擺臂影響縱跳成績的作用機制與理論假說

趙西堂

擺臂影響縱跳成績的作用機制與理論假說

趙西堂

擺臂能有效地提高縱跳成績這一現象已為人所共知，為解釋這一現象，國內、外學者提出了一系列的理論假說，包括力的傳遞說、蹬伸時間延長說、動量增加說、拖拽說、關節力矩增大說，這些理論假說分別從不同的角度對擺臂提高縱跳成績這一現象進行了解釋，對人們深入地認識擺臂影響縱跳成績的科學機制具有一定意義和價值。但從大量文獻研究結果的一致性較差可以看出，這些理論假說的解釋力明顯較弱，甚至還存在一些明顯的不足和缺陷，可以結合這些理論假說的優缺點，取長補短，更加深入地展開實驗研究，進一步推進擺臂影響縱跳成績的科學機制理論發展。

擺臂；縱跳；影響機制；理論假說

縱跳是體育運動的基本動作之一，是人體在中樞神經系統的控制下，依靠身體各環節的協調配合，發揮下肢肌群最大爆發力，以達到最佳縱向起跳效果并有效落地的技術動作。由于縱跳測試方法簡單方便且與多項體育運動密切相關，常常用來評估人體下肢的肌肉力量和功率或用來預測許多項目(排球、田徑、足球、籃球等)運動員運動潛力[8]。在很多體育項目中，快速擺臂是影響縱跳成績的關鍵技術之一，相關的理論研究與實踐經驗均證明了擺臂對縱跳成績具有重要意義，從已有的文獻可以看出，專門對擺臂是如何影響縱跳成績的這一問題進行研究的文獻研究已有50多年的歷史，相關研究文獻較多，但是研究觀點分歧較大，以至于人們難以解釋擺臂是如何影響縱跳成績這一基本問題。

理論假說是人類認識世界的重要思維形式，也是科學研究活動的重要內容，它依據已有的科學知識和原理對經驗事實做出試探性的解釋與預測，并通過驗證對預測不斷進行修改、補充和更新，達到更準確地反映客觀世界的目的，理論假說對每個學科領域都有著重要意義[1]。通過對已有擺臂影響縱跳的生物力學相關研究和基本力學原理進行整理與分析，歸納總結出擺臂影響縱跳的基本規律，有利于深入地認識擺臂影響縱跳成績的生物力學機制，在認識和把握規律的基礎上更直接有效地提高縱跳成績。

20世紀50～60年代，學者們開始研究縱跳相關問題，擺臂作為影響縱跳成績的一個重要因素，自然也成了研究的重要內容，自此，人們開始探索擺臂影響縱跳成績的生物力學依據。對此，國內、外學者進行了廣泛的解讀和爭論，主要提出了解釋“擺臂是如何提高縱跳成績”的5個假說：力的傳遞說、蹬伸時間延長說、動量增加說、拖拽說和關節力矩增大說。

1 影響縱跳成績的其他因素

對于縱跳成績的影響因素前人做了諸多研究，結合相關文獻，本文對影響縱跳成績的其他因素總結如下：1)疲勞影響縱跳高度，疲勞前后縱跳成績相差6 cm，右腳跖屈肌肌電峰值降低至少35%，腘繩肌減少20%[10]；2)不同(項目)的訓練背景縱跳成績也不盡相同。有研究表明，相對于排球、手球、籃球和體育教育系學生，田徑項目的運動員縱跳成績最好，主成份分析表明，縱跳成績的主要影響因素是蹬伸力量和時間；縱跳成績與下肢肌肉活性和由近及遠的能量協調傳遞有關系，與下肢肌肉力量有關，但是最終發現，身體的最大功率才是影響縱跳高度的最重要影響因素[26]。也有研究持有不同的觀點，認為個人項目女子運動員和集體項目女子運動員在身體素質方面存在著差異，集體項目運動員下肢爆發力、靈敏性和上肢力量相對較好[27]；3)縱跳高度與肌纖維類型有關，快肌纖維多的運動員會更好地運用超等長收縮，膝關節移動幅度較少。慢肌纖維多者需要較慢的蹬伸速度和較大的膝關節角度來募集更大的力量[17]；4)6周的超等長收縮訓練能有效地提高排球運動員的縱跳成績[18]；5)不同的測試(縱跳離地瞬間速度、最大質心速度、摸高、運用錄像數據估計離地時質心速度和離地前重心高度、運用測力臺數據估計離地時重心速度和離地前質心高度)方法對縱跳成績也會有一定的影響，并指出前兩種測試方法誤差相對較大(與運用3D測試重心高度的方法相比)[8]；相似的研究也表明不同測試方法測試誤差大小不同[22]；6)指出計算縱跳高度不宜利用運動學方法(騰空時間)計算,而利用動力學方法(沖量)計算更準確[2]；7)年齡也會影響到縱跳成績，13～15歲的女子排球運動員縱跳成績13歲的最差，14與15歲之間差距不具有顯著性[14]；8)對100多名女子運動員的測試表明：縱跳高度與體重存在低度負相關(R=-0.26,P=0.001)，但與廋體重(r=-0.11)和身高(r=0.04)的相關不具有統計學意義[26]；9)口頭提示(如“盡力高跳快跳”)影響最大轉化率，進而影響縱跳高度[4]。

