不同水平障礙賽馬越障步態特征

王川坤，曾亞琦，孟 軍,3，王建文,3，孔麒森,,4，姚新奎,3，4，楊曦曦，楊利平，冉立杰，杰蘇爾·吐爾洪江

(1.新疆農業大學動物科學學院，烏魯木齊 830052；2.新疆馳霄博駿畜牧業有限公司，烏魯木齊 830052；3.新疆馬繁育與運動生理重點實驗室 烏魯木齊830052；4.新疆農業大學馬產業研究院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】在運動馬中馬匹的步態特征數據是其重要的性能指標，可以用來反映馬匹的運動性能，研究對40、60、80 cm障礙高度時馬匹的步幅，起跳、著陸位置和角度，獲得全面、準確的結果，對障礙賽運動馬的調教訓練及越障性能的科學評價具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】在田徑運動中，助跑和起跳在很大程度上決定了跳高運動員和跳遠運動員的高度或距離[1]。通常，經驗豐富的運動員將使用更長的助跑時間和更快的助跑速度[2,3]。相比之下，障礙賽馬的助跑會隨著起跳位置的變化而有所不同[4]。必須考慮到障礙的高度和寬度以及馬匹行進的速度[5]，對馬匹的步幅和起跳時軀干的角度進行調節，以允許馬匹從合適的位置起跳。在整個馬匹跳躍的過程中，馬匹的著陸和離開也是重要的組成部分[6]。在此期間，馬匹需要重新獲得身體的平衡并建立向前的運動[7]，為下一次跳躍做準備。馬匹著陸后的路徑在長度和方向上是可變的，有時在1～2個步幅之后還會有另一個障礙，可能需要馬匹快速調整步幅迎接下次跳躍，或者快速轉彎以節省比賽的時間[8]。與田徑比賽相比，障礙賽馬的著陸的性質完全不同。與優秀運動員的跳躍相比障礙賽的越障過程更具靈活性和適應性[9]?！颈狙芯壳腥朦c】目前，關于速度賽馬步態特征與競賽性能的研究相對較多，但是有關障礙賽馬與步態特征的研究較少。研究不同水平障礙賽馬越障步態特征?！緮M解決的關鍵問題】測量優秀組、良好組、一般組、較差組馬匹的步態特征，研究不同水平障礙賽馬在越障時步態特征的差異性以及在不同障礙高度時步態特征之間的相關性，為障礙賽馬的調教訓練及越障性能的科學評價提供基礎參考依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 動 物

選取新疆五家渠市恒尚伯駿馬術俱樂部的障礙運動賽馬20匹，年齡為7～12歲。根據馬匹越障能力將20匹馬分為4組，每組5匹馬，分別為優秀組，良好組，一般組，較差組。

試驗馬匹成熟、穩定、身體狀況良好，體高基本一致，并且具有一定的障礙賽訓練基礎；試驗所選騎手身高、體重相近，具有較豐富的障礙賽馬騎乘經驗。

室內場地障礙賽訓練場(40 m×60 m)。

1.1.2 設 備

JVC-PX 100高速攝像機，卷尺，三腳架。

1.2 方 法

使用2臺JVC-PX100高速攝像機，幀速率設為100 f/s，快門速度為1/1 000 s，攝像裝備位于馬匹行進路線的左側、右側，攝像機機身與鏡頭固定在離地面1.20 m的高度，位置與障礙桿在一條直線上，位于馬匹行進路線的垂直距離(20±0.5)m，錄制區域為15～18 m，約馬匹行進的2～3個步周期。采集試驗馬匹跳躍40、60、80 cm單桿障礙高度的視頻數據，成功越障記為1次，每匹馬每個高度不少于6次。

試驗前用鋼卷尺測量騎師小腿脛骨長度，作為2D視頻長度標尺。將視頻數據導入Kinovea軟件，對視頻進行數字化處理，選取馬匹的跳躍步周期，逐幀分析后肢步幅(Hind Stride Length, H SL)、跳躍距離(Jump Distance, J D)、前肢步幅(Fore Stride Length, F SL)、騰空期步幅(Aerial duration Stride Length, AD SL)、起跳位置(Take Off Point, TO P)、著陸位置(Land Point, L P)、起跳角度(Take Off Angle, TO A)、著陸角度(Land Angle, L A)。

