不同速度运动状态中竞走运动员下肢动力学特征研究

目的通过对中国竞走学校优秀运动员不同速度运动状态中下肢动力学特征的分析,为优化专项技术动作,减少运动损伤发生,强化竞走后备人才训练及竞技水平提高提供参考依据。方法选取中国竞走学校男、女一级及以上重点运动员各8名。依据目前青少年竞走运动员不同速度区间的划分,应用SONY DSC-RX10M4高速摄像机和Kistler三维测力台同步采集运动员中、高速时下肢的地面反作用力、峰值力和下肢各关节反作用力等动力学数据,应用SIMI运动解析软件和Matlab软件进行计算,采用单因素方差分析对不同速度下的数据进行比较。结果男运动员高速和中速相比,足外侧地面反作用力峰值高速大于中速,且具有显著性差异(P<0.05),足内侧、水平方向和垂直方向的峰值力,均无显著性差异(P>0.05),髋、膝、踝关节水平和垂直方向峰值力均增加,其中髋、膝、踝关节水平方向峰值力增加幅度分别为22.9%、17.5%、20%,垂直方向峰值力增加幅度分别为2.0%、8.2%、2.7%;女运动员高速与中速相比,足外侧和水平前方向地面反作用力峰值高速大于中速,且具有显著性差异(P<0.05),足内侧、水平后和垂直方向峰值力均无显著性差异(P>0.05),髋、膝、踝关节水平和垂直方向峰值力均增加,其中髋、膝、踝关节水平方向峰值力增加幅度分别为31.6%、26.8%、41.7%,垂直方向峰值力增加幅度分别为7.9%、12.8%、7.4%。结论竞走运动员不同速度运动状态下,男、女运动员在一个步态周期中的地面反作用力在不同方向均为高速大于中速,且均表现为垂直方向分力值最大,内外方向的分力最小,而水平方向制动力峰值均大于加速力峰值,此结果为日常训练加强足跟着地动作技术规范性,同时增加蹬地力量训练,提高下肢肌肉用力水平提供了有力证据;另一方面,男、女运动员髋、膝、踝各关节水平和垂直方向峰值力高速均大于中速,在足跟着地时膝关节和踝关节垂直方向受力较大,髋关节受力较小,而前脚掌蹬离地面时,髋部水平方向转动明显大于垂直方向摆动力度,因而青少年竞走运动员日常训练中需加强髋、膝、踝关节运动链的协同和补偿作用,准确掌握竞走技术动作的用力特点和顺序,对于提高其技术动作合理性和科学性,减少下肢损伤,提高运动表现和比赛成绩具有重要意义。

高水平太极拳运动员下肢功能不对称与蹬脚动作表现关联性研究

目的:探究高水平太极拳运动员下肢功能不对称与蹬脚动作表现的关联性。方法:采用Vicon三维运动捕捉系统和Kistler三维测力台,测试单脚纵跳(Single-Leg Countermovement Jump,SLCMJ)、前跳(Single-Leg Broad Jump,SLBJ)、侧跳(Single-Leg Lateral Jump,SLLJ)和蹬脚动作,对下肢关节角度、关节活动度(Range of Motion,ROM)和重心位移量与不对称指数进行了Pearson相关性分析。结果:(1)不对称指数为SLCMJ(5.64)>SLBJ(4.2)>SLLJ(3.44);(2)优势侧与非优势蹬伸腿在提膝时刻的髋关节屈曲和膝关节旋内角度、在蹬伸时刻的髋关节屈曲和旋内角度、在蹬伸时段的膝关节屈伸、旋转ROM存在高度显著性差异(P<0.01);(3)优势侧与非优势蹬伸腿在提膝时刻的髋关节旋内角度、在蹬伸时刻的膝关节屈曲角度、在提膝时段的膝关节旋转ROM、在屈收时段的膝关节屈伸和旋转ROM存在显著性差异(P<0.05);(4)优势侧与非优势支撑腿在屈收时刻的膝关节屈曲角度、在落脚时段的踝关节旋转ROM和重心位移量在蹬伸时段的左右方向呈显著性差异(p<0.05);(5)下肢不对称指数与蹬伸腿和支撑腿的髋关节和膝关节旋内角度、非优势侧重心位移量左右方向呈极显著中度正相关;下肢不对称指数与蹬伸腿的髋关节屈曲角度、支撑腿髋关节屈曲角度、优势侧重心位移量前后方向呈极显著中度负相关。结论:高水平太极拳运动员优势侧相较于非优势侧支撑腿在蹬脚过程中具有较好的稳定性和平衡控制能力,非优势侧相较于优势侧蹬伸腿在提膝与蹬伸阶段髋、膝关节技术表现更好。因此,高水平太极拳运动员下肢功能不对称与蹬脚动作表现具有关联性。