綜上所述，除縱跳動作自身的因素外，疲勞、訓練、肌肉類型、肌肉力量、年齡、性別、身高、體重、測試方法以及語言提示等都是縱跳成績的影響因素。

2 擺臂影響縱跳成績的作用機制

對于擺臂對縱跳成績的影響研究，較為常用的研究范式是：1)受試者以半蹲姿勢作為開始姿勢，對抱頭縱跳(或掐腰縱跳)與擺臂縱跳進行比較分析；2)受試者以直立姿勢開始，經下蹲一定角度后起跳，采用抱頭(或掐腰)縱跳的方法與擺臂縱跳進行比較。第1種方法主要是為了排除下蹲緩沖對縱跳的影響而設計，限制了下蹲過程，這樣可以對擺臂的作用進行研究，在競技運動中也會出現這種情況；但是在許多情況下，下蹲和擺臂動作會同時運用，因此，采用第2個范式對擺臂的貢獻進行研究應用范圍會更廣泛。另外，無論是雙手抱頭還是雙手掐腰縱跳，都是為了限制擺臂，但是相對而言，抱頭縱跳可能更有利于減小起跳前的重心相對位置，因為上肢放在較高的位置會提高重心的高度，這一動作更接近于擺臂對起跳前重心的影響，因此，如果單純地研究(拋開項目自身的特點)擺臂對縱跳成績的影響，抱頭縱跳比掐腰縱跳的動作方式效果會更好。

研究范式不同和限制擺臂的方法不同也會影響到研究結果，這無疑是諸多研究結果存在較大差別的重要原因之一；另外，不同的擺臂方式影響縱跳成績、蹬伸時間特征[25]和騰空初速度[28]；擺臂速度[5]、幅度[24]也是影響縱跳成績的因素。

根據經驗事實和相關理論研究，擺臂對縱跳成績的影響主要表現在兩個方面(圖1)：1)提高了騰起瞬間的重心高度；2)提高了凈騰空高度。

圖 1 縱跳高度影響因素示意圖Figure 1. Influencing Factors of the Vertical Jump Adapted from Feltner (依據Feltner，等改編)

有研究對足球守門員擺臂縱跳成績和不擺臂縱跳成績進行了比較研究，結果表明，擺臂提高縱跳高度5.01 cm，擺臂提高縱跳高度約11.1%[29]；這一研究結果與Domire基本一致，他的研究指出，擺臂提高了縱跳成績5 cm，但擺臂提高的縱跳高度約18.5%[13]。劉衛國等的研究結果表明，擺臂對實測高度貢獻率僅為6%[2]，Payne研究指出，擺臂提高了5%(7.6 cm)的縱跳高度；另有研究結果顯示，擺臂提高縱跳成績13 cm，提高了27.08%[6]。朱國生研究指出，擺臂相對于下肢蹬伸速度影響縱跳的貢獻率，他認為：當手臂向上擺動的速度與蹬地腿向上初速度的倍數關系為1、1.5、2倍時,那么,擺臂對縱跳高度貢獻分別為12%、23.5%、35.3%[5]。

Harman等研究表明，擺臂提高自由縱跳高度11 cm，提高了27%，指出擺臂提高縱跳成績的原因是提高了起跳前重心高度4.7 cm和騰空高度6 cm。并指出，無論是半蹲縱跳還是自由縱跳，擺臂提高縱跳高度10～11cm貢獻率分別為14%和27%[17]。

Michael及其同事通過對不擺臂的半蹲縱跳和擺臂的半蹲縱跳進行比較得出：擺臂提高縱跳高度14.3 cm；其中，提高起跳前重心高度6.1 cm，對提高縱跳成績的貢獻率為43%，提高凈騰空高度8.2 cm，對提高縱跳成績的貢獻率為57%[23]；另有研究指出：擺臂提高縱跳高度8.6 cm；擺臂提高自由縱跳起跳前瞬間重心高度2.4 cm，對擺臂提高縱跳成績的貢獻率為28%，提高凈騰空高度6.2 cm，對擺臂提高縱跳成績的貢獻率為72%[7]。擺臂提高縱跳成績13 cm，起跳前重心提高6 cm，對總高度的貢獻率為46.2%，提高騰空高度7 cm,對總高度的貢獻率為53.8%，下蹲最低點較不擺臂縱跳高8 cm[6]。

有學者同時對擺臂對半蹲縱跳和自由縱跳的作用進行研究，結果表明：擺臂提高半蹲跳騰空前重心高度3.8 cm，提高了26.2%，擺臂提高半蹲縱跳騰空高度8.1 cm，提高了18%(擺臂提高縱跳高度12.9 cm)；擺臂提高自由縱跳騰空前重心高度3.4 cm，提高了19.2%，擺臂提高自由縱跳成績8.7 cm，提高了17.6%(擺臂提高縱跳高度12.1 cm)[15]。

