不同运动类型运动员双任务下的静态平衡能力

赵敏敏，朱文斐，王兵旗，孙方君，李运峰，赵成雷，赵晨曦，王 琳，张龙海，郭嘉玮

（陕西师范大学 体育学院，陕西 西安 710100）

1 研究背景

平衡能力是指在任何姿势或活动中保持、调整或恢复平衡状态的能力［1］，是日常生活的基础，是安全完成身体各部分或整个身体位移的运动前提，也是基本运动技能之一。人体维持平衡能力的机制非常复杂，在生理学方面，人体平衡能力主要依赖于视觉、前庭器官、本体感受系统的信息输入和神经中枢对其信息的整合与对运动效应器的控制［2］。人体多种姿势中最为基础的状态则为双脚站立姿势，有效的姿势稳定性依赖于各种感受器的快速连续的传达以及反馈后执行协调而又平稳的神经肌肉动作，同时反映了身体对来自视觉、本体感觉和前庭器官等各方面刺激的协调能力。平衡能力是评价人体运动机能及健康水平的身体素质重要指标之一。

根据技能特征与环境的相互作用，运动技能可以分为开放式运动技能和闭锁式运动技能［3］。其中，开放式运动技能［4］是完成动作时随外界环境的改变而改变的运动技能，在动作结构上表现出多样性或非周期性特征，完成动作的反馈信息由多种分析器参与工作，并综合反馈信息；闭锁式运动技能［4］是完成动作时基本上不因外界环境的变化而改变自己的动作，在动作结构上多属周期性重复动作，完成动作的反馈信息只来自本体感受器，如田径、游泳等项目多属于闭锁式运动技能。

前人在探究运动技能与平衡能力的关系时，主要是采用横向比较不同运动项目的运动员的平衡能力或同项目不同竞技水平运动员的平衡能力［5-9］。然而，双重任务对运动技能与平衡能力的影响尚不明确，双重任务对专业体育人群的影响仍有待进一步研究。

本研究通过采用单任务和双重任务操作模式对不同运动技能（开放式运动技能和闭锁式运动技能）体育运动员进行静态平衡能力测试，比较不同运动技能类型体育运动员静态平衡能力，探究视觉和认知任务对不同运动技能类型体育运动员静态平衡能力的影响，旨在了解不同运动技能类型的特征、更好地指导运动训练、有效改善不同类型运动员静态平衡能力。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

本研究选取67名陕西师范大学体育学院高水平运动员参加本次测试，并按其训练项目分为开放式运动技能组、闭锁式运动技能组。总计33名开放式技能测试者（女=17，男=16）和34名闭锁式技能测试者（女=17，男=17）。受试者在自愿情况下接受测试并签订《知情同意书》。受试者基本情况见表1。

表1 研究对象基本信息表（n=67）

纳入标准：从事训练年限4年以上且均获得国家二级及以上运动员证书；保持正常技能水平阶段；受试者身体状况良好，近半年无下肢损伤，参加本次实验之前24h内无剧烈运动。

2.2 研究方法

2.2.1 实验器材

静态平衡测试仪器采用三维测力台（Kistler-9287CA，瑞士）和MARS平衡分析软件。静态平衡实验测试时间设置为20s、测试次数为3次、休息时间15s。

2.2.2 实验步骤

本实验重点采用“计算—平衡”双重任务模型。所有项目受试者依次完成静态平衡测试环节。受试者在双脚开立、双手叉腰的姿势下维持静态平衡的同时计算四位数整除以一位数的心算题，计算过程要求为默算。所有项目受试者以双脚开立与肩同宽、腰腹挺直、双手叉腰的姿势下在睁眼（Eyes Open，EO）或闭眼（Eyes Closed，EC）并处于单任务（Single Task，ST）或双重任务状态（Dual Task，DT）下姿势的静态平衡能力。所有人每种状态下进行3次测试，每次测试时间为20s，次间休息15s，组次间隔30s。所采集各指数的大小可以评估受试者的姿势稳定性，指数数值越大说明受试者的平衡能力越不稳定，数值越小说明受试者的稳定性越高。为确保实验测试数据的准确性，测试环境选定在陕西师范大学体育学院运动生物力学实验室所进行，为减少外界环境因素的干扰，要求室内安静、无走动、光线均匀，所有无关人员离开测试场地。测试状态：

