24式太極拳典型動(dòng)作的下肢生物力學(xué)特征

王會(huì)會(huì)，紀(jì)仲秋，張子華，龐博，張長(zhǎng)思

24式太極拳是1956年國(guó)家體育運(yùn)動(dòng)委員會(huì)組織部分專家在傳統(tǒng)楊氏太極拳的基礎(chǔ)上，按照由簡(jiǎn)到繁、由易到難的原則，改編成的一套強(qiáng)身健體的運(yùn)動(dòng)方式，具有廣泛的群眾基礎(chǔ)，目前已經(jīng)被列入了大學(xué)體育課程中，在西方國(guó)家也迅速興起。正確的太極拳姿勢(shì)不僅符合人體生理、生物力學(xué)規(guī)律，還能達(dá)到運(yùn)動(dòng)技擊的要求。目前，對(duì)太極拳運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的研究主要集中在動(dòng)作速度、身體重心變化，軀干傾斜角度、胸椎曲度的變化，下肢三關(guān)節(jié)角度變化以及演練過程中足底壓力分布的變化；同時(shí)，對(duì)太極拳動(dòng)作指標(biāo)選取的整體性上還存在不足[1-2]。然而，少有文章對(duì)太極拳動(dòng)作在膝關(guān)節(jié)受力峰值時(shí)刻下肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和下肢肌力相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行研究，利用仿真軟件對(duì)下肢關(guān)節(jié)相關(guān)指標(biāo)、肌力指標(biāo)進(jìn)行分析的文章又是極少。24式太極拳行進(jìn)間動(dòng)作主要包括向前移動(dòng)、向后移動(dòng)和側(cè)向移動(dòng)，其代表動(dòng)作分別為野馬分鬃、倒卷肱和云手[3]。膝關(guān)節(jié)是支撐體重和身體平衡的主要部位，也是所有關(guān)節(jié)中最復(fù)雜，最容易受傷的部位之一。因此，本研究選野馬分鬃、倒卷肱、云手動(dòng)作膝關(guān)節(jié)受力峰值時(shí)刻的動(dòng)作特點(diǎn)，對(duì)比初學(xué)者和長(zhǎng)時(shí)間太極拳練習(xí)者膝關(guān)節(jié)受力峰值時(shí)刻下肢關(guān)節(jié)角度、受力、力矩以及下肢肌肉用力特點(diǎn)，為大學(xué)生太極拳正確姿勢(shì)練習(xí)提供科學(xué)的量化數(shù)據(jù)和理論指導(dǎo)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

研究對(duì)象共30人，普通組為參加北京師范大學(xué)太極拳課的普通大學(xué)生，專業(yè)組為北京師范大學(xué)、首都師范大學(xué)和北京體育大學(xué)太極拳專項(xiàng)的大學(xué)生，訓(xùn)練年限至少3年，參加過國(guó)內(nèi)外太極拳重大表演或比賽。受試者身體健康，無下肢關(guān)節(jié)病史，自愿參加本研究。受試者基本信息如表1所示。

表1 受試者基本信息(±s)Table 1 Basic information of subjects

表1 受試者基本信息(±s)Table 1 Basic information of subjects

組別 人數(shù) 性別 年齡/歲 身高/cm 體重/kg專業(yè)組 14 男 25.93±5.95 170.43±6.16 64.57±8.15普通組 16 男21.06±1.20 173.94±6.93 64.94±6.93

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

采用意大利BTS(Elite，Bioengineering Technology and Systems，Milano，Italy)公司生產(chǎn)的紅外高速運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)(型號(hào)：SMART DX700)。瑞士KISTLER公司生產(chǎn)的2臺(tái)Kistler(型號(hào)：9286AA)。BTS FREE EMG 300表面肌電測(cè)試系統(tǒng)。采用丹麥奧爾堡大學(xué)開發(fā)研制計(jì)算機(jī)輔助的人類工效學(xué)和生物力學(xué)分析軟件AnyBody人體建模仿真軟件Version5.2，AMMR1.2(AnyBody managed model repository，AMMR)模型庫中下肢模型(Gait lower extremity mode，GLEM)計(jì)算下肢關(guān)節(jié)受力、力矩以及下肢下肢肌力。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

(1)三維數(shù)據(jù)采集前準(zhǔn)備。本次實(shí)驗(yàn)在北京師范大學(xué)體育與運(yùn)動(dòng)學(xué)院運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。檢驗(yàn)設(shè)備是否能夠正常運(yùn)行，打開工作站，預(yù)熱設(shè)備5 min。打開軟件SMART Capture，校準(zhǔn)設(shè)備，包括：空間全局坐標(biāo)系的校準(zhǔn)、測(cè)力臺(tái)位置的校準(zhǔn)。根據(jù)AnyBody5.2中Plugin-Gait marker set lower extremity模型的要求將Marker點(diǎn)貼于受試者骨性標(biāo)記點(diǎn)上，Marker點(diǎn)的位置包括：左右頭前部、左右頭后部、胸骨與鎖骨連接處、第10胸椎、胸骨劍突、左右髂前上棘、左右髂后上棘、左右大腿外側(cè)下1/3、左右腓骨外上髁、右側(cè)小腿外側(cè)下1/3、左側(cè)小腿外側(cè)下1/2、左右腳后跟、左右外踝、左右第一跖骨、左右第五跖骨[4-5]。

