80,cm高度障碍马肢体角度与越障步态特征关联性分析

杨钰瑶，苏比努尔·卡哈，窦荣乾，殷文彬，孟 军,2，曾亚琦,2，王建文,2，郭亚亚，杨开锋，姚新奎,2

(1.新疆农业大学动物科学学院，乌鲁木齐 830052；
2.新疆马繁育与运动生理重点实验室/新疆农业大学马产业研究院，乌鲁木齐 830052)

【研究意义】研究障碍马静态肢体角度和越障过程中步态特征，探寻障碍马静态肢体角度和不同阶段步态特征的相关性，对障碍马匹体型结构选育有实际意义。【前人研究进展】马匹的肢体角度指标是早期选育马匹的一个重要特征[1]，其与步态特征紧密相连可作为选育者挑选不同运动类型马匹的重要指标[2]。在自然状态站立时通过观察各个肢体角度对马匹进行整体评估，根据不同类型赛事选择相适宜肢体角度[3]。Holmström[4]研究发现，盛装舞步赛马和场地障碍赛马与其它马匹相比，股骨倾角、髋骨倾角、飞节、膝关节和肩倾角可以作为优秀马匹关节角度选择的一个重要指标数据。François等[5]经验证，也得出同样结果。体型结构指标评判可以用于完善传统选育方法[6]。王川坤等[7]在不同水平障碍马越障时步态特征及关节角度初步探究中发现，头俯仰角，后球关节、前球关节、颈础角、膝关节、髋骨倾角等在不同越障阶段具有重要影响，并且起跳时的髋骨倾角，头俯仰角；
着陆时的飞节角、后球关节等可以用于评估障碍马的越障性能。在挑选运动性能较好的障碍马时，马匹的步态特征指标可以作为选育的参考标准[8-10]。马匹快步时，髋关节大小会影响运动时的后肢步幅大小[11]。科学地判断肢体角度和步态特征与运动性能之间关系，对专门化运动马匹选育工作至关重要[12]。【本研究的切入点】目前我国对于障碍马肢体角度和步态特征之间的关系研究较少。需研究马匹肢体角度和4个时期步态特征之间关联性及内在变化规律，初步筛选出影响越障性能的关键肢体角度。【拟解决的关键问题】运用运动捕捉技术，研究马匹静态肢体角度和步态特征的相关性，分析影响马匹越障时步态特征相关重要的体型结构指标，为我国障碍马选育提供依据。

1.1 材 料

1.1.1 马匹

试验所采用马匹均为新疆五家渠市恒尚伯骏马术俱乐部的障碍马(温血马)20匹，且马匹体高体尺都基本一致，健康状况良好，年龄为7～12岁。此马匹都能越过80 cm障碍高度。试验中马匹均采用骑乘跳跃方式越障，骑手身高体重基本一致，具有丰富场地障碍骑乘经验。

该试验场地选择是在室内的障碍赛训练场，尺寸为(40 m × 60 m)。其试验地面表层铺有15 cm厚度复合性纤维沙。

1.1.2 设备

卷尺，JVC-PX100高速摄像机(日本胜利公司)、三脚架。

1.2 方 法

1.2.1 静态信息采集

让马匹自然状态下保持直立姿势，使用高速摄像机(帧速率为100 f/s，快门速度为1/1 000s)，拍摄马匹静态站立图像信息，并将图像导入Kinovea软件，利用软件中测定马匹的头俯仰角，颈础角、前球关节、髋骨倾角、股骨倾角、膝关节、后飞节、后球关节等静态肢体角度。

1.2.2 动态信息采集

在马匹越障过程中，使用高速摄像机，设置在行进路线左侧，机身与镜头固定在离地面1.20 m高度，其位置与越障的障碍杆在同一条水平线上，位于马匹前进路线垂直距离(20±0.5)m，摄像机视野范围15～18 m，录制马匹越障前后2～3个步态周期。

将录制障碍马静态肢体角度和越障时步态特征视频数据导入Kinovea软件，试验使用骑师小腿胫骨长度作为线性参数测量的标尺。并对导入的视频数据进行数字化处理，逐帧分析起跳阶段的后位后蹄支撑相，前位后蹄支撑相、后肢双支撑相、后肢间隔期、后肢步幅、起跳位置、起跳角度步态特征，悬空阶段的后位后蹄摆动相，前位后蹄摆动相、悬空期、跳跃距离指标数据，着陆阶段的后位前蹄支撑相，前位前蹄支撑相、前肢双支撑相、前肢间隔期、前肢步幅、着陆位置、着陆角度步态特征，缓冲阶段的后位前蹄摆动相、前位前蹄摆动相、腾空期、腾空期步幅、步频指标数据。并整理马匹肢体角度和步态特征各个参数指标数据。