1.3 數據處理

獲取的所有數據運用Excel2010進行整理，使用SPSS 19.0軟件對不同水平障礙賽馬越障時步態特征進行One-Way ANOVA方差分析以及Duncan’s多重比較；對不同障礙高度時步態特征之間進行Pearson相關性分析，結果用“均值±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 在40、60、80 cm障礙高度時馬匹步態特征的差異性

研究表明，優秀組的后肢步幅極顯著大于良好組、一般組(P<0.01)，良好組、較差組的后肢步幅極顯著大于一般組(P<0.01)，優秀組的后肢步幅顯著大于較差組(P<0.05)。較差組的 跳躍距離極顯著大于優秀組、良好組、一般組(P<0.01)，一般組的 跳躍距離極顯著大于優秀組(P<0.01)，且顯著大于良好組(P<0.05)。優秀組、良好組的前肢步幅極顯著大于一般組、較差組(P<0.01)，一般組的前肢步幅顯著大于較差組(P<0.05)。優秀組、良好組的騰空期步幅極顯著大于一般組、較差組(P<0.01)。較差組的起跳位置極顯著大于良好組、一般組(P<0.01)，且顯著大于優秀組(P<0.05)。較差組的著陸位置極顯著大于優秀組、良好組(P<0.01)，一般組的著陸位置極顯著大于優秀組(P<0.01)，且顯著大于良好組(P<0.05)。較差組的起跳角度極顯著大于良好組(P<0.01)，且顯著大于優秀組(P<0.05)。一般組、較差組的著陸角度極顯著大于優秀組、良好組(P<0.01)。表1

表1 在40 cm障礙高度時馬匹的步態特征差異性

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

40cm優秀組良好組一般組較差組后肢步幅HSL55.73±20.42Aa46.96±22.25Bb38.13±24.58Cc49.29±19.65ABb跳躍距離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騰空期步幅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著陸位置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著陸角度LA16.44±3.05Bb15.89±3.57Bb18.18±2.99Aa18.42±3.93Aa

注：同行肩標中不同大寫字母表示差異性極顯著(P<0.01)；不同小寫字母表示差異性顯著(P<0.05)，肩標相同字母或無字母標注表示差異不顯著(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，優秀組的后肢步幅極顯著大于良好組、一般組(P<0.01)，較差組的后肢步幅極顯著大于一般組(P<0.01)。較差組的跳躍距離極顯著大于優秀組、一般組(P<0.01)，良好組的 跳躍距離極顯著大于優秀組(P<0.01)，較差組的 跳躍距離顯著大于良好組(P<0.05)。優秀組、良好組的后肢步幅和騰空期步幅極顯著大于一般組、較差組(P<0.01)。較差組的起跳位置極顯著大于一般組(P<0.01)，且顯著大于良好組(P<0.05)。良好組、一般組、較差組的著陸位置極顯著大于優秀組(P<0.01)，良好組、較差組的著陸位置顯著大于一般組(P<0.05)。一般組、較差組的起跳角度和著陸角度均極顯著大于良好組(P<0.01)，且顯著大于優秀組(P<0.05)。表2

表2 在60 cm障礙高度時馬匹的步態特征差異性

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

60cm優秀組良好組一般組較差組后肢步幅HSL46.19±19.07Aa37.44±18.37BCbc33.43±25.08Cc42.22±19.11ABab跳躍距離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騰空期步幅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著陸位置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著陸角度LA19.52±2.72ABb18.99±3.11Bb20.68±2.84Aa20.56±3.38Aa

