足部關節動作對短跑技術動作的影響
——足底滾動式短跑技術的探索研究

唐 翠，王敏堅

足部關節動作對短跑技術動作的影響
——足底滾動式短跑技術的探索研究

唐 翠1，王敏堅2

研究目的：通過對足部關節技術動作的改變,提高運動員在短跑過程中自身能量的利用率。研究方法：本文通過文獻資料發對短跑技術的相關技術構成因素進行了梳理；運用測量法對新技術足底壓力情況進行了分析。通過訪談法，對新技術的提出提供了可行性依據；最后通過實踐法將足底滾動式的短跑技術與傳統的拔地蹬伸技術式進行了簡單的比較。研究結果：足底滾動式短跑技術有效的減少了跑動中人體重心“H”的起伏，將更多的動能作用到髖關節，加大了其活動幅度，同是加長了運動員在短跑過程中的加速段的距離。 關鍵詞：短跑；關節動作；足底滾動技術 Abstract: Research aims: through the foot joint technical action changes to improve the energy utilization of athletes in the sprint process. Methods: In this paper, the related technical factors of sprinting technique are combed by the literature and the foot pressure condition of the new technique is analyzed by the measurement method. Through the interview method, the feasibility of the proposed new technology provides a basis for feasibility. Finally, a simple comparison is made between plantar rolling techniques and the traditional way by using practical methods. The results shows that the plantar rolling technique can effectively reduce the fluctuation of human’s center of gravity "H", increase the kinetic energy to the hip joint, and increase the range of its activity. It also prolongs the distance of acceleration phase in dash. Key words: Sprint, joint motion, plantar rolling technique

1 前言

田徑被譽為運動之母，而短跑則是田徑比賽的靈魂。歷屆世錦賽和奧運會的田徑比賽中的百米飛人大戰都會吸引全世界的目光。技術動作的不斷創新使短跑技術日益符合人體的運動的規律和項目本身的要求，因此人類極限不斷地被提高，傳統的觀念不斷地被打破。肌肉工作的經濟性屬于運動感覺的重要特性，而肌肉工作能量消耗的減少在高水平競技體育中意義重大。現代的短跑技術中提倡動作的經濟性、實效性，我們勢必要對傳統的技術做出改變。本文通過對資料的搜集、對專家的走訪、和訓練的實踐，從短跑技術中足部關節動作入手，運用機械能的反彈性原理結合項目核心力量、人體動力傳導理念,探討足部關節動作對短跑技術的影響,探索研究足底滾動式短跑技術。以提高對小關節動作對整體技術影響的認識,加強對項目的技術分析與研究。優化運動員在運動過程中的動力鏈傳導方式以及能量的分配。

2 研究對象和方法

2.1 研究對象

短跑技術中的足部關節動作、足底滾動式短跑技術

2.2 研究方法

2.2.1 文獻資料法

本文通過國家圖書館、首都體育學院圖書館、中國知網等數據庫查閱了有關人體運動學、運動生物力學等方面的文獻，通過對資料的梳理為本文提供了理論依據。

2.2.2 測量法

根據論文需要，利用訓練便利機會，選定體校學生6人為測試對象。比利時 Footscan 足底壓力平板(如圖一)，對運動員短跑途中跑的足底壓力進行測量。

圖一 足底壓力平板測試系統

測量步驟：

(1)將足底壓力測試系統放在運動員圖中跑的路線上。

(2)運動員穿著平底鞋分別采用傳統短跑技術以及足底滾動式短跑技術跑過。

(3)數據采集與分析，采用配套軟件 footscan SOFTWARE7.0 采集部分足底壓力所占整個支撐時間的百分比。

2.2.3 訪談法

通過對有多年訓練經驗的教師、教練的走訪為本文的可行性提供了保障。

2.2.4 邏輯分析法

對所得數據結合實際的動作特征進行合理的分析。

3 結果與分析

3.1 短跑技術發展與分析

眾所周知步長、步頻決定了跑的速度，在一個步長周期中可分為支撐(L1、L3)與騰空(L2)兩個分量組成，(如圖二所示)跑動的速度取決于整個步長周期中的動作質量以及動作速度。傳統意義上的跑強調踝關節的趴地動作，利用前腳掌與地面的作用力以及踝關節的蹬伸來獲得人體重心一部分向前的作用力,但是足部蹬伸在提高動作幅度的同時，降低了動作節奏，產生了一定的重心起伏(H)，在過渡的蹬伸,以及過快的交替擺動的同時也對運動員的骨骺肌群提出了更高的要求。