长距离场地自行车运动员骑行中的迎风面积研究

研究目的:在长距离场地自行车比赛中,当运动员输出功率相近时,空气阻力是影响成绩的主要因素,而运动员迎风面积的测定是空气阻力研究中的关键因素。为精确测定不同形态运动员在不同骑行姿态时的迎风面积,研究采用平面测量法进行测试。研究方法:使用数码相机采集运动员的正面图像信息,利用CAD网格矫正图像畸变,得到了4名运动员不同躯干角度的迎风面积结果。研究结果:(1)迎风面积值在0.32~0.35 m~2之间,其中运动员2在8°和16°时值最大,躯干特征参数占比最大;(2)迎风面积在躯干面积较大时对骑行姿态变化较为敏感,并分析得到了迎风面积的估算模型,可为教练员和运动员的训练与比赛提供较为准确的数据参考。

体育运动中膝关节力的机器学习评估方法研究

膝关节力(knee joint forces,KJF)是用于推断膝关节结构所受载荷的生物力学指标,利用可穿戴传感器获得的数据,可估计运动过程中的KJF.在14名参与者的右腿上安装两个惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU),并按要求执行各种运动动作,包括直线、变向和跳跃运动,采用生物力学模拟方法确定KJF,用训练神经网络对IMU信号和KJF时间序列之间的关联进行建模.神经网络预测的垂直KJF的相关系数为0.61~0.93,前后KJF的相关系数为0.63~0.91,内外侧KJF的相关系数为0.26~0.61.中度跑垂直KJF的相关性最高(0.93±0.32).垂直KJF值和前后KJF值表明,在大多数运动中,人工神经网络(artificial neural network,ANN)的预测结果与KJF参考值之间具有良好的一致性.

不同鞋底厚度的运动鞋对高中生步态参数和爆发力的影响

目的 对比受试者在平地常速行走过程中,不同鞋底厚度的运动鞋对高中生的步态参数产生的影响,受试者穿着不同鞋底厚度的运动鞋进行训练,探究鞋底厚度对高中生下肢爆发力的影响。方法 以24名在校的男性高中生为研究对象,随机分成4组,穿着鞋底厚度为0、1、2、3 cm的运动鞋在平地上行走并测试步态参数,穿着上述4种不同鞋底厚度的运动鞋经过为期8周的体育专项课训练后测试立定跳远和下蹲跳的动力学指标,并对步态参数和下蹲跳的动力学指标采用单因素方差分析进行统计分析。结果 运动鞋鞋底厚度在1~3 cm区内受试者的步态周期更大,步长、步周长、步速和步频均小于穿着鞋底厚度0 cm的运动鞋的受试者,鞋底厚度0 cm组的步速和步频均最快分别为(1.42±0.08) m/s、(1.75±0.03) m, 3 cm鞋底的运动鞋的步速和步频均最慢分别为(1.13±0.02) m/s、(1.49±0.04) m,过8周训练后,穿3 cm厚度的运动鞋实验后对立定跳远成绩的增幅达到0.14 m,增幅最大,下蹲跳的动力学指标的提升效果显著高于鞋底厚度0 cm组。结论 运动员穿着平底运动鞋在平地行走时更为稳定,能够降低运动中的风险,穿着厚底运动鞋在训练过程中激活了更多的肌肉纤维,对提升运动员下肢爆发力的效果更为显著,穿着鞋底厚度0 cm的运动鞋对运动员的提升效果无明显优势。

