體操運(yùn)動(dòng)員后空翻落地與垂直落地的下肢生物力學(xué)比較研究

吳成亮，郝衛(wèi)亞，李旭鴻，肖曉飛，婁彥濤

體操的每一次訓(xùn)練或比賽都是以落地作為動(dòng)作結(jié)束，落地站穩(wěn)是運(yùn)動(dòng)員取得名次的關(guān)鍵。國(guó)際體操聯(lián)合會(huì)（Fédération Internationale de Gymnastique，F(xiàn)IG）的評(píng)分規(guī)則規(guī)定，結(jié)束動(dòng)作的落地若有一小步位移扣0.1分，一步或一小跳扣0.3分，一個(gè)跨步扣0.5分，跌倒扣1.0分。然而，體操比賽中落地失誤較多，97名男子體操運(yùn)動(dòng)員在自由操比賽落地中失誤率高達(dá)71.9%（Marinsek et al.，2010）。體操運(yùn)動(dòng)員損傷發(fā)生率也很高，尤其是落地過(guò)程中的下肢關(guān)節(jié)損傷（吳成亮 等，2019；Wester?mann et al.，2015）。流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，體操運(yùn)動(dòng)員下肢損傷分別占比賽和訓(xùn)練總損傷數(shù)次的53%和69%（Mar?shall et al.，2007），且多發(fā)生在自由操和跳馬項(xiàng)目中，空翻加轉(zhuǎn)體的落地是造成損傷的主要?jiǎng)幼鳎ㄖx清等，1997）。理解潛在損傷的生物力學(xué)機(jī)制，將有助于預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷，提高防護(hù)效果（郝衛(wèi)亞，2017）。

落地過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊力，帶來(lái)潛在的損傷風(fēng)險(xiǎn)（McNitt?Gray，1991）。高速的落地沖擊，雙腳將承受幾倍于自身體質(zhì)量的垂直地面反作用力（vertical ground reaction force，vGRF），且隨落地高度的增加而增加。如0.5 m高度垂直落地的峰值垂直地面反作用力（peak verti?cal ground reaction force，PvGRF）為3倍體質(zhì)量（body weight，BW），2.0 m時(shí)PvGRF可達(dá)12BW（McNitt?Gray，1991）。體操運(yùn)動(dòng)員每周大約會(huì)承受200次的落地沖擊（Gittoes et al.，2012），其 PvGRF 達(dá)到 7.1～15.8BW（Slater et al.，2015）。反復(fù)和較大的vGRF也可能導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)員下肢過(guò)度使用、損傷高發(fā)（Mills et al.，2009）。有研究認(rèn)為，體操運(yùn)動(dòng)員損傷的高發(fā)與落地下肢關(guān)節(jié)承受過(guò)多載荷有關(guān)（Daly et al.，2001；Wade et al.，2012）。而且，為了表現(xiàn)良好的藝術(shù)性，F(xiàn)IG的評(píng)分規(guī)則規(guī)定，體操運(yùn)動(dòng)員落地時(shí)膝關(guān)節(jié)不能過(guò)度屈曲（FIG，2017）。有研究證實(shí)，在垂直落地中，專業(yè)體操運(yùn)動(dòng)員比業(yè)余愛(ài)好者有更大的vGRF，這是因?yàn)閷I(yè)體操運(yùn)動(dòng)員下肢通常會(huì)采用較為“剛性”的落地，即膝關(guān)節(jié)屈曲小于 90°（Christoforidou et al.，2017；Devita et al.，1992；Jeff et al.，2003）。具體來(lái)說(shuō)，這種落地模式會(huì)增加腿的剛度，導(dǎo)致下肢損傷風(fēng)險(xiǎn)增加（Butler et al.，2003）。Bradshaw等（2012）跟蹤調(diào)查兩位體操運(yùn)動(dòng)員8年后發(fā)現(xiàn)，踝關(guān)節(jié)剛度分別增加10.8 kN/m和13.9 kN/m，且他們一只或雙腳后跟存在不同程度的疾病。

