排球运动起跳过程中踝关节的生物力学特性分析

丁龙 金真郁

中图分类号：G842   文献标识：A     文章编号：1009-9328（2021）08-052-02

摘  要  在运动过程中，踝关节损伤是一种较为常见的损伤。现阶段，对于踝关节的生物力学特性的分析主要是探讨方法学，而对于运动过程中复合动作模式下踝关节生物力学特性的研究相对而言是比较少的。基于此，本文以一项具体的实验为载体，针对排球运动起跳过程中踝关节的生物力学特性展开细致研究，具体为对排球运动员从起跳到落地的整个过程中其踝关节的生物力学特性进行了分析，希望可以为相关的研究提供一些有价值参考。

关键词  排球运动  起跳过程  踝关节  生物力学特性

对于运动员而言，一旦出现了踝关节损伤，就会对其生活质量和竞技能力带来极大的负面影响。因此，为了避免在运动的过程中出现踝关节损伤的问题，就要对踝关节的生物力学特性进行全面掌握。世界范围内已有众多学者对足踝力学进行了深入研究，专业领域对于运动过程中踝关节的生物力学特性和造成损伤的原因都已经有了较为全面的认知，这为防止发生踝关节损伤和发生损伤后的康复手段都创造了相应的理论支撑条件。但目前这项研究大多是以探讨方法论的形式出现的，而研究复合动作模式下的生物力学特性相对缺乏。因此，本文以实验的方式研究了排球运动起跳过程中踝关节的生物力学特性。

一、起跳的含义与踝关节活动范围

（一）起跳的含义

对于排球运动员而言，其可以顺利完成跳传球、跳发球拦网以及扣球等关键性技术动作的重要支撑条件就是具备良好的急停起跳能力。与此同时，这也是排球运动员可以完成一个良好起跳高度的重要因素。

（二）踝关节的活动范围

第一，踝关节活动范围的大小是与运动项目的种类相关的。通过对多种项目运动员的踝关节进行研究和分析我们可以知道，通常情况下举重运动员的踝关节活动范围与普通人相比要小一些，而游泳运动员的踝关节活动范围要比普通人的大一些。

第二，踝关节的活动范围与从事同一种项目的运动员的成绩存在一定的关系。通过研究我们了解到，在一些竞速类项目中成绩较差的运动员，他们的踝关节活动范围是要比成绩好的运动员小一些的。

二、针对排球运动起跳过程中踝关节的生物力学特性展开的实验

（一）实验概述

本次试验的受试者是从某高校中的排球专项学生中选取的20名男生和20名女生，并将其分成了男生组和女生组。男生组的年龄为18岁到22岁，他们的身高区间为183.5cm到192.5cm，体重区间为68kg到78kg，腿长区间为115cm到124cm;女生组的年龄也是在18到22岁之间，身高区间为168.5cm到175.5cm，体重区间为57kg到64kg，腿长区间为95cm到102cm。

选取受试者的标准如下：这些受试者均为国家二级运动员及以上，并且身体状况良好，踝关节没有受过损伤。如果在实验之前的一个月之内出现过踝关节损伤的情况，是不可以参与到实验中的。这种做法是为了避免出现实验运动的过程中出现阻碍，或者是在实验过程中对运动员造成再一次的损伤。除此之外，每一位参与到实验过程中的受试者都是自愿参加的，并且了解实验中的所有内容。

（二）实验中所使用到的方法

1.实验仪器。在该项实验中，为了对实验中的各种数据信息进行更好采集，得到更精确的结果，运用到了一些专业的仪器和设备，包括三维测力台9281B（Kistler lnc.Schweiz）、三维运动影像采集系统（Vicon Motus9.0）。在實际的实验中，为了更好地采集到运动员起跳过程中的各个阶段中产生的数据，采集的区域应该在距离中心台前后各5m，左右各2m的位置。仪器中的反光求标记点要对运动员运动过程中身体的各个关键部位的状况进行严密监控，包括大腿及小腿的外侧中央位置、跟骨正后方以及腓骨小头外踝等多个重要位置，为实验数据的准确性提供保障[1]。

2.建立坐标系。X轴正方向可以以参加实验的运动员的前进方向测力台近侧端前方为方向进行建立，Y轴正方向即是以与其左侧垂直的方向为建立的方向，Z轴正方向则是以测力台平面向上的方向为建立的方向。建立好一个完整的坐标轴之后，参加实验的运动员接下来的一切运动动作产生的数据都可以在坐标轴中有一个鲜明的体现。受试者在运动的过程中，在矢状面内踝关节做的是跖屈背伸动作，背伸即正值，跖屈即负值;在额状面内踝关节做的是内翻、外翻运动，内翻即正值，外翻即负值;在水平面内踝关节做的是内旋外旋动作，内旋即正值，外旋则负值。

3.采集相关的数据信息。首先，参与实验的运动员要在三维测力台上静止站立，双眼直视前方。双脚分开站立，分开的间距有肩宽一致，对于受试者的静止状态数据的采集，可以建立出一个与受试者一致的人体模型;其次，运动员要在专门的步道上展示一些双脚落地、双脚起跳、跑动急停等动作，要把脚完全踩上测力台的情况算作一次可以被采用的测试，一共要进行三次有效的测量，获得三组有价值的数据，降低可能出现的实验数据误差。

