跳臺(tái)滑雪著陸階段生物力學(xué)研究進(jìn)展

王 聰，李 媛，張晁赫，王棟梁

(河北省體育科學(xué)研究所，河北 石家莊 050011)

跳臺(tái)滑雪分為助滑、起跳、飛行和著陸4個(gè)階段，任意一個(gè)階段的執(zhí)行情況都會(huì)影響到后續(xù)階段的完成質(zhì)量，進(jìn)而影響整體運(yùn)動(dòng)效果.需要特別關(guān)注的是，著陸準(zhǔn)備及落地沖擊的過程在提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和降低運(yùn)動(dòng)損傷方面起著決定性作用[1-2].據(jù)統(tǒng)計(jì)，青年運(yùn)動(dòng)員中52.4%的事故發(fā)生在著陸階段[3-4].盡管著陸階段對(duì)跳臺(tái)滑雪運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和安全至關(guān)重要，但針對(duì)跳臺(tái)滑雪著陸階段生物力學(xué)分析的相關(guān)研究卻較少，這主要是受到技術(shù)條件限制，如連接力墊和接收器的電纜限制了運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作，而無線力板又必須在起飛時(shí)調(diào)試，由于著陸距離過遠(yuǎn)，導(dǎo)致早期的無線連接無法滿足數(shù)據(jù)傳輸要求等.國(guó)際滑雪聯(lián)合會(huì)(International Ski Federation，F(xiàn)IS)規(guī)定跳臺(tái)滑雪運(yùn)動(dòng)員在落地時(shí)應(yīng)遵守以下規(guī)則：從一個(gè)穩(wěn)定的飛行姿勢(shì)抬起頭和上身，移動(dòng)兩側(cè)手臂；把滑雪板置于一個(gè)平行位置；在觸地時(shí)兩腿分開，膝蓋屈曲；通過肌肉力量減少?zèng)_擊力，增加兩腿之間的距離并彎曲后腿，保持滑雪板平行和雙腿壓力均等.運(yùn)動(dòng)員需要流暢地完成各運(yùn)動(dòng)階段間的動(dòng)作連接，以達(dá)到最佳運(yùn)動(dòng)表現(xiàn).事實(shí)上，屈膝旋轉(zhuǎn)(Telemark)著陸技術(shù)的執(zhí)行情況由5名裁判員進(jìn)行評(píng)價(jià)，相比其他著陸方式，可獲得更高的姿態(tài)分值，從而影響最終得分[3].除Telemark著陸外，運(yùn)動(dòng)員還可以采用平行腿著陸方式(兩腳在相同高度下以深蹲姿勢(shì)落地)，但這對(duì)裁判給出的姿態(tài)分值會(huì)有負(fù)面影響.SCHWAMEDER H[1]的研究證實(shí)，通過優(yōu)化著陸準(zhǔn)備階段的動(dòng)作姿勢(shì)會(huì)延長(zhǎng)約3 m的飛行距離，且不管采用Telemark還是平行腿著陸，著陸瞬間運(yùn)動(dòng)員受到地面的高沖擊力均可以達(dá)到自身體質(zhì)量的4倍.與此同時(shí)，較大的攻角(滑雪板和氣流之間的角度)會(huì)增加著陸時(shí)的氣動(dòng)升力，進(jìn)而提高著陸沖擊過程的緩沖效果，減少運(yùn)動(dòng)員肌肉、骨骼負(fù)荷，從而降低受傷風(fēng)險(xiǎn)[5-6].目前，跳臺(tái)滑雪著陸生物力學(xué)的研究主要采用戶外數(shù)據(jù)采集、風(fēng)洞測(cè)試、計(jì)算機(jī)模擬等手段.為了不影響運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)、保證人身安全，戶外數(shù)據(jù)采集幾乎全部是在夏季和冬季訓(xùn)練期間進(jìn)行，主要運(yùn)用運(yùn)動(dòng)力學(xué)原理、方法，結(jié)合解剖學(xué)、生理學(xué)描述、分析運(yùn)動(dòng)員著陸階段動(dòng)作，從人體運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、肌電活動(dòng)、空氣動(dòng)力學(xué)等角度進(jìn)行研究.

