高山滑雪中相關(guān)的生物力學(xué)問題

劉陽銘

摘 要：技術(shù)理論缺陷是制約我國高山滑雪運(yùn)動水平提高的主要因素。目前對高山滑雪的中文專著和學(xué)術(shù)研究較少，缺乏對該項目系統(tǒng)的研究。本研究運(yùn)用文獻(xiàn)資料法、實(shí)地研究法、類比法等，對高山滑雪這項體育運(yùn)動進(jìn)行運(yùn)動生物力學(xué)分析。通過理論研究和運(yùn)動實(shí)踐等方法，從運(yùn)動生物力學(xué)的角度出發(fā)，對高山滑雪回轉(zhuǎn)技術(shù)的基本坐標(biāo)系及滑手的肌肉發(fā)力情況進(jìn)行分析。探究了人體解剖學(xué)方位，描述了骨骼、關(guān)節(jié)和肌群是如何協(xié)調(diào)工作來完成滑行動作。重點(diǎn)闡述了踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)在滑行中的運(yùn)動模式和參與的運(yùn)動肌群。為進(jìn)一步研究滑行技術(shù)奠定了基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高山滑雪；生物力學(xué)

生物力學(xué)是人體運(yùn)動的科學(xué)。它結(jié)合了力學(xué)領(lǐng)域和解剖學(xué)。所有運(yùn)動都有相應(yīng)的技術(shù)特點(diǎn)。[1]滑手的骨骼結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)活動度，肌群力量以及結(jié)締組織全部對滑行動作有影響。了解作用在人體上的力以及引發(fā)的身體動作，有利于深入提高運(yùn)動技能。對于高山滑雪來說有效和高效的動作，使得滑手能夠以準(zhǔn)確的身體動作抵抗外力的作用完成滑行。在學(xué)習(xí)滑雪生物力學(xué)的過程中，你需要研究解剖學(xué)，以及與滑雪相關(guān)的力學(xué)問題，以確定滑手如何有效滑行。

有效滑行所要求的運(yùn)動平衡是骨骼強(qiáng)度和肌肉力量的共同結(jié)果。當(dāng)滑行者處于滑行基礎(chǔ)站姿并保持平衡時，肌肉會有一定張力，但主要的支撐來自于骨骼強(qiáng)度，骨骼各居其位，人體保持直立時的肌肉的主動用力最少。一旦變換姿勢，腿部、腹部、軀干和頸部的肌肉就需要參與活動，以保持身體的平衡，這時，僅靠骨骼強(qiáng)度是不夠的。

1 人體解剖學(xué)方位與相應(yīng)的滑行技術(shù)動作

滑手的運(yùn)動發(fā)生在三個假象的運(yùn)動平面：矢狀面，額狀面，水平面。[1]

矢狀面把身體分成左右兩部分。前后運(yùn)動發(fā)生在這個平面上。例如腳踝處屈曲完成向前移動，向雪板頭方向移動，或者將腳踝伸展完成向后坐的動作，矢狀面上的動作主要完成的是壓強(qiáng)在雪板上前后的控制。額狀面將身體分為前、后兩部分。橫向側(cè)移發(fā)生在這個平面。傾斜雪板的邊刃，側(cè)向移動，將體重從一側(cè)雪板移到另一側(cè)雪板，這是額狀面邊刃控制動作的例子。水平面將身體分為上下兩部分。旋轉(zhuǎn)動作發(fā)生在水平面。腿部與穩(wěn)定的上身對抗完成旋轉(zhuǎn)或在起跳后旋轉(zhuǎn)360°是水平面的旋轉(zhuǎn)控制動作的例子。

2 滑行中主要參與的運(yùn)動關(guān)節(jié)

2.1 踝關(guān)節(jié)

踝關(guān)節(jié)是連接脛骨和腓骨與足部的踝骨的鉸鏈關(guān)節(jié)。踝關(guān)節(jié)運(yùn)動對滑雪很關(guān)鍵，但它們的活動受到雪靴的限制。[2]優(yōu)秀的邊刃控制始于踝部，踝部的緊張對雪板抓地非常重要。踝部肌肉的積極參與對入彎時的換刃尤為重要。

背屈是指足部向上彎曲，向小腿脛骨。跖屈是指足部向下伸展，遠(yuǎn)離小腿脛骨。腳踝的力量對于保持一個正確滑行的姿態(tài)很重要，使得滑手能夠做出微妙的有效的邊刃控制和壓強(qiáng)的調(diào)整。小腿向腳移動，是一種更有效屈曲踝關(guān)節(jié)的方式，沒有把腳向上提到小腿那么累，對于重新找回重心的動作來說，這個動作可以使重心迅速回到前面。

內(nèi)旋和外旋用于描述腳的姿態(tài)，內(nèi)旋的動作包含了踝關(guān)節(jié)背屈，以及足部的外翻和外展。即足底外翻面向身體外側(cè)面。外旋動作包含了踝關(guān)節(jié)跖屈，以及足部的內(nèi)翻和內(nèi)收。即足底內(nèi)翻面向身體中線。

距下關(guān)節(jié)在踝關(guān)節(jié)以下，在距骨和跟骨之間是一個滑動關(guān)節(jié)。在這里足部發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如外翻和內(nèi)翻。外翻足底外轉(zhuǎn)向身體側(cè)面，它兼有橫向旋轉(zhuǎn)外張也有內(nèi)旋動作。例如傾斜外側(cè)板的外刃。內(nèi)翻足底內(nèi)轉(zhuǎn)向身體正中，它兼有橫向旋轉(zhuǎn)內(nèi)收也有外旋動作。例如傾斜內(nèi)側(cè)板的外刃。

