不同水平障碍赛马越障步态特征

王川坤，曾亚琦，孟 军,3，王建文,3，孔麒森,,4，姚新奎,3，4，杨曦曦，杨利平，冉立杰，杰苏尔·吐尔洪江

(1.新疆农业大学动物科学学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆驰霄博骏畜牧业有限公司，乌鲁木齐 830052；3.新疆马繁育与运动生理重点实验室 乌鲁木齐830052；4.新疆农业大学马产业研究院，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】在运动马中马匹的步态特征数据是其重要的性能指标，可以用来反映马匹的运动性能，研究对40、60、80 cm障碍高度时马匹的步幅，起跳、着陆位置和角度，获得全面、准确的结果，对障碍赛运动马的调教训练及越障性能的科学评价具有重要意义。【前人研究进展】在田径运动中，助跑和起跳在很大程度上决定了跳高运动员和跳远运动员的高度或距离[1]。通常，经验丰富的运动员将使用更长的助跑时间和更快的助跑速度[2,3]。相比之下，障碍赛马的助跑会随着起跳位置的变化而有所不同[4]。必须考虑到障碍的高度和宽度以及马匹行进的速度[5]，对马匹的步幅和起跳时躯干的角度进行调节，以允许马匹从合适的位置起跳。在整个马匹跳跃的过程中，马匹的着陆和离开也是重要的组成部分[6]。在此期间，马匹需要重新获得身体的平衡并建立向前的运动[7]，为下一次跳跃做准备。马匹着陆后的路径在长度和方向上是可变的，有时在1～2个步幅之后还会有另一个障碍，可能需要马匹快速调整步幅迎接下次跳跃，或者快速转弯以节省比赛的时间[8]。与田径比赛相比，障碍赛马的着陆的性质完全不同。与优秀运动员的跳跃相比障碍赛的越障过程更具灵活性和适应性[9]。【本研究切入点】目前，关于速度赛马步态特征与竞赛性能的研究相对较多，但是有关障碍赛马与步态特征的研究较少。研究不同水平障碍赛马越障步态特征。【拟解决的关键问题】测量优秀组、良好组、一般组、较差组马匹的步态特征，研究不同水平障碍赛马在越障时步态特征的差异性以及在不同障碍高度时步态特征之间的相关性，为障碍赛马的调教训练及越障性能的科学评价提供基础参考依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 动 物

选取新疆五家渠市恒尚伯骏马术俱乐部的障碍运动赛马20匹，年龄为7～12岁。根据马匹越障能力将20匹马分为4组，每组5匹马，分别为优秀组，良好组，一般组，较差组。

试验马匹成熟、稳定、身体状况良好，体高基本一致，并且具有一定的障碍赛训练基础；试验所选骑手身高、体重相近，具有较丰富的障碍赛马骑乘经验。

室内场地障碍赛训练场(40 m×60 m)。

1.1.2 设 备

JVC-PX 100高速摄像机，卷尺，三脚架。

1.2 方 法

使用2台JVC-PX100高速摄像机，帧速率设为100 f/s，快门速度为1/1 000 s，摄像装备位于马匹行进路线的左侧、右侧，摄像机机身与镜头固定在离地面1.20 m的高度，位置与障碍杆在一条直线上，位于马匹行进路线的垂直距离(20±0.5)m，录制区域为15～18 m，约马匹行进的2～3个步周期。采集试验马匹跳跃40、60、80 cm单杆障碍高度的视频数据，成功越障记为1次，每匹马每个高度不少于6次。

试验前用钢卷尺测量骑师小腿胫骨长度，作为2D视频长度标尺。将视频数据导入Kinovea软件，对视频进行数字化处理，选取马匹的跳跃步周期，逐帧分析后肢步幅(Hind Stride Length, H SL)、跳跃距离(Jump Distance, J D)、前肢步幅(Fore Stride Length, F SL)、腾空期步幅(Aerial duration Stride Length, AD SL)、起跳位置(Take Off Point, TO P)、着陆位置(Land Point, L P)、起跳角度(Take Off Angle, TO A)、着陆角度(Land Angle, L A)。

