研究目的:肢体外加负荷的负重跑训练方法被用于运动员发展短跑专项力量与提高短跑成绩,然而其训练机制与科学依据一直并未明确,仅有少量研究从运动学的角度评价了该训练方法是否会对运动员技术动作造成影响。基于此,本研究的目的:以小腿两处不同位置附加质量负荷为基本实验条件,对于运动员在特定质量(0.8%受试者体重)的负重条件下进行短跑途中跑测试,探索下肢惯性参数(质量与转动惯量)的变化对短跑途中跑的地面反作用力、下肢运动学、下肢三关节肌肉力矩等方面的影响,挖掘该训练方法的科学依据。具体目的包括:(1)研究两种负重位置(膝下负重、踝上负重)的小腿负重跑途中跑的一个步态周期内下肢运动学相对于平跑(以下称为零负重跑)的变化。(2)利用环节互动力学计算下肢三关节的肌力矩,比较小腿负重跑状态下下肢动力学相对于零负重跑的变化。(3)探讨负重位置与负重质量大小对于负重跑的生物力学影响,进一步优化该训练方法。(4)探讨负重训练对于发展关节肌群力量的生物力学机制,为运动训练实践提供理论指导。研究方法:本研究选取8名短跑专项二级运动员作为研究对象,在其两侧小腿的膝下和踝上各附加其0.8%体重的质量负荷。以随机顺序完成零负重跑、膝下负重跑和踝上负重跑各一次,同步采集其途中跑一个复步周期的运动图像和地面反作用力数据。计算三种跑动状态下的基本时空参数、运动学参数以及动力学参数,后者包括地面反作用力参数和踝、膝、髋三关节的环节互动力矩等。研究结果:(1)与零负重跑相比,两种状态负重跑的基本时空参数均呈现一定程度的变化:负重状态使得奔跑的速度降低,步长减小,支撑期和摆动期的时间增加,髋剪绞速度下降。总体而言负重使得途中跑的运动表现降低,膝下负重跑降低的幅度较踝上负重跑降低的幅度要小。(2)负重跑的绝大多数屈伸角度指标与零负重跑相比并无显著性差异。但踝上负重跑下肢三关节的屈伸范围均比零负重跑下降;而膝下负重跑下肢三关节屈伸范围与零负重跑相比,髋关节的运动范围变小,膝关节的运动范围持平,踝关节的运动范围略有增加。(3)较零负重跑而言,负重跑的制动期时长更短,推进期时长更长,有更大的水平推进冲量和净水平冲量。4)在整个复步步态周期,零负重跑状态下踝、膝、髋三关节的肌肉力矩峰值均高于膝下负重跑和踝上负重跑。但在踝上负重跑状态下,在支撑期的膝关节肌肉力矩峰值显著高于零负重跑。主要结论:(1)小腿附加质量会引起短跑途中跑运动表现的降低,并对动作结构产生一定程度的影响;负重位置更靠近远端可致影响程度加大。(2)若施加合适大小和位置的负重进行跑动训练,并不违背“相同动作,相同运动程序,轻微增加重量”抗阻跑训练原则。(3)较零负重跑而言,踝上负重跑有着更长的推进期时长、更大的水平推进冲量和净水平冲量,使得负重跑在推进阶段肌肉的向心收缩有更长的工作时间和潜在的更大收缩肌力。(4)本研究中的踝上负重跑在蹬伸中期产生了较零负重跑更大的膝关节峰值力矩;在这种条件下进行跑动训练,其伸膝肌群向心收缩具有潜在的优于零负重跑的训练效果。