運動生物力學的定義精選(九篇)

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第1篇：運動生物力學的定義范文

【關鍵詞】24式太極拳；傳統(tǒng)楊式太極拳；生物力學對比

A Biomechanical Comparative Study between 24-Posture and Traditional Yangs Style Tai Chi

HU Yan-bin1, HU Xiao-chen2, ZHANG Xiu-juan1, ZHANG Xiao-di1, YU Xiaoyan1

(1. Department of Physical Education, Beijing University of Chinese Medicine, Beijing 100029;

2. Department of Physical Education, Beijing Language and Culture University, Beijing 100083)

【Abstract】 The research, employing research methods of biomechanics and advanced instrument (QUALISYS-MCU500 infrared radioactive testing system), makes a biomechanical analysis into the 24-posture Tai Chi movements of three excellent Tai Chi players. It also compares the morphological date of the typical motions of 24-posture Tai Chi and traditional Yangs Style Tai Chi. We hope to provide some experimental ground for the study of the similarities and differences between the two styles of Tai Chi in their forms and their value functions.

【Keywords】 24-posture Tai Chi, Traditional Yangs Style Tai Chi, Biomechanical Comparation

1研究對象與方法

1.1研究對象

研究對象為三位亞洲武術錦標賽、全國武術錦標賽以及全國太極拳、劍錦標賽冠軍。運動員基本情況見表1。

1.2研究方法

1.2.1文獻資料法

查尋了全國中文體育期刊的13個核心期刊近十年關于太極拳在運動生物力學方面研究的文獻，以及相關論文、著作。

1.2.2專家訪談法

咨詢了北京體育大學武術系和運動生物力學教研室的老師和專家，向其請教有關論文實驗設計、數(shù)據(jù)分析等方面的問題。

1.2.3三維運動學測試與分析

應用紅外遠射測試系統(tǒng)對24式太極拳的主要動作進行三維生物力學分析。

1.2.3.1QUALISYS―MCU500紅外遠射測試系統(tǒng)簡介

應用瑞典產(chǎn)QUALISYS―MCU500紅外遠射測試系統(tǒng)（六個鏡頭）對24式太極拳的全套動作進行拍攝，拍攝頻率為20幅/秒和40幅/秒。

下面對QUALISYS系統(tǒng)進行簡單的介紹。QUALISYS系統(tǒng)即紅外光點測試系統(tǒng)。它有六個鏡頭對準研究對象可對其運動的全過程進行測試。與傳統(tǒng)的高速攝影（錄像）與解析方法相比，紅外光點測試系統(tǒng)省卻了人工解析的繁重工作，不但可以對測試結果進行快速反饋，而且避免了人工判讀測試點所產(chǎn)生的人為誤差。QUALISYS系統(tǒng)由MCU(Motion Capture Unit)、反射標志物、計算機及相關軟件組成。其基本工作原理為：將反射物置于紅外光環(huán)境中，鏡頭將捕捉由標志物反射的紅外光線，計算反射標志物在空間的位置。紅外光線由MCU的紅外發(fā)光二極管發(fā)射。反射標志物表面是一種特殊的反光材料，如果有一束光向標志物射去，其反射光中相當大的部分將沿著入射的方向發(fā)射回來。MCU集紅外光線發(fā)射、圖象獲取、圖象處理和數(shù)據(jù)傳輸功能為一體，是該系統(tǒng)的核心部分。一個MCU可以獲取圖象的2維坐標，兩個以上的MCU獲取的2維坐標經(jīng)過合成就可以得到圖象的3維數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)配備6臺MCU，他們依次串聯(lián)就可進行同步測量。在進行測量過程中，只要某個反射標志物反射的紅外光在某個瞬間能夠被2個以上的MCU捕捉，該標志物的三維坐標就可準確地獲得。因此，該系統(tǒng)能夠方便、快捷、準確地獲得復雜運動的三維運動信息。