(2)肌電采集前的準(zhǔn)備。用75%酒精棉擦去皮膚表面油脂，選擇各塊肌腹最大的地方，將Ag-Cl表面電極且沿著其走向貼于被測(cè)肌肉肌腹隆起處并與肌纖維方向一致。

1.2.3 數(shù)據(jù)采集

設(shè)置SMART Capture采集頻率為100 Hz，測(cè)力臺(tái)為1 000 Hz，表面肌電采集頻率為1 000 Hz[6]。開始測(cè)試之前，受試者赤腳熟悉動(dòng)作、調(diào)整腳與測(cè)力臺(tái)之間的位置，保證測(cè)試過程中左腳踏于第1塊測(cè)力臺(tái)，右腳踏于第2塊測(cè)力臺(tái)。直到受試者認(rèn)為自己可以按照實(shí)驗(yàn)要求順利完成測(cè)試。野馬分鬃動(dòng)作采集，受試者從兩手抱球，右腿支撐，左腳收至右腳內(nèi)側(cè)，腳尖著地開始，動(dòng)作過程中受試者左腳踏于第1塊測(cè)力臺(tái)、右腳踏于第2塊測(cè)力臺(tái)直到受試者準(zhǔn)備姿勢(shì)為1次有效測(cè)試。倒卷肱動(dòng)作采集，準(zhǔn)備動(dòng)作為右腳支撐，左腳虛步。測(cè)試開始，左腳踏于第1塊測(cè)力臺(tái)，右腳踏于第2塊測(cè)力臺(tái)，直到受試者右腳離開第2塊測(cè)力臺(tái)結(jié)束為一次有效測(cè)試。云手動(dòng)作采集，在整個(gè)動(dòng)作過程中受試者左腳踏于第1塊測(cè)力臺(tái)，完成第1次云手動(dòng)作，相同動(dòng)作完成第2次云手測(cè)試。采集野馬分鬃、倒卷肱、云手3次有效動(dòng)作[7]。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

(1)優(yōu)化模型。根據(jù)AnyBody人體建模仿真軟件AMMR1.0模型庫GLEM文件夾中Marker名字，運(yùn)用BTS公司自帶SMART Tracker軟件對(duì)采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行命名，并另存為AnyBody軟件能夠識(shí)別的.c3d格式，將此文件放入AnyBody人體建模仿真軟件AMMR1.0模型庫GLEM文件夾中。

(2)GLEM坐標(biāo)系統(tǒng)的定義。AnyBody人體建模仿真系統(tǒng)對(duì)GLEM中人體環(huán)節(jié)與整體運(yùn)動(dòng)關(guān)系的定義是根據(jù)國(guó)際生物力學(xué)學(xué)會(huì)(ISB)對(duì)人體關(guān)節(jié)局部坐標(biāo)系統(tǒng)和人體骨骼肌總體坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行的定義。環(huán)節(jié)之間受力的正負(fù)值定義，環(huán)節(jié)之間的作用力方向相對(duì)于解剖姿勢(shì)指向外側(cè)定義為負(fù)值，反之為正；環(huán)節(jié)之間的作用力方向相對(duì)于解剖位置指向解剖姿勢(shì)的前側(cè)定義為正值，反之為負(fù)；環(huán)節(jié)之間的作用力方向相對(duì)于解剖姿勢(shì)指向姿體的近側(cè)定義為正值，反之為負(fù)[8-9]。

(3)GLEM下肢關(guān)節(jié)受力、力矩的計(jì)算。下肢關(guān)節(jié)受力及力矩計(jì)算，設(shè)定AnyIinputC3D類中過濾器中N=2，F(xiàn)C=10，即過濾為一個(gè)二階的、截至頻率為10 Hz的零相位Butterworth過濾器[16]。

