疲劳对排球起跳栏网动作下肢生物力学特征的影响

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北京体育大学学术型硕士（毕业）学位论文疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响Ｔｈｅｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆａｔｉｕｅｏｎｔｈｅｌｏｗｅｒｇｅｘｔｅｅｍｉｔｙｏｆｖｏｌｌｅｂａｌｌｂｌｏｃｋｕｍｐｍｏｖｅｍｅｎｔｓｙｊ培养单位：北京体育大学一级学科：体育学二级学科：运动人体科学研究方向：运动生物力学研究生：刘欢指导教师：曲峰教授二〇一七年六月七日 北京体育大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校对本人递交的学位论文《疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响》保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许在校内和与学校有协议的部门公布论文并被查阅和借阅。本人授权北京体育大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。。，在年解密后适用本授权书保密冈＿＿本学位论文属于不保密“”（请在以上方框内打Ｖ）刘欢日期一七年六月七日：二〇 北京体育大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本人所呈交《疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响》是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并致。谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担刘欢学位论文作者签名：日期一七年六月七日：二〇 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响摘要研究目的：流行病学研究表明疲劳是造成排球运动能力降低及损伤增加的重要原因。前人研究中关于疲劳程度的定义和疲劳产生的指标变化差异较大。本研究将疲劳细分为无疲劳、中度疲劳和重度疲劳三个等级，比较随着疲劳程度增加，受试者完成垂直起跳拦网动作时下肢生物力学变化特征，分析影响运动表现及损伤的生物力学因素。为排球运动员制定训练计划提供理论依据，以期获得更好的训练成绩并减少损伤。研究方法：受试者为10名北京体育大学男性校队排球运动员。分别在无疲劳、中度疲劳和重度疲劳的状态下进行三次垂直起跳拦网动作测试。使用红外高速运动捕捉系统和三维测力台对受试者测试动作的运动学和动力学数据进行同步采集。研究结果：随疲劳程度增加，腾空阶段的时间和高度均减少。其中重度疲劳的腾空时间、高度明显少于无疲劳和中度疲劳（P<0.05）。起跳缓冲阶段中度和重度疲劳的缓冲时间、髋屈伸范围明显少于无疲劳（P<0.05）；重度疲劳的膝屈伸范围明显小于无疲劳（P=0.015），踝屈伸范围明显小于中度疲劳（P=0.012）。起跳蹬伸阶段中度和重度疲劳的蹬伸时间，重心上升高度，冲量及髋、膝屈伸范围均少于无疲劳状态（P<0.05）；重度疲劳的踝屈伸范围，髋、膝角速度峰值均小于无疲劳和中度疲劳。落地缓冲阶段从无疲劳到中度疲劳过程中下肢各关节屈伸范围不断增加，而由中度进一步发展到重度疲劳后，却出现减小趋势。足着地时刻和vGRF峰值时刻膝屈角明显减小，vGRF及其加载率无明显变化。研究结论：1.随着疲劳增加，起跳缓冲阶段的髋、膝、踝关节屈伸范围逐渐减小。2.随着疲劳增加，起跳蹬伸阶段的髋、膝、踝关节屈伸范围和角速度、蹬伸冲量逐渐减小，蹬伸时间缩短，从而降低起跳效果。3.随着疲劳增加，落地阶段中足着地及垂直地面反作用力峰值时刻的膝关节屈角减小，会增加前交叉韧带的损伤风险。4.疲劳增加并未对落地阶段的垂直地面反作用力峰值及其加载率产生明显影响。关键词：排球拦网起跳，疲劳等级，运动生物力学，运动表现IV 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响ABSTRACTObjective:Epidemiologicalstudieshaveshownthatfatigueisanimportantreasonfordecliningmovementabilityandincreasingdamage.Previousresearchonthedefinitionoffatiguedegreeandthevarietyoffatigueindexarequitedifferent.Themainobjectiveofthisstudywastocomparethelowerlimbmotorperformanceortechnicalstrategyofchangingcharacteristicswhenparticipantscompletetheverticaljumpingactionofblockingunderno-fatigue,moderatefatigue,andseverefatigueinfatiguelevels,withincreasingfatigue.Analysisofbiomechanicschangesontakeoffcausedbyfatigueeffectsandtheeffectsofinjuries.Soitcanprovideatheoreticalbasisdevelopingtrainingplansforvolleyballplayers,andimproveperformanceandreduceinjury.Methods:10subjectswereBeijingsportsUniversitymen'svarsityvolleyballplayers.Respectively,withoutfatigue,fatigueandseverefatigueStateofthreeverticaljumpingactionofblockingtests.Usinghighspeedmotioncapturesystemandforceplatetoacquiredataofkinematicsanddynamics.Results:Withincreasingfatigue,thetimeandheightoftheflightphasewasreduced.theflighttime,heightofSeverefatiguewaslessthanmoderatefatigueandno-fatigue(P<0.05).Thebufferlength,hipROMsignificantlyofmoderateandseverefatigueinBufferstagewaslessthanno-fatigue(P<0.05),thekneeROMofseverefatiguesignificantlylessthanno-fatigue(P=0.015),andankleROMofseverefatiguewassignificantlylessthanthedegreeofmoderatefatigue(P=0.012).InStretchphase，thetime,verticaldisplacementofthecenterofgravity,hipandkneeROM,stretchimpulseofmoderateandseverefatiguewaslessthanno-fatiguestate(P<0.05).TheankleROM,peakofhipandkneeangularvelocityofseverefatiguewaslessthanthedegreeofmoderatefatigueandno-fatigue.TheROMofhip,kneeandankleinlandingstagewasincreasingfromno-fatiguetomoderatefatigue,butdecliningfrommoderatefatiguetono-fatigue.Conclusions:1.Withtheincreaseoffatigue,therangeofflexionandextensionV 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响ofthelowerextremityjointinthetaking-offbufferphasegraduallydecreased.2.Withtheincreaseoffatigue,therangeofflexionandextensionofthelowerextremityjointandtheangularvelocityofthelowerlimbpedalextensionsteparegraduallyreduced,andthepedalingtimeisshortened,thusreducingthetake-offeffect.3.Withtheincreaseoffatigue,theflexionangleofthekneejointdecreasesatthepeakofthegroundandverticalgroundreactioninthelandingstage,whichincreasestheriskofinjuryoftheanteriorcruciateligament.4.Fatigueincreasedoesnothaveasignificanteffectontheverticalgroundreactionforcepeakanditsloadingrateinthelandingstage.Keywords:blockjump,leveloffatigue,biomechanics,sportperformanceVI 