不同水平男子百米運動員起跑和前三步加速三維技術(shù)分析

畢志遠，王澤峰，何文捷，王新娜

摘要：目的：分析一級和二級男子百米運動員起跑加速前三步支撐階段下肢髖膝踝關(guān)節(jié)運動時序特征及角速度峰值、角度等運動學(xué)指標(biāo)差異，探究影響起跑加速跑效果的關(guān)鍵技術(shù)因素。方法：采用三維高速紅外攝像解析法（14個紅外攝像頭，250 Hz）對6名一級運動員和7名二級運動員的起跑前三步加速技術(shù)動作進行分析。結(jié)論：1）后蹬起跑器階段，后腿擺動屈膝角速度峰值與后腿蹬伸過程膝關(guān)節(jié)角度是影響后蹬起跑器技術(shù)的關(guān)鍵運動技術(shù)指標(biāo)，適當(dāng)增大后腿蹬伸過程后腿膝角和后腿擺動過程中屈膝擺動角速度有利于提高后蹬起跑器效果;2）第一步支撐階段，髖和膝的伸展作用主要體現(xiàn)在著地瞬間，支撐腿較小的髖角和較小的伸髖幅度，支撐腿較大的著地膝角和較小的伸膝幅度，以及更為前傾的軀干，更有利于縮短蹬伸加速時間和獲得更好的水平蹬伸效果;3）第二步支撐階段，著地瞬間擺動腿屈膝作用更為積極，支撐腿髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)同步伸展加速技術(shù)，較小的支撐腿髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)角度和更為前傾的軀干是影響起跑加速效果的重要因素。

關(guān)鍵詞：百米;起跑;加速技術(shù);一級運動員;二級運動員

中圖分類號：G822.1文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-9840（2022）01-0050-09

Three-dimensional research on the first three acceleration techniques

of men’s 100 m athletes with different levels

BI Zhiyuan1， WANG Zefeng2， HE Wenjie3， WANG Xinna4

（1.Taiyuan Normal University， Jinzhong 030619， Shanxi， China; 2. China Institute of Sports Science， Beijing 100061， China; 3. Sports information Center of General Administration of Sport of China， Beijing 100061， China; 4. Hebei Sports University， Shijiazhuang 050041， Hebei， China）

Abstract：Objective：To explore the time sequence of hip， knee and ankle joint of lower limbs and the differences in kinematic indexes such as peak angular velocity and angle in the first three steps’ acceleration techniques of the first and second class male 100-meter athletes. Identify the key technical factors that affect the starting acceleration technology. Methods：The acceleration techniques of the first three steps of 6 first class athletes and 7 second class athletes were analyzed by three-dimensional high speed photography. Conclusion： 1） In the stage of block start， the peak angular velocity of rear knee flexion and the knee joint angle in the process of rear leg extension are the key technical indicators that affect the technology of the block start; 2） In the first supporting stage， the stretching effect of the hips and knees in the first supporting stage is mainly reflected in the moment of landing， the smaller hip angle and the smaller hip extension of the supporting leg， the larger landing angle and the smaller knee extension of the supporting leg， and more forward leaned torso may be more conducive to shorten the acceleration time of extension and obtain better horizontal stretching effect; 3） In the second support stage， the knee flexion effect of swinging leg is more positive at the moment of landing， and the supporting leg hip and knee joint acceleration acceleration technology， the smaller supporting leg hip， knee and ankle joint angle and the more forward torso are the key factors to affect the acceleration effect.

Key words：men's 100 m; start; acceleration technique; first class athletes; second class athletes

