自由式滑雪空中技巧運動員落地穩(wěn)定性的生物力學(xué)研究進(jìn)展

婁彥濤 郝衛(wèi)亞 范祎 李艷輝 吳成亮

1 沈陽體育學(xué)院（沈陽110102）

2 國家體育總局體育科學(xué)研究所（北京100061）

3 湖北大學(xué)（武漢430062）

自由式滑雪空中技巧（以下簡稱“空中技巧”）是一項結(jié)合體操空翻加轉(zhuǎn)體和滑雪技術(shù)的技巧類高危運動項目，要求運動員在極短時間內(nèi)完成空翻加轉(zhuǎn)體動作后，著陸于38°的滑雪坡上。其動作結(jié)構(gòu)由助滑、出臺起跳、空中翻轉(zhuǎn)和落地組成，運動員在完成動作時，要求“穩(wěn)、難、準(zhǔn)、美”，是一項技術(shù)性和藝術(shù)表現(xiàn)力均很強(qiáng)的運動項目[1]（圖1）。根據(jù)FIS 自由式滑雪裁判手冊評分標(biāo)準(zhǔn)[2]，落地動作成績占總成績的30%，因此運動員落地動作的成敗對能否取得優(yōu)秀成績有決定性影響[3]。落地不穩(wěn)也是造成損傷的重要因素[4]。研究表明，運動員出臺后騰空高度一般在7～18 m，落地速度在9～19 m/s，下肢面臨較大的沖擊載荷，若超出人體下肢肌肉骨骼系統(tǒng)的承載范圍，極易造成損傷[5]。一旦落地不穩(wěn)，輕者導(dǎo)致動作失敗，重者將造成膝關(guān)節(jié)和腰部損傷，甚至結(jié)束運動員的職業(yè)生涯。

圖1 自由式滑雪空中技巧動作示意圖（助滑-起跳-空中翻轉(zhuǎn)-落地）

近些年來，落地動作已成為運動生物力學(xué)、運動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點。據(jù)統(tǒng)計，經(jīng)常參與帶有落地動作項目的運動員，下肢均存在較高的損傷率，大多損傷都是由落地動作失敗造成的[6]。在落地過程中，由肌肉-肌腱產(chǎn)生的力、力矩以及反作用力作用于下肢肌肉骨骼系統(tǒng)[7]，只有當(dāng)肌肉骨骼系統(tǒng)能夠承受足夠的沖擊載荷時，才能避免損傷。早期研究[8]表明，落地時膝關(guān)節(jié)外翻和外展力矩的增加是引發(fā)前交叉韌帶（anterior cruciate ligaments，ACL）損傷的關(guān)鍵因素，說明正確的落地動作姿勢是預(yù)防損傷的保障，在落地穩(wěn)定性訓(xùn)練時要注重相關(guān)環(huán)節(jié)的肌肉力量，更要強(qiáng)調(diào)相關(guān)肌群的爆發(fā)力[6]。落地時，運動員還需較強(qiáng)的平衡能力來進(jìn)行調(diào)整[9]。研究認(rèn)為[10]，下肢本體反饋是觸發(fā)和調(diào)節(jié)人體自動平衡校正的關(guān)鍵反應(yīng)。影響運動員落地穩(wěn)定性的因素較多，總體可分為運動員的技術(shù)水平、身體素質(zhì)和外界環(huán)境等。對于影響空中技巧項目落地穩(wěn)定性的因素，目前尚無確切定論，仍處于探索研究階段。

縱觀近四屆冬奧會，空中技巧已成為我國雪上優(yōu)勢項目。但與冬季項目開展較好的歐美國家相比，我國并無領(lǐng)先優(yōu)勢，尤其是男子方面，在動作完成質(zhì)量和落地成功率兩方面均無優(yōu)勢。鑒于此，對于空中技巧落地穩(wěn)定性的研究已成為該項目必須要解決的問題。本文對國內(nèi)外關(guān)于空中技巧落地動作、空中動作及相關(guān)滑雪運動的文獻(xiàn)進(jìn)行匯總和提煉，為更深入了解落地動作的生物力學(xué)機(jī)制提供參考，為備戰(zhàn)2022年北京冬奧會提供科技保障。