(4)肌電的數(shù)據(jù)處理。

對(duì)原始肌電信號(hào)進(jìn)行翻正、濾波(帶通濾波10-400 Hz)，然后進(jìn)行積分肌電(IEMG)的計(jì)算，截?cái)囝l率為10 Hz[11]。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)3種動(dòng)作周期性特點(diǎn)，本研究主要對(duì)受試者左側(cè)下肢支撐期膝關(guān)節(jié)在垂直軸方向上受力最大峰值時(shí)刻的動(dòng)作特點(diǎn)進(jìn)行研究。一個(gè)支撐期定義為從左腳跟(或左腳尖)著地開始至左腳尖(或左腳跟)離地時(shí)刻結(jié)束。對(duì)一個(gè)支撐期進(jìn)行時(shí)間上的100%標(biāo)準(zhǔn)化處理。對(duì)支撐期下肢關(guān)節(jié)受力和關(guān)節(jié)力矩值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，關(guān)節(jié)受力表示為GLEM計(jì)算值除以體重(單位：N/BW)，關(guān)節(jié)力矩表示為GLEM計(jì)算值除以體重與身高的乘積(單位：Nm/BW·BH)[12]。GLEM中對(duì)下肢關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)來源于318塊肌肉的用力。計(jì)算的結(jié)果為模型計(jì)算得出的下肢肌力除以體重并乘以100%(N/BW)。當(dāng)肌肉力值大于5%N/BW時(shí)，定義肌肉參與了活動(dòng)[13]。GLEM計(jì)算的每塊肌肉進(jìn)行總和的標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化后的值稱為肌肉的貢獻(xiàn)率。其方法為將所有的肌肉力相加定義為基準(zhǔn)值，某一塊肌肉的貢獻(xiàn)率表示為這塊肌肉力與基準(zhǔn)值的比值(%)[14]。

1.2.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

運(yùn)用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，數(shù)據(jù)結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)的形式表示。P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較專業(yè)組和普通組之間的數(shù)據(jù)。采用Pearson方法對(duì)肌電數(shù)據(jù)與仿真中得出的肌力數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析。

2 研究結(jié)果

2.1 膝關(guān)節(jié)在垂直軸方向上受力的峰值時(shí)刻動(dòng)作特點(diǎn)

野馬分鬃動(dòng)作單腳支撐期，右腿向前擺動(dòng)，肢體控制重心有向前移動(dòng)的趨勢(shì)；倒卷肱動(dòng)作單腳支撐期右腿向后擺，肢體控制重心有向后移動(dòng)的趨勢(shì)；云手動(dòng)作單腳支撐期右腿向左側(cè)擺動(dòng)，肢體控制重心在左右方向上移動(dòng)。

2.2 下肢關(guān)節(jié)角度結(jié)果對(duì)比

如表2所示，三種動(dòng)作下，膝關(guān)節(jié)在垂直軸方向上受力達(dá)到峰值時(shí)刻的時(shí)間百分比普通組和專業(yè)組均無顯著差異。野馬分鬃動(dòng)作普通組踝關(guān)節(jié)角度明顯大于專業(yè)組，髖關(guān)節(jié)外展角度和旋轉(zhuǎn)角度都明顯低于專業(yè)組(P＜0.05)。倒卷肱動(dòng)作普通組踝關(guān)節(jié)角度明顯大于專業(yè)組，髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度明顯小于專業(yè)組(P＜0.01)。云手動(dòng)作普通組髖關(guān)節(jié)內(nèi)收角度明顯大于專業(yè)組，旋轉(zhuǎn)角度和屈曲角度明顯小于專業(yè)組(P＜0.05)。

表2 三種動(dòng)作過程中膝關(guān)節(jié)垂直軸受力峰值時(shí)刻下肢三關(guān)節(jié)角度(±s)Table 2 Angle of three joints of lower limbs at the moment of peak force on knee joint in three kinds of movements

表2 三種動(dòng)作過程中膝關(guān)節(jié)垂直軸受力峰值時(shí)刻下肢三關(guān)節(jié)角度(±s)Table 2 Angle of three joints of lower limbs at the moment of peak force on knee joint in three kinds of movements

注：*：P＜0.05，**：P＜0.01，普通組與專業(yè)組相比(下同)。

動(dòng)作 參數(shù) 普通組 專業(yè)組野馬分鬃 峰值出現(xiàn)時(shí)刻/支撐階段占比(%) 60.11±4.01 57.86±3.60踝關(guān)節(jié)角度/° 66.74±5.55* 62.90±3.54膝關(guān)節(jié)角度/° 114.23±14.01 109.82±12.18髖關(guān)節(jié)外展/內(nèi)收角度/° -15.35±5.75* -20.95±7.20髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度/° 3.51±1.63** 6.67±3.21髖關(guān)節(jié)屈曲角度/° 171.37±2.76 170.28±3.47倒卷肱 峰值出現(xiàn)時(shí)刻/支撐階段占比(%) 57.69±4.34 56.93±3.66踝關(guān)節(jié)角度/° 74.44±4.72** 68.65±5.89膝關(guān)節(jié)角度/° 139.35±15.31 138.28±7.85髖關(guān)節(jié)外展/內(nèi)收角度/° -38.72±16.09 -33.83±8.52髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度/° 5.92±3.36** 7.85±2.80髖關(guān)節(jié)屈曲角度/° 166.24±4.53 169.81±3.97云手 峰值出現(xiàn)時(shí)刻/支撐階段占比(%) 41.91±4.33 38.32±2.79踝關(guān)節(jié)角度/° 75.34±4.84 73.87±4.66膝關(guān)節(jié)角度/° 136.97±13.98 140.39±13.30髖關(guān)節(jié)外展/內(nèi)收角度/° 10.52±4.12** 7.86±3.31髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度/° 3.30±1.32* 4.48±1.78髖關(guān)節(jié)屈曲角度/° 164.04±4.54*169.68±1.48