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响目录1前言...............................................................................................31.1选题依据................................................31.2研究目的及意义..........................................41.3研究假设................................................42文献综述.......................................................................................52.1排球运动损伤的流行病学调查..............................52.2垂直起跳拦网技术........................................62.3疲劳....................................................62.3.1疲劳的定义和产生机制........................................................................62.3.2疲劳模型...............................................................................................72.3.3疲劳的判断标准....................................................................................82.4疲劳对下肢生物力学指标的影响............................92.4.1时空参数...............................................................................................92.4.2下肢生物力学参数..............................................................................103研究方法.....................................................................................143.1受试者.................................................143.2数据采集...............................................143.2.1测试仪器.............................................................................................143.2.2测试方案与流程..................................................................................143.3动作阶段划分...........................................183.4数据处理...............................................193.5统计方法...............................................204研究结果.....................................................................................201 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响4.1起跳缓冲阶段测试结果...................................204.2起跳蹬伸阶段测试结果...................................234.3腾空阶段测试结果.......................................294.4落地缓冲阶段测试结果...................................305分析讨论.....................................................................................385.1起跳缓冲阶段指标分析...................................385.2起跳蹬伸阶段指标分析...................................395.3落地缓冲阶段指标分析...................................416结论.............................................................................................42致谢.................................................................................................43参考文献.........................................................................................44附录.................................................................................................49个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果.....................512 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响1前言1.1选题依据现代排球运动是一项技能主导类隔网对抗性项目，它的特点是节奏快速、竞争激烈等。由于比赛激烈以及日常运动训练的强度较大，排球项目中往往会出现多种运动损伤。流行病学调查研究表明，从损伤发生的时间特征看，赛初和赛末是损伤多发期[1]，而赛末多是因为运动员体能降低发生疲劳引起的；从运动损伤发生的常见部位来看，膝、踝关节是损伤高发部位[2]，尤其是在排球这种包含大量重复性跳跃的运动中，连续性重复起跳落地被认为是造成下肢过度劳损的主要风险因素[3]；从致伤程度看，运动疲劳导致身体机能下降成为诱发排球运动员中度和重度损伤的主要原因之一[4]。在激烈的排球比赛中，运动员神经高度紧张，人体各环节要在中枢神经系统控制下密切协调配合才能发挥出肌肉的最大爆发力，从而高质量地完成大量拦网扣球动作。因此，大量重复性起跳落地动作必然使得肌肉骨骼系统承受巨大负荷，这些将造成运动员体能大量消耗，进而产生疲劳。有研究表明，疲劳会导致运动员的神经肌肉控制能力[5]、协调性[6]以及本体感觉能力降低[7]；关节周围肌肉和韧带逐渐松弛，肌肉组织的刚度和力量发生改变[8]；进而导致关节稳定性降低，运动员完成的技术动作质量下降[9]，最终导致运动损伤发生率进一步提高。以往研究多从生理、生化及心理等范畴探究疲劳现象的原理等。近年来，运动生物力学指标所反映出的运动学特征改变作为疲劳出现后最直接、最显著的变化[10]，已逐渐得到国内外学者的重视。目前国外应用运动生物力学的相关指标对疲劳现象进行分析的研究成果已经较多。通过查阅国内外文献发现，对于神经肌肉疲劳所造成的运动表现或技术策略的变化趋势似乎并未得出确定性结论。在相似研究中对同一种生物力学参数的变化及影响往往出现不同甚至相反的结论：有研究者发现落地过程中疲劳后膝关节屈曲角度峰值显著[11]，而这一参数在Patrek等人[12]的研究中并未出现显著性变，但是Edwards[13]的研究却发现疲劳会引起膝关节屈角峰值出现明显的减小趋势。究其原因可能有以下几点：一是在不同的实验研究中受试者的个体运3 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响动水平存在较大差异；二是不同研究所定义的疲劳等级不同，不同试验中规定的“疲劳后”状态水平差异较大。这提醒我们或许随着疲劳程度的增加人体参数在不同的运动中可能会有所差异。此外，有些文献往往对某个单一动作进行研究进而将结论推广到大范围各项运动项目中去，例如空中落地动作（droplanding，DL），经常被选为研究起跳-落地动作的落地模型，因为它将落地环节从整个起跳-落地动作中分离出来，方便研究者把影响落地生物力学指标的关键因素（例如跳跃高度峰值）标准化。但是以DL为模型研究出的变化指标能否代表完整的起跳-落地动作中落地缓冲阶段的生物力学变化并且将结论推广到其他包含落地-起跳动作的运动中的观点受到其他研究者的质疑[14,15]。S.Edwards等[3]对DL与排球中的起跳-落地技术进行对比研究发现两种动作中受试者的躯干角度，落地时刻膝、踝关节屈角及其角速度，重心高度等生物力学指标出现较为明显的差异。因此，我们有必要结合专项动作为专项运动开展更加精确的生物力学诊断，以期更好地为运动训练服务。流行病学研究表明排球运动中疲劳是造成运动能力降低及损伤增加的重要因素[16]。目前结合排球专项运动分析疲劳引起的下肢生物力学特征变化的研究较少。因此，我们仍然需要大量的实验来验证分析排球运动员在疲劳状态下的下肢运动模式变化特点。并通过明确运动模式变化与排球运动员运动损伤之间的关联，为探究疲劳造成损伤的生物力学机制及损伤预防提供充实的理论依据。1.2研究目的及意义本研究的主要目的是比较无疲劳（Non-fatigue，NF），中度疲劳（Moderate-fatigue，MF），重度疲劳（Serious-fatigue，SF）三个疲劳等级中，受试者完成垂直起跳拦网动作时下肢运动表现或技术策略的变化特征；分析疲劳引起的各种生物力学指标变化对起跳效果及常见损伤的影响。为排球运动员制定科学合理的训练计划及预防日常训练和比赛中排球运动员运动损伤的发生提供理论依据，以获得更好的训练效果和优异的运动成绩。4 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响1.3研究假设（1）随着疲劳增加，排球运动员下肢关节屈伸范围等生物力学指标变化会影响腾空高度，进而影响起跳效果。（2）随着疲劳增加，排球运动员下肢生物力学指标变化会增加下肢关节损伤风险。2文献综述2.1排球运动损伤的流行病学调查现代排球运动是一项技能主导类隔网对抗性项目，在高强度训练和激烈比赛末期往往多发各种运动损伤。据相关统计分析发现，排球项目中运动员整体运动损伤发生率为2.6/1000h，其中急性损伤发生率为2.0/1000h，疲劳损伤发生率为0.6/1000h[17]。从发生时间看，排球损伤多发于比赛初期和末期，比赛初期运动损伤发生的主要原因是没有进行充分的准备活动，比赛末期运动损伤发生的主要原因是运动疲劳的不断加深，运动员身体机能不断下降[1]。从损伤原因看，通过对专家和运动员进行致伤原因的调查问卷研究发现，疲劳在总结出的16条排球致伤原因中排第四位[2]，其原因可能是疲劳导致运动员的神经肌肉控制能力[5]、协调性[6]以及本体感觉能力下降[7]；关节周围肌肉以及韧带逐渐松弛，肌肉刚度和肌力出现不同程度的变化[8]；运动员主要的关节稳定性不足，技术动作完成质量下降[18]，进而导致损伤发生。还有研究者认为运动员和教练员判断疲劳程度的手段落后也是导致运动员损伤率升高的原因[2]。从发生部位看，损伤发生率由高到低依次排列为膝关节、腰部、踝关节、肩关节、背部、肘关节、髋关节、足部、指关节和手部，下肢部位尤其是膝关节和踝关节是损伤的高发区[2,4,17]。