不同運動類型運動員雙任務下的靜態平衡能力

趙敏敏，朱文斐，王兵旗，孫方君，李運峰，趙成雷，趙晨曦，王 琳，張龍海，郭嘉瑋

（陜西師范大學 體育學院，陜西 西安 710100）

1 研究背景

平衡能力是指在任何姿勢或活動中保持、調整或恢復平衡狀態的能力［1］，是日常生活的基礎，是安全完成身體各部分或整個身體位移的運動前提，也是基本運動技能之一。人體維持平衡能力的機制非常復雜，在生理學方面，人體平衡能力主要依賴于視覺、前庭器官、本體感受系統的信息輸入和神經中樞對其信息的整合與對運動效應器的控制［2］。人體多種姿勢中最為基礎的狀態則為雙腳站立姿勢，有效的姿勢穩定性依賴于各種感受器的快速連續的傳達以及反饋后執行協調而又平穩的神經肌肉動作，同時反映了身體對來自視覺、本體感覺和前庭器官等各方面刺激的協調能力。平衡能力是評價人體運動機能及健康水平的身體素質重要指標之一。

根據技能特征與環境的相互作用，運動技能可以分為開放式運動技能和閉鎖式運動技能［3］。其中，開放式運動技能［4］是完成動作時隨外界環境的改變而改變的運動技能，在動作結構上表現出多樣性或非周期性特征，完成動作的反饋信息由多種分析器參與工作，并綜合反饋信息；閉鎖式運動技能［4］是完成動作時基本上不因外界環境的變化而改變自己的動作，在動作結構上多屬周期性重復動作，完成動作的反饋信息只來自本體感受器，如田徑、游泳等項目多屬于閉鎖式運動技能。

前人在探究運動技能與平衡能力的關系時，主要是采用橫向比較不同運動項目的運動員的平衡能力或同項目不同競技水平運動員的平衡能力［5-9］。然而，雙重任務對運動技能與平衡能力的影響尚不明確，雙重任務對專業體育人群的影響仍有待進一步研究。

本研究通過采用單任務和雙重任務操作模式對不同運動技能（開放式運動技能和閉鎖式運動技能）體育運動員進行靜態平衡能力測試，比較不同運動技能類型體育運動員靜態平衡能力，探究視覺和認知任務對不同運動技能類型體育運動員靜態平衡能力的影響，旨在了解不同運動技能類型的特征、更好地指導運動訓練、有效改善不同類型運動員靜態平衡能力。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

本研究選取67名陜西師范大學體育學院高水平運動員參加本次測試，并按其訓練項目分為開放式運動技能組、閉鎖式運動技能組?？傆?3名開放式技能測試者（女=17，男=16）和34名閉鎖式技能測試者（女=17，男=17）。受試者在自愿情況下接受測試并簽訂《知情同意書》。受試者基本情況見表1。

表1 研究對象基本信息表（n=67）

納入標準：從事訓練年限4年以上且均獲得國家二級及以上運動員證書；保持正常技能水平階段；受試者身體狀況良好，近半年無下肢損傷，參加本次實驗之前24h內無劇烈運動。

2.2 研究方法

2.2.1 實驗器材

靜態平衡測試儀器采用三維測力臺（Kistler-9287CA，瑞士）和MARS平衡分析軟件。靜態平衡實驗測試時間設置為20s、測試次數為3次、休息時間15s。

2.2.2 實驗步驟

本實驗重點采用“計算—平衡”雙重任務模型。所有項目受試者依次完成靜態平衡測試環節。受試者在雙腳開立、雙手叉腰的姿勢下維持靜態平衡的同時計算四位數整除以一位數的心算題，計算過程要求為默算。所有項目受試者以雙腳開立與肩同寬、腰腹挺直、雙手叉腰的姿勢下在睜眼（Eyes Open，EO）或閉眼（Eyes Closed，EC）并處于單任務（Single Task，ST）或雙重任務狀態（Dual Task，DT）下姿勢的靜態平衡能力。所有人每種狀態下進行3次測試，每次測試時間為20s，次間休息15s，組次間隔30s。所采集各指數的大小可以評估受試者的姿勢穩定性，指數數值越大說明受試者的平衡能力越不穩定，數值越小說明受試者的穩定性越高。為確保實驗測試數據的準確性，測試環境選定在陜西師范大學體育學院運動生物力學實驗室所進行，為減少外界環境因素的干擾，要求室內安靜、無走動、光線均勻，所有無關人員離開測試場地。測試狀態：

