小腿慣性質(zhì)量對短跑途中跑時下肢關(guān)節(jié)運動學與動力學的影響

楊 晨，于佳彬，孫宇亮，殷可意，王東海，莊 薇，劉 宇

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小腿慣性質(zhì)量對短跑途中跑時下肢關(guān)節(jié)運動學與動力學的影響

楊 晨1，于佳彬1，孫宇亮2，殷可意1，王東海1，莊 薇1，劉 宇1

目的：從運動學與動力學角度，考察小腿慣性質(zhì)量的增加，即下肢負重對于短跑途中跑的改變，探索該訓練方法對短跑生物力學特性的影響，從而為運動訓練實踐提供理論指導。方法：選取18名高水平男子短跑運動員作為研究對象，通過運用紅外高速捕捉系統(tǒng)與測力系統(tǒng)對不同下肢負重(0%、10%、15%小腿質(zhì)量)條件下的短跑途中跑動作進行測試與分析。結(jié)果：負重后的途中跑階段，髖、踝關(guān)節(jié)屈伸運動范圍減小。小腿質(zhì)量15%的負重引起下肢3關(guān)節(jié)力矩與功率下降，離地時膝關(guān)節(jié)力矩升高，并且使得支撐期內(nèi)踝關(guān)節(jié)吸收更多能量，擺動期內(nèi)膝關(guān)節(jié)釋放更多能量。結(jié)論：1)該種負重訓練方法可能引發(fā)運動員技術(shù)動作特征的改變。2)下肢關(guān)節(jié)力矩、能量變化與負重位置有關(guān)，改變負重位置會導致不同關(guān)節(jié)力矩與功率的變化。應根據(jù)訓練目的制定具體負重位置與質(zhì)量的方案。

短跑；運動學；動力學；生物力學；關(guān)節(jié)能量貢獻度

前言

在眾多短跑的專項速度與力量訓練中，抗阻跑訓練將阻力負荷直接作用在肢體上的訓練方法，得到了運動員與教練員的更多青睞[7,19]。近年來，已有大量研究證實，抗阻跑訓練(resisted sprint training)對于提高運動員速度具有很大幫助[10,11,17,25,26]：Zafeiridis使用5 kg雪橇(towing a weighted sled)對11名男性受試者進行為期6周，每周3次的抗阻跑訓練，發(fā)現(xiàn)6周后受試者0～10 m，0～20 m速度都出現(xiàn)顯著提升[4]。Harrison和Bourke的研究也得到了類似的結(jié)論[14]。Clark的研究將大學曲棍球運動員分為3組：普通訓練組、拖雪橇(towing a weighted sled)抗阻跑組以及負重背心抗阻跑組(weighted vest)，3組都進行每周2次，為期7周的訓練，拖雪橇組重量為10%體重，負重背心組重量為18.5%體重。7周之后對比所有受試者18～55 m區(qū)間跑速，發(fā)現(xiàn)所有受試者跑速均有顯著提高，然而組間的跑速并無差異[6]。但是，我們同樣不能忽視這種訓練方法可能存在的負面影響。短跑的途中跑階段運動學參數(shù)的變化可能影響運動員的專項技術(shù)特征，甚至誘發(fā)運動損傷[11,22]。就此問題，2009年Bennett分析了8名運動員下肢負重短跑時髖、膝、踝3關(guān)節(jié)運動范圍，結(jié)果顯示負重之后并未出現(xiàn)顯著性差異。因此他認為，這種下肢外加負荷的訓練方法不會改變高水平短跑運動員技術(shù)動作。然而，受試者較少、數(shù)據(jù)指標離散程度很高等原因使得該研究還有較大提高空間[5]。

查閱相關(guān)文獻可以發(fā)現(xiàn)，抗阻跑訓練研究多集中在牽拉“降落傘”跑、牽拉重物跑、以及“負重背心”跑等方面，而對于下肢負重跑的研究鳳毛麟角[8,13,23,24]。與此同時，國際上對于下肢負重動力學的研究多集中于能量消耗方面，并且大多是對下肢負重條件下走路的研究[18]。時至今日對于運動員下肢負重條件下短跑的動力學研究還從未有人進行分析，因此，該種訓練方法對于運動員下肢動力學的改變我們無從知曉。