目前，關(guān)于落地生物力學(xué)研究多集中于垂直落地任務(wù)，鮮見對(duì)于體操落地研究。Niu等（2011）采用不同高度垂直落地模擬跳傘動(dòng)作的研究發(fā)現(xiàn)，隨著落地高度的增加，vGRF的負(fù)載率和沖量會(huì)相應(yīng)增加。Collings等（2019）綜述了垂直落地任務(wù)對(duì)無(wú)擋板籃球（又稱英式籃球）的損傷風(fēng)險(xiǎn)研究，篩選的149篇論文中54%的論文并沒(méi)有給出選擇垂直落地任務(wù)的理由，15%的論文是因?yàn)橹暗难芯渴褂眠^(guò)，還有部分論文是因?yàn)榇怪甭涞厝蝿?wù)方便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)控制。有文獻(xiàn)證據(jù)表示，垂直落地的生物力學(xué)參數(shù)可能無(wú)法有效評(píng)估具體落地任務(wù)，研究應(yīng)考慮垂直落地任務(wù)的局限性。在體操運(yùn)動(dòng)員垂直落地研究中，Mcnitt?Gray等（1993）發(fā)現(xiàn)，下落過(guò)程中下肢先伸展，然后在即將落地前屈曲。然而，并不清楚類似落地策略是否會(huì)在實(shí)際體操落地中發(fā)生。有研究指出，增加下肢關(guān)節(jié)的屈曲可以減小落地沖擊（Slater et al.，2015），但肌肉和韌帶會(huì)加入更多的補(bǔ)償從而增加損傷風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也會(huì)影響落地的穩(wěn)定性，尤其是在高速落地沖擊中（Brad?shaw et al.，2012；Tant et al.，1989）。另外，現(xiàn)有研究通常都是分析整個(gè)落地沖擊過(guò)程，此過(guò)程被定義為開始觸地到膝關(guān)節(jié)達(dá)到最大屈曲角度（Christoforidou et al.，2017），或身體質(zhì)心下降最大高度（Gittoes et al.，2012），或局部最小垂直地面反作用力（McNitt?Gray et al.，2001）。所以，尚不清楚體操運(yùn)動(dòng)員在不同落地沖擊階段是否會(huì)采用不同策略，以及哪一階段的損傷風(fēng)險(xiǎn)更高。

落地是在神經(jīng)肌肉控制下的復(fù)雜動(dòng)作，需要對(duì)落地時(shí)間、空間和GRF進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)在主動(dòng)肌和拮抗肌的協(xié)同作用下完成（Christoforidou et al.，2017）。后空翻是體操的基本動(dòng)作，也是體操運(yùn)動(dòng)員最常用的動(dòng)作之一，由其發(fā)展和連接的體操動(dòng)作也十分常見（FIG，2017）。Marianne等（2013）研究平衡木的后空翻落地動(dòng)作，僅從運(yùn)動(dòng)學(xué)視角分析身體在空中的轉(zhuǎn)動(dòng)策略；Mkaouer等（2013）研究了后空翻的起跳和空中動(dòng)作，認(rèn)為較高的起跳重心高度有利于動(dòng)作的完成。這兩項(xiàng)研究都未對(duì)落地進(jìn)行分析。?uk等（2013）對(duì)體操前空翻和后空翻落地的對(duì)稱性進(jìn)行研究，為了避免非對(duì)稱性落地，運(yùn)動(dòng)員需要足夠的騰空高度、更大的角動(dòng)量和更好的控制角速度。Slater等（2015）對(duì)精英體操運(yùn)動(dòng)員下降著陸與后空翻落地進(jìn)行比較研究，下降著陸的PvGRF更小、下肢關(guān)節(jié)屈曲角度更大，聚焦于體操規(guī)則，認(rèn)為應(yīng)當(dāng)進(jìn)行適當(dāng)修改——鼓勵(lì)運(yùn)動(dòng)員落地時(shí)增加下肢關(guān)節(jié)屈曲范圍，從而達(dá)到減小落地沖擊力的目的，但文中并沒(méi)有考慮到下降著陸不是體操動(dòng)作的落地，由此得出修改體操規(guī)則的建議有失偏頗。國(guó)內(nèi)關(guān)于后空翻的研究多集中在對(duì)某個(gè)高難度（多周的轉(zhuǎn)體或翻騰）后空翻動(dòng)作的個(gè)案分析，鮮見對(duì)基礎(chǔ)的后空翻動(dòng)作進(jìn)行深入探討。因此，本研究通過(guò)對(duì)高水平體操運(yùn)動(dòng)員后空翻落地與垂直落地的對(duì)比分析，揭示實(shí)際體操落地是否具有特殊的下肢生物力學(xué)特征，以及這些特征是否會(huì)增加運(yùn)動(dòng)員損傷風(fēng)險(xiǎn)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

