铁人三项运动员跑步阶段运动学特性参数之间的关系

王立斌，邱伟斌，权琳琳，宋绍利

(1.莱芜市体育运动学校，山东 莱芜　271100;2.山东体育学院 研究生部，山东 济南　250102;3.山东省田径运动管理中心，山东 济南　250102)



铁人三项运动员跑步阶段运动学特性参数之间的关系

王立斌1，邱伟斌2，权琳琳2，宋绍利3

(1.莱芜市体育运动学校，山东 莱芜271100;2.山东体育学院 研究生部，山东 济南250102;3.山东省田径运动管理中心，山东 济南250102)

摘要：本研究的目的是揭示专业组和业余组铁人三项运动员参加全程或者半程铁人三项比赛期间的运动学特性，其中专业组包括：优秀组(18岁以上)和青少年组(16～18岁)。通过分析各种运动学特性之间的关系，为更好的发展铁人三项运动提供理论支持。本研究对包含男性和女性在内的311名铁人三项运动员在比赛中脚的触地时间、腾空时间、步频、步幅、足部触地类型、每圈的速度以及正式比赛中所有具有代表性的数据变量等指标进行了分析和研究。得出结果：女性业余组和专业组铁人三项运动员的运动学特性相比男性更具有显著相关性。影响跑步成绩的最大因素是与地面的接触时间和步幅。足部触地类型与地面的接触时间有着显著相关性，并且脚跟触地型运动员用的触地时间比脚心触地型运动员用的触地时间要长。足部触地类型与速度并没有显著相关性。

关键词：触地时间；足部触地类型；步幅；速度

铁人三项运动是一项新兴的综合性耐力运动项目，其由游泳、自行车、长跑三个项目按顺序组成，运动员需要一鼓作气赛完全程。这项运动在2000年成为了奥运会项目，在2006年成为了亚运会项目。比赛中运动能力的表现与运动员整个比赛的成功紧密相联[1]。大量研究显示，生物力学因素与耐力跑的关系密切[2]。其中关于缩短与地面的接触时间、协调神经与肌肉的关系等研究是最常见的[3-4]。然而最近的研究发现足部触地类型是另一个引起人们注意的因素，研究表明脚掌或者脚心触地型相比脚跟触地型的触地时间更短、跑得更快[5-6]。这些结果结合早期的研究表明，脚跟触地不利于更有效的节省体力，这是在耐力跑比赛中限制运动员取得好成绩的重要生理学因素[2，7]。

相比于其他跑步项目，铁人三项项目存在其特殊的生物力学特征。铁人三项运动员的腿部运动不仅包括单纯的跑步与骑自行车，还包括两种独立运动形式之间的转换动作，而这类动作特征，显然没有像跑步一样受到广泛研究。由于这种复合动作的特征造成了铁人三项运动员对于生理方面的要求与单纯的跑步运动员是不同的，这可能造成铁人三项运动独特的生物力学特征，因此确定铁人三项运动员特有的生物力学参数与运动成绩的关系，就很有意义了。

Luna等人认为等动力学条件下，训练有素的铁人三项运动员和长跑运动员之间的触地时间、地面反作用力存在显著性差异[8]。涉及到运动学方面，Landers等人通过研究专业组铁人三项运动员在比赛中步幅和步频的变化，发现步幅和运动速度成显著正相关[9]，但对触地时间这一运动学参数没有进行详细的探讨。因此，本研究的目的是探讨铁人三项运动员在比赛中所涉及的运动学参数，并根据运动员在比赛中的表现情况分析它们之间的关系。

方法：实地研究了311名参加2014年和2015年成都金堂世界杯赛、宁夏石嘴山洲际杯赛、重庆国际铁人三项赛的铁人三项运动员，其中包括：业余组118人(50女68男)、青少年组100人(36女64男)和优秀组93人(48女45男)。优秀组运动员完成了全程铁人三项赛程(1.5公里游泳，40公里自行车，10公里长跑)，青少年组和业余组运动员完成了半程铁人三项赛程(750米游泳，20公里自行车，5公里长跑)。