高水平短跑运动员跳深动作表现分析:下肢关节生物力学视角

目的:对比跳深(drop jump,DJ)动作中髋、膝、踝关节之间在生物力学指标上的差异,探究下肢关节生物力学指标与跳深动作表现指标之间的关系,明确影响跳深动作表现指标的下肢关节生物力学因素。方法:招募16名运动等级为一级及以上的男子短跑运动员完成0.45 m落地高度跳深动作测试并同步采集三维运动学和动力学数据。结果:1)高水平男子短跑运动员跳深动作中髋、膝和踝关节在力矩、负功率、正功率、负功、正功以及刚度(stiffness)指标上的差异均具有统计学意义(P<0.001);2)踝关节跖屈力矩和膝关节刚度对地面接触时间的影响(调整R2=0.801,P=0.011)、膝关节正功对腾空高度的影响(调整R2=0.677,P<0.001)、踝关节正功率对平均功率输出的影响(调整R2=0.554,P<0.001)、膝关节刚度和踝关节正功率对反应力量指数的影响(调整R2=0.842,P=0.004)均具有统计学意义。结论:高水平男子短跑运动员在完成跳深动作时,膝关节刚度主要影响跳深动作离心阶段动作时间,而踝关节跖屈力矩和正功率主要影响跳深动作向心阶段动作时间,进而导致跳深动作完成时间和反应力量的差异;膝关节正功和踝关节正功率作为主要功率来源可调控跳深动作的腾空高度和力学功率输出。

抗阻训练改善下肢肌力的个体差异性及预判模型

目的比较不同抗阻训练后下肢肌力变化的个体差异,构建抗阻训练改善下肢肌力的预判模型。方法193名受试者完成12周70%1RM训练(MIST12),其中训练无效者以87%1RM完成8周(HIST8)和12周的训练(HIST12)。下肢肌力指标包括等速蹬踏屈/伸峰值力(PTf/PTe)、等长峰值力(PTi)和反向纵跳(CMJ)。采用Logistic回归构建训练效果的预判模型。结果MIST12干预后,PTf、PTe、CMJ显著增加(P<0.01),PTi变化无显著性差异(P>0.05);HIST8干预后,PTf、PTe变化无显著性差异(P>0.05),PTi、CMJ显著增加(P<0.05);HIST12干预后,PTf、PTe、PTi、CMJ显著增加(P<0.05)。PTf、PTe低效者比例在3种方案中无显著性差异(P>0.05),PTi、CMJ低效者比例差异显著(P<0.05)。PTf、PTe、PTi和CMJ训练效果预判模型的AUC值分别为0.609、0.602、0.684和0.719,回代检验显示预测值与真实值无差异(P>0.05)。结论抗阻训练改善下肢肌力存在个体差异,肌力初始值、训练方案和肌肉厚度是下肢肌力训练效果的预判因子,在制订以提升不同肌力为目的的精准化力量健身指导方案时应将其作为重要参考因素。