4.主要观察指标。在整个实验的过程中，为了切实得到起跳过程中排球运动员踝关节的生物特性，需要进行观察的指标主要有以下三方面内容：第一，三维平面内角度特征;第二，三维峰值力矩及时间的变化特性;第三，三维峰值力及时间的变化特征。最终对实验结果的分析也是从这三个方面展开的。

三、实验结果分析

（一）踝关节三维平面内角度特性

对于排球运动中的起跳过程，我们可以将其细致的划分为五个阶段，分别是急停脚着地瞬间、制动着地瞬间运动员身体重心最低瞬间、双脚蹬离地面瞬间、起跳落地双脚着地瞬间以及着地阶段运动员身体重心最低瞬间。

通过对实验中获取到的数据信息进行分析我们可以知道，当运动员的踝关节在矢状面运动时，除了在双脚蹬离地面瞬间这一阶段中男生组的跖屈角度要小于女生组之外，剩余四个阶段二者并无明显差异;当运动员的踝关节在额状面运动时，男生组和女生组在上述的五个阶段中都没有存在明显的差异;当运动员的踝关节在水平面内运动时男生组和女生组之间也没有太大的差异，他们踝关节变化的角度大致相同。在实验过程中，通过对女生组的采访，我们了解到许多女生在日常生活中有穿高跟鞋的习惯，这也是导致出现差异的原因。穿高跟鞋会导致女生腿部的后群肌肉长时间处在一个紧张的状态中，这会导致其前后肌肉力量不均，这在一定程度上会促使女生的踝关节跖屈能力高于男生。但是相应的，她们的背伸能力就会低于男生[2]。

在实验的过程中，女生组的跖屈角度要明显优于男生组。对于男生组而言，在起跳阶段踝关节呈现出内旋和内翻的状态，在落地缓冲的阶段则呈现外旋和内翻状态。造成这种现象的主要原因在于左腿与右腿的力量不平衡以及左脚和右脚没有实现同时落地，在运动的过程中内旋、外旋、内翻以及外翻等，对于踝关节来说都是十分不利的，会增加出现关节损伤的概率。

（二）踝关节三维峰力矩值及时间的变化特性

对实验中出现的数据信息进行分析和演算可知，就波峰力矩值出现的时间而言，第一波峰力矩男生组和女生组出现的时间没有明显差异，而第二波峰力矩出现的时间，女生组要早于男生组。第一波峰力矩和第二波峰力矩值分别是指在急停起跳阶段和落地缓冲阶段出现的峰力矩值。通过对峰力矩值出现的时间不同进行合理的推断，我们可知参与试验的运动员存在着双脚不同时着地的问题，这是对运动员双腿力量不均衡一种体现。一般来说，力量较强的腿会比另一条力量较弱的腿更早落地，在运动员缓冲的过程中，力量较强的腿发挥的作用更大。

运动员的踝关节在矢状面上运动时会出现跖屈力矩。在起跳过程中的急停起跳阶段，女生组的峰力矩要小于男生组，并且差异较为明显。在起跳过程中的落地缓冲阶段，女生组的峰力矩要大于男生组，但是差异并不明显。造成男生组和女生组之间出现差异的原因主要是当受试者的踝关节在矢状面中运动时，男生组和女生组之间屈伸的角度是不同的。

除此之外，通过对实验数据的分析可知，当受试者的踝关节在额状面和水平面进行运动时，会出现内外旋力矩和内外翻力矩，而在矢状面中出现差异的两个阶段中，对于额状面和水平面的情况而言，男生组和女生组之间是没有存在太大差异的。

（三）不良反应

每一个参与到实验中的受试者，他们在参与试验的过程中都没有出现踝关节的损伤或者是其他类型的运动损伤。

四、结语

综上所述，据实验结果可知，在排球运动的整个起跳过程中，女生相较于男生的跖屈角度更大。在起跳着地的阶段，踝关节呈现出内旋和内翻的情况，在落地缓冲的阶段，踝关节则呈现出外旋和内翻的状态，并且男生是大于女生的。这两个阶段也是容易出现踝关节扭伤的高发阶段。对于三維方向的峰值力矩和峰值力，男生组实验得到的数值都是高于女生组的。就在排球运动的整个起跳过程中双脚落地的时间来看，男生组和女生组之间是没有差别的，但是有出现两腿不同时落地的现象，说明受试者的左腿和右腿是存在着力量差异的。基于此，我们建议排球运动员应该提升对于踝关节力量、屈伸活动度、稳定性等的训练，重视对双腿力量均衡的调整，合理控制起跳过程中的动作模式。

参考文献：

[1]鲍春雨，颜明明.排球运动起跳过程中踝关节的生物力学特性[J].中国组织工程研究，2020，24（05）：662-666.

[2]刘玉萍.广州体育学院排球专项学生步态特征与损伤情况研究[D].广州：广州体育学院，2020.