分娩前步态对精英级男性板球运动员后续快速投球技术的影响

《Journal of Sports Sciences》：The influence of the pre-delivery stride on subsequent fast bowling technique in elite male cricketers

　　**摘要**
板球快速投球的研究主要集中在从后脚触球开始的技术分析上。本研究旨在探讨投球前步伐（后脚触球前的那一步）对先前被认为与表现和受伤风险相关的技术特征的影响。研究人员对29名精英男性快速投球手的投球前步伐以及16项与表现或腰椎骨应力损伤相关的技术特征进行了测量。研究发现，投球前步伐与表现和受伤风险特征之间存在15项显著相关性（p<0.05）。从表现角度来看，较高的投球前加速速度和较低的起跳角度与前脚触球时前腿的着地角度以及球释放时的膝盖屈曲程度增加有关。从受伤风险的角度来看，起跳时骨盆前倾程度较大、跳跃高度较高以及后脚触球时的垂直落地速度较高与后脚触球时后腿的屈曲程度增加以及前脚触球时骨盆前倾程度增加有关。这些发现表明，个体之间存在特定的投球前步伐加速速度和起跳角度，这些参数可以同步优化技术，从而提高表现并降低受伤风险。这一知识对于改进快速投球手的训练和康复至关重要，有助于教练了解投球前步伐对后续投球技术的影响。

**关键词**：板球；表现；受伤；球释放速度；腰椎应力损伤

**引言**
板球中的快速投球是一项多阶段的技能，投球手需要加速并高速（32.8–39.7米/秒）投球，目标是让击球手难以接球并得分（Bhandurge等人，2024年；Worthington等人，2013年）。快速投球手采用的一种策略是尽可能快地投球，以减少击球手反应和做出适当击球的时间，从而增加取得三柱门得分的机会并减少得分机会（Zhang等人，2011年）。虽然投球准确性和稳定性也被认为是投球成功的关键因素（Petersen等人，2008年），但产生高球速的能力仍然是快速投球的决定性特征。投球动作通常分为三个阶段：加速阶段、投球前步伐和投球阶段（见图1；Glazier & Wheat，2014a）。加速阶段是指从投球手开始接近球到投球前步伐之前的起跳时刻，投球手利用这一阶段积累线性动量，以便在投球阶段使用（Glazier & Worthington，2014b；Kiely等人，2021年）。投球前步伐，也被称为“聚集”或“跳跃”（Woolmer等人，2008年），是后脚触球前的最后一步，介于加速阶段结束时的起跳和后脚触球之间（Bartlett等人，1996年；Glazier & Wheat，2014a）。目前对投球前步伐的科学理解仍然有限，大部分知识来自球员经验和教练文献（Glazier & Wheat，2014a）。快速投球的最后一个阶段是投球阶段，即从后脚触球到球释放的阶段，这一阶段被认为是决定球释放速度的关键动作发生的时期（Glazier & Wheat，2014a）。

**研究方法**
研究探讨了技术对表现的影响，发现多种与更快球释放速度相关的特征，包括更高的加速速度、前脚触球时前腿膝盖角度更大、前脚触球和球释放之间胸腰段屈曲程度更大，以及前脚触球时投球手肩膀伸展程度较小（手臂旋转延迟）（Bhandurge等人，2024年；Worthington等人，2013年）。这些发现与其他实验研究（Duffield等人，2009年；Ferdinands等人，2010年；Kiely等人，2021年）以及通过前向动力学分析最佳技术的理论研究结果一致（Felton等人，2023年）。此外，前脚触球时前腿着地角度更大（King等人，2016年）以及后脚触球和球释放之间全身重心（COM）减速程度更大（Ferdinands等人，2010年）也与球释放速度增加相关。尽管大多数与表现相关的技术特征发生在投球阶段，但现有研究尚未探讨投球前步伐如何影响这些技术特征。

