不同坡度中速跑对人体下肢三关节生物力学及做功模式的影响
分类：
Bertec跑台
作者：
蒋超
来源：
中国学术期刊（光盘版）电子杂志社
发布时间：
2021-11-16
访问量：
上海体育学院蒋超在中国知网发表了《不同坡度中速跑对人体下肢三关节生物力学及做功模式的影响》，通过三维测力分析跑台，探究跑步的坡度改变后，跑步相关运动生物力学参数的变化情况。
1、研究背景
坡度跑是一种常用的跑步训练手段。人体在适应坡度变化过程中，肌肉的收缩模式也会随之改变。在实践应用的过程中能否通过针对某一特定下肢关节的专项动作强化训练，提高特定关节输出功率的同时优化下肢三关节肌肉的能量输 出占比，进而提高特定坡度条件下的跑步运动表现，还有待进一步研究。本文探究跑步坡度改变后，下肢刚度及关节做功贡献度的变化规律以及对运动损伤发生率和运动表现提升的潜在影响。
2、研究方法
使用三维测力分析测力跑台(Bertec，USA，1000Hz)及红外运动捕捉系统(Vicon，100Hz)采集 16 名健康男性运动爱好者在 7 个坡度(-9°、-6°、-3°、0°、3°、6°、9°)及中等速度(2.78m/s)条件下跑步时的运动学和动力学数据。静态采集 46 个标志点数据，动态采集每个坡度一分钟跑后的 15 秒数据(完整 10 个步态周期)，分析右下肢的支撑期及矢状面数据。使用单因素重复测量方差分析的方法分析跑步坡度对时空参数、下肢三关节及重心和躯干运动学、冲击力、下肢三关节动力学、垂直刚度、关节刚度以及做功贡献度的影响。
图1 实验仪器设备
3、研究结果
研究发现不同坡度跑对时空参数的影响主要体现在较陡峭上坡及下坡跑时步频的增加和步长的减少。除膝关节最大伸展角度外，不同坡度跑对关节及重心运动学其他结果影响显著。不同坡度对跑步冲击力结果影响显著。不同坡度跑对关节动力学的影响显著。不同坡度对跑步刚度结果影响显著。不同坡度对跑步关节做功模式的影响显著。
图2 不同坡度的时空参数特征
图3 不同坡度跑的足跟触地及足趾离地时刻下肢踝、膝、髋关节角度
4、结论
相较于水平跑，跑步运动学及动力学参数在达到特定上坡或下坡坡度后发生显著改变。垂直刚度在测量的 7 个坡度上呈现 U 型曲线分布，陡峭坡度跑的垂直刚度显著增加;关节刚度在下坡跑时的增幅较大，特别是膝关节，其次是髋关节。预示着下坡跑时膝关节和髋关节的损伤风险较大，常见的跑步运动损伤如髌骨股骨综合征及髂胫束综合征都与这两个关节有关。不同坡度跑对关节做功模式的影响体现在从水平跑时的踝关节主导，向陡峭上坡时髋关节主导及陡峭下坡时膝关节主导演变。针对特定关节的功能性动作训练或者在坡度跑训练时关注特定关节的动作模式，可能对提高坡度跑的运动表现具有重要意义。
参考文献
蒋超. 不同坡度中速跑对人体下肢三关节生物力学及做功模式的影响[D].上海体育学院,2021.DOI:10.27315/d.cnki.gstyx.2021.000361.
关键词：
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本文使用8台Oqus摄像机和定制的Bertec三维测力跑台，在三个弯曲的躯干位置（中等，中和高）下，同时捕获运动学和动力学数据。研究跑步过程中躯干屈曲角对步幅运动学、下肢关节力矩和地面反作用力的影响。
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