有研究者利用機械模型模仿沒有擺臂的半蹲縱跳和擺臂半蹲縱跳，排除了受試者縱跳熟練程度差異難以控制的干擾因素，結果表明：擺臂提高縱跳成績12.5 cm，提高離地瞬間身體重心高度3.4 cm，對總成績的貢獻率為38%，提高凈騰空高度9.1 cm，對總成績的貢獻率為62%[11]。

研究者所能檢索到文獻可以看出，擺臂提高縱跳成績在5～15 cm之間，對縱跳成績的貢獻率在5%～35.3%之間，擺臂提高重心高度和提高凈騰空高度之間的比例大致在3∶7至5∶5之間，擺臂縱跳下蹲最低點較不擺臂縱跳高3～8 cm。

造成研究結果差距較大的原因，除前文所述的研究范式等因素外，不同的高度計算方法[8](縱跳離地瞬間速度、最大質心速度、摸高高度、運用錄像數據計量離地時質心速度和離地前重心高度、運用測力臺騰空時間估計離地時重心速度和采用髖關節高度計量高度)誤差的大小不同，這當然也會對縱跳成績產生影響，這也是研究結果存在較大差別的又一重要原因。

總之，無論是采用半蹲縱跳還是自由縱跳，無論是采用人體實驗還是機械模仿，也不論采用哪種方法來計算高度，在體育學界，擺臂能有效地提高縱跳成績已是一個不爭的事實，并且對于擺臂提高騰空前重心高度這一觀點也得到了一致的認可，其理論機制主要是從上肢的位置變化引起重心位置的相對變化來解釋，這一點已達成了共識；對于擺臂提高縱跳騰空高度的機制或者原理這方面的闡述尚且未有定論。自20世紀50～60年代以來,許多國內、外學者前赴后繼地對擺臂提高凈騰空高度的機理進行了廣泛的關注、解讀與爭論，至今也未有定論，歸納總結前人的理論觀點，前人對擺臂提高凈縱跳的機制研究主要提出了以下5個假說，即力的傳遞說、蹬伸時間延長說、動量增加說、拖拽說和關節力矩增大說。

3 擺臂影響凈騰空高度的理論假說與實驗依據

3.1 假說一：力的傳遞說

3.1.1 依據

Payne等認為，加速向上擺臂，得益于肩關節、肘、腕關節向上的力，根據力的相互作用原理，這一向上擺臂的作用力會在肩關節部位產生一個大小相等、方向相反的反作用力通過肩部作用于軀干，并通過髖、膝、踝連續向下傳遞，最終傳遞到地面(或者測力臺)增大了蹬伸力量，進而提高了縱跳高度；首次提出了力的傳遞說。

Harman及其同事們(1990)認為，加速向上擺臂勢必增大地面反作用力，并指出，在髖膝關節周圍肌肉處于最佳發力位置時，向上的加速擺臂通過肩關節給人體施加了向下的力量，這使股四頭肌和臀部肌肉處在一個能產生較大力量的位置卻減緩了其收縮速度。也有研究從肢體的相對運動原理闡釋了肢體間力的傳遞：部分肢體的升高可以通過降低另一部分肢體來實現；部分肢體旋轉加快可以通過降低另一部分肢體的旋轉速度實現[17]。推出了擺臂會增加地面反作用力，進而提高了運動員縱跳高度[12]，這些均為力的傳遞說提供了間接證據。

有研究表明，擺臂提高了最大蹬伸力量且提高幅度較大，Dapena1993年的研究表明：根據肌肉收縮過程中力的速度曲線，減緩下肢肌肉收縮速度會增加肌肉張力而獲得更大的蹬伸力量；肩部發力獲得了較大的向上擺臂加速度，同時軀體在C1、C2階段獲得向下的力，減緩了軀干的轉動速度，兩個研究均證實了力傳遞現象的存在[23]，為力的傳遞說提供直接的實驗證據。

當髖膝關節部位的肌肉處于最佳發力階段，加速擺臂產生的向下的力導致股四頭肌和臀部肌群蹬伸速度減慢，這有利于這些肌肉產生更大的力，進而提高了縱向沖量；并指出在擺臂制動階段對軀干的拉伸作用使得髖部周圍肌肉伸速加快不利于肌肉聚集力量，當然，這發生在髖膝關節幾近完全蹬伸階段，這些關節周圍的肌肉也不在最佳募集蹬伸力量的范圍[6]，論述了在擺臂的前期階段增大下肢力量而最后階段并沒有增大下肢力量的原因，是對擺臂提高縱跳成績機制的進一步探索。