1 自由式滑雪空中技巧落地動作的力學(xué)特征

落地是一項非常關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)，一個動作成功與否，落地穩(wěn)定性起到?jīng)Q定性作用。

圖2 中，當(dāng)重力G 的投影線落在支撐面內(nèi)，人體對平衡的控制較易實現(xiàn)。若空翻速度不足，G 的投影線落在支撐面前方，將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，導(dǎo)致落地時上體過分前傾，剩余的動量矩導(dǎo)致上體向前的速度過大而破壞人體動態(tài)平衡。反之，空翻速度過大，投影線落在支撐面后方，將產(chǎn)生后傾的旋轉(zhuǎn)力矩而導(dǎo)致翻轉(zhuǎn)過度，著陸瞬間產(chǎn)生臀部或背部觸雪。上述情況偏離越大，人體的平衡控制越難實現(xiàn)。同理，N 與支撐面的關(guān)系也可促使人體產(chǎn)生前傾和后傾的旋轉(zhuǎn)力矩。根據(jù)平衡控制原理，只有G、N 和F 的合力矩為零時，人體處于動態(tài)平衡狀態(tài)，可以平穩(wěn)沿斜坡下滑。因此，要求運動員在落地時控制適宜的姿態(tài)角，從而使G、N 和F 的力矩達(dá)到相互抵消的效果，實現(xiàn)平穩(wěn)著陸。

圖2 自由式滑雪空中技巧落地動作示意圖

2 影響空中技巧運動員落地穩(wěn)定性的主要因素

穩(wěn)定的落地技術(shù)是運動員成功完成動作的標(biāo)志，也是運動訓(xùn)練追求的最高目標(biāo)[11]。我國空中技巧運動員落地成功率較低，據(jù)統(tǒng)計，完成次難度動作時，落地成功率為65%～75%；完成高難度動作時，成功率卻不足60%。影響運動員落地穩(wěn)定性的因素主要包括運動員的姿勢控制能力、下肢剛度和肌肉特性、下肢載荷的分配、落地前的準(zhǔn)備、不同落地方式/落地策略、不同落地高度、個體膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)差異、運動裝備的研制及場地因素等方面。目前國內(nèi)外對于落地動作的生物力學(xué)研究主要包括實驗室模擬動作研究和室外動作的計算機(jī)仿真研究[12]，對空中技巧落地動作研究較少，故本文以空中技巧和其他相似度較高的滑雪項目落地動作研究為參考，對影響該項目落地穩(wěn)定性及造成損傷的機(jī)制進(jìn)行分析。

2.1 運動員的姿勢控制能力

姿勢控制是個體、任務(wù)和環(huán)境間相互作用的表現(xiàn)，在空間位置中身體的控制能力體現(xiàn)了運動系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)間復(fù)雜的相互作用，這被稱為“姿勢控制系統(tǒng)”。姿勢常用來描述身體質(zhì)心的位置和身體相對環(huán)境的方向性。大多體育項目都需保持身體的垂直方向性，在建立方向性的過程中，應(yīng)用多種感覺參照，包括前庭系統(tǒng)、本體感覺系統(tǒng)以及視覺系統(tǒng)[13]?？罩屑记蛇\動員落地瞬間支撐階段的姿勢維持能力、落地后高速滑行階段的平衡控制能力、視覺對空間環(huán)境的判斷、前庭對旋轉(zhuǎn)的控制，本體感覺對著陸坡雪質(zhì)剛度、阻尼和摩擦的適應(yīng)，空中動作旋轉(zhuǎn)過度或不足時雙下肢的姿勢控制能力均是影響落地穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。

