优秀与普通武术散打运动员踝关节外侧副韧带急性损伤风险比较研究

常保臣

1 前言

随着武术运动国际化进程的快速推进和各类赛事的成功举办,武术散打项目在世界各地区得到了快速发展。由于腿法技术在比赛中发挥着关键作用[1]且成为主要得分手段,腿法技术已成为武术散打技术体系中最重要的得分技术。鞭腿技术拥有运用自如、得分明显、成功率高等特点,现已成为比赛中运用次数和成功率最高的一项技术动作[2]。在比赛和训练过程当中,由于频繁使用不规范的技术动作而诱发急性损伤的现象时有发生。急性损伤不仅给练习者的身心带来了巨大痛苦,甚至严重时会导致其运动生涯结束[3]。已有研究发现由于受踝关节的结构特征和功能特点所限,鞭腿技术在使用过程当中,支撑腿反复出现急起急停和变向运动,是诱发踝关节外侧副韧带急性损伤的重要因素[4]。也有研究认为,受鞭腿技术动作的熟练程度影响,不同运动等级之间的动作轨迹存在差异性[5～6]。本研究基于已有研究和运动链原理,提出优秀运动员在使用鞭腿技术时踝关节的稳定性好于普通运动员,引发踝关节外侧副韧带急性损伤风险低于普通运动员的研究假设。

为检验假设是否成立,本研究在实验室条件下,运用Vicon Nexus 三维运动捕捉系统,分别采集优秀和普通运动员鞭腿技术在击打目标物时,支撑腿踝关节的运动轨迹并进行对比分析,旨在找出踝关节外侧副韧带急性损伤风险与运动等级的关系,为教练员在日常训练中,针对不同运动等级制定差异化和精细化的训练方案,科学规范地指导使用鞭腿技术动作,预防或降低踝关节外侧副韧带急性损伤风险提供研究范例和理论依据。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

研究选取23名湖北省和武汉体育学院男子武术散打队运动员为测试对象,根据运动员现有的运动等级分为优秀运动员和普通运动员两个组别。其中,优秀运动员为一级及以上运动等级(11名),年龄(19.8±2.9岁)、身高(175.3±4.3厘米)、体重(66.7±9.3公斤)、习武年限(4.8±2.8年);普通运动员为二级运动等级(12名),年龄(18.9±0.9岁)、身高(179.7±3.5厘米)、体重(72.2±6.6公斤)、习武年限(4.0±0.6年)。测试前确定两个组别的运动员在三个月内无下肢关节运动损伤,身体健康及运动能力良好,且在24小时内未进行过大强度训练。

2.2 研究方法

2.2.1 测定仪器与设备三维运动捕捉系统和软件本版(Vicon System、Vicon Nexus 2.2),采样频率为200Hz,包含T40s摄像头(8个),直径14mm的Marker球(39个);三维测力台系统号(Kistler 9260AA,600mm*500mm*50mm,2块),采样频率为200Hz;自制Marker球脚靶、卡尺、皮尺、受试者实验服装等其他用品。

2.2.2 Marker球粘贴部位、坐标及模型通过Vicon Nexus 2.2软件对运动学、动力学数据进行采集;运用其内置的 Low-pass Filter 函数对运动学数据进行去除噪讯、删补轨迹等技术处理。将被试者的身体基本特征值通过PluginGait FullBody模型进行计算。

2.2.3 实验方法打开三维红外运动捕捉系统、测力系统等设备和仪器。首先,将设备和仪器进行预热和校准。同时,将本次的测试目的、测试要求、测试流程和注意事项告知受试者,并按受试者进入实验室的顺序填写被试知情同意书。其次,要求受试者进行15分钟热身活动;更换运动服装,并对受试者进行身体各环节的数据测量;根据受试者的身高和技术动作水平设定目标靶位的高度。最后,受试者在指定测试区域听到工作人员发出的“开始”口令后,迅速使用右鞭腿技术击打目标靶位;动作质量主要根据研究者的视觉主观判断和被试者的自我感觉来进行选择;最终每个受者选择5次技术动作作为本研究的分析动作[6]。

2.2.4 时刻和时段的划分通过三维红外运动捕捉系统和测力系统所采集的数据进行处理和建模后,根据鞭腿技术的动作特点划分为四个时刻和三个时段。运动员预备势站立准备上步瞬间为准备时刻(E1);前支撑脚上步后触及测力台面并出现反力信号瞬间为上步时刻(E2);进攻腿击打目标物时膝关节出现最大伸展瞬间为击打时刻(E3);进攻腿回收后触及测力台面出现反力信号瞬间为回收时刻(E4)。准备时刻结束到上步时刻开始为启动时段(P1);上步时刻结束到击打时刻开始为击打时段(P2);击打时刻结束到回收时刻开始为回收时段[6](P3)。