綜上所述，為了探究下肢負重對于運動員短跑時技術(shù)動作以及下肢動力學的改變，本研究從運動學與動力學兩個角度對小腿慣性質(zhì)量增加時短跑途中跑階段下肢的生物力學變化進行分析，評價下肢負重抗阻跑訓練的利弊，最終為指導運動訓練，預防運動損傷提供理論建議。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本實驗選取18名男子短跑運動員作為研究對象，12人為上海體育學院短跑專項大學生，6人為清華大學短跑隊隊員。其中，健將級運動員4人，國家一級運動員3人，國家二級運動員11人。所有受試者于實驗前接受問卷調(diào)查，確認之前24 h內(nèi)未從事劇烈運動，且下肢半年內(nèi)無明顯損傷，解剖結(jié)構(gòu)及機能正常，身體狀況以及運動能力良好。

表1 本研究受試者基本情況一覽表Table 1 Anthropometric Characteristics of Subjects

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗儀器與場地設(shè)置

Vicon紅外高速攝影系統(tǒng)(英國，Vicon公司)，12臺MXT40攝像頭，采樣頻率為200 Hz，軟件版本為Vicon Nexus1.7.1，所用反光Marker球直徑為14 mm。Kistler三維測力臺(瑞士，Kistler公司)，型號9287B，面積600×900 mm2，最大側(cè)向力和垂直力分別可達10 kN和20 kN，采樣頻率為1 000 Hz。通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器與Vicon系統(tǒng)連接并同步。測力臺表面牢固地粘貼與跑道材質(zhì)相同的塑膠墊，并安放于跑道測力臺坑內(nèi)。外加負荷為自制負重沙袋，沙袋使用韌性足夠大的特制松緊帶制成(圖1)，沙袋外皮有拉鏈開口，內(nèi)部使用小鋼珠進行填充負荷，通過改變小鋼珠的填充數(shù)量控制沙袋質(zhì)量。使用膠布黏貼固定沙袋，通過多次預實驗確保沙袋在運動員短跑時牢固可靠。在室內(nèi)田徑館100 m跑道上為本次實驗埋放3塊Kistler測力臺，第1塊測力臺起點處距離短跑起跑點40 m，確保運動員跑至測力臺處已達到最大速度[2]。12臺Vicon紅外高速攝像鏡頭(型號MXT40)以測力臺為中心圍置在跑道兩側(cè)(圖2)，標定空間大約10×2×2 m，確保能夠采集運動員左腿支撐期與擺動期的完整步態(tài)周期，設(shè)定空間坐標原點位于第1塊測力臺角處。

1.2.2 實驗流程

正式實驗前，校準Vicon系統(tǒng)及測力臺，確保3塊測力臺之間保持5 mm的空隙，測力臺表面塑膠墊不相互依靠，不會導致水平方向力變化。之后進行拍攝范圍三維空間的標定。同時根據(jù)受試者體重，基于鄭秀媛2007年發(fā)表的中國成年人人體測量學數(shù)據(jù)，確定小腿質(zhì)量與轉(zhuǎn)動中心位置，根據(jù)小腿質(zhì)量確定個性化的沙袋質(zhì)量，將沙袋系于小腿矢狀面內(nèi)轉(zhuǎn)動中心高度[3]。運動員充分熱身之后安放marker球，位置如圖3所示。

圖1 自制負重沙袋圖示Figure 1. Self-made Lower Extremity Loadings

圖2 測試場地示意圖Figure 2. The Setup Schematic of Testing Field

運動員起跑位置大約距離測力臺40 m。運動員聽從實驗人員的口令，全力奔跑，通過Vicon三維拍攝區(qū)域，同時使用實驗設(shè)備采集實驗數(shù)據(jù)。要求受試者首先進行0%小腿質(zhì)量負荷的最大速度跑，之后依次進行10%質(zhì)量負荷與15%質(zhì)量負荷的最大速度跑測試。每兩次采集間隔足夠長時間使得受試者充分恢復，每名受試者每種負荷測試采集一個有效數(shù)據(jù)。

