競技太極拳“322D+3”動作落地階段下肢生物力學(xué)特征分析

一、前言

競技太極拳的興起不僅擴展了太極拳的應(yīng)用領(lǐng)域，也為傳統(tǒng)武術(shù)的推廣和傳承帶來了新的機遇，其發(fā)展與競技規(guī)則的更新密不可分，競技太極拳一直是武術(shù)套路競賽的主要項目之一，隨著競賽規(guī)則和裁判標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新以及競技體系的不斷完善，競技太極拳運動技術(shù)及競賽水平也在不斷提高，這意味著競技武術(shù)套路本身的訓(xùn)練水平需要進一步提升，同時，對套路中的難度動作進行理論結(jié)合實際的分析，尋求更為規(guī)范化、系統(tǒng)化、科學(xué)化的訓(xùn)練模式，可使競技武術(shù)套路比賽更具競技性與觀賞性。本研究以競技太極拳騰空飛腳向內(nèi)轉(zhuǎn)體360°接提膝獨立動作為研究對象（以下簡稱為“322D+3”），通過對招募的受試者下肢生物力學(xué)指標(biāo)進行測試，比較其運動學(xué)與表面肌電數(shù)據(jù)的差異與共性，對“322D+3”動作落地階段技術(shù)動作與肌肉狀態(tài)進行定量分析與定性評價。

二、“322D+3”動作落地階段生物力學(xué)特征分析

（一）運動學(xué)特征分析

1.著地瞬間支撐腿髖、膝、踝關(guān)節(jié)角度

研究發(fā)現(xiàn)，受試者在著地瞬間雖然支撐腿已經(jīng)落地，但身體上肢依舊在做扭轉(zhuǎn)動作，而受試者在解決由落地瞬間較大的垂直速度帶來的下肢負荷以外，還積極主動的控制支撐腿身體下肢髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)做屈曲動作，踝關(guān)節(jié)做跖屈動作。

在本研究中，受試者在著地瞬間支撐腿髖關(guān)節(jié)角度較大，其中葉某鵬（150.68°）與李某藝（147.95°）在五位受試者中排名靠前，而支撐腿髖關(guān)節(jié)平均角度是141.45±11.77°，說明受試者在落地點上存在額外的壓力，這將造成受試者落地瞬間身體穩(wěn)定無法得到保障，身體重心無法保持平衡。結(jié)合髖關(guān)節(jié)平均角度和記錄視頻落地穩(wěn)定性情況反映，建議受試者在落地瞬間支撐腿髖關(guān)節(jié)保持在145°左右較為合理，受試者從騰空階段擊響時刻到落地時刻，可以適當(dāng)?shù)卦黾芋y關(guān)節(jié)的扭轉(zhuǎn)角速度，同時配合身體軀干積極前傾來降低身體重心，在不影響支撐腿角度的前提下，增加落地時的穩(wěn)定性。

根據(jù)運動學(xué)相關(guān)知識，著地瞬間時刻最理想的動作是受試者支撐腿處于與水平面垂直的完全伸直狀態(tài)，但由于人體重力與地面垂直反作用力的存在，這個理想狀態(tài)幾乎不可能實現(xiàn)，可以看出，受試者著地瞬間支撐腿膝關(guān)節(jié)角度中最大的是葉某鵬（170.64°），最小的是王某康（138.44°），膝關(guān)節(jié)平均角度是158.92±13.23°，這是由于受試者需要為即將到來的緩沖階段做準(zhǔn)備，因此在著地瞬間充分伸展支撐腿下肢各關(guān)節(jié)，所以膝關(guān)節(jié)處于較大的屈曲狀態(tài)，但這種狀態(tài)下也給支撐腿膝關(guān)節(jié)的緩沖帶來了極大的壓力，因此在接下來的落地緩沖階段，需要受試者上體前傾降低身體重心以緩解由肌肉緊張而帶來的負荷。