不同水平男子越野滑雪运动员自由式滑轮长距离比赛表现及其专项耐力和力量素质的关联性探究

目的:探究我国不同水平优秀男子越野滑雪运动员自由式滑轮25 km比赛成绩及其专项耐力和力量素质测试结果的相关关系,并分析不同水平运动员产生差异的原因。方法:12名国家越野滑雪运动员分为健将组(n=6)和一级组(n=6)。每名运动员赛前分别完成体成分、专项耐力和最大力量测试,比赛全程穿戴“Catapult Optimeye S7”定位系统设备,并记录滑行时间、速度等指标,同时使用相关统计方法进行数据分析。结果:1)上坡和平地段时间均与比赛成绩显著相关(p<0.01),健将组与一级组运动员的平地段时间差均高于上坡和下坡段(p<0.01);2)健将组运动员第3圈平均速度快于第1圈和第2圈(p<0.05),一级组运动员每圈平均速度均不存在显著差异(p>0.05),健将组和一级组运动员第3圈上坡和平地段速度较第1圈显著加快(p<0.01);3)乳酸阈摄氧量和最大摄氧量指标均与自由式滑轮25 km比赛成绩高度相关(p<0.05),健将组运动员显著大于一级组运动员(p<0.05);4)卧拉、引体向上和躯干力量指标均与比赛成绩高度相关(p<0.05),健将组运动员显著大于一级组运动员(p<0.05)。结论:1)自由式滑轮25 km比赛中上坡和平地段时间是获得优异比赛成绩的重要因素,其中平地段时间是不同竞技水平运动员比赛成绩差异的主要因素;2)健将组运动员在比赛中主要采用“逐圈加速”的配速策略,而一级组运动员使用“匀速型”配速策略;两组运动员均表现出末圈上坡段和平地段滑行速度加快的趋势;3)乳酸阈摄氧量和最大摄氧量水平、上肢和躯干力量是影响自由式滑轮25 km比赛成绩的主要因素,健将组运动员具备更好的有氧耐力、上肢和躯干力量。

不同推橇阶段支撑期冲量特征与速度的关系研究

目的:探讨钢架雪车运动员不同推橇阶段支撑期冲量特征与速度之间的关系。方法:使用Vicon三维运动捕捉系统和Kistler测力台,同步采集17名国家钢架雪车运动员推橇阶段的运动学(速度与制动期、推进期时长)和动力学参数(地面反作用力、冲量)。结果:1)与第3步相比,推橇20 m处的制动期时长更长而推进期时长更短,制动力和垂直力峰值更大而推进力峰值更小,水平制动冲量更大而水平推进冲量、净水平冲量更小;2)在第3步和20m处,水平推进冲量、净水平冲量与速度均呈强的正相关关系(r=0.650,r=0.624,r=0.615,r=0.850,P<0.01);垂直冲量与第3步速度呈强的正相关关系(r=0.662,P<0.01);水平制动冲量与推橇20m处速度呈中度正相关关系(r=0.536,P<0.05)。结论:对于我国优秀钢架雪车运动员来说,较大的推进冲量和净水平冲量对推橇阶段的速度极为重要,且在推橇加速阶段产生相对较大的垂直冲量可能更有利于提高推橇速度,但同时也不能忽视最大速度阶段制动冲量的作用。

振动与非振动力量练习时肌电图变化的比较研究

采用芬兰的MuscleTesterME3000P8肌电图仪和MegaWin软件系统,让受试者在振动和非振动条件下,分别以动力性和静力性两种不同方式的进行屈肘练习,练习时施加不同的负荷,通过对受试者的肱二头肌、屈腕肌和对抗肌肱三头肌、伸腕肌的肌电图测试。结果表明,当负荷与肌肉收缩的方式相同时,振动条件下主动肌的肌电IEMG/s值都比非振动时大,而动力性收缩时,振动轻负荷与非振动重负荷时IEMG/s值相差不大。这说明,在振动条件下进行力量训练,能够募集更多的运动单位参与收缩,提高肌肉的兴奋水平。

随机生物力学模型分析篮球运动员和普通大学生ACL损伤危险因素的差异

目的:通过建立前交叉韧带(ACL)负荷的生物力学模型分析运动水平和性别对完成侧切动作时ACL损伤概率和危险因素的影响。方法:采集男女大学生篮球运动员和普通大学生完成侧切动作时的运动学、动力学和肌电学数据,运用蒙特卡罗方法获得模拟的ACL损伤试跳数据。通过t检验确定模拟得到的损伤和未损伤动作各指标之间的差异,分析发生损伤的危险因素。采用双因素方差分析确定运动水平和性别对与ACL负荷相关指标的影响。结果:篮球运动员和普通大学生损伤概率女、男之比分别为18.36和13.04。模拟得到的损伤与非损伤试跳相比,男性篮球运动员和普通男大学生腓肠肌肌力(P=0.553,P=0.773)、女性篮球运动员膝关节旋内力矩(P=0.981)和普通男大学生垂直地面反作用力(P=0.810)均无显著性差异。其余篮球运动员和普通大学生的各项指标在损伤与非损伤试跳间均具有显著性差异(P<0.05)。另外,除压力中心到踝关节水平距离(P=0.114)、矢状面(P=0.061)和非矢状面负荷(P=0.58)在性别和运动水平间无交互作用外,其余指标均表现为显著性交互作用(P<0.01)。结论:运动水平和性别都会影响ACL损伤危险因素,且性别对危险因素的影响受运动水平的影响。整体而言,女性比男性,专业篮球运动员比无训练经验的同龄大学生产生ACL损伤的危险性更大。