2.3 下肢三關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)結(jié)果對(duì)比

2.3.1 下肢三關(guān)節(jié)受力結(jié)果對(duì)比

如表3所示，野馬分鬃和云手動(dòng)作中，普通組髖、膝、踝三關(guān)節(jié)在矢狀軸方向上的受力明顯低于專業(yè)組(P＜0.05)；在野馬分鬃動(dòng)作中，普通組髖關(guān)節(jié)在垂直軸方向上的受力明顯高于專業(yè)組(P＜0.01)，普通組髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)在額狀軸方向上的受力明顯高于專業(yè)組(P＜0.05)。倒卷肱動(dòng)作中，普通組髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)在額狀軸方向上的受力明顯高于專業(yè)組(P＜0.01)。

表3 不同峰值時(shí)刻下肢三關(guān)節(jié)受力(±s) 單位：N/BWTable 3 Force of lower limbs at different peak times(unit：N/BW)

表3 不同峰值時(shí)刻下肢三關(guān)節(jié)受力(±s) 單位：N/BWTable 3 Force of lower limbs at different peak times(unit：N/BW)

注：AnyBody軟件計(jì)算關(guān)節(jié)力值除以體重。

受力位置 組別 野馬分鬃 倒卷肱 云手髖關(guān)節(jié)在矢狀軸方向上的受力 普通組 0.15±0.10* 0.15±0.05 0.31±0.08**專業(yè)組 0.26±0.14 0.18±0.06 0.17±0.05膝關(guān)節(jié)在矢狀軸方向上的受力 普通組 0.21±0.08* 0.15±0.06 0.06±0.02**專業(yè)組 0.28±0.10 0.15±0.06 0.16±0.05踝關(guān)節(jié)在矢狀軸方向上的受力 普通組 0.23±0.09* -0.15±0.05 0.08±0.02**專業(yè)組 0.28±0.10 -0.14±0.05 0.21±0.07髖關(guān)節(jié)在垂直軸方向上的受力 普通組 -8.61±1.04** -8.67±1.16 -8.09±2.12專業(yè)組 -7.03±2.16 -8.23±1.23 -8.18±2.65膝關(guān)節(jié)在垂直軸方向上的受力 普通組 -9.37±0.61 -8.67±1.16 -8.77±1.16專業(yè)組 -9.24±0.79 -8.23±1.23 -8.67±2.25踝關(guān)節(jié)在垂直軸方向上的受力 普通組 -9.68±0.89 -9.69±0.52 -9.18±1.36專業(yè)組 -9.90±0.67 -9.52±0.34 -8.52±3.41髖關(guān)節(jié)在額狀軸方向上的受力 普通組 -0.55±0.18** -0.34±0.11** -0.50±0.12專業(yè)組 -0.37±0.19 -0.17±0.05 -0.43±0.14膝關(guān)節(jié)在額狀軸方向上的受力 普通組 0.51±0.15* 0.44±0.28** -0.50±0.14專業(yè)組 0.38±0.13 0.15±0.07 -0.48±0.14踝關(guān)節(jié)在額狀軸方向上的受力 普通組 -0.37±0.14 -0.45±0.39** 0.49±0.15專業(yè)組-0.43±0.18 -0.14±0.09 0.41±0.11

2.3.2 下肢三關(guān)節(jié)力矩結(jié)果對(duì)比

如表4所示，野馬分鬃動(dòng)作中，普通組髖關(guān)節(jié)外展力矩小于專業(yè)組(P＜0.05)，膝關(guān)節(jié)屈伸力矩小于專業(yè)組(P＜0.01)；普通組髖關(guān)節(jié)屈伸力矩大于專業(yè)組(P＜0.05)，髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)力矩、膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)力矩、踝關(guān)節(jié)外展力矩明顯大于專業(yè)組(P＜0.01)。

表4 不同峰值時(shí)刻下肢三關(guān)節(jié)力矩結(jié)果(±s) 單位：Nm/BW·BHTable 4 Results of three joint torque at peak force on knee joint(unit：Nm/BW·BH)

表4 不同峰值時(shí)刻下肢三關(guān)節(jié)力矩結(jié)果(±s) 單位：Nm/BW·BHTable 4 Results of three joint torque at peak force on knee joint(unit：Nm/BW·BH)