膝关节和踝关节常见的运动损伤主要有髌腱末端病[13]、踝关节扭伤[17]等。DeFrate等研究发现在健康人群的膝关节运动中，在膝关节屈角大于60°的情况下膑腱拉力方向会产生变化，该变化会对髌骨产生巨大压力[19]，进而增加近侧端膑腱末端病的损伤风险[20]。Richradset等人[19]通过对加拿大排球国家队队员在起跳落地时刻的下肢生物力学指标进行分析研究，发现膑腱末端病的发生与膝关节屈角存在密切关联。虽然目前并没有直接的流行病学证据表明疲劳会直接导致ACL损伤发生，但有大量研究证明疲劳可以通过以上多种损伤原因可以增加ACL的损伤风险[21]。此外，研究发现非接触性前交叉韧带损伤在比赛中的发生5 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响率高于日常训练，且多发于比赛或者赛季末期。更重要的原因是，实验研究表明疲劳引起的落地生物力学动作改变与引起前交叉韧带断裂的动作形式非常相似[18,21,22]。排球运动员的运动损伤主要发生在扣球、拦网、防守、发球等技术动作的过程中，排球运动员所站位置不同其损伤发生率也存在差异，主攻、副攻和接应二传等位置的排球运动员发生运动损伤机率最高，达到80%以上。2.2垂直起跳拦网技术拦网是如今排球比赛中最为重要的基本技术之一，它不仅是排球比赛中的首条防守要线，还是实现快速得分的重要途径。由此看来，拦网对于排球比赛的胜负至关重要。成功的拦网一方面可以降低己方后排队员的防守负担，另一方面还可以将球拦死从而直接得分。拦网技术的常见动作形式包括单人拦网与集体拦网、移动拦网与原地拦网等。为了实现较好的实验动作控制，本文将原地垂直起跳拦网技术作为研究对象来探索疲劳引起的排球损伤的运动生物力学特征变化。排球原地垂直起跳拦网动作可划分为三个阶段：起跳、腾空和落地缓冲阶段；起跳阶段又可以进一步划分为起跳缓冲阶段和起跳蹬伸阶段。关于起跳缓冲与起跳蹬伸阶段的划分标准，目前包括动力学和运动学两种划分方法：陈民盛[23]将测力台获得的FX=0时刻作为缓冲和蹬伸的临界点。在运动学划分中，李亚茹[24]在原地纵跳实验中将膝关节角度变化的初始时刻作为时相的划分标准；Hay[25]则采用了人体重心升降的初始变化时刻作为划分纵跳动作的时相依据。目前国内研究中通常会使用膝关节屈角最大值时刻作为缓冲与蹬伸阶段的划分点。2.3疲劳2.3.1疲劳的定义和产生机制国际公认的运动疲劳的定义为机体生理过程不能维持其机能在一定水平上和（或）不能维持预定的运动强度。经过大量研究，学者认为疲劳发生的机理非常复杂并归纳出6条疲劳产生机制学说，运动性疲劳发生的根本原因可能是6 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响运动应激性代谢加强所带来的负效应引起的[26]。根据其产生机制可将运动性疲劳划分为心理性疲劳和生理性疲劳，生理性疲劳又可进一步划分为中枢性疲劳和外周性疲劳。外周性疲劳主要影响单块或某一群肌肉，产生原因主要是兴奋-收缩耦联机制的抑制作用[27]；中枢性疲劳作为一种保护性抑制可以有效防止机体出现过度机能衰竭[28]。2.3.2疲劳模型按照疲劳诱发所需时间的不同，疲劳模型包括为慢性和急性两种。王芳[30]要求受试者在跑台上完成整个疲劳过程，从而真实反映出跑动至产生疲劳的整个动作过程中人体下肢生物力学参数变化的规律，使用慢性疲劳模型对研究对象的还原程度高，但是实验环境等限制性因素较多，可行性差。因此更多的实验会在尽可能还原真实情况下使用急性疲劳模型。Edwards等人[3]在研究疲劳对排球扣球起跳-落地动作造成的人体生物力学特征变化时就选择令受试者双手叉腰负重后完成原地纵跳动作。急性疲劳模型虽然不能最真实的还原比赛中的疲劳，但是省时省力且容易控制疲劳程度。按照疲劳出现部位的不同，疲劳模型又可以划分为局部和整体两种。局部疲劳模型可以使用等速测力计引起某块指定肌肉产生疲劳，也可以通过完成特定的动作引起下肢整体性疲劳[31]。Vaggie等人[32]在研究踝关节疲劳对身体姿势控制和疲劳的影响时就使用Cybex6000等速测力计诱发小腿肌肉疲劳，疲劳标准定义为受试者的关节力矩值连续三次低于最大关节力矩的50%。目前研究多采用功率自行车和跑台的形式实现整体疲劳[3,33]。ADRIAN[34]在关于不同疲劳模型产生的疲劳差异研究中，分别使用三种不同的疲劳模型：第一种是一场真实的篮球比赛，第二种是一项单腿蹲跳落地运动，第三种是利用等速测力计诱发单腿膝关节屈伸运动疲劳）帮助一名男性篮球运动员达到疲劳状态后，分析其在跳深落地过程中的下肢运动学参数变化。结果显示，第一种和第二种疲劳模型产生的膝关节内旋和外展角度增加，髋外旋角增大等指标变化相一致，而等速疲劳模型则呈现出相反的参数变化。第一、三种疲劳模型均表现为髋关节外展角度减小，第二种疲劳模型则表现出相反的参数变化。因此，疲劳模型的差异可能是不同实验中生物力学参数出现差异甚至相互矛盾的重要原因之一。由于排球运动属于整体疲劳，且排球中的技术动作多以跑跳结合为主。因7 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响此，在探究疲劳对排球项目的影响中应该采取整体疲劳模型。通过考虑条件限制及可控性等因素，本研究决定采用急性整体疲劳模型。2.3.3疲劳的判断标准根据不同的疲劳模型我们应该使用不同的疲劳判定标准。目前常用的有纵跳高度衰减率，Hatze等人[35]研究了17名受试者纵跳高度随着疲劳程度加深所呈现出的变化情况，该研究认为当纵跳高度达到最大纵跳高度的80%时人体到达次最大疲劳状态。Marijeanne等人[21]在比较疲劳前后舞蹈运动员与球类运动员在30cm高台单腿起跳落地动作的生物力学差异时也使用了最大纵跳高度衰减率来评估受试者疲劳水平。当受试者的纵跳高度达到个人最大纵跳高度的90%以下时判定为疲劳。张强[36]等在研究不同疲劳状态下落地动作中下肢力学变化特征时也使用了最大纵跳高度衰减率作为疲劳的判定标准。该研究结合Coventry[37]的纵跳研究并结合预实验结果，将疲劳划分为三级：无疲劳状态；中度疲劳，衰减量达到20%；重度疲劳，衰减量达到30%。Edwards等人[13]在研究疲劳对急停起跳落地动作技术和髌腱负荷影响的中，将受试者所测得的纵跳高度少于个人最大纵跳高度的70%即为疲劳。运动过程中，运动强度及运动时间的增加会导致心率不断加快。研究表明，[32，33]在中等极限强度运动过程中，心率与运动强度之间呈明显的正相关关系。ADRIAN[34]在疲劳研究中使用心率监测系统来检测比赛强度，受试者进行正规篮球运动，当心率达到每分钟156次/min时判定为疲劳。该实验中受试者达到疲劳所用时间为45.1min。McInnesSE[38]通过录像统计出八名国家一级篮球运动员在篮球比赛中的平均心率高达165±9次/min[39]。陈宏伟等以北京体育大学校男排队员为研究对象，发现排球比赛中运动员的平均心率多集中于140~159次/min，占总人数的66.7%，少数人心率可达160~179次/min，占总体人数的22.2%。这一研究结果可为本试验中受试者的心率范围提供参考，使疲劳模型更符合实际。主观感觉等级量表（RPE）也是快速判定疲劳的辅助标准之一。受试者可以在运动过程中持续判断自我感觉是RPE木板上的第几等级，从而判定自己的疲劳等级。王芳[30]在研究疲劳前后跑步运动中人体动作结构特改变的研究中使用RPE和心率作为疲劳的判定标准。该研究将疲劳标准判定为受试者感觉疲劳、8 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响呼吸困难；RPE达19~20之间，并且实在无法维持预定强度，实测心率超过180次/min。RPE可以有效的反映疲劳程度，但是需要受试者的积极配合。此外，Edwards等人[13]在研究疲劳前后急停起跳落地动作下肢生物力学参数与髌腱载荷变化的研究中将血乳酸浓度达6mmol*L-1作为疲劳标准。实验测得疲劳使得血乳酸浓度由疲劳前的3.5±0.7mmol*L-1增加到疲劳后的8.0±1.9mmol*L-1，2.4疲劳对下肢生物力学指标的影响2.4.1时空参数Alberto等人[41]在研究原地连续纵跳过程中发现随着疲劳加深，纵跳动作的缓冲、蹬伸和支撑时间增加，腾空时间却缩短，人体重心上升高度明显减小。曹志飞[40]等研究也发现了类似结论。该研究认为运动疲劳会引起缓冲、蹬伸及支撑阶段的总体时间逐渐增加，而腾空时间逐渐减小。对于缓冲和蹬伸时间的延长原因，作者认为一方面可能是疲劳导致缓冲和起跳蹬伸阶段人体关节角位移增大引起的；另一方面可能是缓冲和蹬伸阶段的下肢关节的平均角速度降低引起的。时间参数是影响起跳效果的有效指标之一：腾空高度随着起跳时间缩短而增加。原因可能是下肢从缓冲到蹬伸的转换速度较快的情况下，肌肉紧张度较高，储存的弹性势能多，从而增强起跳效果。周成之[42]在比较原地纵跳和助跑纵跳的研究中发现缩短起跳时间有利于增大蹬伸力量。李世明[43]在研究硬地与沙地排球扣球起跳动作时发现，缓冲阶段的重心高度变化也随与腾空高度增加而减小。此外，缓冲时间和蹬伸时间与腾空高度也呈负相关，并且随着原地连续纵跳频率的加快，负相关的程度逐渐增大。王宝成、王法信等人[44,45]也认为起跳时间短可以产生更好的起跳效果。曹志飞[40]在原地连续纵跳的研究中通过对比疲劳前后的重心上升高度与腾空高度，发现疲劳会减小人体的缓冲与起跳蹬伸距离，进而影响腾空效果。首先，要想取得更好的纵跳效果，不仅仅要强度缓冲过程中的重心下降高度，还需要将下肢各工种肌肉的张力—长度参数达到最佳组合。另外，蹬伸过程中人体移动距离增大也会延长蹬伸阶段所需时间。因此，应该将蹬伸过程中的时间与重心高度变化相结合进行分析。9 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响2.4.2下肢生物力学参数2.4.2.1起跳缓冲阶段目前疲劳对垂直起跳拦网专项动作影响的相关研究较少，相较而言对连续纵跳动作的研究较多。Aragon-varfas[47]认为起跳离地时刻人体重心的位置以及初速度是影响纵跳效果的有效因素。王保成[48]认为起跳缓冲阶段下肢工作肌群退让性收缩速度及最大肌力是影响起跳缓冲效果的重要因素。刘卫国等人[49]在不同形式纵跳的动力学分析中发现适度增大缓冲幅度可以有效增强起跳效果。其次，起跳缓冲阶段冲量与腾空高度呈正相关，对于腾空高度具有决定作用。2.4.2.2起跳蹬伸阶段曹志飞等[40]关于原地连续纵跳的研究表明，在起跳蹬伸阶段，随着疲劳加深，髋、膝、踝关节角速度峰值呈递减趋势，这也会导致腾空高度降低。陆阿明关于纵跳动力学特征的研究中认为，纵跳起跳蹬伸阶段中vGRF峰值是判断运动性疲劳的有效生物力学指标[50]，随着疲劳加深，vGRF峰值不断减小[51]。郑亦华[52]、周成之[42]等人的研究发现纵跳过程中垂直蹬伸力最大值与腾空高度没有明显相关关系，而Dowling等[53]将蹬伸力最大值标准化为体重单位的倍数后发现二者呈中度相关关系。陆阿明等[51]发现30次连续纵跳中摸高成绩整体上不断减小，蹬伸时间略有增加。在比较快速和慢速原地纵跳疲劳的研究，单信海[54]发现随着运动疲劳加深，纵跳的支撑时间、腾空高度、动作速度、下肢关节屈曲幅度角速度等指标均明显降低。2.4.2.3落地缓冲阶段Jonathan等人[58]研究了疲劳对男性和女性业余运动员在急停起跳落地缓冲阶段中下肢力学特征的影响。