跑是人類最基本的運動形式之一，如何跑得更科學(xué)、更快是運動員和科研人員一直在探索的課題。隨著運動生物力學(xué)手段的出現(xiàn)與發(fā)展，科研人員從運動學(xué)、動力學(xué)、逆向動力學(xué)和計算機仿真等不同方面對短跑技術(shù)進行了深入系統(tǒng)的研究[1-6]，對短跑認(rèn)識與實踐提供了很多幫助。但是由于人體運動具有高度復(fù)雜性和非線性的特點，短跑理論的研究落后于短跑訓(xùn)練實踐的發(fā)展[1]。王保成指出[7]，制約我國短跑訓(xùn)練實踐發(fā)展的主要因素是傳統(tǒng)技術(shù)理論的不足和新觀點的不確定性。百米運動是由起跑、起跑后加速跑、途中跑和沖刺跑各階段組成的運動項目[8-10]，起跑加速技術(shù)是影響百米成績的重要環(huán)節(jié)，直接制約著運動員最大速度的獲得與保持[11-12]。目前國內(nèi)對短跑起跑加速階段技術(shù)的理論與實證研究比較缺乏，已有的相關(guān)文獻中多選用特征時相技術(shù)指標(biāo)來描述人體運動，如著地、離地時刻髖、膝、踝關(guān)節(jié)角度、重心水平及垂直方向速度等[13-14]，缺乏下肢髖膝踝關(guān)節(jié)運動時序特征的研究。運動時序是運動員動作節(jié)奏的重要體現(xiàn)，任何有目的的動作序列都必須是在規(guī)定時間和規(guī)定空間中完成才能達到預(yù)期目的，動作節(jié)奏規(guī)定了整體動作中各個動作細節(jié)的準(zhǔn)確開始時間和與身體素質(zhì)相適應(yīng)的動作持續(xù)時間[15]。為了解一級和二級百米運動員起跑加速前三步支撐階段下肢髖膝踝關(guān)節(jié)運動的時序特征及差異以及影響起跑加速跑技術(shù)的關(guān)鍵運動技術(shù)指標(biāo)，本文通過3次樣條插值的方法以各技術(shù)階段時間為100%，對數(shù)據(jù)進行樣條插值取1%標(biāo)準(zhǔn)化時刻進行時間標(biāo)準(zhǔn)化處理，對不同水平運動員標(biāo)準(zhǔn)化后的技術(shù)指標(biāo)進行擬合，分析一二級運動員前三步支撐階段下肢髖膝踝關(guān)節(jié)角速度峰值時序特征及角度特征，以期找出不同水平運動員間技術(shù)差異以及影響起跑加速跑技術(shù)的關(guān)鍵因素，為提高短跑項目的科學(xué)化認(rèn)識和訓(xùn)練水平提供理論參考。

1研究對象與研究方法

1.1研究對象

本文以北京體育大學(xué)6名一級男子運動員和7名二級男子運動員為研究對象，對運動員前三步支撐加速技術(shù)進行分析，運動員具體信息見表1。

1.2研究方法

1.2.1三維高速攝像測量法

為了更精確測量運動員起跑加速運動學(xué)參數(shù)，本研究采用14個紅外攝像頭的Qualisys紅外光點高速運動捕捉測試系統(tǒng)（Oqus300，Qualisys Track Manager，瑞典）對運動員數(shù)據(jù)進行采集，頻率為250 Hz，在北京體育大學(xué)室內(nèi)田徑館根據(jù)實驗要求布置攝像機，布置完畢后將標(biāo)定框架放置在起跑線處，調(diào)節(jié)攝像機的焦距，使每個反光球至少同時被兩臺攝像機清晰均勻地看到，用Qualisys系統(tǒng)對拍攝范圍三維空間進行標(biāo)定，標(biāo)定范圍為6 m×1 m×1.9 m，標(biāo)定系統(tǒng)誤差為1 mm以內(nèi)。

為了圖像解析的精度，對6名一級運動員（10.71±0.22 s）和7名二級運動員（11.25±0.31 s）身貼30枚Mark點（貼點位置見表2），正式測試前運動員調(diào)試好起跑器位置并進行充分的熱身準(zhǔn)備活動，運動員在室內(nèi)田徑跑道全速進行3次10 m起跑加速，取速度最快一次起跑進行解析，解析軟件采用Qualisys Track Manager。

1.2.2數(shù)理統(tǒng)計法

本研究采用MQSoftware公司開發(fā)的插值軟件對前三步加速技術(shù)參數(shù)以各階段時間100%對數(shù)據(jù)進行3次樣條插值處理，用SPSS17.0對技術(shù)參數(shù)進行描述性統(tǒng)計，選用Mann-Whitney U檢驗對一級運動員和二級運動員數(shù)據(jù)進行比較分析，P<0.05為顯著差異性水平。

1.2.3運動階段的劃分

本研究根據(jù)百米起跑技術(shù)特點和研究需要，將起跑前三步技術(shù)分為6個特征時相和5個運動階段，重點分析前三步支撐階段技術(shù)，如圖1所示，各階段具體劃分如下：

