预期状态对篮球专项大学生急停跳投动作下肢运动学和动力学的影响

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研究目的:急停跳投不仅是篮球比赛中最常用的得分手段,而且是导致篮球运动员髌腱末端病的高危动作。特别是在激烈的比赛过程中,运动员需要根据防守者的防守动作做出快速反应,而防守动作往往是不确定且无法预判的。以往大部分研究集中在分析预期状态下运动员急停跳投技术的运动生物力学特征,这并不能全面地了解运动员在实际比赛中的真实情况。本研究试图模拟真实比赛环境下的不同预期状态,探讨预期状态对篮球专项大学生完成急停跳投动作过程中下肢运动生物力学的影响,进而可以更全面地评价急停跳投动作造成髌腱末端病的损伤风险,以期为运动员科学训练和损伤预防方案的制定提供依据。研究方法:本研究募集了20名男性大学生篮球专项运动员,模拟不同预期状态实验,采用红外光点三维运动捕捉系统(Nokov)和Bertec测力台设备,分别以200Hz和1000Hz的采样频率获得运动员不同预期状态完成跨步急停跳投和跳步急停跳投动作的运动学和动力学数据。数据采集完成后导入到Cortex-64 2.6.2软件进行处理,计算人体下肢关节活动角度和起跳高度。采用逆向动力学方法计算人体三维力矩、垂直地面反作用力和伸膝力矩加载率,关节力矩标准化为身高与体重乘积的倍数。通过2×2重复测量双因素方差分析(ANOVA)确定不同预期状态和动作对下肢运动学和动力学的影响,若存在交互作用,后续采用配对样本t-test分别比较预期和非预期状态与跨步和跳步急停跳投动作间的差异,显著性标准定为一类误差概率不大于0.05。研究结果:(1)着地时刻,预期状态和不同急停跳投动作髋关节屈曲角存在显著性交互作用(F[1,38]=4.825,p=0.012),在预期和非预期状态,跳步急停跳投较跨步急停跳投均表现出更大的髋关节屈曲角(p<0.001,p<0.001);预期状态和不同急停跳投动作髋关节内收外展角存在显著性交互作用(F[1,38]=4.326,p=0.042),在预期和非预期状态,跨步急停跳投较跳步急停跳投均表现出更大的髋关节外展角(p<0.001,p=0.002),跨步急停预期状态较非预期状态表现出更大的髋关节外展角(p=0.031);预期状态和不同急停跳投动作膝关节屈曲角存在显著性交互作用(F[1,38]=6.221,p=0.012),在预期和非预期状态,跳步急停跳投较跨步急停跳投均表现出更大的膝关节屈曲角(p<0.001,p<0.001),跨步急停和跳步急停较预期状态均表现出更大的膝关节屈曲角(p=0.006,p<0.001);预期状态和不同急停跳投动作髋关节屈曲力矩存在显著性交互作用(F[1,38]=3.112,p=0.024),在非预期状态,跨步急停跳投较跳步急停跳投表现出更大的屈髋力矩(p=0.016)。(2)地面反作用力峰值时刻,预期状态和不同急停跳投动作髋关节内收外展角存在显著性交互作用(F[1,38]=5.437,p=0.031),在预期和非预期状态,跨步急停跳投较跳步急停跳投均表现出更大的髋关节外展角度(p<0.001,p<0.001);预期状态和不同急停跳投动作踝关节背伸跖屈角存在显著性交互作用(F[1,38]=5.811,p=0.014),在预期和非预期状态,跨步急停跳投较跳步急停跳投均表现出更大的背伸角(p<0.001,p<0.001),跨步急停和跳步急停较非预期状态均表现出更大的背伸角(p<0.001,p<0.001);预期状态和不同急停跳投动作膝关节屈伸力矩存在显著性交互作用(F[1,38]=4.385,p=0.027),在预期状态,跳步急停跳投较跨步急停跳投表现出更大的屈膝力矩(p<0.001),跨步急停在非预期状态表现出更大的屈膝力矩(p=0.039),跳步急停在预期状态表现出更大的屈膝力矩(p=0.049)。(3)着地时刻,不论预期状态,跨步急停跳投比跳步急停跳投表现出更大的膝关节屈曲力矩(p=0.047);不论预期状态,跨步急停跳投表现出较大的髋关节外旋角(p=0.036)。不论急停跳投动作,预期状态表现出较大的踝关节背伸角(p<0.001)。(4)地面反作用力峰值时刻,不论预期状态,跨步急停跳投比跳步急停跳投表现出更大的踝关节背伸力矩(p=0.043)。不论急停跳投动作,预期状态表现出较大的髋关节外旋角(p<0.001)。研究结论:(1)跨步急停动作较跳步急停动作存在更大的损伤风险。跨步急停跳投动作以更为直立的方式着地,增大了下肢关节受到的冲击力,而且在以足跟着地的同时也限制了踝关节的背伸范围,从而减弱了踝关节的缓冲能力。另外,跨步急停跳投动作大的髋关节内旋角度会加重股四头肌对髌骨的侧拉力,导致伸肌机制发生错位造成髌腱损伤。(2)预期状态较预期状态存在更大的损伤风险。非预期状态着地时刻加快了膝关节屈肌净力矩转变为膝关节伸肌净力矩的速度,使得伸膝机制受到了高冲击力。另外,非预期状态较小的踝关节背伸角度,使得下肢关节需要承担更大的负荷。(3)落地缓冲阶段更大的膝关节力矩变化速率,会降低膝关节的稳定性。另外非预期状态较预期状态表现出更高的起跳高度,使得下肢关节需要分散更大的地面反作用力,可能增加髌腱损伤发生的风险。建议:(1)要多注重急停跳投动作着地方式的训练,并尽量避免足跟着地的跳投动作。另外在训练热身时,可以着重对小腿进行拉伸以改善踝关节的背伸范围,要重视对小腿跖屈肌群的力量训练。(2)在日常训练中需要多进行模拟非预期状态方面的训练,例如设置随机障碍物或使用类似于本实验的光栅系统等。(3)在非预期状态训练中,可以有针对性的对股四头肌和臀大肌等肌群进行训练,以提高肌肉对髌骨等下肢关节稳定性的控制,增强在非预期状态下肢的协调能力。
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