1.2.3 數(shù)據(jù)采集與處理

根據(jù)Visual 3D軟件建立骨架模型的要求，身體分為15個環(huán)節(jié)。身體重心根據(jù)每個環(huán)節(jié)的相對近端與遠端的環(huán)節(jié)重心及環(huán)節(jié)測量學參數(shù)計算獲得[15-16]。根據(jù)人體測量學數(shù)據(jù)髖關(guān)節(jié)的半徑定義為 0.089 m，骨盆的深度定義為 0.144 m。運動學數(shù)據(jù)使用Butterworth數(shù)字濾波器進行低通濾波，截止頻率設(shè)為13 Hz。地面反作用力使用Butterworth數(shù)字濾波器進行低通濾波，截止頻率為72 Hz[20-21]。對于10%與15%負重條件下的數(shù)據(jù)，在Visual 3D中使用Segment Properties選項中的CUSTOM_SEG命令對模型進行小腿環(huán)節(jié)質(zhì)量與轉(zhuǎn)動慣量參數(shù)的修改，之后再進行計算。以左腳腳尖觸地至左腳腳尖再次觸地為一個完整的步態(tài)周期。支撐期為左腳腳尖接觸測力臺至該腳離開測力臺，擺動期為左腳尖離開測力臺至該腳再次著地。本實驗選取左側(cè)下肢一個完整步態(tài)周期內(nèi)的數(shù)據(jù)進行計算與分析。選取的基本時空參數(shù)為：質(zhì)心水平方向平均速度、步頻、步長、復步時間、支撐期時間、擺動期時間。選取的運動學參數(shù)為：下肢3關(guān)節(jié)屈伸角度峰值、3關(guān)節(jié)屈伸運動范圍。選取的動力學參數(shù)為：著地時刻3關(guān)節(jié)屈伸力矩、離地時刻3關(guān)節(jié)屈伸力矩、3關(guān)節(jié)屈伸力矩峰值、3關(guān)節(jié)能量吸收與釋放貢獻度。

對各參數(shù)按步態(tài)周期時間進行百分比標準化，關(guān)節(jié)力矩以人體質(zhì)量進行標準化，本研究采用標準逆動力學方法計算下肢凈關(guān)節(jié)力矩(net joint moment，NJM)，使用Darren J Stefanyshyn等人的方法[9]計算關(guān)節(jié)能量吸收與釋放貢獻度：

NJM與關(guān)節(jié)角速度之積為關(guān)節(jié)功率PH(t)=MH(t)·ωH(t)，關(guān)節(jié)功率的時間積分等于關(guān)節(jié)做功(WH)，分別對正功率與負功率階段進行時間積分得到該階段該關(guān)節(jié)處做正功總和與做負功總和。做正功即為該關(guān)節(jié)處釋放能量，做負功即為該關(guān)節(jié)處吸收能量。某一階段內(nèi)，關(guān)節(jié)H所做的正功所占該階段內(nèi)髖、膝、踝所做正功之和的比例即為關(guān)節(jié)H釋放能量的貢獻度，關(guān)節(jié)H所做的負功所占該階段內(nèi)髖、膝、踝所做負功之和的比例即為關(guān)節(jié)H吸收能量的貢獻度。下肢3關(guān)節(jié)屈伸角度的定義如圖3所示：

圖3 下肢3關(guān)節(jié)角度示意圖Figure 3. Visualization of the Joint Angle Conventions Used for Data Analysis

1.2.4 統(tǒng)計學方法

2 研究結(jié)果

2.1 運動學結(jié)果

2.1.1 基礎(chǔ)時空參數(shù)結(jié)果

受試者在3種負荷條件下的基礎(chǔ)時空參數(shù)結(jié)果見表2。結(jié)果表明，增加負重后質(zhì)心水平方向的平均速度出現(xiàn)了顯著下降。10%負重條件下，受試者步長，步頻均出現(xiàn)顯著性下降，而15%條件下該差異不顯著。支撐期時間出現(xiàn)上升，并且15%小腿質(zhì)量負重條件下，該差異具有統(tǒng)計學意義。

表2 3種負荷條件下基本時空參數(shù)結(jié)果一覽表Table 2 Spatial Temporal Parameters of the Subjects under Three Loading Conditions

2.1.2 下肢運動學結(jié)果

3種負荷條件下運動員途中跑的下肢運動學情況見表3。最大屈髖角度由于負重增加出現(xiàn)了顯著下降，并且0%負重與10%、15%負重皆出現(xiàn)了顯著性差異。最大踝跖屈角度由于負重增加也出現(xiàn)了下降，并且15%負重下與0%負重出現(xiàn)了顯著性差異。活動度方面，髖關(guān)節(jié)屈伸范圍由于負重增加出現(xiàn)了下降，并且無負重與10%、15%負重皆出現(xiàn)顯著性差異。踝關(guān)節(jié)屈伸范圍也出現(xiàn)了下降，15%條件下與無負重、10%負重出現(xiàn)顯著性差異。