3.1.2 爭鳴

即便是較為成熟理論，也會有人持有不同的觀點。對25名優秀足球守門員的研究表明，擺臂提高了縱跳高度，擺臂縱跳蹬伸階段最大力量(2 210.00±307.39 N)有增大的趨勢，但是，與不擺臂縱跳蹬伸最大力(2 173.48±187.49 N)相比并不具有統計學意義，原因可能是運動員體重(最大98.4 kg，最小75.7 kg)懸殊較大所致[29]。另有研究指出，雖然擺臂增大了蹬伸力量，但是，最大蹬伸力與縱跳高度不存在線性相關關系(r=0.34,P=0.16)[4]；Miller認為，擺臂不是增大而是限制了最大蹬伸力量，擺臂導致了最小蹬伸力量增大，總體上增加了縱跳高度[18]；這充分說明，蹬伸力的峰值最大者,其縱跳高度并不一定最高,優秀縱跳者較大的力峰值可能是必要條件,但不是充分條件。

另外的實驗通過測試肩關節部位的受力得出了肩關節的受力并沒有因為擺臂而增加的結論[7]；擺臂縱跳動作中下肢各關節肌肉確實做了較少的功，擺臂增加的縱跳高度應歸功于肩部肌肉組織的做功，并指出肩部做功是提高擺臂縱跳高度的關鍵點，而不是其他原因[13]；類似的研究還指出，地面反作用力與肩部產生的擺臂力量并沒有直接的聯系[11]。這些研究結果并不支持力的傳遞說。

3.2 假說二：蹬伸時間延長說

3.2.1 依據

蹬伸時間延長說認為，身體部分肢體的反向運動導致了下肢蹬伸速度減慢，整個蹬伸過程延長，蹬伸作用時間的延長為下肢力量的充分發揮提供了條件，進而導致了縱跳高度的增加。該學說與蹬伸力量增大說較為接近，試圖從蹬伸力的時間曲線來解釋擺臂提高縱跳成績的原因。

實驗數據表明，擺臂延長了整個縱跳過程中的總蹬伸時間(擺臂縱跳0.96±0.14 s，不擺臂縱跳0.86±0.14 s)且差異具有統計學意義；并指出擺臂縱跳中在縱跳總時間的78%～95%階段，下肢三關節均體現出較小的角速度[19]；另有研究也得出相似的結果，擺臂顯著地提高半蹲跳的蹬伸時間(擺臂0.35±0.11 s，不擺臂0.31±0.07 s)，在大約蹬伸的2/3時間段，肩部運動導致了髖關節伸展的加速度降低，延長了蹬伸時間[13]；為蹬伸時間延長、蹬伸過程放慢學說提供了直接的實驗數據支撐。

也有研究從運動學方面進行闡釋，擺臂使軀干前傾角度增加5°，增加了髖關節工作范圍[7]，這從另一個方面為蹬伸時間延長說提供了必要的依據。

3.2.2 爭鳴

擺臂對蹬伸過程的各個時間階段影響不大，擺臂縱跳蹬伸時間(從重心最低點到離地瞬間)為0.32±0.04 s，不擺臂縱跳蹬伸時間為0.33±0.04 s，兩者之間的差異不具有統計學意義，因此，凈沖量的增加主要是因為縱向作用力的增加所致[23]。也有研究認為，擺臂縱跳確實增加了蹬伸后半段時間，但是，縱跳的總蹬伸時間(不擺臂1.14±0.14 s，擺臂0.96±0.16 s)卻明顯地減少，主要原因是由于擺臂縱跳明顯縮短了緩沖時間和蹬伸前段時間[4]。相似的研究指出，縱跳成績可以通過增加起跳功率和縮短踏跳時間來實現[19]。

上述實驗結果提出了蹬伸時間延長說的反例，對蹬伸時間延長說提出了挑戰，但也為后續研究提供了新的思路，即在討論蹬伸時間特征時要注意劃分時間階段，這樣或許更有利于探討擺臂對縱跳的影響機制。

3.3 假說三：動量增大說

3.3.1 依據

該理論假說認為，擺臂通過肩、肘、腕關節周圍肌肉的做功提高了上肢的擺動速度，增加了上肢動量，在騰空之前部分肢體動量增加會導致整體動量增大；同時，擺臂通過延長縱跳時間，為下肢肌肉募集肌肉產生更大力量提供了條件，減緩擺臂縱跳的髖關節最大角速度，增加了縱跳的沖量(I=Ft)，有利于縱跳成績的提高。

直接的證據：部分肢體對縱跳起跳速度的貢獻主要是因為其在蹬伸過程中產生了正向沖量所致，擺臂對正向動量的貢獻率為12.7%[20]；相似的研究還有：擺臂縱跳提高了離地瞬間身體重心移動速度12.7%[23]；擺臂縱跳重心速度明顯提高，擺臂縱跳離地速度為2.75±0.3 m/s，不擺臂縱跳則為2.44±0.23 m/s[23]；與不擺臂縱跳2.65±0.1 m/s相比，擺臂縱跳2.84±0.09 m/s離地時重心速度提高7.17%[6]；擺臂提高離地時髖關節速度10.7%[3]，縱跳成績提高的60%是由于起跳速度的提高造成的[7]。縱跳成績最重要影響因素是離地瞬間重心速度，兩者之間的相關系數為0.842[6]。騰空高度主要是由于起跳前凈縱向沖量增加導致起跳速度的增大所致[6,17]，而起跳的沖量大小對騰空高度具有決定作用[6]。