结果显示，疲劳使得男性和女性的胫骨近端向前剪切力峰值均出现明显增加，平均增加了21%，且男性增加程度大于女性。Chappell等人[58]对10名男性和10名女性业余运动员在疲劳前后的急停起跳落地缓冲阶段中膝关节的力学参数的研究结果也说明男性和女性受试者在落地缓冲阶段中的胫骨近端向前剪切力峰值明显增加。但是，导致该指标增加的机制却出现性别差异。对男性而言下肢疲劳引起的胫骨近端向前剪切力峰值增加或许是由于膝关节屈角减小造成的；对女性而言则是因为膝关节屈角减小及外翻力矩增加的联合影响造成的。David[37]等人认为胫骨近端前向剪切力增大是由于疲劳使得受试者膝关节屈曲角度变小造成的。胫骨近端前向剪切力增大会加剧10 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响ACL所受载荷，进一步增大ACL的损伤风险[59]。相关文献认为，排球运动员是髌腱末端病的高发人群[13]。此外，尽管没有直接的流行病学证据显示疲劳可以增加ACL的损伤风险，但有大量研究证明疲劳可以通过多种损伤原因可以增加前交叉韧带的损伤风险[21]。Bisseling等人的研究表明膑腱末端病患者在足部初始着地期和vGRF最大时刻的膝关节屈角增大。另有研究表明跳跃膝患者与健康者相比在落地时会出现更大的膝关节角速度和较高的踝关节跖屈力矩[13]。David等人[60]的研究结果显示在vGRF峰值时刻的膝关节屈角明显变小，落地过程中膝关节屈角最大值明显变小。研究者认为膝关节屈曲角度的减小会使得股后肌群对胫骨向后的拉力减小，导致胫骨前移增加，从而导致ACL的负荷增加。Marijeanne等人[21]研究了疲劳前后40名舞蹈运动员（男女各20人）与40名球队运动员（男女各20人）从30cm高台单腿起跳落地动作中的生物力学指标变化。通过比较两者达到相同疲劳程度所需要的时间，研究发现舞蹈运动员的抗疲劳能力比球队运动员更强。结果表明，疲劳导致着地时刻膝关节屈角轻微减小，而膝关节屈角最大值增大。Chappell等人[58]的研究结果显示男性和女性受试者在落地缓冲阶段中的膝关节屈曲角度明显减小。然而，另有研究却并未发现疲劳会影响跳深动作落地缓冲阶段膝关节最大屈角[61]。作者认为对于落地缓冲阶段膝关节屈角最大值的差异，可能是实验所用疲劳模型存在的差异引起。类似研究也发现，疲劳后做急停起跳动作时，膝关节屈角显著减小，但伸膝力矩并未发生显著性改变。S．Edwards[62]的研究发现疲劳导致受试者在落地缓冲阶段的触地时刻、vGRF峰值时刻以及fGRF峰值时刻的膝关节屈曲角度明显减小，足触地时刻的膝关节屈曲速度显著性降低。在足着地时刻到髌腱力峰值时刻的过程中膝关节运动范围并未出现明显差异。足着地时刻膝关节屈曲和内收速度明显减小，在足着地时刻和vGRF峰值时刻的外展速度明显增加。David[60]的研究结果显示疲劳对膝关节屈伸力矩峰值以及内收外展力矩峰值并未造成显著性影响。Chappell等人[58]的研究发现在胫骨近端向前剪切力峰值时刻，男性和女性在疲劳前后的膝关节伸展力矩未出现明显变化。但其膝关节内外翻力矩出现明显变化，其中其中女性膝关节外翻力矩约平均增加了96%，男性膝关节内翻力矩约减小了43%。因此，研究者认为疲劳可以改变膝关节的生物力学参数，增加运动员ACL损伤的风险。并且在相同的疲劳程度下女性ACL更容易出现损伤。而Marijeanne等人[21]的研究则表明疲劳后足着地时刻男性与11 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响女性的膝关节外翻力矩峰值均增大。有研究发现随着膝关节弯曲角度减小，前向剪切力、内外翻力矩和内旋力矩会加重ACL负荷[59]。目前相关研究表明当仅仅存在膝关节外翻力矩时不一定会导致ACL负荷增加，还有研究者认为膝关节外翻角超过8°并且外翻力矩超过2.5倍时才会发生损伤。因此，还需要进一步研究才能说明两者间的确切关系[5]。Edwards的研究发现疲劳后落地阶段中地面反作用力峰值时刻的踝关节背屈角度减小[3]。在落地缓冲阶段中的足着地时刻，踝关节的跖屈角速度明显增加，从足着地时刻到髌腱峰值时刻之间的踝关节屈伸范围明显减小[62,63]。Mclean[64]的研究表明，在dropjump的落地缓冲阶段中，疲劳前后踝关节的背屈和内旋角度峰值没有明显变化。排球运动员在起跳落地过程中踝关节扭伤等非接触性损伤比例也较高[17]。而落地时刻过度内翻内旋往往容易造成踝关节扭伤[65]。Stacoff的研究表明，踝关节内翻运动超过了外翻运动能力是踝关节扭伤重要原因[66]，尤其是疲劳导致人体神经肌肉的传导功能降低，防止踝内翻的腓骨肌反应时慢于外翻运动速度，引起踝关节内翻损伤的发生[67]。David等[37]研究了慢性疲劳和急性疲劳两种疲劳方式对急停起跳时下肢生物力学特征的影响，结果发现相对于疲劳前，疲劳之后触地时刻、垂直力峰值时刻、水平向后力峰值时刻以及膝关节屈曲角度最大时刻的髋关节屈角显著减小，并且髋关节屈角最大值也显著减小。Edwards[13]的研究表明在急停起跳的急停阶段中，髋关节导致髋关节屈曲幅度显著减小，足着地时刻髋关节屈曲角速度减缓而内收角速度加快。而Thomas[68]认为单独的髋和踝的疲劳或许并不会增加ACL损伤风险。尽管结果表明，髋关节旋转肌群疲劳后单腿落地过程中髋内旋增加，但是并未发现膝关节的生物力学指标发生明显变化。而小腿三头肌的疲劳却造成了落地时刻膝关节屈曲角角度降低，研究者认为这种膝关节屈角的减小可能是人体的一种补偿机制以保护下肢来自地面反作用力冲击可能造成的伤害。S．Edwards等人[3]研究了排球运动员疲劳前后从33cm高度跳下和垂直起跳落地两种动作的生物力学特征差异。结果发现疲劳对GRF合力的影响较小；而之后在对16名男性运动员疲劳前后的落地技术改变和髌腱负荷的研究中，使用的疲劳模型是在特制装置上连续完成拉伸—缩短循环动作，测试动作是急停起跳。在水平着地阶段中，疲劳后受试者的vGRF峰值及其加载率均出现明显增加，12 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响从足着地到到达vGRF峰值时刻的时间减少；垂直着地阶段，前后方向上的GRF峰值也出现明显增加[13]。Brazen[69]的研究中发现疲劳后落地缓冲阶段vGRF峰值是增加的。Evangelos[70]研究了不同性别的受试者在疲劳前后从40cm的高台处落下时下肢生物力学参数的变化，结果发现不管男女，疲劳后落地阶段中的vGRF峰值明显提高。而其它研究中却出现了不同的结论。其中Coventry的研究表明疲劳使得落地缓冲阶段的地面反作用力峰值明显减小，但是其加载率并没有改变[63,71]。而David[37]的研究未发现疲劳对vGRF峰值造成明显影响。这些结论差异可能是由于试验中受试者的运动能力不同或者对疲劳程度的定义不同造成的。关于疲劳后落地时vGRF峰值增加这一指标变化，有研究者认为会对下肢造成不利影响。其原因可能是疲劳导致人体各环节中神经和肌肉的控制能力下降，使得肌肉、韧带等结构的缓冲作用降低。Laurie等人[7]研究了疲劳前后下肢肌肉本体感觉出现的变化。在生理机制上解释了疲劳会导致膝关节周围的肌肉和韧带松弛。Fernando等人[18]研究了疲劳对排球运动员膝关节位置觉的影响。通过评定分析17名高水平排球运动员在比赛前后的位置觉，研究者发现在排球比赛导致疲劳后，与正常运动表现相比受试者膝关节出现约2.11°的绝对角度误差和1.71°的相对角度误差，说明疲劳使得运动员的膝关节位置觉敏感度降低。以上这些改变都会使得膝关节稳定性降低并造成动作不规范，进而引起膝关节损伤。综上所述，大部分研究都表明疲劳会引起人体下肢运动生物力学指标发生变化。在运动学指标中，多数研究表明疲劳会导致下肢着地时刻髋关节的屈曲角度减小，疲劳可引起纵跳高度降低等。但仍有很多指标变化存在争议，例如膝关节的屈曲角度以及内外展角度的变化等。在动力学指标中，大多数研究对于关节力矩、地面反作用力，膝关节刚度以及冲击力加载率等指标的分析不够全面深入，或者测试结果中指标的变化没有出现明显不同。在不同研究中出现的某些矛盾结论，可能是由于不同受试者运动能力差异，疲劳模型差异以及测试动作的不同引起的，因此在今后的研究中仍需要大量重复性实验来验证。13 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响3研究方法3.1受试者本次实验选取10名北京体育大学男子排球代表队运动员为受试者。正式实验前，告知受试者具体实验过程，并签署知情同意书。要求受试者在参加本实验测试前6个月内下肢无损伤史，身体状况及运动能力良好。受试者在测试前24小时内无大运动量体育活动。表1受试者基本信息（n=10）年龄（y）身高（m）体重（kg）训练年限21.56±1.671.96±0.0687±11.747.75±2.383.2数据采集3.2.1测试仪器实验测试在北京体育大学科研中心运动生物力学测试大厅完成。使用8镜头红外高速运动捕捉系统（MotionAnalysisRaptor-4，USA）和三维测力台（Kistler9281CA，Switzerland）对受试者垂直起跳拦网动作的运动学和动力学数据进行同步采集，采样频率分别为200Hz和1000Hz。3.2.2测试方案与流程3.2.2.1测试方案每一位受试者共完成三次测试：分别为无疲劳、中度疲劳和重度疲劳状态下测试。测试动作为垂直起跳拦网动作：受试者面对2.43m高的排球网，两脚分别落在测力台上（右脚踏在1号测力台，左脚踏在2号测力台，如图1所示），身体保持挺直，双手于胸前平举，掌心面向排球拦网，起跳时无摆臂动作；受试者全力垂直向上跳起以完成测试动作，落地过程中两足分别落在两块测力台上。14 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响要求受试者熟练掌握动作后方可进行测试。如果受试者双脚落地时没有分别落在测力台上，那么该次动作视为无效。图1测力台站位示意图3.2.2.2测试流程（1）采集受试者基本信息：姓名、年龄、身高、体重、专位、运动等级、训练年限等。（2）准备活动：测试前，受试者进行5分钟热身活动，重点活动足部以及膝、踝关节，防止在测试中发生意外损伤。（3）最大纵跳高度测试：热身结束后，使用摸高器进行3次全力纵跳摸高测试，要求受试者尽全力纵跳，双臂可自然摆动，计算3次垂直跳跃绝对高度的平均值，规定为该受试者的最大纵跳摸高高度。分别以达到最大纵跳高度的80%、70%作为中度疲劳和重度疲劳的衡量标准。（4）粘贴反光点：测试结束后根据Helen-Hayes模型粘贴标志点（标志点名称和粘贴位置见表2）。（5）无疲劳动作测试：受试者完成3次无疲劳状态下的垂直起跳拦网动作测试。（6）中度疲劳动作测试：受试者以躯干负重的方式（重量为受试者个人体重的10%）在网前完成约4组垂直起跳拦网测试动作，每组30个，组间间歇3015 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响秒。再到摸高器前进行无负重最大纵跳摸高测试，监测其纵跳高度，当纵跳成绩连续3次低于个人最大纵跳高度的80%时，判定为中度疲劳，并立即进行3次垂直起跳拦网动作测试。