2.2 動力學結(jié)果

2.2.1 下肢3關(guān)節(jié)力矩與功率結(jié)果

力矩方面：負重增加之后，著地時刻的踝關(guān)節(jié)力矩出現(xiàn)了顯著下降。離地時刻的髖關(guān)節(jié)力矩出現(xiàn)了顯著下降。此外，伸膝力矩的第2峰值在負荷增加之后出現(xiàn)了下降。功率方面：只有髖關(guān)節(jié)最大向心功率在負重增加至15%小腿質(zhì)量之后出現(xiàn)顯著下降。踝關(guān)節(jié)最大向心功率在10%與15%負重條件下出現(xiàn)差異，負重增加至15%出現(xiàn)顯著下降。

表3 3種負荷條件下下肢運動學結(jié)果一覽表Table 3 Lower Extremity Kinematics Variables of Three Loading Conditions

表4 3種負荷條件下的動力學結(jié)果一覽表Table 4 Lower Extremity Kinetics Variables of Three Loading Conditions

2.2.2 下肢3關(guān)節(jié)能量貢獻度結(jié)果

表5 支撐期3種負荷條件下的3關(guān)節(jié)能量吸收與釋放貢獻度結(jié)果一覽表Table 5 Stance Phase Relative Energy Absorbed and Generated Contribution of the Hip,Knee,Ankle Joint under Three Loading Conditions

圖4 支撐期3關(guān)節(jié)能量吸收與釋放貢獻度示意圖Figure 4. Stance Phase Relative Energy Absorbed and Generated Contribution under Three Loading Conditions

支撐期內(nèi)，隨著負重增加，髖關(guān)節(jié)吸收能量貢獻度減小，踝關(guān)節(jié)吸收能量貢獻度增大；而負重帶來的能量產(chǎn)生改變主要在膝關(guān)節(jié)處，支撐期內(nèi)膝關(guān)節(jié)釋放能量的貢獻度隨負荷增加，先大幅減小后小幅度回升，總體來看，還是比無負重減小。

表6 擺動期3種負荷條件下的3關(guān)節(jié)能量吸收與釋放貢獻度結(jié)果一覽表Table 6 Swing Phase Relative Energy Absorbed and Generated Contribution of the Hip,Knee,Ankle Joint under Three Loading Conditions

圖5 擺動期3關(guān)節(jié)能量吸收與釋放貢獻度示意圖Figure 5. Swing Phase Relative Energy Absorbed and Generated Contribution under Three Loading Conditions

而在擺動期內(nèi)，髖、膝關(guān)節(jié)的能量釋放的貢獻度由于負重增加發(fā)生了顯著改變。隨著小腿負重的增加，髖、膝關(guān)節(jié)釋放能量貢獻度都顯著增多。

3 討論

眾多短跑速度訓練方法中，抗阻跑訓練作為最廣泛被教練員與運動員接受與采取的訓練方法，一直以來都是體育科學與訓練科學領(lǐng)域里的研究熱點。相比拖雪橇以及降落傘抗阻跑訓練會給運動員帶來的軀干前傾角增大[4]，下肢外加負荷這種抗阻跑訓練依照“相同動作，相同運動程序，輕微增加重量”的訓練原則，其支持者認為，這種訓練方法能夠更加有針對性地提高運動員的下肢專項力量，從而提高運動成績。然而，該訓練方法有效性的科學理論支撐一直較為缺乏，肢體負重對于運動員下肢動力學的影響不得而知。因此，作為發(fā)展短跑運動員專項力量的常用訓練方法，了解其對于下肢3大關(guān)節(jié)的動力學影響顯得尤其重要。

本研究的結(jié)果顯示，當小腿負重增加后，受試者步長、步頻、步速均降低，并且10%負重條件下的步長與步頻相較于無負重時具有顯著性差異(表2)。添加負重之后，質(zhì)心水平方向上的移動速度顯著下降。速度的下降是由步長的下降與支撐期時間的延長造成的。從下肢運動學的角度來看(表3)，小腿負重對矢狀面內(nèi)3關(guān)節(jié)角度變化影響較大的是踝關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)。踝關(guān)節(jié)跖屈峰值角度在負重后減小，并且負重之后踝關(guān)節(jié)運動范圍變小。然而，我們通過觀察發(fā)現(xiàn)，該峰值跖屈角度出現(xiàn)在擺動期內(nèi)，并且該角度變化較小，因此，相比踝關(guān)節(jié)，負重對于關(guān)節(jié)運動學更大的影響為髖關(guān)節(jié)角度。在髖關(guān)節(jié)處，腳尖離地之后髖關(guān)節(jié)伸展進行后擺。髖關(guān)節(jié)后擺達到伸髖角度峰值后，開始屈髖進行前擺，當屈髖角度達到峰值時，前擺結(jié)束。結(jié)果顯示,由于負重增加了小腿質(zhì)量，前擺結(jié)束時刻屈髖幅度顯著減小?？傮w來說，負重對于關(guān)節(jié)角度的影響降低了擺動期內(nèi)踝關(guān)節(jié)跖屈峰值角度與髖關(guān)節(jié)的屈髖峰值角度。由于這些峰值角度的變化，使得踝關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)的活動范圍都有所降低。這樣的結(jié)果與Bennett 2009年的結(jié)果出現(xiàn)了差異，這有可能是由于兩個研究負重方式與質(zhì)量不同造成的[5]。