另有證據表明，加速度分析表明，在縱跳2/3時間處肩部力矩導致了髖關節彎曲，肩部運動有利于膝關節和踝關節在縱跳最后階段的伸展。最后擺臂的相對(肩部)速度足以增加身體的動能，這也是提高縱跳高度的原因[13]。擺臂延長了縱跳時間，這有利于下肢肌肉集聚力量，有研究指出，擺臂縱跳的蹬伸后半段蹬伸力量明顯增加[17]，加之后半段蹬伸時間的延長[4]，兩方面原因共同導致沖量增加，并因此提高了縱跳成績。

3.3.2 爭鳴

有研究表明，擺臂縱跳導致沖量的提高(擺臂縱跳233.61±21.35 Ns，不擺臂縱跳218.95±19.02 Ns)不具有統計學意義，沖量與最大高度之間相關系數也不高，僅為0.483[6]；相似的研究表明，凈沖量并不是預測縱跳高度的最佳指標，較大的沖量并不能很好地預測縱跳高度，因為縱跳沖量的大小還與身體質量大小有關[4，17]。但是，擺臂導致的沖量增加相對于個人而言，無疑將會提高離地時重心的速度，也一定會提高縱跳成績。

出現上述反例的原因可以通過沖量的計算公式來推導，在實驗數據采集的過程中，多數研究采用的是I=Ft積分的方法得到縱跳的沖量；在分析沖量與縱跳高度的關系時卻采用I=M(V1-V0)來解釋，認為沖量越大離地瞬間速度也越大(一般情況下V0=0)，騰空初速度越大縱跳成績越好。在對一個群體進行分析時，仍采用這一推理方法，忽視了群體中人體質量差異的存在，導致相關分析結果顯示縱跳成績與沖量大小相關不顯著或相關程度不高。分析時如果將I=Ft積分數據剔除人體自身體重的影響，縱跳成績與沖量大小的相關分析結果肯定會讓人滿意。不可否認的是，該學說給出的解釋是從力的時間曲線的角度出發，通過增大作用和/或延長力的作用時間來實現，從兩個方面來分析擺臂提高縱跳成績的原因，也是一種進步。3.4 假說四：拖拽說

3.4.1 依據

Harman等在1990年較早地提出拖拽說，該假說認為，在擺臂縱跳的最后階段，快速上擺時上肢突然減速會對軀體以及下肢各環節產生拖拽，加快了股四頭肌和臀部肌肉的收縮速度，并導致了擺臂縱跳成績的提高。

Lees等豐富并發展了該假說并給出了直接的證據，他們通過對肩關節受力分析表明：當擺臂前擺至水平高度的時候，肩關節部位確實有一個向上拖拽軀干的拉力，這個力減少擺臂的動能，增加了身體其他部位的動能。起跳瞬間擺臂相對于肩部有一個垂直向上的速度，這一運動對整體縱向動能有一定貢獻，進而提高了縱跳高度。起跳前擺臂相對(身體)速度為2.68±0.90 m/s，貢獻41.9±23.9 J的能量，這足以提高縱跳4.7 cm[7]。類似的研究得出了相似的結論，即擺臂最后階段的相對于上體的速度增加了上體的動能，這必然會導致縱跳成績的提高[5]。Lees等另一篇研究論文將擺臂的作用分為3個部分，即抬高上肢、集聚下肢能量、對身體產生拖拽，并指出隨著縱跳高度的增加，擺臂對身體的拖拽作用越大[21]；Lees等的研究將擺臂提高縱跳成績的機制研究提高至一個新的臺階。

另有研究從運動學的角度指出，擺臂縱跳下肢關節整體運動幅度減少[3]，這為拖拽說提供了一定的數據支持。

3.4.2 爭鳴

機械模型研究表明，肩關節所產生的縱向力主要是通過地面傳遞的，也就是說上肢上擺的力大都是軀體提供[11]；另有研究證實，擺臂促使縱跳成績的增加主要是由于擺臂促使了下肢做功量增加所致[16]。根據動量守恒定理，對于整個人體來說，部分肢體的相對運動并不能改變整個身體的動量，擺臂對縱跳成績的作用必然要通過下肢作用力的增加所致，因此，單純地擺臂難以提高整個身體的凈騰空高度。

3.5 假說五：關節力矩增大說(做功說)

3.5.1 依據

關節力矩增大說于20世紀末由Feltner提出，該學說試圖從各環節做功的角度來解釋擺臂提高縱跳成績的機理，該學說認為，軀干因擺臂動作而產生的反作用力減慢了髖、膝、踝三關節的伸展速度，優化了相關肌肉的力量速度曲線和關節力臂等生理條件，為上述三關節的肌肉產生較大的作用力提供了條件，加之良好的關節角度更有利于縱跳蹬伸力做功，下肢肌肉做功增大導致縱跳高度增加。

