田徑運動員趾骨形態與跳深實驗中支撐時間關系的研究

蔡 廣，朱世成，潘其樂，朱镕鑫

速度素質是田徑跑跳類項目最重要素質之一，它與運動員專項成績有很大的相關性。影響最大速度的因素有很多，其中腳與地面支撐時間是最重要的因素之一[1]。在動量保持或增加的情況下，腳與地面支撐時間越短，支撐力量越大，可見支撐時間是田徑跑跳類項目的重要技術指標[2-3]。國內外有關支撐時間的研究很多[4-9]，研究重點多集中于支撐時間與運動成績的關系，以及運動過程中支撐的力學分析，少見有關影響運動員支撐時間長短因素的報道。本研究以短跑和中長跑運動員為研究對象，從運動員選材角度探討支撐時間與趾骨形態之間的關系。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象及等級分組

研究對象為上海市一二線短跑、中長跑運動員84名。短跑項目包括100 m、200 m、400 m，運動員取樣于莘莊運動基地；中長跑項目包括800 m、1 500 m、5 000 m、10 000 m，運動員取樣于上海體育學院附屬競技體育學校。運動員基本信息、性別分布、運動等級分布見表1。

表1 研究對象基本信息Table1 Basic Information of the Subjects

1.2 研究方法

1.2.1 趾骨長度測試

1.2.1.1 儀器

平整場地或桌椅等其他平面一塊，透明薄層玻璃板、薄層錦綸棉（50 cm×30 cm）一張，珠印油少許均勻地涂抹在薄層錦綸棉上，30 cm長塑料尺一把，干凈毛巾2塊，50 g洗潔精備用。

1.2.1.2 測試方法

受試者赤腳踩在錦綸棉上，然后平穩站到透明薄層玻璃板上（腳底不得搓動，以免印記模糊），待站穩后離開玻璃板，足印取完后，受試者自己用干凈毛巾蘸少量洗潔精，將足下殘留印油擦去。

1.2.1.3 趾骨長度測量

如圖1所示，在第一趾骨印記內側緣最外側選取點A，在腳掌印記內側緣最外側選取點B，連接A、B兩點，做直線AB。取5個趾印中心點分別為D1、D2、D3、D4、D5，然后通過5個腳趾印中心點作平行于AB的直線，這些直線與腳掌印前緣相交，交點與中心點間的線段長度P1、P2、P3、P4、P5分別近似等于第一趾骨長度、第二趾骨長度、第三趾骨長度、第四趾骨長度、第五趾骨長度。

圖1 趾骨長度測量圖Figure1 Measurement of Plantar Length

1.2.1.4 趾骨整齊性量化

以第一趾骨印記前緣為切點，在水平面上做垂直于人體矢狀軸的切線，如圖1虛線所示。本文整齊性定義是指5個趾骨前緣越靠近切線，說明5個趾骨整齊性越高。由圖1可見，5個趾骨整齊性越高，那么P2/P1、P3/P1、P4/P1、P5/P1也會越大，因此也可以認為第二、第三、第四、第五跖骨與第一跖骨比值越大，或幾個比值之和越大，趾骨整齊性越高。本文用P2/P1比值大小代表第一和第二跖骨整齊性；用P2/P1+P3/P1之和大小代表前3個跖骨整齊性；用P2/P1+P3/P1+P4/P1+P5/P1之和大小代表5個跖骨整齊性。

1.2.2 跳深實驗

1.2.2.1 測試儀器

NEWTEST Powertimer便攜式體能測試系統，40 cm臺階，1.5 m長桿，2個40 cm高架桿。

1.2.2.2 測試方法

測試記錄被試腳與地面支撐時間。反應墊連接主機，主機連接電腦。臺階放置離反應墊邊緣20 cm處，兩40 cm高的架桿放置墊子兩側，1.5 m長桿放置在架桿上。受試者雙手叉腰光腳站在臺階上，儀器準備就緒，開始跳下，落在墊子上后，以最快的速度跳起，并跳過長桿，落在長桿的另外一側，且保證落在墊子上。每人測試3次，取測試支撐時間平均值和最小值，分別表示平均支撐時間和最快支撐時間。