實驗現(xiàn)場布置及系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

圖1 實驗現(xiàn)場布置圖

1.2.3.2標志點的設置

共26個紅外反射標志點固定在受試運動員身體上。固定位置如表2所示。

1.2.3.3實驗過程

（1）架設測試系統(tǒng)

對六個鏡頭的高度、俯仰角度和焦距進行調整，使坐標框架在每個鏡頭中的位置在中間靠下，且光點大小合適。

（2）對測試空間進行標定

標定時，實驗人員在運動員技術動作可能會達到的空間內(nèi)不斷晃動手中標定桿對測試空間進行標定。標定時間為10秒，共200個和400個畫面。系統(tǒng)自動計算六個鏡頭的標定參數(shù)，并對是否通過標定進行判定。

（3）動作技術測試

受試運動員進行一定的準備活動后在其身體測試部位貼置反射標志點。為減少系統(tǒng)誤差，所有項目運動員標志點的設置均由一人完成。身貼標志點的運動員在測試范圍內(nèi)完成一套動作，每個被測試者演練3－4次，取測試效果最好的一次進行分析。

測試效果如圖2所示

圖2QUALISYS測試太極拳效果

（4）數(shù)據(jù)處理方法

測試完畢后，對畫面中各點進行定義，系統(tǒng)自動計算并給出各標志點相對于空間標定坐標系的三維坐標。

應用QUALISYS系統(tǒng)中的QTools軟件和Excel軟件對一些基本運動學指標進行計算，這些指標包括：各點運動速度、膝關節(jié)角度、肘關節(jié)角度、重心變化趨勢以及胸椎曲率的變化趨勢。其中膝關節(jié)角度定義為同側膝―踝連線與髖―膝連線的夾角，肘關節(jié)角度定義為同側腕―肘連線與肘―肩連線間的夾角。

2結果與分析

本文將一套24式太極拳的主要動作按定式動作進行分組研究。其中定式動作一類主要按步型分類（見表3）。將三個受試者24式太極拳的主要動作進行形態(tài)學數(shù)據(jù)統(tǒng)計并和傳統(tǒng)楊式大架太極拳的主要動作進行比較，找出異同。從而為太極拳的拳理提出一定的科學的依據(jù)和補充。

2.1定式動作的形態(tài)學數(shù)據(jù)分析

對三個受試者24式太極拳中的主要動作的測量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，所得結果見表4、表5、表6。

三個受試者主要定式動形態(tài)學數(shù)據(jù)統(tǒng)計，見表7。

武冬等通過對楊澄甫所著《太極拳體用全書》中104張拳照進行照片解析，從生物力學的角度揭示了楊式大架太極拳的技術特征〔1〕，所得統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表8。

2.1.1弓步、虛步、仆步

傳統(tǒng)楊式大架太極拳中弓步的承重腿膝角在128°左右，非承重腿為164°左右。虛步的承重腿膝角在133°左右，非承重腿為151°左右。仆步的承重腿膝角在106°左右，非承重腿為178°左右。左右肘角在148°左右（見表8）。

在24式太極拳中，三個受試者所完成的60個弓步中，有37個左弓步23個右弓步。兩側弓步的承重腿膝角平均為98°左右，非承重腿為160°左右，左右肘角為140°左右。4個虛步的承重腿膝角平均為105°左右，非承重腿為146°左右，左右肘角為134°左右。2個仆步的承重腿膝角平均為40°左右，非承重腿為172°左右，左右肘角為139°左右。