跳臺(tái)滑雪的動(dòng)作較為復(fù)雜，除受機(jī)體生理內(nèi)在因素影響外，風(fēng)力、風(fēng)向等外界因素也會(huì)影響技術(shù)動(dòng)作的執(zhí)行情況.跳臺(tái)滑雪的成績(jī)由距離得分和姿態(tài)得分構(gòu)成，飛行距離由起飛階段和飛行階段決定，飛行階段后期采用合適的著陸準(zhǔn)備技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)地跳躍.與此同時(shí)，如果能夠執(zhí)行FIS國(guó)際比賽規(guī)則要求的Telemark著陸，還可以獲得更高的姿態(tài)分值[7-8].因此，開展著陸階段的生物力學(xué)研究不僅能夠指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員增加跳躍距離，還可以提高姿態(tài)分值和防止跌倒.本文從生物力學(xué)角度，綜述著陸準(zhǔn)備及落地沖擊過程中的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、肌電活動(dòng)、空氣動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展，提出跳臺(tái)滑雪著陸階段生物力學(xué)研究建議，為跳臺(tái)滑雪訓(xùn)練和損傷預(yù)防提供技術(shù)指導(dǎo)和理論參考.

1 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

1.1 著陸準(zhǔn)備開始時(shí)間及攻角對(duì)跳躍距離和速度的影響

為了增加跳躍距離，運(yùn)動(dòng)員會(huì)盡量推遲著陸準(zhǔn)備開始時(shí)間，保持更久的飛行姿勢(shì)，并借助著陸時(shí)的氣動(dòng)升力進(jìn)一步延長(zhǎng)飛行時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)地跳躍.文獻(xiàn)[2]證實(shí)，高水平跳臺(tái)滑雪運(yùn)動(dòng)員保持飛行時(shí)間及最佳飛行姿勢(shì)的時(shí)間更長(zhǎng).此外，跳躍距離也與起飛速度[2]、體質(zhì)量[9]和動(dòng)能[10]有關(guān).統(tǒng)計(jì)顯示，較大攻角、有效起飛、高初始速度、優(yōu)化的飛行技巧以及延遲著陸準(zhǔn)備開始時(shí)間可以增加跳躍距離，但這種延遲也會(huì)影響著陸準(zhǔn)備動(dòng)作，可能導(dǎo)致技術(shù)上的著陸不穩(wěn)定，給著陸平衡性和安全性造成負(fù)面影響[11].另外，剎車動(dòng)作與攻角有關(guān)，攻角越大，滑雪板底對(duì)坡面的壓力也就越大，停止距離就越短，著陸速度會(huì)顯著降低[6，12-13].準(zhǔn)備著陸階段，在擴(kuò)大滑雪板與著陸區(qū)域角度的同時(shí)向后旋轉(zhuǎn)的剎車動(dòng)作可延長(zhǎng)著陸時(shí)間.研究證明：推遲著陸準(zhǔn)備開始時(shí)間、保持較大攻角、延長(zhǎng)飛行時(shí)間是實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)跳躍、降低撞擊地面時(shí)的著陸速度、延長(zhǎng)著陸時(shí)間、減少著陸瞬間肌肉骨骼系統(tǒng)承受載荷的有效途徑.