1.3 数据处理

获取的所有数据运用Excel2010进行整理，使用SPSS 19.0软件对不同水平障碍赛马越障时步态特征进行One-Way ANOVA方差分析以及Duncan’s多重比较；对不同障碍高度时步态特征之间进行Pearson相关性分析，结果用“均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 在40、60、80 cm障碍高度时马匹步态特征的差异性

研究表明，优秀组的后肢步幅极显著大于良好组、一般组(P<0.01)，良好组、较差组的后肢步幅极显著大于一般组(P<0.01)，优秀组的后肢步幅显著大于较差组(P<0.05)。较差组的 跳跃距离极显著大于优秀组、良好组、一般组(P<0.01)，一般组的 跳跃距离极显著大于优秀组(P<0.01)，且显著大于良好组(P<0.05)。优秀组、良好组的前肢步幅极显著大于一般组、较差组(P<0.01)，一般组的前肢步幅显著大于较差组(P<0.05)。优秀组、良好组的腾空期步幅极显著大于一般组、较差组(P<0.01)。较差组的起跳位置极显著大于良好组、一般组(P<0.01)，且显著大于优秀组(P<0.05)。较差组的着陆位置极显著大于优秀组、良好组(P<0.01)，一般组的着陆位置极显著大于优秀组(P<0.01)，且显著大于良好组(P<0.05)。较差组的起跳角度极显著大于良好组(P<0.01)，且显著大于优秀组(P<0.05)。一般组、较差组的着陆角度极显著大于优秀组、良好组(P<0.01)。表1

表1 在40 cm障碍高度时马匹的步态特征差异性

Table 1 The differences in horse gait characteristics at 40 cm obstacle height

40cm优秀组良好组一般组较差组后肢步幅HSL55.73±20.42Aa46.96±22.25Bb38.13±24.58Cc49.29±19.65ABb跳跃距离JD218.20±44.87Cc230.98±46.51BCc244.70±51.32Bb272.49±50.34Aa前肢步幅FSL89.23±9.96Aa87.89±10.21Aa81.92±10.31Bb78.29±8.88Cc腾空期步幅ADSL46.15±19.60Aa42.43±23.20Aa24.46±23.22Bb28.02±23.49Bb起跳位置TOP108.57±39.54ABb97.35±37.16Bb98.50±42.64Bb121.61±38.65Aa着陆位置LP109.63±34.16Cc133.63±40.00Bb146.20±43.95ABa150.88±45.80Aa起跳角度TOA15.74±3.24ABb15.41±3.25Bb16.39±3.31ABab17.02±4.77Aa着陆角度LA16.44±3.05Bb15.89±3.57Bb18.18±2.99Aa18.42±3.93Aa

注：同行肩标中不同大写字母表示差异性极显著(P<0.01)；不同小写字母表示差异性显著(P<0.05)，肩标相同字母或无字母标注表示差异不显著(P>0.05)，下同

Note：In the same line，values with different capital letter superscripts mean extremely significant difference(P<0.01)；ifferent small letter superscripts mean significant difference(P<0.05)hile the same or no letter superscripts mean no significant difference(P>0.05)，the same as below

研究表明，优秀组的后肢步幅极显著大于良好组、一般组(P<0.01)，较差组的后肢步幅极显著大于一般组(P<0.01)。较差组的跳跃距离极显著大于优秀组、一般组(P<0.01)，良好组的 跳跃距离极显著大于优秀组(P<0.01)，较差组的 跳跃距离显著大于良好组(P<0.05)。优秀组、良好组的后肢步幅和腾空期步幅极显著大于一般组、较差组(P<0.01)。较差组的起跳位置极显著大于一般组(P<0.01)，且显著大于良好组(P<0.05)。良好组、一般组、较差组的着陆位置极显著大于优秀组(P<0.01)，良好组、较差组的着陆位置显著大于一般组(P<0.05)。一般组、较差组的起跳角度和着陆角度均极显著大于良好组(P<0.01)，且显著大于优秀组(P<0.05)。表2