**研究内容**
研究快速投球技术与受伤之间的关联时，通常关注腰椎骨应力损伤（LBSI）。这是板球中最常见的损伤类型，几乎只发生在快速投球手中（Orchard等人，2016年）。LBSI是一种过度使用导致的损伤，由骨骼微损伤的累积和传播引起（Hoening等人，2022年），通常发生在投球手非投球手臂一侧的L4或L5椎体的关节间部分或椎体柄部（Alway等人，2019年）。虽然LBSI是多因素引起的（Hoening等人，2022年），但Alway等人（2021年）证明，两个技术特征（后脚触球时后髋屈曲和前脚触球时腰骨盆伸展）可以成功预测88%的精英快速投球手在两年内的LBSI损伤（受伤者：97%；未受伤者：55%）。此外，受伤与未受伤的投球手在前脚触球时前髋屈曲程度、骨盆倾斜程度、后脚触球时胸腰段旋转程度、后脚触球和球释放时胸腰段侧屈程度以及后脚触球时后膝屈曲程度存在显著差异。研究表明，投球手可能在后脚触球时采用更屈曲的后腿动作，以产生足够的扭矩来调整投球后的重心（Alway等人，2021年；Thorstensson等人，1976年）。尽管这可能表明投球前步伐与后续技术有关，但目前尚未探讨LBSI相关技术特征如何受投球前步伐的影响。

**样本与数据收集**
通过先验功效分析（G*Power 3.1.9.4）确定了一个双变量正态模型相关性的所需样本量（H1 r=0.5，α=0.05，1–β错误概率=0.8），结果为29人（Faul等人，2007年）。样本量的选择基于以往文献的研究结果（Ferdinands等人，2010年；Kiely等人，2021年；King等人，2016年）。数据来自一个历史数据集，其中包括29名精英男性快速投球手的信息（年龄：22.46±3.78岁，身高：1.86±0.07米，体重：85.15±10.66公斤），该数据集具有高质量的数据（例如，目标体积和标记丢失较少），之前已被Worthington等人（2013年）和Alway等人（2021年）用于研究。所有投球手均根据拉夫堡大学伦理咨询委员会的指南提供了书面同意书（R16-P110），并经过合格物理治疗师的评估认为适合投球。

**数据收集过程**
每位投球手在室内全尺寸人工练习场内至少进行了六次最大速度的投球，每次投球的技术数据均由18个摄像头的Vicon运动分析系统（OMG Plc，英国牛津）以300赫兹的频率记录。所有参与者在数据收集前进行了全面的自我指导热身。根据为分析板球快速投球设计的全身标记系统，在每位投球手的骨骼标志点上安装了47个14毫米的反光标记（Worthington等人，2013年）。在球上贴了一块2厘米见方的反光胶带，以便计算球释放速度并确定球释放的时刻。记录了参与者处于解剖学中立位置的静态试验，以及投球手向对侧和同侧最大侧屈的试验。这些数据用于计算身体各部分的长度和中性脊柱位置（Ranson等人，2008年）。还进行了95项人体测量，以确定每位投球手的特定身体段惯性参数和重心速度（Yeadon，1990年）。

**数据处理**
为了保持对最佳表现相关运动模式的生态有效性，使用Vicon的Nexus软件（OMG Plc，英国牛津）重建了每位投球者最快的试验数据，并在MATLAB R2021a（The MathWorks，美国马萨诸塞州）中进行了处理。所有标记轨迹均通过递归四阶低通巴特沃斯滤波器（30赫兹）进行过滤（Winter，1990年）。踝关节、膝关节、肘关节、腕关节和肩关节的中心点是通过放置在每个关节上的内外侧标记对的中点计算得出的（King等人，2016年；Ranson等人，2008年；Worthington等人，2013年）。髋关节中心点是通过左右髂骨上前棘和腿长测量值计算得出的（Davis等人，1991年）。胸腰交界点定义为剑突和L1棘突标记之间的中点，而腰骨盆交界点定义为后上髂棘标记之间的中点（Worthington等人，2013年）。后脚触前的最后一步（PSC；图1a）、后脚触球（BFC；图1d）和前脚触球（FFC；图1e）是通过观察脚部标记的位移确定的，地面接触点定义为脚部标记轨迹因地面冲击而改变的第一个帧。地面接触阶段的结束或“脚趾离地”事件（PSTO；图1b）是通过脚部标记确定的，即脚趾标记的垂直位移超过静态试验中平均位置的第一个帧。球释放（BR）是通过球标记与腕关节中心之间的距离相对于前一帧变化超过20毫米的第一个帧确定的（Worthington等人，2013年）。