1.2 著陸動(dòng)作對(duì)膝關(guān)節(jié)的影響

如果著陸準(zhǔn)備不充分，運(yùn)動(dòng)員就不能很好地執(zhí)行Telemark著陸，難以獲得較高的技術(shù)分，同時(shí)還會(huì)增加受傷風(fēng)險(xiǎn).研究表明，Telemark著陸的不對(duì)稱被證明是造成前交叉韌帶(anterior cruciate ligament，ACL)損傷的危險(xiǎn)因素[14]，而ACL損傷通常也與Telemark的僵硬著陸有關(guān)[15].當(dāng)滑雪者在失去平衡狀態(tài)下著陸時(shí)，由于雪板尾部先著地，使得雪板直接接觸雪面，而僵硬的雪板后部為脛骨提供了被動(dòng)的前抽屜載荷，進(jìn)而導(dǎo)致ACL損傷.從功能結(jié)構(gòu)看，ACL的主要功能首先是約束脛骨前移，其次是限制脛骨內(nèi)旋.JORDAN M等[16]在研究滑雪著陸過程發(fā)生ACL斷裂的51例患者時(shí)發(fā)現(xiàn)，41%的損傷與膝關(guān)節(jié)屈曲-內(nèi)旋有關(guān).在著陸過程中，股四頭肌負(fù)荷過大會(huì)導(dǎo)致脛骨前移達(dá)2 cm，進(jìn)而導(dǎo)致ACL失效[17-18].與脛骨前移位一樣，脛骨的旋轉(zhuǎn)同樣會(huì)導(dǎo)致ACL損傷[19-20].此外，在滑雪-著陸碰撞過程中，施加在屈曲膝關(guān)節(jié)上的過度軸向沖擊壓縮力與脛骨前力、脛骨內(nèi)側(cè)力、脛骨前平移、脛骨內(nèi)旋轉(zhuǎn)和外翻關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的程度呈正相關(guān)，可誘發(fā)脛骨前移位、脛骨內(nèi)旋轉(zhuǎn)和外翻關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)學(xué)反應(yīng)，這些關(guān)節(jié)力和運(yùn)動(dòng)學(xué)反應(yīng)的協(xié)同作用可以增加ACL損傷的風(fēng)險(xiǎn)，而失效機(jī)制可能主要由脛骨前力、脛骨前平移和脛骨內(nèi)旋轉(zhuǎn)主導(dǎo)[19，21-22].BLACKBURN J T等[23]研究發(fā)現(xiàn)，著陸時(shí)軀干屈曲可以減少著陸沖擊力和股四頭肌活動(dòng)，同時(shí)，膝蓋和臀部屈曲可以減少傳遞給ACL的力，由此提出著陸時(shí)軀干屈曲可作為ACL損傷預(yù)防策略的一部分.BESSONE V等[12]還發(fā)現(xiàn)，撞擊過程中，運(yùn)動(dòng)員大多是在滑雪板內(nèi)旋情況下著陸，由于滑雪靴捆綁限制了腳踝活動(dòng)范圍，給膝關(guān)節(jié)帶來了更大風(fēng)險(xiǎn).綜上可知，預(yù)防跳臺(tái)滑雪損傷應(yīng)力求減少著陸沖擊力，加強(qiáng)髖關(guān)節(jié)外展、外旋力量以對(duì)抗ACL損傷屈曲-內(nèi)旋的力學(xué)影響.此外，軀干、膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)同時(shí)屈曲也是減少膝關(guān)節(jié)損傷的策略之一，但各關(guān)節(jié)最優(yōu)的屈曲角度還需進(jìn)一步探討.

1.3 著陸準(zhǔn)備及落地沖擊過程中關(guān)節(jié)角度、角速度變化

運(yùn)動(dòng)學(xué)分析顯示，在穩(wěn)定飛行階段的最后(撞擊前1.00～0.50 s)，左、右兩側(cè)髖和膝關(guān)節(jié)的屈伸角度相當(dāng)，而軀干近乎完全伸展，增加了人體與氣流接觸的橫截面積，從而可以更好地利用氣流作用降低著陸速度[13].關(guān)于著陸準(zhǔn)備的開始時(shí)間，多數(shù)研究認(rèn)為是在著陸沖擊前0.40～0.50 s.在此之前的穩(wěn)定飛行階段，運(yùn)動(dòng)員兩側(cè)踝和髖關(guān)節(jié)角度基本一致，著陸沖擊前0.40～0.50 s，踝和髖關(guān)節(jié)角度開始出現(xiàn)差異，臀部、膝、軀干、踝和髖關(guān)節(jié)逐漸彎曲；在沖擊前0.16～0.36 s開始滑行，并伸展腳踝，以達(dá)到FIS國(guó)際比賽規(guī)則中規(guī)定的Telemark著陸要求；著陸前0.14～0.16 s，膝關(guān)節(jié)角度出現(xiàn)變化，此后軀干、臀部和膝關(guān)節(jié)屈曲角度穩(wěn)定，運(yùn)動(dòng)員準(zhǔn)備吸收地面反作用力[12-13].Telemark著陸要求不對(duì)稱地彎曲軀干和下肢關(guān)節(jié)，以保持沖擊后的平衡.一般來說，與前腿相比，后腿髖關(guān)節(jié)需要更多地伸展，后腿膝關(guān)節(jié)屈曲角度也更大[24].部分運(yùn)動(dòng)員會(huì)采用平行腿落地的著陸姿勢(shì)，著陸時(shí)，優(yōu)勢(shì)側(cè)踝關(guān)節(jié)背屈和外展的角速度峰值較高，而非優(yōu)勢(shì)下肢在落地過程中會(huì)提供大于5°的踝關(guān)節(jié)屈曲動(dòng)作，以有效控制踝關(guān)節(jié)活動(dòng)，因此，優(yōu)勢(shì)側(cè)踝關(guān)節(jié)在著陸時(shí)損傷風(fēng)險(xiǎn)更高[25].

