腿部假肢刚度与起跳板刚度对跳远表现的影响

这项研究为何对体育迷很重要

跳远是田径项目中最具戏剧性的项目之一：全速冲刺后以一次爆发性的腾跃结束。这项研究提出了一个对运动员、教练以及关注体育公平性的公众都很重要的问题：高科技假肢和起跳板自身的刚度如何改变运动员的跳远成绩？通过将两名膝下截肢的顶级跳远运动员与非截肢的高校顶级跳远者进行比较，研究者探究了碳纤维跑步假肢是否提供了优势，以及脚下表面的“弹性”如何影响表现。

速度与技术如何决定跳远距离

在跳远中，成功始于运动员触板之前很久。跳远距离在很大程度上由起跳前的跑速和将水平速度转化为向上抬升却不致过度制动的能力决定。当起跳腿接触地面时，它表现得有点像弹簧，先被压缩然后回弹，同时与跑道表面发生相互作用。腿与表面的组合刚度影响着能在短时间内储存并释放多少弹性能量，从而帮助将运动员向前和向上发射。该研究建立在早期工作之上，这些工作表明人们在较软或较硬的表面上运动时会自然调整腿部刚度，微调腿—表面系统以维持运动效率。

假肢更有弹性，但距离相同

两名使用碳纤维跑步专用假肢的世界级膝下截肢运动员参加了试验，所用假肢有三种不同刚度：一种比厂家推荐的更软、一种为推荐刚度、另一种更硬。尽管在力学上存在明显差异——较软的假肢弯曲更多并储存了更多弹性能量——他们的最高助跑速度和跳远距离在这些设置间并无实质性变化。真正重要的是速度：助跑速度每提高1米/秒，这些运动员的跳远大约增加半米。换言之，尽管假肢刀片可以储存大量能量，但在测试的范围内，关键的性能驱动因素是到达起跳板时的速度，而不是刀片的弹性。

弹性起跳板有利于非截肢跳远者

八名非截肢的大学跳远运动员在三种不同的起跳平台上进行测试：一块常规的硬跑道表面和两块安装在金属弹簧圈上的定制软“跳板”平台。他们的最大助跑速度在不同表面间几乎没有变化，但跳远距离发生了改变。平均来看，运动员在更顺应的软平台上跳得更远：在相似速度下，最软的板相比规范板大约增加了7％的距离，而且相比截肢运动员在推荐设置下的成绩大约多出16％。较软的跳板压缩更多并储存更多弹性能量，但分析表明距离的提升主要与平台刚度本身有关，而不仅仅是平台储能的多少。这表明腿部与身体利用这种弹性支撑以减少起跳时速度损失的方式发生了细微变化。

谁真正占优势？

当研究者比较反映真实比赛情形的条件——截肢运动员在标准跑道上使用推荐刚度的假肢，和非截肢运动员在同一表面上使用天然腿——他们发现无论是助跑速度还是跳远距离都没有显著差异。即便假肢刀片能储存的弹性能量远超过普通跑道表面，这一结果仍然成立。作者指出，非截肢运动员可以通过调整自身腿部刚度来弥补跑道有限的弹性，而假肢使用者受限于其设备的固定刚度。对体育管理机构而言，关键结论是：在典型设置下，目前的碳纤维假肢并不会使膝下截肢跳远运动员仅凭额外的能量储存就击败非截肢运动员。相反，成绩仍然取决于基本要素：跑道上的速度和起跳时的有效技术，无论腿是生物的还是碳纤维制造的。

引用: Ashcraft, K.R., Grabowski, A.M. The effects of leg prosthesis stiffness and take-off board stiffness on long jump performance. Sci Rep 16, 7418 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38100-x

关键词: 跳远, 跑步假肢, 表面刚度, 弹性能量, 残奥会运动