（7）重度疲劳动作测试：休息2分钟后，受试者继续完成3组负重拦网动作，每组30个，每完成一组间歇30s。再到摸高器前进行无负重最大纵跳摸高测试，监测其纵跳高度，当纵跳成绩连续3次低于个人最大纵跳高度的70%时，判定为重度疲劳，并立刻进行3次垂直起跳拦网动作测试，之后测试结束。图2测试场景（从左至右依次为最大纵跳摸高测试、疲劳模型、垂直拦网起跳测试）16 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响图3测试流程图表2标志点名称及位置标志点名称位置头顶点人体站立时头部最高点头前、后点头前后方，人体正中矢状面且前后高度一致左、右肩点肩峰左、右肘点肱骨外上髁左、右腕点尺骨茎突与桡骨茎突连线中点偏移点右侧肩胛骨（不参与计算，系统识别用）左、右髂前上棘点髂前上棘腰点第四、五腰椎棘突中点左、右大腿点大腿前面17 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响左、右外膝点股骨外侧髁左、右内膝点股骨内侧髁（静态标定时用）左、右小腿点小腿前面左、右外踝点腓骨外踝左、右内踝点胫骨内踝（静态标定时用）左、右足尖点第二、三跖趾关节中点左、右足跟点鞋后帮正中，与足尖点同高3.3动作阶段划分根据研究目的的需要，本文将垂直起跳拦网动作进行如下划分：起跳缓冲阶段：本研究中运动员的初始姿势为站立站姿，将膝关节初始屈曲时刻作为起点，将膝关节屈角最大值时刻作为终点，把该过程叫做起跳缓冲阶段。该阶段的主要任务是人体下肢主要工作肌群离心收缩为起跳蹬伸阶段储存弹性势能。起跳蹬伸阶段：是指从膝关节屈角最大值时刻到右脚离地时刻（vGRF＜10N）的动作阶段。该阶段动作的外部特征为髋、膝、踝关节屈角逐渐减小，身体重心不断上升，直到双脚离地。该阶段的主要任务是下肢主要工作肌群向心收缩释放弹性势能。腾空阶段：是指右脚离地时刻（vGRF＜10N）到右脚着地时刻（vGRF＞10N）的动作阶段。该阶段的外部特征为双脚离地瞬间髋、膝、踝三个关节充分伸展，达到最大上升高度后不断下降至双脚着地。落地缓冲阶段：从右脚着地时刻（vGRF＞10N）开始到人体重心再次下降到最低点时刻结束。该阶段的主要目的是通过缓冲动作减少运动损伤。18 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响膝关节初始屈曲时刻huan起跳缓冲阶段膝关节屈角最大值时刻nchongjieduanhuan起跳蹬伸阶段huan右脚离开测力台（vGRF＜10N）时刻nchongjieduanhuan腾空阶段huan右脚再次落至测力台（vGRF＞10N）时刻nchongjied力台上chongjieduan落地缓冲阶段uan人体重心高度曲线再次下降到最低点时刻huannchongjieduanhuanngjieduanhuanhuan图4排球垂直起跳拦网动作阶段划分3.4数据处理应用Butterworth低通滤波对采集到的运动学数据进行平滑处理，截断频率为10Hz。实验中分析受试者右腿的相关生物力学指标。选取受试者每一种疲劳程度下3次动作测试中纵跳高度最高的作为最优测试。采用逆动力学的方法计算各关节的净力矩。地面反作用力标准化为体重（N）的倍数，单位为BW；力矩标准化为身高（m）和体重（N）乘积的倍数，单位为BW*BH。所有数据结果以平均值±标准差的形式表示。根据标志点，建立骨盆坐标系、大腿坐标系、小腿坐标系、足系等局部坐标系。其中髋关节中心参照Bell[72]的研究计算得出，膝关节转动中心是股骨内外侧髁中点，踝关节转动中心是内外踝中点，采用欧拉角的计算方法计算髋、膝、踝关节的三维角度。大腿系的Z轴方向为髋关节中心指向膝关节中心，Y轴方向是Z轴单位向量与髋关节中心指向股骨内侧髁向量的叉乘方向，X轴方向是Y轴单位向量与Z19 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响轴单位向量的叉乘方向，指向内侧。髋关节角为大腿坐标系和骨盆坐标系之间的欧拉角，大腿系X轴第一次绕骨盆系X轴旋转获得屈、伸角，大腿系Y轴第二次绕骨盆系Y轴旋转获得内收、外展角，大腿系Z轴第三次绕骨盆系Z轴旋转获得内、外旋角。小腿系的Z轴方向为膝关节中心指向踝关节中心，Y轴方向为Z轴单位向量与膝关节中心指向足内踝向量的叉乘方向，X轴方向为Y轴单位向量与Z轴单位向量的叉乘方向，指向内侧。膝关节角为大腿坐标系和小腿坐标系之间的欧拉角，小腿系X轴第一次绕大腿系X轴旋转获得屈、伸角，小腿系Y轴第二次绕大腿系Y轴旋转获得内收、外展角，小腿系Y轴第三次绕大腿系Z轴旋转获得内、外旋角。足系的Z轴方向为踝关节中心指向足尖，Y轴方向为Z轴单位向量与踝关节中心指向内踝的向量的叉乘方向，X轴方向为Y轴单位向量与Z轴单位向量的叉乘方向，指向内侧。踝关节角度为小腿坐标系和足坐标系之间的欧拉角，足系X轴第一次绕小腿系X轴旋转获得屈、伸角，足系Y轴第二次绕小腿系Y轴旋转获得内、外翻角，足系Z轴第三次绕小腿系Z轴方向旋转获得内、外旋角。3.5统计方法采用单因素重复测量方差分析的统计方法，统计软件为SPSS18.0，显著性水平定义为P＜0.05，当主效应显著时，用LSD作为后继检验方法进行两两比较。使用Pearson相关分析计算出各指标与腾空高度的相关系数r，显著性水平定义为P＜0.05。4研究结果4.1起跳缓冲阶段测试结果本研究结果表明疲劳对起跳缓冲阶段的时间、下肢关节活动范围具有明显影响（表3）。首先，随着疲劳等级的增加，起跳缓冲阶段所用的时间出现明显20 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响缩短，后继检验结果表明MF和SF中的缓冲时间明显短于NF状态（P<0.001，P=0.001）。其次，运动学数据中下肢各关节的活动范围出现减小趋势：MF和SF下的髋关节屈伸范围明显小于NF状态（P=0.002，P=0.005）；NF和MF状态下的膝关节活动范围并未出现明显变化，但SF下的膝关节活动范围明显小于NF（P=0.015）；MF状态下的踝关节屈伸范围大于NF状态，但并不具有统计学意义，SF下的踝关节活动范围则明显小于MF（P=0.012）。疲劳等级的增加并没有对下肢关节的角速度变化产生明显影响，由表3可以看出随着疲劳加深，髋、膝、踝关节的角速度略微增加。最后，在动力学变化中，随着疲劳程度的增加缓冲结束时刻的瞬时力值未发生显著改变，结果显示MF阶段的力值最大，SF次之，NF阶段的力值最小。对起跳缓冲阶段中出现明显差异的力学指标与腾空高度进行相关分析。结果表明缓冲时间（P=0.029），膝、踝屈伸范围（P=0.001，P=0.001）与腾空高度具有明显相关关系。尤其是膝、踝屈伸范围对腾空高度具有明显影响（r=0.650，r=-0.614），其中膝关节屈伸范围与腾空高度呈明显正相关关系，踝关节屈伸范围与腾空高度呈明显负相关关系。图5不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作起跳缓冲阶段时间注：*表示P＜0.05。21 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响图6不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作起跳缓冲阶段髋、膝、踝关节屈伸范围注：*表示P＜0.05。表3起跳缓冲阶段相关力学指标指标无疲劳中度疲劳重度疲劳缓冲时间（s）ab0.585±0.0530.52±0.0590.500±0.051髋屈伸范围（°）ab63.98±13.8457.62±13.9255.46±12.86膝屈伸范围（°）b91.38±14.0788.33±13.7084.42±10.71踝屈伸范围（°）c28.90±6.8529.38±5.5127.70±5.83髋角速度峰值（°/s）-2.579±0.627-2.620±1.024-2.627±1.262膝角速度峰值（°/s）3.528±0.5313.989±0.9573.795±0.665踝角速度峰值（°/s）-1.456±0.249-1.702±0.300-1.835±0.570缓冲结束时刻瞬时力值（BW）1.012±0.1141.218±0.2271.102±0.272注：a表示无疲劳与中度疲劳之间存在显著性差异，b代表无疲劳与重度疲劳之间存在显著性差异，c代表中度疲劳与重度疲劳之间存在显著性差异。22 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响表4起跳缓冲阶段力学指标与腾空高度相关系数表指标缓冲时间（s）髋屈伸范围（°）膝屈伸范围（°）踝屈伸范围（°）r-0.515-0.3920.650-0.614P0.0290.0580.0010.0014.2起跳蹬伸阶段测试结果本研究结果表明，疲劳程度的增加对起跳蹬伸阶段的时间，髋、膝、踝关节的活动范围及角速度峰值，冲量，重心位移等具有明显差异。由表6可知，随着疲劳加深，起跳蹬伸阶段所需时间显著缩短，后继检验结果表明MF和SF的蹬伸时间明显短于NF状态（P=0.044，P=0.013）。随着疲劳程度的增加，起跳蹬伸阶段中的重心上升高度出现明显减小，MF和SF下的重心上升高度明显小于NF状态（P=0.041，P<0.001），SF状态下的重心上升高度明显小于MF状态（P=0.001）。其次，由表6可知，起跳蹬伸阶段的运动学数据中下肢各关节的活动范围出现减小趋势：MF和SF下的髋关节屈伸范围明显小于NF状态（P=0.004，P<0.001），SF下的髋关节屈伸范围明显小于MF（P=0.001）；MF和SF下的膝关节屈伸范围明显小于NF状态（P=0.021，P<0.001），SF下的膝关节屈伸范围明显小于MF（P=0.005）。MF状态下的踝关节屈伸范围小于NF状态，但并不具有统计学意义，SF下的踝关节活动范围则明显小于NF和MF（P=0.045，P=0.049）。起跳蹬伸阶段中膝关节的伸角最大值随着疲劳增加而呈现明显的减小趋势，其中SF中的膝关节伸角最大值比NF和SF明显减小（P=0.045，P=0.049）。髋关节伸角和踝关节屈角最大值并没有明显统计学差异。疲劳等级的增加对下肢关节角速度峰值产生明显影响，随着疲劳加深，髋、膝关节角速度明显减小。其中，SF下的髋关节角速度峰值明显小于NF和MF状态（P=0.001，P=0.027）；SF下的髋关节膝关节角速度峰值明显小于NF状态和MF状态（P=0.011，P=0.021）；踝关节角速度峰值随着疲劳程度的增加呈现减小趋势，但并未出现统计学差异。离地时刻初速度呈减小趋势，但并未出现统计学差异。最后，由表7可知，起跳蹬伸阶段动力学变化中随着疲劳加深蹬伸冲量明显减少，MF23 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响和SF下的蹬伸冲量明显小于NF状态（P=0.006，P=0.001），SF下的蹬伸冲量明显小于MF（P=0.001）。起跳蹬伸阶段的髋伸力矩、膝伸力矩以及踝跖屈力矩总体呈减小趋势，但未出现统计学差异。vGRF峰值总体呈减小趋势，并未出现统计学差异。对起跳蹬伸阶段中出现明显差异的力学指标与腾空高度进行相关分析。