2 動(dòng)力學(xué)分析

2.1 著陸沖擊瞬間的地面反作用力

近年來，無線傳輸技術(shù)發(fā)展迅速，特別是藍(lán)牙技術(shù)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用，可以顯著減少對(duì)受試者運(yùn)動(dòng)的干擾，在不影響運(yùn)動(dòng)技術(shù)和安全的情況下可實(shí)現(xiàn)對(duì)跳臺(tái)滑雪進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析.評(píng)估著陸動(dòng)力學(xué)的第一目標(biāo)是測(cè)量著陸沖擊的地面反作用力(ground reaction force，GRF).以往研究[26]證實(shí)，跳臺(tái)滑雪運(yùn)動(dòng)員著陸瞬間承受的GRF可達(dá)自身體質(zhì)量的1.5～3.0倍.BESSONE V團(tuán)隊(duì)[13，27]以夏季訓(xùn)練中的優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員為研究對(duì)象，利用可穿戴式傳感器進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)員無論是使用Telemark技術(shù)著陸還是平行腿著陸，受到的最大GRF均為自身體質(zhì)量的1.1～5.3倍，最大GRF和脈沖在兩足之間呈不對(duì)稱分布，與著陸技術(shù)無關(guān)，兩種著陸執(zhí)行姿勢(shì)無顯著性差異，且最大地面反作用力和脈沖與脈沖時(shí)間顯著相關(guān)(P<0.001).在跳躍過程中，除了與著陸高度和腳跟著陸方式有關(guān)外，高GRF已被證明還與踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)和軀干屈曲角度有關(guān)，可導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)損傷，特別是非接觸式ACL損傷[28-30].例如，ACL損傷受試者在著陸沖擊時(shí)髖部屈曲角度更高，約為50.1°(其他無損傷受試者為25.8°)[29].一般情況下，髖部運(yùn)動(dòng)吸收上身重力，踝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)吸收GRF[30].除了造成膝關(guān)節(jié)損傷外，高GRF還會(huì)影響落地過程中運(yùn)動(dòng)員的身體平衡，進(jìn)而導(dǎo)致摔倒.另外，跳躍距離與飛行時(shí)間顯著相關(guān)，且更長(zhǎng)的飛行時(shí)間對(duì)應(yīng)更高的最大GRF脈沖，因?yàn)轱w行時(shí)間越長(zhǎng)，著陸瞬間速度越大，著陸坡度也更趨于平緩[27].此外，滑雪板彈性特性作用于運(yùn)動(dòng)員的時(shí)間越長(zhǎng)，越有助于降低GRF[31].

2.2 兩種著陸姿勢(shì)的雙足GRF差異

著陸時(shí)，運(yùn)動(dòng)員兩側(cè)踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)差異，其程度與Telemark前、后足位置不對(duì)稱和雪板偏移有關(guān).研究[27]表明，前足落地可以減少腿部沖擊力，為機(jī)體吸收和分配沖擊力提供更多時(shí)間；平行腿著陸時(shí)雙足力學(xué)分布也不一致，一般來說，相對(duì)靠后的足部受到的沖擊力更大.文獻(xiàn)[27]顯示，采用平行著陸時(shí)，出現(xiàn)雙足最大GRF不對(duì)稱的概率為81%，雙足脈沖的不對(duì)稱概率為50%；而采用Telemark著陸時(shí)，出現(xiàn)雙足最大GRF不對(duì)稱的概率為62%，雙足脈沖的不對(duì)稱概率為68%，這些動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)均與FIS跳臺(tái)滑雪競(jìng)賽規(guī)則中保持雙腿壓力均等是不一致的.目前，對(duì)FIS國(guó)際比賽規(guī)則中規(guī)定的Telemark技術(shù)是否比平行腿著陸更安全尚沒有確切結(jié)論.總的來說，目前的研究結(jié)果更傾向于認(rèn)為Telemark著陸在生物力學(xué)上比平行腿著陸方式更安全，可為Telemark前后弓步站位提供更好的平衡；另一方面，經(jīng)驗(yàn)不足的運(yùn)動(dòng)員會(huì)由于技術(shù)問題出現(xiàn)錯(cuò)誤動(dòng)作，從而造成運(yùn)動(dòng)損傷.