研究表明，優秀組、較差組的后肢步幅極顯著大于一般組(P<0.01)。較差組的跳躍距離極顯著大于優秀組、一般組(P<0.01)，良好組的 跳躍距離極顯著大于優秀組(P<0.01)，較差組的 跳躍距離顯著大于良好組(P<0.05)。優秀組、良好組的前肢步幅極顯著大于一般組、較差組(P<0.01)，一般組的前肢步幅顯著大于較差組(P<0.05)。優秀組、良好組的騰空期步幅極顯著大于一般組、較差組(P<0.01)。優秀組、良好組的起跳位置顯著大于一般組(P<0.05)。較差組的著陸位置極顯著大于優秀組、良好組、一般組(P<0.01)。良好組、一般組的著陸位置極顯著大于優秀組(P<0.01)。一般組、較差組的起跳角度極顯著大于良好組(P<0.01)，較差組的起跳角度顯著大于優秀組(P<0.05)。較差組的著陸角度極顯著大于優秀組、良好組(P<0.01)，優秀組、一般組的著陸角度極顯著大于良好組(P<0.01)，較差組的著陸角度顯著大于一般組(P<0.05)。表3

表3 在80 cm障礙高度時馬匹的步態特征差異性

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

80cm優秀組良好組一般組較差組后肢步幅HSL36.21±19.73Aa32.08±20.07ABab26.75±18.27Bb34.92±18.32Aa跳躍距離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騰空期步幅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著陸位置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著陸角度LA22.10±2.57Bb20.73±3.28Cc22.20±2.94ABb23.33±3.95Aa

2.2 在40、60、80 cm障礙高度時馬匹步態特征之間的相關性

研究表明，后肢步幅與前肢步幅、騰空期步幅呈極顯著正相關(P<0.01)，后肢步幅與跳躍距離、著陸位置、著陸角度之間呈極顯著負相關(P<0.01)，且與起跳角度呈顯著負相關(P<0.05)。跳躍距離與起跳位置、著陸位置、起跳角度、著陸角度之間呈極顯著正相關(P<0.01)，且與前肢步幅、騰空期步幅之間呈極顯著負相關(P<0.01)。前肢步幅與騰空期步幅呈極顯著正相關(P<0.01)，且與起跳位置、著陸位置、起跳角度、著陸角度之間呈極顯著負相關(P<0.01)。騰空期步幅與著陸位置、起跳角度、著陸角度之間呈極顯著負相關(P<0.01)。起跳位置與起跳角度、著陸角度之間呈極顯著正相關(P<0.01)，且與著陸位置呈極顯著負相關(P<0.01)。著陸位置與起跳角度、著陸角度之間呈極顯著正相關(P<0.01)。起跳角度與著陸角度呈極顯著正相關(P<0.01)。表4

表4 在40 cm障礙高度時馬匹的步態特征之間相關性

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

40cm后肢步幅HSL跳躍距離MSL前肢步幅FSL騰空期步幅ADSL起跳位置TOP著陸位置LP起跳角度TOA著陸角度LA后肢步幅HSL1-0.284??0.297??0.260??-0.092-0.252??-0.113?-0.273??跳躍距離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??騰空期步幅ADSL1-0.075-0.225??-0.328??-0.237??起跳位置TOP1-0.242??0.297??0.235??著陸位置LP10.375??0.465??起跳角度TOA10.483??著陸角度LA1

注：同行肩標*表示相關性顯著(P<0.05)，**表示相關性極顯著(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，后肢步幅與前肢步幅、騰空期步幅之間呈極顯著正相關(P<0.01)，后肢步幅與跳躍距離、著陸位置、著陸角度之間呈極顯著負相關(P<0.01)，且與起跳角度呈顯著負相關(P<0.05)。跳躍距離與起跳位置、著陸位置、起跳角度、著陸角度之間呈極顯著正相關(P<0.01)，且與前肢步幅、騰空期步幅之間呈極顯著負相關(P<0.01)。前肢步幅與騰空期步幅呈極顯著正相關(P<0.01)，且與起跳位置、著陸位置、起跳角度、著陸角度之間呈極顯著負相關(P<0.01)。騰空期步幅與著陸位置、起跳角度、著陸角度之間呈極顯著負相關(P<0.01)。起跳位置與起跳角度、著陸角度之間呈極顯著正相關(P<0.01)，且與著陸位置呈極顯著負相關(P<0.01)。著陸位置與起跳角度、著陸角度之間呈極顯著正相關(P<0.01)。起跳角度與著陸角度呈極顯著正相關(P<0.01)。表5