结果表明起跳蹬伸时间（P=0.038,），重心上升高度（P＜0.001），髋、膝、踝屈伸范围（P=0.009，P＜0.001，P＜0.001），膝伸角峰值（P=0.025），髋、膝角速度峰值（P=0.010，P＜0.001）与腾空高度具有明显相关关系。尤其是重心上升高度、膝屈伸范围及角速度峰值对腾空高度具有明显影响（r=0.701，r=0.751，r=0.806），三者与腾空高度均呈明显正相关关系。图7不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作起跳蹬伸阶段时间注：*表示P＜0.05。24 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响图8不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作起跳蹬伸阶段重心上升高度注：*表示P＜0.05。图9不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作起跳蹬伸阶段下肢关节屈伸范围注：*表示P＜0.05。25 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响图10不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作起跳蹬伸阶段膝关节伸角最大值注：*表示P＜0.05。图11不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作起跳蹬伸阶段髋关节角速度峰值注：*表示P＜0.05。26 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响图12不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作起跳蹬伸阶段膝关节角速度峰值注：*表示P＜0.05。图13不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作起跳蹬伸阶段冲量注：*表示P＜0.05。27 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响表5起跳蹬伸阶段时空参数指标无疲劳中度疲劳重度疲劳起跳蹬伸时间（s）ab0.245±0.0490.226±0.0460.219±0.038重心上升高度（m）abc0.444±0.0980.413±0.0810.375±0.070注：a表示无疲劳与中度疲劳之间存在显著性差异，b代表无疲劳与重度疲劳之间存在显著性差异，c代表中度疲劳与重度疲劳之间存在显著性差异。表6起跳蹬伸阶段运动学指标指标无疲劳中度疲劳重度疲劳髋屈伸范围（°）ab59.46±12.0652.44±13.2347.37±12.97膝屈伸范围（°）abc89.42±14.6082.48±13.5875.30±13.01踝屈伸范围（°）bc68.07±10.4166.40±6.8864.03±6.60髋关节伸角峰值（°）-2.578±4.323-3.280±3.727-5.049±3.980膝关节伸角峰值（°）ab-0.314±5.7104.749±3.7437.458±5.167踝关节屈角峰值（°）40.27±5.6337.84±3.7037.36±3.28髋角速度峰值（°/s）bc7.923±1.887.16±1.756.10±1.78膝角速度峰值（°/s）bc-15.64±1.87-14.65±3.21-12.78±3.10踝角速度峰值（°/s）18.37±1.7717.89±2.3716.82±2.97离地时刻初速度（m/s）2.93±0.232.88±0.252.74±0.36注：a表示无疲劳与中度疲劳之间存在显著性差异，b代表无疲劳与重度疲劳之间存在显著性差异，c代表中度疲劳与重度疲劳之间存在显著性差异。表7起跳蹬伸阶段动力学指标指标无疲劳中度疲劳重度疲劳髋伸力矩峰值（BW*BH）0.067±0.0180.066±0.0240.056±0.024膝伸力矩峰值（BW*BH）-0.104±0.016-0.110±0.023-0.102±0.024踝跖屈力矩峰值（BW*BH）0.080±0.0120.082±0.0100.079±0.016vGRF峰值（BW）1.301±0.1871.297±0.1781.252±0.219蹬伸垂直冲量（BW*s）abc844.07±354.74770.05±325.48680.14±292.14注：a表示无疲劳与中度疲劳之间存在显著性差异，b代表无疲劳与重度疲劳之间存在显著性差异，c代表中度疲劳与重度疲劳之间存在显著性差异。28 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响表8起跳蹬伸阶段力学指标与腾空高度相关系数表指起跳蹬重心上髋屈伸膝屈伸踝屈伸膝伸角髋角速膝角速蹬伸标伸时间升高度范围范围范围峰值度峰值度峰值冲量r0.4020.7010.4960.7510.5880.4310.4870.8060.070P0.038＜0.0010.009＜0.0010.0010.0250.010＜0.0010.7284.3腾空阶段测试结果本研究结果表明，疲劳程度的增加导致腾空时间缩短，由表5可以看出NF和MF间未出现显著异，而SF状态下的腾空时间明显少于NF和MF（P=0.035，P=0.034）。此外，疲劳加深导致腾空高度不断减小。SF状态下的腾空高度明显低于NF状态和MF状态（P=0.025，P=0.019），MF状态下的腾空高度低于NF状态，但并未出现统计学差异。图14不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作腾空时间注：*表示P＜0.05。29 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响图15不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作腾空阶段的重心上升高度注：*表示P＜0.05。表9腾空阶段时空参数指标无疲劳中度疲劳重度疲劳bc腾空时间0.568±0.0520.548±0.0520.512±0.071bc重心上升高度（m）0.582±0.0710.556±0.0700.508±0.091注：a表示无疲劳与中度疲劳之间存在显著性差异，b代表无疲劳与重度疲劳之间存在显著性差异，c代表中度疲劳与重度疲劳之间存在显著性差异。4.4落地缓冲阶段测试结果本研究结果表明，疲劳程度的增加导致落地缓冲阶段的时间、膝关节屈伸范围、膝关节伸力矩峰值、内翻力矩峰值、足着地时刻膝关节角度、膝关节和踝关节角速度、垂直地面反作用力峰值时刻髋、膝、踝关节角度及角速度产生明显影响。首先，随着疲劳加深，落地缓冲阶段的时间出现明显增加，MF和SF状态下的落地时间明显长于NF状态（P=0.018，P=0.011）。疲劳程度的增加对落地缓30 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响冲阶段的重心高度并未产生明显变化。其次，运动学数据显示膝关节屈伸范围并未随着疲劳程度增加而呈现递进变化趋势，MF状态下的膝关节屈伸范围最大，SF次之，NF状态最小。MF膝关节屈伸范围比NF状态明显增加（P=0.029）。膝关节伸力矩峰值则随疲劳加深呈减小趋势：MF和SF的膝关节伸力矩峰值明显小于NF状态（P=0.001，P=0.013），MF和SF状态下的膝关节伸力矩峰值并未出现统计学差异。膝关节内翻力矩峰值随着疲劳程度的增加呈减小趋势：MF和SF的膝关节内翻力矩峰值明显小于NF状态（P<0.001，P=0.001），MF和SF状态下的膝关节内翻力矩峰值并未出现统计学差异。疲劳程度增加使得足着地时刻膝关节角度及角速度出现明显减小趋势。其中MF状态下的膝关节角度明显小于NF（P=0.009），SF下的膝关节角速度明显小于NF状态和MF状态（P=0.030，P=0.026）。SF下的踝关节角速度明显小于NF状态和MF状态（P=0.033，P,0.048）。疲劳加深使得vGRF峰值时刻膝、踝关节角度显著减小。其中SF下的膝关节角度明显小于NF（P=0.002），SF状态下的踝关节角度明显小于NF和MF（P=0.014，P=0.001）。对于踝关节而言，疲劳程度增加并未对其内翻、内旋角度及力矩等指标产生明显影响。疲劳加深使得vGRF峰值时刻髋关节角速度呈减小趋势，其中NF状态下vGRF峰值时刻髋关节角速度标准差较大，说明个体之间差异较大，MF与SF状态下的个体差异较小。且SF的数值明显小于MF（P=0.017）。MF状态下的GRF峰值时刻膝关节角速度最大，明显大于SF状态（P=0.014），与NF状态相比未出现明显差异。疲劳程度的增加使得vGRF峰值时刻踝关节角速度明显减小。MF和SF状态下的vGRF峰值时刻踝关节角速度明显小于NF状态（P=0.049，P=0.006），MF和SF下的vGRF峰值时刻踝关节角速度并未出现统计学差异。31 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响图16不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作落地缓冲阶段时间注：*表示P＜0.05。图17不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作落地缓冲阶段膝关节屈伸范围注：*表示P＜0.05。32 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响图18不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作落地缓冲阶段膝关节伸力矩峰值注：*表示P＜0.05。图19不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作落地缓冲阶段膝关节内翻力矩峰值注：*表示P＜0.05。33 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响图20不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作落地缓冲阶段足着地时刻膝关节角度注：*表示P＜0.05。图21不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作落地缓冲阶段足着地时刻膝、踝屈伸角速度°注：*表示P＜0.05。34 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响图22不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作落地缓冲阶段vGRF峰值时刻膝关节屈伸角度注：*表示P＜0.05。图23不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作落地缓冲阶段vGRF峰值时刻踝关节屈伸角度注：*表示P＜0.05。