圖二 一個步長周期示意圖

上個世紀60年代末、70年代初，短炮技術發展強調快速的動作速度，以縮短支撐時間來減少騰空,從而減少重心(H)的起伏，于是出現了“屈蹬式”技術，即在跑的后蹬階段，支撐腿下肢三關節，特別是膝關節不充分伸直(膝角約155°)的后蹬技術。這種技術有效的減少了重心(H)的起伏，但是膝關節沒有伸直，限制了股直肌、髂腰肌的活動長度，以至于限制了髖

關節在跑動過程中的活動能力。步頻雖然加快，但是動作的向前性大打折扣。由于人體動力鏈傳導的機制，為求在跑動中重心平穩向前,需要消耗能量來進行對軀干的所產生的晃動進行控制。于是我們發現部分運動員的起跑反應非常快,在加速階段(前30m左右)處在領先位置，但是50m過后動作會變的僵化導致了速度的損失。究其原因，是因為我們在周期性的動作技術中身體各個部分同是消耗的能量都很大，在高速的動作速度下沒有很好的能量分配、儲備。

最經濟性的短跑技術是：60%來自于運動員身體的機械能反彈，僅40%是通過肌群的主動收縮來實現的。我們應將更多的能量分配給髖關節、軀干等項目的身體核心部位，優化我們的能量分配。而足部則是是我們與地面接觸最緊密的部位，也是人體動力鏈傳導的源頭之一，通過對跑動中足部動作的改變可以更好的提高動能傳導的效率，減少技術中能量的消耗。

3.2 短跑技術中的動力傳導

動力鏈是某個動作發力過程中肌肉的發力順序。人體在運動過程中,通過關節、肌肉所實現的能量傳導方式。在運動中人體的踝、膝、髖、腰、肩等關節的角度是否合理，一定程度上決定了動力鏈傳導的效果。在短跑中，足部作為與地面接觸的唯一部位，起到了非常重要的作用，被視為外界能量的源頭。在短跑過程中我們不僅是用腿跑，還要用軀干跑，用上肢跑，我們需要遵循“1+1+1≥3”的原則(即傳導能力和聚合能力)。通過腰部向心形式的管型收縮實現對軀干、重心的穩定控制，通過足部與地面的反作用力以及髖關節的帶動實現向前的動能，通過上肢的擺動來控制步幅和節奏。

3.3 髖關節的運動學參數

髖關節是球窩關節，股骨頭和髖臼具有各個方向的活動能力。其青年男子髖關節活動角度范圍如表1所示。

表1 青年男子髖關節活動角度范圍 單位：(°)

*參考自現代運動生物力學[M].P-363人體主要關節運動參數

髖關節作為單一關節的活動能力(髖關節靈活性)直接影響運動能力。對周邊的韌帶和肌肉力量的加強也能增加髖關節的活動能力。我們在表1中可以發現，髖關節向前屈和向后伸展的幅度在強迫運動下都可以有一定程度的提高，所以把髖關節的靈活性作為短跑技術向前性的重點。