Albertsen等[14]研究表明：視覺輸入提供了頭部相對于周圍物體位置和運動的信息。物體排列的方向性為視覺輸入提供了參考系。另外，頭部移動過程中，周圍物體向相反方向移動，故視覺系統(tǒng)也報告了頭部運動方向?？罩械母咚俜D(zhuǎn)、頭部的前后移動都對運動員的視覺提出較高要求，運動中視覺信息傳送至中樞神經(jīng)，進(jìn)而處理信息并整合發(fā)送指令使人體產(chǎn)生相應(yīng)運動，運動員視覺受到干擾時將影響落地穩(wěn)定性；對前空翻動作的研究表明，頭和眼的解剖結(jié)構(gòu)將影響運動員對環(huán)境信息的收集，從而增加落地站穩(wěn)的難度[15]。Mcnit 等[16]對大學(xué)生體操運動員的研究發(fā)現(xiàn)，前、后空翻時，足在垂直方向上的速度均比踝關(guān)節(jié)小，小腿比膝關(guān)節(jié)小，而大腿在前空翻時比髖關(guān)節(jié)快，在后空翻時則比髖關(guān)節(jié)慢，這充分反映了落地前翻轉(zhuǎn)方向?qū)σ曈X的限制性差異，相比于簡單動作，高難度動作對視覺的干擾程度更大。因該項目難度系數(shù)不同，快速空翻加轉(zhuǎn)體動作將影響運動員的視覺判斷，因此建議增加視覺的抗干擾訓(xùn)練，以提高落地穩(wěn)定性。

姿勢控制由各環(huán)節(jié)主動肌、拮抗肌、視覺、前庭功能和本體感覺多種系統(tǒng)相互協(xié)同作用來表現(xiàn)[17]。體感系統(tǒng)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)提供身體位置和運動信息；前庭系統(tǒng)則是提供頭部在重力和慣性下的位置和運動信息，為姿勢控制提供參考框架[18]。Cai 等[19]研究了成人雙側(cè)周圍前庭缺失時矢狀面和額狀面上多方向旋轉(zhuǎn)時的姿勢反應(yīng)，結(jié)果表明前庭對矢狀面的影響較早，主要控制下肢肌群；對額狀面的影響較晚，以控制軀干肌群為主。Oie 等[20]提出“感覺權(quán)重理論”，認(rèn)為每種感覺條件對姿勢控制都起著獨特作用，不同感覺條件下姿勢反應(yīng)的變化由感覺權(quán)重變化產(chǎn)生，感覺的相關(guān)權(quán)重依據(jù)年齡、動作和環(huán)境的功能而發(fā)生變化。因此，運動員落地穩(wěn)定性與姿勢控制能力密切相關(guān)，需對其進(jìn)行針對性訓(xùn)練。

2.2 運動員下肢剛度和肌肉特性

下肢剛度也是影響落地穩(wěn)定性的重要因素。首先，從運動表現(xiàn)角度來說，一定水平的剛度可有效發(fā)揮肌肉的伸-縮循環(huán)功能，使儲存在肌肉骨骼系統(tǒng)中的彈性勢能在落地過程中有效釋放[21]。其次，下肢剛度過大或過小也可能導(dǎo)致?lián)p傷，落地時較小的下肢關(guān)節(jié)活動度（range of motion，ROM）會導(dǎo)致剛度增加，進(jìn)而加劇沖擊載荷[22]。Lorimer 等[23]認(rèn)為下肢剛度增加會導(dǎo)致應(yīng)力性骨折風(fēng)險增大。研究表明[24]，相對于高足弓者，低足弓運動員落地時因小腿的剛度降低而增大了軟組織損傷概率或風(fēng)險。Greene等[25]發(fā)現(xiàn)，人體跳躍落地時通過增大膝關(guān)節(jié)的屈曲角度，可使下肢剛度減小2 倍，因此，空中技巧運動員需要適度調(diào)整下肢剛度來改變關(guān)節(jié)力矩，從而加強(qiáng)運動表現(xiàn)或預(yù)防損傷。