后蹬起跑器階段：從預(yù)備姿勢到前腳蹬離起跑器時刻;

第一次騰空階段：從前腳蹬離起跑器時刻到支撐腳第一次著地時刻;

第一步支撐階段：從支撐腳第一次著地時刻到支撐腳第一次離地時刻;

第二次騰空階段：從支撐腳第一次離地時刻到支撐腳第二次著地時刻;

第二步支撐階段：從支撐腳第二次著地時刻到支撐腳第二次離地時刻。

2結(jié)果與分析

2.1前三步支撐階段角速度特征分析

2.1.1后蹬起跑器階段角速度峰值時序特征分析

后蹬起跑器階段是整個百米技術(shù)中最特殊的一步，運動員前后腳分別踩在起跑器的前后抵足板上，身體姿態(tài)呈蹲踞式，身體重心要從靜止?fàn)顟B(tài)通過后蹬起跑器來獲得一定的運動速度，與途中跑時相對直立的身體姿態(tài)與較高的跑速時所用的支撐擺動技術(shù)是不同的[13]。通過研究發(fā)現(xiàn)，一二級運動員在后蹬起跑器階段下肢髖膝踝關(guān)節(jié)角速度呈規(guī)律性變化，預(yù)備姿勢的前腿髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)在后蹬起跑器階段做伸髖和伸膝運動，并分別出現(xiàn)一次伸髖和伸膝角速度峰值（一級443.74±92.53°/s、651.65±162.84°/s;二級451.40±79.81°/s、554.92±236.59°/s），預(yù)備姿勢的后腿髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)先伸后屈，各出現(xiàn)兩次關(guān)節(jié)角速度峰值，首先出現(xiàn)伸髖和伸膝角速度峰值（一級289.80±109.62°/s、218.43±288.90°/s;二級163.32±78.63°/s、136.23±72.34°/s），當(dāng)后腿蹬離后抵足板后開始做屈髖和屈膝擺動動作，然后出現(xiàn)屈髖和屈膝角速度峰值（一級-445.53±72.35°/s、-930.82±536.41°/s;二級-385.91±53.66°/s、-486.02±181.63°/s）。運動員前側(cè)腿與后側(cè)腿踝關(guān)節(jié)表現(xiàn)出了不同的運動規(guī)律，前側(cè)腿踝關(guān)節(jié)表現(xiàn)出了先背屈后跖屈的運動規(guī)律，并出現(xiàn)了兩次角速度峰值，而后腿踝關(guān)節(jié)則采用背屈-跖屈-背屈的運動方式，并出現(xiàn)了3次角速度峰值。

