分析腿部力量与后手拳力量的关系：一项针对高水平业余拳击手的研究

摘要：本研究旨在探究腿部力量对于高水平业余拳击手在执行 后手拳 过程中产生的力的影响。研究对象为 12名男性业余拳击手，体重范围在64.5至112.2公斤之间。本研究使用等速测力计测量了膝部伸肌和屈肌在60˚/s时的峰值扭矩。同时，使用力板收集了在执行最大 后手拳 时的三维地面反作用力（ GRF）、力矩（GRM）和压力中心（COP）。此外，使用Kiktest-100系统来测定拳击的力量，而最大拳速则通过Hykso拳击追踪器加速度计来测量。研究发现，膝部伸肌力量与拳击时的垂直GRF（GRFz）、前后GRF（GRFy）以及COP的前后位移（COPy）呈正相关。此外，执行阶段的GRMz梯度和GRMz冲量对 后手拳 的力量有显著的正面影响。研究还得出，高水平业余拳击手的后手拳力量与其在身体旋转时垂直轴的角速度增加有关。

相关缩写解释：

GRF地面反作用力（Ground Reaction Force）的不同分量，具体如下：

• GRFz ：代表垂直方向的地面反作用力，即拳击手在出拳时，地面对其产生的垂直向上的力。
  

• GRFy ：代表前后方向的地面反作用力，即拳击手在出拳时，地面对其产生的向前或向后的力。

• GRFx ：代表左右方向的地面反作用力，即拳击手在出拳时，地面对其产生的向左或向右的力。

GRM ：地面反作用力矩（Ground Reaction Moment），代表地面反作用力产生的旋转力矩。

• GRMz ：绕垂直轴的地面反作用力矩。
  

• GRMy ：绕水平面内的前后轴的地面反作用力矩。

• GRMx ：绕水平面内左右轴的地面反作用力矩。

COP ：代表压力中心（Center of Pressure），是地面反作用力作用点的位置，可以反映拳击手在出拳时身体重心的移动。

• COPy ：压力中心在前后方向上的位置。
  

• COPx ：压力中心在左右方向上的位置。

这些参数对于分析拳击手在执行拳击动作时，力量的产生和传递机制非常重要，有助于理解拳击动作的生物力学特性。

一、引言

后手拳 技术在拳击运动中是一种关键的攻击手段，它是一种开放运动链动作，依赖于身体各部分如脚、小腿、大腿、躯干、上臂和前臂的顺序运动来驱动手部的动作。众所周知，在动力链中从近端肢体向远端肢体的加速和制动可以增加手部在接触瞬间的速度和动量，从而产生更大的冲击力。因此，拳击手应该专注于加速和制动训练，包括躯干、上臂和前臂，依次提高手部的速度和动量，特别是在接触目标的瞬间，以产生更大的冲击力。

为了产生更强的拳击力，拥有肌肉力量和高力量发展速率以高速运动加速手臂是至关重要的。尽管普遍认为拳击中上肢的力量和爆发力是至关重要的，但 Dunn等人的研究显示，高水平或低水平拳击冲击力的拳击手在上肢力量方面没有显著差异。该研究的结果揭示了下肢力量（而非力量发展速率）与拳击冲击力的产生有中等到强烈的正相关性。因此，提高下肢力量对于高水平业余拳击手来说，是提高拳击能力的一个可行途径。对业余拳击手的六种拳击类型的地面反作用力和冲量的分析发现，腿部力量的应用模式存在显著差异。无论是前腿腿还是后腿的上勾拳，产生的垂直GRF峰值都比直拳和钩拳要高。这是因为上勾拳的轨迹主要是垂直的，这在两个特征之间创造了潜在的共生关系。然而，以往的拳击研究强调，在执行后手直拳时，拳击手保持前腿的刚性和制动力有助于通过动力链将力量从下肢传递到手臂/手部。领先腿的刚性和制动力不仅对前腿和后腿的上勾拳至关重要，对于后手直拳也同样重要。Stanley等人的研究表明，当拳击手执行后手直拳、后手钩拳和后手上勾拳技术时，后腿的地面反作用力（GRF）值比执行前腿钩拳和前腿上勾拳时更高。

