短跑是周期性的速度力量項目，其成績很大程度上取決于專項技術的優化與專項力量的有效發展。在短跑專項力量練習中，拖拉阻力跑是針對性發展速度力量的常用手段之一。目前，對拖拉阻力訓練的相關研究主要集中在技術的運動學改變、負荷影響以及訓練效果等方面。然而，這些研究均未對施加阻力情況下運動員短跑過程中的下肢關節動力學進行過分析，從而也就無法明確這種訓練手段對相關肌群所造成的動力學改變。值得注意的是，近年來采用拖拉阻力訓練方式的干預性研究指出，拖拉阻力訓練并不能有效提高短跑運動員途中跑的速度，如果成立的話，那么造成這個結果的機制解釋又是什么?為此，筆者運用運動學與動力學同步考察的方法，對拖拉阻力途中跑支撐階段的下肢關節動力學及相應的運動學變化進行分析，以期為拖拉阻力跑訓練的生物力學機制提供更深入的解釋，從而起到指導運動訓練的作用。
1、研究方法
1．1研究對象
體育院校運動訓練專業男子短跑二級運動員8名，年齡\\(21±1\\)歲，身高\\(1．77±0．02\\)m，體質量\\(72．9±3．3\\)kg，運動年限均為5～6年，無下肢損傷史。
1．2儀器設備與實驗流程
研究采用自主研發的多功能阻力/助力訓練器對運動員進行施加可調定量負荷的拖拉阻力，訓練器上安裝有測力與測速儀器，作為力與速度的標定與記錄裝置。根據課題的前期研究結果及相關文獻，并考慮到受試對象在身體質量方面較為接近，故并未采用按對象身體質量百分比的形式給出個性化的負荷方案，而直接采用統一的阻力負荷，分別為50N、80N和110N\\(分別約相當于7%BW，11%BW和15%BW\\)，訓練器數據采樣頻率為200Hz。
途中跑運動捕捉采用1臺高速攝像機\\(Motion-ProXTM，200Hz，拍攝距離30m，機高1．2m，主光軸垂直于運動平面\\)與1臺Kistler三維測力臺\\(Kis-tler9287B，1000Hz，埋放于塑膠跑道中央，表面粘覆與跑道相同的PU材料，離開起跑點50m處\\)，同步記錄運動員途中跑支撐階段的運動學與地面反作用力\\(見圖1\\)。在常規熱身結束后，受試者以站姿起跑，以最大能力依次完成無負荷\\(0N\\)與50N、80N和110N共4種負荷條件的短跑測試。成功跑次的判定標準是受試者以左腿為支撐腿落在測力臺的中央區域。在正式實驗的前一周內每位受試者均接受了足夠的指導性練習，以保證實驗的成功率。同時為減少由于受試者疲勞而對結果數據產生的影響，4種負荷條件下，均只取成功的1次數據。
1．3數據處理
采用SBCAS運動分析系統對運動學與動力學數據進行處理計算，數據平滑采用Butter worth4階低通濾波，運動學截止頻率為10Hz，動力學截止頻率為100Hz。支撐過程各指標的時間歷程表達均按支撐時間\\(即從足著地到足離地\\)進行百分比標準化，關節力矩以人體質量進行標準化，各關節均采用伸力矩為正、屈力矩為負的表達規則，相應的關節正功率即表示向心功率，負功率表示離心功率。下肢三關節角度均以相鄰環節絕對夾角表示，軀干角以軀干與跑動方向水平線夾角表示。
1．4統計方法
數據統計采用統SPSS17．0軟件，指標結果以x±s表示，統計學方法采用單因素重復測量方差分析\\(Repeated Measure ANOVA\\)，事后檢驗采用Bon-ferroni檢驗，顯著性水平為0．05。
2、研究結果
施加或不施加拖拉阻力負荷，人體在支撐階段的運動姿態及地面反作用力表現見圖2。圖2僅作示意，其姿態與力值數據來自其中一名受試對象在0N\\(無拖拉\\)與80N條件下的結果。
2．1基本運動學結果
4種負荷條件下，運動員途中跑的基本運動學指標結果見表1。結果表明，施加拖拉阻力\\(50N，80N，110N\\)與不施加拖拉阻力\\(0N\\)相比，支撐階段人體重心最大水平速度、步長、著地軀干角、髖角與膝角均呈顯著性下降，步頻與著地踝角在各阻力負荷條件之間不存在顯著性差異。不同拖拉阻力負荷\\(50N，80N，110N\\)之間的顯著性差異，主要表現在110N與50N、80N之間，而50N與80N負荷只在著地膝角上有顯著性差異。
2．2關節動力學結果
4種負荷條件下，運動員途中跑支撐階段的地面反作用力及支撐側下肢的髖、膝、踝關節肌力矩及關節功率的結果見圖3～圖10，這些變量在不同負荷條件下的一些主要特征值比較見表2。
由表2可知，除向前水平力峰值、伸膝力矩第2峰值與踝關節功率外，其余動力學指標在施加拖拉負荷與無拖拉負荷\\(0N\\)之間都表現有不完全顯著性差異\\(即并非所有拖拉負荷都與0N負荷存在顯著性差異\\)。從變化趨勢上看，除蹬伸階段產生的向前推進力有增大趨勢外，其余各指標均表現有減小趨勢。不同負荷之間\\(50N、80N、110N\\)的動力學結果基本不存在顯著性差異，只在向后水平力峰值、垂直力峰值和最大伸踝力矩指標上表現為50N與110N的顯著性差異。