表5 在60 cm障礙高度時馬匹的步態特征之間的相關性

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

60cm后肢步幅HSL跳躍距離MSL前肢步幅FSL騰空期步幅ADSL起跳位置TOP著陸位置LP起跳角度TOA著陸角度LA后肢步幅HSL1-0.284??0.297??0.260??-0.092-0.252??-0.113?-0.273??跳躍距離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??騰空期步幅ADSL1-0.075-0.225??-0.328??-0.237??起跳位置TOP1-0.242??0.297??0.235??著陸位置LP10.375??0.465??起跳角度TOA10.483??著陸角度LA1

研究表明，后肢步幅與前肢步幅、騰空期步幅之間呈極顯著正相關(P<0.01)，后肢步幅與起跳位置呈極顯著負相關(P<0.01)，且與跳躍距離、著陸角度呈顯著負相關(P<0.05)。跳躍距離與起跳位置、著陸位置、起跳角度、著陸角度之間呈極顯著正相關(P<0.01)，且與前肢步幅呈極顯著負相關(P<0.01)。前肢步幅與騰空期步幅呈極顯著正相關(P<0.01)，前肢步幅與起跳角度、著陸角度之間呈極顯著負相關(P<0.01)，且與著陸位置呈顯著負相關(P<0.05)。騰空期步幅與著陸位置、起跳角度之間呈極顯著負相關(P<0.01)。起跳位置與著陸位置呈極顯著負相關(P<0.01)。著陸位置與起跳角度、著陸角度之間呈極顯著正相關(P<0.01)。起跳角度與著陸角度呈極顯著正相關(P<0.01)。表6

表6 在80 cm障礙高度時馬匹的步態特征之間的相關性

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

80cm后肢步幅HSL跳躍距離MSL前肢步幅FSL騰空期步幅ADSL起跳位置TOP著陸位置LP起跳角度TOA著陸角度LA后肢步幅HSL1-0.114?0.168??0.361??-0.156??-0.021-0.037-0.110?跳躍距離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??騰空期步幅ADSL10.089-0.151??-0.241??-0.04起跳位置TOP1-0.174??-0.0530.033著陸位置LP10.182??0.355??起跳角度TOA10.153??著陸角度LA1

3 討 論

3.1 不同水平障礙馬越障時馬匹步態特征的差異性分析

馬的步幅是指奔跑時任意肢蹄與地面接觸的第1個點到同一肢蹄再次落地的點之間的距離，步幅往往與身體條件、驅動力量等相互關聯。姜自立等[10]通過對人短跑的研究，指出運動員的身高、觸地角度、肌肉力量是影響和制約步幅的調節變量。夏同鑫等[11]還研究發現。人的步幅長度與腿部長度、腿部肌肉的柔韌性、主動肌的做功能力密切相關。障礙賽馬運動中，影響步幅節奏的因素有很多，所以在體高不變的情況下，要想改善馬匹步幅變換的靈活性，提高馬匹關節的靈活性和增強后肢的驅動力量很有必要。

馬匹可以通過調整自身的速度或者步幅的大小來完成越障[12]。原興照等[13]通過對三級跳遠運動研究指出，起跳前，倒數第二步的步幅會比最后一步小一些。而在跳高和障礙賽中得到結果則完全相反，程泓等[14]通過研究優秀跳高運動員表明，最后一步的步幅顯著短于倒數第二步。Clayton等[21]研究馬匹在跳躍1.0～1.35 m障礙高度時也同樣得出，倒數第一步歩幅顯著低于倒數第二步歩幅。試驗4組馬匹的后肢步幅會隨著障礙高度的增加而縮短。Deuel在研究馬匹跳高比賽中高度為1.5、1.6 m時，后肢步幅為25、18 cm。雖然試驗與Deuel研究中障礙難度設置不同，但后肢步幅數值整體變化趨勢一致。

