優秀男子400米欄運動員關鍵運動學特征研究綜述

龔旭陽，苑廷剛，侯金寶，韓鵬鵬，劉嘉偉，朱和平

1 前言

跨欄跑項目起源于英國英格蘭，起初由跨越“羊圈柵欄”的游戲演變而來，跨欄項目在19世紀末被正式列為競技項目之一。而400米欄是由110米欄的基礎上結合400米跑發展而來，與其他田徑類項目相比男子400米欄比賽的歷史相對較短。1860年，在牛津大學舉行的跨欄賽跑首次創下紀錄，當時每位參賽者都要跨過12個欄架。男子400米欄于1900年第二屆奧運會被規定為正式比賽項目，美國選手Walter Tewskbury以57.6s的成績奪冠，1970年在NCAA決賽Wayne Collett(USA)以49.2s的成績打破了現有紀錄，在1972年的奧運會上，John Akii—Bua(UGA)以47.8s的驚人成績領先Mann贏得了比賽，從1977年到1987年，世界紀錄刷新至47.02s。美國人Kevin Young曾在1992年奧運會上跑出46.78s的世界紀錄[1]。隨著科技的發展與時代的變遷，現如今男子400米欄無論是運動技術、科技助力、運動成績都得到了較大的改善，直至2020東京奧運會來自挪威的名將Karsten Warholm以45.94s打破塵封29年之久的原世界紀錄。這一壯舉將400米欄這一項目引進新的階段，推動了世界田徑的發展。本文緊靠國家體育總局科技助力體育的政策方針，從運動生物力學和運動訓練學的視角出發，分析我國及世界優秀男子400米欄運動員的關鍵運動學特征。找尋400米欄關鍵技術的普遍規律，為后續運動員訓練提供理論支撐。

2 研究結果與分析

2.1 男子400米欄發展

2.1.1 世界男子400米欄發展

目前國際田聯[2]規定400米欄全程400米，共10個欄架，欄高為0.914米，欄間平跑距離為35米，起跑至第一欄(第一次加速階段)為45米，第十欄至終點(沖刺階段)為40米。男子400米欄要求運動員的速度、力量、耐力、技能都需具備較高的水平，是一項節奏性較強，對運動員身體能力與素質要求較高的運動。

下圖1是近5年來世界男子400米欄第一名的變化趨勢圖，其發展呈整體上升趨勢，最好成績的獲得者是Karsten WARHOLM在2020東京奧運會創下45.94s的世界紀錄，預示男子400米欄的發展前途光明。

圖1 2016年至2021年世界男子400米欄世界第一名變化趨勢圖

綜上所述，男子400米欄項目紀錄創造的時間較早，目前處于攀升階段。相較于國外，我國男子400米欄發展前景廣闊，可創造性大。

2.1.2 我國男子400米欄發展

經查閱中國田徑協會官網[5]，并對2016年至2021年我國男子400米欄運動員進行整合，可以發現蔡俊奇和尚碩近五年中有四年穩居前三名，成績較為穩定。作為后起之秀的謝智宇在2021年全國田徑錦標賽暨全運會資格賽中創造了個人最好成績，近五年最短用時時間是2021年謝智宇以49.40s所創造。

姚新明[3]對中外男子400米欄運動員進行對比分析，結果顯示世界男子400米欄平均接近率93%—97%，我國男子400米欄接近率為92%—95%，數據表明我國距世界優秀水平亟待提升。縱觀運動員年齡，世界優秀男女跨欄項目平均年齡為27歲，我國男子400米欄平均年齡為23歲，說明我國男子運動員平均運動壽命時間更長，呈現出“年輕化”趨勢。

張廷印[4]對2000—2004年度國內外男女跨欄運動員個人最佳成績進行比較發現，2000年(國際奧運年)我國男女400米欄運動成績表現不突出，但在2001年(全運會)成績進步明顯，我國跨欄項目更注重全運會的比賽，2004年后逐漸把注意力轉移到奧運會比賽中。