1.2.3 數據分組

為探討趾骨形態（趾骨長度、趾骨整齊性）對支撐時間的影響，本研究中需要對趾骨長度及趾骨整齊性進行分組，分組方式采用百分位數法，處于百分位數25%以內為25%組（分別為跖骨短組、整齊性低組），處于百分位數75%以上為75%組（分別為跖骨長組、整齊性高組）。為比較不同水平運動員趾骨形態特征，本文將受試者分為優秀組和一般組，優秀組包括健將和一級運動員，一般組包括二級和三級運動員。

1.2.4 數據統計

所有數據用SPSS18.0進行處理，結果用均值±標準差（±SD）表示。2組之間的比較采用雙樣本均數T檢驗。

2 結果與討論

2.1 趾骨長度對支撐時間的影響

男子和女子第一趾骨長度趾骨短組的最快和平均支撐時間都小于趾骨長組（表2），雖然趨勢差異無顯著性，但是該趨勢與教練員經驗及科研人員提出理論基本符合[9]。男子第二趾骨長度趾骨短組最快和平均支撐時間都大于趾骨長組，差異具有顯著性。女子最快支撐時間趾骨短組小于趾骨長組，平均支撐時間趾骨短組大于趾骨長組，差異均無顯著性。第二趾骨長度與支撐時間關系的結果正好與第一趾骨長度結果相反，男子出現趾骨長組支撐時間小于趾骨短組，女子平均支撐時間出現同樣的趨勢（表3）。

表2 第一趾骨長度分組支撐時間比較（單位：ms）Table2 Comparison on Touchdown Times of the First Toe Length Groups(Unit:ms)

表3 第二趾骨長度分組支撐時間比較（單位：ms）Table3 Comparison on Touchdown Times of the Second Toe Length Groups(Unit:ms)

2.2 趾骨整齊性對支撐時間的影響

表4可見男、女最快和平均支撐時間整齊性低組大于整齊性高組，男子差異具有顯著性（P＜0.05），女子差異無顯著性。表5是第二、三與第一趾骨長度比值之和分組后支撐時間比較，顯示男子和女子最快和平均支撐時間都是整齊性低組大于整齊性高組，但差異無顯著性；表6是第二、第三、第四、第五趾骨與第一跖骨長度比值之和分組后支撐時間比較，其規律與表5結果所示一致。

表4 P2/P1比值百分位數分組觸地時間比較（單位：ms）Table4 Comparison on Touchdown Times of P2/P1 Ratio Percentile Groups(Unit:ms)

表5 P2/P1和P3/P1比值之和百分位數分組支撐時間比較（單位：ms）Table5 Comparison on Touchdown Times of P2/P1 and P3/P1 Ratio Percentile Groups(Unit:ms)

表6 P2/P1、P3/P1、P4/P1和P5/P1比值之和百分位數分組支撐時間比較（單位：ms）Table6 Comparison on Touchdown Times of P2/P1,P3/P1,P4/P1and P5/P1Ratio Percentile Groups(Unit:ms)

從表4～6可見，第一、第二趾骨整齊性，第一、第二、第三趾骨整齊性以及全部趾骨整齊性與支撐時間的關系，男女均表現出整齊性高組支撐時間小于整齊性低組趨勢，此結果表明短跑或中長跑項目運動員趾骨形態應具備良好的整齊性趨勢，但是只有表4中男子結果有顯著性。

短跑或中長跑項目運動員趾骨不宜過長（特別是第一跖骨），5個跖骨越整齊越好的原因可能如下：（1）陸地上以足運動為主的項目，在快速運動過程中，必須以蹠趾關節強有力地支撐起整個人體，因此當趾骨過長時，支點變長，腳掌圍繞支點運動距離也就變長，腳在地面支撐過渡的時間也會變長，從而導致支撐時間變長；（2）在跑跳中，第一趾骨是過渡期最后支點，且所受壓力最大[10-11]，垂直重力與趾骨支點之間形成的阻力臂，水平方向的動力與趾骨支點形成的動力臂，當趾骨過長時，阻力臂將增加，而水平動力臂不變，支撐時間將會變長；（3）5個腳趾整齊，則在蹬伸過程中支撐點較為一致，水平方向的作用力產生的力矩較大，從而縮短支撐時間。