肌肉力量是運動過程中的動力來源，落地穩(wěn)定性需要下肢肌肉收縮來完成緩沖過程[26]。落地階段，運動員下肢和軀干肌群的收縮方式為先快速離心收縮后快速向心收縮[27]，膝股四頭肌除了承擔(dān)體重外，還要承擔(dān)落地瞬間較大的沖擊力，此時對其離心收縮能力要求較高。若離心收縮力量不足，輕者造成落地動作失衡，重者將造成膝關(guān)節(jié)或腰部的損傷[28]。Haslinger 等[29]發(fā)現(xiàn)高山滑雪運動員單日訓(xùn)練后，股四頭肌和腘繩肌向心和離心峰力矩值均降低，損傷風(fēng)險增加，表明疲勞是造成肌力下降的因素之一。合理的訓(xùn)練頻率和負(fù)荷對預(yù)防損傷具有重要意義。研究發(fā)現(xiàn)，我國空中技巧國家隊男女運動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌群比值（H/Q）較低[30]，膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性較差，需重點發(fā)展股后肌群力量。因此運動員需重視下肢力量，通過靜力性訓(xùn)練與離心訓(xùn)練相結(jié)合的方法，增加膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性。

落地動作中，股四頭肌和腘繩肌的激活對穩(wěn)定膝關(guān)節(jié)至關(guān)重要，同時還會影響ACL 應(yīng)力[31]。其中，對股四頭肌的研究結(jié)果尚存爭議：有研究認(rèn)為[32]，其激活會增加ACL 應(yīng)力，從而增加損傷風(fēng)險。然而，Withrow 等[33]發(fā)現(xiàn)股四頭肌對ACL 應(yīng)力的影響多取決于膝關(guān)節(jié)的屈曲角度。Aune 等[34]也得到類似結(jié)論，對高山滑雪運動員落地動作的肌電信號研究中發(fā)現(xiàn)股四頭肌的激活對ACL負(fù)荷的影響不顯著。出現(xiàn)不同結(jié)論的原因可能受落地類型及下肢肌群力量不同的影響。對于腘繩肌，多數(shù)研究均表明其激活能降低ACL負(fù)荷，并增加膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性[35]。因此在落地前最大程度激活腘繩肌對穩(wěn)定性是有益的。F?rber 等[36]提出用口頭指令的方式來激活腘繩肌，發(fā)現(xiàn)口頭提示組的高山滑雪運動員落地時的腘繩肌激活率顯著高于未提示組，但這種方法是否真的能降低ACL 損傷率尚不清楚。目前，國內(nèi)外在空中技巧項目中對膝關(guān)節(jié)肌群激活情況的研究較少，未來可開展動力學(xué)、運動學(xué)和表面肌電三者同步的綜合研究，探討影響落地穩(wěn)定性的內(nèi)部機(jī)制問題。

2.3 雙下肢負(fù)荷的均衡性

落地動作的動力學(xué)研究多采用三維測力臺進(jìn)行測量，因滑雪運動的復(fù)雜性，測量較為困難，因此如何獲得落地時的地面反作用力（ground reaction force，GRF）是一個技術(shù)難題。早期Virmavirta 等[37]將測力板安裝在起跳臺上，研究起跳動作的動力學(xué)特征；還有學(xué)者將穿戴式傳感器和壓力鞋墊安裝到雪板或雪靴上測量GRF，其優(yōu)點是在不影響運動表現(xiàn)的情況下監(jiān)測運動員從出臺到落地全程的受力特征[38]。

落地動作在足觸地后50 ms 內(nèi)GRF 迅速增大，且大多ACL 損傷發(fā)生在足觸地后17～50 ms 之間[39]。不同項目落地動作中，雙側(cè)下肢間的GRF 存在差異?？v跳落地時，雙下肢間最大垂直GRF 差值在0.3～0.5 倍體重[40]；體操運動員差異程度更大，前空翻為0.7～0.78倍體重，后空翻為0.95～1.1倍[41]。由此可知，難度較大的落地動作會增加下肢不對稱程度，造成重心偏移，導(dǎo)致身體失衡引發(fā)下肢不同類型的損傷。Veronica[42]等用足底壓力鞋墊采集22 名跳臺滑雪運動員在兩種不同姿勢落地過程中雙下肢的GRF 分布，發(fā)現(xiàn)平行腿動作落地時81%的運動員雙下肢GRFmax 不對稱，50%的運動員雙下肢沖量不對稱；在前后分腿動作落地時，62%的運動員GRFmax 不對稱，而68 %的運動員沖量不對稱。這表明不同落地方式對雙下肢載荷分配也存在一定影響。Zatsiorsky[43]進(jìn)一步研究指出：落地時能量經(jīng)多關(guān)節(jié)肌從遠(yuǎn)端向近端傳遞，多關(guān)節(jié)肌的選擇性募集對下肢負(fù)荷的分配有益。雖然從產(chǎn)生關(guān)節(jié)扭矩和應(yīng)力的角度來看，這種方法可能是矛盾的，但腘繩肌的激活可起到穩(wěn)固關(guān)節(jié)、減小骨應(yīng)力或防止疲勞的作用，為落地動作訓(xùn)練提供理論參考。

