短跑运动控制的生物力学分析

目的:通过建立短跑最高速阶段下肢的生物力学模型,探讨短跑运动下肢肌肉在多关节运动中协调、控制功能的生物力学机制,为短跑技术分析、技术最佳化提供依据.方法:使用三维红外高速摄像系统(300 Hz)、三维测力台(1 200 Hz)采集8名高水平短跑运动员在塑胶跑道上全力跑动时的数据.使用环节互动动力学分析短跑最高速时一个步态周期的运动学、动力学数据.研究结果: 1)触地初期,地面反作用力通过膝关节和髋关节前方,在膝、髋关节处产生伸膝、屈髋力矩的外力矩(EXF),此时肌肉力矩(MUS)的主要作用是对抗地面反作用力产生的外力矩(EXF).此时,膝、髋关节处最大MUS分别为203.40±93.60 Nm和455.24±198.72 Nm;蹬伸末期,在髋关节处出现较大的由大腿加速度和髋线加速度产生的惯性力矩(INT),在离地后小腿后摆运动中起到积极作用;2)摆动初期,小腿的后摆主要是惯性力矩引起的;摆动末期肌肉力矩(MUS)与惯性力据(INT)出现最大值,膝关节处为249.32±38.81 Nm、194.01±30.90 Nm,髋关节处为650.81±101.06 Nm、410.80±78.67 Nm.结论:支撑期,肌肉力矩(MUS)和地面反作用力产生的外力矩(EXF)是主要控制下肢运动的主要力矩.支撑末期,大腿加速度及髋线加速度在髋关节处产生较大的惯性力矩(INT),为离地后小腿的积极后摆提供帮助;腾空期,摆动腿的运动主要受肌肉力矩(MUS)和惯性力矩(INT)控制,其中,惯性力矩(INT)主要由小腿的角加速度产生的,两力矩相互作用,以控制与完成下肢的目标动作.

Biomechanical Analysis on Movement Control during Sprint Running