研究目的在长时间、高强度的跑步运动中必然会诱发下肢神经肌肉疲劳,并且运动性疲劳导致的下肢肌骨系统,特别下肢关节控制能力的下降,正是引发跑步损伤的重要诱因。然而此前研究仅仅关注疲劳前后两个阶段,并未从整体上分析对比疲劳进程中下肢力学的变化。较少有研究者从疲劳的整个进程中获取疲劳与生物力学特征之间的关系,即他们并没有确定可能发生变化的临界点,如在疲劳进程的不同阶段中,下肢髋、膝、踝三关节会做出怎样的应对调整,进而又会如何影响人体下肢的姿态控制,目前仍不清楚。因此本研究旨在确定跑步疲劳进程中下肢生物力学模式的变化,包括垂直和水平地面反作用力、垂直负载率、关节力学和刚度等。研究方法采用Vicon红外摄像头(采样频率:100Hz)和Bertec三维测力跑台(采样频率:1000Hz),每隔2分钟采集19名跑者在疲劳干预中的15秒地面反作用力数据以及标记点轨迹。受试者需穿着统一的跑鞋在测力跑台以恒速3.33m/s跑至疲劳。当满足以下标准时,干预结束:1)最大心率大于(220-年龄)的90%;2)受试者不能继续跑步。分析并处理受试者5个时刻(0、25%、50%、75%和100%)内至少10步的优势侧数据,采用单因素重复测量方差分析对比受试者跑至疲劳进程中不同时刻之间的着地冲击和下肢三关节触地角度、最大角度、关节活动度、角度变化量、关节蹬伸力矩和刚度等特征。同时,采集受试者安静状态、疲劳后即刻、疲劳后4min、疲劳后9min的指尖血,分析4个时刻间的血乳酸浓度变化。研究结果与疲劳前相比,1)血乳酸浓度存在显著性差异(P<0.05),事后比较,在疲劳后即刻,疲劳后4分钟和疲劳后9分钟均显著增加(P<0.05);2)垂直/水平方向GRF和垂直GRF负载率等参数在疲劳干预过程中均未观察到显著性变化;3)髋关节关节活动度、髋关节角度变化量和膝关节关节活动度在疲劳过程存在显著性差异(P<0.05),事后比较显示,与疲劳前相比,髋关节关节活动度50%,75%和100%时刻显著增加(P<0.05);髋关节角度变化量在25%、50%、75%和100%时刻都显著增加(P<0.05);而膝关节关节活动度则在50%和100%时刻显著增加(P<0.05);4)踝关节运动学及踝,膝和髋关节的蹬伸力矩峰值均无变化;5)垂直刚度和重心垂直位移变化量在疲劳进程中存在显著性差异,事后比较显示,在25%、50%、75%和100%时刻显著降低(P<0.05),重心垂直位移变化量在25%、50%、75%和100%时刻显著性增加(P<0.05)。研究结论在疲劳干预过程中,GRF特征参数均没有明显变化。但是,观察到下肢运动学和动力学模式的非线性改变。特别是从疲劳干预中期开始,人体下肢通过增加髋、膝关节关节活动度并减小垂直刚度来实现“软着陆”策略,并维持相似的冲击力特征,以减小可能的长时间跑步损伤的风险。