表2 在60 cm障碍高度时马匹的步态特征差异性

Table 2 The differences in horse gait characteristics at 60 cm obstacle height

60cm优秀组良好组一般组较差组后肢步幅HSL46.19±19.07Aa37.44±18.37BCbc33.43±25.08Cc42.22±19.11ABab跳跃距离JD256.98±40.99Cc282.78±39.69ABb267.74±46.74BCc296.79±45.58Aa前肢步幅FSL85.26±9.45Aa83.75±8.92Aa74.75±10.77Bb73.96±10.32Bb腾空期步幅ADSL38.20±15.00Aa39.41±18.71Aa21.97±24.87Bb20.69±20.50Bb起跳位置TOP118.36±34.90ABab114.64±28.18ABb112.51±34.33Bb127.45±36.02Aa着陆位置LP138.62±30.27Bc168.14±39.12Aa155.23±40.46Ab169.34±38.58Aa起跳角度TOA18.23±2.09ABb17.92±2.49Bb19.33±3.63Aa19.21±4.12Aa着陆角度LA19.52±2.72ABb18.99±3.11Bb20.68±2.84Aa20.56±3.38Aa

研究表明，优秀组、较差组的后肢步幅极显著大于一般组(P<0.01)。较差组的跳跃距离极显著大于优秀组、一般组(P<0.01)，良好组的 跳跃距离极显著大于优秀组(P<0.01)，较差组的 跳跃距离显著大于良好组(P<0.05)。优秀组、良好组的前肢步幅极显著大于一般组、较差组(P<0.01)，一般组的前肢步幅显著大于较差组(P<0.05)。优秀组、良好组的腾空期步幅极显著大于一般组、较差组(P<0.01)。优秀组、良好组的起跳位置显著大于一般组(P<0.05)。较差组的着陆位置极显著大于优秀组、良好组、一般组(P<0.01)。良好组、一般组的着陆位置极显著大于优秀组(P<0.01)。一般组、较差组的起跳角度极显著大于良好组(P<0.01)，较差组的起跳角度显著大于优秀组(P<0.05)。较差组的着陆角度极显著大于优秀组、良好组(P<0.01)，优秀组、一般组的着陆角度极显著大于良好组(P<0.01)，较差组的着陆角度显著大于一般组(P<0.05)。表3

表3 在80 cm障碍高度时马匹的步态特征差异性

Table 3 The differences in horse gait characteristics at 80 cm obstacle height

80cm优秀组良好组一般组较差组后肢步幅HSL36.21±19.73Aa32.08±20.07ABab26.75±18.27Bb34.92±18.32Aa跳跃距离JD287.64±46.14Cc307.30±42.73ABb294.40±43.88BCbc323.91±49.93Aa前肢步幅FSL80.53±8.31Aa79.07±9.27Aa72.40±10.10Bb69.32±9.97Bc腾空期步幅ADSL32.11±17.40Aa30.52±19.59Aa16.12±21.74Bb15.70±14.57Bb起跳位置TOP130.64±32.04a130.83±22.94a121.05±28.14b129.00±29.68ab着陆位置LP157.00±36.69Cc176.47±40.76Bb173.34±42.53Bb194.91±45.84Aa起跳角度TOA21.15±2.59ABb20.11±2.98Bc21.57±3.15Aab22.10±4.09Aa着陆角度LA22.10±2.57Bb20.73±3.28Cc22.20±2.94ABb23.33±3.95Aa