3 肌電活動(dòng)分析

最早利用肌電圖研究跳臺(tái)滑雪過程的VIRMAVIRTA M[32]在1991年分析了跳臺(tái)滑雪運(yùn)動(dòng)中的肌肉肌電活動(dòng)，通過對(duì)4名世界級(jí)運(yùn)動(dòng)員在整個(gè)跳臺(tái)滑雪過程中的臀大肌(GL)、股后肌(VL)、股內(nèi)側(cè)肌(VM)、脛骨前肌(TA)和腓腸肌(GA)的肌電活動(dòng)進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)量發(fā)現(xiàn)，TA和GA在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中交替激活，說明飛行狀態(tài)的保持需要連續(xù)主動(dòng)的過程控制.VL和VM在起飛階段均有參與，而GA在起飛的最后4 m內(nèi)變得異?；钴S，TA和VM的肌電信號(hào)減少，GA和GL的肌電信號(hào)增加等肌肉預(yù)激活為著陸做了早期準(zhǔn)備.GA在助滑階段肌電活動(dòng)較少，但持續(xù)活躍，起飛過程中少量增加.TA的激活情況表明，快速抬起滑雪板似乎不允許在起飛結(jié)束時(shí)有效地使用GA.在飛行中段，VM和TA的持續(xù)強(qiáng)烈活動(dòng)占主導(dǎo)地位，而GL和GA的激活在飛行結(jié)束時(shí)增加.

BLACKBURN J T等[33]通過研究高處跳躍著地時(shí)軀干屈曲對(duì)地面反作用力和股四頭肌激活的影響發(fā)現(xiàn)，軀干屈曲可降低垂直地面反作用力和股四頭肌肌電振幅.推斷認(rèn)為，著陸過程中軀干屈曲會(huì)導(dǎo)致更大的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)屈曲，減少股四頭肌負(fù)荷；軀干屈曲對(duì)著陸沖擊力和股四頭肌肌電活動(dòng)的影響與性別無關(guān).關(guān)于平行腿著陸時(shí)肌電生理情況尚不清晰，借鑒類似研究[39]可為跳臺(tái)滑雪平行腿落地的研究提供參考.該研究針對(duì)16名健康成人，從3個(gè)不同高度(0.32、0.52、0.72 m)平臺(tái)上跳下，測(cè)量雙下肢TA和腓腸肌外側(cè)肌(LG)表面肌電，采用雙向方差分析法分析、評(píng)估肢體偏側(cè)優(yōu)勢(shì)對(duì)落地過程中踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和肌電的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，非優(yōu)勢(shì)的TA著陸前后的肌電振幅顯著高于優(yōu)勢(shì)側(cè).在著陸過程中，防止摔倒和保持站立姿勢(shì)穩(wěn)定是一項(xiàng)重要任務(wù).踝關(guān)節(jié)的過度活動(dòng)可以通過較大的踝關(guān)節(jié)屈肌活動(dòng)來抑制，而脛骨前肌作為踝關(guān)節(jié)的主要屈肌之一，在踝關(guān)節(jié)背屈時(shí)起著重要作用，TA肌電活動(dòng)的不對(duì)稱性必然與背屈峰值速度的顯著不對(duì)稱性有關(guān)[34]，SADEGHI H團(tuán)隊(duì)[35]也得出了類似結(jié)論.對(duì)于大多數(shù)健康成年人來說，右腳用于活動(dòng)，而左腳用于保持姿勢(shì)穩(wěn)定.在大多數(shù)關(guān)于著陸運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)研究中，通常只測(cè)量、分析下肢的優(yōu)勢(shì)側(cè)[36]，而目前尚無關(guān)于雙側(cè)踝關(guān)節(jié)在落地過程中受傷率差異的相關(guān)報(bào)道.