Feltner和他的同事們于1999提出該學說時，便提供了直接的證據，他們認為，擺臂促使縱跳蹬伸階段髖關節和膝關節的轉矩增加是縱跳成績提高的關鍵。擺臂促使髖關節伸肌群處于良好的生理狀態，即有利于募集較大肌肉力量和良好的關節轉矩；在蹬伸的前1/3階段(從0到重心最大速度階段)，不擺臂縱跳髖關節轉矩較大，之后擺臂縱跳通過降低軀干伸展的比率、使髖關節伸肌向心收縮減慢以便于產生較大的力和力距來增加髖關節伸肌轉矩，在蹬伸的前2/3階段，擺臂還將膝關節伸肌力矩增加28%，但是具體原因尚不明確[23]。

另有研究表明，擺臂(半蹲跳)顯著地提高了髖關節和踝關節做功(而不是膝關節)，下肢做功增加了31.4 J是上肢做功16.3 J的近兩倍，因此，擺臂促使縱跳成績的增加主要是由于擺臂促使了下肢做功量增加[16]；還有研究對不同時間階段髖關節做功進行了研究，認為髖關節扭矩在蹬伸中間階段兩類擺臂縱跳都相對較大，并指出下蹲增加了開始階段髖關節扭矩，而擺臂增加隨后階段髖關節扭矩，兩者共同提高了自由擺臂縱跳的高度，擺臂對膝關節扭矩的作用影響不大。踝關節扭矩在整個蹬伸階段兩類擺臂縱跳都相對較大，擺臂增加了整個蹬伸過程中踝關節的做功[15]。

還有機械模型研究表明，擺臂縱跳促使髖關節力矩增加了47%，膝關節和踝關節力矩卻分別減少了18%和7%，而擺臂縱跳總功的增加量，有一半的貢獻由肩關節做功產生[11]。

雖然上述研究結果并不完全一致，但最終結論無論是下肢那些環節做功的增加，均為下肢做功增大說提供必要的實驗證據。

還有研究通過推理得出擺臂促使下肢多做功而提高了縱跳高度這一結論。例如有研究指出，擺臂縱跳做功8.13 J/kg，而沒有擺臂的縱跳做功7.31 J/kg[7]，擺臂明顯提高總做功量，而做功是半蹲縱跳成績最主要的預測變量[9]；另有研究指出，向上加速擺臂導致髖、膝、踝關節蹬伸速度減緩有利于下肢各關節產生較大的力，擺臂使軀干前傾角度增加5°，增加了髖關節工作范圍[7]，由此兩個方面可以推知這將加大下肢各關節的做功。

3.5.2 爭鳴

研究認為，擺臂縱跳中下肢肌肉確實做了較少的功，擺臂增加的縱跳高度取決于肩部肌肉組織。因此，肩部做功是提高擺臂縱跳高度的關鍵點，而不是其他機制造成的縱跳成績增加[13]。

相關實驗研究表明，擺臂改變了下肢肌肉的力-速度曲線，但是并沒有增加關節力矩，在80%～90%蹬伸時間階段關節力矩較大，角速度較低導致了關節功率降低并降低了該階段的運動表現，認為關節力矩的增大主要作用應是儲備相應的能量備用。因此，關節力矩的增大主要與能量的儲存有關，為后續的利用該能量打下基礎，儲備能量的釋放最終提高了縱跳成績，而關節力矩的增大并不直接導致的縱跳成績提高[7]；相似的研究也得出了蹬伸的最后階段，擺臂縱跳和不擺臂縱跳的髖膝關節伸肌力矩均有所減少，并指出這是為后繼肌肉的快速收縮做準備[23]。

Lees等認為，擺臂使軀干前傾角度加大，使髖關節周圍肌肉能募集更大的力量和較長時間做功，該研究指出，擺臂縱跳髖關節伸展較早且速度較快，但是髖關節(0.4 J/kg)做功并沒有增加上體的能量而是轉移給了上肢增加了擺臂的能量[7]。

由此可見，上述研究結果并未支持關節力矩增大這一假說。

4 現有理論假說存在的不足

國內、外學者為了科學地解釋擺臂提高縱跳成績的現象已經提出了諸多理論假說，本文根據不同的研究視角討論并歸納了有關擺臂提高縱跳成績機制的5個理論假說，即力的傳遞說、蹬伸時間延長說、動量增加說、拖拽說、關節力矩增大說；體育學界采用不同的研究范式和不同的數據采集方法對這些假說進行了實證檢驗。盡管上述假說分別從不同角度對擺臂提高縱跳成績的現象作出了一定的解釋，但這些理論的解釋力仍顯有限，甚至存在如下所述的一些比較明顯的不足和缺陷。