2.2 在40、60、80 cm障碍高度时马匹步态特征之间的相关性

研究表明，后肢步幅与前肢步幅、腾空期步幅呈极显著正相关(P<0.01)，后肢步幅与跳跃距离、着陆位置、着陆角度之间呈极显著负相关(P<0.01)，且与起跳角度呈显著负相关(P<0.05)。跳跃距离与起跳位置、着陆位置、起跳角度、着陆角度之间呈极显著正相关(P<0.01)，且与前肢步幅、腾空期步幅之间呈极显著负相关(P<0.01)。前肢步幅与腾空期步幅呈极显著正相关(P<0.01)，且与起跳位置、着陆位置、起跳角度、着陆角度之间呈极显著负相关(P<0.01)。腾空期步幅与着陆位置、起跳角度、着陆角度之间呈极显著负相关(P<0.01)。起跳位置与起跳角度、着陆角度之间呈极显著正相关(P<0.01)，且与着陆位置呈极显著负相关(P<0.01)。着陆位置与起跳角度、着陆角度之间呈极显著正相关(P<0.01)。起跳角度与着陆角度呈极显著正相关(P<0.01)。表4

表4 在40 cm障碍高度时马匹的步态特征之间相关性

Table 4 The correlation between gait characteristics of horses at 40 cm obstacle height

40cm后肢步幅HSL跳跃距离MSL前肢步幅FSL腾空期步幅ADSL起跳位置TOP着陆位置LP起跳角度TOA着陆角度LA后肢步幅HSL1-0.284∗∗0.297∗∗0.260∗∗-0.092-0.252∗∗-0.113∗-0.273∗∗跳跃距离JD1-0.355∗∗-0.248∗∗0.574∗∗0.656∗∗0.547∗∗0.575∗∗前肢步幅FSL10.271∗∗-0.239∗∗-0.201∗∗-0.197∗∗-0.393∗∗腾空期步幅ADSL1-0.075-0.225∗∗-0.328∗∗-0.237∗∗起跳位置TOP1-0.242∗∗0.297∗∗0.235∗∗着陆位置LP10.375∗∗0.465∗∗起跳角度TOA10.483∗∗着陆角度LA1

注：同行肩标*表示相关性显著(P<0.05)，**表示相关性极显著(P<0.01)

Note：In the same line，values with*mean significant difference(P<0.05)；**mean extremely significant difference(P<0.01)

研究表明，后肢步幅与前肢步幅、腾空期步幅之间呈极显著正相关(P<0.01)，后肢步幅与跳跃距离、着陆位置、着陆角度之间呈极显著负相关(P<0.01)，且与起跳角度呈显著负相关(P<0.05)。跳跃距离与起跳位置、着陆位置、起跳角度、着陆角度之间呈极显著正相关(P<0.01)，且与前肢步幅、腾空期步幅之间呈极显著负相关(P<0.01)。前肢步幅与腾空期步幅呈极显著正相关(P<0.01)，且与起跳位置、着陆位置、起跳角度、着陆角度之间呈极显著负相关(P<0.01)。腾空期步幅与着陆位置、起跳角度、着陆角度之间呈极显著负相关(P<0.01)。起跳位置与起跳角度、着陆角度之间呈极显著正相关(P<0.01)，且与着陆位置呈极显著负相关(P<0.01)。着陆位置与起跳角度、着陆角度之间呈极显著正相关(P<0.01)。起跳角度与着陆角度呈极显著正相关(P<0.01)。表5

表5 在60 cm障碍高度时马匹的步态特征之间的相关性

Table 5 The correlation between gait characteristics of horses at 60 cm obstacle height