4 空氣動(dòng)力學(xué)分析

WARD-SMITH A J等[37-38]最早借助風(fēng)洞模擬研究跳臺(tái)滑雪著陸階段的空氣動(dòng)力學(xué)問題，認(rèn)為選用Telemark技術(shù)著陸不僅可以在姿態(tài)分值方面優(yōu)于平行腿著陸，而且從空氣動(dòng)力學(xué)的角度來看，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員接近地面時(shí)，作用于運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)升力對(duì)跳躍距離和著力穩(wěn)定性產(chǎn)生積極影響.而通過風(fēng)洞模擬運(yùn)動(dòng)員接近著陸前受到的氣動(dòng)升力這一地面效應(yīng)的影響時(shí)卻發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)員未承受任何氣動(dòng)升力.與此結(jié)果不同的是，SEO K團(tuán)隊(duì)[2]借助假人進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，證明了這種氣動(dòng)升力的存在，并認(rèn)為WARD-SMITH A J的研究中使用的雷諾數(shù)小于實(shí)際雷諾數(shù)，而采用“V”形飛行方式時(shí)地面效應(yīng)的空氣動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)在實(shí)際雷諾數(shù)范圍以內(nèi).此外，SEO K[2]還研究了運(yùn)動(dòng)員在整個(gè)滑雪階段所受的俯仰力矩、升力和阻力，認(rèn)為保持“V”形飛行的時(shí)間更長(zhǎng)，可以增加氣動(dòng)升力、降低速度，將跳躍距離延長(zhǎng)3 m.

5 模擬技術(shù)在著落階段動(dòng)作分析中的應(yīng)用

5.1 模擬跳躍

由于跳臺(tái)滑雪運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性及受場(chǎng)地面積的限制，實(shí)際測(cè)試中需要多部攝像機(jī)采集圖像，后期還要進(jìn)一步校準(zhǔn)，不僅會(huì)增加工作難度，也影響了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性.因此，除了現(xiàn)場(chǎng)對(duì)著陸階段的動(dòng)作進(jìn)行分析外，研究人員也會(huì)根據(jù)不同的研究目的，選用不同的模擬項(xiàng)目進(jìn)一步分析跳臺(tái)滑雪著陸階段的動(dòng)作，以獲得更高的可靠性，如山丘跳躍或模仿跳躍等.這些項(xiàng)目可以模擬著陸階段的動(dòng)作過程，同時(shí)在特定的環(huán)境中分析動(dòng)作也更容易(也可以在風(fēng)洞中進(jìn)行)[39-40].如采用運(yùn)動(dòng)學(xué)分析山丘跳躍模擬著陸階段的動(dòng)作，以獲得著陸階段肢體和關(guān)節(jié)隨時(shí)間的變化規(guī)律；與運(yùn)動(dòng)學(xué)分析不同，目前對(duì)GRF的研究更多地使用模仿跳躍，在實(shí)驗(yàn)室中借助測(cè)力板開展研究.山丘跳躍和模仿跳躍對(duì)于訓(xùn)練、診斷和研究來說是極其重要的手段[6，41-43]，特別是對(duì)于優(yōu)秀跳臺(tái)滑雪運(yùn)動(dòng)員，實(shí)際跳躍與模仿跳躍能夠呈現(xiàn)高度的一致性和重現(xiàn)性[41].但由于不可能做到完全模擬影響跳臺(tái)滑雪的所有外界因素，特別是空氣動(dòng)力因素，因此，結(jié)果的可靠性和真實(shí)性還有待通過更多的研究去證實(shí).