1.3 数据处理

将Kinovea软件中提取的数据使用Excel 2016进行整理，运用SPSS 26.0统计分析软件对障碍马静态肢体角度和越障时四个阶段步态特征进行Pearson相关性分析。

2.1 马匹静态肢体角度描述性统计量

马匹静态肢体角度头俯仰角，颈础角、前球关节等参数指标的平均值、标准差、最小值、最大值、和变异系数统计量，从该表可以看出障碍赛马前球关节，后球关节、后飞节变异系数相对较小，颈础角变异系数较大，说明在越障马匹群体内颈础角离散型程度较高，以便于后期选育。表1

2.2 马匹步态参数描述性统计量

马匹四个阶段步态的平均值、标准差、最小值、最大值、和变异系数统计量，从该表可以看出障碍赛马在起跳阶段前位后蹄支撑相变异系数相对较小，后肢步幅变异系数较大；
在悬空阶段前位后蹄摆动相变异系数相对较小，跳跃距离变异系数较大；
在着陆阶段后位前蹄支撑相变异系数相对较小，前肢步幅变异系数较大；
在缓冲阶段步频变异系数相对较小，腾空期步幅变异系数较大；
说明在越障马匹群体内在四个阶段后肢步幅，跳跃距离、前肢步幅、腾空期步幅离散型程度较高，以便于后期选育。表2

表1 马匹肢体角度参数描述性统计量

表2 马匹步态参数描述性统计量

2.3 马匹静态肢体角度与起跳阶段步态特征相关性

研究表明，对障碍马静态肢体角度和起跳阶段步态特征进行相关性分析，试验组马匹髋骨倾角和后位后蹄支撑相相关系数为-0.494*、后肢间隔期相关系数为-0.547*、后肢步幅相关系数为-0.470*，即呈显著负相关(P<0.05)。头俯仰角和后位后蹄支撑相相关系数为0.495*，即呈显著正相关(P<0.05)，与起跳位置相关系数为-0.478*，即呈显著负相关(P<0.05)。表3

2.4 马匹静态肢体角度与悬空阶段步态特征相关性

研究表明，试验组马匹后球关节和前位后蹄摆动相相关系数为0.564**，即呈极显著正相关(P<0.01)。头俯仰角和跳跃距离相关系数为-0.512*，即呈显著负相关(P<0.05)。表4

表3 马匹肢体角度与起跳阶段步态特征相关性

表4 马匹肢体角度与悬空阶段步态特征相关性

2.5 马匹静态肢体角度与着陆阶段步态特征相关性

研究表明，试验组马匹髋骨倾角和后位前蹄支撑相相关系数为-0.488*，即呈显著负相关(P<0.05)。后飞节和前肢双支撑相相关系数为0.450*，即呈显著正相关(P<0.05)，与前肢步幅相关系数为-0.466*，即呈显著负相关(P<0.05)，而又和前肢间隔期相关系数为-0.592**，即呈极显著负相关(P<0.01)。后球关节和前肢双支撑相相关系数为0.568**，即呈极显著正相关(P<0.01)，而又和前肢间隔期相关系数为-0.721**，即呈极显著负相关(P<0.01)。表5

表5 马匹肢体角度与着陆阶段步态特征相关性

2.6 马匹静态肢体角度与缓冲阶段步态特征相关性

研究表明，试验组马匹颈础角和腾空期步幅相关系数为-0.532*，即呈显著负相关(P<0.05)。前球关节和步频相关系数为0.524*，即呈显著正相关(P<0.05)。股骨倾角和后位前蹄摆动相相关系数为0.480*，即呈显著正相关(P<0.05)。膝关节和腾空期步幅相关系数为0.513*，即呈显著正相关(P<0.05)。头俯仰角和前位前蹄摆动相相关系数为0.570**，即呈极显著正相关(P<0.01)。表6