綜上所述，GRF 值是動力學(xué)研究的重要指標(biāo)之一，但較多研究僅停留在量化階段，并未結(jié)合其結(jié)果來探究造成損傷的閾值問題。落地時能量耗散由下肢以及軀干等環(huán)節(jié)共同控制來完成，多關(guān)節(jié)神經(jīng)肌肉控制可影響下肢的力學(xué)特性，因此對關(guān)節(jié)動力學(xué)、運動學(xué)和下肢主要肌肉募集的綜合分析，可更全面評價GRF 峰值對機(jī)體外部和內(nèi)部負(fù)荷的影響。

2.4 落地前的準(zhǔn)備

在完成空中翻騰和轉(zhuǎn)體動作時，運動員必須對各動作完成時間進(jìn)行合理分配，為成功落地做準(zhǔn)備。落地準(zhǔn)備包括觸地時將環(huán)節(jié)置于最佳位置、調(diào)節(jié)下肢環(huán)節(jié)速度和激活緩沖GRF 所需的肌肉活動。因此，落地動作需要在確保足觸地前有充分準(zhǔn)備時間的情況下完成。當(dāng)準(zhǔn)備時間不足時，空翻的余角動量導(dǎo)致人體過分前傾[3]，轉(zhuǎn)體的余角動量導(dǎo)致人體繼續(xù)向左或右側(cè)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)騰空高度和遠(yuǎn)度較大時，落地準(zhǔn)備時間過長，則導(dǎo)致空翻動作已完成而人體仍未著陸，余角動量使人體過分后仰，旋轉(zhuǎn)過度造成危險落地[44]。該項目運動員需合理控制空翻和轉(zhuǎn)體的完成時間，為落地動作提供充裕的時間。

空中轉(zhuǎn)體技術(shù)的完成質(zhì)量是影響落地穩(wěn)定性的重要因素之一。國外學(xué)者基于計算機(jī)仿真技術(shù)的準(zhǔn)確性和便捷性來探究空中翻騰動作對落地動作的影響。Gheluwe[45]從空中動作姿勢控制入手，建立6 環(huán)節(jié)計算機(jī)仿真模型，對運動員3 周臺動作進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)空中轉(zhuǎn)體動作是因不對稱的上肢運動造成的。Yeadon 等[46]從空中旋轉(zhuǎn)動作入手，建立11 環(huán)節(jié)模型對3 周臺空翻轉(zhuǎn)體動作進(jìn)行仿真，表明在空翻時軀干的旋轉(zhuǎn)可以使身體向前傾斜；翻騰過程中，只有雙臂的擺動保持一致，才能使身體在出臺和落地時不處于旋轉(zhuǎn)過大或過?。或v空階段采用轉(zhuǎn)體技術(shù)，可使運動員在落地階段身體不產(chǎn)生傾斜，但落地前也必須適當(dāng)控制轉(zhuǎn)體，使人體在矢狀面內(nèi)垂直落地?？罩修D(zhuǎn)體分為繞橫軸和縱軸的轉(zhuǎn)動，若繞橫軸的轉(zhuǎn)動過度，就會造成人體體位角度增大，軀干后傾，落地瞬間臀部或背部觸雪導(dǎo)致落地失敗或被扣分；反之則造成人體體位角減小導(dǎo)致軀體前傾，落地瞬間造成運動員前滾翻，該動作也是造成運動員頸部或腰部損傷的重要原因。