为了快速将拳头沿前后轴推向目标，需要更大的后腿 GRF。然而，很少有研究探讨下肢力量是如何通过躯干和肩关节传递到手部，并在冲击前如何影响拳击力量的。Tong-Iam等人的研究表明，在最后拳击阶段，躯干旋转对于加速肩带旋转至关重要。该研究发现，躯干旋转速度的增加与前腿腿上的垂直GRF的增加有关，而后腿上的GRF则减少。前腿作为支点，后腿推动躯干和拳击手整个身体向前，产生动量并增加拳击力量。目前，还没有科学研究检验在 后手拳 期间前后、左右和垂直 GRF和力矩的应用情况。因此，本研究的目的是确定腿部力量对于高水平业余拳击手在执行 后手拳 时力量生成的影响。我们假设更大的腿部力量会产生更大的 后手拳 GRF和力矩，从而产生更高的拳头速度和冲击力。

二、 方法 (Methods)

研究设计：观察性研究，分析腿部力量与 后手拳 力量的关系。

测试方法：使用等速测力计测试腿部力量，力板测量 GRF参数，Kiktest-100系统和Hykso加速度计分别测量拳击力量和拳速。

研究对象 (Subjects): 参与者特征：12名训练有素的男性业余拳击手，年龄、身高、体重和拳击生涯长度详细记录。所有参与者均为右利手，使用右拳进行 后手拳 。

程序 (Procedures): 测试流程：参与者在测试前进行标准化热身，之后进行膝伸肌和屈肌力量测试，接着在力板上执行三次最大努力的 后手拳 尝试。

统计分析 (Statistical Analyses):生成所有变量的描述性统计数据，使用Sapiro-Wilk检验检查正态分布假设，执行皮尔逊相关性分析确定腿部力量与拳击力量之间的关系。

图 1 ：展示了拳击手执行 后手拳 时的姿势和动作。这张图详细描绘了拳击手在执行拳击过程中的身体各部位的位置和动作，包括腿部、躯干、肩部和手臂的运动。

图 2 ：基于前后向地面反作用力（ GRFy）、前后向压力中心位移（COPy）和绕垂直轴的力矩（GRMz）的数据，展示了 后手拳 的两个阶段：准备阶段和执行阶段。这张图通过曲线图的形式，描绘了拳击手在这两个阶段中的动态变化。

图 3 ：展示了最强和最弱拳击的典型垂直地面反作用力（ GRFz）、垂直轴力矩（GRMz）、前后轴力矩（GRMx）和左右轴力矩（GRMy）曲线。通过对比最强和最弱拳击的曲线，可以直观地看出拳击力量与地面反作用力和力矩之间的关系。

图 4 ：总结了相关性分析的结果。通过散点图和线性回归线，展示了不同的 GRF参数与拳击力量之间的关系。这张图有助于理解腿部力量、地面反作用力和拳击力量之间的相关性。

表 1 ：列出了 后手拳 技术参数的平均值、标准差、最小值和最大值。这些参数可能包括拳击力量、标准化拳击力量（以体重为单位）、拳速、总力矩、 GRMx、GRMy、GRMz、GRMz梯度、GRMx冲量、GRMy冲量、GRMz冲量、COPx右移、COPx左移、COPy后移、COPy前移、GRFy最大值、GRFx最大值、GRFz最大值、膝伸肌在60˚/s时的峰值扭矩、膝屈肌在60˚/s时的峰值扭矩等。这些数据为研究提供了详细的统计信息，有助于深入理解拳击动作的生物力学特性。

三、结果 (Results):

本研究的参与者在肌肉力量测试中表现出了相当大的变异性。膝伸肌的峰值扭矩（ PText）范围从154.10到366.10 Nm，而膝屈肌（PTflex）的峰值扭矩范围从88.50到189.20 Nm。体重比的膝伸肌和膝屈肌峰值扭矩平均值分别为2.78 ± 0.45 Nm/kg和1.73 ± 0.36 Nm/kg。拳击手的平均最大拳速为7.68 ± 1.22 m/s。拳击力量范围从2786到5013 N，体重比的拳击力量平均为4.31 ± 0.62。

在 后手拳 的第一阶段，拳击手将体重转移到后腿上，导致压力中心（ COP）向后和向右移动，COPy的平均位移为23.01 ± 6.75 cm，COPx的平均位移为14.02 ± 2.53 cm。准备阶段持续时间约为0.28 ± 0.10秒。准备阶段后，拳击手开始将体重转移到前腿上，导致COP向前和向左移动。从初始位置向左的平均COPx位移为20.77 ± 6.35 cm，从初始位置向前的平均COPy位移为34.35 ± 10.39 cm。第二阶段持续时间约为0.276 ± 0.037秒。