起跳角度指標呈現兩級化，低水平組馬匹大于高水平組，并且在起跳位置、跳躍距離、著陸位置、著陸角度指標中也存在同樣現象。導致這種差異的原因可能是因為試驗馬匹各組越障水平不同，經驗豐富的馬匹在越障的過程中遵循能量最優策略[15]，而較差組馬匹訓練時間短，越障經驗不足，肢體協調性差及后肢在發力過程用力不均衡，隨著訓練時間及跳躍次數的增加導致馬匹體能下降，越障失敗率變高[16]，因此，在相關指標上數值偏大。

越障是一個動、勢能相互轉化的過程。在著陸階段，優秀組、良好組極顯著大于一般組、較差組；而在著陸角度指標中，一般組、較差組極顯著大于良好組。Pfau等[17]研究得出，障礙高度的增加導致了更低的水平速度和更大的著陸角度，本試驗著陸角度指標變化趨勢與Pfau等研究結果一致。著陸角度指標較大的試驗組，馬匹的后肢會以更快的速度落地，有些甚至在前肢落地后尚未離地，后肢已經落地。Crevier等[18]認為在高水平越障中，著陸階段，前肢起主要的緩沖作用，后肢起主要的推進作用，并且后肢的垂直加速度是前肢的1.4倍，垂直速度變大，使前肢在觸地時受到更大力量的沖擊，為了緩沖觸地壓力并穩定身體平衡，前肢之間的步幅就不斷縮小，因此較差組馬匹在著陸角度指標數值最大時，前肢步幅指標數值卻是最小。

3.2 不同障礙高度時馬匹步態特征的相關性分析

越障過程通常分為5個階段：接近障礙、起跳、懸空、著陸、離開障礙[19]。但跳躍的整個過程卻非常短暫，一般一個單次的跳躍只需要2～3 s，后肢的力量驅動及前肢的負荷吸收過程發生短暫、迅速并彼此緊密連接，因此,各階段的步幅參數密切相關。Back等認為，助跑和起跳是影響越障的關鍵因素。Lewczuk等[20]通過一系列的起跳、著陸步幅參數用來評估障礙賽馬越障性能。Clayton[21]還通過分析一系列的步態特征參數之間的聯系來評估肌肉損傷。

后驅的平衡及穩定的動力輸出是起跳階段的重要保障[22]。起跳前，后肢落地給予身體支撐，使前肢向上抬起，形成合適的起跳角度。在40、60 cm障礙高度時，后肢步幅與起跳角度呈顯著負相關；但在80 cm障礙高度時，后肢步幅與起跳角度呈負相關但無顯著性，這可能是隨著障礙難度加大，水平速度更多的轉化為垂直速度，后肢步幅減小，并且支撐時間縮減，軀干角度在一定范圍內不再增加，馬匹起跳更依賴于后肢瞬間力量的爆發。

起跳位置、軀干角度和重心高度是影響越障成績的重要因素[23]。隨著障礙高度增加，起跳位置與后肢步幅呈現極顯著負相關，原因可能是隨著障礙高度增加，軀干處于一個更直立的狀態，促使后肢步幅不斷減小，后肢步幅縮短更有利于后肢的穩定性，使后腿的爆發力更強、更集中；起跳距離的增加，有利于肢體的伸展，形成更大的軀干角度[24]，確保在起跳和著陸過程中不會撞桿或掛桿而導致越障失敗。

4 結 論

在低障礙高度時，高水平組馬匹后肢步幅、前肢步幅、騰空期步幅數據均高于低水平組，而跳躍距離，起跳、著陸位置和角度數據均低于低水平組，但隨著高度增加馬匹的后肢步幅、起跳位置、起跳角度指標趨于一致。在40、60、80 cm障礙高度時馬匹的后肢步幅、起跳位置、起跳角度指標可以作為評估馬匹越障性能的選擇指標。