為了深入了解后蹬起跑器階段運動員下肢各關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)配合的機制，及一二級運動員下肢關(guān)節(jié)角速度峰值出現(xiàn)的時序特征，通過3次樣條插值的方法進行時間標(biāo)準(zhǔn)化處理，以運動員后蹬起跑器階段時間為100%，對數(shù)據(jù)進行樣條插值取1%標(biāo)準(zhǔn)化時刻數(shù)值。由結(jié)果可知，一級運動員后蹬起跑器階段下肢角速度峰值時序特征為：ω后腿屈踝（1%）─ω后腿伸膝（15%）─ω前腿屈踝（16%）─ω后腿伸髖（34%）─ω后腿伸踝（45%）─ω后腿屈膝（66%）─ω后腿屈踝（69%）─ω后腿屈髖（82%）─ω前腿伸膝（88%）─ω前腿伸髖（89%）─ω前腿伸踝（91%），二級運動員后蹬起跑器階段下肢角速度峰值時序特征為：ω后腿屈踝（1%）─ω后腿伸膝（22%）─ω前腿屈踝（22%）─ω后腿伸髖（37%）─ω后腿伸踝（44%）─ω后腿屈膝（65%）─ω后腿屈踝（73%）─ω后腿屈髖（82%）─ω前腿伸髖（90%）─ω前腿伸膝（91%）─ω前腿伸踝（93%）。通過下肢各關(guān)節(jié)角速度峰值依次出現(xiàn)的前后順序可知，一二級運動員在后蹬起跑器過程中除了前腿蹬伸階段伸膝與伸髖角速度峰值出現(xiàn)的先后順序存在差異以外，其余階段下肢兩側(cè)腿配合順序是一致的，整體都表現(xiàn)為：后側(cè)腿蹬伸-后側(cè)腿擺動-前側(cè)腿蹬伸，后腿蹬伸階段角速度峰值出現(xiàn)的順序為：ω伸膝-ω伸髖-ω伸踝，峰值大小排序為：ω伸踝>ω伸髖>ω伸膝，后腿擺動階段角速度峰值出現(xiàn)的順序為：ω屈膝-ω屈踝-ω屈髖，峰值大小排序為：ω屈膝>ω屈髖>ω屈踝，前腿蹬伸階段角速度峰值出現(xiàn)的順序一級為：ω伸膝-ω伸髖-ω伸踝，二級為：ω伸髖-ω伸膝-ω伸踝，峰值大小一二級排序一致為：ω伸踝>ω伸膝>ω伸髖。后腿蹬伸階段先伸膝再伸髖的蹬伸順序可以在起動初期充分發(fā)揮膝關(guān)節(jié)蹬地力量，而避免髖關(guān)節(jié)過早過快伸展所導(dǎo)致的軀干過早抬起造成垂直速度增長過快，從而影響水平速度的快速增長。后腿擺動階段先屈膝再屈髖的屈曲順序，可以使擺動前期大小腿加速折疊向轉(zhuǎn)動軸靠攏，減小擺動腿的轉(zhuǎn)動慣量從而加快擺動后期擺動腿的轉(zhuǎn)動速度，擺動腿加速上擺可以產(chǎn)生向下的慣性力，通過前側(cè)支撐腿作用于起跑器產(chǎn)生地面反作用力可以增大后蹬力量。前側(cè)腿蹬伸過程也是后蹬起跑器過程中下肢作用于起跑器的最后階段，通過后腿的蹬伸擺動人體重心已經(jīng)獲得了一定水平和垂直方向速度，前腿此階段通過由人體近側(cè)端向遠側(cè)端依次進行加速的順序，可以使髖膝踝關(guān)節(jié)充分伸展，延長前腿做功的距離和時間達到增大沖量，使人體獲得更快的蹬離速度。

2.1.2后蹬起跑器階段角速度峰值特征分析

對一二級后蹬起跑器階段下肢各關(guān)節(jié)角速度峰值進行比較，統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果表明，后腿屈膝角速度峰值一二級運動員間存在顯著性差異（P<0.05），其余角速度峰值一二級運動員間均未見顯著性差異，一級運動員后腿屈膝角速度峰值顯著性大于二級運動員（一級-930.82±536.41°/s;二級-486.02±181.63°/s）。羅杰等[16]通過肌電研究發(fā)現(xiàn)，在跑的過程中，跑速的增加與支撐腿肌電活動沒有密切聯(lián)系，但是擺動腿肌電活動的狀態(tài)卻隨著跑速的增加表現(xiàn)的更加強烈。王志強[10]研究發(fā)現(xiàn)，在較高跑速下髖是水平速度和垂直速度保持和產(chǎn)生的動力之源，擺動腿膝應(yīng)該服從并服務(wù)于擺動腿髖。由研究結(jié)果可知，后蹬起跑器階段一二級運動員后腿擺動階段角速度峰值出現(xiàn)的順序一致為：膝—髖，一二級運動員屈膝角速度峰值均大于屈髖角速度峰值。因此研究結(jié)果提示人體重心速度移動較慢的后蹬起跑器階段后腿擺動技術(shù)與途中跑最大跑速時擺動腿所用的擺動技術(shù)不同，一二級運動員后腿屈膝角速度峰值的顯著性差異提示，后腿屈膝角速度峰值可能是影響不同水平運動員后蹬起跑器階段技術(shù)的一項重要指標(biāo)，教練員在訓(xùn)練實踐過程中可以根據(jù)起跑加速技術(shù)的特點和規(guī)律針對性進行起跑加速技術(shù)訓(xùn)練。