**坐标系设定**
全局坐标系以投球手跑步方向为y轴向下，x轴垂直于y轴指向投球手的右侧，z轴垂直向上（Worthington等人，2013年）。为包含头部和颈部、胸腰脊柱、骨盆、两上臂、前臂、大腿、小腿和两部分脚的18个身体段的模型确定了三维局部参考框架。每个段的局部参考框架都调整到与全局参考框架在解剖学位置对齐。关节角度以卡丹角表示，xyz轴的旋转分别对应屈伸、外展-内收和纵向旋转。角度描述包括前膝（伸展=180°，屈曲<180°）、髋关节（伸展=180°，屈曲<180°）、矢状面骨盆倾斜（前倾<180°<后倾）、腰骨盆和胸腰脊柱（屈曲和远离投球手臂的一侧、侧屈和旋转<180°，伸展和同侧侧屈和旋转>180°）、投球手臂（矢状面解剖位置=0°，>180°表示肩部在矢状面后于躯干）、前腿着地角度（0°<较大的着地角度，踝关节相对于髋关节中心更前方；worthington等人，2013年）。球释放速度是球释放后10帧（0.033秒）内的平均球标记速度，加速速度是psc（图1a）和bfc（图1d）前18帧（0.06秒）内的平均水平（前后）全身重心速度（worthington等人，2013年）。

**数据分析**
计算了六个投球前步伐特征、八个与表现相关的技术特征和八个与lbsi相关的技术特征进行分析。选择投球前步伐特征是基于它们对后续投球技术的潜在影响或在先前研究中被考虑的因素。 **数据分析**>
**数据分析**
计算了六个投球前步伐特征、八个与表现相关的技术特征和八个与lbsi相关的技术特征进行分析。选择投球前步伐特征是基于它们对后续投球技术的潜在影响或在先前研究中被考虑的因素。>六个特征包括：跳跃高度（从PSC之前的平均垂直重心位移；以投球手身高为基准的绝对值和标准化值）、投球前步幅长度（PSC时脚的重心相对于BFC时对侧脚重心的前后位移；以投球手身高为基准的绝对值和标准化值）、BFC时的着陆速度（BFC时的垂直重心速度）、倒数第二步的起跳角度（PSTO时重心在矢状面上的角度相对于水平方向）、跳跃前的助跑速度（PSC前18帧/0.06秒内的平均水平重心速度），以及PSTO时的骨盆倾斜度（骨盆段的前后方向）。先前确定的与表现相关的特征还包括球释放速度、助跑速度、前膝角度（在BR时）、FFC和BR之间的胸腰屈曲（胸椎和腰椎段之间的屈曲角度变化）、投球肩角度（在FFC时）、前腿着地角度（FFC时髋关节和踝关节中心向量在矢状面上的角度相对于水平方向），以及两个阶段内的全身重心加速度：投球前步幅接触阶段（图1(e)）和投球步幅接触阶段（图1(e–f)（Ferdinands等人，引用2010；King等人，引用2016；Worthington等人，引用2013）。八项与LBSI相关的技术特征由Alway等人（引用2021）确定：前髋角度（在FFC时）、骨盆倾斜度（在FFC时）、胸腰旋转（在BFC时）、腰骨盆角度（在FFC时）、后髋角度（在BFC时）和后膝角度（在BFC和BR时）以及胸腰侧屈曲（在BFC和BR时）。统计分析使用的是社会科学统计软件包v.27（SPSS Corporation，美国）。正态性通过Shapiro–Wilks检验进行评估，方差齐性假设通过Levene检验进行验证。双变量相关性使用双尾Pearson积矩系数来检验投球前步幅技术特征与先前确定的与表现和LBSI相关的技术特征之间的关系。如果正态性不成立，则使用Spearman等级检验。显著性阈值设为0.05。由于存在增加第二类错误的风险，因此没有进行多重比较调整（Sinclair等人，引用2013）。