35 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响图24不同疲劳状态下垂直起跳拦网动作落地缓冲阶段vGRF峰值时刻下肢关节屈伸角速度注：*表示P＜0.05。表10落地缓冲阶段时空参数指标无疲劳中度疲劳重度疲劳落地缓冲时间（s）ab0.185±0.0320.207±0.0420.216±0.051重心下降高度（m）0.280±0.0500.321±0.0840.308±0.084注：a表示无疲劳与中度疲劳之间存在显著性差异，b代表无疲劳与重度疲劳之间存在显著性差异，c代表中度疲劳与重度疲劳之间存在显著性差异。36 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响表11落地缓冲阶段力学指标指标无疲劳中度疲劳重度疲劳髋关节屈伸范围（°）19.91±9.2423.02±8.4820.06±10.56髋关节屈角峰值（°）-32.30±14.53-36.59±13.27-34.56±12.86膝关节屈伸范围（°）a49.51±7.6555.89±10.3352.57±14.10膝关节屈曲角度峰值（°）67.67±12.3070.38±14.3266.73±15.18膝关节外翻角度峰值（°）0.119±2.611-0.079±2.589-0.103±2.608踝关节屈伸范围（°）58.44±8.6560.23±7.4457.08±10.51踝关节背屈角度峰值（°）-25.66±5.66-24.61±6.17-23.58±6.67髋伸力矩峰值（BW*BH）0.130±0.0400.108±0.0410.095±0.024膝伸力矩峰值（BW*BH）ab-0.156±0.035-0.132±0.024-0.120±0.029膝内翻力矩峰值（BW*BH）ab0.067±0.0200.042±0.0140.040±0.014踝跖屈力矩峰值（BW*BH）0.099±0.0180.094±0.0280.092±0.024注：a表示无疲劳与中度疲劳之间存在显著性差异，b代表无疲劳与重度疲劳之间存在显著性差异，c代表中度疲劳与重度疲劳之间存在显著性差异。表12足着地时刻力学指标指标无疲劳中度疲劳重度疲劳髋关节屈伸角度（°）-12.42±8.43-13.63±6.61-14.79±6.48膝关节屈伸角度（°）a18.44±8.5014.50±6.0713.87±6.31踝关节屈伸角度（°）16.29±32.8018.43±35.0718.20±35.77踝关节内翻角度（°）12.69±3.2912.30±4.1712.62±4.19踝关节内旋角度（°）5.96±3.295.16±2.725.69±3.62髋关节角速度（°/s）-30.73±46.75-21.41±15.69-15.63±34.27膝关节角速度（°/s）bc237.30±129.71159.32±71.86125.76±59.42踝关节角速度（°/s）bc-349.26±311.27-144.73±143.85-71.78±137.05注：a表示无疲劳与中度疲劳之间存在显著性差异，b代表无疲劳与重度疲劳之间存在显著性差异，c代表中度疲劳与重度疲劳之间存在显著性差异。37 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响表13垂直地面反作用力峰值时刻力学指标指标无疲劳中度疲劳重度疲劳vGRF峰值（N）2.43±0.342.30±0.292.29±0.43vGRF峰值加载率（BW/s）30.40±7.1628.76±4.1228.34±6.78髋关节屈伸角度（°）-20.95±10.62-22.42±9.30-20.54±7.77膝关节屈伸角度（°）b48.73±8.9144.98±7.8740.84±6.00踝关节屈伸角度（°）ab-21.91±3.19-17.77±3.12-16.78±2.66髋屈曲角速度（°/s）c-207.67±96.15-206.42±52.23-172.14±57.34膝屈曲角速度（°/s）c391.63±117.47425.55±92.08356.74±116.35踝背屈角速度（°/s）ab-175.06±86.14-286.01±113.13-342.22±93.26注：a表示无疲劳与中度疲劳之间存在显著性差异，b代表无疲劳与重度疲劳之间存在显著性差异，c代表中度疲劳与重度疲劳之间存在显著性差异。5分析讨论5.1起跳缓冲阶段指标分析本研究发现，疲劳加深导致起跳缓冲阶段所用的时间逐渐缩短，髋、膝、踝关节活动范围也随着疲劳程度的增加而减小，在髋、膝、踝关节角速度峰值的比较中未存在显著性差异。通过对时间、位移和速度之间的关系分析可得，缓冲时间缩短主要是由于关节活动范围减小造成的。关节活动范围减小的原因是疲劳程度增加导致肌肉牵拉不充分。由于该阶段中下肢肌肉离心收缩被拉长后可以储存更多的弹性势能，从而取得更好的起跳效果。因此作者认为疲劳加深导致起跳缓冲阶段髋、膝、踝关节周围肌肉牵拉不充分是影响起跳效果的重要因素[40]。为了进一步探讨疲劳引起的缓冲时间和髋、膝、踝关节活动范围的变化对腾空高度的影响，对该指标与腾空高度进行相关分析，结果发现缓冲时间与腾空高度间呈明显负相关关系（P=0.029，r=-0.515），膝关节屈伸范围与腾空高度间呈明显正相关关系（P=0.001，r=0.650），踝关节屈伸范围与腾空高度间呈明显负相关关系（P=0.001，r=-0.614）。另有研究发现疲劳加深会导致纵跳动作的起跳缓冲时间逐渐增加[40,73]，这38 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响一结论与本文研究结果相反。其原因主要是该研究中要求受试者按照规定的纵跳频率连续完成动作，疲劳增加导致落地后的缓冲位移增大而角速度减小。也说明了纵跳过程中起跳缓冲阶段的缓冲距离并非越长越好。在强调缓冲距离的同时，还要考虑肌肉张力—长度之间的关系，二者达到最佳组合，才能实现最佳起跳效果。由表4可知，随着疲劳加深，缓冲冲量不断减少，并且SF中的缓冲冲量明显少于NF和MF。通过比较缓冲冲量与腾空高度的相关关系，结果发现两者呈明显正相关关系（P<0.001,r=0.686）。说明缓冲冲量是影响起跳效果的重要因素之一。有研究表明，缓冲结束瞬时力值越大则表示下肢肌肉在该过程中释放的能量越多，越容易取得更好的起跳效果[74]。本研究中缓冲结束瞬时力值并未出现明显的统计学差异，也没有呈现趋势，可能是由于本实验中对于受试者的动作频率和时间并未作出明确要求，导致起跳缓冲阶段的力量差异较小。综上研究表明，原地垂直起跳拦网动作中时间参数和冲量是影响起跳效果的重要因素。疲劳程度的增加导致缓冲时间缩短，冲量减小，进而导致运动员的起跳能力降低。通过各指标与腾空高度的相关性分析可得，起跳缓冲阶段的时间、膝、踝关节屈伸范围等是影响起跳效果的重要指标。5.2起跳蹬伸阶段指标分析本研究表明疲劳程度的增加导致蹬伸时间和重心上升高度出现明显减小（表6）。原因是疲劳增加导致起跳蹬伸阶段髋、膝、踝关节的屈伸范围明显减小。有研究结果发现疲劳程度增加会导致蹬伸时间缩短，这种变化可以保证下肢关节周围肌肉紧张度，从而保证肌肉力量充足，取得更好的起跳效果。本研究结果显示蹬伸时间的缩短并不是蹬伸速度加快造成的，而是由于关节屈伸范围随着疲劳加深而逐渐减小造成的，关节角速度峰值和力矩并未出现明显变化，究其原因可能是本研究中受试者运动水平较高，疲劳对起跳蹬伸阶段的肌肉收缩并未造成明显影响。对蹬伸时间和重心上升高度指标与腾空高度进行相关分析可得，蹬伸时间于腾空高度呈正相关（P=0.038,r=0.402），重心上升高度与腾空高度呈明显正相关（P<0.001,r=0.701）。结合表6可以看出，疲劳增加导致髋、膝、踝关节的屈伸范围逐渐减小，其中髋关节伸角最大值和踝关节屈角最大值39 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响并未出现明显变化，说明髋、踝关节的屈伸范围减小主要是由于起跳缓冲阶段的屈伸范围减小造成的；而膝关节的伸角最大值随着疲劳增加而呈现明显的减小趋势说明起跳蹬伸阶段中膝关节屈伸范围减少不仅是因为起跳缓冲阶段的屈伸范围减少，还因为疲劳加深导致膝关节屈伸范围缩小。本研究认为随着疲劳加深，人体神经肌肉系统的反应速度减缓，特别是膝关节肌肉收缩力被削弱，这就导致蹬伸过程中身体协调控制能力降低，人体姿势伸展不充分，也成为影响腾空高度的重要因素。对关节屈伸范围与腾空高度进行相关分析可得，髋关节屈伸范围与腾空高度间呈正相关关系（P=0.009,r=0.496），膝关节屈伸范围与腾空高度间呈明显正相关关系（P<0.001,r=0.751），踝关节屈伸范围与腾空高度间呈现明显正相关关系（P=0.001,r=0.588）。Coleman等人[75]的研究发现起跳高度与下肢髋、膝、踝关节角速度峰值之间无显著性相关关系。鲁志飞等人[40]的研究中发现原地连续纵跳过程中疲劳增加导致起跳蹬伸阶段下肢关节角速度峰值不断减小。本研究结果显示随着疲劳加深，髋、膝关节的角速度峰值明显减小，踝关节的角速度峰值以及离地时刻人体初速度虽然没有统计学差异，但呈现减小趋势（表6）。究其原因是疲劳导致肌肉收缩和反应能力降低。对髋、膝关节角速度峰值与腾空高度进行相关分析可得，髋关节角速度峰值与腾空高度间呈正相关关（P=0.010,r=0.487），而膝关节角速度峰值与腾空高度间呈明显正相关关系（P<0.001,r=0.806）。起跳蹬伸阶段中髋、膝关节的伸力矩峰值、踝关节的跖屈力矩峰值以及垂直地面反作用力峰值并没有出现明显的统计学差异，但都呈现出减小趋势。蹬伸冲量明显降低（图6）。对蹬伸冲量与腾空高度进行相关分析得两者之间不存在相关关系。综上研究表明，疲劳增加对原地垂直起跳拦网动作起跳蹬伸阶段的影响主要表现在以下两个方面：一方面是疲劳加深导致起跳缓冲阶段中下肢工作肌肉牵拉不充分，没有获得充足的弹性势能，进而使得该阶段中下肢各关节角速度峰值不断减小。第二方面是疲劳加深导致人体重心上升高度和髋、膝、踝关节的屈伸范围都明显减小，其中髋、膝关节屈伸范围减小更明显。说明疲劳使得起跳蹬伸阶段中身体各个环节不能协调配合达到充分伸展的效果，这就导致蹬伸效果明显减少。蹬伸时间和蹬伸速度减小导致重心的垂直位移和起跳蹬伸阶段冲量明显减小。在各指标与腾空高度的相关性分析中发现，起跳蹬伸阶段的时间，重心上升高度，髋、膝、踝关节屈伸范围及髋、膝关节角速度峰值对于40 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响起跳效果影响较大。5.3落地缓冲阶段指标分析本研究结果表明，疲劳加深导致落地时间明显增加。张强等人[36]的研究发现三种疲劳等级下跳箱动作中的落地时间也随着疲劳程度的增加呈现明显的增长趋势。落地缓冲阶段的重心位移并没有出现明显差异。由表11可以看出，疲劳程度增加对髋、踝关节屈伸范围和角度峰值并未产生明显影响，只在膝关节屈伸范围中出现统计学差异。随着运动员身体状态由NF增加至MF状态时，落地缓冲阶段中的髋、膝、踝关节屈伸范围、角度峰值及vGRF峰值时刻角速度均表现为增加趋势，说明下肢关节采取更好的缓冲策略。相应的，GRF和下肢三关节在矢状面的肌肉力矩峰值均随之减小。其中膝关节伸力矩表现出的差异显著，髋伸力矩和踝跖屈力矩的减小并未出现统计学差异。