將兩者進行比較發(fā)現(xiàn)，無論是傳統(tǒng)楊式大架太極拳還是24式太極拳，弓步、虛步、仆步三種步型的非承重腿的角度在165°左右，這說明，非承重腿并沒有完全伸直，充分體現(xiàn)了太極拳“屈蓄有余”的特點。而就承重腿而言，24式太極拳中三種步型的承重腿膝角比傳統(tǒng)楊式大架太極拳的承重腿膝角小了30°，尤其是仆步小了60°。武冬等在《楊式大架太極拳主要動作的生物力學特征分析》一文中指出，傳統(tǒng)楊式大架太極拳弓步動作的這一特點是由其技擊性決定的，這一角度可使支撐腿發(fā)揮最佳的登地效果，有利于蓄勁發(fā)力和借勁發(fā)力之間攻守的轉換。而在24式太極拳的演練中，弓步、虛步承重腿膝角平均為100°左右，承重腿接近于水平。由運動生物力學原理可知，承重腿的膝角越?。ǔ兄赝鹊南リP節(jié)不能超過前腳的腳尖），大腿肌群的承重力越大。因此，24式太極拳的練習對提高練習者腿部肌肉尤其是股四頭肌、半鍵肌、半膜肌和股二頭肌的力量具有良好的作用。對中老年人來說，良好的下肢力量，是提高身體平衡能力減少摔跤幾率的關鍵。通過練習24式太極拳，可以增加下肢的肌力，提高平衡能力，從而具有良好的健身價值。

2.1.2獨立步類（金雞獨立）

傳統(tǒng)楊式大架太極拳中獨立步的支撐腿膝角在170°左右，而非支撐腿為135°左右。在24式太極拳中，支撐腿膝角在160°左右，而非支撐腿為65°左右。

將兩者進行比較，他們的支撐腿的角度在165°左右，這說明，，支撐腿并沒有完全伸直，也體現(xiàn)了太極拳“屈蓄有余”的特點。而非支撐腿兩者的差別很大。相差70°左右。這就說明了傳統(tǒng)楊式大架太極拳的非支撐腿提膝時并沒有完全收緊，將其進攻和放手的雙重含義充分的體現(xiàn)出來。而24式太極拳的非支撐腿提膝時膝角只有65°左右，因此動作具有很好的觀賞性。

在各類動作中左右肘關節(jié)角度都保持在140°左右。這就體現(xiàn)了太極拳處處帶有弧形、帶有勁的特點。

3結論與建議

通過以上對傳統(tǒng)楊式大架太極拳與24式太極拳主要定式動作的形態(tài)學特征的比較我們可以看出，傳統(tǒng)楊式大架太極拳無論是動作的高低還是動作幅度均小于24式太極拳。當然，這里也應考慮到比較對象的年紀問題，楊澄甫先生留下來的拳照都是在他年紀較大的時候所拍攝的。而24式太極拳的受試者的年齡在30歲左右。但是，就目前太極拳的發(fā)展現(xiàn)狀來看，傳統(tǒng)太極拳與競技太極拳確實存在著較大的差異。傳統(tǒng)的太極拳比較注重其技擊性，這也就決定了它的一切動作都要以技擊性和實用性為目的，所以動作幅度較小，有利于用力和動作的收放自如。所以說，傳統(tǒng)楊式大架太極拳的技術特點是以其技擊性為核心的。而在其基礎上發(fā)展而來的24式太極拳，其目的是為了更好地修身和健身，經(jīng)過不斷的演變和發(fā)展，其動作的技術特點是在保留其技擊性的基礎上，朝著觀賞性和健身性的方向發(fā)展。所以其動作的幅度較大，更注重美觀和健身的效果。

參考文獻

第2篇：運動生物力學的定義范文

關鍵詞：生物力學；有限元分析；步態(tài)研究

中圖分類號：G804.01文獻標識碼：B文章編號：1007-3612(2007)08-1080-03

有限元法(finite element method,FEM)是一種在工程科學技術中廣泛應用的數(shù)學物理方法，用于模擬并解決各種工程力學、熱學、電磁學等物理場問題。有限元法應用于生命科學的定量研究,已取得了長足進展。在步態(tài)生物力學研究領域，盡管足底壓力測量、影像分析和表面肌電等技術被廣泛應用，但足部骨骼、軟組織等結構內(nèi)部的應力傳遞機理始終無法得到力學解釋。當FEM應用于足部生物力學研究時，復雜的骨胳幾何結構、邊界條件和材料的不均勻性等問題便找到了可能的解決途徑。