本研究中的29名投球手的球释放速度范围为32.8–38.5米/秒。表1列出了投球前步幅技术特征的描述性统计信息，以及那些先前与表现和受伤相关的特征。表1显示了投球前和随后与表现及受伤相关的技术特征的数值范围、平均值和标准差。结果发现，球释放速度与任何投球前步幅特征均无相关性（表2；r = ?0.134–0.260；p = 0.170–0.984）。在投球前步幅与表现相关的技术特征之间发现了九个显著相关性（表2）。较大的倒数第二步起跳角度（更垂直）与前腿着地角度较小（r = ?0.428，p = 0.021）和BFC时助跑速度较慢（r = ?0.400，p = 0.032）相关。较大的标准化倒数第二步长度与BFC时助跑速度较快（r = 0.505，p < 0.001）和BR时膝关节屈曲度增加（r = ?0.436，p = 0.018）相关。投球前步幅助跑速度与四个表现特征相关：前腿着地角度较大（r = 0.524，p = 0.004）、BR时膝关节屈曲度增加（r = ?0.382，p = 0.041）、FFC阶段减速较大（r = ?0.401，p = 0.031）以及BFC时助跑速度较快（r = 0.844，p < 0.001）。BFC时较低的垂直着陆速度（向下更多）与胸腰屈曲减少（r = 0.372，p = 0.047）和FFC时投球肩屈曲度增加（手臂旋转延迟较少）相关（r = 0.379，p = 0.043）。表2显示了投球前步幅运动学与关键表现相关技术特征之间的Pearson/Spearman相关系数。在投球前步幅与LBSI相关技术特征之间发现了六个显著相关性（表3）。较大的标准化跳跃高度和较大的垂直起跳角度与FFC时骨盆前倾度增加相关（r = 0.472，p = 0.010；r = 0.449，p = 0.014）。BFC时较大的着陆速度与后髋（r = 0.479，p = 0.009）和膝关节（r = 0.401，p = 0.031）的屈曲度增加相关。同样，起跳时较大的骨盆前倾度与BFC时后髋（r = ?0.716，p < 0.001）和膝关节（r = 0.447，p = 0.015）的屈曲度增加显著相关。表3显示了投球前步幅运动学与关键表现和受伤相关技术特征之间的Pearson/Spearman相关系数。没有其他投球前步幅特征与先前与球释放速度或LBSI受伤相关的技术特征相关。

本研究旨在探讨投球前步幅对精英男性板球快速投球手快速投球技术特征的影响，这些技术特征先前已被认为与表现和LBSI风险相关。尽管没有发现任何投球前步幅特征与球释放速度之间的显著关系，但多个投球前步幅特征与先前与表现和LBSI风险相关的技术特征相关。这些发现表明，由于快速投球的多阶段性质，投球后快速投球技术特征可能与投球前步幅有关，这些技术特征与表现和LBSI风险增加有关。