1.理論假說還不夠完善，5個理論假說都不能全面地解釋擺臂提高縱跳成績的機制。其中有些假設很不完善甚至不切實際，如前3個學說，試圖通過力學公式I=Ft=M(V1-V0)的某一方面來解釋擺臂提高縱跳成績的機理：如假說一認識到力的峰值增大能夠提高縱跳高度，但是不可否認，相關證據表明單純地蹬伸力量的較大并不是提高縱跳成績的關鍵，該學說忽視了縱跳過程中力的作用是一個持續的過程；假說二認為通過延長力的作用時間可以提高縱跳高度，忽視了時間延長對超等長收縮并非有利這一現象，另外，諸多反例也表明這一解釋過于簡單，也難以給擺臂提高縱跳成績的機制一個合理的解釋；假說三綜合了上述兩個觀點，認為縱跳高度的增加是由于蹬伸沖量的增大造成的，能較全面地解釋擺臂提高運動成績的原因，具有一定的進步意義，最終也不能完全解釋擺臂提高縱跳成績的原因；再如，關節力矩增大說對上肢肌肉做功的影響因素考慮明顯不足。

2.理論假說對擺臂提高縱跳的生物力學機制分析不夠深入，雖然5個假說都有直接的實驗證據來支持各自的理論假說，但是對產生這一現象的原因分析尚不夠深入，也缺乏更深入的實證研究支持。如拖拽說認為擺臂在最后制動階段對上體具有拖拽作用，并沒有給出是什么原因導致這一拖拽現象的存在。

3.對擺臂提高縱跳成績這一現象的機制進行研究，大多實驗研究的注視點似乎都在下肢蹬伸方面，并沒有對擺臂的階段進行合理的劃分，而這可能恰恰是分析擺臂影響縱跳成績的關鍵點。如關節力矩增大說主要針對的是下肢蹬伸肌群而對上肢肌肉做功的影響因素考慮明顯不足；雖然有些研究對蹬伸不同階段進行了劃分，如將蹬伸過程等分為3～4個階段，或將蹬伸過程等分為前后兩個階段等，這些劃分體現了較多的人為因素，劃分缺乏必要的理論依據。

4.研究范式的不同以及數據采集方法的不同也會導致不同的研究結果(見前文)。

5.過于強調研究結果的統計學意義，而忽略了研究結果的現實意義。

5 啟示

對擺臂提高縱跳成績的生物力學機制進行探索，要注意考慮擺臂處于不同的階段可能對縱跳的作用不同，因此，在研究過程中應考慮在相關理論指導下對擺臂的階段進行科學地劃分，深入探索分析不同階段擺臂的作用與意義，并提供必要的實驗依據，這可能是研究擺臂影響縱跳成績的關鍵環節。

在探討擺臂影響縱跳成績的科學機制時，不宜僅從統計學角度指出擺臂提高了哪些生物力學因素，而應深入探究這些因素發生改變的內在原因。例如，采用環節做功的方式來探討擺臂提高縱跳成績的原因，不應僅停留各環節做功的大小和比例上，還應考慮是什么原因導致了兩類縱跳下肢各環節做功的差異等。

在探討擺臂影響縱跳成績的機制時，不應只對下肢各環節進行探討，還應深入談論擺臂動作本身的變化及意義。如縱跳擺臂的最后階段前臂的快速上擺，由水平狀態突然擺至垂直狀態，這一狀態與立定跳遠的擺臂動作肯定存在著差異，深入分析擺臂動作本身可能會為擺臂對縱跳、跳遠等各類跳躍動作的影響都具有重要的意義，但是鮮見此類研究。

[1]鮑懿喜.傳播效果理論假說的共性研究——以“知溝”與“沉默的螺旋”為例[J].新聞界,2012,(16):20-24.

[2]劉衛國,劉學貞,李強.對普通人群幾種不同形式縱跳的動力學分析[J].北京體育大學學報,2003,26(1):45-47.[3]趙西堂,李曉琨,孫平.擺臂影響縱跳的運動學特征與擺臂的階段劃分[J].南京體育學院學報(自然科學版),2014,13(5):26-30.[4]趙西堂,孫平,葛春林.原地擺臂縱跳和抱頭縱跳動力學特征的比較[J].體育學刊,2013,20(1):139- 144.

[5]朱國生.擺臂在縱跳動作中的生物力學研究[J].中國體育科技,1998,(12):70-74.

[6]ABDEL-RAHMAN A K L.A comparison of biomechanical parameters between two methods of countermovement jump[J].Int J Sports Sci Engineer,2013,7(2):123-128.

[7]ADRIAN L,JOS V,DIRK D C.Understanding how an arm swing enhances performance in the vertical jump[J].J Biomech,2004,37(12):1929-1940.

[8]ANDREW N,DEREK K,CARLOS Z,etal.Comparison of methods for assessing vertical jump height performance[C]//32 International Conference of Biomechanics in Sports,2014:681-684.

[10]BOBBERT M F,MM V D K,VAN D H,etal.Effects of fatigue of plantarflexors on control and performance in vertical jumping[J].Med Sci Sports Exe,2011,43(4):673-684.