本研究使用關(guān)節(jié)力矩、關(guān)節(jié)功率來描述特殊時刻的下肢各關(guān)節(jié)動力學情況，填補了下肢負重抗阻跑時下肢關(guān)節(jié)動力學的空白。除此之外，還選擇了能量貢獻度來探討在一個步態(tài)周期之內(nèi)負重對于下肢動力學的“合效應”以及能量分布的改變，以期更加準確地揭示該訓練方法的生物力學機制。動力學結(jié)果顯示，負重之后著地時刻的踝關(guān)節(jié)力矩、支撐期伸膝力矩第2峰值、離地時刻髖關(guān)節(jié)力矩以及髖關(guān)節(jié)向心功率峰值等全部出現(xiàn)顯著性下降(表4)。髖、踝關(guān)節(jié)的變化可能與這兩個關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動速度下降有關(guān)。在負重之后，復步時間變長，髖、踝關(guān)節(jié)運動范圍變小，大致可以推斷，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動速度會有所下降。與此同時，負重之后質(zhì)心水平速度下降，這應該也是導致髖、踝關(guān)節(jié)力矩與功率下降的原因。2014年李曉霖對于拖拉阻力抗阻跑的研究中發(fā)現(xiàn)，負重之后質(zhì)心水平速度下降會導致下肢3關(guān)節(jié)力矩與功率的下降[1]。這也證明了作者的推測。然而，在離地時刻，負重之后的膝關(guān)節(jié)力矩顯著增大，作者推測，這應該與負重的位置有關(guān)。離地時刻膝關(guān)節(jié)處于屈膝狀態(tài)，屈膝力矩使得膝關(guān)節(jié)在擺動初期進一步屈曲，“折疊”大腿與小腿。如果“折疊”幅度不夠，會增大擺動半徑。小腿負重之后，負重重力的作用使得“小腿”質(zhì)量增大，為了達到同樣的“折疊”效果，膝關(guān)節(jié)處需要產(chǎn)生更大力矩進行屈膝。

在本研究中，通過對3關(guān)節(jié)能量貢獻度的分析，可以發(fā)現(xiàn)，支撐期最重要的能量吸收關(guān)節(jié)——踝關(guān)節(jié)，在負重之后吸收能量的貢獻度上升，與此同時，髖關(guān)節(jié)吸收能量貢獻度下降(圖4)。說明了小腿的負重導致下肢3關(guān)節(jié)能量吸收分配發(fā)生變化，小腿處的負重使得踝關(guān)節(jié)在支撐期的緩沖階段需要多吸收大約下肢4%的能量。而擺動期最重要的能量釋放關(guān)節(jié)——髖關(guān)節(jié)，在負重之后釋放能量的貢獻度下降，然而，膝關(guān)節(jié)則需要釋放更多能量來進行小腿負重之后的擺動(圖5)。使用能量貢獻度的方法能夠讓我們清楚分辨能量吸收與釋放的位置與幅值[9]，同時也反映了一種訓練對于關(guān)節(jié)周圍肌肉力量的需求程度，關(guān)節(jié)貢獻度大者即是訓練的目標肌[12]。小腿的負重帶來能量貢獻度增加的關(guān)節(jié)，分別是支撐期內(nèi)的踝關(guān)節(jié)與擺動期內(nèi)的膝關(guān)節(jié)。這也提示，這種小腿負重的訓練方法能夠提高支撐期緩沖階段踝關(guān)節(jié)肌肉力量與擺動期膝關(guān)節(jié)處肌肉力量。不難發(fā)現(xiàn)，是由于負重位置導致這樣的結(jié)果，小腿處的負重主要效果作用于小腿兩端的關(guān)節(jié)——踝關(guān)節(jié)與膝關(guān)節(jié)。這也說明了不同的負重位置直接決定了訓練效果，如若負重改為系于大腿上，也許會帶來不同的生物力學改變與訓練效果，這也需要我們進一步研究。此外，需要說明的是，當負重增加時，支撐期踝關(guān)節(jié)能量吸收貢獻度出現(xiàn)了先增高后小幅下降的情況，可是15%負重下該指標相比0%負重仍然出現(xiàn)增高，并且10%負重與15%負重之間并不存在顯著性差異，說明負重增加之后，該指標整體趨勢為增高。同時，這也說明了我們負重的選擇仍然較小，如若選擇更大的負重，也許會有差異更加顯著的結(jié)果。

