Stridelength(cm)428.17±69.81C565.88±45.05B622.13±40.26A547.66±39.60B腾空期步幅Aerialdurationstridelength(cm)75.41±33.56D149.58±24.81C193.29±21.21A177.98±21.37B最大开张角度Strideangle(°)106.48±4.77Bc114.65±2.31Ab116.17±2.80Aa106.69±3.09Bc步速Speed(m/s)10.21±1.77D14.02±1.46B15.26±1.11A12.05±1.20C

注：同行肩标中不同大写字母表示差异性极显著(P<0.01)；不同小写字母表示差异性显著(P<0.05)，肩标相同字母或无字母标注表示差异不显著(P>0.05)

Note：In the same line，values with different small letter superscripts mean significant difference(P<0.05)；With different capital letter superscripts mean extremely significant difference(P<0.01), While with the same or no letter superscripts mean no significant difference(P>0.05)

2.2 起跑阶段步态特征与步速相关性

研究表明，马匹的步频、后肢步幅、双支撑相步幅、前肢步幅、腾空期步幅、步幅、最大开张角度均与步速呈极显著正相关关系(P<0.01)。

最大开张角度与后肢步幅、双支撑相步幅、前肢步幅、步幅、腾空期步幅呈极显著正相关关系(P<0.01)，与步频呈负相关关系但不显著(P>0.05)。腾空期步幅与后肢步幅、前肢步幅、步幅呈极显著正相关关系(P<0.01)，与双支撑相步幅呈正相关关系但不显著(P>0.05)，与步频呈负相关关系但不显著(P>0.05)。步幅与后肢步幅、双支撑相步幅、前肢步幅呈极显著正相关关系(P<0.01)，与步频呈正相关关系但不显著(P>0.05)。前肢步幅与后肢步幅呈极显著正相关关系(P<0.01)，与步频、双支撑相步幅呈正相关关系但不显著(P>0.05)。双支撑相步幅与步频呈正相关关系但不显著(P>0.05)，与后肢步幅呈负相关关系但不显著(P>0.05)。后肢步幅与步频呈负相关关系但不显著(P>0.05)。表2

表2 起跑阶段步态特征与步速相关性

Table 2 Analysis of the correlation between gait characteristics and gait speed at the start

步频Speed后肢步幅Hindstridelength双支撑相步幅Midstridellength前肢步幅Forestridellength步幅Stridellength腾空期步幅Aerialdurationlstridelength最大开张角度Strideangle步速Speed步频Stridefrequency1-0.0370.2570.0040.049-0.067-0.0170.358∗∗后肢步幅Hindstridelength1-0.1580.716∗∗0.746∗∗0.739∗∗0.634∗∗0.680∗∗双支撑相步幅Midstridelength10.2330.417∗∗0.1070.361∗∗0.469∗∗前肢步幅Forestridelength10.886∗∗0.763∗∗0.796∗∗0.829∗∗步幅Stridelength10.905∗∗0.889∗∗0.949∗∗腾空期步幅Aerialdurationlstridelength10.824∗∗0.827∗∗最大开张角度Strideangle10.830∗∗步速Speed1

注：**表示极显著相关(P<0.01)，*表示显著相关(P<0.05)。下同

Note：**Show very significant correlation(P<0.01),*Show significant correlation(P<0.05).The same as below

2.3 直道阶段步态特征与步速相关性

研究表明，马匹步频、后肢步幅、双支撑相步幅、前肢步幅、腾空期步幅、步幅、最大开张角度均与步速呈极显著正相关关系(P<0.01)。

最大开张角度与后肢步幅、前肢步幅、步幅、腾空期步幅呈极显著正相关关系(P<0.01)，与双支撑相步幅呈正相关关系但不显著(P>0.05)，与步频呈显著正相关关系(P<0.05)。腾空期步幅与后肢步幅、前肢步幅、步幅呈极显著正相关关系(P<0.01)，与步频呈正相关关系但不显著(P>0.05)，与双支撑相步幅呈负相关关系但不显著(P>0.05)。步幅与所有步态特征均呈极显著正相关关系(P<0.01)。前肢步幅与步频、后肢步幅呈极显著正相关关系(P<0.01)，与双支撑相步幅呈正相关关系但不显著(P>0.05)。双支撑相步幅与步频呈显著正相关关系(P<0.05)，与后肢步幅呈负相关关系但不显著(P>0.05)。后肢步幅与步频呈显著正相关关系(P<0.05)。表3

