羽毛球运动员头顶球单腿落地动作的下肢多关节动力及控制特征分析
作者单位：上海体育学院
学位级别：硕士
导师姓名：张胜年
授予年度：2020年
学科分类：04[教育学]
摘 要：研究目的:羽毛球运动是一项隔网类竞技项目,具有竞争激烈、对抗性强的特点。随着参加羽毛球运动人数的迅速增加,发生的损伤也在逐渐增加。在羽毛球运动中,单腿落地动作是最常见的运动模式之一,尤其是头顶球动作的单腿落地,它使下肢关节承受了更大的关节负荷,增加了损伤的发生几率。有研究显示在羽毛球运动中,女性比男性损伤的发生率更高。因此本文试图分析羽毛球运动员头顶球单腿落地动作中所表现出的生物力学特征,进一步以男性运动员作为对照,探讨女性损伤多发的力学机制,以期为女性制定针对性训练计划预防损伤提供指导意义。研究方法:招募16名（男性8名,女性8名）上海体育学院羽毛球二级及以上运动员为受试者,进行羽毛球头顶球单腿落地动作的采集。利用Vicon三维红外动作捕捉系统（采样频率:200 Hz）,Kistler三维测力台（采样频率:1000 Hz）和Delsys无线肌电采集系统（采样频率:2000 Hz）同步采集受试者单腿落地时的marker点轨迹、地面反作用力和下肢肌肉活动。采用独立样本t检验,比较分析男女运动员在单腿落地动作阶段的下肢髋、膝、踝三关节运动学参数（关节角度、关节角速度、重心位移）、动力学参数（地面反作用力、关节力矩）、刚度和能量参数以及肌肉活动（预激活、后激活和共激活）间的差异,显著性水平均为a=0.05。研究结果:1头顶球单腿落地动作的一般特征:1)在头顶球单腿落地动作中,男性、女性运动员均表现出相同的关节角度变化。从触地至膝关节屈曲最大角度的整个落地缓冲阶段,髋关节屈曲角度持续增大,外展角持续减小,触地时刻外旋随后逐渐产生内旋;膝关节屈曲角度持续增大,并表现为外翻和外旋;触地时足与地面夹角最大,后开始足背屈,同时伴随足内翻及胫骨旋内或旋外;2)在整个落地过程阶段,男性、女性运动员髋、膝、踝做功均为负值,表现为吸收能量。其中以踝关节为主,其次为膝关节,髋关节吸收能量的能力最弱;3)预激活阶段与后激活阶段女性与男性膝关节共激活比无差异且均小于1。2头顶球单腿落地动作的性别差异:1)在地反力峰值时刻女性髋关节外展角度显著大于男性（p=0.043）,缓冲阶段的最大外展角速度显著大于男性（p=0.027）;2)在地反力峰值时刻女性膝关节屈曲角度（p=0.034）、外翻角度（p=0.017）均大于男性,而伸膝力矩峰值（p=0.046）小于男性;3)女性运动员在触地时刻足与地面夹角（p=0.044）、足内翻角（p=0.042）、内翻角速度（p=0.028）、内外旋（p=0.044）以及缓冲阶段踝屈伸活动度（p=0.038）等参数均大于男性。而在落地缓冲阶段女性踝关节跖屈力矩峰值（p=0.035）显著小于男性;4)女性的下肢刚度显著高于男性（p=0.047）,而膝关节刚度小于男性（p=0.036）;5)肌电活动:预激活阶段女性胫骨前肌RMS比男性高42%（p=0.011）,且落地时踝关节胫骨前肌与腓肠肌外侧的肌肉共激活程度显著高于男性（p=0.042）;在后激活阶段,女性股四头肌（p=0.028）和腘绳肌（p=0.040）的激活程度均显著高于男性。研究结论:（1）头顶球单腿落地动作中,运动员以跖屈肌群为主,伸膝肌群为辅的能量吸收策略来抵抗冲击负荷。（2）头顶球单腿落地动作中,运动员明显表现出以股四头肌主导的肌肉激活模式。股四头肌与腘绳肌之间激活程度的不匹配可能使股四头肌过度收缩,导致胫骨前移,从而增加了损伤的潜在风险。（3）女性运动员较男性更大的膝外翻角度和力矩,以及触地时刻足与地面更大的夹角、伴随足内翻及胫骨旋外。这些特征会降低运动员落地时关节稳定性,增加关节负荷。同时,女性表现出更高的下肢刚度,在一定程度上增加了冲击负荷,减小了缓冲幅度与能量吸收。而膝关节刚度更小也抑制了对膝关节的保护作用。进而使女性运动员承受了更大的下肢损伤,尤其是ACL损伤风险。（4）建议运动员在落地过程中,可以通过增加关节活动范围,减小足与地面夹角或关节旋转的方式落地,以提高关节对能量的有效吸收,降低落地冲击,减少损伤的发生;结合肌肉训练,针对股四头肌和腘绳肌的协调,提高下肢大关节肌群的肌肉力量,同时不能忽视踝关节周围相应小肌群的力量训练,以提高关节稳定性。
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