1）狀態1：睜眼狀態下不加計算任務（EO+ST）；

2）狀態2：睜眼狀態下增加計算任務（EO+DT）；

3）狀態3：閉眼狀態下不加計算任務（EC+ST）；

4）狀態4：閉眼狀態下增加計算任務（EC+DT）；

2.2.3 靜態測試指標

規定Kistler-9287CA測力臺的X軸即左右方向（M/L）平行于額狀面方向，Y軸即前后方向（A/P）為垂直于額狀面方向，原點為測力臺中心點。選取軌跡移動面積指標反映身體重心移動情況，值越小表示個體穩定性越高。

主要包括：

1）軌跡移動面積指標：總移動面積［sway area-total（mm2），SA-T］；前后移動面積［sway area-A-P（mm*s），SA-AP］；左右移動面積［sway area-M-L（mm*s），SA-ML］。

2）軌跡移動速度指標：①總移動速度［sway V-total（mm/s），SV-T］、②前后移動速度［sway V-A-P（mm/s），SV-AP］、③左右移動速度［sway V-M-L（mm/s），SV-ML］。

2.2.4 統計方法

本研究采用Excel數據統計軟件對實驗相關數據進行統計，采用SPSS 25.0統計軟件對數據進行對比分析，實驗分析結果均以平均值加減標準差（M±SD）表示。各組間對比采用獨立樣本T檢驗，同組自身狀態間對比采用配對樣本T檢驗分析。其中p＜0.05表示具有顯著性差異。

3 研究結果

3.1 不同運動類型運動員在雙重任務條件下的擺動面積的差異

3.1.1 不同運動類型男運動員差異

通過表2對比不同運動技能類型男運動員在4種狀態下靜態平衡能力的擺動面積，研究發現，在睜眼條件下，閉鎖式運動技能男運動員的3個擺動面積指標在有計算狀態下的SA-T，SA-AP，SA-ML均小于無計算狀態（p＜0.05），而在閉眼條件下并未發現不同種任務之間平衡能力的差異；在睜眼條件下，開放式運動技能男運動員的SA-T在有計算狀態下小于無計算狀態（p＜0.05）；在閉眼條件下，開放式運動技能男運動員的SA-T，SA-AP在有計算狀態下小于無計算狀態（p＜0.05）；對比無計算狀態下靜態平衡能力的擺動面積，研究發現開放式運動技能男運動員睜眼與閉眼的SA-T存在統計學差異（p＜0.05），睜眼條件下的SA-T小于閉眼條件；對比有計算狀態下靜態平衡能力的擺動面積，研究發現閉鎖式運動技能男運動員睜眼與閉眼的SA-T和SA-AP存在統計學差異（p＜0.05），睜眼條件下的SA-T和SA-AP小于閉眼條件。通過圖1對比不同運動技能類型運動員在4種狀態下靜態平衡能力的擺動面積，本研究發現睜眼無計算狀態下，開放式運動技能男運動員的SA-T小于閉鎖式運動技能（p＜0.05）；閉眼有計算狀態下，開放式運動技能男運動員的SA-T小于閉鎖式運動技能（p＜0.05）。

表2 男性運動員在雙重任務下靜態平衡指標中擺動面積差異性（n=33）

圖1 男性運動員在雙重任務下靜態平衡指標中擺動面積差異性

3.1.2 不同運動類型女運動員差異

通過表3對比不同運動技能女運動員在4種狀態下靜態平衡能力的擺動面積，本研究發現睜眼條件下，開放式運動技能女運動員的SA-T在有計算狀態下小于無計算狀態（p＜0.05）；閉眼條件下，開放式運動技能女運動員的SA-T和SAML在有計算狀態下小于無計算狀態（p＜0.05）；閉眼條件下，閉鎖式運動技能女運動員的SA-AP在有計算狀態下小于無計算狀態（p＜0.05）。對比無計算狀態下靜態平衡能力的擺動面積，本研究發現閉鎖式運動技能女運動員的SA-T存在統計學差異（p＜0.05），睜眼條件下的SA-T小于閉眼條件。