2.5 不同的落地策略/落地方式

落地策略的選擇決定其穩(wěn)定性[47]。落地策略一般分為軟著陸和硬著陸。硬著陸是指落地時膝關(guān)節(jié)角度小于63°，而軟著陸為大于63°[48]。Dai 等[47]指出軟著陸可有效吸收落地時下肢GRF 并降低ACL 負(fù)荷，為損傷風(fēng)險較小的方式。Lepp?nen 等[49]對硬著陸的研究中發(fā)現(xiàn)，這種以膝關(guān)節(jié)伸展為特征的落地方式會產(chǎn)生更大的GRF 值，與ACL 損傷風(fēng)險有顯著相關(guān)性。Markolf 等[50]認(rèn)為硬著陸增加脛骨前移幅度，使ACL 應(yīng)力增加而造成損傷。因此，軟著陸是一種更安全的落地策略。但Bradshaw 指出軟著陸時髖、膝、踝關(guān)節(jié)的ROM 較大，導(dǎo)致人體重心移動幅度增加，因此落地穩(wěn)定性降低[51]。Dana 等[52]對硬著陸、軟著陸的研究發(fā)現(xiàn)，硬著陸可以在不增加膝峰值外翻角度的情況下提高落地穩(wěn)定性和跳躍性能。綜上所述，兩種落地策略各有優(yōu)劣，因此空中技巧運動員應(yīng)根據(jù)不同難度系數(shù)的動作來選擇策略，進(jìn)而在預(yù)防損傷的同時最大限度地提高動作成績。

落地方式一般分為前腳掌落地、全腳掌落地和足跟落地。不同落地方式下人體運動學(xué)、動力學(xué)參數(shù)均有差異，且會影響肌肉激活情況和損傷發(fā)生部位[53]。因此落地方式會改變沖擊載荷的大小和分布。Oggero等[54]指出，隨著落地高度增加，速度和動能也增加，著陸者應(yīng)以更大的關(guān)節(jié)屈曲角度來進(jìn)行緩沖；全腳掌落地相比其他方式，垂直GRF 值最大。在空中技巧和體操等追求穩(wěn)定落地的項目中，運動員多采用全腳掌著地。婁彥濤等[27，55]將男子空中技巧運動員在50 cm 高度下以前腳掌落地和全腳掌落地進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)全腳掌落地穩(wěn)定性較好，前腳掌落地緩沖效果好；在損傷預(yù)防方面，全腳掌落地的安全性較低。綜上所述，建議從落地策略與落地方式相結(jié)合的角度開展研究，根據(jù)不同動作的難度系數(shù)和運動員身體素質(zhì)特點，找到其最適合的落地動作方式。目前，既穩(wěn)定又可達(dá)到安全效果的落地方式未見報道，此問題仍需進(jìn)一步研究，在空中技巧項目的落地方式和策略問題上探索全新理論。

2.6 不同落地高度

落地高度決定下肢沖擊載荷的大小，且一定程度上影響落地成功率和穩(wěn)定性[56]。高度越高，人體受到的GRF 值越大，髖、膝、踝關(guān)節(jié)的能量吸收也會相應(yīng)增大[57]，極易造成下肢關(guān)節(jié)損傷?？罩屑记陕涞馗叨热Q于動作難度系數(shù)和出發(fā)點的選擇。一方面，空中技巧的跳臺有平臺、1 周臺、2 周臺和3 周臺，運動員會根據(jù)比賽情況選擇動作難度，隨著跳臺高度的增加，落地高度也隨之增加。另一方面，如果從動作結(jié)構(gòu)逆向循序找原因，其順序是：落地動作—落地前的準(zhǔn)備—空中翻轉(zhuǎn)—起跳出臺—助滑上臺—出發(fā)點的選擇[58]。運動員通過助滑來獲得出臺速度，出發(fā)點的選擇決定助滑速度的大小。Schindelwig 等[59]對高山滑雪運動員145次落地動作的研究發(fā)現(xiàn)，不同落地高度主要受起跳角度、起跳速度和著陸面陡度影響。合適的出臺速度和體位角度可為運動員提供空中騰空高度、遠(yuǎn)度和落地時間，當(dāng)騰空高度和遠(yuǎn)度較小時，動作完成時間縮短，將造成翻轉(zhuǎn)動作完成較晚，來不及進(jìn)行落地的準(zhǔn)備動作。因此，合適的出發(fā)點選擇會影響落地成功率，運動員可根據(jù)不同策略和難度系數(shù)進(jìn)行選擇。