一二級運動員后蹬起跑器階段踝關(guān)節(jié)的工作方式上表現(xiàn)一致，踝關(guān)節(jié)在后蹬起跑器階段起著至關(guān)重要的作用，踝關(guān)節(jié)是最先產(chǎn)生角速度峰值（一級13%;二級14%）和最后結(jié)束角速度峰值（一級91%;二級93%）的關(guān)節(jié)，也是下肢蹬伸過程中角速度峰值最大的關(guān)節(jié)（一級855.52±355.55°/s;二級790.56±192.68°/s），兩側(cè)踝關(guān)節(jié)都表現(xiàn)出先背屈后跖屈的運動方式提示下肢肌肉超等長收縮機制的存在，Mero等[17]研究發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練水平較高的運動員后蹬起跑器階段都是采用先屈踝后伸踝而不是直接伸踝的運動方式，小腿三頭肌和腓腸肌在進行向心收縮之前先進行離心收縮，表明兩個踝關(guān)節(jié)都有超等長收縮存在，并指出踝的工作方式也直接影響運動員的百米成績，因此后蹬起跑器階段踝的作用應(yīng)該引起教練員的足夠重視。

2.1.3第一步與第二步支撐階段角速度特征

運動員蹬離起跑器后前兩次落地支撐加速階段下肢各關(guān)節(jié)角速度峰值出現(xiàn)的時序特征表現(xiàn)為，第一步支撐階段一二級運動員支撐腿落地時刻髖關(guān)節(jié)（一級1%;二級1%）和膝關(guān)節(jié)（一級1%;二級1%）同時出現(xiàn)了角速度峰值，踝關(guān)節(jié)最后出現(xiàn)角速度峰值（一級86%;二級91%），第一步支撐階段一二級運動員擺動腿最先出現(xiàn)角速度峰值的為膝關(guān)節(jié)（一級15%;二級9%），其次是踝關(guān)節(jié)（一級21%;二級40%），最后為髖關(guān)節(jié)（一級31%;二級49%）。第二支撐階段一級運動員支撐腿髖關(guān)節(jié)（80%）和膝關(guān)節(jié)（80%）同出現(xiàn)角速度峰值，然后出現(xiàn)踝角速度峰值（92%），二級運動員支撐腿角速度峰值出現(xiàn)的順序依次為：膝關(guān)節(jié)（57%）─髖關(guān)節(jié)（70%）─踝關(guān)節(jié)（80%），第二支撐階段一二級運動員擺動腿角速度峰值出現(xiàn)順序一致：膝關(guān)節(jié)（一級1%;二級1%）─踝關(guān)節(jié)（一級28%;二級25%）─髖關(guān)節(jié)（一級32%;二級42%）。一二級運動員在第一和第二支撐階段支撐腿和擺動腿角速度峰值大小排序一致，支撐腿排序為：ω伸踝>ω伸髖>ω伸膝，擺動腿排序為：ω屈膝>ω屈髖>ω屈踝。

通過研究運動員第一步和第二步支撐階段支撐腿各關(guān)節(jié)的角速度特征發(fā)現(xiàn)，一二級運動員支撐腿髖關(guān)節(jié)角速度曲線在第一步和第二步支撐階段都表現(xiàn)為雙波峰單波谷曲線（見圖2），不同點在于第一步著地髖關(guān)節(jié)角速度峰值最大值出現(xiàn)在第一個波峰，而第二步著地髖關(guān)節(jié)角速度峰值最大值出現(xiàn)在第二個波峰。一二級運動員在第一步和第二步落地時刻，髖關(guān)節(jié)角速度曲線出現(xiàn)第一個波峰，說明第一步和第二步支撐階段著地瞬間髖關(guān)節(jié)伸展比較積極，運動員中樞神經(jīng)在著地前已經(jīng)開始對支撐腿伸髖肌群進行募集并使肌肉參與收縮，不同點在于，第一步支撐階段髖關(guān)節(jié)的伸展作用主要體現(xiàn)在落地瞬間（一級1%;二級1%），而第二步支撐髖關(guān)節(jié)的伸展作用主要體現(xiàn)在支撐階段的中后期（一級80%;二級70%）。通過比較發(fā)現(xiàn)一級運動員在第一步和第二步支撐階段膝和髖的配合上表現(xiàn)出了同步伸展的趨勢，一級運動員膝關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)同時出現(xiàn)了角速度峰值，二級運動員第一步支撐階段髖和膝同步伸展達到角速度峰值，在第二步支撐階段二級運動員膝關(guān)節(jié)要早于髖關(guān)節(jié)先出現(xiàn)角速度峰值，而且角速度峰值表現(xiàn)出比一級運動員更小的運動學(xué)趨勢，因此第二步支撐階段一二級運動員伸膝技術(shù)上存在差異，一級運動員第二步支撐時膝的伸展作用更明顯，而且與髖關(guān)節(jié)伸展的同步性較強，運動員在第一步支撐落地瞬間髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)同步伸展出現(xiàn)角速度峰值可能是為了最大化地減少由后蹬起跑器所獲得的速度的損失，和使人體重心快速推離支撐點從而形成更好的加速效果。第二步支撐過程中一級運動員髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)在支撐后期（80%）同步伸展達到角速度峰值，一方面可能更有利于縮短支撐加速時間，另一方面人體重心已經(jīng)超過支撐點平面后加速可以使水平速度最大化，而二級運動員則采取膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)依次加速的順序，延長了支撐腿在地面支撐的時間，一級運動員支撐加速時間更短，由支撐階段所獲得的速度增量大于二級運動員，因此一級運動員第二步支撐階段髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)同步伸展加速技術(shù)可能與更好的加速效果有關(guān)。