我国优秀武术运动员旋风脚720°三维图像特征分析

利用三维图像解析系统对我国优秀武术运动员旋风脚720°运动时间特征、身体重心位移特征、身体重心的速度变化特征以及身体主要环节夹角的特征等进行分析与评价,旨在揭示其动作过程的运动学特点与规律,建立整个动作的时间、位移、速度、以及相关环节间夹角等量化指标,从而为教学与训练提供客观的理论依据。

振动力量训练即时效应与结构性效应的研究进展

振动力量训练是一种新兴的力量训练方法,以其能够用较小的负荷有效地提高肌肉力量及爆发力而受到越来越多国内、外专家的关注。根据振动刺激时间的不同,将振动训练所产生的效应分为即时效应和结构性效应,对影响振动力量训练即时效应和结构性效应的因素进行综述,并对这两种效应的研究趋势进行了探讨。

举重抓举和下蹲翻运动学比较与用力特征分析

运用三维运动学的研究方法对参加2003年全国女子举重锦标赛的10名运动员的抓举和下蹲翻进行运动学分析并对力量的特点进行比较分析;运用逆向动力学方法对两种技术动作的主要关节的净力矩进行比较分析。结果表明,膝关节角度在提铃离地时刻有显著性的差异;对力量参数回归分析表明,运动员抓举杠铃重量的能力很大程度上取决于运动员所能够输出的最大功率,而运动员下蹲翻杠铃重量的能力很大程度上取决于运动员对杠铃的作用力的积累过程;对于抓举和下蹲翻动作髋关节净力矩分析表明,对于抓举,髋关节最大净力矩与对应此时刻的髋关节角度呈负相关,而对于下蹲翻,髋关节最大净力矩则与所试举的杠铃重量呈正相关。

正常青壮年膝屈伸肌等速肌力测试研究

应用Ｃｙｂｅｘ－３３０型等速肌力测试系统对３４名正常青壮年膝屈伸肌进行等速肌力测试评定。测试结果表明，正常膝屈伸肌的峰力矩值、单次做功量在不同运动速度（６０°／ｓ、１２０°／ｓ、１８０°／ｓ）时随测试速度的增加而降低，其测试结果为膝伸肌大于屈肌，慢速测试大于快速测试，优势膝大于非优势膝，男性高于女性；膝屈伸肌的平均功率随测试速度增高而增加。左右侧膝测试结果比较相差无显著性（Ｐ＞００５）。在相同测试速度时，不同性别之间相同侧膝同名肌峰力矩值比较有显著性差异（Ｐ＜００１）。认为正常青壮年左右膝屈伸肌等速肌力测试结果之间的正常相差为１５％左右，膝屈肌力矩值／膝伸肌力矩值的比值为５０％～７０％。

不同坐姿下腰部负荷及竖脊肌活动的生物力学研究

运用生物力学实验法(包括影像学分析、三维侧力和sEMG肌电测量)、人体形态学测量法和统计学方法结合静态力学原理及郑秀媛人体基本参数,对10名男性(年龄21.4±0.69岁,身高172.9±2.72 cm,体重62.9±4.95 kg)进行研究,获得四种不同坐姿下各腰椎节段负荷(肌力矩)和10种坐姿下的腰部竖脊肌肌电图结果。研究表明:不同坐姿下,身体姿势的改变对腰部负荷影响较大,不同坐姿腰部负荷均大于站立位;同一腰椎节段肌力矩因坐姿的变化而存在较大差异,其中放松位大于挺直位,伏案支撑位大于无支撑位;不同的姿势,背部竖脊肌肌电图变化情况不尽相同,其活动强度的变化主要由脊柱前屈的程度决定。因此,建议坐时尽量使脊柱挺直。