5.2 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)

基于生物力學(xué)模型的計(jì)算機(jī)模擬可以為跳臺(tái)滑雪提供更直觀的結(jié)果，不僅運(yùn)動(dòng)員沒有參與風(fēng)險(xiǎn)，而且設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉，還可以模擬運(yùn)動(dòng)員飛行動(dòng)作、戶外環(huán)境、滑雪板參數(shù)等的影響.WARD-SMITH A J等[37]也是最早使用計(jì)算機(jī)模擬、評(píng)估跳臺(tái)滑雪著陸生物力學(xué)的學(xué)者.MüLLER E團(tuán)隊(duì)[44]借助計(jì)算機(jī)模擬著陸高度隨升力、阻力、起飛速度、運(yùn)動(dòng)員自身體質(zhì)量或風(fēng)阻的變化情況，實(shí)現(xiàn)了改變一個(gè)參數(shù)自動(dòng)影響其他參數(shù)的效果，執(zhí)行大量迭代.在研究著陸沖擊力和離地高度的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，危險(xiǎn)著陸沖擊不是由著陸速度決定的，而是由滑行路徑與山體輪廓不匹配引起的，一般在山坡上部著陸比山坡下部著陸更危險(xiǎn)，因此，要特別注意保證K點(diǎn)前、后的山坡曲率設(shè)計(jì)要符合規(guī)定[44].也有研究[45]發(fā)現(xiàn)，在飛行早期階段，風(fēng)對(duì)跳躍有反向作用：順風(fēng)增加跳躍距離，而逆風(fēng)減少跳躍距離，但順風(fēng)和逆風(fēng)對(duì)跳躍距離的影響不是線性的，只適用于有限范圍的跳躍距離，因?yàn)樵谔S過程中，著陸坡的坡度減緩了跳躍距離的變化率[46].綜上可知：通過對(duì)跳臺(tái)滑雪著陸前準(zhǔn)備高度、時(shí)間、地面沖擊力、跳躍長(zhǎng)度、風(fēng)力等的計(jì)算機(jī)模擬，可為運(yùn)動(dòng)員著陸姿態(tài)動(dòng)作提供客觀的數(shù)據(jù)優(yōu)化指導(dǎo)，在成績(jī)及損傷風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方面也發(fā)揮著越來重要的作用.

6 結(jié)論與展望

6.1 結(jié) 論

本文綜述了跳臺(tái)滑雪著陸階段的生物力學(xué)研究進(jìn)展.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究更多地關(guān)注著陸階段增加跳躍距離，以及按照FIS要求的姿態(tài)安全著陸以得到更高的姿態(tài)分值.從著陸階段的生物力學(xué)研究最新進(jìn)展來看，延遲著陸準(zhǔn)備開始時(shí)間，保持較大攻角，擴(kuò)大滑雪板與著陸區(qū)域之間的角度并向后旋轉(zhuǎn)剎車，增加滑雪板彈性，預(yù)激活腓腸肌和臀大肌，著陸時(shí)軀干、膝以及髖關(guān)節(jié)同時(shí)屈曲，采用腳尖著陸方式，“V”型飛行等對(duì)著陸都是有利的，可以增加跳躍距離、減少損傷風(fēng)險(xiǎn)、提高姿態(tài)分值.這些成果都可以指導(dǎo)跳臺(tái)滑雪技術(shù)訓(xùn)練，同時(shí)還有助于跳臺(tái)滑雪裝備優(yōu)化升級(jí).

為了得到更多、更可靠性的數(shù)據(jù)，研究者也會(huì)采用山丘跳躍或者模仿跳躍進(jìn)一步分析跳臺(tái)滑雪著陸階段的動(dòng)作，同時(shí)基于現(xiàn)有生物力學(xué)模型的計(jì)算機(jī)模擬也為運(yùn)動(dòng)員優(yōu)化空中及著陸姿態(tài)提供了部分參考.但無論模擬跳躍還是計(jì)算機(jī)模擬等均是對(duì)目前著陸階段生物力學(xué)數(shù)據(jù)展開的進(jìn)一步驗(yàn)證分析或數(shù)據(jù)推測(cè).雖然隨著研究的深入，會(huì)考慮到多種可能影響整個(gè)跳臺(tái)滑雪動(dòng)作的外部因素(如風(fēng)力、風(fēng)向、滑雪板參數(shù)等)，但依舊很難做到完全模擬真實(shí)環(huán)境，數(shù)據(jù)的真實(shí)性、可靠性還有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證.此外，針對(duì)著陸階段的生物力學(xué)研究，多數(shù)學(xué)者只是采用了1種或兩種生物力學(xué)方法對(duì)部分項(xiàng)目進(jìn)行研究(如利用慣性傳感器檢測(cè)跳臺(tái)滑雪中飛行和著陸準(zhǔn)備階段的滑雪板位置，利用慣性傳感器和力墊分析跳臺(tái)滑雪落地，模擬滑雪著陸過程中軸向沖擊力與膝關(guān)節(jié)力和運(yùn)動(dòng)學(xué)的相關(guān)性等)，而對(duì)整個(gè)跳臺(tái)滑雪階段(助滑、起跳、飛行)對(duì)著陸階段的影響研究尚屬空白.同時(shí)，研究者從運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等角度分析了著陸階段的動(dòng)作，關(guān)注更多的是關(guān)節(jié)角度、受力情況、肌肉參與度等，而對(duì)身體速度、加速度、重心位置變化涉及不多，這些都是未來研究需要考慮的內(nèi)容.