表3 直道阶段步态特征与步速相关性

Table 3 Analysis of the correlation between gait characteristics and gait speed in straightwayway

步频Speed后肢步幅Hindstridelength双支撑相步幅Midstridellength前肢步幅Forestridellength步幅Stridellength腾空期步幅Aerialdurationlstridelength最大开张角度Strideangle步速Speed步频Stridefrequency10.294∗0.307∗0.408∗∗0.395∗∗0.1730.302∗0.711∗∗后肢步幅Hindstridelength1-0.0300.615∗∗0.679∗∗0.557∗∗0.474∗∗0.647∗∗双支撑相步幅Midstridellength10.2500.493∗∗-0.0150.1440.496∗∗前肢步幅Forestridellength10.775∗∗0.541∗∗0.592∗∗0.761∗∗步幅Stridellength10.799∗∗0.679∗∗0.926∗∗腾空期步幅Aerialdurationlstridelength10.672∗∗0.682∗∗最大开张角度Strideangle10.645∗∗步速Speed1

2.4 弯道阶段步态特征与步速相关性

研究表明，马匹步频、后肢步幅、双支撑相步幅、前肢步幅、腾空期步幅、步幅、最大开张角度均与步速呈极显著正相关关系(P<0.01)。

最大开张角度与双支撑相步幅、前肢步幅、步幅呈极显著正相关关系(P<0.01)，与腾空期步幅呈显著正相关关系(P<0.05)，与步频呈正相关关系但不显著(P>0.05)，与后肢步幅呈负相关关系但不显著(P>0.05)。腾空期步幅与步幅呈极显著正相关关系(P<0.01)，与步频、前肢步步幅、后肢步幅呈正相关关系但不显著(P>0.05)，与双支撑相步幅呈负相关关系但不显著(P>0.05)。步幅与步频呈正相关关系但不显著(P>0.05)，与后肢步幅、双支撑相步幅、前肢步幅呈极显著正相关关系(P<0.01)。前肢步幅与步频呈正相关关系但不显著(P>0.05)，与双支撑相步幅呈极显著正相关关系(P<0.01)，与后肢步幅呈显著正相关关系(P<0.05)。双支撑相步幅与步频、后肢步幅呈负相关关系但不显著(P>0.05)。后肢步幅与步频呈正相关关系但不显著(P>0.05)。表4

2.5 终点阶段步态特征与步速相关性

研究表明，马匹步频、双支撑相步幅、前肢步幅、腾空期步幅、步幅、最大开张角度均与步速呈极显著正相关关系(P<0.01)，与后肢步幅呈正相关关系但不显著(P>0.05)。

最大开张角度与后肢步幅呈正相关关系但不显著(P>0.05)，与步频、双支撑相步幅、前肢步幅、步幅、腾空期步幅呈极显著正相关关系(P<0.01)。腾空期步幅与双支撑相步幅、后肢步幅呈正相关但不显著(P>0.05)，与步频、前肢步幅、步幅呈极显著正相关关系(P<0.01)。步幅与步频、后肢步幅、双支撑相步幅、前肢步幅呈极显著正相关关系(P<0.01)。前肢步幅与步频、后肢步幅呈极显著正相关关系(P<0.01)，与双支撑相步幅呈显著正相关关系(P<0.05)。双支撑相步幅与步频呈极显著正相关关系(P<0.01)，与后肢步幅呈负相关关系但不显著(P>0.05)。后肢步幅与步频呈正相关关系但不显著(P>0.05)。表5

表4 弯道阶段步态特征与步速相关性

Table 4 Analysis of gait characteristics and pace correlation in the bendway

步频Speed后肢步幅Hindstridelength双支撑相步幅Midstridellength前肢步幅Forestridellength步幅Stridellength腾空期步幅Aerialdurationlstridelength最大开张角度Strideangle步速Speed步频Speed10.192-0.0460.0150.0200.0140.0240.452∗∗后肢步幅Hindstridelength1-0.0360.318∗0.364∗∗0.212-0.0530.409∗∗双支撑相步幅Midstridellength10.352∗∗0.721∗∗-0.0540.371∗∗0.628∗∗前肢步幅Forestridellength10.613∗∗0.1760.447∗∗0.553∗∗步幅Stridellength10.572∗∗0.509∗∗0.900∗∗腾空期步幅Aerialdurationlstridelength10.327∗0.510∗∗最大开张角度Strideangle10.464∗∗步速Speed1