4 結(jié)論與建議

通過上述分析發(fā)現(xiàn),小腿慣性質(zhì)量的增加會引起短跑途中跑髖、踝關(guān)節(jié)屈伸運動范圍的減小，提示這種負重訓練方法有可能影響短跑運動員的途中跑技術(shù)動作。小腿質(zhì)量15%的負重引起了髖、膝、踝3關(guān)節(jié)力矩與功率下降，然而，離地時刻膝關(guān)節(jié)力矩升高，并且使得支撐期內(nèi)踝關(guān)節(jié)吸收更多能量，擺動期內(nèi)膝關(guān)節(jié)釋放更多能量。這樣的結(jié)果與負重位置有關(guān)，不同負重位置會導致不同關(guān)節(jié)力矩與功率的改變，從而改變所訓練的肌肉力量。

優(yōu)秀短跑運動員一般擁有較為固定的適合該運動員自身的技術(shù)動作。如若發(fā)生改變，有可能會對運動表現(xiàn)造成不利影響。本研究對于運動學的研究結(jié)果顯示，小腿負重有可能會影響運動員途中跑階段技術(shù)動作。因此，針對高水平短跑運動員，應謹慎選取該抗阻訓練方法。小腿負重相比其他抗阻跑訓練方法，負重直接位于下肢，與運動結(jié)構(gòu)相一致，更能針對性提高專項力量。但是，本研究結(jié)果顯示，改變下肢負重位置與質(zhì)量可能會帶來不同的訓練效果。在制定具體訓練方案時，應結(jié)合訓練目的來確定負重所在位置與外加負荷，從而更加貼切訓練需要，提高運動員的運動表現(xiàn)。

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Effect of Leg Inertia Mass on Kinematics and Kinetics of Lower Limb Joint in Sprint

YANG Chen1,YU Jia-bin1,SUN Yu-liang2,YIN Ke-yi1, WANG Dong-hai1,ZHUANG Wei1,LIU Yu1

Objective:From the perspective of kinematics and dynamics,this paper investigates the increasing of leg inertia mass,namely weight-loading of lower limb on changing of sprint,explores the influence of training method on biomechanical characteristics of sprint,and provides theoretical guidance for sports training practice.Method:18 male sprinters were recruited and required to sprint with different lower extremities loading conditions (0%,10%,15% of the leg mass).The data was collected using high speed infrared motion capture system and force plates.Results:There were significant decreases in the ranges of motion of hip and ankle joints when the loads increased.15% of the leg mass loading made the joints torque and power decrease significantly,while the torque of knee significantly increased at the toe-off moment.In addition,the ankle absorbed more energy during the stance phase as well as the knee generated more energy during the swing phase.Conclusions:1) This training method might cause changes of elite sprinters’ techniques.2) The changes of the joints torque and power attribute to the location of the loadings.The changes might happen to other joints if we change the location of the loadings.Training programs should be based on personal training purposes.

sprint;kinematics;kinetics;biomechanics;jointenergycontribution

2016-01-21；

2016-04-22

國家自然科學基金項目(30871210,11372194)；上海體育學院研究生國境外訪學項目(stfx20150201)。

楊晨(1991-)，男，河南洛陽人，在讀碩士研究生，主要研究方向為運動生物力學； E-mail：7252yca@gmail.com ；劉宇(1959-)，男，河北張家口人，教授，博士，主要研究方向為運動生物力學理論與方法、體育工程，E-mail：yuliu@sus.edu.cn。

1.上海體育學院 運動健身科技省部共建教育部重點實驗室，上海200438； 2.陜西師范大學，陜西 西安 710119 1.Shanghai University of Sport,Shanghai 200438,China;2.Shaanxi Normal University,Xi’an 710119,China.

G804.6

A

10.16469/j.css.201605006