Heinrich 等[60]運用OpenSim 仿真來探討落地高度對滑雪運動員落地時ACL峰值應(yīng)力的影響，最終發(fā)現(xiàn)，滑雪運動員落地時軀干傾斜度對ACL峰值應(yīng)力的敏感度是落地高度的8 倍，表明與高度相比，姿勢控制對ACL 應(yīng)力影響更大。婁彥濤等[61]利用線性回歸方程對二周臺動作落地GRF 進(jìn)行推算，得出運動員受到的沖擊力約是體重的7.06～8.13 倍，并指出此高度下運動員受到的沖擊力在下肢可承載范圍內(nèi)，完成穩(wěn)定落地的關(guān)鍵還需具備較強(qiáng)的身體素質(zhì)來抵抗人體剩余的動量和角動量。否則，騰空高遠(yuǎn)度過小，落地時將造成運動員前滾翻或頸部和腰椎損傷；高遠(yuǎn)度過大，將造成運動員背部觸雪或下肢損傷。

2.7 個體膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的差異

性別因素致使個體膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)存在差異。女性膝關(guān)節(jié)囊較松馳，關(guān)節(jié)過伸的角度、髂脛束的彈性均較男性高[62]，同時女性股四頭肌的活動性更強(qiáng)，高強(qiáng)度離心收縮會在脛骨近端施加一個較大的前向剪切力，增加ACL 應(yīng)力[63]。因此，女性運動員非接觸性ACL 損傷的風(fēng)險更高[64]。該風(fēng)險在不同運動項目、年齡類別和競技水平中都較為明顯[65]。大多數(shù)非接觸性ACL 損傷均是在瞬間減速、制動或是跳躍后產(chǎn)生較大沖擊載荷的落地動作中發(fā)生的[66]。Pappas 等[67]發(fā)現(xiàn)，女性運動員在跳躍落地過程中雙側(cè)下肢膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)外翻角度的不對稱程度均顯著高于男性，表明性別是導(dǎo)致男女落地?fù)p傷率不同的一個重要因素，并提出女性落地穩(wěn)定性較男性低的結(jié)論。然而，Orishimo 等[68]對舞蹈運動員落地動作的研究發(fā)現(xiàn)，其運動學(xué)方面不存在性別差異，并認(rèn)為這與早期開展專項訓(xùn)練有關(guān)。Tosi 等[69]發(fā)現(xiàn)舞者和花樣滑冰選手ACL 損傷較少，究其原因為運動員加強(qiáng)了針對性訓(xùn)練所致?？罩屑记蛇\動員完成3 周臺動作時，騰空高度為16～17 m，落地瞬間膝關(guān)節(jié)承受較大的沖擊載荷。因此，訓(xùn)練中要科學(xué)監(jiān)測和評估不同性別之間膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)差異，增加專項訓(xùn)練，以提高下肢關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，達(dá)到降低損傷率的目的。

2.8 運動裝備的研制及場地因素

空中技巧落地動作主要是運動員的滑雪板和50 cm 厚的雪面之間的接觸?；┭ナ腔┌骞潭ㄏ到y(tǒng)的重要組成部分，通過滑雪靴將運動員和雪板連接起來，其主要目的是將運動員的力和力矩傳遞到滑雪板上[70]。落地時運動員身體重心后移是一種常見的損傷機(jī)制，表現(xiàn)為滑雪板尾部先觸雪，致使滑雪靴的后部撞擊脛骨的后部迫使其向前移動，導(dǎo)致ACL 撕裂[71]。因此，雪板和雪靴的研制對損傷預(yù)防尤為重要。