1步態(tài)的數(shù)值建模幾何參數(shù)

1.1X光照片從不同方位的多幅X光照片獲得幾何數(shù)據(jù)重建足部的三維模型是一種方便、經(jīng)濟的方式。Jocob 和Patil［1,2］通過某健康者和某患有Hansen氏病的主體的X光照片獲得的足部幾何數(shù)據(jù)，進行了有限元對比分析。但是該方法所得到的模型相對粗糙, 只能給出足部的大致輪廓, 難以細致分辨足部各骨及其組織。

1.2 CT掃描圖像的三維重建CT主要為橫斷層成像，但帶有越來越多的圖像后處理系統(tǒng)，如多維斷層重建、三維圖像重建、掃描后再次放大、立體模型與幾何模型測量法等，可以清晰地反映出物體內(nèi)部的不同結構和組織，對研究及建模帶來很大方便。Camacho等［3］分析了間隔為1mm 的人體足部CT斷層掃描照片(圖1)，為進行有限元分析建立了一套較精確的模型。

1.3MRI圖像重建MRI為核磁共振成像，該技術既具有成像清晰、解析度高的特點，又能清晰顯示人體結構的組織學差圖1人體足部CT斷層掃描建立模型異和生化變化，在不改變的情況下，可直接獲取橫、矢、冠、斜4種斷層圖象。研究人員可以得到十分細致的足部幾何模型。Gefen 等［4］從MRI圖像中重建出正常人足部骨骼的幾何構形。Zhang Ming等［5］通過Coronal MRI技術，間隔2 mm建立了糖尿病足的模型(圖2)。

圖2糖尿病足的模型通過上述醫(yī)學成像系統(tǒng)獲得的足部骨骼的幾何學數(shù)據(jù)是比較精確的，但對于韌帶、肌肉和足底腱膜等其它組織，則還需要從解剖學作更深入的研究，利用圖像后處理分析（由輸出的通用圖像數(shù)據(jù)文件，存儲在計算機中；采用直方圖修正法來改善圖像質量，或高斯濾波進行圖像平滑以減少噪聲，Sobel梯度算子檢測邊緣）來獲得可靠的模型幾何數(shù)據(jù)。常用的影像分析軟件有mimics、3d-doctor等。通常方法是從上述軟件得到各組織的邊界數(shù)據(jù)，再從制圖軟件（solidwork、pro/e、ug等）建立實體模型，這樣才有利于有限元分析軟件（ansys、abaqus、femlab等）更好的處理。

2步態(tài)的數(shù)值建模材料力學參數(shù)

Huiskes［6］研究發(fā)現(xiàn)在準靜態(tài)荷載下，骨和軟骨可視為各向同性的線彈性材料。但是，Clift［7］對關節(jié)軟骨做了有限元分析，證實關節(jié)軟骨的應力―應變關系隨時間的變化呈現(xiàn)出一定的非線性，故把關節(jié)軟骨看作一種非均質、各向異性的材料更合理。Keyak［8］等把骨的應變張量看成力學激勵，這樣，應變張量中的各元素就是骨再造方程中的系數(shù)，然而，系數(shù)之多又給計算機模擬數(shù)值解造成了一定困難。Koosltra［9］等假設骨能夠根據(jù)其應力―應變狀態(tài)來調整小梁骨的方向性和內(nèi)部密度分布，用應變能作為力學激勵，由于它是標量，使方程的系數(shù)為常數(shù)，可以保證數(shù)值解的取得。因此，骨單元的劃分一般采用六面體塊單元或楔形單元?？紤]到關節(jié)軟骨在足部運動中起的重要作用，如果把關節(jié)軟骨都簡化為線彈性材料，計算結果必將有很大誤差。因此，從模型的整體出發(fā)，在建模過程中一方面要注意把一些對足部運動影響不大的關節(jié)軟骨(如跗骨間關節(jié))加以簡化，以減小模型的復雜度；另一方面，為保證計算的精確性，對于一些大關節(jié)軟骨(如 距下關節(jié))則要考慮為非線性，最好結合影像分析，獲取其運動參數(shù)，以提供較為準確的邊界條件。如何定義足部各關節(jié)的運動方式，并建立相應的足部模型約束條件是足部有限元分析的難點。