1）状态1：睁眼状态下不加计算任务（EO+ST）；

2）状态2：睁眼状态下增加计算任务（EO+DT）；

3）状态3：闭眼状态下不加计算任务（EC+ST）；

4）状态4：闭眼状态下增加计算任务（EC+DT）；

2.2.3 静态测试指标

规定Kistler-9287CA测力台的X轴即左右方向（M/L）平行于额状面方向，Y轴即前后方向（A/P）为垂直于额状面方向，原点为测力台中心点。选取轨迹移动面积指标反映身体重心移动情况，值越小表示个体稳定性越高。

主要包括：

1）轨迹移动面积指标：总移动面积［sway area-total（mm2），SA-T］；前后移动面积［sway area-A-P（mm*s），SA-AP］；左右移动面积［sway area-M-L（mm*s），SA-ML］。

2）轨迹移动速度指标：①总移动速度［sway V-total（mm/s），SV-T］、②前后移动速度［sway V-A-P（mm/s），SV-AP］、③左右移动速度［sway V-M-L（mm/s），SV-ML］。

2.2.4 统计方法

本研究采用Excel数据统计软件对实验相关数据进行统计，采用SPSS 25.0统计软件对数据进行对比分析，实验分析结果均以平均值加减标准差（M±SD）表示。各组间对比采用独立样本T检验，同组自身状态间对比采用配对样本T检验分析。其中p＜0.05表示具有显著性差异。

3 研究结果

3.1 不同运动类型运动员在双重任务条件下的摆动面积的差异

3.1.1 不同运动类型男运动员差异

通过表2对比不同运动技能类型男运动员在4种状态下静态平衡能力的摆动面积，研究发现，在睁眼条件下，闭锁式运动技能男运动员的3个摆动面积指标在有计算状态下的SA-T，SA-AP，SA-ML均小于无计算状态（p＜0.05），而在闭眼条件下并未发现不同种任务之间平衡能力的差异；在睁眼条件下，开放式运动技能男运动员的SA-T在有计算状态下小于无计算状态（p＜0.05）；在闭眼条件下，开放式运动技能男运动员的SA-T，SA-AP在有计算状态下小于无计算状态（p＜0.05）；对比无计算状态下静态平衡能力的摆动面积，研究发现开放式运动技能男运动员睁眼与闭眼的SA-T存在统计学差异（p＜0.05），睁眼条件下的SA-T小于闭眼条件；对比有计算状态下静态平衡能力的摆动面积，研究发现闭锁式运动技能男运动员睁眼与闭眼的SA-T和SA-AP存在统计学差异（p＜0.05），睁眼条件下的SA-T和SA-AP小于闭眼条件。通过图1对比不同运动技能类型运动员在4种状态下静态平衡能力的摆动面积，本研究发现睁眼无计算状态下，开放式运动技能男运动员的SA-T小于闭锁式运动技能（p＜0.05）；闭眼有计算状态下，开放式运动技能男运动员的SA-T小于闭锁式运动技能（p＜0.05）。

表2 男性运动员在双重任务下静态平衡指标中摆动面积差异性（n=33）

图1 男性运动员在双重任务下静态平衡指标中摆动面积差异性

3.1.2 不同运动类型女运动员差异

通过表3对比不同运动技能女运动员在4种状态下静态平衡能力的摆动面积，本研究发现睁眼条件下，开放式运动技能女运动员的SA-T在有计算状态下小于无计算状态（p＜0.05）；闭眼条件下，开放式运动技能女运动员的SA-T和SAML在有计算状态下小于无计算状态（p＜0.05）；闭眼条件下，闭锁式运动技能女运动员的SA-AP在有计算状态下小于无计算状态（p＜0.05）。对比无计算状态下静态平衡能力的摆动面积，本研究发现闭锁式运动技能女运动员的SA-T存在统计学差异（p＜0.05），睁眼条件下的SA-T小于闭眼条件。