表3 女性運動員在雙重任務下靜態平衡指標中擺動面積差異性表（n=34）

圖2 女性運動員在雙重任務下靜態平衡指標中擺動面積差異性

3.2 不同運動類型運動員在雙重任務條件下的擺動速度的差異

3.2.1 不同運動類型男運動員差異

通過表4對比不同運動技能類型男運動員在4種狀態下靜態平衡能力的擺動速度指標的變化，發現不同運動技能類型男運動員都在閉眼條件下執行心算題雙重任務的平衡能力與單項任務的平衡能力的差異在3個擺動速度指標中均存在統計學差異（p＜0.05），表現為閉眼狀態下進行計算任務后會降低擺動速度，而睜眼條件下開放式運動技能男運動員在不同種姿勢的平衡能力卻均不具有顯著性差異。閉鎖式運動技能男運動員在睜眼條件下不同種姿勢的平衡能力的差異卻在“總體擺動速度”和“左右側擺動速度”指標中存在統計學差異（p＜0.05），表現為睜眼時有計算任務相比無計算任務擺動速度會降低。對比無認知任務條件下睜眼與閉眼的平衡能力，發現不同運動技能類型男運動員的靜態平衡能力都僅在“總體擺動速度”和“左右側擺動速度”指標中存在統計學差異（p＜0.05），表現為睜眼相比閉眼狀態姿勢擺動速度較低；對比心算題雙重任務條件下睜眼與閉眼的平衡能力時，發現閉鎖式運動技能男運動員的靜態平衡能力在“總體擺動速度”和“左右側擺動速度”指標中存在統計學差異（p＜0.05），而開放式運動技能男運動員的靜態平衡能力僅在“左右側擺動面積”指標中存在統計學差異（p＜0.05），表現為睜眼計算相比閉眼計算任務下姿勢的擺動速度會降低。在重心擺動速度指標中可看出閉眼對不同運動技能類型男運動員的平衡都造成影響；此外心算題雙重任務僅影響開放式運動技能男運動員閉眼條件下的平衡能力，但均影響閉鎖式運動技能男運動員睜眼和閉眼的平衡能力。

表4 男性運動員在雙重任務下靜態平衡指標中擺動速度差異性（n=33）

比較不同運動技能類型男運動員4種狀態下在擺動速度各方向上的差異性（圖3），發現不同運動技能類型男運動員在單任務睜眼狀態下的平衡能力的差異性均在3個擺動速度指標中存在統計學差異（p＜0.05）；另外在左右側擺動速度指標內同樣發現不同者在雙重任務狀態下睜眼時靜態平衡能力存在顯著性差異（p＜0.05）。表中顯著性均表現為同種條件下開放式運動技能男運動員的擺動速度都小于閉鎖式運動技能男運動員。

圖3 男性運動員在雙重任務下靜態平衡指標中擺動速度差異性

3.2.2 不同運動類型女運動員差異

通過表5對比不同運動技能女運動員在4種狀態下靜態平衡能力的擺動速度指標的變化，發現開放式運動技能女運動員無論是睜眼還是閉眼條件下執行心算題雙重任務的平衡能力與單項任務的平衡能力在3個擺動速度指標中均存在統計學差異（p＜0.05），表現為有計算相比無計算時姿勢的擺動速度降低；而閉鎖式運動技能女運動員在睜眼條件下執行心算題雙重任務的平衡能力與單項任務的平衡能力的差異在3個擺動速度指標中均不存在統計學差異，在閉眼條件下不同種姿勢的平衡能力僅在“前后側擺動速度”指標中具有顯著性差異（p＜0.05），表現為閉眼條件下有計算相比無計算能明顯降低左右側擺動速度。對比無認知任務條件下睜眼與閉眼的平衡能力，發現閉鎖式運動技能女運動員不同種姿勢的平衡能力在3個擺動速度指標中均存在統計學差異（p＜0.05），而開放式運動技能女運動員不同種姿勢的平衡能力僅在“總體擺動速度”和“左右側擺動速度”指標中存在統計學差異（p＜0.05），表現出閉眼相比睜眼其擺動速度會增快。對比心算題雙重任務條件下睜眼與閉眼的平衡能力時，發現不同運動技能類型女運動員的靜態平衡能力都僅在“總體擺動速度”和“左右側擺動速度”指標中存在統計學差異（p＜0.05），表現出睜眼計算相比閉眼計算會降低總體及左右側擺動速度。在重心擺動路徑指標中可看出閉眼時平衡數據大多高于睜眼時平衡數據，說明不同運動類型女運動員的平衡能力都依賴于視覺的支持；此外心算題雙重任務明顯提高開放式運動技能女運動員的睜眼和閉眼條件下的平衡能力。比較不同運動技能類型女運動員4種狀態下在擺動速度各方向上的差異性（圖4），發現不同運動技能類型女運動員在3個擺動速度指標均未發現同一姿勢狀態下靜態平衡能力存在顯著性差異。