60cm后肢步幅HSL跳跃距离MSL前肢步幅FSL腾空期步幅ADSL起跳位置TOP着陆位置LP起跳角度TOA着陆角度LA后肢步幅HSL1-0.284∗∗0.297∗∗0.260∗∗-0.092-0.252∗∗-0.113∗-0.273∗∗跳跃距离JD1-0.355∗∗-0.248∗∗0.574∗∗0.656∗∗0.547∗∗0.575∗∗前肢步幅FSL10.271∗∗-0.239∗∗-0.201∗∗-0.197∗∗-0.393∗∗腾空期步幅ADSL1-0.075-0.225∗∗-0.328∗∗-0.237∗∗起跳位置TOP1-0.242∗∗0.297∗∗0.235∗∗着陆位置LP10.375∗∗0.465∗∗起跳角度TOA10.483∗∗着陆角度LA1

研究表明，后肢步幅与前肢步幅、腾空期步幅之间呈极显著正相关(P<0.01)，后肢步幅与起跳位置呈极显著负相关(P<0.01)，且与跳跃距离、着陆角度呈显著负相关(P<0.05)。跳跃距离与起跳位置、着陆位置、起跳角度、着陆角度之间呈极显著正相关(P<0.01)，且与前肢步幅呈极显著负相关(P<0.01)。前肢步幅与腾空期步幅呈极显著正相关(P<0.01)，前肢步幅与起跳角度、着陆角度之间呈极显著负相关(P<0.01)，且与着陆位置呈显著负相关(P<0.05)。腾空期步幅与着陆位置、起跳角度之间呈极显著负相关(P<0.01)。起跳位置与着陆位置呈极显著负相关(P<0.01)。着陆位置与起跳角度、着陆角度之间呈极显著正相关(P<0.01)。起跳角度与着陆角度呈极显著正相关(P<0.01)。表6

表6 在80 cm障碍高度时马匹的步态特征之间的相关性

Table 6 The correlation between gait characteristics of horses at 80 cm obstacle height

80cm后肢步幅HSL跳跃距离MSL前肢步幅FSL腾空期步幅ADSL起跳位置TOP着陆位置LP起跳角度TOA着陆角度LA后肢步幅HSL1-0.114∗0.168∗∗0.361∗∗-0.156∗∗-0.021-0.037-0.110∗跳跃距离JD1-0.150∗∗-0.0830.448∗∗0.802∗∗0.133∗∗0.342∗∗前肢步幅FSL10.195∗∗-0.098-0.101∗-0.147∗∗-0.231∗∗腾空期步幅ADSL10.089-0.151∗∗-0.241∗∗-0.04起跳位置TOP1-0.174∗∗-0.0530.033着陆位置LP10.182∗∗0.355∗∗起跳角度TOA10.153∗∗着陆角度LA1

3 讨 论

3.1 不同水平障碍马越障时马匹步态特征的差异性分析

马的步幅是指奔跑时任意肢蹄与地面接触的第1个点到同一肢蹄再次落地的点之间的距离，步幅往往与身体条件、驱动力量等相互关联。姜自立等[10]通过对人短跑的研究，指出运动员的身高、触地角度、肌肉力量是影响和制约步幅的调节变量。夏同鑫等[11]还研究发现。人的步幅长度与腿部长度、腿部肌肉的柔韧性、主动肌的做功能力密切相关。障碍赛马运动中，影响步幅节奏的因素有很多，所以在体高不变的情况下，要想改善马匹步幅变换的灵活性，提高马匹关节的灵活性和增强后肢的驱动力量很有必要。

马匹可以通过调整自身的速度或者步幅的大小来完成越障[12]。原兴照等[13]通过对三级跳远运动研究指出，起跳前，倒数第二步的步幅会比最后一步小一些。而在跳高和障碍赛中得到结果则完全相反，程泓等[14]通过研究优秀跳高运动员表明，最后一步的步幅显著短于倒数第二步。Clayton等[21]研究马匹在跳跃1.0～1.35 m障碍高度时也同样得出，倒数第一步歩幅显著低于倒数第二步歩幅。试验4组马匹的后肢步幅会随着障碍高度的增加而缩短。Deuel在研究马匹跳高比赛中高度为1.5、1.6 m时，后肢步幅为25、18 cm。虽然试验与Deuel研究中障碍难度设置不同，但后肢步幅数值整体变化趋势一致。