图1 时刻和时段划分

2.2.5 数据处理与统计方法本研究采用Vicon Polygon 3.5分析软件将踝关节的趾屈、外翻、外旋设定为负值(-),然后对动作时间、动作位移和动作速度最大值的平均值进行计算;使用Microsoft Excel对原始数据进行分析处理;使用IBM SPSS Statistics 22.0对普通和优秀运动员的运动学数据进行共变量和独立样本t检验分析。数据结果采用平均值和标准差(x±s)表示,显著水平a=0.05。

3 研究结果与分析

3.1 踝关节角度t检验结果与分析

踝关节在4个时刻上进行跖屈背屈(X)、内翻外翻(Y)、内旋外旋(Z)的角度t检验结果见表1。通过共变量处理与对比发现,优秀和普通运动员的踝关节运动方向相同,但是关节活动度存在差异。其中,普通运动员内翻相对较大。上步时刻(E2)普通运动员内翻为5.84°、优秀运动员为4.66°;回收时段(E4)普通运动员内翻为2.82°、优秀运动员为1.96°。两组之间的t检验结果(P<0.05)说明二者之间存在显著性差异。

表1 踝关节角度t检验结果一览表(单位:度)

3.2 踝关节角速度t检验分析结果

踝关节在3个时段上进行跖屈背屈(X)、内翻外翻(Y)、内旋外旋(Z)的角速度t检验结果见表2。通过共变量处理与对比发现,优秀运动员大于普通运动员。其中,启动时段(P1),优秀运动员为28.06±18.31 d/s、普通运动员为26.03±12.89 d/s;击打时段(P2),优秀运动员为27.47±15.61 d/s、普通运动员为26.03±11.58;回收时段(P3)优秀运动员为15.19±7.47 d/s、普通运动员为13.955±9.40 d/s。两组之间的t检验结果(P<0.05),说明二者之间存在显著性差异。

表2 踝关节角速度t检验结果一览表(单位:度/秒)

3.3 踝关节位移t检验分析结果

运动员踝关节在3个时段上的位移t检验结果见表3。综合来看,启动时段,普通运动员在纵轴的向上位移(Z)相对较大,优秀运动员在额状轴的左右位移(X)和矢状轴的向前位移相(Y)对较大;击打时段,普通运动员在额状轴的左右位移相对较大,优秀运动员在矢状轴的向前位移和纵轴的位移高度相对较大;回收时段,优秀运动员在额状轴的左右位移和矢状轴的向前位移相对较大。两组之间的t检验结果(P<0.05)说明二者之间存在显著性差异。

表3 踝关节位移t检验结果一览表(单位:厘米)

3.4 踝关节动作时间t检验分析结果

运动员踝关节在3个时段上的动作时间t检验结果见表4。综合来看,普通运动员大于优秀运动员。启动时段(P1),普通运动员为0.35s、优秀运动员为0.32s;击打时段(P2),普通运动员为0.30s、优秀运动员为0.26s;回收时段(P3),普通运动员为0.37s、优秀运动员为0.33s。两组之间的t检验结果(P>0.05)说明二者之间不存在显著性差异。

表4 动作时间t检验结果一览表(单位:秒)

3.5 踝关节动作速度t检验分析结果

运动员踝关节在3个时段上的动作速度t检验结果见表5。综合来看,优秀运动员动作速度均快于普通运动员。启动时段(P1),优秀运动员为2.86 m/s、普通运动员为2.52±0.89m/s;击打时段(P2),优秀运动员为1.48m/s、普通运动员为1.19±0.58m/s;回收时段(P3)优秀运动员为0.69m/s、普通运动员为0.55±0.40m/s。优秀运动员动作速度整体较快。两组之间的t检验结果(P<0.05),说明二者之间存在显著性差异。

表5 踝关节动作速度t检验结果一览表(单位:米/秒)