中國(guó)男子體操隊(duì)運(yùn)動(dòng)員6人，年齡（17.3±1.3）歲，身高（165.7±5.0）cm，體質(zhì)量（57.3±3.9）kg，都曾參加體操世界杯或/和錦標(biāo)賽，且近6個(gè)月未發(fā)生骨骼肌肉損傷。告知所有運(yùn)動(dòng)員實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并簽署知情同意書。根據(jù)《世界醫(yī)學(xué)大會(huì)赫爾辛基宣言》，本研究獲得國(guó)家體育總局體育科學(xué)研究所倫理委員會(huì)同意并批準(zhǔn)（委16?27）。

1.2 儀器

1）Qualisys Oqus運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，產(chǎn)于瑞典，包含9個(gè)攝像頭（8個(gè)紅外攝像頭和1個(gè)高清攝像頭），配備直徑為16 mm標(biāo)準(zhǔn)紅外反光markers采集落地動(dòng)作的三維運(yùn)動(dòng)軌跡，采樣頻率為250 Hz。2）Kistler三維測(cè)力臺(tái)1塊（40 cm×60 cm×5 cm，型號(hào)：9260A），產(chǎn)于瑞士，外置信號(hào)放大器，采樣頻率為1 000 Hz。3）Delsys肌電測(cè)試儀，由美國(guó)Delsys公司生產(chǎn)的16通道表面肌電采集系統(tǒng)，對(duì)兩側(cè)下肢膝、踝關(guān)節(jié)主要肌群（股二頭肌、股直肌、脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)頭）的肌電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，采樣頻率為2 000 Hz。

1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

體操運(yùn)動(dòng)員首先進(jìn)行15 min熱身活動(dòng)（包括慢跑、跳步和拉伸），然后每名運(yùn)動(dòng)員依次完成兩種方式的落地（85 cm垂直落地和體操后空翻落地）各3次，共6次落地，每個(gè)動(dòng)作間隔時(shí)間約1 min。1）垂直落地動(dòng)作要求：無(wú)初速度的垂直落地，雙腳落在測(cè)力臺(tái)上，以體操運(yùn)動(dòng)員慣用方式落地，盡量保持落地站穩(wěn)，不能有邁步或跳步；2）后空翻落地要求：運(yùn)動(dòng)員赤足站立于測(cè)力臺(tái)前方適合位置，后空翻落地于測(cè)力臺(tái)上方，不能有邁步或跳步。使用Qualisys Oqus運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)對(duì)三維運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，標(biāo)準(zhǔn)紅外反光markers粘貼于頭、第七頸椎，以及兩側(cè)肩胛骨內(nèi)角、膝、踝、跖趾關(guān)節(jié)、腳后跟和腳趾（圖1），具體位置參考CAST全身markers模型（Sint，2007）。測(cè)力臺(tái)上放置與其大小相同的落地墊（厚5 cm），并在周圍用泡沫軟墊進(jìn)行保護(hù)。落地墊對(duì)vGRF結(jié)果影響很小，12 cm厚的落地墊使結(jié)果約減小 5%（McNitt?Gray et al.，2001）。使用Delsys無(wú)線表面肌電系統(tǒng)采集兩側(cè)下肢的表面肌電信號(hào)，肌電粘貼方法及位置事先參考SENIAM指南（Hermens et al.，1999）。運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)、測(cè)力臺(tái)和無(wú)線表面肌電系統(tǒng)使用內(nèi)同步進(jìn)行同步處理。由2名國(guó)家級(jí)裁判根據(jù)體操評(píng)分規(guī)則，選出每名參與者完成最好的各一個(gè)類型落地動(dòng)作進(jìn)行結(jié)果分析。