表5 女性大學生在雙重任務下靜態平衡指標中擺動速度差異性（n=34）

圖4 女性大學生在雙重任務下靜態平衡指標中擺動速度差異性

4 討論

本實驗的研究表明，開放式運動技能類型運動員的平衡能力優于閉鎖式運動技能類型運動員。與前人研究結果相似［10］，表明開放式運動技能的運動員相對于閉鎖式運動技能的運動員，在視覺注意力、認知處理和姿勢控制上可能更具靈活性［11］。產生的差異性的原因可能與運動環境有關，可能由于外界環境的變化刺激運動員平衡能力轉化為自動控制階段。與此同時尹彥等人根據不同專項運動員靜態平衡能力的比較研究中［12］發現排球項目運動員在站立時調整身體姿勢以維持身體平衡能力較強，而武術套路運動員一段時間內持續平衡效果較好，這與專項特點有關。相比于閉鎖式運動技能，開放式運動技能受到的影響因素更多，在開放式運動技能中平衡能力的維持往往是在多重任務的影響下進行的。

與單任務相比，雙重任務條件下運動員的靜態平衡COP擺動面積減小，與前人的研究成果相符［13］，即雙重任務條件下可促進運動員姿勢的穩定性。有研究認為，雙重任務條件下姿勢改善產生的原因可能與姿勢自動化有關，即執行認知任務時產生的負荷可有效地消除由自動控制姿勢引起的注意力，從而促進了自動姿勢控制過程的出現［14］。Sarto等人的研究結果強調［15］，任務條件（即單任務或雙任務）對姿勢平衡表現的影響大于所從事的運動類型，無論是哪種運動技能類型的運動員進行專門的雙任務訓練是很有必要的。Gabbett等人對橄欖球運動員采用雙任務方法進行技能評估和發展的研究中［16］提出雙任務訓練似乎比單任務訓練效果更好。還有部分研究與本實驗結果相反，即直立站立下執行認知任務會使靜態平衡能力下降。例如，Lee［17］等人調查14名健康的年輕人執行減3計算認知任務時對靜態平衡的影響發現，執行認知任務時COP速度、面積均大于沒有認知任務時COP的指標。根據有限容量理論［18］和注意力分配原則［19］所知，執行認知任務與維持直立姿勢時二者受到干擾是注意力資源，所以在進行雙重任務時會因注意力資源減少而增大姿勢擺動。與上述Lee等人結果相反，產生差異的原因可能是認知任務選擇上的不同，專業運動員與非專業運動員靜態平衡能力的影響機制不同，具體內在的機制還需進一步研究。

從平衡特征上來看，與單任務狀態相比，執行心算認知任務時的專業運動員姿勢擺動的擺動速度變慢、移動面積減小，使其擺動趨于集中，從而達到提高靜態平衡姿勢的穩定性。Hai-Jiang［20］在探究健康青少年在認知任務（減法心算任務）作用下直立姿勢穩定性的變化時，同樣發現，在執行認知任務時身體直立姿勢搖擺的速度值均顯著低于未執行任務時的速度值。也就是說，認知任務可促使身體直立姿勢的擺動集中在一個較小的范圍內做較慢速度的移動。這種動搖特征可能與肌肉的緊張度增高、關節的靈活性下降等有關［21-22］。但Borzucka［23］研究頂級男子排球運動員與非運動員在靜態姿勢控制方面的差異中表明在優秀運動員中，COP范圍的減小是姿態控制的一個肯定的積極方面，但并不是單獨發生的，而是與COP頻率和速度的增加有關，這里的COP速度的增加主要由于專業排球運動員與健康普通人相比維持靜態平衡狀態的控制模式不同，與專業運動員更強健的姿勢調節和他們對外界干擾的特殊適應力的說法有關。目前對平衡能力的研究中較少探究移動速度的指標，因此需要未來進一步研究。除此之外，本實驗還驗證了視覺對平衡能力的影響［20-24］，即視覺可以提高運動員在雙腳直立下的靜態和動態平衡能力。本研究與汪敏［25］等人研究結果相似，發現閉眼狀態下COP的擺動面積均明顯大于睜眼狀態。

5 結論

不同運動技能類型女運動員的靜態平衡之間無明顯差異。雙重任務條件下開放和閉鎖式運動技能男運動員的靜態平衡好于單任務條件；雙重任務條件下開放和閉鎖式運動技能女運動員的靜態平衡好于單任務條件。雙重任務條件下男運動員的平衡能力好于單任務條件；閉眼有計算條件下女運動員的平衡能力好于無計算條件。開放式運動技能男運動員的靜態平衡明顯好于閉鎖式運動技能男運動員。

運動員需要在比賽過程中靈活、快速并且穩定的做出技術動作。為了提高運動員維持身體平衡的能力，專項訓練時應該增加雙任務訓練，在降低運動員注意力的情況下提高維持身體平衡的能力。另外，教練員可以根據雙任務狀態下的靜態平衡能力提供運動員選材的依據。對于團隊項目，雙任務訓練不僅可以應用在提高靜態平衡能力上，還可能應用在團隊成員之間的配合當中，當然還需要進一步的研究來加強我們的假設。