在距离为2.5公里的赛道的800米标记处进行矢状面的视频采集，青少年组和业余组运动员采集2圈，专业组运动员采集4圈。在赛道的两侧1.2米高处放置两个高速照相机(EX-F1，Casio)，采集频率为300Hz，用来确定在中间8米拍摄范围内时间指标与足部触地的位置。在距离赛道约3米处使用另外一台高清晰度摄像机(HDR-PJ260VE，Sony)，采集频率为50Hz，拍摄范围为14米，取中间8米拍摄范围进行速度计算。每一圈测量4步，来计算每一个运动员的触地时间(s)、腾空时间(s)、步时(s)和足部触地类型(脚跟触地型，脚心触地型，脚掌触地型)。每一圈捕获的具体步数因个人原因可能存在差异，所以统一规定从开始触地到脚趾头离地为一步。足部触地类型分为脚跟触地型、脚心触地型或者脚掌触地型，如果第一次接触地面的是脚跟就称之为脚跟触地型，依次类推。使用Kinovea视频分析软件来计算每圈速度(m/s)。通过计算4步的平均值来确定步时。每圈的平均步幅(m)计算公式为：SL(m)=速度(m/s)×步时(s)。

每一个指标计算均采用均值±标准差(SD)来表示。采用皮尔森相关系数用来计算运动学指标和速度的关系。相关性大小的评估阈值为0.3、0.5、0.7和0.9分别表示有相关性、相关性大、很大、非常大。不同年龄组和足部触地类型的比较使用单因素方差分析(方差分析)，统计学意义P<0.05。所有统计分析使用IBM SPSS统计版19(IBM公司,纽约Armonk)。

结果：比较各个组别的数据(如表1)，发现各个组别之间存在显著性差异。主要表现为从业余组运动员到青少年组运动员再到专业组运动员，它们的速度和步频呈逐渐增加趋势，触地时间呈逐渐减少趋势。这种趋势在男性和女性运动员中都有所体现，尤其在女性铁人三项运动员中差异更加显著。尽管也观察到各个组之间的步幅和腾空时间也存在性差异，但是没有按照组别呈递增或递减趋势。

表1　不同性别和组别的运动学指标(Mean±SD)

注：a与业余组运动员存在显著性差异(P>0.05)；b与青少年组运动员存在显著性差异；c与优秀组运动员存在显著性差异。

表2是各个运动学指标和平均速度之间的相关系数。从表2的结果中我们可以观察到，男性和女性的步幅和触地时间这两个运动学指标与速度的相关系数的绝对值都大于0.5，显示出较大的相关性。而步频和腾空时间与速度相关性较小。

表2　各运动学指标和平均速度之间的相关系数

在图1中我们可以发现到足部触地类型跟地面接触时间之间存在相关关系。男性(HS: 0.22±0.02, MFS: 0.20±0.01,P<0.001)和女性(HS :0.23±0.02,MFS: 0.21±0.01,P<0.001)运动员脚跟(HS)触地时间都比脚心(MFS)触地的时间更长。

在平均触地时间上，脚掌(FFS)跟脚心(MFS)触地时间相似，脚掌触地(FFS)与跟脚触地(HS)之间的差异没有达到显著性水平，可能是因为脚掌触地FFS (男性,n = 3;女性,n = 8)组选取的人数较少。

图1　男性和女性触地时间与触地类型的关系

讨论：本研究旨在对铁人三项运动员跑步阶段的运动学指标进行分析，有助于更好地了解影响跑步训练的决定性因素。同时对铁人三项运动员的竞技水平和性别也进行了比较。研究发现男性优秀组相比于业余组运动员速度只增加了3%，步长、步频和触地时间也出现较小的差异。相比之下，女性优秀组铁人三项运动员相比于业余组，速度增加了6%，触地时间减少了8%，步频增加了5%。出现这一现象的原因可能是女性运动员比男性运动员发育成熟更晚一些，这可能会导致不同年龄之间的运动表现差异更大。这种男性和女性运动员之间运动学指标的显著性在之前的研究中并没有报道过，这一发现对于运动员的选材可能会有一些借鉴意义。