表6 马匹肢体角度与缓冲阶段步态特征相关性

3.1 肢体角度对起跳阶段步态特征的影响

Góme等[13]研究表明，肢体角度变化是影响马匹越障成功关键要素之一。起跳的高度和垂直速度以及后肢向前的推进力是决定越障成功重要因素[14]。试验结果表明起跳位置和头俯仰角呈显著负相关，原因可能是由于当越障高度一定时，根据数学三角模型，马需要调节起跳位置从而使马的头俯仰角始终保持生理最舒适状态(即自然站立状态下的头俯仰角)进行跳跃。Weller等[15]发现髋骨倾角与运动性能相关。在试验中发现越障较优秀障碍马都有较大髋骨倾角，有利于提高步幅和速度。起跳时整个躯体靠后肢支撑，如果后肢步幅间距过大和间隔时间过长都会让马匹失去平衡导致越障失败。髋骨倾角越大的马匹在起跳时后位后蹄支撑相时间就会越短，有助于提高越障时的速度，减少越障时间，间接影响成功越障。

3.2 肢体角度对悬空阶段步态特征的影响

马匹在悬空阶段各个肢体角度都是处于伸展状态，空中停留的时间和跳跃的距离主要是与重心运动轨迹和肢体角度的变化相关[16]。王川坤[17]对不同水平障碍马匹越障时悬空阶段步态特征研究发现，运动性能较好的马匹跳跃距离越靠近障碍杆。试验研究结果发现，跳跃距离和头俯仰角呈显著负相关，因此头俯仰角的大小决定马匹运动性能优良。头俯仰角较大的马匹则跳跃距离越近。马匹的后肢关节角度对肢体的运动有着重要影响，试验结果表明后球关节和前位后蹄摆动相呈极显著正相关。后球关节越大，则马匹的步频会增加，摆动相和支撑相时间的值都会逐渐减小[18]。

3.3 肢体角度对着陆阶段步态特征的影响

Crevier 等[19]研究结果表明，在着陆阶段前肢接触地面双支撑，主要对整个躯体有一个缓冲的作用，而后肢着陆后主要是推着躯体向前行进。试验结果表明髋骨倾角和后位前蹄支撑相呈显著负相关，这可能是髋骨倾角越大的马匹，在地面支撑的时间则越少，越有利提高速度，运动性能越优良。肢体在越障过程中，由于着陆时角度不同，以及后肢体着陆时有差异性，导致不同的负重模式，故后球关节越大越易维持身体平衡[20]。着陆阶段后飞节角和前球节角、后球关节角的活动范围是明显大于肩关节角、肘关节角，而近端关节角并没有远端关节那样灵敏，前肢双支撑相和后球关节呈显著正相关。

3.4 肢体角度对缓冲阶段步态特征的影响

缓冲阶段马匹已经完成第一次越障，此时马匹会通过调节肢体角度和步态特征，选择消耗最少的能量来蓄势完成下一次越障。腾空期步幅是评价速度赛马匹运动性能重要指标[21]。试验中研究发现腾空期步幅和膝关节正相关。可能是因为膝关节角较大的马匹越容易用后肢向前推动发力，步频就会提高，马匹行进速度就会提升。Pinto等[22]研究表明，马匹在奔跑时的后蹬力量、膝关节，髋关节的灵活性等，在一定基础上都可以影响步幅的大小，与本试验结果基本一致。

对80 cm高度马匹静态肢体角度和越障时4个阶段步态特征进行相关性分析表明，障碍马头俯仰角变异系数为14.59%，对起跳阶段、悬空阶段、缓冲阶段有显著影响。髋骨倾角变异系数为20.22%，对起跳阶段和着陆阶段有显著影响。后球关节变异系数为3.83%对悬空阶段和着陆阶段有显著影响。故头俯仰角、髋骨倾角、后球关节角等静态肢体角度可作为重要的障碍马体型结构指标，用于评估马匹的越障性能。

参考文献(References)

[2]Sánchez M J,María D, Gómez, et al. Relationship between conformation traits and gait characteristics in Pura Raza Espa?ol horses [J].ArchivfurTierzucht, 2013, 56(13): 137-148.

[3]Bakhtiari J, Heshmat G. Estimation of genetic parameters of conformation traits in Iranian Thoroughbred horses [J].LivestockScience, 2009, 123(2-3):116-120.

[4]Holmström, M.Howdowerecognizeeliteshowjumpers.inConferenceonequinesportsmedicineandscience.Theeliteshowjumper,Sicily,Italy[C]. Proceedings, CESMAS. 2000:45-56.

[5]François L, Jäderkvist Fegraeus K, Eriksson S, et al. Conformation traits and gaits in the Icelandic horse are associated with genetic variants in Myostatin (MSTN)[J].JournalofHeredity, 2016, 107(5):431-437.