從表1可知，在著地瞬間受試者支撐腿踝關(guān)節(jié)角度變化趨勢波動性較大，其中閆某昊踝關(guān)節(jié)角度為116.36°，王某康踝關(guān)節(jié)角度為87.77°，五位受試者在著地瞬間平均踝關(guān)節(jié)角度為97.73±11.44°，可以發(fā)現(xiàn)雖然受試者踝關(guān)節(jié)角度波動較大，但均在積極調(diào)整踝關(guān)節(jié)屈曲程度，一般來說，跳躍性動作在完成平穩(wěn)落地動作時，受試者的支撐腿前腳掌首先接觸地面，在著地瞬間，踝關(guān)節(jié)采用較大的跖屈角度可以延長到達最大反作用力的時間，從而減緩沖擊力的作用，降低關(guān)節(jié)和軟組織的受力，進而增加落地的穩(wěn)定性，但由于落地瞬間的垂直速度較大，在平時練習(xí)時應(yīng)注重支撐腿膝關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)的力量訓(xùn)練，避免運動損傷。

2.最大緩沖時刻支撐腿髖、膝、踝關(guān)節(jié)角度

在競技太極拳運動中，各類動作都可以間接通過人體各關(guān)節(jié)角度的變化來展現(xiàn)受試者的技術(shù)水平，因此，關(guān)節(jié)角度是評判一名受試者完成動作的質(zhì)量如何的重要指標(biāo)，它反映了各環(huán)節(jié)間相對位置關(guān)系。

落地階段的緩沖動作是跳躍類動作由動態(tài)平衡向靜態(tài)平衡轉(zhuǎn)化的過程，由運動學(xué)相關(guān)知識可知，受試者身體重心越低其穩(wěn)定性越好，在本研究中由于以提膝獨立為結(jié)束動作，所以由緩沖最低點到提膝獨立動作不需要產(chǎn)生額外的力，因此保持身體平衡與穩(wěn)定是該緩沖過程中的主要任務(wù)。表2顯示，該階段受試者支撐腳的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)平均角度均低于著地瞬間時刻角度，而與起跳階段最大緩沖時刻相差無幾，而與著地瞬間相比髖關(guān)節(jié)相差65.04°、膝關(guān)節(jié)相差104.07°、踝關(guān)節(jié)相差44.87°，而這些差值在一定程度上代表著關(guān)節(jié)對地反力的吸收情況，可以看出，受試者在起跳階段為獲得更大的重心速度，在落地階段為緩解落地下肢負荷均做到了最大程度的預(yù)蹲。

（二）表面肌電分析

1.下肢各肌肉均方根振幅

為探析落地階段下肢各肌肉放電變化與用力特征，本研究對五位受試者落地階段下肢各肌肉表面肌電進行采集，經(jīng)濾波-整流與平滑過濾等一系列處理后得到下肢各肌肉均方根振幅。

由（上）表3可知，為維持支撐腿（右腿）以及全身穩(wěn)定，該技術(shù)動作落地階段身體右側(cè)肌肉RMS值遠超于左側(cè)輔助腿，其中右側(cè)下肢各肌肉中RMS最大的是脛骨前?。?94.42±234.84μV）與股直肌（364.30±248.48μV），較小的是腓腸肌外側(cè)（160.93±29.02μV）；左側(cè)下肢各肌肉中最大的是股二頭?。?54.25±91.97μV）與脛骨前?。?54.25±91.97μV），較小的是股外側(cè)肌（29.22±21.28μV）與股直?。?4.94±11.15μV）。毋庸置疑，落地階段支撐腿是主要的研究內(nèi)容，左腿主要負責(zé)最大程度配合支撐腿保持身體平衡，在落地瞬間，支撐腿腳尖首先著地，此時脛骨前肌被預(yù)激活并一直持續(xù)放電至身體重心緩沖最低點時達到最大值，同時支撐腿腓腸肌作為拮抗肌被被動激活拉伸，其壓力被小腿與大腿前群肌肉分擔(dān)，故RMS值相對較小。