韌帶，足底皮膚及肌肉等軟組織屬于非線性材料，所以可劃分為簧單元。Race and Amis［10］對正常人體下肢韌帶進行了單軸拉伸實驗，得出韌帶的材料參數(shù)可按下式取值：

3步態(tài)有限元分析的應用

3.1醫(yī)學的臨床診斷應用Jocob 和Patil利用三維有限元模型分析了Hansen氏病和糖尿病病人經(jīng)常發(fā)生足骨變形、肌肉麻痹和足底局部潰爛等病理現(xiàn)象的力學原因，為解釋和防治上述病情提供了大量有價值的信息。Gefen［12］模擬切斷跖腱膜，發(fā)現(xiàn)完全切斷后足弓廣泛變形，長韌帶承擔的張應力顯著增加，超過正常均值的2倍，據(jù)此提出手術切斷跖腱膜必須慎重的觀點。研究還發(fā)現(xiàn)糖尿病足第一跖骨頭下軟組織的張應力是正常足的4倍，第二跖骨頭下張應力是正常足的8倍［13］。隨著組織硬化加重，接觸應力的峰值分別增加38%和50%，表明糖尿病足的損傷很可能始于更深的組織層，即內(nèi)側跖骨突出部下方的組織最脆弱。吳立軍［14］等建立扁平足第二跖縱弓有限元模型，計算得出扁平足的第二跖骨動態(tài)應力比正常足增加了8%～21%，增加了第二跖骨疲勞骨折的危險性。Zhang Ming等模擬糖尿病足軟組織硬度的增加，發(fā)現(xiàn)足部應力集中于跟部和中間跖骨區(qū)，說明了這兩個部位潰爛的力學機理。Peter R.Cavanagh［15］等應用逆向有限元分析，說明了糖尿病足跟部軟組織材料非線性建模的重要性，并且顯式計算了足跟與不同材料和厚度的鞋之間的接觸應力，為緩解病人跟部疼痛的力學因素提供進一步信息。

3．2輔助設計合理的鞋類、假肢和醫(yī)療器械應用有限元分析改進足踝矯形器(Ankle-Foot orthosis,AFO)和假肢的設計是康復工程和生物力學研究的熱點。Abu-Hasaballah 等［16］用有限元法分析發(fā)現(xiàn)主要接觸壓力發(fā)生在AFO的穿夾部分，而最小壓力發(fā)生在小牛皮外殼部分, 因此建議用小牛皮作為原材料制作AFO，既可以減輕AFO重量，又可以提高其舒適度。Lemmon 等［17］對用于治療足部疾病的特殊鞋類的內(nèi)墊的效果做了有限元分析, 并且驗證了用準靜態(tài)平面應變有限元法研究跖骨前端的足鞋界面，可以得到對足底應力分布的合理預測這一假設。此外，Shiang TY［18］研究了不同鞋跟墊材料對足底沖擊波的吸收能力，并且發(fā)現(xiàn)，只有用二階非線性應力―應變曲線才能正確地描述這些制鞋材料，肯定了FEM在設計具有特殊功能的鞋類中起到的關鍵作用。Gu yaodong等［19］應用非線性材料特性，對青年女性高跟鞋狀態(tài)下足部應力分布的研究，發(fā)現(xiàn)跖骨區(qū)應力值為平底鞋狀態(tài)下的2～3倍，足底腱膜處為平底鞋狀態(tài)下的1.5倍，從力學角度說明了鞋跟高度給足部結構應力值帶來的變化和高跟鞋狀態(tài)引發(fā)的常見足病的成因。Syngellakis等［20］發(fā)現(xiàn)只要認真設定模型的關鍵參數(shù)，有限元法是評估各種塑膠足踝矯形器的可靠方法,并且可用來滿足特殊患者的需要。Chen等［21］分析了2種完全接觸式鞋墊的足底壓力再分布情況，與平鞋墊相比，除了中足和趾區(qū)，完全接觸式鞋墊可減低足底其它部位的正常應力峰值及平均值。Saunders等［22］建立了一個立體的加后跟墊的踝足模型，利用基于某截肢患者步態(tài)分析所得到的載荷條件加以分析，以了解假肢足跟部的粘彈性，旨在使假肢設計更加個性化。Xiao-Qun Dai［23］等對足、襪、鞋三者接觸的力學分析，以解釋由襪導致的不同足底摩擦系數(shù)，發(fā)現(xiàn)低摩擦系數(shù)的襪子明顯減少足、鞋之間的剪力，對減少足底水泡和潰瘍等癥狀有顯著效果。