在本研究中，表现相关技术特征的最佳单一预测因子是跳跃前的助跑速度，它与BFC时的助跑速度有很强的相关性（r = 0.844；表2）。先前已有研究指出，BFC时的助跑速度是快速投球中球释放速度的最重要预测因子（Worthington等人，引用2013）。更快的助跑速度被认为可以在FFC时提供更大的线性动量，这可以在投球步幅中转化为角动量，最终转化为球的速度（Worthington等人，引用2013）。虽然这种关系是预期的，但由于助跑发生在投球前步幅之前，相关性的强度（r = 0.844）表明在投球前步幅接触阶段维持水平重心速度存在个体差异。这一点得到了投球前步幅垂直起跳速度与BFC时倒数第二步长度之间关系的支持（表2）。BFC时助跑速度较大的投球手在倒数第二步起跳时的轨迹较低，且倒数第二步长度较大。虽然已知增加的跑步速度与步幅长度增加有关（Brughelli等人，引用2011），但较短的倒数第二步长度也可能与较大的垂直起跳角度相关。较大的起跳角度可能用于减缓水平重心速度，为投球手在空中的时间提供更多，以便在投球步幅前调整上下肢的位置。因此，助跑速度和起跳角度之间可能存在最佳平衡；较大的起跳角度可能表明投球手在投球前步幅期间试图减速，而过低的起跳角度可能无法提供足够的时间来完成后续的投球动作。因此，单独干预助跑速度可能不适合改变起跳角度，因为球员可能会跑得更快，但随后选择跳得更高，某些投球手需要更多时间来调整姿势。教练在指导投球手时应同时考虑这两个特征。

在本研究中，FFC阶段重心水平减速较大与前跳跃助跑速度较快相关。先前认为较大的前腿着地角度和BR时前膝角度较大表明在此阶段有效的动量转换策略（Bhandurge等人，引用2024；Kiely等人，引用2021；King等人，引用2016）。然而，本研究的结果似乎与此相反。研究发现，跳跃前助跑速度与FFC时前腿着地角度呈正相关，这先前被认为与FFC期间较大的水平制动冲量有关（King等人，引用2016），但同时观察到跳跃前助跑速度与BR时前膝角度呈负相关，这先前被认为与投球阶段线性动量向角动量的更有效转换有关（Felton等人，引用2023；Worthington等人，引用2013）。助跑速度较慢和前腿着地角度较小的投球手在BR时前膝角度较大。倒数第二步长度与投球前步幅垂直起跳角度和BR时前膝角度也呈负相关。具有较大投球前垂直起跳角度和较短投球前步幅长度的投球手在BR时能够实现更大的前膝角度。这可能表明水平重心速度与投球步幅期间的前膝运动学之间存在关系。有研究表明，投球手的最佳助跑速度取决于其个人情况和身体限制（Felton等人，引用2023；Felton等人，引用2025；King等人，引用2016）。最近的研究表明，投球手可以通过增加力量来增加膝关节屈曲度，从而减缓躯干屈曲，增加上肢肌肉力量的贡献时间（Felton等人，引用2025）。不幸的是，关于球释放速度和技术特征之间线性关系的研究在实践中经常被误用，导致投球手将助跑速度提高到超出个人最佳水平（Glazier & Mehdizadeh，引用2019）。本研究中的关联可能表明，平均而言，投球手的助跑速度超过了他们的个人最佳水平。因此，建议投球前助跑速度、投球前起跳角度与前腿运动学之间的关系是非线性的。

在BFC时以较大向下速度着陆的投球手在FFC和BR之间的胸腰屈曲较少。先前认为投球步幅期间的胸腰屈曲幅度与球释放速度有关，这代表了前腿在制动过程中将线性动量转化为角动量的效率（Felton等人，引用2023；Worthington等人，引用2013）。尽管这可能表明投球手跳得太高而缺乏前向动量，但标准化跳跃高度与胸腰屈曲无关。另一种可能的解释是，那些技术要求超出其能力范围的投球手可能会前倾躯干以保持平衡（Crewe等人，引用2012）。这可能以两种方式影响这种关系：（1）FFC和BR之间的胸腰躯干屈曲范围减小；（2）BFC时向下重心速度增加。