4 讨论

依据踝关节损伤Lauge-Hansen分型[7],通过观察本研究优秀运动员和普通运动员的踝关节运动轨迹和运动学参数,笔者认为:启动时段,踝关节所呈现的背屈、内翻和外旋,属于旋后外旋型运动(SER);击打时段,踝关节所呈现的跖屈、外翻和足跟内收,属于旋后内收型运动(SAB);回收时段,踝关节所呈现的背屈、内翻和外旋,属于旋后外旋运动(PER)。根据本研究的运动分型,踝关节的稳定性由骨骼和周围韧带共同保持。当踝关节负荷过大或某些基本动作不符合踝关节解剖结构特征时,将会很容易诱发踝关节局部运动损伤。有研究发现诱发踝关节的损伤主要是关节活动度过大,其中包含足踝部的过度跖屈和内翻[8～10],也被称为“旋后损伤”。距腓前韧带是发挥功能的主要韧带[11]。当踝关节进行跖屈位时,距腓前韧带处于绷紧状态[12,13],距腓前韧带与腓骨长轴几乎处于平行状态,从而导致踝关节在进行跖屈位时距腓前韧带过度拉紧而造成损伤,特别是当足部突然进行内翻运动时,使距腓前韧带的拉伸力超过最大负荷,从而导致运动损伤[14]。有研究认为,优秀运动员鞭腿技术的运动学及主要参与肌群的生物学规律优于普通人群[15]。运动员在运用鞭腿技术时,踝关节会出现不同形式的急起急停,是诱发踝关节外侧副韧带急性损伤风险的主要因素[5,16]。踝关节在三个时段内的活动均属于旋后型运动。通过对比本研究踝关节活动度测试结果发现,普通运动员的踝关节活动度大于优秀运动员。由此我们推理认为,普通运动员踝关节的活动度较大,技术动作的稳定性相对较差,踝关节周围韧带的拉伸力也相对较大。然而,当距骨关节在踝穴内受到外旋和内收应力时,由于脚固定而导致小腿发生内旋,距骨则受到相对的外旋应力;当内踝受到距骨的挤压应力以及距骨受到外旋应力时,导致踝关节内侧结构受到更大的牵拉破坏风险。因此,踝关节外侧副韧带急性运动损伤的风险也会增加。这也成为本研究从稳定性的角度诊断踝关节外侧副韧带急性损伤风险的重要依据。

支撑腿在鞭腿技术动作中起着至关重要的作用,是保持身体平衡,确保能够有效发挥关节力量的关键。观察运动员支撑腿踝关节位移、时间和速度的t检验结果发现:支撑腿在运动过程中受身体重心向前移动、躯干和支撑腿绕纵轴旋转的影响,在启动时段和击打时段是以支撑脚前脚掌为支点,快速形成旋转后外旋运动(SER)和向旋后内收运动(SAB)的运动过程。此时,踝关节不仅要承受身体重力,而且脚底与地面也会产生较大的摩擦力[17]。因此,随着击打过程中身体的大、小环节依次加速与制动的转换,支撑腿踝关节瞬间出现了急起急停的运动现象。尽管整个动作能够更好地将进攻腿的动力传递到末端环节,但是也会降低关节的稳定性。有研究认为,肢体质量分布越接近轴,旋转半径越小,旋转惯性越小;扭矩越大,动作速度越快[18]。踝关节的稳定性是影响技术动作完成的重要因素,踝关节的参与决定着动作的速度与质量。这也是踝关节在各时段产生差异的原因[19]。

观察踝关节位移和动作速度测试结果,发现普通运动员在击打时段的上下位移较大,即身体重心平衡需要通过上下位移进行调控;而优秀运动员的位移较小,动作速度更快,肌肉收缩速度快,动作协调性好,身体重心更容易达到平衡。当普通运动员完成动作时为稳定身体重心平衡,支撑腿通过缩短肢体质量分布距离,从而减少旋转半径,因而位移产生变化[20]。有研究发现在使用鞭腿技术中踝关节是最后一个环节,鞭腿技术的开始也是从踝关节的伸展开始的。两侧踝关节的区别主要在于支撑腿踝关节的活动度[21,22]。同时,支撑腿踝关节的活动度会影响身体重心的变化。踝关节的旋转是整个技术运动的核心环节。这一过程也完全符合空间运动力学原理和规律。因此,踝关节屈伸肌力保持平衡的能力至关重要[22]。然而,普通运动员的踝关节在击打时段位移活动范围相对较大,一定程度上降低了踝关节的稳定性,加大了外侧副韧带急性运动损伤风险,同时也验证了本研究所提出的研究假设。

由于本研究受实验室的研究条件限制,暂未使用肌电设备对下肢肌群肌力进行测量和联合研究。仅通过三维红外运动捕捉系统,从运动学视角基于运动链原理,对不同运动等级武术散打运动员鞭腿技术的运动轨迹进行了分析。基于稳定性的视角阐释了运动等级与外侧副韧带急性损伤风险的关系,并且能够较好地与前期学者的研究内容形成互补,为我国武术散打教练员在训练和教学中,科学规范指导和改进鞭腿技术动作提供研究范例和实践借鉴,对有效降低或预防鞭腿技术引发急性运动损伤且显得尤为重要。由于受研究环境、受试对象及其研究者的学识等条件所限,本研究难免会出现一些疏漏或不足,今后我们也将针对这些问题努力改进,同时恳请各位专家批评指正。

5 结论与建议

优秀运动员的踝关节稳定性好于普通运动员;普通运动员外侧副韧带急性损伤风险高于优秀运动员。鞭腿技术在启动时段诱发踝关节外侧副韧带急性损伤风险相对较高。建议普通运动员在日常训练中加大下肢肌群和关节的抗阻和非平衡力量练习。通过提升下肢肌肉群和关节的力量来增加关节的稳定性,尤其需要加强踝关节由静态平衡向动态平衡渐进转换训练的方式,强化外侧副韧带承受应力的应激反应能力与运动功能,从而减少或降低踝关节外侧副韧带急性损伤风险。