圖1 紅外反光markers和EMG傳感器在體操運(yùn)動(dòng)員身上的位置Figure 1. Location of Retro-Reflective Markers and EMG Sensors on the Gymnasts

1.4 數(shù)據(jù)處理

對(duì)于兩種落地方式，本研究重點(diǎn)關(guān)注落地過(guò)程中的預(yù)激活階段［T0，觸地前 100 ms（Komi et al.，1987）］和落地沖擊階段，并將落地沖擊階段分為兩個(gè)亞階段：T1落地沖擊初期，從觸地到PvGRF；T2落地沖擊后期，從PvGRF到vGRF回到1BW。

使用Qualisys Track Manager軟件對(duì)三維運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，低通截?cái)囝l率10 Hz進(jìn)行濾波（Slater et al.，2015）。下肢髖、膝和踝關(guān)節(jié)角度和角速度通過(guò)關(guān)節(jié)上3點(diǎn)組成的2條直線進(jìn)行計(jì)算。

通過(guò)測(cè)力臺(tái)獲得的vGRF使用低通截?cái)囝l率50 Hz進(jìn)行濾波（Slater et al.，2015），vGRF峰值用每個(gè)運(yùn)動(dòng)員的體質(zhì)量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。落地瞬間定義為測(cè)力臺(tái)vGRF＞10 N的第1時(shí)刻（Christoforidou et al.，2017），從觸地到vGRF峰值的時(shí)間定義為TtoPvGRF，落地沖擊階段的時(shí)間定義為TtoBW，PvGRF除以達(dá)到PvGRF的時(shí)間定義為負(fù)載率。根據(jù)沖量計(jì)算公式：I=∫F*Δt，計(jì)算落地沖擊階段垂直沖量。使用動(dòng)態(tài)姿勢(shì)穩(wěn)定性系數(shù)（Dynamic postural dtability index，DPSI）評(píng)價(jià)落地的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性（Wikstrom et al.，2005），包括前后（APSI）、內(nèi)外（MLSI）和垂直（VSI）3個(gè)方向上的分量，評(píng)估GRF數(shù)據(jù)集在零附近波動(dòng)的均方差，由于vGRF遠(yuǎn)大于其他方向，所以本研究以VSI指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)落地的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，計(jì)算公式為：

式中，body weight為運(yùn)動(dòng)員體質(zhì)量；number of data points為數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，通常取3 s內(nèi)的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為佳（Wikstrom et al.，2005），本研究測(cè)力臺(tái)采樣頻率為1 000 Hz，3 s內(nèi)的數(shù)據(jù)即為3 000個(gè)。

將原始表面肌電信號(hào)全波整流后，再進(jìn)行帶通濾波處理（10～400 Hz）（Van Dieen et al.，2009）。每名運(yùn)動(dòng)員的肌電信號(hào)采用垂直落地中各個(gè)肌電的最大值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。其結(jié)果用均方根（root mean square，RMS）振幅表示：

式中，t為EMG信號(hào)的開始時(shí)間；t＋T為EMG信號(hào)的結(jié)束時(shí)間。

用標(biāo)準(zhǔn)化后的脛骨前肌EMGRMS除以腓腸肌外側(cè)EMGRMS表示踝關(guān)節(jié)的共激活，用標(biāo)準(zhǔn)化后的股二頭肌EMGRMS除以股直肌EMGRMS表示膝關(guān)節(jié)的共激活（Ruan et al.，2010）。在同一時(shí)間內(nèi)，利用拮抗肌和主動(dòng)肌活化程度的比值反映兩肌肉的共激活（Aagaard et al.，2000）：

1.5 數(shù)據(jù)分析

對(duì)受兩種落地方式影響的結(jié)果采用配對(duì)t檢驗(yàn)，采用重復(fù)測(cè)量方差分析受落地階段（T0、T1和T2）影響的肌電結(jié)果。若落地階段對(duì)肌電有顯著影響時(shí)，采用LSD事后檢驗(yàn)評(píng)價(jià)其顯著性差異發(fā)生的具體階段。所有結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，顯著水平為P＜0.05。