表5 终点阶段步态特征与步速相关性分析

Table 5 Analysis of gait characteristics and pace correlation in the end

步频Speed后肢步幅Hindstridelength双支撑相步幅Midstridellength前肢步幅Forestridellength步幅Stridellength腾空期步幅Aerialdurationlstridelength最大开张角度Strideangle步速Speed步频Speed10.0210.471∗∗0.382∗∗0.571∗∗0.405∗∗0.647∗∗0.804∗∗后肢步幅Hindstridelength1-0.1470.380∗∗0.353∗∗0.2150.3080.265双支撑相步幅Midstridellength10.312∗0.642∗∗0.0950.668∗∗0.645∗∗前肢步幅Forestridellength10.720∗∗0.431∗∗0.391∗∗0.673∗∗步幅Stridellength10.740∗∗0.737∗∗0.946∗∗腾空期步Aerialdurationlstridelength10.498∗∗0.695∗∗最大开张角度Strideangle10.783∗∗步速Speed1

3 讨 论

3.1 不同赛段下步态特征的差异性

伊犁马1 000 m速度赛属于短途赛事，比赛用时较短，任何技术细节都会影响到比赛的最终成绩。由于比赛开始后马匹是由静止状态转变到运动状态，速度逐渐增加，加速度与基础速度的不同导致了马匹在不同赛段时速度差异较大，而速度与步态特征的关系密切。刘兵[10]认为短跑项目的比赛阶段可以分为起跑、加速跑、途中跑、终点加速跑4个阶段。在不同阶段所需的肌肉力量差异较大。孟军等[11]在研究伊犁马速步赛步态特征、体尺、速度时将赛道分为直道与弯道。曾亚琦等[12]在后续对伊犁马速步赛步态特征与速度相关性进行研究时将赛段分为直道、弯道、终点3个阶段。

研究结果表明，起跑、直道、弯道、终点4个赛段之间的各项步态特征存在较大差异。从步速和步幅的数值上来看由大到小依次为弯道、直道、终点、起跑，步频数值由大到小则为直道、弯道、终点、起跑。姚芳芳等[13]对高速速步马不同赛段下的步态特征进行研究的结果表明,步幅、步频、步速均是终点处数值最大，其次为弯道、直道，但直道处的步频略大于弯道，与试验直道与弯道处的差异结果基本一致，但是在终点数值上差异较大。此次试验终点处的步幅、步频、步速数值均小于直道与弯道，其中步频数值甚至小于起跑处。此外弯道的步幅要极显著大于直道，弯道阶段马匹重心稍有倾斜且奔跑路线为曲线，这会限制到马匹的步幅水平，但即便如此弯道阶段的步幅数值仍然为各赛段最高值。原因可能是伊犁马1 000 m速度赛途程较短，对马匹爆发力要求较高，且试验拍摄的起跑、直道、弯道赛段均在赛程前半部分，直道与起跑处相距较近，用于加速的时间较短导致速度、步幅数值比弯道要小，而终点处与其余赛段相距较远，通过前半程高强度运动以后马匹体能有所下降从而导致步幅、步频减小，速度不再增加反而开始减慢，所以终点处的马匹运动性能较差。高俊霞[14]认为当运动员进入最后的冲刺阶段时，无论是身体机能还是心理状态都进入了疲劳阶段。

最大开张角度数值呈两极分化，弯道稍大于直道处，起跑、终点数值相近但均极显著小于直道、弯道处。马匹四肢的角度与四肢力量水平关系密切[15]，起跑时马匹的速度较低，四肢伸展幅度小，身体的最大开张角度自然比较低，随着起跑之后的加速，马匹的四肢在奔跑过程中得以伸展，四肢推进力增强并逐渐达到最佳运动状态，的最大开张角度较大。之后由于速度开始减慢，马匹前后肢跨度变短，步幅减小，最大开张角度数值也处于低值。

腾空期步幅、前肢步幅呈现的变化规律与步幅、步速一致，提示二者在不同赛段的变化主要受马匹运动状态的影响。与此规律不同的是直道处的双支撑相步幅要稍大于弯道，终点的后肢步幅的数值处于各赛段的最高值。这可能是因为弯道具有一定的弧度，马匹为了保持步伐的流畅性使四肢略微倾斜，从而影响到了双支撑相步幅[16]。在比赛当中马匹的后肢步幅、两后肢的开张程度随加速逐渐增大并且达到相对稳定的状态，虽然弯道以后速度可能开始逐渐减慢，但此时后肢步幅在体尺水平差异不大的情况下受其他因素的影响较小。此外，在不同赛段时运动状态不同，机体的能量、肌肉利用水平也有所差异[17]，这可能也是造成各赛段之间步态特征差异的原因之一。