注：下肢三關(guān)節(jié)力矩值為AnyBody計(jì)算下肢三關(guān)節(jié)力矩結(jié)果與體重和身高的比值。

關(guān)節(jié)力矩 組別 野馬分鬃 倒卷肱 云手髖關(guān)節(jié)外展力矩 普通組 0.40±0.15* -0.31±0.09 -0.24±0.08**專業(yè)組 0.54±0.15 -0.34±0.12 -0.35±0.11膝關(guān)節(jié)外展力矩 普通組 -0.32±0.10 0.16±0.05** -0.26±0.08專業(yè)組 -0.34±0.14 0.25±0.05 -0.31±0.09踝關(guān)節(jié)外展力矩 普通組 0.55±0.22** -0.13±0.04** 0.12±0.09專業(yè)組 0.39±0.12 -0.18±0.06 0.16±0.04髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)力矩 普通組 0.05±0.03** 0.03±0.01 0.06±0.02專業(yè)組 0.02±0.01 0.02±0.01 0.03±0.01膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)力矩 普通組 -0.06±0.03** 0.02±0.01 0.06±0.02專業(yè)組 -0.03±0.01 0.03±0.01 0.04±0.02踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)力矩 普通組 0.03±0.02 -0.04±0.02** -0.03±0.01專業(yè)組 0.02±0.01 -0.02±0.01 -0.02±0.01髖關(guān)節(jié)屈伸力矩 普通組 0.36±0.10* -0.28±0.09** 0.22±0.07專業(yè)組 0.28±0.07 -0.42±0.14 0.20±0.05膝關(guān)節(jié)屈伸力矩 普通組 0.49±0.14** -0.50±0.22* -0.40±0.13專業(yè)組 0.65±0.13 -0.63±0.15 -0.34±0.11踝關(guān)節(jié)屈伸力矩 普通組 -0.44±0.09 0.38±0.12* 0.25±0.05**專業(yè)組-0.45±0.15 0.28±0.09 0.38±0.13

2.4 神經(jīng)肌肉控制結(jié)果對(duì)比

本文運(yùn)用表面肌電測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試的積分肌電值驗(yàn)證了GLEM計(jì)算野馬分鬃、倒卷肱、云手的有效性。所測(cè)得的積分肌電值與GLEM計(jì)算的肌電值相關(guān)系數(shù)分別為：野馬分鬃動(dòng)作中，脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)、股二頭肌長(zhǎng)頭的相關(guān)系數(shù)分別為0.90、0.92、0.84、0.92；倒卷肱動(dòng)作中，脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)、股二頭肌長(zhǎng)頭的相關(guān)系數(shù)分別為0.96、0.77、0.86、0.92；云手動(dòng)作中，脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)、股二頭肌長(zhǎng)頭的相關(guān)系數(shù)分別為0.92、0.82、0.91、0.98。表5表示野馬分鬃、倒卷肱、云手動(dòng)作過程中，膝關(guān)節(jié)在垂直軸方向上受力峰值時(shí)刻，對(duì)普通組和專業(yè)組下肢肌肉進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，野馬分鬃動(dòng)作中，專業(yè)組用力較大的肌肉包括：大收肌遠(yuǎn)端、大收肌中端、恥骨肌、梨狀肌、臀中肌前部、臀中肌后部、臀小肌后部、股二頭肌長(zhǎng)頭、股中肌、股外側(cè)肌下、脛骨前?。黄胀ńM用力較大的肌肉包括：髂肌內(nèi)側(cè)、髂肌中部、闊筋膜張肌、拇長(zhǎng)伸肌、趾長(zhǎng)伸肌、趾長(zhǎng)屈肌、脛骨后肌。倒卷肱動(dòng)作中，專業(yè)組用力較大的肌肉包括：大收肌中端、臀中肌前部、臀小肌前部、臀小肌后部、梨中肌、股二頭肌長(zhǎng)頭、半腱肌、半膜肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)、比目魚肌外側(cè)、脛骨后肌內(nèi)側(cè)；普通組用力較大的肌肉包括：大收肌遠(yuǎn)端、髂肌內(nèi)側(cè)、髂肌外側(cè)、髂肌中部、闊筋膜張肌、股外側(cè)肌上、股外側(cè)肌下、股外側(cè)肌中、腓腸肌內(nèi)側(cè)、比目魚肌內(nèi)側(cè)、脛骨后肌外側(cè)。云手動(dòng)作中，專業(yè)組用力較大的肌肉包括：大收肌遠(yuǎn)端、大收肌中端、恥骨肌、臀大肌上部、臀小肌前部、股內(nèi)側(cè)肌下、股直肌、股二頭肌長(zhǎng)頭、半腱肌、半膜肌、比目魚肌外側(cè)、趾長(zhǎng)屈肌、拇長(zhǎng)伸肌、趾長(zhǎng)伸肌。普通組用力較大的肌肉包括：臀中肌前部、臀小肌中部、髂肌外、髂肌中、縫匠肌遠(yuǎn)端、脛骨前肌。

表5 膝關(guān)節(jié)峰值時(shí)刻三種動(dòng)作下肢肌力結(jié)果(±s) 單位：%N/BWTable 5 Muscle strength of lower extremity at peak force on knee joint(unit：%N/BW)