第一步和第二步支撐階段擺動腿的角速度特征表現(xiàn)為，一二級運動員第一步與第二步支撐階段擺動腿都是以先屈膝再屈踝最后屈髖的時序進行屈曲擺動，擺動腿各關(guān)節(jié)角速度峰值大小為ω屈膝>ω屈髖>ω屈踝。一二級運動員第二步支撐階段屈膝角速度峰值出現(xiàn)在著地瞬間（一級1%;二級1%）要早于第一步屈膝角速度峰值出現(xiàn)時間（一級15%;二級9%）。在第一步與第二步支撐階段擺動腿膝關(guān)節(jié)是最先達到角速度峰值的關(guān)節(jié)，也是角速度峰值最大的關(guān)節(jié)，表明第一步和第二步支撐階段一二級運動員擺動腿膝關(guān)節(jié)在擺動過程中發(fā)揮著重要作用，第二步支撐階段擺動腿屈膝角速度峰值出現(xiàn)在著地瞬間，說明第二步支撐階段擺動腿屈膝擺動意識更加積極。由擺動的生物力學(xué)原理可知，擺動主要有兩個方面的作用，一方面可以增加全身活動協(xié)調(diào)性，另一方面可以增加動作效果，在第一步和第二步支撐階段擺動腿積極屈膝擺動更有利于減小擺動腿的轉(zhuǎn)動慣量，從而加大擺動腿質(zhì)心背離支點指向前上方的擺動速度，其產(chǎn)生向后下方的慣性力增加了支撐腿的負荷，從而提高了蹬地力，有利于提高蹬地效果。

2.2前三步支撐階段角度特征分析

2.2.1后蹬起跑器階段角度特征分析

由研究結(jié)果可知，一二級運動員后蹬起跑器階段在統(tǒng)計學(xué)上存在顯著性差異的運動學(xué)指標(biāo)有：后腿蹬伸階段后腿膝關(guān)節(jié)角度平均值、前腿踝關(guān)節(jié)角度平均值、后腿踝關(guān)節(jié)角度平均值。一級運動員后腿蹬伸階段膝關(guān)節(jié)角度平均值均較大，一級運動員前腿踝關(guān)節(jié)角度從預(yù)備姿勢開始到背屈最大時刻踝關(guān)節(jié)角度均較小，一級運動員后側(cè)腿踝關(guān)節(jié)角度在整個后蹬起跑器過程中均較大。其余各關(guān)節(jié)角度參數(shù)值一二級間均不具有顯著性差異。多數(shù)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，優(yōu)秀運動員在預(yù)備姿勢時后腿膝角要顯著性大于低水平運動員，蘇炳添在Randy Huntington教練踐行的科學(xué)化訓(xùn)練理念下，以冠軍模型為指導(dǎo)，預(yù)備姿勢后腿膝關(guān)節(jié)角由112.0°增大到了136.4°[18]。王澤峰等[19]認(rèn)為準(zhǔn)備姿勢時較大的后腿膝關(guān)節(jié)角度可能會減小后蹬起跑器時膝關(guān)節(jié)伸展幅度，從而縮短后腳蹬離起跑器時間，有利于加快后腿蹬離起跑器的速度。本研究預(yù)備姿勢時一級運動員后腿膝關(guān)節(jié)角度也表現(xiàn)出了比二級運動員更大的運動學(xué)趨勢（一級139.13°±27.75°;二級117.24°±13.62°），后腿伸膝最大時刻膝角（一級149.01°±21.68°;二級132.07°±12.72°），一級運動員后腿平均伸膝9.88°，二級運動員后腿平均伸膝14.83°，一級運動員后腿伸膝幅度更小，因此，本研究結(jié)果證實了王澤峰提出的準(zhǔn)備姿勢時較大的后腿膝關(guān)節(jié)角度會減小后蹬起跑器時膝關(guān)節(jié)伸展幅度的觀點。進一步研究發(fā)現(xiàn)，一級運動員后腿蹬伸階段后腿膝關(guān)節(jié)角度平均值顯著性大于二級運動員（P<0.05）。優(yōu)秀運動員后蹬起跑器的后腿蹬伸階段表現(xiàn)出較大的膝關(guān)節(jié)角度可能有以下兩個方面原因：一方面可能是因為較大的后腿膝角可以使運動員重心前移，從而使運動員后腿在蹬伸力不變的情況下增大了力臂，從而產(chǎn)生較大的力矩更有利加速起動;另一方面運動員較大的后膝角度可以改變腓腸肌-肌腱單元長度，從而使后腿處于一個更有利發(fā)力的位置從而提高后腿后蹬力效果[12]。因此后蹬起跑器的后腿蹬伸階段運動員后腿膝關(guān)節(jié)角度可能是影響起跑加速效果的一項關(guān)鍵指標(biāo)。