2 結(jié)果

2.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

髖關(guān)節(jié)屈曲角度在觸地前100 ms、觸地、達(dá)到PvGRF、1BW時(shí)均有顯著差異，膝關(guān)節(jié)屈曲在這4個(gè)時(shí)刻均無(wú)顯著差異，踝關(guān)節(jié)屈曲角度在落地前100 ms、觸地時(shí)刻表現(xiàn)出顯著差異（圖2）。

圖2 垂直落地（VL）和后空翻落地（BS）下肢關(guān)節(jié)不同時(shí)刻屈曲角度Figure 2. Flexion Angles of Lower-Limb Joints during the Vertical Landing（VL）and Backward Somersault（BS）Landing

膝關(guān)節(jié)最大角速度在兩種落地方式之間存在顯著差異，髖關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)最大角速度對(duì)應(yīng)的屈曲角度在兩種落地方式之間存在顯著差異（圖3）。

圖3 垂直落地（VL）和后空翻落地（BS）下肢關(guān)節(jié)最大角速度及對(duì)應(yīng)的屈曲角度Figure 3. The Maximum Angular Velocity of the Lower-Limb Joints and Its Corresponding Angles during the Vertical Landing（VL）and Backward Somersault（BS）Landing

兩種落地方式中，髖、膝關(guān)節(jié)達(dá)到最大角速度時(shí)間、達(dá)到PvGRF時(shí)間無(wú)顯著差異，但上述3個(gè)時(shí)間都與踝關(guān)節(jié)達(dá)到最大角速度時(shí)間存在顯著差異（圖4）。

圖4 垂直落地（VL）和后空翻落地（BS）到達(dá)下肢關(guān)節(jié)最大角速度和PvGRF的時(shí)間Figure 4. Time to Maximum Angular Velocity of the Lower-Limb Joints and Peak Vertical Ground Reaction Force during the Vertical Landing（VL）and Backward Somersault（BS）Landing

2.2 垂直地面反作用力及衍生指標(biāo)

兩種落地方式的PvGRF具有顯著差異（圖5a），從觸地到PvGRF的時(shí)間有顯著差異（圖5b），負(fù)載率有顯著差異（圖5d），后空翻落地負(fù)載率均值是垂直落地的2.44倍，整個(gè)落地沖擊時(shí)間和落地沖量無(wú)顯著差異（圖5c，圖5e），動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性有顯著差異（圖5f）。

圖5 垂直落地（VL）和后空翻落地（BS）的vGRF及其衍生指標(biāo)比較Figure 5.Comparison of Vertical Ground Reaction Force and Derived Variables during the Vertical Landing（VL）and Backward Somersault（BS）Landing

2.3 肌電學(xué)分析

1）股二頭?。簝煞N落地方式的EMGRMS在T0和T2階段有顯著差異（圖6a），垂直落地中T1和T2的EMGRMS有顯著差異（P＜0.05），后空翻落地中T2的EMGRMS顯著高于 T0和 T1（P＜0.05）。2）股直肌 ：兩種落地方式的EMGRMS有顯著差異（圖6a），T2顯著大于T0（P＜0.05）。3）脛骨前?。翰煌A段EMGRMS具有顯著差異（圖6b），兩種落地方式的EMGRMS無(wú)顯著差異，但后空翻的平均值明顯大于垂直落地。4）腓腸肌外側(cè)：在T0階段，后空翻EMGRMS顯著大于垂直落地，兩種落地方式T2的EMGRMS顯著大于T1（圖6b）。

圖6 垂直落地（VL）和后空翻落地（BS）的膝關(guān)節(jié)（a）和踝關(guān)節(jié)（b）標(biāo)準(zhǔn)化后肌電共收縮Figure 6. Coactivation of Normalized EMG of Knee（a）and Angle（b）during the Vertical Landing（VL）and Backward Somersault（BS）Landing

3 分析與討論

本研究對(duì)體操運(yùn)動(dòng)員垂直落地和后空翻落地的下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和肌電特征進(jìn)行量化分析。兩種落地方式都要求運(yùn)動(dòng)員以體操慣用方式落地，保持落地的穩(wěn)定性和美感。后空翻是體操基礎(chǔ)技巧類動(dòng)作，在訓(xùn)練和比賽中的使用頻率較高，探明實(shí)際體操動(dòng)作落地與垂直落地是否存在顯著差異，有利于揭示實(shí)際體操落地的生物力學(xué)規(guī)律，從而提高運(yùn)動(dòng)損傷的防護(hù)效率。