3、分析與討論
在短跑專項力量練習中，阻力跑是一種常用于發展專項力量的訓練手段，阻力的施加方式通常有拖拉阻力\\(橇\\)、負重背心及阻力傘等。對于拖拉阻力跑訓練的研究，考察施加阻力負荷后的短跑技術參數變化是一個重要的研究視角。然而，施加拖拉阻力負荷后下肢關節動力學的變化如何則迄今未見報道。作為發展專項力量的手段，了解其對于主要工作關節肌群的作用顯然是非常重要的。
從結果看，施加阻力負荷后途中跑運動學基本技術參數的變化與前人的研究結果是一致的，即:隨拖拉負荷增大，水平速度及步長將下降，而步頻變化不大;著地時刻的軀干角及下肢三關節角均出現顯著或不顯著的減小。這種由于拖拉阻力而導致技術上的變化結果是可以理解的，由于被施加了額外的水平阻力，運動員跑進速度受到了限制，主要體現在騰空距離的減小而造成步長的縮短。運動員在抵抗外部阻力時采用前傾軀干姿態以及更大的著地關節屈角，將導致支撐點更靠近重心，在策略上強調了蹬伸技術\\(見圖2\\)。
除基本的運動學變化外，研究的考察重點主要是拖拉阻力對支撐階段下肢關節的動力學影響。雖然，表2中的動力學指標特征值在不同負荷之間的統計學差異性結果呈現多樣性，這可能與負荷設定及受試樣本量都存在關系，但這些指標隨拖拉負荷的增大而表現出的整體趨勢性變化仍是比較明確的。從地面反作用力來看，隨著拖拉負荷的增大，著地緩沖初期所形成的水平沖擊力峰值明顯下降，但后續的蹬伸階段則出現水平向前推進力上升的現象，而垂直地面反作用力分量則隨負荷上升呈整體下降趨勢。結合運動學結果，不難推斷這是由于施加拖拉阻力后，重心水平速度的顯著下降而造成著地沖擊力的下降，而運動員前傾的軀干姿態則導致蹬伸階段被提前了\\(見圖3，隨負荷增大，水平力方向轉化的時間點提前\\)，同時地面力矢量在水平方向的分量也因此有所提高。然而，從關節力矩的結果看\\(見圖5、圖7、圖9及表2\\)，隨拖拉負荷的提升，髖、膝、踝三關節在整個支撐期的力矩輸出整體上均表現為減小趨勢。從逆向動力學的理論可知，這與地面反作用力的下降有著直接的關系，即使在蹬伸階段水平推進力隨負荷有上升趨勢，但由于垂直地面反作用力的下降使得合外力對關節的力矩總體上仍處于相對較低水平。當然，關節力矩的計算還受其它運動學變量影響，但可以看出施加拖拉阻力負荷后，導致關節力矩下降的主導因素還是水平速度下降所引起的地面反作用力減小，使得著地時下肢所承受的沖擊載荷降低，各關節肌群不能被最大程度地激活，從而影響了其在整個支撐期的工作能力。從關節功率的結果看\\(見圖6、圖8、圖10及表2\\)，隨拖拉負荷增大，踝關節功率變化很小，但蹬伸階段的膝關節向心功率及髖關節離心功率峰值則明顯下降。關節功率是一個反映關節肌群快速力量的重要指標，其大小取決于關節力矩與關節角速度\\(乘積\\)，隨拖拉負荷的增大，不僅關節力矩減小，髖、膝關節角速度在蹬伸階段的峰值及平均值均趨下降，這就進一步造成各關節功率的下降。
雖然，抗阻訓練總體上能提高肌肉工作能力及運動表現，但具體到特定運動項目的訓練手段，其有效程度及適用范圍的確定對于訓練實踐的指導是至關重要的。近年來，采用拖拉阻力訓練方式的干預性研究指出，拖拉阻力訓練并不能有效提高短跑運動員途中跑的速度。本研究從考察施加拖拉阻力后關節動力學表現的角度支持了這一觀點。值得注意的是，拖拉阻力跑對于提高運動員加速跑階段的速度是有效的。筆者認為，這可能是因為加速跑階段人體水平速度相對較低，技術運用上側重于后蹬加速，適宜的拖拉阻力可激發下肢的蹬伸能力，而在途中跑中，拖拉阻力造成水平速度的損失使得運動員在著地緩沖階段下肢的離心工作能力不能得到很好地訓練，從而影響了訓練效果。
4、結論與建議
\\(1\\)拖拉阻力跑時，運動員途中跑階段下肢各關節的力矩及功率輸出明顯降低，這與阻力條件下重心水平速度的下降有直接關系。
\\(2\\)制定拖拉阻力訓練方案時，應結合訓練目標來確定具體的負荷及拖拉距離。
參考文獻:
［1］王志強．短跑途中跑支撐擺動技術生物力學機制研究［J］．體育科學，2005，25\\(7\\):88-95．
［2］李雙成．短跑的助力訓練和阻力訓練［J］．北京體育大學學報，2003，26\\(1\\):130-131．
［3］朱春．拖不同重物跑對短跑途中跑技術和專項力量的影響研究［D］．武漢:武漢體育大學，2008.
［4］張冬斌．施加阻力條件下運動員短跑技術的生物力學變化［D］．上海:上海體育學院，2011.