[11]CHENG K B,WANG C H,CHEN H C,etal.The mechanisms that enable arm motion to enhance vertical jump performance-a simulation study[J].J Biomech,2008,41(9) :1847-54.

[12]DAPENA J.Biomechanical studies in the high jump and implication for coaching[J].Modern Athlete Coach,1993,31 (4),7-12.

[13]DOMIRE B J.A Biomechanical Analysis of Maximum Vertical Jumps and Sit to Stand[D].Dissertations & Theses of Pennsylvania State University,2004.

[14]GORAN N,NIKOLA M,MILAN S,etal.Anthropometric characteristics and motor abilities in 13-15 year old female volleyball players[J].Facta universitatis-series:Physical Edu and Sport,2014,12(3):327-339.

[15]HARA M,SHIBAYAMA A,TAKESHITA D,etal.A comparison of the mechanical effect of arm swing and countermovement on the lower extremities in vertical jumping[J].Hum Mov Sci,2008,27(4):636-648.

[16]HARA M,SHIBAYAMA A,TAKESHITA D,etal.The effect of arm swing on lower extremities in vertical jumping[J].J Biomech,2006,39(13):2503-11.

[17]HARMAN E A,ROSENSTEIN M T,FRYKMAN P N,etal.The effects of arms and counter movement on vertical jumping[J].Med Sci Sports Exe,1990,22(6):825-833.

[18]JASTRZEBSKI Z,WNOROWSKI K,MIKOLAJEWSKI R,etal.The effect of a 6-week plyometric training on explosive power in volleyball players[J].Baltic J Health Physical Activ,2014,6(2):79-89.

[19]LAFFAYE G,CHOUKOU M A.Gender bias in the effect of dropping height on jumping performance in volleyball players.[J].J Strength Cond Res,2010,24(8):2143-2148.

[20]LEES A,BARTON G.The interpretation of relative momentum data to assess the contribution of the free limbs to the generation of vertical velocity in sports activities[J].J Sports Sci,1996,14(6):503-511.

[21]LEES A.The energetics and benefit of an arm swing in submaximal and maximal vertical jump performance.[J].J Sports Sci,2006,24(1):51-57.

[23]MICHAEL E F,DANIEL J F,ROBERT J C.Upper extremity augmentation of lower extremity kinetics during countermovement vertical jumps[J].J Sports Sci,1999,17(6):449-466.

[24]MKAOUER B,JEMNI M,AMARA S,etal.Effect of three technical arms swings on the elevation of the center of mass during a standing back somersault[J].J Human Kinet,2014,40(1):37-48.

[25]NEVES T J,JOHNSON W A,MYRER J W,etal.Comparison of the traditional,swing,and chicken wing volleyball blocking techniques in NCAA division I female athletes[J].J Sports Sci Med,2011,10(3):452-457.

[26]PANOUTSAKOPOULOS V,PAPACHATZIS N,KOLLIAS I A.Sport specificity background affects the principal component structure of vertical squat jump performance of young adult female athletes[J].J Sport Health Sci,2014,3(3):239-247.

[27]RAJKUMAR S.A comparision of physical fitness between individual and team games female players[J].Academic Sports Scholar,2014,12(3):1-8.

[28]TRAVIS F,ROBIN L,MEGAN S.A comparison of jump height,takeoff velocities,and blocking coverage in the swing and traditional volleyball blocking techniques.[J].J Sports Sci Med,2014,13(1):78-83.

The Mechanism Theories of Arms-swing in Vertical Jump

ZHAO Xi-tang

As everyone knows that arms-swing can effectively enhance the vertical jump performance.In order to explain this phenomenon,a number of theoretical hypothesis have been developed by many scholars both at home and abroad,many of them concentrating on force transfer theory,time extension theory,momentum increased theory,dragging theory and torque improvement theory.Those theories have explained how arms-swing increases vertical jump performance from different viewpoints,which have certain significance and value to understand the scientific mechanism of how arms-swing improves vertical jump performance.However,empirical tests reveal mixed results.Although no single hypothesis has received overwhelming empirical support,the usefulness of these theories in explaining the mechanism of arms-swing in vertical jump cannot be ignored,all of them can be learned to further promote the mechanism theory of how arms-swing improves vertical jump performance.

arms-swing;verticaljump;influencingmechanism;theoreticalhypothesis

1002-9826(2016)02-0115-07

10.16470/j.csst.201602017

2015-09-01；

2016-01-15

廣東省哲學社會科學“十二五”規劃項目(GD14TY01)；廣東省教育廳青年創新人才項目(2014WQNCX157)。

趙西堂(1980-)，男，河南蘭考人，副教授，博士，主要研究方向為體能訓練理論與方法，排球運動教學與訓練，E-mail：xitangzhao@163.com。

肇慶學院 體育與健康學院，廣東 肇慶 526061 Zhaoqing University,Zhaoqing 526061,China.

G808.1

A