4結論

足部結構的特點在于其形狀的不規(guī)則性，其外形一般多為自由形狀的曲面，難以用準確的數(shù)學解析方程進行描述。因此，對足部各種力學行為進行計算機仿真模擬有助于認識和研究步態(tài)的內(nèi)在力學機理。步態(tài)生物力學有限元研究雖然已取得一定的成果，但仍有許多問題尚待探討。在模型的形態(tài)上，目前主要還是以骨骼為主，韌帶、肌肉、軟骨等結構還缺乏精確的分析；在生物材料特性上，雖然清楚材料性能參數(shù)直接影響著研究結果，但生物材料性能測試還缺少辦法。

未來的研究主要圍繞著足部三維運動參數(shù)的獲取、三維有限元模型的完善以及足部運動狀態(tài)下壓力、剪切力的準確測量。隨著計算機硬件的飛速發(fā)展與各類有限元應用軟件的持續(xù)改進，醫(yī)學影像技術對足部結構分辨能力的提高和圖像識別技術的進步，在相當細微的程度上構建三維足模型成為了可能，同時，使FEM模擬仿真的精確度、準確度與計算速度不斷提高。人們可以更方便地建立有針對性的有限元模型，用以模擬各種運動狀況，為研究復雜的足部功能、足疾病因、物理治療和康復器械提供更強的研究手段。

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第3篇：運動生物力學的定義范文

[關鍵詞] 阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征； 三維有限元； 生物力學

[中圖分類號] R 318.01 [文獻標志碼] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.02.009

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征（obstructive sleep apnea hypopnea syndrome，OSAHS）是具有發(fā)病率高、并發(fā)癥多、猝死率高、常被患者忽略治療等特點的疾病[1]。下頜前伸矯治器作為阻鼾器的一種

類型，是治療OSAHS患者的有效手段[2]，而下頜前伸定位是口腔矯治器治療OSAHS的核心問題之一。對于下頜前伸與上氣道相關結構間的關系及適宜前伸量存在較多爭議[3]，采用有限元方法對此方面的生物

力學研究，至今鮮見報道。本研究通過建立OSAHS上氣道及周圍結構的有限元模型，并對整體模型進行下頜逐步前伸加載，觀察上氣道舌咽部形態(tài)和生物力學的改變和特征。尋找下頜前伸與舌咽部之間的關系，為口腔矯治器治療OSAHS提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 OSAHS患者上氣道及周圍結構三維有限元模型

的建立

1.1.1 CT數(shù)據(jù)獲取 選取1名經(jīng)夜間多導睡眠儀監(jiān)測并確診為OSAHS[4]的男性志愿者，經(jīng)下頜前伸矯治器治療有效并自愿停用治療3個月，排除了其他導致上氣道阻塞的各種解剖或病理因素。經(jīng)16排螺旋CT機（GE/Lightspeed）進行掃描，患者取仰臥位，使平面垂直向下，掃描線與平面平行進行連續(xù)掃描，掃描范圍為甲狀軟骨至眼眶下緣；掃描條件：120 kV，230 mA，層厚0.625 mm，層間距0 mm，得到218張CT圖像，以DICOM格式刻錄存盤。