2.2 膝關(guān)節(jié)

膝關(guān)節(jié)是身體最復(fù)雜的關(guān)節(jié)，支撐著身體的幾乎所有體重。[3]它將股骨與脛骨和髕骨連接起來。膝關(guān)節(jié)是一個改進(jìn)的鉸鏈關(guān)節(jié)，可以讓腿彎曲，伸直，并且可以輕微旋轉(zhuǎn)。雖然膝關(guān)節(jié)主要是鉸鏈關(guān)節(jié)，但當(dāng)膝關(guān)節(jié)彎曲時，旋轉(zhuǎn)就會發(fā)生。當(dāng)膝關(guān)節(jié)彎曲90度時，旋轉(zhuǎn)的程度增加，最大的內(nèi)旋和外旋大約是25度。膝關(guān)節(jié)屈曲與骨盆或股骨旋轉(zhuǎn)相結(jié)合，使小腿傾斜并輔助完成反弓。

2.3 髖關(guān)節(jié)

髖關(guān)節(jié)是一個球窩關(guān)節(jié)，由骨盆的側(cè)面和股骨頭組成。股骨在髖關(guān)節(jié)的三個平面的運(yùn)動，類似于操縱桿。從技術(shù)上講，包括股骨在髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)、外展、內(nèi)收、屈曲和伸展。髖關(guān)節(jié)的活動范圍在滑行中扮演了重要的角色。它帶動腿部旋轉(zhuǎn)和雪板的轉(zhuǎn)動。它同時帶動腿部屈曲和伸展來管理壓強(qiáng)。它還帶動腿部側(cè)向移動，通過外移腿部或骨盆側(cè)移。腿在髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，內(nèi)收，外展，結(jié)合著膝關(guān)節(jié)屈曲，使得膝關(guān)節(jié)朝向彎的內(nèi)測傾斜。

3 滑行中主要參與的運(yùn)動肌群

肌群是一群軟組織纖維，可以收縮和放松，以穩(wěn)定或移動關(guān)節(jié)。他們協(xié)調(diào)工作通過控制力的大小來調(diào)整動作。肌群通過三種張力來移動關(guān)節(jié)：向心收縮，離心收縮，等長收縮。[4]

離心收縮可以作為一種制動力量來減慢或平穩(wěn)動作。例如貓?zhí)袝r通過屈膝和屈髖來吸收不平整地帶的雪包。四頭肌和臀肌的離心收縮，以減緩滑手的屈曲，并以一種可控的方式吸收不平整地帶的雪包。隨著張力增加，肌群纖維逐漸被拉長。等長收縮，肌群長度不變，所以等長收縮不會改變肌群的長度。例如滑手在卡賓彎弧的頂點(diǎn)處，提高股四頭肌和臀肌的發(fā)力以抵抗此處增強(qiáng)的反作用力。滑手通過增加股四頭肌和臀部肌群的張力來維持膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)外側(cè)的伸展。等長收縮的核心是在滑行時保持穩(wěn)定的上半身。由于轉(zhuǎn)彎、地形變化和增加發(fā)力會影響脊柱的穩(wěn)定性。核心收緊可以穩(wěn)定脊柱和骨盆。為了保持這種強(qiáng)度和穩(wěn)定性，滑手必須增加核心肌群的等長收縮張力控制。

小腿的肌群控制著足和腳踝的運(yùn)動。因為腳踝與滑雪鞋有直接的接觸，雪鞋是將力傳遞給雪板的杠桿。腳踝的運(yùn)動對于滑行時的前/后調(diào)整是至關(guān)重要的。小腿肌群對于維持運(yùn)動站姿和膝關(guān)節(jié)屈曲也有相應(yīng)的作用。大腿肌群的主要功能是在膝關(guān)節(jié)處屈曲和伸展。膝關(guān)節(jié)對各方面的壓強(qiáng)控制都至關(guān)重要：橫向和前/后運(yùn)動，以及滑行整體用力的大小。在股骨側(cè)防止脛骨向前折曲。骨盆周圍的肌群可以控制髖關(guān)節(jié)，在肌群活動和運(yùn)動范圍的復(fù)雜關(guān)系中，髖關(guān)節(jié)會向各個方向運(yùn)動。保持滑手CM與外板內(nèi)刃在一條直線上。在大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)滑行動作中，腿部的旋轉(zhuǎn)和傾斜是在上半身穩(wěn)定的條件下。軀干肌群通常被稱作核心肌群。它們在穩(wěn)定和控制上半身動作中起著重要的作用，因此在維持平衡中起著至關(guān)重要的作用。

4 總結(jié)

滑雪發(fā)生在一個多變的、光滑的雪道上，一氣呵成多種動作。即使兩個人穿著完全相同的雪鞋和雪板，他們的滑行姿態(tài)可能會截然不同。拋開經(jīng)驗不談，生物力學(xué)結(jié)構(gòu)對動作表現(xiàn)很重要。找出發(fā)揮重要作用的骨骼、關(guān)節(jié)和肌群，了解身體是如何借助他們運(yùn)動，能幫助你做出有效的滑行動作選擇。了解這些知識，將會更好的幫助你獲得想要的滑行姿態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1]John Howe.Skiing Mechanics[M].Poudre Press，1983.

[2]PSIA.Alpine Technical Manual [M].Professional Ski Instructors of America ，2015.

[3] Ron LeMaster.Ultimate Skiing[M].Human Kinetics Publishers，2009.

[4]Vagners， J. 1995. A Ski instructor s Guide to the Physics and Biomechanics of Skiing[M]. Englewood， CO： Professional Ski Instructors of America.2015.