中国运动生物力学研究发展现状及发展趋势--第12届全国运动生物力学学术交流大会论文评述

采用文献资料调研、数理统计等方法,对入选第12届全国运动生物力学交流大会论文汇编的200篇论文,从研究选题、研究内容、研究方法等方面进行评述。分析中国运动生物力学研究现状,进而探讨中国运动生物力学发展变化的趋势。结果表明,研究论文选题内容广泛,方法学研究深入;运动技术类的运动生物力学研究占主流,训练、测试方法的研究占有较大比重;运动装备、训练器械、测试仪器等应用研究与研制备受关注;运动损伤与大众健康是目前运动生物力学研究的热点。

脚背内侧踢球摆动腿的运动学与肌电信号特征研究

研究脚背内侧踢球技术的运动学特征与肌电信号特征,运用三维录像解析与肌电信号特征分析对其摆动腿的摆动同步研究发现,摆动腿后摆幅度大小主要取决于摆动腿的蹬伸程度,在摆动腿前摆时,股后肌群出现强烈放电现象,其主要作用是对关节的固定和控制作用,达到踢球力量与精度的统一。此外,摆动腿前摆时,肌肉的激活与失活具有一定的顺序性,脚触球时踝关节的固定程度对踢球精度有一定的影响。

运动性肌肉疲劳过程中主动肌与拮抗肌sEMG相干性分析

目的:通过静态疲劳负荷实验过程中主动肌与拮抗肌sEMG的相干性分析探索运动性肌肉疲劳过程中中枢神经系统对主动肌与拮抗肌共神经输入(common neural inputs)同步支配的变化特征。方法:以10名健康男性青年志愿者为研究对象,记录受试者以50%MVC负荷强度静态屈肘运动诱发肌肉疲劳过程中主动肌肱二头肌与拮抗肌肱三头肌的sEMG,为考查疲劳因素对相干性分析结果的影响作用,对记录的sEMG按运动持续时间平均分为两段,分别对两段sEMG进行相干性分析处理。结果:在疲劳负荷实验过程中,肱二头肌与肱三头肌MF指标随运动持续时间表现出显著性的单调递减变化趋势。从相干性分析结果看,在beta频段和gamma频段内,运动后半段肱二头肌与肱三头肌sEMG相干函数值要明显小于运动前半段,而tremor频段内无显著性差异。结论:在50%MVC静态负荷屈肘运动致肌肉疲劳过程中,随着负荷运动持续时间的增加,中枢神经系统对主动肌肱二头肌与拮抗肌肱三头肌共神经输入同步支配下降,这可能是由于主动肌与拮抗肌脊髓运动神经元兴奋性及运动皮层对脊髓运动神经元激活能力随疲劳发展的下降不同步性及为维持既定的收缩负荷,中枢神经系统对主动肌与拮抗肌运动单位的募集策略采取不同的调节方式造成的。

基于sEMG时频分析的递增负荷诱导肌肉周期动态疲劳估计

利用信号的时频分析技术,对递增负荷下肌肉周期性动态收缩疲劳程度进行估计。10名男性大学生完成从50-200w＋的1-5级功率自行车递增负荷蹬车实验,每级负荷采集最后5s的股直肌、股内侧肌和股外侧肌表面肌电信号,将每次向心收缩期的信号截取出来,通过乔伊-威廉姆斯分布的时频分析估计出肌电信号的瞬时功率谱,进而计算出信号的瞬时平均频率和瞬时中值频率。结果表明,瞬时平均频率和瞬时中值频率在3级负荷之后随负荷递增而近似线性递减,结合积分肌电同时随负荷递增而近似线性递增的特征,可反映递增负荷下肌肉动态收缩疲劳的发生、发展过程;由于瞬时平均频率的计算量小于瞬时中值频率,建议将积分肌电和瞬时平均频率相结合作为评估肌肉周期性动态疲劳的联合参数。