6.2 展 望

結(jié)合近些年國(guó)內(nèi)外對(duì)跳臺(tái)滑雪著陸生物力學(xué)研究現(xiàn)狀，建議針對(duì)Telemark和平行腿著陸技術(shù)開展室內(nèi)模擬數(shù)據(jù)采集，特別是從運(yùn)動(dòng)學(xué)方面重點(diǎn)分析上、下肢和滑雪板速度、加速度，身體重心位置，滑雪板切入角度等對(duì)停止距離和著陸安全性的影響，比較在相同高度和跳躍距離下，最值得推薦的姿勢(shì)，尤其是從生物力學(xué)角度考慮更安全的姿勢(shì).此外，雙側(cè)肢體力量、結(jié)構(gòu)或步態(tài)力學(xué)方面的不平衡對(duì)著陸生物力學(xué)的影響也應(yīng)考慮在內(nèi).

開發(fā)更優(yōu)的滑雪裝備，以適應(yīng)跳臺(tái)滑雪著陸的需要.目前跳臺(tái)滑雪綁帶、襯墊和靴子設(shè)計(jì)考慮更多的是在飛行階段能夠更好地控制滑雪板，但限制了很多踝關(guān)節(jié)的屈伸活動(dòng)，因此，在著陸過程中，為了防止身體摔倒和保持站立姿勢(shì)的穩(wěn)定性，膝關(guān)節(jié)過度參與，增加了膝蓋損傷的風(fēng)險(xiǎn)[47-48]，應(yīng)重點(diǎn)改良滑雪靴，在保證能夠控制飛行的前提下給予滑雪者更大的踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍，特別是在著陸階段增加踝關(guān)節(jié)和足底的參與度，以更好地執(zhí)行著陸技術(shù).當(dāng)然，滑雪板的彈性特性對(duì)著陸沖擊的影響也是未來研究的方向之一.

利用風(fēng)洞測(cè)試可以更好地了解著陸前的空氣動(dòng)力作用，研究著陸前準(zhǔn)備姿勢(shì)對(duì)空氣動(dòng)力的影響，可以幫助找到最優(yōu)的著陸前準(zhǔn)備姿勢(shì)及攻角，減少錯(cuò)誤動(dòng)作，增加跳躍距離.因此，智能化風(fēng)洞測(cè)試必將是未來研究跳臺(tái)滑雪著陸階段空氣動(dòng)力的重要工具.

目前，女子跳臺(tái)滑雪運(yùn)動(dòng)員的著陸生物力學(xué)研究尚未涉及.FIS的調(diào)查顯示，由于身體結(jié)構(gòu)、激素水平不同，女性跳臺(tái)滑雪運(yùn)動(dòng)員面臨更高的受傷風(fēng)險(xiǎn)[49-51].因此，建議開展針對(duì)女性的跳臺(tái)滑雪著陸階段生物力學(xué)研究，了解損傷特點(diǎn)，給出相應(yīng)的預(yù)防對(duì)策.

模擬跳躍不僅可以提供更多的著陸生物力學(xué)信息，還可以提高跳臺(tái)滑雪運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)力.因此，建議設(shè)計(jì)更貼近真實(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬跳躍動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)多次著陸過程的再現(xiàn)，為運(yùn)動(dòng)員熟練掌握Telemark技術(shù)提供更多可能，降低運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn).

此外，還應(yīng)進(jìn)一步開展環(huán)境因素(如風(fēng)力、風(fēng)向、滑雪板與坡面摩擦力等)對(duì)著陸階段的生物力學(xué)影響以及相應(yīng)的對(duì)策研究.