從圖2中不難發現我國男子400米欄整體發展趨勢螺旋上升，曲折發展。仍需教練員、運動員、科研人員的不懈努力，為備戰2024年巴黎奧運會做準備。

圖2 2016年至2021年我國男子400米欄前三名運動員成績變化趨勢圖

2.2 男子400米欄全程動作技術階段劃分及關鍵運動學參數選取

跨欄是無氧運動，在全程動作中需要關注加速度，踏板節奏等因素。Janusz Iskra[6]認為按照能量角度分為兩個階段：無乳酸階段(1—5欄)，乳酸階段(疲勞階段)。并深入探討跨欄節奏對空間特征的影響，提出依據節奏特點分為五個階段：0—H1(第一加速階段)，H1—H4(最大速度階段)、H4—H7(過渡階段)、H7—H10(速度保持階段)，H10—400(第二加速階段)，其中H1—4，H4—7和H7—10階段均為105m欄段[7]。澳大利亞教練Roy Boyd[8]根據經驗將400米欄全程劃分，把H1—H10稱為跨欄運動階段(直道過欄，彎道過欄)和欄間跑階段，其余與節奏特點劃分相似。孫健[9]對欄間跑技術進行深入研究，把欄間跑分為跑跨技術、起跨攻欄技術、過欄技術、下欄技術、跨跑技術。以技術結構特征為主對全程技術進行分類，即起跑技術、攻欄技術、騰空技術、落地技術、欄間平跑技術、沖刺技術。

趙偉健[10]通過二維，三維視頻圖像解析采集身體質心、速度、加速度、角速度、位移、軌跡等運動學參數指標，進行定性、定量研究分析，用以評價運動員技戰術能力。運動員完成全程跑過程，需要經過10次起跨，落地工作，不僅需要適當調節呼吸節奏，還需要選擇符合自身的跨欄節奏。

2.2.1 男子400米欄節奏的研究

跨欄節奏是指在400米欄全程跑中運動能力(力量、速度、耐力)和跨欄技術的總稱[11]。協調能力與節奏能力是維持跨欄能力相關因素，步幅模式取決于運動員的腿長與身高。0—H1有7步速與8步速之分，7步速針對高水平運動員，用于擺動腿之間的替換。

CASAL, N.[12]對2019年多哈世界田徑錦標賽男子400米欄進行了視頻錄像解析，在彎道過欄(1、2、6、7、8欄)左腿作為主攻腿更具優勢。預賽和半決賽中運動員節奏變化明顯出現在第七欄，在決賽中運動員發生明顯變化推遲到第九欄。研究結果顯示：①節奏都是相對獨立的正確的。②力量分配和更穩定的節奏結構是取得最佳成績的決定因素。

Janusz Iskra[6]把400米欄運動員跨欄節奏分為同質節奏(偶數)、同質節奏(奇數)、雙交替節奏、單交替節奏(主攻腿是左或右)。并對1968年至2015年重大田徑比賽對男子400米欄運動員的相關數據統計，將運動員劃分為三種類型——“速度型”即全程跑中H1—4出現最大速度。“技術型”即全程跑中H4—7出現最大速度、“耐力型”即全程跑中H7—10出現最大速度。研究結果顯示，“速度型”運動員開始比賽時欄間跑會采取13步步幅模式，在后程跑中采用15步步幅模式，該組步幅變化較大，此模式也稱為“雙減速”；技術型運動員在彎道跑時改變跨欄節奏的能力；通過觀察速度型和技術型運動員因其賽程前半段速度較快，后期在第七欄出現明顯的后程降速現象，而耐力型運動員各個階段速度降幅較小，欄間減速率低，且(H1—4，H4—7)步數相比其他類型運動員有增加[13]。

談春華[14]通過對國內外優秀男子400米欄運動員欄間節奏進行對比分析發現，運動員在跑跨結合階段做到遠起跨近攻欄，攻欄時運用跑欄技術，積極主動進攻，下欄時應當身體重心前傾，對比發現國外運動員強調狠攻欄，下欄不積極，影響跨跑階段的銜接。總結出目前國外優秀運動員全程跑節奏波動不大，國內優秀運動員節奏波動較為明顯的特點。需要改善下欄技術，以高重心快頻率的欄間平跑技術為理念，進而改進欄間節奏的穩定性。

2.2.2 男子400米欄步長的研究

步長(SL)是指左右腳著地點之間的運動方向上的距離，由著地距離、騰空距離、后蹬距離三個分量共同構成[15]。Janusz Iskra[6]通過研究發現“雙減速”模式也不是最優的選擇，在跑步者改變步長的情況下，比賽到達乳酸階段(H7)，由于疲勞加劇，不僅速度降低，跨欄運動員的步長也減少了(3.73cm—3.39cm)。因此，跨欄運動員有必要改變擺動腿，通過改變主攻腿，推遲乳酸閾出現時間。