对运动学指标和速度之间的关系进行分析比较，发现不考虑性别因素的话，与速度相关性最强的运动学指标是触地时间和步幅。更短的触地时间和更快的跑步速度之间的联系最早在《Running Speed》[4，6]和《Economy》[2-3]中有过相应的报道。然而，据我们所知，尽管运动员在进行由跑步到骑行的过程中动作会发生中断[10]，本研究仍然第一次在竞技铁人三项这项运动中确认了这种关联，即更短的触地时间与跑步速度的关联性。相比之下，步幅和长距离跑步速度之间的关系在之前并没有大量的文献参考，本研究的发现与Landers等的研究相一致，他们同样认为跑步速度与步幅有很大的相关性，与步频的相关性较小。虽然人们普遍认为自己习惯的步幅大小最有利于运动水平的发挥[2，7]，但是想要取得最好的成绩就需要技术分析干预进来。根据铁人三项运动的特点，应该使步幅和其他运动学指标之间建立起良好的平衡关系，来确定一个适合自己的更长、更自然的步幅。

本研究的最后一部分是分析足部触地类型和其他运动学指标对铁人三项运动员跑步速度的潜在影响。研究发现脚跟触地者的地面接触时间和脚心、脚掌触地者的地面接触时间有显著相关性，这个发现在之前有关中距离跑和马拉松的文献中有所研究[5，6]。前人的这些研究已经证实了更短的触地时间和更快的速度之间存在相关关系，本研究除了这一关系外，还发现了足部触地类型和速度之间存在相关关系。对于这一关系，一个可能的解释是：铁人三项运动员肌肉发达程度要低于专业的跑步运动员[8]，在特定情况下进行能量的存储和释放过程时需要小腿肱三头肌参与更复杂的协调配合。第二个可能的解释是：因为用脚心或者脚掌接触地面减少了触地时间，使花费在早期触地制动阶段的时间最小化，铁人三项运动员无法像专业的跑步运动员一样，调动更多的肌肉肌腱有效的参加到跑步运动中来。因此，这一领域的研究应更紧密地结合肌肉特点之间的差异，并将这些信息应用于铁人三项运动员的比赛和训练。

结论：步幅和触地时间与铁人三项运动员的比赛速度有很显著的相关性。对于足部触地类型的研究显示，尽管足部触地类型和速度之间并没有显著的相关性，但是脚后跟触地者相比那些用脚心或者脚掌接触地面的运动员需要更长的接触时间。这些发现表明：针对神经肌肉的干预措施可能会有利于提高铁人三项运动员的运动成绩。

参考文献：

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Relationship of kinematic parameters in running phase for triathletes

WANG Li-bin1,QIU Wei-bin, QUAN Lin-lin, SONG Shao-li

(1.LaiwuSportsSchool,Laiwu271100,Shandong,China; 2.GraduateSchool,ShandongSportsUniversity,Jinan250102,Shandong,China; 3.ShandongAthleticManagementCenter,Jinan250102,Shandong,China)

Abstract:The purpose was to examine the running kinematics of Elite U23 and Junior triathletes and their relationships in a full-course or sprint distance race. A total of 311 male and female triathletes were analyzed to determine ground contact time, flight time, stride rate, stride length, foot-strike type and velocity for each lap and an overall representative mean created for each variable across the race. Women displayed notably greater differences in kinematics between Junior and Elite fields than was observed in the men. Large correlations were observed for running performance with contact time (r=0.500-0.580,P<0.001) and stride length (r=0.552-0.664,P<0.001). Analysis of foot strike type revealed a significant interaction with contact time, with heel strike longer than mid-foot strike, but no relationship with running velocity.

Key words:contact time；foot strike；stride length；velocity

作者简介：王立斌(1971-)，男，山东新泰人，高级教练员，研究方向田径运动训练。

收稿日期：2015-08-10

中图分类号：G804.62

文献标识码：A

文章编号：1009-9840(2015)06-0083-03