GRFz的增加并在第二阶段结束前99 ± 21毫秒达到平均峰值0.92 ± 0.29倍体重。此外，GRFy的峰值0.265 ± 0.73倍体重在第二阶段结束前平均36 ± 12毫秒达到。最高的GRFx为0.151 ± 0.08倍体重，在第二阶段结束后平均7 ± 14毫秒达到。在第一阶段，随着拳击手将体重转移到后腿，他们的躯干向右转。然后，当他们开始将体重转移到前腿时，躯干向左转，导致GRMz的最大值达到20.92 ± 4.14 Nm/kg。GRMz的平均梯度为129.28 ± 43.35 Nm·s²·kg⁻¹。当身体向左转时，产生了GRMz冲量3.13 ± 0.63 Nm·s²·kg⁻¹。随着体重从后腿转移到前腿，COP从右向左移动。平均最大GRMy为18.73 ± 9.81 Nm/kg，GRMy冲量为2.06 ± 1.12 Nm·s²·kg⁻¹。拳击手使用前腿作为支点，产生了最大GRMx为21.3 ± 10.69 Nm·kg⁻¹和GRMx冲量为2.03 ± 1.32 Nm·s²·kg⁻¹。第二阶段的总力矩峰值平均为40.03 ± 8.37 Nm·kg⁻¹，在执行阶段结束前0.136 ± 0.082秒达到。最强的拳击（标准化拳击力量为5.22倍体重）和最弱的拳击（标准化拳击力量为3.55倍体重）的典型GRFz、GRMz、GRMx和GRMy曲线如图3所示。GRMz梯度和GRMz冲量与拳击力量呈显著正相关（分别为：r = 0.65, p = 0.022, 95% CI: 0.122 to 0.892; r = 0.604, p = 0.037, 95% CI: 0.047 to 0.875）（见图4）。膝伸肌力量（PText）与COPy后移呈正相关（r = 0.788, p = 0.004, 95% CI: 0.357 to 0.942），而与GRFy峰值呈负相关（r = -0.643, p = 0.033, 95% CI: -0.897 to -0.071）。

结果要点：

力量测试的变异性 ：参与者的膝伸肌和膝屈肌峰值扭矩表现出较大的个体差异。

拳击力量与体重的关系 ：拳击手的拳击力量范围较大，且与体重呈正相关，表明体重较重的拳击手通常能产生更大的拳击力量。

拳速 ：拳击手的平均最大拳速为 7.68 m/s，这与拳击力量一起，是评估拳击技巧和训练水平的重要指标。

压力中心（ COP）的位移 ：在 后手拳 的准备阶段，拳击手将体重转移到后腿，导致 COP向后和向右移动；执行阶段，体重转移到前腿，COP向前和向左移动。

地面反作用力（ GRF） ：接触沙袋时，垂直地面反作用力（ GRFz）和前后地面反作用力（GRFy）均达到峰值，且这些峰值的出现时间与拳击的执行阶段密切相关。

力矩（ GRM） ：执行 后手拳 时，绕垂直轴的力矩（ GRMz）表现出显著的动态变化，其梯度和冲量与拳击力量呈显著正相关，表明身体旋转时的角速度增加可以提高拳击力量。

相关性分析 ：膝伸肌力量与 COPy的后移正相关，与GRFy峰值负相关，这可能表明在拳击过程中腿部力量的运用对拳击力量有直接影响。

四、讨论 (Discussion) :

本研究的目的在于探究高水平业余拳击手在执行 后手拳 时，腿部肌肉力量与拳击力量及三维地面反作用力（ GRF）、力矩（GRM）和压力中心（COP）位移之间的关系。我们的结果表明，在执行阶段，绕垂直轴的力矩（GRMz）梯度和冲量对 后手拳 力量有显著的正面影响，这表明在身体旋转时获得更大的角速度可以增加拳击力量。此外，我们发现膝伸肌力量与 GRFz、GRFy和COPy在拳击表现期间有关系，但这种关系并未体现在拳击力量上。我们还识别出了研究人员和从业者可以用来借助力平台数据评估 后手拳 技术的有信息量的参数。

分析拳击手的拳击力量和手部速度有助于确定他们的技能水平和训练程度。 Smith等人的研究显示，精英拳击手在后手拳击时产生的峰值力量约为4800牛顿，而中级和新手拳击手分别约为3722牛顿和2381牛顿。在我们的研究中，我们分析了来自不同体重级别的参与者，观察到他们的拳击力量与他们的体重密切相关。Waliiko等人也发现，拳击力量随体重级别的增加而线性增加。为了减少体重级别对拳击技巧分析的影响，我们将拳击力量和GRF特征按体重标准化。然而，值得注意的是，我们参与者的体重级别可能是研究的一个限制因素， 因为较轻的拳击手可能更多地依赖于速度或其他特定因素来决定他们的拳击技巧，这些在我们的分析中可能没有完全考虑到。