CASAL, N.[12]發現92.75%的跨欄運動員在比賽中至少改變一次步長。男子400米欄比賽中，第一次變化主要發生在第7欄。在決賽中，第一個改變推遲到最后兩欄，或不發生改變。證實在彎道跨欄(H1、H2、H6、H7、H8)中以左腿為主攻腿，更具優勢。

程志強[16]對2001年世界田徑錦標賽前八名運動員進行對比研究，指出步長整體趨勢即呈上升(0—H1/H2)—高峰(H1—H3)—下降(H10)。0—H1平均步長明顯增加，H1—H2平均步長達到最大，隨著機體能量的不斷消耗，運動員的平均步長隨之減小，優秀運動員平均最大步長可保持到第五欄。運動員欄間跑步長組合搭配共有三組：大長步(2.50m和2.69m)組合搭配技術跑法；中步長(2.33m、2.50m、2.69m)組合搭配技術跑法；小步長(2.50m和2.33m)組合搭配技術跑法。在比賽中不應該考慮單一的SL和SF，而應根據每個運動員個人特點不同選擇合理搭配。

劉巍，袁吉[17]探討我國4名省隊400米欄運動員，采用視頻圖像解析方法，研究結論認為在跑程中段距離時，孟巖步長，步頻同時減少，造成速度下降。崔志鵬等人[18]通過研究發現孟巖全程跑中步長較其他三名運動員減少(2.18±0.083)，但步頻相應增加(3.58±0.164)。由此可知，SL和SF是影響速度的重要因素。

2.2.3 男子400米欄步頻的研究

步頻(SF)是由步數除以跑步時間所得出的，單位時間內所走的步數[19]。趙偉健[10]對比中外優秀400米欄運動員得出結論，全程跑技術屬于步頻主導型，國外運動員采用勻步頻—慢步頻—勻步頻的模式，國內兩名運動員均采取勻步頻—快步頻或慢步頻—快步頻的模式，表明我國運動員在全程跑過程中缺乏平穩過渡階段，且快步頻出現的時間越早，全程整體步頻的表現越差，應當以勻步頻或慢步頻為主，低SF搭配高SL才可保持速度的穩態提升。LINDEMAN[20]發現在比賽的過渡階段，運動員應有意識地嘗試增加步頻，同時減少步長。

2.2.4 男子400米欄步數的研究

步數是指單位時間內雙腳著地的次數。MCFARLANE, B.[21]指出400米欄運動員在開始前30米的時候，應該把注意力集中于第一欄，做好跑跨準備，并在必要的時候對步數做一些輕微的調整。

運動員在第一階段步數通常使用20—23步，根據JOLLY[22]的研究，建議男子運動員采取22步的步數，因為這與欄間15步的節奏非常相似。當0—H1的步數是偶數時，運動員的起跨腿放在助跑器前側；當步數是奇數時，起跨腿位于后側。

凌占一[23]學者指出在跨欄時需要考慮彎道跑、身高、質心的移動位置等因素，因為起跑時處于彎道，故使用右腿作為直跨腿更合適，也有學者提出不同意見，認為彎道跑由于向心力的作用應當使用左跨腿。但對于步數的建議是統一的，起跑至第一欄22步配合欄間跑15步，如果是21步配合14步的模式，以此類推，有些運動員右腿為主跨腿需要運動員對起跑技術和全程節奏做出相應調節，因此起跑至第一欄的步數是全程跑技術的基礎。

MCFARLANE[21]指出在跨欄過程中，臀部應當保持合理發力，如果臀部不靈活會導致水平速度下降，跨距縮短，那么欄間平跑距離增加，相對的步數增多。Clement在1936年舉辦的柏林奧運會中奪得冠軍，原因是在欄間平跑階段成功地完成了13步步數，同場的除了Jackson和Green(GBR)欄間平跑都以14步開始之外，其余所有的參賽者以13步模式開始，隨后在欄間平跑中中轉換成14，15步步數。這表明Clement的步數是最穩定的，節奏感清晰[24]。

