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跑步过程中下肢的运动主要是髋关节、膝关节、踝关节的弯曲和伸展的变化。
运用生物力学原理研究跑姿时，目的就是要优化动作技术，降低受伤风险，提升运动表现。需要测量的运动学参数，包含运动的时间特征、空间特征和周期的划分，如关节角度、重心速度、关节角速度、运动轨迹等。
运动学分析物体的速度、位置等随时间变化的规律，并不会涉及导致人体位置和运动状态发生改变的原因。运动学是研究跑步生物力学的基础，通过对运动学的测量分析研究，可以计算出跑步时下肢运动的相对比较合理模式。
1 髋关节
1.1解剖
髋关节是由股骨头和髋臼组成，属于多轴的球窝关节，它是全身最大且最稳固的关节。髋关节可以作三个轴的屈、伸、展、收、旋内、旋外以及环转运动。髋关节具有较大的稳固性，以适应其承重并完成下肢的走、跑、跳等功能。
在矢状面上，髋关节可以完成屈、伸运动，屈曲活动范围在 0°-140°，伸展活动范围在 0°-15°。
在额状面上，髋关节可以完成内收、外展运动，内收活动范围在 0°-25°，外展活动范围稍大在 0°-30°。
在水平面上，髋关节可以完成内旋、外旋运动，而内旋和外旋的活动角度范围在髋关节的不同屈曲角度下并不相同，当髋关节屈曲时内旋最大可以达到 70°，外旋最大可以达到90°。
1.2 运动学
在脚即将着地时，髋关节的屈曲角度大约在 25°-30°，当人体重心超过支撑面时，伴随着膝关节和踝关节的伸展，髋关节会逐步打开。在前脚掌离地瞬间，大腿与地面的夹角将增大 22°，此时的髋关节角度会增大 20°。跑得越快，后蹬的力量就越强，髋关节的角度还会增大 5°以上。髋关节的屈曲角度还会对肌肉的募集产生一定的影响。
髋关节与膝关节两者之间经常做补偿性的支持。鉴于髋、膝、踝三个关节之间相互作用的复杂性，三者间的损伤可能具有一定相关性，并且女性群体发生这样情况的概率更大。
2 膝关节
2.1解剖
膝关节是人体最大最复杂的关节。它既是滑车关节又是椭圆关节。膝关节是由股胫关节和髌股关节构成。股胫关节由股骨的内、外侧髁分别与胫骨的内、外侧髁相对而成，构成椭圆关节。股髌关节由股骨的髌面与髌骨关节面相接而成，构成滑车关节。膝关节是承受身体缓冲最多的关节之一。
矢状面的屈伸运动，占据膝关节运动方式的主导地位；膝关节的屈曲活动范围最大，能够达到 0°-140°。同时，它也可以在一定的角度范围内完成内收、外展以及内旋、外旋的运动。
在额状面上，伸膝时胫侧副韧带和腓侧副韧带会变得紧张，屈膝时会松弛，因而当膝关节完全伸直时，在额状面上基本没有活动度；当膝关节屈曲到 30°时，外展角度和内收角度较小，角度总共平均在 11°左右。
跑步时，整个支撑时期的膝关节在矢状面上的活动范围为 40°，在额状面上的活动范围为 30°，在水平面上的活动范围为 90°。股外侧肌、股中间肌和股内侧肌是控制膝关节屈伸的主要肌肉，主要肌肉力量不足会影响膝关节的机能。
2.2运动学
跑步时落地模式不同，对应的膝关节角度的变化是不同的。脚前掌触地，膝关节更加屈曲，小腿更加垂直。脚后跟触地，关节角度较小。
疲劳体能下降时，触地时膝关节的关节角度变化增大，这是由于弯曲的膝关节能够承受并抵抗外部冲击力的原因。
关于跑步经济性，在蹬离地面瞬间，较大的膝关节屈曲角度，能减少在随后摆动阶段将要完成的更大屈曲时消耗的能量，降低下肢转动惯量。同时，使腿部伸肌群处在更好的初始长度和发力位置，得到更好的地面反作用力臂与肌腱力臂之比，增强蹬地力量。改善跑步经济性。
3 踝关节
3.1解剖
踝关节又称距小腿关节，由胫骨下端、腓骨下端和距骨滑车构成，近似单轴的屈戌关节，在足背屈或跖屈时，其旋转轴是可变的。踝关节能在矢状面做背伸和跖屈的运动，距骨滑车前宽后窄，当背屈时，较宽的滑车前部嵌入关节窝内，踝关节较稳定。当跖屈时，由于较窄的滑车后部进入关节窝内，足可以做轻微的侧方向运动，关节不够稳定，因此，扭伤多发生在跖屈的状态。踝关节最大的活动范围是矢状面的背屈和跖屈运动；额状面的内翻和外翻，及水平面的内旋和外旋的运动幅度都相对较小。
3.2 运动学
不同的着地方式对踝关节各有影响。慢跑，大部分人习惯采用脚后跟先着地的方式。在着地瞬间，踝关节角度大约为 90°，紧接着踝关节会出现约 5°的跖屈，此时膝关节屈曲，小腿相对于足继续向前移动，踝关节背屈大约为 20°。在支撑阶段的中期，踝关节继续到达最大背屈，同时膝关节呈现最大屈曲角度。在脚蹬离地面后，踝关节会出现最大的跖屈角度，大约为 70°。
4 结 论
在跑步的过程中，人体各关节会受到不同肌肉作用力的影响进而发生转动，促使环节运动。通过对关节角度的测量与分析，可以更加清晰地展现出运动学的变化特征。
好的跑姿，人体重心在保持轻微起伏的同时，上述三个关节具有适当的活动范围。下肢各关节的角度、关节的位置都应当保持很好的排列顺序，在足落地的过程中，下肢在承受地面作用力时，能够实现最好的缓冲和力的传递。当然，所谓“好”，仅是针对你的肢体比例、肌肉功能、神经激活，躯干与下肢的骨骼排列与体型而言。
不好的跑姿，更容易导致损伤与疲劳。当然，它通常与下肢关节活动范围异常等因素引起的下肢动力链排列的失衡和紊乱有关。
投胎，是一门玄学
既然决定跑姿的因素如此之多。辣么，要想优化跑姿，就必须得弄明白：
1 哪些因素是能通过训练去解决的？
2 哪些因素是只能靠投胎去解决的？
3 以及，优化跑姿是一个长期过程；在这个过程中，成绩进步等收益，是否能超过时间代价与训练损伤等风险？
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