3.4 足底滾動式技術中足部的解剖學意義

在短跑的訓練、比賽中我們很難去觀察運動員在其跑動過程中足部小關節的細微動作。足部作為在跑動中與地面接觸的唯一身體部位，以及人體在跑動中動力鏈條傳導的開始，其意義顯得尤為重大。足部骨骼的結構相互之間的銜接十分緊密，所形成的足弓在穩定性方面所起作用很大。關節囊以及韌帶的加固以及肌肉收縮所產生的動力作用，均使足部結構非常穩定。跖趾關節由跖骨頭與第一節趾骨底借關節囊連結而成, 屬球窩關節。從關節面的骨性結構而言, 它可圍繞三個軸進行運動, 但由于這些關節沒有回旋肌肉的配布, 所以僅能完成屈伸, 內收外展運動以及局部的環轉運動。

我們發現當我們把腳趾即跖趾關節(圖三)背屈(向上勾緊)，這是由于踇長屈肌腱和趾長屈肌腱的收縮使得踝關節與跖趾關節產生了多關節肌的被動不足的關系，使得整個踝關節活動受限(不容易進行伸、屈等動作)，小腿三頭肌中的腓腸肌和比目魚肌分別起于股骨內上髁、外上髁和脛骨和腓骨后面上部，而止點都終于跟結節。

圖三 足部示意圖

當跖趾關節背屈勾緊，小腿三頭肌收縮，足底則會形成一個半球狀。如圖二所示。我們在跑動中運用，足底所形成的半球狀向前滾動，以取代踝關節的蹬伸，即足底滾動式技術。

3.5 足底滾動式短跑技術的操作

在足底滾動式的短跑技術中我們強調足部的細微動作，通過細微動作的改變，以優化人體運動中動力鏈的傳導方式。我們很容易想象到一個充氣飽滿的皮球會比一個泄了氣的皮球在平地上更容易向前滾動且少會有起伏。在經濟性的短跑技術中通過跖趾關節背屈所形成的半球狀骨關節的滾動(圖四)；同時支撐瞬間膝關節盡量伸直，免去了傳統技術中小腿蹬伸的技術環節，將與地面接觸所獲得的反作用力越過踝關節和膝關節直接作用于髖關節，減少小腿肌群收縮的張力，在蹬離地面的階段，通過骨骺肌群以及臀大肌的收縮使髖關節前移，將更多的能量給予其他髖關節以及軀干。

圖四 骨關節滾動示意圖

將小腿三頭肌的收縮形式固定，足底的彈性通過其機械能的反彈和足弓、跟腱以及跑鞋前掌的彈性來實現。

3.6 足底滾動式技術的現實依據

運用跖趾關節背屈所形成的半球狀骨關節的滾動技術，我們通過跟腱、足弓、和跑鞋前掌形成一個弓形的機械能彈性反射區域。南非著名的殘疾人運動員被譽為“刀鋒戰士”的皮斯托瑞斯的假肢形狀就如同現代短跑技術中的足底滾動的機械的反彈性原理。如圖五所示。

圖五 皮斯托瑞斯假肢運動示意圖

皮斯托瑞斯的假肢是有高性能的碳纖維合成材料制成的，由50～80層碳纖維構成(相當于人的踝關節)，不到4公斤重，當皮斯托瑞斯奔跑時，假肢的著地部位形狀為半弧形，為了更適合于跑步，“腳掌”還添了一個耐克跑鞋的鞋底。運用價值材料的機械反彈，在運動過程中皮斯托瑞斯更多的將體內的能量用在髖部擺動以及腰背部的控制上。但是由于假肢與身體的連接點需要固定，在動力鏈的傳導過程中必定會出現能量的損失，所以配備有高性能假肢的皮斯托瑞斯的動作還是和常人有差別。

我們在高速的運動過程中也應盡量減少小腿及腳踝的動作，利用足底關節滾動以及身體機械能的反彈，將更多的能量用到項目的身體核心區域，產生向前的動能，避免因過多的腳下動作而導致動力傳導的復雜環節產生的部分動作僵化，造成的速度的損失。

3.7 足底滾動式短跑技術與傳統短跑技術的足底壓力分析比較

3.7.1 足底壓力示意圖

在足底壓力測試系統中將足底分為10個區域。(圖6)