表5 膝關(guān)節(jié)峰值時(shí)刻三種動(dòng)作下肢肌力結(jié)果(±s) 單位：%N/BWTable 5 Muscle strength of lower extremity at peak force on knee joint(unit：%N/BW)

肌肉名稱 組別 野馬分鬃 倒卷肱 云手大收肌遠(yuǎn)端 專業(yè)組 296.75±84.14 146.85±53.09 95.18±30.06普通組 170.94±61.09** 100.72±38.81** 36.39±12.24**大收肌中端 專業(yè)組 129.97±38.06 76.38±20.33 50.58±15.86普通組 48.77±9.75** 41.43±12.28** 15.71±5.31**股二頭肌長(zhǎng)頭 專業(yè)組 425.17±109.64 346.01±108.99 154.64±52.01普通組 258.29±87.32** 190.31±95.73** 89.19±26.71**拇長(zhǎng)伸肌 專業(yè)組 10.26±2.10 2.19±1.22 20.65±5.60普通組 30.04±9.81** 3.65±1.32 8.92±2.98**趾長(zhǎng)伸肌 專業(yè)組 10.26±2.90 2.19±1.23 21.65±6.06普通組 31.00±12.32** 3.75±1.44 6.04±1.07**趾長(zhǎng)屈肌 專業(yè)組 9.54±1.68 2.76±1.05 13.52±4.28普通組 31.39±12.23** 3.75±1.44 2.10±0.71**腓腸肌外側(cè) 專業(yè)組 391.90±74.91 163.84±47.25 370.52±208.34普通組 598.94±143.30** 252.56±78.67** 265.04±104.93**腓腸肌內(nèi)側(cè) 專業(yè)組 727.95±129.80 320.00±106.59 746.20±229.60普通組 1399.50±204.71** 259.58±68.15* 582.90±207.08*臀大肌上部 專業(yè)組 141.65±49.95 291.44±93.23 401.99±141.00普通組 131.54±58.18 267.29±97.42 328.35±63.45**臀中肌前部 專業(yè)組 699.28±106.50 756.88±228.04 522.60±174.39普通組 928.83±225.98** 410.98±140.71** 644.93±164.80*臀中肌后部 專業(yè)組 584.43±105.12 489.47±130.35 360.87±117.51普通組 218.44±58.50** 470.14±176.12 295.09±107.83臀小肌前部 專業(yè)組 85.61±18.64 22.97±7.70 89.72±28.89普通組 83.67±29.98 42.68±14.94** 34.16±11.46**臀小肌中部 專業(yè)組 97.48±23.70 50.80±15.37 52.06±17.84普通組 72.32±26.19** 59.18±15.15 104.55±30.23**臀小肌后部 專業(yè)組 89.22±21.06 55.53±24.67 48.02±15.47普通組 43.38±13.37** 74.30±28.73** 44.24±13.78髂肌外側(cè) 專業(yè)組 5.14±1.63 0.78±0.29 2.92±0.73普通組 16.01±4.81** 0.15±0.23** 7.46±2.56**

續(xù)表5

2.5 討論

野馬分鬃、倒卷肱、云手代表了24式太極拳動(dòng)作中的向前進(jìn)步、向后退步和向側(cè)移步。野馬分鬃動(dòng)作有3次、倒卷肱4次、云手3次，其重復(fù)動(dòng)作都在3次以上，所以，對(duì)3個(gè)動(dòng)作的研究十分重要[15]。

2.5.1 野馬分鬃動(dòng)作下肢生物力學(xué)特點(diǎn)分析

對(duì)太極拳動(dòng)作要領(lǐng)的基本要求大多是以關(guān)節(jié)來描述的，如“屈膝松胯”“旋踝轉(zhuǎn)腿”等。同時(shí)，太極拳的運(yùn)動(dòng)要求各關(guān)節(jié)之間需要協(xié)同運(yùn)動(dòng)[16]。文章對(duì)野馬分鬃動(dòng)作過程中膝關(guān)節(jié)在垂直軸方向上受力峰值時(shí)刻不同水平練習(xí)者下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行對(duì)比，專業(yè)組髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度和外展角度都明顯小于普通組，踝關(guān)節(jié)屈曲角度明顯小于普通組。對(duì)下肢三關(guān)節(jié)受力和力矩情況進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)專業(yè)組三關(guān)節(jié)在矢狀軸方向上的受力明顯高于普通組，在額狀軸方向上的受力明顯小于普通組；專業(yè)組髖關(guān)節(jié)外展力矩明顯高于普通組，髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)力矩、屈伸力矩，膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)力矩明顯小于普通組。