后空翻落地下肢關(guān)節(jié)屈曲角度變化較小，沖擊負(fù)荷較大。在落地過(guò)程中，后空翻的髖、踝關(guān)節(jié)角度變化明顯小于垂直落地，減小了髖、踝關(guān)節(jié)活動(dòng)度對(duì)落地沖擊的緩沖。John等（2008）在研究排球運(yùn)動(dòng)員落地時(shí)發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)屈伸角度變化對(duì)沖擊力的影響比下降高度影響較大，較小的關(guān)節(jié)屈曲會(huì)產(chǎn)生更大的落地沖擊，這可能解釋了本研究中后空翻比垂直落地?fù)碛懈蟮臎_擊力。兩種落地方式的膝關(guān)節(jié)屈曲無(wú)顯著差異，這與體操評(píng)分規(guī)則規(guī)定落地不允許有過(guò)大膝關(guān)節(jié)屈曲有關(guān)（FIG，2017），運(yùn)動(dòng)員長(zhǎng)期訓(xùn)練已經(jīng)形成以較小的膝關(guān)節(jié)屈曲落地的習(xí)慣。另外，雖然后空翻落地的髖關(guān)節(jié)屈曲活動(dòng)范圍較小，但髖關(guān)節(jié)屈曲程度始終比垂直落地更大。有研究報(bào)道，通過(guò)增加軀干的前傾可以減小落地的沖擊力（Blackburn et al.，2009）。本研究中，髖關(guān)節(jié)屈曲程度較大也相當(dāng)于軀干前傾增加，其目的可能也是為了減小落地沖擊力。盡管如此，后空翻落地的沖擊負(fù)荷依然高于垂直落地，長(zhǎng)期反復(fù)的體操落地訓(xùn)練，勢(shì)必會(huì)增加下肢關(guān)節(jié)損傷風(fēng)險(xiǎn)（Daly et al.，2001；Mills et al.，2009；Wade et al.，2012）。

兩種落地方式下肢關(guān)節(jié)角速度峰值及其對(duì)應(yīng)角度有不同特征。后空翻落地的膝關(guān)節(jié)角速度峰值比垂直落地更大，使膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)動(dòng)能，從而耗散更多的落地沖擊能量。Zhang等（2000）發(fā)現(xiàn)，膝關(guān)節(jié)在落地過(guò)程中是主要耗散能量的下肢關(guān)節(jié)，而后空翻落地的膝關(guān)節(jié)可能發(fā)揮更大的緩沖效應(yīng)。兩種落地的髖、踝關(guān)節(jié)角速度峰值對(duì)應(yīng)的屈曲角度有顯著差異，說(shuō)明二者高速落地狀態(tài)中的身體姿態(tài)有明顯差異。值得注意的是，兩種落地的髖、膝關(guān)節(jié)達(dá)到最大角速度的時(shí)間與達(dá)到PvGRF的時(shí)間相近，且都要顯著長(zhǎng)于踝關(guān)節(jié)，表明在落地沖擊初期，髖、膝關(guān)節(jié)角速度響應(yīng)與落地沖擊保持同步，可能參與更多的落地緩沖；踝關(guān)節(jié)的速度響應(yīng)先于落地沖擊，即在落地沖擊中提前固定關(guān)節(jié)，這可能有利于落地站穩(wěn)，但減小了關(guān)節(jié)活動(dòng)度對(duì)于落地沖擊的緩沖，從而增加踝關(guān)節(jié)損傷風(fēng)險(xiǎn)。通常情況，髖、膝關(guān)節(jié)周圍肌肉質(zhì)量大，對(duì)沖擊吸收的功率和負(fù)功也就較大，可以較好地吸收沖擊能量；踝關(guān)節(jié)周圍肌肉質(zhì)量小，這也是其產(chǎn)生更高損傷風(fēng)險(xiǎn)的原因（Coventry et al.，2006）。