后蹬起跑器階段運動員前側(cè)腿踝關(guān)節(jié)表現(xiàn)出了先背屈后跖屈的工作方式，一級運動員前腿踝關(guān)節(jié)角度從預(yù)備姿勢開始到背屈最大時刻踝關(guān)節(jié)角度顯著性小于二級運動員（P<0.05），預(yù)備姿勢前腿踝關(guān)節(jié)角度（一級97.43°±6.37°;二級102.15°±6.64°），前腿踝關(guān)節(jié)最大背屈時角度（一級85.31°±4.35°;二級92.76°±6.94°），一級運動員平均屈踝12.12°，二級運動員平均屈踝9.39°。前腿踝關(guān)節(jié)在髖膝等大關(guān)節(jié)蹬伸加速的同時先出現(xiàn)屈踝的運動方式，一方面可能是通過延長人體末端環(huán)節(jié)作用于地面的時間，從而延長地面反作用力對人體沖量積累的過程，另一方面踝關(guān)節(jié)的屈曲可能更有利于加速初期人體重心快速前移，為后續(xù)蹬伸階段產(chǎn)生更大的水平分力，從而更有利于運動員快速加速起動。而一級運動員后側(cè)腿踝關(guān)節(jié)角度在整個后蹬起跑器過程中都表現(xiàn)出了更大的運動學(xué)趨勢，表明一二級運動員在前腿與后腿踝關(guān)節(jié)工作方式上是不同的，一級運動員在后腿踝關(guān)節(jié)工作方式上強調(diào)“快”的技術(shù)特點，而在前腿踝關(guān)節(jié)上則更強調(diào)“深”的力的積累效應(yīng)。