太極拳著數(shù)，既要求單個(gè)動(dòng)作正確熟練，又要求動(dòng)作之間的連貫熟練。根據(jù)“著數(shù)”的基本內(nèi)容可描述為：動(dòng)作正確熟練，周身動(dòng)作協(xié)調(diào)，無乖戾僵硬，最終做到“心能忘手，手能忘刀，進(jìn)退周旋，不思而得。”[17]控制好關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方式和規(guī)律可以使太極拳動(dòng)作的完成得到更好的發(fā)揮。關(guān)節(jié)角度是描述動(dòng)作形式的重要指標(biāo)，是反映各環(huán)節(jié)間相對(duì)位置關(guān)系，關(guān)節(jié)角度和關(guān)節(jié)力矩是影響關(guān)節(jié)周圍肌肉激活程度的重要因素[18]。野馬分鬃膝關(guān)節(jié)受力峰值時(shí)刻，重心依然停留在左腳，右腳從左腳內(nèi)側(cè)移向身體的右前側(cè)，隨著右腳相對(duì)于肢體位置的改變，下肢需要不斷地調(diào)節(jié)下肢肌肉來完成肢體的平衡。觀察到專業(yè)組用力較大的肌肉包括：大收肌遠(yuǎn)端、大收肌中端、恥骨肌、梨狀肌、臀中肌前部、臀中肌后部、臀小肌后部、股二頭肌長(zhǎng)頭、股中肌、股外側(cè)肌下、脛骨前肌；普通組用力較大的肌肉包括：髂肌內(nèi)側(cè)、髂肌中部、闊筋膜張肌、拇長(zhǎng)伸肌、趾長(zhǎng)伸肌、趾長(zhǎng)屈肌、脛骨后肌。

太極拳套路中“欲左先右”“欲右先左”可以使太極拳發(fā)力更加有效；太極拳下肢為三節(jié)，上節(jié)不明，無依無蹤；中節(jié)不明，滿腹是空；下節(jié)不明，顛覆必生。切忌下肢的雙重毛病，否則關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)不靈，做到開襠貴圓，腿部方能有力。髖關(guān)節(jié)為周身之樞紐，靈與不靈，活與不活在于步。此時(shí)普通組在弓步動(dòng)作髖關(guān)節(jié)角度過于外展和旋轉(zhuǎn)化解自身肌肉拉長(zhǎng)，內(nèi)勁不能完全釋放。說明初學(xué)者在練習(xí)過程中外在動(dòng)作形式是合理的，但是在練習(xí)過程中要注意下肢關(guān)節(jié)之間轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，三節(jié)分明以及松柔自然的運(yùn)動(dòng)。

2.5.2 倒卷肱動(dòng)作下肢生物力學(xué)特點(diǎn)分析

左右倒卷肱為24式太極拳第6式，代表了太極拳的退步動(dòng)作。其動(dòng)作要點(diǎn)為擺動(dòng)腳著地時(shí)腳尖先著地，再慢慢過渡到全腳踏實(shí)至重心在支撐腳和擺動(dòng)腳之間完成轉(zhuǎn)移；同時(shí)，之前的支撐腳腳尖著地，腳后跟向左后或右后傾斜，避免兩腳落在一條直線[19]。倒卷肱動(dòng)作過程中膝關(guān)節(jié)在垂直軸方向上受力峰值時(shí)刻，專業(yè)組髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度明顯大于普通組，踝關(guān)節(jié)屈曲角度小于普通組。專業(yè)組在額狀軸方向上的受力明顯小于普通組；專業(yè)組膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)外展力矩明顯高于普通組，踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)力矩明顯小于普通組，髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)屈伸力矩明顯大于普通組，踝關(guān)節(jié)屈伸力矩明顯小于普通組。太極拳動(dòng)作要求“一動(dòng)無有不動(dòng)，一靜百骸皆靜?！奔匆筇珮O拳動(dòng)作中動(dòng)中有靜，在練拳時(shí)要弄清楚哪些部位在動(dòng)，哪些部位不動(dòng)。

有研究證明，在慢速和非常慢速步態(tài)下(0.75 m/s、0.54 m/s)，下肢肌肉的功能主要是維持身體的平衡，而太極拳運(yùn)動(dòng)的速度會(huì)明顯小于此速度[20]。外展肌和內(nèi)收肌主要是維持身體的左右方向上的平衡能力，股四頭肌、腓腸肌和比目魚肌在調(diào)節(jié)身體在前后方向上的作用力。在雙腳支撐期，外展肌、臀大肌、腘繩肌、股內(nèi)外側(cè)肌的主要作用是調(diào)節(jié)左右方向上的平衡；單腳支撐，主要作用肌肉是外展肌和比目魚肌[21]。因此，比目魚肌在倒卷肱的整個(gè)支撐期起著主要作用，專業(yè)組和普通組比目魚肌貢獻(xiàn)率最大；在左側(cè)倒卷肱動(dòng)作中，左側(cè)腿從擺動(dòng)期到左側(cè)前腳掌著地，重心從右側(cè)腿轉(zhuǎn)移到左側(cè)，左側(cè)腿就要控制肢體在左右方向上的移動(dòng)，這就需要外展肌、內(nèi)收肌來對(duì)重心起到支撐穩(wěn)定的作用。隨著左側(cè)前腳掌著地到整個(gè)左腳著地一直到重心完全轉(zhuǎn)移到左腳之前的支撐期，需要外展肌、臀大肌、腘繩肌、股外側(cè)肌、股內(nèi)側(cè)肌的在前后方向?qū)χ匦倪M(jìn)行控制，股四頭肌、腓腸肌、比目魚肌對(duì)調(diào)節(jié)前后方向的作用力。以上結(jié)論可以看出，倒卷肱動(dòng)作過程中，普通組主要通過踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)以及膝關(guān)節(jié)的屈伸來保證動(dòng)作的順利完成，專業(yè)組主要是動(dòng)作髖關(guān)節(jié)的屈伸和旋轉(zhuǎn)完成倒卷肱動(dòng)作。