在投球前步幅与LBSI相关技术特征之间观察到的最强相关性是倒数第二步起跳时的骨盆倾斜度与BFC时后髋角度之间的关系。较大的后髋和膝关节屈曲与投球前步幅起跳时的骨盆前倾度增加相关。先前已有研究指出，BFC时后髋角度是预测未来LBSI的最重要运动学变量（Alway等人，引用2021）。投球前步幅起跳时较大的骨盆前倾度可能表明腰骨盆股骨复合体的控制不足，这被认为会导致快速投球手的LBSI（Alway等人，引用2021；Bayne等人，引用2016），或者可能是由于投球前步幅期间的速度变化（制动或方向改变）（Blache等人，引用2011）。它还可能导致在整个投球前阶段增加腰骨盆伸展，以使上身保持直立。重复的腰骨盆伸展先前已被认为与多种运动中的LBSI发病机制有关（Tawfik等人，引用2020）。BFC时较大的向下着陆速度也与BFC时后髋和膝关节屈曲增加相关。先前有研究表明，投球手可能在BFC时采用更屈曲的后髋和膝关节，以便利用关节中段可用的较大扭矩（Thorstensson等人，引用1976）来重新定向BFC后的重心（Alway等人，引用2021）。这些发现支持了这样的观点：以较大向下全身重心速度着陆的投球手具有更屈曲的后腿运动学，可能会增加LBSI的风险（Alway等人，引用2021）。FFC时较大的骨盆前倾度也与较大的投球前步幅起跳角度和标准化跳跃高度相关。这可能表明，与较大跳跃高度相关的较大垂直减速可能超出了骨盆肌肉抵抗前倾的能力，或者较大的起跳角度导致整个躯干的屈曲在运动早期发生（由骨盆前倾引发）。在快速投球（FFC）过程中，前骨盆倾斜与腰骨盆伸展之间存在关联是合理的。为了在FFC和球落地点（BR）之间保持躯干伸展的位置，腰骨盆伸展可以补偿前骨盆倾斜。快速投球时更大的腰骨盆伸展与快速投球手遭受腰部下背部损伤（LBSI）的风险增加有关（Alway等人，引用2021年），这可能表明分娩前的步态可以直接影响与LBSI相关的运动学特征。

**局限性**
未发现分娩前步态特征与球释放速度之间存在显著关系。这一发现的最可能解释是，球释放前发生的动作对球速的直接影响更大，或者分娩前步态中未探索的变量可能具有更强的影响力。本研究的潜在局限性在于样本的局限性，所有参与者均为男性且来自同一国家，因此这些发现是否适用于其他快速投球手群体尚不清楚。此外，由于在分析过程中没有进行类型2错误风险的最小化调整（Sinclair等人，引用2013年），这些发现仅描述了整个群体而非个体情况。尽管如此，这项研究首次揭示了分娩前步态与后续投球表现及受伤相关技术特征之间的显著关系。

**实际应用与未来研究**
在实际教学中，这些发现可以通过将分娩前阶段的影响与投球动作中的后续技术联系起来来支持教练工作。先前关于投球步态特征与表现关系的研究（Worthington等人，引用2013年）已在人才选拔、发展和快速投球训练中被广泛采用为最佳实践；然而，在尝试干预和改变个体技术时，对其因果关系的理解仍然有限。本研究的结果表明，分娩前步态从表现和受伤风险两个方面都影响着后续技术。这里发现的关联可以为教练的发展和实践提供参考。未来的研究应致力于了解分娩前步态技术的成因，以便进行有效干预，并探讨分娩前步态中的内外侧重心（COM）速度如何影响与LBSI相关的技术特征。

**结论**
本研究首次探讨了精英男性快速投球手的分娩前步态及其与关键表现相关技术和LBSI相关技术特征之间的关系。较高的分娩前助跑速度和较小的起飞角度与FFC时前腿着地角度增大以及BR时膝关节屈曲度增大相关；而较低的分娩前助跑速度和较大的起飞角度则与前腿着地角度减小及BR时前膝角度增大相关。较大的前骨盆倾斜（在PSTO时）、标准化的跳跃高度和BFC时的落地速度与后腿运动学特征更屈曲以及FFC时更大的前骨盆倾斜相关。这些发现表明，存在个体特定的分娩前步态助跑速度和起飞角度，这些参数可以同步优化技术，从而提高表现并降低LBSI风险。本研究的结果有助于提升快速投球手的训练和LBSI相关的康复工作。教练和从业者应从表现和受伤风险的角度考虑分娩前步态技术对后续投球运动学的影响，并将其纳入实际训练中。