Webster 等[72]早在1996年就證實滑雪落地?fù)p傷與滑雪靴后部的剛度（skiboot rear stiffness，SBRS）有關(guān)，但未涉及到對ACL載荷的影響。Eberle等[73]在此基礎(chǔ)上采集527 次有受傷風(fēng)險的高山滑雪運動員落地過程的運動學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行蒙特卡羅模擬仿真，對滑雪靴后部賦予4 個不同剛度值（13 Nm/°，16 Nm/°，24 Nm/°，27 Nm/°），分析不同滑雪靴剛度對落地時ACL 最大應(yīng)力的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著SBRS的增加，最大ACL應(yīng)力的平均值顯著增加，從觸地到產(chǎn)生最大ACL 應(yīng)力的時間逐漸減少；股四頭肌的平均肌力隨著SBRS 的增加而增加，腘繩肌和脛前肌的平均肌力減小。因此，除了日常的肌力訓(xùn)練，對雪靴和雪板的研制和改進(jìn)也成為研究的重點，旨在為運動員提供最安全且合適的運動裝備。

此外，場地因素同樣不可忽略，其包括雪質(zhì)、風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫等，不同場地的條件不同，這些因素都會對空中動作完成的質(zhì)量和著陸的成功率產(chǎn)生影響[74]。如長期在松軟的場地上訓(xùn)練的運動員，膝傷的發(fā)生率比在硬場低[75]。Charalambous 等[76]研究了冷溫（1.8 ℃～2.4 ℃）和暖溫（14.5 ℃～15.2 ℃）兩種不同落地面溫度對落地動作的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)受試者落地時下肢的受力大小、能量吸收和關(guān)節(jié)角速度均存在差異。鄭凱等[77]基于不同雪質(zhì)、風(fēng)速等環(huán)境條件，針對助滑距離起點、終點和助滑速度之間的關(guān)系建立了數(shù)學(xué)模型，有利于運動員最佳技術(shù)水平的發(fā)揮。因此，運動員和教練員需掌握場地因素的影響，加強(qiáng)運動員在各種場地下的技術(shù)訓(xùn)練并預(yù)防運動損傷。

3 小結(jié)與展望

空中技巧運動員的落地穩(wěn)定性是受多種因素影響的復(fù)雜過程，運動員在完成高質(zhì)量、高難度動作的同時想要穩(wěn)定落地，需要完善出臺技術(shù)、空中姿勢控制能力、落地前的準(zhǔn)備（時間、環(huán)節(jié)位置與速度、肌肉活動）、下肢和軀干肌肉力量等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此專項身體素質(zhì)訓(xùn)練和深入探索該項目落地動作特征不可或缺。在專項技術(shù)或體能訓(xùn)練中，要依據(jù)影響落地穩(wěn)定性的因素，設(shè)計出專門的（如抵抗多種感覺系統(tǒng)干擾的姿勢控制能力、下肢和軀干肌群的協(xié)同激活訓(xùn)練、落地策略和落地方式等）訓(xùn)練方法和手段，建議增加落地動作的訓(xùn)練計劃，結(jié)合運動員自身特點進(jìn)行針對性訓(xùn)練。只有全面發(fā)展和提高該方面的素質(zhì)，才能保證運動員出色完成技術(shù)動作。

同時，在科研方法和手段方面，目前落地動作人體內(nèi)部受力特征（如下肢各關(guān)節(jié)力矩、關(guān)節(jié)承受最大沖擊載荷的閾值、關(guān)節(jié)能量耗散、神經(jīng)肌肉的協(xié)同控制特征）仍不明確，需進(jìn)一步開展計算機(jī)仿真，膝關(guān)節(jié)有限元分析以及表面肌電結(jié)合運動學(xué)、動力學(xué)的深層次綜合研究，細(xì)化落地動作的研究指標(biāo)，深入探討損傷機(jī)制，為預(yù)防損傷和指導(dǎo)訓(xùn)練提供依據(jù)。