摘要
短跑比赛是田径比赛中最具观赏性的比赛之一，人类在百米的跑道上不断地超越自我，创造历史。起跑加速阶段是决定百米成绩的重要影响因素之一，而起跑后的第一步支撑阶段是百米跑中关键的一步，关系着整个百米跑的后续运动表现。此前，短跑运动的相关研究多采用传统的运动学和动力学方法进行测量分析，以描述身体姿态与外力对运动表现的影响。如今，运动仿真技术的发展与成熟有助于深入研究肌肉功能与运动表现间的关系，为研究人体运动过程中肌肉骨骼系统的运动规律提供了新的契机。因此，本研究应用运动仿真技术来探究短跑起跑后第一步的下肢肌肉工作特征，以了解运动中肌肉功能与运动表现之间的关系，为确定短跑起跑后第一步的动作技术要点提供“深层”的理论支持。 采集两名现役中国优秀短跑运动员(受试者A和B)起跑后第一步的运动学、地面反作用力和表面肌电数据。采用4阶Butterworth低通滤波法对运动学和地面反作用力进行滤波，截断频率分别为12Hz和60Hz。采用4阶Butterworth带通滤波法对表面肌电数据进行滤波(10-400Hz)，后进行全波整流。采用运动仿真软件OpenSim3.3建立人体三维骨骼肌肉模型，通过静态优化的方法计算运动中下肢各肌肉产生的力量的变化，并计算肌肉长度、肌肉收缩速率、肌肉功率和肌肉做功变化。 在起跑后第一步中，支撑腿的髋关节和膝关节在整个支撑期持续伸展。踝关节在支撑初期背屈，中期保持相对稳定的状态，后期由背屈状态快速转变为跖屈状态。摆动腿的髋关节主要做屈曲运动。膝关节在支撑初期进行屈曲运动；中期保持相对的稳定；踝关节在支撑期进行较慢地背屈运动。支撑腿的臀大肌持续产生较大的向心力量并保持稳定的功率输出，产生较多的能量；股四头肌在整个动作阶段进行向心收缩，并产生极大的肌肉力量，产生的能量最多；小腿三头肌在支撑前期持续产生离心力量，做负功，吸收能量。摆动腿的髂腰肌在支撑期持续做向心收缩，产生能量；臀大肌和胭绳肌主要做负功，吸收能量；踝关节屈伸肌群做功较少。 对于蹬离起跑器后的第一步，支撑腿的臀大肌、股四头肌和小腿三头肌是支撑和推进身体前进的主要肌群；摆动腿的髂腰肌是带动下肢向前摆动的主要肌群。着地前期和支撑前期，髋关节的运动受髋关节和膝关节屈伸肌群的共同作用。摆动腿的胭绳肌在末期处于拉长状态并产生极大的离心力量，可能存在较高的损伤风险。支撑初期，踝关节主要依靠小腿三头肌产生强大的肌肉力量来减小踝关节背屈角度变化，进而支撑身体。建议运动员在训练中注意发展臀大肌、股四头肌和小腿三头肌的肌肉力量。同时，为防止身体重心提升过早，在发展伸髋和伸膝肌群肌肉力量时，注意控制身体姿态，协调发展髋、膝关节屈伸肌群的肌肉力量。建议学者可应用运动仿真技术，更加深入地探究运动表现一动作技术一肌肉功能之间的关系，进而提出更加科学的训练方案来更有针对性地改善运动员的动作技术，提高运动员的运动成绩。
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