2.3 不同級別運動員趾骨形態特征的比較

由表7可見：男子短跑運動員優秀組第一趾骨長度小于一般組，而第二、第三、第四、第五大于一般組，這正符合第一趾骨短，5個趾骨整齊的規律。表8中長跑組也表現出了優秀組第一趾骨短于一般組趨勢，而第二、第三、第四、第五趾骨并未出現優秀組長于一般組趨勢，此外這些趨勢均未出現顯著性差異，可能與樣本量較少有關。

表7 短跑優秀組和一般組趾骨長度比較（±SD）（單位：cm）Table7 Comparison on Plantar Length between Excellent and Average Sprinters(±SD)(Unit:cm)

表7 短跑優秀組和一般組趾骨長度比較（±SD）（單位：cm）Table7 Comparison on Plantar Length between Excellent and Average Sprinters(±SD)(Unit:cm)

注：*表示與優秀組相比，差異具有顯著性，P＜0.05。

男女指標 一般組（N=12）第一趾骨長度（P1） 2.38±0.31 2.41±0.30 2.24±0.29 2.25±0.34第二趾骨長度（P2） 3.03±0.30 2.83±0.40 2.41±0.42 2.65±0.36第三趾骨長度（P3） 2.34±0.32 2.22±0.40 1.97±0.24 1.93±0.47第四趾骨長度（P4） 1.97±0.21 1.91±0.39 1.56±0.35 1.77±0.37第五趾骨長度（P5） 1.71±0.15 1.49±0.30*1.11±0.25 1.35±0.31優秀組（N=9）一般組（N=25）優秀組（N=7）

表8 中長跑優秀組和一般組趾骨長度比較（±SD）（單位：cm）Table8 Comparison on Plantar Length between Excellent and Average Runners of Middle and Long Distance(±SD)(Unit:cm)

表8 中長跑優秀組和一般組趾骨長度比較（±SD）（單位：cm）Table8 Comparison on Plantar Length between Excellent and Average Runners of Middle and Long Distance(±SD)(Unit:cm)

男女指標 一般組（N=7）第一趾骨長度（P1） 2.13±0.08 2.15±0.34 1.83±0.21 2.21±0.39第二趾骨長度（P2） 2.50±0.48 2.79±0.42 2.00±0.75 2.40±0.48第三趾骨長度（P3） 2.05±0.36 2.24±0.38 1.70±0.70 1.91±0.52第四趾骨長度（P4） 1.63±0.38 1.76±0.33 1.70±0.89 1.77±0.31第五趾骨長度（P5） 1.28±0.18 1.28±0.35 1.30±0.26 1.34±0.21優秀組（N=6）一般組（N=15）優秀組（N=3）

2.4 趾骨形態特征對速度類運動項目選材啟示

身體形態是從事任何運動項目的物質基礎，大部分優秀運動員身體形態都有其特定的項目特征。在傳統的選材學中，下肢長度是田徑項目選材中重要的形態指標[12-13]，部分項目涉及足弓形態選材，如中長跑項目需要定性評估其足弓形態等級（高足弓、低足弓），因為在中長跑項目中，如果足弓過低，神經血管就會受到壓迫，長時間的跑動，會引起疲勞和不適[14]。本研究區別于傳統足弓形態研究，主要集中于足底形態中趾骨形態，并進行了探索性量化測試，探討了趾骨整齊性對支撐時間的影響。本研究結果顯示第一趾骨及趾骨整齊性與支撐時間有明顯的關系，且不同等級的運動員趾骨形態有明顯特點，由于樣本量不平衡和樣本較少的原因，只有部分表現統計學意義，但是由于大多結果表現出一致的趨勢性特點，且其趨勢與教練員的實踐經驗一致，也就是短跑運動員在選材過程需要選第一跖骨短，且5個趾骨整齊性較高的運動員[9]，因此本研究結果提示在速度類運動員選材中趾骨形態可以作為一項探索性形態指標進行應用，待樣本量完善后，可以再進行回顧性研究，進一步證實教練員的經驗與想法。

3 小結

男女均表現出第一趾骨短組最快和平均支撐時間短，第二趾骨長組平均支撐時間短，5個趾骨整齊性高組支撐時間小于整齊性低組的趨勢。本文結果表明短跑或中長跑項目第一趾骨越短，5個趾骨的整齊性越高，越有利于減少跑動過程中腳與地面支撐時間，但是由于部分結果在統計學上并無顯著性，因此有待擴大樣本量進一步證實。