我们的研究发现，在执行阶段，拳击手的拳头最大速度为 7.68 m/s。近期的研究表明，业余拳击手在冲击时的手部速度为8.1 m/s，而奥运会拳击手为9.14 m/s。更高的速度直接导致冲击时更大的能量。然而，我们的研究没有发现最大拳头速度和拳击力量之间的显著相关性，这可能是因为最大拳头速度并不总是在冲击前达到。MacWilliams等人观察到，在冲击前手部速度的下降可能与运动员的技能水平有关。研究还表明，拳击手通常会向内而不是直接向前拳击，这可能影响拳头在冲击时的速度。在我们的研究中， 拳头的主要运动发生在矢状面，这可能导致躯干旋转产生的角动量传递到冲击时拳头的速度效率较低 。

我们观察到，在拳击的准备阶段，当体重转移到后腿时， COP向后和向右移动。Tong-Iam等人的报告称，将体重转移到后腿可以让拳击手获得最大的躯干角位移和最远的拳击长度。然而，我们发现在准备阶段或执行阶段，COP的位移与拳击力量、拳头速度或其他拳击参数之间没有相关性。相反，我 们注意到腿部力量更大的拳击手倾向于比腿部力量较弱的拳击手更多地向后移动体重，并且在执行阶段向前推动时产生较小的 GRF y。我们认为过度的向后移动是一个技术错误，因为它增加了准备阶段的时间，并且对冲击力没有显著影响。我们的研究表明，腿部力量更大的拳击手能够在拳击过程中产生更大的GRF。Tong-Iam等人观察到，拳击手利用躯干旋转将这种垂直力转换为水平拳击力，从而产生有力的直拳。然而，我们没有发现GRFz与GRMz或拳击力量之间的显著关系。Stanley等人发现，不同类型的拳击动作产生的GRF大小不同，上勾拳的垂直GRF值比直拳或钩拳更高。这是因为拳头的轨迹主要是垂直的，这似乎增加了垂直GRF。我们的发现与这些先前的研究结果一致。业余拳击的拳击动作是一个复杂的运动，需要协调手臂、躯干和腿部的运动。因此，进行身体关节运动学和动力学分析对于更好地理解投掷有效直拳所涉及的力学非常重要。这种分析有助于识别产生更大冲击力的因素。我们的研究使用力板测量了GRF产品，这主要反映了身体重心的动作。在这种情况下，拳击阶段是根据GRMz曲线定义的，并通过对COPy和GRFy曲线的验证，这与其它研究中的阶段描述以及使用3D运动捕捉系统测量的拳击持续时间（平均553 ± 211毫秒或495 ± 150毫秒）非常吻合。因此，使用力板进行GRFMz分析可以是评估拳击手直拳技巧的有用工具，并且是一种节省时间的研究方法。我们的研究涉及了不同体重级别的拳击手，体重的变化可能导致GRF和GRM参数的差异。值得注意的是，拳击手利用他们的优势来克服劣势，尽可能地发挥出最有力的一击，使得拳击模式更加多变。因此，在未来的研究中，分析每个体重级别的拳击将对建立拳击力量与技巧指标之间的关系至关重要。本研究部分证实了我们的假设，即 膝伸肌力量与拳击表现期间的 GRFz、GRFy和COPy呈正相关 。然而，我们发现这些参数与拳击力量无关。遗憾的是，我们的研究仅检验了膝屈肌和伸肌的力量，并未评估腿部其他肌肉的力量。我们研究的这一局限性可能会影响我们的发现的有效性，因为我们缺乏关于髋关节和足部屈肌和伸肌力量的信息。相比之下，我们观察到执行阶段 GRMz梯度和GRMz冲量对 后手拳 力量有显著正面影响。基于我们的发现，我们得出结论， 高水平男性业余拳击手的后手拳力量与身体旋转时垂直轴的角速度增加有关。

实际应用 (Practical Applications) :

我们的研究表明，膝伸肌力量与 后手拳 期间的垂直和切线地面反作用力呈正相关。然而，需要注意的是，这种相关性并未体现在拳击冲击力上。此外，我们发现执行阶段垂直轴矩的积分对拳击产生的结果力量有显著影响。这表明，通过增加身体围绕垂直轴的角速度，训练有素的男性业余拳击手可以在 后手拳 中产生更大的力量。这一信息对于教练和训练者在制定拳击手训练计划和评估他们的技巧时非常有价值。使用力板进行地面反作用力和力矩分析可以成为评估拳击手直拳技巧的有效工具，并且是一种高效的研究方法。