2.2.2第一步與第二步支撐階段角度特征分析

2.2.2.1第一步支撐階段角度特征

第一步支撐階段一二級運動員支撐腿髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)角度和軀干前傾角從著地到離地時刻角度始終保持增長，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)都沒有出現(xiàn)屈曲緩沖現(xiàn)象，而踝關(guān)節(jié)角度在著地后先減小后增大，踝關(guān)節(jié)運動方式是先背屈后跖屈（見圖3）。第一步支撐著地時刻髖關(guān)節(jié)角、膝關(guān)節(jié)角和軀干前傾角一級運動員為：117.05°±9.18°、134.30°±26.02°、28.85°±7.19°，二級運動員為：117.65°±11.64°、119.01°±15.16°、28.89°±6.471°;第一步支撐離地時刻髖關(guān)節(jié)角、膝關(guān)節(jié)角、踝關(guān)節(jié)角和軀干前傾角一級運動員為：178.30°±12.60°、176.15°±10.07°、40.30°±8.02°，二級運動員為：186.96°±11.47°、171.32°±8.16°、40.42°±6.55°;一級運動員平均伸髖61.25°、伸膝41.85°、軀干上抬11.45°，二級運動員平均伸髖69.31°、伸膝52.31°、軀干上抬11.53°。由結(jié)果可知，第一步支撐階段一級運動員運動學(xué)趨勢表現(xiàn)為支撐腿髖關(guān)節(jié)較小的髖角和較小的伸髖幅度，支撐腿膝關(guān)節(jié)則表現(xiàn)為較大的著地膝角和較小的伸膝幅度，一級運動員在第一步支撐階段軀干更為前傾。一級運動員第一步支撐階段支撐腿更小的髖角和更小的伸髖幅度可能更有利于保持軀干屈曲從而避免過早抬起人體重心，而支撐腿膝關(guān)節(jié)較大的著地角度和較小的伸膝幅度可能與較短的蹬伸加速時間和更好的水平蹬伸效果有關(guān)。Charalambous 等[3]研究發(fā)現(xiàn)，運動員在第一步支撐過程中下肢的伸展伴隨著腰椎的屈曲出現(xiàn)，軀干和下肢在第一步相反的運動意味著運動員在第一步過渡階段積極尋找一個更彎曲的軀干位置來使水平速度最大化，并指出第一步支撐與后續(xù)支撐技術(shù)是不同的。

2.2.2.2第二步支撐階段角度特征

第二步支撐著地時刻髖關(guān)節(jié)角、膝關(guān)節(jié)角和踝關(guān)節(jié)角一級運動員為：118.89°±20.54°、118.16°±6.18°、81.54°±26.80°，二級運動員為：127.06°±12.10°、130.91°±15.45°、90.25°±7.46°;第二步支撐離地時刻髖關(guān)節(jié)角、膝關(guān)節(jié)角和踝關(guān)節(jié)角一級運動員為：179.76°±9.96°、164.09°±4.10°、114.49°±18.96°，二級運動員為：191.04°±9.67°、170.48°±7.91°、128.68°±8.15°。由結(jié)果可知第二步支撐階段一級運動員支撐腿髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)角度從著地到離地整個支撐過程中均小于二級運動員，一級運動員支撐腿表現(xiàn)出一種低支撐趨勢（見圖4），一級運動員軀干更加前傾，第二步蹬離地面瞬間一二級運動員軀干前傾角分別為：44.66°±5.15°、48.07°±6.54°，我國優(yōu)秀運動員蘇炳添前三步蹬離地面瞬間軀干前傾角分別為：28.76°±1.36°、38.61°±2.55°、40.42°±2.08°。通過對比發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀運動員前三步加速過程中軀干姿勢更為前傾，相關(guān)研究結(jié)果表明，更為前傾的軀干姿勢與獲得更大的下肢后蹬力量水平分量和更高的身體重心水平速度有關(guān)[20-21]。一級運動員較小的支撐腿膝關(guān)節(jié)角度和髖關(guān)節(jié)角度可能是為了使軀干更加屈曲，與起跑加速階段“重心要壓低”進行加速的理念相符[12]。王志強[1]通過對比“優(yōu)”“差”運動員支撐過程中支撐腿技術(shù)發(fā)現(xiàn)，優(yōu)秀運動員支撐腿呈低支撐趨向，與本研究的結(jié)果相一致，并指出優(yōu)秀運動員這一技術(shù)可以實現(xiàn)人體重心的快速前移，并獲得較晚的蹬伸時機。

3研究結(jié)論

3.1后蹬起跑器階段后腿擺動屈膝角速度峰值與后腿蹬伸過程膝關(guān)節(jié)角度是影響起跑加速跑技術(shù)的關(guān)鍵運動技術(shù)指標(biāo)，適當(dāng)增大后腿蹬伸過程后腿膝角和后腿擺動過程中屈膝擺動速度更有利于提高后蹬起跑器效果。

3.2第一步支撐階段髖和膝的伸展作用主要體現(xiàn)在著地瞬間，支撐腿較小的髖角和較小的伸髖幅度，支撐腿較大的著地膝角和較小的伸膝幅度，以及更為前傾的軀干，更有利于縮短蹬伸加速時間和獲得更好的水平蹬伸效果。

3.3第二步支撐階段著地瞬間擺動腿屈膝作用更為積極，支撐腿髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)同步伸展加速技術(shù)，較小的支撐腿髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)角度和更為前傾的軀干是影響起跑加速效果的重要因素。

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