起跳角度指标呈现两级化，低水平组马匹大于高水平组，并且在起跳位置、跳跃距离、着陆位置、着陆角度指标中也存在同样现象。导致这种差异的原因可能是因为试验马匹各组越障水平不同，经验丰富的马匹在越障的过程中遵循能量最优策略[15]，而较差组马匹训练时间短，越障经验不足，肢体协调性差及后肢在发力过程用力不均衡，随着训练时间及跳跃次数的增加导致马匹体能下降，越障失败率变高[16]，因此，在相关指标上数值偏大。

越障是一个动、势能相互转化的过程。在着陆阶段，优秀组、良好组极显著大于一般组、较差组；而在着陆角度指标中，一般组、较差组极显著大于良好组。Pfau等[17]研究得出，障碍高度的增加导致了更低的水平速度和更大的着陆角度，本试验着陆角度指标变化趋势与Pfau等研究结果一致。着陆角度指标较大的试验组，马匹的后肢会以更快的速度落地，有些甚至在前肢落地后尚未离地，后肢已经落地。Crevier等[18]认为在高水平越障中，着陆阶段，前肢起主要的缓冲作用，后肢起主要的推进作用，并且后肢的垂直加速度是前肢的1.4倍，垂直速度变大，使前肢在触地时受到更大力量的冲击，为了缓冲触地压力并稳定身体平衡，前肢之间的步幅就不断缩小，因此较差组马匹在着陆角度指标数值最大时，前肢步幅指标数值却是最小。

3.2 不同障碍高度时马匹步态特征的相关性分析

越障过程通常分为5个阶段：接近障碍、起跳、悬空、着陆、离开障碍[19]。但跳跃的整个过程却非常短暂，一般一个单次的跳跃只需要2～3 s，后肢的力量驱动及前肢的负荷吸收过程发生短暂、迅速并彼此紧密连接，因此,各阶段的步幅参数密切相关。Back等认为，助跑和起跳是影响越障的关键因素。Lewczuk等[20]通过一系列的起跳、着陆步幅参数用来评估障碍赛马越障性能。Clayton[21]还通过分析一系列的步态特征参数之间的联系来评估肌肉损伤。

后驱的平衡及稳定的动力输出是起跳阶段的重要保障[22]。起跳前，后肢落地给予身体支撑，使前肢向上抬起，形成合适的起跳角度。在40、60 cm障碍高度时，后肢步幅与起跳角度呈显著负相关；但在80 cm障碍高度时，后肢步幅与起跳角度呈负相关但无显著性，这可能是随着障碍难度加大，水平速度更多的转化为垂直速度，后肢步幅减小，并且支撑时间缩减，躯干角度在一定范围内不再增加，马匹起跳更依赖于后肢瞬间力量的爆发。

起跳位置、躯干角度和重心高度是影响越障成绩的重要因素[23]。随着障碍高度增加，起跳位置与后肢步幅呈现极显著负相关，原因可能是随着障碍高度增加，躯干处于一个更直立的状态，促使后肢步幅不断减小，后肢步幅缩短更有利于后肢的稳定性，使后腿的爆发力更强、更集中；起跳距离的增加，有利于肢体的伸展，形成更大的躯干角度[24]，确保在起跳和着陆过程中不会撞杆或挂杆而导致越障失败。

4 结 论

在低障碍高度时，高水平组马匹后肢步幅、前肢步幅、腾空期步幅数据均高于低水平组，而跳跃距离，起跳、着陆位置和角度数据均低于低水平组，但随着高度增加马匹的后肢步幅、起跳位置、起跳角度指标趋于一致。在40、60、80 cm障碍高度时马匹的后肢步幅、起跳位置、起跳角度指标可以作为评估马匹越障性能的选择指标。