2.下肢各肌肉積分肌電與貢獻率

本研究對五位受試者落地階段積分肌電與貢獻率進行處理分析，探究其落地階段下肢各肌肉參與肌肉收縮的肌纖維數(shù)目及放電大小，結(jié)果如（下）表4所示。

本研究發(fā)現(xiàn)在落地階段右側(cè)股外側(cè)?。?85.74±106.14μV.s）與右側(cè)股直?。?13.24±26.29μV.s）整體激活程度明顯大于下肢其他肌肉。如運動學(xué)章節(jié)所述，落地階段主要分為預(yù)蹲緩沖環(huán)節(jié)與提膝獨立環(huán)節(jié)，在預(yù)蹲緩沖環(huán)節(jié)主要是通過支撐腿髖、膝、踝關(guān)節(jié)積極屈曲使身體重心降至最低點，此時股直肌與脛骨前肌被充分激活并引導(dǎo)下肢關(guān)節(jié)屈曲運動來緩沖落地過程產(chǎn)生的動能與勢能，相反在落地緩沖階段，支撐腿腓腸肌與股二頭肌做離心收縮運動，其肌肉因為需要保障身體屈膝與屈踝動作，所以整體激活水平較低。

受試者在緩沖下蹲的同時發(fā)生了髖關(guān)節(jié)內(nèi)旋的動作，也就是大腿朝身體中線向內(nèi)旋轉(zhuǎn)的動作，而身體同時處于非穩(wěn)定的狀態(tài)，這種狀態(tài)下在大腿向腹部折疊的動作中股直肌做功較大，產(chǎn)生較多的能量，但在肌肉貢獻率數(shù)據(jù)上，受試者支撐腿股直肌貢獻率（5.44±2.02%）卻較低，其原因可能是股直肌處于非穩(wěn)定狀態(tài)下，且質(zhì)量較大需要更大的做功才能完成技術(shù)動作。此外當(dāng)受試者在緩沖過程中的屈體身體姿態(tài)變成提膝獨立過程中的直立形態(tài)時，其大腿需要積極發(fā)力，同時主動伸直軀干以保持提膝獨立姿態(tài)的穩(wěn)定，而提膝獨立動作的速度要求干脆利落，對肌肉的瞬時爆發(fā)力要求較高，因此右側(cè)大腿后側(cè)股四頭肌群的貢獻率（5.30±1.96%）雖然明顯低于其他肌肉，但是所起到的作用不可替代。

三、結(jié)論

為增加落地穩(wěn)定性，運動員在著地瞬間踝關(guān)節(jié)采用較大的跖屈角度，以延長到達最大反作用力的時間，減少沖擊力，達到增加落地的穩(wěn)定性的效果，該階段受試者支撐腿的髖、膝和踝關(guān)節(jié)平均角度均低于著地瞬間時刻，與起跳階段最大緩沖時刻相差無幾，而與著地瞬間相比髖關(guān)節(jié)相差65.04°、膝關(guān)節(jié)相差104.07°、踝關(guān)節(jié)相差44.87°，這些差值在一定程度上代表著關(guān)節(jié)對地反力的吸收情況。

在肌肉用力方面，因運動員右腿作為支撐腿需維持穩(wěn)定，其身體右側(cè)肌肉均方根振幅與積分肌電值均遠超于左側(cè)輔助腿，在落地預(yù)蹲緩沖環(huán)節(jié)運動員下蹲的同時髖關(guān)節(jié)內(nèi)旋引導(dǎo)大腿向腹部折疊，故右側(cè)股直肌在該環(huán)節(jié)做功較大，產(chǎn)生較多能量，在提膝獨立環(huán)節(jié)，運動員身體由屈體變?yōu)橹斌w狀態(tài)，支撐腿腓腸肌與股外側(cè)肌做離心收縮運動，其肌肉需要保障身體伸髖與伸膝動作，整體激活水平較高。

（作者單位/趙新輝：鄭州大學(xué)體育學(xué)院，鄭州市全民健身大數(shù)據(jù)重點實驗室。謝利威：鄭州大學(xué)體育學(xué)院?；痦椖浚汉幽鲜】萍脊リP(guān)課題“232102320309”；河南省哲學(xué)社會科學(xué)規(guī)劃項目“2022BTY022”。）