表3 女性运动员在双重任务下静态平衡指标中摆动面积差异性表（n=34）

图2 女性运动员在双重任务下静态平衡指标中摆动面积差异性

3.2 不同运动类型运动员在双重任务条件下的摆动速度的差异

3.2.1 不同运动类型男运动员差异

通过表4对比不同运动技能类型男运动员在4种状态下静态平衡能力的摆动速度指标的变化，发现不同运动技能类型男运动员都在闭眼条件下执行心算题双重任务的平衡能力与单项任务的平衡能力的差异在3个摆动速度指标中均存在统计学差异（p＜0.05），表现为闭眼状态下进行计算任务后会降低摆动速度，而睁眼条件下开放式运动技能男运动员在不同种姿势的平衡能力却均不具有显著性差异。闭锁式运动技能男运动员在睁眼条件下不同种姿势的平衡能力的差异却在“总体摆动速度”和“左右侧摆动速度”指标中存在统计学差异（p＜0.05），表现为睁眼时有计算任务相比无计算任务摆动速度会降低。对比无认知任务条件下睁眼与闭眼的平衡能力，发现不同运动技能类型男运动员的静态平衡能力都仅在“总体摆动速度”和“左右侧摆动速度”指标中存在统计学差异（p＜0.05），表现为睁眼相比闭眼状态姿势摆动速度较低；对比心算题双重任务条件下睁眼与闭眼的平衡能力时，发现闭锁式运动技能男运动员的静态平衡能力在“总体摆动速度”和“左右侧摆动速度”指标中存在统计学差异（p＜0.05），而开放式运动技能男运动员的静态平衡能力仅在“左右侧摆动面积”指标中存在统计学差异（p＜0.05），表现为睁眼计算相比闭眼计算任务下姿势的摆动速度会降低。在重心摆动速度指标中可看出闭眼对不同运动技能类型男运动员的平衡都造成影响；此外心算题双重任务仅影响开放式运动技能男运动员闭眼条件下的平衡能力，但均影响闭锁式运动技能男运动员睁眼和闭眼的平衡能力。

表4 男性运动员在双重任务下静态平衡指标中摆动速度差异性（n=33）

比较不同运动技能类型男运动员4种状态下在摆动速度各方向上的差异性（图3），发现不同运动技能类型男运动员在单任务睁眼状态下的平衡能力的差异性均在3个摆动速度指标中存在统计学差异（p＜0.05）；另外在左右侧摆动速度指标内同样发现不同者在双重任务状态下睁眼时静态平衡能力存在显著性差异（p＜0.05）。表中显著性均表现为同种条件下开放式运动技能男运动员的摆动速度都小于闭锁式运动技能男运动员。

图3 男性运动员在双重任务下静态平衡指标中摆动速度差异性

3.2.2 不同运动类型女运动员差异

通过表5对比不同运动技能女运动员在4种状态下静态平衡能力的摆动速度指标的变化，发现开放式运动技能女运动员无论是睁眼还是闭眼条件下执行心算题双重任务的平衡能力与单项任务的平衡能力在3个摆动速度指标中均存在统计学差异（p＜0.05），表现为有计算相比无计算时姿势的摆动速度降低；而闭锁式运动技能女运动员在睁眼条件下执行心算题双重任务的平衡能力与单项任务的平衡能力的差异在3个摆动速度指标中均不存在统计学差异，在闭眼条件下不同种姿势的平衡能力仅在“前后侧摆动速度”指标中具有显著性差异（p＜0.05），表现为闭眼条件下有计算相比无计算能明显降低左右侧摆动速度。对比无认知任务条件下睁眼与闭眼的平衡能力，发现闭锁式运动技能女运动员不同种姿势的平衡能力在3个摆动速度指标中均存在统计学差异（p＜0.05），而开放式运动技能女运动员不同种姿势的平衡能力仅在“总体摆动速度”和“左右侧摆动速度”指标中存在统计学差异（p＜0.05），表现出闭眼相比睁眼其摆动速度会增快。对比心算题双重任务条件下睁眼与闭眼的平衡能力时，发现不同运动技能类型女运动员的静态平衡能力都仅在“总体摆动速度”和“左右侧摆动速度”指标中存在统计学差异（p＜0.05），表现出睁眼计算相比闭眼计算会降低总体及左右侧摆动速度。在重心摆动路径指标中可看出闭眼时平衡数据大多高于睁眼时平衡数据，说明不同运动类型女运动员的平衡能力都依赖于视觉的支持；此外心算题双重任务明显提高开放式运动技能女运动员的睁眼和闭眼条件下的平衡能力。比较不同运动技能类型女运动员4种状态下在摆动速度各方向上的差异性（图4），发现不同运动技能类型女运动员在3个摆动速度指标均未发现同一姿势状态下静态平衡能力存在显著性差异。