1區為第一腳趾，2區為2-5腳趾，3區為第一跖骨，4區為第二跖骨，5區為第三跖骨，6區為第四跖骨，7區為第五跖骨，8區為足弓，9區為足后跟內側，10區為足后跟外側。

3.7.2 兩種技術足底各區域壓力對比

我們將實驗對象的數據的有效性進行了篩選，通過統計得出了各區域壓力的平均值。(圖七、八)由于短跑途中跑技術足跟很少著地，所以我們沒有將區域9、區域10統計在內。

圖六 足底壓力分布圖

圖七 傳統技術各區域壓力平均值對比(單位：牛頓)

圖八 足底滾動式技術各區域壓力平均值對比(單位：牛頓)

通過數據圖顯示我們發現傳動的技術足底壓力主要集中在前腳掌的區域內，在區域1和區域2中出現峰值，說明其存在蹬伸動作。足底滾動式技術在足底壓力的區域主要集中在3區、4區，即跖趾關節的部位。

3.7.3 運用足底滾動式技術的的反饋

我們通過數據的分析，以及運動員的反饋我們了解到：使用傳統短跑技術在100m的前程加速能力顯著，但是后程階段(后40m)的加速能力幾乎沒有，更多的消耗是控制重心以及保持速度；而采用經濟性短跑技術由于足下免去了蹬伸動作，純靠髖關節的前后擺動以及軀干的向心收縮來維持，在100m起跑階段加速的能力收到了限制，但是途中的加可以持續到75m左右。

可見通過對足部關節動作的改變可以對短跑技術產生影響，足底滾動式技術對踝關節的穩定性、髖關節的靈活性以及軀干的穩定性提出了很高的要求。目前這種技術正處在萌芽階段，其理論基礎和應用開發仍在探索、證明之中。

4 結論與建議

4.1 結論

足底滾動式短跑技術將腳部的用力點集中在跖趾關節,通過腳部關節的動

作變化將傳統的主動用力方式轉換成了機械式滾動,從而可以有效的減少了跑動中人體重心“H”的起伏，將更多的動能作用到髖關節，加大了其活動幅度，優化了人體動力鏈的傳導效率以及短跑過程中能量的分配，同是加長了運動員在短跑過程中的加速段的距離。

4.2 建議

提高對關鍵部位小關節動作對整體技術影響的認識,重視對項目的技術分析，促進相關研究的開展。在短跑的訓練、教學中可嘗試運用足底滾動式短跑技術。

[1] 李鐵錄.田徑周期性運動項目動作幅度和動作頻率訓練研究[A].馮樹勇.田徑運動科學研究[C]北京，2013.

[2] 戴紅.人體運動學[M].北京：人民衛生出版社，2008,6.

[3] 鄭秀媛.現代運動生物力學(第2版)[M].北京：國防工業出版社，2007,4.

[4] 胡聲宇.運動解剖學[M].北京：人民教育出版社.

[5] 謝幼學.足部解剖結構與運動的探討[J].山西師范大學體育學院學報，1994,(1).

[6] Weidner,Dickwach.Characteristics of long jump Technique[J].The Jumps,1994.

[7] lord M.foot pressurement A review of methodology[J].J biomed.Eng，1981，(3):91.

[8] Bruggemann etc.Biomechanical analysis of the jumping event[J].IAAF Biomechanical research final report,1998.

[8] 李佳.跳遠助跑最后一步和起跳的足底壓力及運動學分析 [D].河北師范大學,2008,11.

The Influence of Foot-joint Movement on Sprint Skill——Research on Plantar Rolling Dash Technique

Tang Cui1, Wang Minjian2

唐翠(1988-)，女，浙江湖州人，助教，碩士，研究方向：體育教學、體育產業研究。

1.嘉興職業技術學院 社科部體軍藝部，浙江 嘉興 314000 Jiaxing Vocational Technical College, Jiaxing 314000, Zhejiang, China. 2.嘉興職業技術學院人事處，浙江 嘉興 314000

G804

A

1005-0256(2017)02-0141-4

10.3969/ j.issn.1005-0256.2017.02.062