研究目的:短跑是一项要求运动员在最短的时间内通过一段较短距离的田径运动,需要运动员发挥最大下肢力量与爆发力。它是由多个阶段组成。短跑的成功取决于在加速阶段尽可能快地完成加速以及在最大速度阶段尽可能地维持住最大速度。每个阶段的生物力学机制不同,进而对运动员的能力要求也有所差异。大多数的短跑研究仅关注了短跑某一阶段,较少研究专注于分析不同阶段间的差异。本研究试图分析短跑加速阶段与最大速度阶段的生物力学指标以及神经肌肉控制机制的差异,进而探讨不同阶段对运动员能力要求的差异,为将来针对性训练项目的设计提供理论参考。研究方法:使用Vicon红外运动捕捉系统(200Hz,12个摄像头)、Kistler测力台(1000Hz,3块)以及Delsys肌电无线采集系统(4000Hz,7导)采集20名短跑运动员加速阶段与最大速度阶段的运动学、地面反作用力以及肌电图数据。起跑线分别距离第一块测力台约为12米与40米以采集短跑加速阶段与最大速度阶段数据。用Visual 3D对运动学与地面反作用力数据进行低通滤波处理以及建立15环节人体模型计算身体重心速度,低通滤波截止频率分别为13Hz与72Hz。采用C#语言自编环节互动力学软件计算下肢三关节一个步态周期内的环节互动力学各力矩分量。采用Delsys数据处理软件对肌电图数据进行滤波整流处理,用C#语言自编肌电图数据处理软件计算各时期的均方根振幅。采用配对样本T检验进行加速阶段与最大速度阶段各指标差异的统计学分析,显著水平为α=0.05。针对不同数据集,显著水平进行Bonferroni调整。研究结果:两短阶段在跑速、支撑期时长以及步长上具有显著性差异。在水平方向地面反作用力指标,加速阶段制动冲量与推进冲量的比值约为1:4,最大速度阶段推进冲量略大于制动冲量。加速阶段的制动力峰值显著小于最大速度阶段,而推进力峰值没有显著性差异。峰值出现时刻两阶段相似,制动力峰值出现在10%支撑期,推进力峰值出现在72%支撑期。最大速度阶段的垂直力峰值显著大于加速阶段,但垂直冲量两阶段间没有显著性差异。垂直力峰值出现时刻两阶段存在显著性差异,最大速度阶段为31%支撑期,加速阶段为37%支撑期。对于环节互动力学指标,支撑期的下肢肌肉力矩主要对抗接触力矩;摆动期的下肢肌肉力矩主要对抗惯性力矩。在10%支撑期时的屈髋与伸膝肌肉力矩峰值、30%—40%支撑期时的伸膝与踝关节跖屈肌肉力矩峰值以及摆动末期的伸髋肌肉力矩峰值上,两短跑阶段存在显著性差异。最大速度阶段的肌肉力矩峰值大于加速阶段。两短跑阶段步态各时期主要激活肌肉的均方根振幅存在显著性差异。分别为支撑期(制动期与推进期)的腓肠肌内侧头、前摆期的股直肌与胫骨前肌以及后摆期的股二头肌。研究结论:运动员在加速阶段能够完成身体重心的加速并不取决于水平推进力更大,而是水平制动力更小。这提示提高短跑加速表现的技术优化训练应更加注重降低加速阶段的水平制动力。从动作控制角度,支撑期内肌肉力矩主要抵抗平衡地面反作用力引起的接触力矩。两短跑阶段在10%支撑期与30%—40%支撑期时下肢肌肉力矩峰值的差异分别与水平制动力峰值和垂直力峰值差异有关。最大速度阶段支撑期的腓肠肌激活程度更高以应对由更大垂直力峰值引起的更强烈的落地冲击。最大速度阶段前摆期股直肌激活程度更高以产生更大屈髋肌肉力矩对抗更大的伸髋惯性力矩;最大速度阶段后摆期股二头激活程度更高以产生更大伸髋肌肉力矩对抗更大的屈髋惯性力矩。这些发现对于田径短跑训练有着重要指导意义。