表5 女性大学生在双重任务下静态平衡指标中摆动速度差异性（n=34）

图4 女性大学生在双重任务下静态平衡指标中摆动速度差异性

4 讨论

本实验的研究表明，开放式运动技能类型运动员的平衡能力优于闭锁式运动技能类型运动员。与前人研究结果相似［10］，表明开放式运动技能的运动员相对于闭锁式运动技能的运动员，在视觉注意力、认知处理和姿势控制上可能更具灵活性［11］。产生的差异性的原因可能与运动环境有关，可能由于外界环境的变化刺激运动员平衡能力转化为自动控制阶段。与此同时尹彦等人根据不同专项运动员静态平衡能力的比较研究中［12］发现排球项目运动员在站立时调整身体姿势以维持身体平衡能力较强，而武术套路运动员一段时间内持续平衡效果较好，这与专项特点有关。相比于闭锁式运动技能，开放式运动技能受到的影响因素更多，在开放式运动技能中平衡能力的维持往往是在多重任务的影响下进行的。

与单任务相比，双重任务条件下运动员的静态平衡COP摆动面积减小，与前人的研究成果相符［13］，即双重任务条件下可促进运动员姿势的稳定性。有研究认为，双重任务条件下姿势改善产生的原因可能与姿势自动化有关，即执行认知任务时产生的负荷可有效地消除由自动控制姿势引起的注意力，从而促进了自动姿势控制过程的出现［14］。Sarto等人的研究结果强调［15］，任务条件（即单任务或双任务）对姿势平衡表现的影响大于所从事的运动类型，无论是哪种运动技能类型的运动员进行专门的双任务训练是很有必要的。Gabbett等人对橄榄球运动员采用双任务方法进行技能评估和发展的研究中［16］提出双任务训练似乎比单任务训练效果更好。还有部分研究与本实验结果相反，即直立站立下执行认知任务会使静态平衡能力下降。例如，Lee［17］等人调查14名健康的年轻人执行减3计算认知任务时对静态平衡的影响发现，执行认知任务时COP速度、面积均大于没有认知任务时COP的指标。根据有限容量理论［18］和注意力分配原则［19］所知，执行认知任务与维持直立姿势时二者受到干扰是注意力资源，所以在进行双重任务时会因注意力资源减少而增大姿势摆动。与上述Lee等人结果相反，产生差异的原因可能是认知任务选择上的不同，专业运动员与非专业运动员静态平衡能力的影响机制不同，具体内在的机制还需进一步研究。

从平衡特征上来看，与单任务状态相比，执行心算认知任务时的专业运动员姿势摆动的摆动速度变慢、移动面积减小，使其摆动趋于集中，从而达到提高静态平衡姿势的稳定性。Hai-Jiang［20］在探究健康青少年在认知任务（减法心算任务）作用下直立姿势稳定性的变化时，同样发现，在执行认知任务时身体直立姿势摇摆的速度值均显著低于未执行任务时的速度值。也就是说，认知任务可促使身体直立姿势的摆动集中在一个较小的范围内做较慢速度的移动。这种动摇特征可能与肌肉的紧张度增高、关节的灵活性下降等有关［21-22］。但Borzucka［23］研究顶级男子排球运动员与非运动员在静态姿势控制方面的差异中表明在优秀运动员中，COP范围的减小是姿态控制的一个肯定的积极方面，但并不是单独发生的，而是与COP频率和速度的增加有关，这里的COP速度的增加主要由于专业排球运动员与健康普通人相比维持静态平衡状态的控制模式不同，与专业运动员更强健的姿势调节和他们对外界干扰的特殊适应力的说法有关。目前对平衡能力的研究中较少探究移动速度的指标，因此需要未来进一步研究。除此之外，本实验还验证了视觉对平衡能力的影响［20-24］，即视觉可以提高运动员在双脚直立下的静态和动态平衡能力。本研究与汪敏［25］等人研究结果相似，发现闭眼状态下COP的摆动面积均明显大于睁眼状态。

5 结论

不同运动技能类型女运动员的静态平衡之间无明显差异。双重任务条件下开放和闭锁式运动技能男运动员的静态平衡好于单任务条件；双重任务条件下开放和闭锁式运动技能女运动员的静态平衡好于单任务条件。双重任务条件下男运动员的平衡能力好于单任务条件；闭眼有计算条件下女运动员的平衡能力好于无计算条件。开放式运动技能男运动员的静态平衡明显好于闭锁式运动技能男运动员。

运动员需要在比赛过程中灵活、快速并且稳定的做出技术动作。为了提高运动员维持身体平衡的能力，专项训练时应该增加双任务训练，在降低运动员注意力的情况下提高维持身体平衡的能力。另外，教练员可以根据双任务状态下的静态平衡能力提供运动员选材的依据。对于团队项目，双任务训练不仅可以应用在提高静态平衡能力上，还可能应用在团队成员之间的配合当中，当然还需要进一步的研究来加强我们的假设。