2.2.5 男子400米欄速度的研究

速度從運動生物力學的角度出發是單位時間內物體移動的距離，研究400米欄的變量要考慮速度、加速度、水平速度、垂直速度、質心移動速度，反應時等[15]。

張紹禮等[26]研究表明，男子400米欄技術評價指標標準有速度發揮程度，速度保持程度，速度波動程度三方面，分別劃分K1(最快欄間周期時間)，K2(穩定系數即最慢欄間周期與最快欄間周期之差)，K3(節奏系數即全程跑中欄間時間之差的標準差)。其中K1表示最高速度，一般最高速度產生在H1—2或H2—3。K2揭示運動員專項耐力情況；K3表明從全程速度與空間兩個因素考慮節奏的變化。

CASAL, N.[12]認為優秀運動員在第五欄速度損失率達到最小，最快與最慢間隔時間差最小，并與最后沖刺階段相關度高。Flora Panteli[11]發現高水平運動員能夠加速到H3/H4，并保持速度直到H7/H8。

McDonald和Dapena[27]分析了1988年美國奧運會男女跨欄運動員發現，在跨欄離地階段垂直速度增加，水平速度降低。Mann，Herman(1985)[28]指出，在跨欄過程中，質心水平速度(CM)是跨欄成績的指標，高水平跨欄運動員的優勢在于其身體重心已經較高[19]。

沖刺速度可以通過增加步長或步速來提高。跨欄速度的提高只能通過提高步頻(不一定要大幅度地增加步長)和跨欄之間的步速來實現。Mitsuo Otsuka和Tadao Isaka[29]學者表明，快速沖刺速度(短分裂時間)由高步頻(SF)或高步長(SL)決定，SL和SF呈負相關，故高SF與高SL會縮短分欄時間，從而提升跨欄完成時間。

2.2.6 男子400米欄反應時的研究

反應時的意思是從給予運動員信號刺激到開始做動作為止的時間，由感覺時和決定時共同構成，使大腦皮質中中樞神經系統的反應能力，又名“潛伏期”[25]。

Vesna Babi?，Ana Delalija[30]對2004年奧運會短跑和跨欄項目男女運動員反應時進行對比分析，結果表明100米/110米欄的反應時與400米/400米欄反應時差異明顯，男女運動員的平均反應時間有統計學上的顯著差異，反應時值隨著距離的增加而增加。同樣的跨欄項目(110米欄和400米欄)和十項全能項目(110米跨欄)的反應時值不存在統計學顯著差異。100米，400米的反應時間與相同距離的110米跨欄、400米欄沒有統計學差異。唯一具有統計學意義的差異是在400米欄比賽的第一輪和半決賽之間，顯著性水平為p=0.018。結論認為：在較長的項目(400米和400米欄)中，男女運動員在半決賽階段的反應時間存在差異，專注于沖刺階段并不一定意味著更好更快的反應時間，需對全程比賽的重要環節提前做出預判。

3 結論

3.1 依據運動員步幅，步速，步頻進行分析綜合而成的相關規律，男子400米欄節奏有不同的模式。針對每個運動員的身體形態特征，對項目的不同表現程度，確定運動員類型，進行節奏的分配。每位運動員跨欄節奏都具有不同特點，欄間跑步幅在13—15步，取決于運動員跨距長度，但整體節奏需要保持平穩，起伏不宜太大，才可以保障全程跑技術水平的發揮。其次是主力腿替換需要依據運動員個人習慣不同而改變，故跨欄節奏靈活多變，運動員需要找到適合自身的節奏有助于在賽場中充分發揮競技能力。

3.2 步長分為大步長、中步長、小步長，步長的縮短意味著步頻的加快，再搭配步長時需要個性化訓練，區別對待不同運動員。由于在比賽中體能的迅速消耗，通常步長發生明顯變化主要表現在第七欄，步長和步頻是影響速度的主要因素。

3.3 步頻是由步數除以跑步時間所得出的，快步頻出現的時間越早，全程整體步頻的表現越差，國外運動員采用勻步頻—慢步頻—勻步頻的模式，國內運動員均采取勻步頻—快步頻或慢步頻—快步頻的模式。

3.4 當前世界主流男子400米欄的步數模式為起跑至第一欄20—23步優秀運動員通常采用22步的模式，欄間跑為15步。高水平運動員在起跑至第一欄與欄間跑都呈現出奇數+偶數或偶數+奇數的特點。

3.5 速度可以通過增加步長或步速來提高，男子400米欄最大速度一般出現在前三欄，優秀運動員最大速度的保持可以持續到第七欄，在第七欄落地后速度有所下降。

3.6 在男子400欄與女子400米欄比賽中反應時有顯著性差異，男子反應時無顯著差異，故不應過分追求反應時，只需把握訓練。