3.2 不同赛段下步态特征与步速的相关性

对于短途赛事来说，起跑阶段非常重要，起跑阶段的速度将会直接影响到运动员比赛的最终成绩[18-19]。伊犁马1 000 m速度赛起跑阶段过后就是直道加速阶段，相对来说直道占整个赛程的比例较大，此时的速度也会对最终比赛成绩产生较大的影响[20]。弯道阶段由于受到了离心力的作用，马匹在加速奔跑的过程当中还要让身体稍微内倾以保持身体的平衡，这就对马匹提出了更高的技术要求，并且弯道技术是影响比赛成绩的众多因素之一[21]。短跑的终点冲刺能力是衡量运动员运动水平的一项重要指标[22]，对速度赛马同样十分重要。

试验结果表明，除了终点处的后肢步幅与步速呈正相关关系但不显著以外，其余所有赛段的步态特征均与该赛段步速呈极显著正相关关系，且4个赛段中的步幅始终与步速的相关程度最高，提示在该项赛事中马匹的步幅水平是影响各赛段马匹步速的重要因素，这与Ishii等[23]的研究结果基本一致。此外，除了双支撑相步幅与后肢步幅在4个赛段里均呈负相关关系但不显著，其余步幅变量之间的关系大多为正相关关系且相关程度较高。马匹是一个有机统一的整体，各步幅变量共同构成总步幅，随着整体速度的提升马匹各步幅变量都会有所增加，各步幅变量之间、各步幅变量与总步幅之间具有较高的相关性。造成双支撑相步幅与后肢步幅呈负相关关系的原因可能是马匹在奔跑过程中后肢步幅过大，后位前蹄与前位后蹄之间距离减小，导致双支撑相步幅的减小。

在短途赛事中速度快的马匹一般具有较大的步频、较长的步幅，而随着步幅的增加，腾空期步幅与双支撑相步幅增加较多，前肢步幅、后肢步幅增加较小[23-24]。

最大开张角度大多与步幅变量呈正相关关系且相关程度较高，可能是因为较大的开张角度能够使马匹在奔跑过程中肢体更加舒展，前肢与后肢之间的跨度增加致使各步幅变量的增加，从而提升马匹速度。

Parsons等[25]的研究结果表明,随着速度的增加步幅、步频都会有所增加，Muir G等[26]的研究结果表明,速度的变化是因为步幅、步频的同时变化或单一变化。与试验4个赛段步幅、步频与速度相关性的研究结果基本一致。曾亚琦等[12]对伊犁马速步赛步态特征与速度相关性进行研究的结果表明,在弯道处马匹的步幅、步频与速度呈极显著正相关关系，且步幅与步频呈正相关关系但不显著，与试验研究结果基本一致，但其结果表明,直道、终点处马匹的步幅与速度呈极显著正相关关系，步频与速度呈正相关关系但不显著，且步频与步幅呈负相关关系但不显著，部分结果与试验的研究结果稍有不同。其认为在直道、终点阶段过大的步频会导致马匹四肢肌肉紧张、疲劳，造成马匹的步幅长度下降导致速度减慢、运动性能下降。在试验当中4个赛段的步幅、步频与速度均呈极显著正相关，且步幅与步频的关系也均为正相关，原因可能是此次试验所拍摄的直道阶段是比赛开始不久后的加速阶段，此时马匹的速度呈线性增加并且速度并没有达到其最高值，而终点阶段的速度相对来说已经减慢，在这2个阶段步频的增大不会对马匹的四肢肌肉造成紧张或者疲劳，反而会增加马匹的速度，而马匹会以增加步幅来适应这种速度的提升，二者相互促进。造成这种差异的原因还可能是因为运动项目的不同，速度赛对赛马步频的要求可能要高于速步赛。

4 结 论

在不同赛段下马匹的各步态特征均差异较大，对该项赛事进行步态特征相关研究时，应当将赛段区分研究，提升研究结论的科学性、准确性。除了终点处的后肢步幅与步速呈正相关关系但不显著以外，其余所有赛段的步态特征均与该赛段步速呈极显著正相关关系。这些步态特征可作为马匹训练调教、性能测定的相关参考指标，提升马匹的运动性能及该项赛事运动水平。