张强等人[36]的研究中则发现髋关节的伸力矩差异显著。结合疲劳后落地时间延长我们得知随着疲劳程度增加至MF等级后，运动员在落地动作中往往通过增加关节活动范围来获得更好的缓冲效果。膝关节屈曲角度增加可以使腘绳肌处于一个相对理想的位置来减弱落地过程中胫骨相对于股骨的前向移动，从而减弱ACL所受载荷[69]。然而，随着疲劳等级由MF加深至SF后，髋、膝、踝关节活动范围反而出现减小趋势，这与张强[44]等人的研究结果一致。研究表明，排球运动员是髌腱末端病发生率的高发人群[13]。此外，尽管没有直接的流行病学证据显示疲劳可以增加ACL的损伤风险，但有大量研究证明疲劳可以通过多种损伤原因可以增加前交叉韧带的损伤风险[21]。Bisseling等人的研究表明膑腱末端病患者在足部初始着地期和vGRF最大时刻的膝关节屈角增大。另有研究表明跳跃膝患者与健康者相比在落地时会出现更大的膝关节角速度和较高的踝关节跖屈力矩[13]。Nunley等人[79]在研究膝关节角度与ACL损伤的实验中发现膝关节在更加伸展的状态会导致髌韧带与胫骨之间的角度变大，进而增加胫骨近端所受的垂直于胫骨长轴的剪切力，从而导致ACL的负荷增加。Arms[80]的研究表明股四头肌收缩对ACL产生的拉力与膝关节屈角有密切关系，当膝屈角位于0°~45°时，股四头肌收缩会对ACL产生更大收缩力，而膝屈角在60°以上时，其收缩对ACL没有显著影响。本研究结果显示足初始着地时刻膝关节角度和角速度都明显减小，在vGRF峰值时刻的膝关节角度和角速度也呈41 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响减小趋势。并且研究结果显示，在足着地时刻和vGRF峰值时刻的膝关节角度大约在0°~45°之间。说明随着疲劳程度增加，股四头肌收缩会增大ACL的损伤风险[81]。地面反作用力增加使股四头肌张力变大，进而增加膑腱负荷，长期慢性反复容易出现膑腱末端病[13]。本研究结果表明vGRF峰值及其加载率并未出现明显变化。6结论（1）随着疲劳加深，起跳缓冲阶段的髋、膝、踝关节屈伸范围不断减小。（2）随着疲劳加深，起跳蹬伸阶段的髋、膝、踝关节屈伸范围和角速度、蹬伸冲量逐渐减小，蹬伸时间缩短，从而降低起跳效果。（3）随着疲劳加深，落地阶段中足着地及垂直地面反作用力峰值时刻的膝关节屈角减小，会增加前交叉韧带的损伤风险。（4）疲劳加深并未对落地阶段的垂直地面反作用力峰值及其加载率，踝关节内翻内旋角度及力矩产生明显影响。42 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响致谢本人论文是在我的导师曲峰教授的悉心指导下由本人独立完成。特别感谢曲老师在硕士期间对我生活学习等各方面的关心和指导。在此谨向曲老师致以最诚挚的谢意。衷心感谢刘卉老师、周兴龙老师、李翰君老师、廖苏老师对本人论文思路和实验设计方面给予的巨大帮助，各位老师诲人不倦的高尚师德，严谨治学的工作作风，平易近人的人格魅力对我影响深远。感谢排球教研室的古松教授，以及高凯升、靳宝铭、王嘉文等全体校男排运动员在繁忙备战之际仍然给予我全力配合与帮助。忠心祝愿校男排队伍战无不胜，再创佳绩！感谢我亲爱的师兄、师姐、师弟、师妹对本实验的全力支持，对我生活和学习的无私帮助，感谢我们2017届生物力学方向的小伙伴，有你们的陪伴，使我三年的硕士生活丰富多彩。时光荏苒，岁月如梭，时间永远不肯为我们驻足。转眼就要离开这片承载着青葱岁月的热土。无论今后走到哪里，我都是一名北体人，追求卓越的精神长存。43 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响参考文献[1]TAHERIASGHARIA,SARAFZADEHJ,MANSOORSOBHANIS,etal.Effectsofanklemusclesfatigueondynamicposturalstabilityinhealthywomenathlete[J].ModernRehabilitation,2010,3(3):1-9.[2]王琳琳.我国青年排球不同专位运动员运动损伤特征研究[D];西安体育学院,2010.[3]EDWARDSS,STEELEJR,MCGHEEDE.Doesadroplandingrepresentawholeskilllandingandisthismoderatedbyfatigue?[J].ScandinavianJournalofMedicine&ScienceinSports,2010,20(3):516-23.[4]BAHRR,BAHRIA.Incidenceofacutevolleyballinjuries:aprospectivecohortstudyofinjurymechanismsandriskfactors[J].ScandinavianJournalofMedicine&ScienceinSports,1997,7(3):166-71.[5]HEWETTTE,MYERGD,HEIDTRS,etal.BiomechanicalMeasuresofNeuromuscularControlandValgusLoadingoftheKneePredictAnteriorCruciateLigamentInjuryRiskinFemaleAthletesAProspectiveStudy[J].AmericanJournalofSportsMedicine,2005,33(4):492-501.[6]GITTOESM,WILSONC.IntralimbJointCoordinationPatternsoftheLowerExtremityinMaximalVelocityPhaseSprintRunning[J].JournalofAppliedBiomechanics,2010,26(2):188.[7]HIEMSTRALA,LOIKY,FOWLERPJ.EffectofFatigueonKneeProprioception:ImplicationsforDynamicStabilization[J].JournalofOrthopaedic&SportsPhysicalTherapy,2001,31(10):598.[8]BUTLERRJ,CROWELLHP,DAVISIM.Lowerextremitystiffness:implicationsforperformanceandinjury[J].ClinicalBiomechanics,2003,18(6):511.[9]RIBEIROF,SANTOSFO,GONCALVESP,etal.Effectsofvolleyballmatch-inducedfatigueonkneejointpositionsense[J].EuropeanJournalofSportScience,2008,8(6):397-402.[10]顿斯柯依.生物力学[M].人民体育,1982.[11]COVENTRYE,CONNORKMO,HARTBA,etal.TheEffectofLowerExtremityFatigueonShockAttenuationDuringSingle-LegLanding[J].ClinicalBiomechanics,2006,21(10):1090.[12]PATREKMF,KERNOZEKTW,WILLSONJD,etal.Hip-AbductorFatigueandSingle-LegLandingMechanicsinWomenAthletes[J].JournalofAthleticTraining,2011,46(1):31-42.[13]EDWARDSS,STEELEJR,MCGHEEDE.Alterationstolandingtechniqueandpatellartendonloadinginresponsetofatigue[J].MedicineandScienceinSportsandExercise,2014,46(2):330.[14]BISSELINGRW,HOFAL,BREDEWEGSW,etal.Relationshipbetweenlanding44 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疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响附录知情同意书关于疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征影响的实验本研究诚挚邀请您参与该次实验。您在身体状况（无影响疲劳实验的损伤）、性别（男）、运动等级（北体校男排运动员）等方面符合入选条件。研究人员会为您充分解释知情同意书的内容，请仔细阅读本知情同意书后慎重做出是否参加研究的决定。1研究内容在此项研究中，您将被要求在无疲劳、中度疲劳和重度疲劳三种状态下完成起跳拦网动作的生物力学测试。2研究程序2.1测试地点北京体育大学科研中心一楼运动生物力学测试大厅2.2测试流程您到达生物力学测试大厅后，需换上测试服装。热身5分钟并熟悉原地拦网测试动作后进行如下测试：（1）在摸高器前测试3次最大纵跳高度。要求您尽全力纵跳，双臂可自然摆动。（2）在身体上粘贴29个反光标志点。（3）在测试区域完成3次无疲劳状态下的拦网动作测试。（4）完成中度疲劳状态下的拦网动作测试：受试者以躯干负重的方式负重个人体重的10%，在网前完成4组原地拦网动作，每组30次，组间间歇30秒。然后摘除负重装置在摸高器前做原地连续最大纵跳测试并监测纵跳成绩。测试人员判定受试者到达中度疲劳后立即到指定测试区域完成3次拦网动作测试。（5）休息2min后完成重度疲劳状态下的拦网动作测试。受试者以躯干负49 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响重的方式负重个人体重的10%，在网前完成3组原地拦网动作，每组30次，组间间歇30秒。然后摘除负重装置在摸高器前做原地连续最大纵跳测试并监测纵跳成绩。测试人员判定受试者到达重度疲劳后立即到指定测试区域完成3次拦网动作测试。本次生物力学测试大概用时30分钟。3注意事项本次实验的测试服装为紧身短裤（短弹或泳裤），您可以事先穿好自己的服装，也可以使用我们为您提供的服装；鞋子要求为训练鞋（必须为低帮鞋），我们统一为您提供防滑透气袜子。声明：一旦在研究过程中发现有任何不适，您有权根据自己的身体状况随时终止测试。并根据您自己的意愿仍可再次参与测试。4基本信息填写受试者姓名：联系电话：受试者签名日期2016年3月日50 疲劳对排球起跳拦网动作下肢生物力学特征的影响个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果个人简历：刘欢，女，1992年1月生人。2014年7月毕业于山东中医药大学，运动人体科学专业，获得教育学学士学位。2017年7月毕业于北京体育大学，运动人体科学专业，运动生物力学方向，获得教育学硕士学位。在读期间发表的学术论文与研究：（1）《人体负重行走的生物力学研究现状》，第十八届全国运动生物力学大会（2）《不同负重对人体行走生物力学特征的影响》，第七届上海“运动与健康”国际高层论坛暨2016年上海市研究生学术论坛51