2.5.3 云手動(dòng)作下肢生物力學(xué)特點(diǎn)分析

云手動(dòng)作要以腰為軸、松腰、松胯，不可忽高忽低，自然圓活，速度要緩慢均勻。云手動(dòng)作中，專業(yè)組外展角度明顯小于普通組，旋轉(zhuǎn)角度、屈曲角度明顯大于普通組。專業(yè)組髖關(guān)節(jié)在矢狀軸向上的受力明顯小于普通組，膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)在矢狀軸方向上的受力明顯高于普通組。初學(xué)者雖然按照云手基本要求完成云手動(dòng)作，即外形相似，但是內(nèi)勁在人體三節(jié)中的運(yùn)轉(zhuǎn)是無法真正體會(huì)到的。因此，普通組和專業(yè)組下肢肌肉的用力方式會(huì)呈現(xiàn)出顯著性差異。

太極拳每個(gè)動(dòng)作的變化都要符合人體生理解剖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，髖關(guān)節(jié)作為球窩關(guān)節(jié)，是連接軀干和下肢的關(guān)節(jié)的樞紐，可以外展、內(nèi)收、屈、伸、內(nèi)、外旋和環(huán)繞。膝關(guān)節(jié)在完全伸直時(shí)，膝關(guān)節(jié)兩側(cè)側(cè)副韌帶緊張，此時(shí)膝關(guān)節(jié)只可以做屈伸運(yùn)動(dòng)；當(dāng)膝關(guān)節(jié)屈曲20°和30°位置時(shí)，兩側(cè)側(cè)副韌帶松弛，膝關(guān)節(jié)可以做幅度較小的內(nèi)收和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。單腳支撐期小腿肌肉力是保持身體平衡的主要因素，專業(yè)組腓腸肌內(nèi)側(cè)、腓腸肌外側(cè)明顯小于普通組，由于肌肉的代償作用，普通組可能會(huì)分散更多的肌肉力來維持身體的平衡，而沒有更多的肌肉使關(guān)節(jié)具有比較大的屈伸和旋轉(zhuǎn)。

綜上所述，膝關(guān)節(jié)在垂直軸方向上受力峰值時(shí)刻，普通組踝關(guān)節(jié)角度屈曲角度較小，引起小腿后側(cè)肌肉牽拉較小，又因?yàn)閮山M膝關(guān)節(jié)屈曲角度沒有顯著性差異，最終引起大腿前側(cè)肌肉牽拉較大，造成膝關(guān)節(jié)髕骨會(huì)承受較大的牽拉力。普通組髖關(guān)節(jié)外展角度較大，膝關(guān)節(jié)在額狀軸方向上的受力較大。因此，較長(zhǎng)時(shí)間太極拳練習(xí)會(huì)對(duì)普通組膝關(guān)節(jié)造成較大的損傷。建議在以后的太極拳練習(xí)過程中，初學(xué)者踝關(guān)節(jié)要有較大的踝關(guān)節(jié)屈曲角度來分散膝關(guān)節(jié)髕骨的受力，較小的髖關(guān)節(jié)外展角度減少膝關(guān)節(jié)在額狀軸方向上的受力。太極拳動(dòng)作中的“以腰為軸、上下相隨”主要是通過髖關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)來完成的，普通組在練習(xí)過程中應(yīng)多關(guān)注于髖關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)。

3 結(jié)論與建議

太極拳練習(xí)過程中，膝關(guān)節(jié)在垂直軸方向上受力的峰值時(shí)刻，專業(yè)太極拳練習(xí)者髖關(guān)節(jié)會(huì)表現(xiàn)出較大的髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度和較大的踝關(guān)節(jié)屈曲角度；較大的矢狀軸方向上的受力、較小的額狀軸和冠狀軸方向上的受力。初學(xué)者在太極拳練習(xí)過程中應(yīng)注意軀干的旋轉(zhuǎn)，控制髖關(guān)節(jié)內(nèi)收、外展的角度，在練習(xí)中應(yīng)感受髖關(guān)節(jié)及軀干周圍大肌群肌肉用力，進(jìn)而促進(jìn)太極拳練習(xí)過程中姿勢(shì)的控制能力。