[6]Padilha F G F, Andrade A M, Monteiro F A B, et al. Morphometric measurements and animal-performance indices in a study of racial forms of Brazilian Sport Horses undergoing training for eventing [J].RevistaBrasileiradeZootecnia, 2017, 46(1): 25-32.

[7]王川坤, 曾亚琦, 孟军, 等. 不同水平障碍赛马越障步态特征[J]. 新疆农业科学, 2020, 57(2): 384-392.

WANG Chuankun, ZENG Yaqi, MENG Jun, et al. Preliminary Study on the Gait Characteristics of Obstacle Race Horses at Different Levels [J].XinjiangAgriculturalSciences, 2020, 57(2):384-392.

(2) ①、②位置之间，以及③、④位置之间电机体的检测数据的变化受②、③位置之间电机体变化的影响，同时亦受车体震动、车轮不圆等因素的影响。其变化幅度虽然不大，但是变化规律比较复杂，无法从中得到电机下沉的信息。

[8]Rustin M, Janssens S, Buys N, et al. Multi-trait animal model estimation of genetic parameters for linear type and gait traits in the Belgian warm blood horse [J].JournalofAnimalBreedingandGenetics, 2009, 126(5): 378-386.

[9]Schroderus E, Ojala M. Estimates of genetic parameters for conformation measures and scores in Finnhorse and Standardbred foals [J].JournalofAnimalBreedingandGenetics, 2010, 127(5): 395-403.

[10]Saastamoinen M T, Barrey E.Geneticsofconformation,locomotionandphysiologicaltraits.InThegeneticsofthehorse[M].CABI, Oxford, 2000:411-438.

[11]Weishaupt, Michael A. Adaptation Strategies of Horses with Lameness [J].VeterinaryClinicsofNorthAmerica:EquinePractice, 2008, 24(1):79-100.

[12]李林玲. 不同类型马体型结构差异及其与速步赛步态特征相关性分析[D]. 乌鲁木齐：新疆农业大学, 2016.

LI Linling,Analysisonbodystructuredifferenceofdifferenttypesofhorsesanditscorrelationwithgaitcharacteristicsofspeedwalking[D]. Urumqi: Xinjiang Agricultural University, 2016.

[13]Gómez M D, Azor P J, Alonso M E, et al. Morphological and genetic characterization of Spanish heavy horse breeds: Implications for their conservation [J].LivestockScience, 2012, 144(1-2): 57-66.

[14]Clayton H M, George L S, Sinclair J, et al. Characteristics of the Flight Arc in Horses Jumping Three Different Types of Fences in Olympic Competition [J].JournalofEquineVeterinaryScience, 2021, (104): 103698.

[15]Weller R, Pfau T, Verheyen K, et al. The effect of conformation on orthopaedic health and performance in a cohort of National Hunt racehorses: preliminary results [J].EquineVeterinaryJournal, 2006, 38(7): 622-627.

[16]Santamaría S, Bobbert M E, Back W, et al. Variation in free jumping technique within and among horses with little experience in show jumping [J].AmericanJournalofVeterinaryResearch, 2004, 65(7):938-944.

[17]Lim Y T, Kwon M S.A Study on Development of Non-Powered Horse Riding Device for Enhancement of Core Muscle[J].KoreanJournalofSportBiomechanics, 2015, 25(3): 353-361.

[18]Kano W T, Rahal S C, Agostinho F S, et al. Kinetic and temporospatial gait parameters in a heterogeneous group of dogs [J].BMCVeterinaryResearch, 2016, 12(1): 1-9.

[19]Crevier‐Denoix N, Camus M, Pourcelot P, et al. Effect of speed on stride parameters and limb loading: comparison between forelimb and hindlimb at training trot on a firm surface [J].EquineVeterinaryJournal, 2014, (46): 38.

[20]Pfau T, de Rivaz A G, Brighton S, et al. Kinetics of jump landing in agility dogs [J].TheVeterinaryJournal, 2011, 190(2): 278-283.

[21]Zeng Y, Meng J, Wang J, et al. Correlation Analysis Between Stride Characteristics and Racing Ability of 2-year-old Yili Horses in Track Conditions[J].JournalofEquineVeterinaryScience, 2019, (75): 19-24.

[22]Pinto L F B, Almeida F Q, Quirino C R, et al. Evaluation of the Sexual Dimorphism in Mangalarga Marchador Horses Using Discriminant Analysis[J].LivestockScience, 2008, 119(3): 161-166.

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