兩種落地方式呈現(xiàn)不同的落地負(fù)荷特征。典型的垂直落地一般出現(xiàn)“一小一大”兩個(gè)vGRF峰值，這兩個(gè)峰值通常分別由腳尖落地產(chǎn)生和隨后的腳跟落地產(chǎn)生（張希妮 等，2017；Jeff et al.，2003）。而后空翻落地 vGRF卻呈現(xiàn)單峰值特征，觸地后足迅速?gòu)哪_尖過(guò)渡到全腳掌，前人研究也有類似特點(diǎn)（Slater et al.，2015；Wade et al.，2012）。兩種落地方式中，后空翻PvGRF顯著大于垂直落地，并且從觸地到達(dá)PvGRF的時(shí)間顯著縮短，從而使后空翻落地的負(fù)載率遠(yuǎn)大于垂直落地（Slater et al.，2015），落地動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系數(shù)也更大。所以，后空翻落地總體表現(xiàn)出更大的落地沖擊力、更短的達(dá)到力峰值時(shí)間、遠(yuǎn)超垂直落地的負(fù)載率和更難的落地站穩(wěn)定性。

兩種落地方式的沖擊后期是下肢肌肉對(duì)抗沖擊的主要階段，后空翻落地下肢肌肉激活程度更大。在落地前，兩種落地方式的下肢肌肉已預(yù)激活（Christoforidou et al.，2017；McNitt?Gray，2001；Wu et al.，2019），有利于肌肉在短時(shí)間內(nèi)發(fā)揮最大力量（Ruan et al.，2010），可以預(yù)防落地后關(guān)節(jié)韌帶的損傷（De Britto et al.，2013，2014），為落地做積極準(zhǔn)備?？傮w上，所測(cè)肌肉的肌電振幅在落地過(guò)程中持續(xù)增加，落地沖擊后期達(dá)到最大，說(shuō)明此階段是下肢肌肉對(duì)抗落地沖擊的主要階段。另外，后空翻落地中多數(shù)所測(cè)肌肉的激活水平明顯大于垂直落地，這與McNitt?Gray等（2001）的研究結(jié)果相似。說(shuō)明后空翻落地需要更多下肢肌肉激活對(duì)抗落地沖擊，這可能與后空翻落地?fù)碛懈鬀_擊力有關(guān)。

本研究對(duì)高水平體操運(yùn)動(dòng)員后空翻落地和垂直落地進(jìn)行對(duì)比分析，揭示了兩種落地方式下肢生物力學(xué)特征差異。本研究認(rèn)為，體操后空翻落地動(dòng)作比垂直落地具有更小的下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍，更強(qiáng)的沖擊負(fù)荷，更大的負(fù)載率和肌肉激活程度，更難保持落地的穩(wěn)定性，這些可能是實(shí)際體操落地下肢損傷發(fā)生率較高的原因。本研究也存在局限性：首先，研究對(duì)象只涉及男子體操運(yùn)動(dòng)員，而不同性別在著陸過(guò)程中下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)和力量存在差異（Haines et al.，2011；Niu et al.，2013）；其次，本研究 6 名體操運(yùn)動(dòng)員為國(guó)際級(jí)運(yùn)動(dòng)健將，樣本量有限，未考慮不同水平運(yùn)動(dòng)員的落地情況。后續(xù)研究可以考慮增加女子和不同水平體操運(yùn)動(dòng)員，以豐富研究?jī)?nèi)容。

4 結(jié)論

體操運(yùn)動(dòng)員在兩種落地方式的沖擊初期，更早地固定了踝關(guān)節(jié)，減小踝關(guān)節(jié)活動(dòng)度對(duì)落地沖擊的緩沖效應(yīng)，可能增加踝關(guān)節(jié)損傷風(fēng)險(xiǎn)；落地沖擊后期是下肢肌肉對(duì)抗落地沖擊的主要階段。但與垂直落地相比，體操后空翻落地具有更小的下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍，更強(qiáng)的沖擊負(fù)荷，更大的負(fù)載率、肌肉激活程度和落地站穩(wěn)難度，提示，垂直落地不能反映真實(shí)體操落地動(dòng)作，體操運(yùn)動(dòng)員落地沖擊損傷研究應(yīng)針對(duì)訓(xùn)練及比賽中完成的動(dòng)作。