1.1.2 建模方法 將CT掃描所獲得DICOM格式數(shù)據(jù)文件導入Mimics 10.0軟件中，經(jīng)過閾值分割、區(qū)域生長、空洞填補與3D計算等操作，生成組織三維面模型。進一步的光滑化處理后在Mimics 10.0的Remesh模塊中網(wǎng)格劃分，生成了以-remesh命名的模型，用Iges格式另存即可。運用同樣的方法分別重建出下頜骨、舌骨、氣道的三維實體模型（圖1）。

在Mimics 10.0中生成的模型以Iges格式導入反求軟件Imageware 10.0中對點云數(shù)據(jù)進行處理，通過降噪、去除突出點等工作后，在該軟件中對點云數(shù)據(jù)逐層進行B樣條曲線擬合，Loft曲面生成，保證模型具有較高的幾何相似性；將幾何特征以Iges格式保存，并導入Ansys 8.0軟件以生成體模型（圖2）。由于本研究所關注的軟組織（頦舌骨肌、下頜舌骨肌、頦舌肌

及舌體等）分別建模有困難，因此對軟組織的建模采

取如下簡化方法：作為一個整體進行建模，與氣道接觸處的肌肉邊緣由氣道的邊緣重合，舌體的邊緣由下頜骨的邊緣確定，這一過程主要在Ansys中根據(jù)CT圖像和解剖結構直接生成。

體模型的網(wǎng)格劃分采用自動與手動相結合的方式，單元類型采用10節(jié)點的Solid92四面體單元；材料特性采用Mimics軟件自動賦值與文獻數(shù)據(jù)[5]相結合的方式（表1），生成上氣道三維有限元模型（圖3）。

為了簡化分析計算與建模方便，在模型的構建中進行了如下假設與簡化：1）將下頜骨模型全部作為皮質骨進行建模，未對其中的松質骨建模；2）將連接下頜骨和舌骨之間的肌肉作為整體建模，沒有對骨膜進行建模，只是在模型中對肌肉與骨的連接部分進行了共面處理，在今后的分析計算中也會帶來誤差；3）設定模型中各材料和組織為連續(xù)、均質和各同向性的線彈性材料。

1.2 整體模型的下頜骨前伸加載分析

1.2.1 對模型進行相關力學相似性的驗證 驗證條件：牙尖交錯位，限制下頜角和髁突、喙突的剛性位移。在側切牙、前磨牙和磨牙上分別加載60、150、300 N的力，驗證結果為3條應力軌跡線與經(jīng)典文獻一致[6]，說明建立的模型具有非常高的力學相似性，模型有效。

1.2.2 約束條件 設定上氣道后壁不動，舌骨-肌肉-下頜骨連接為一整體、均質彈性體；將肌肉末端、舌骨內(nèi)側與相應上氣道進行連接。對下頜骨的髁突、喙突限制所有自由度，下頜角肌肉附著處限制x、z方向位移，不限制下頜前伸。

1.2.3 加載 參照文獻[3]，設定前伸量的范圍為2～

8 mm；加載時在前牙列上模擬佩戴矯治器后施加前伸的位移量，分別從原始位加載下頜平移前伸2、4、6、8 mm，依次定義為工況一、工況二、工況三、工況四。在模型的上氣道表面分別選取會厭尖橫截面的橫徑和矢狀徑[7]為觀察指標，位移數(shù)值增加記錄為

正值，減小記錄為負值，觀察下頜骨不同前伸量相應形態(tài)位移和應力變化。

2 結果

通過對三維有限元模型中的下頜骨模型加載發(fā)現(xiàn)上氣道舌咽部平面發(fā)生改變，在工況一、二、三、四作用下，舌咽部會厭尖橫截面橫徑數(shù)值變化明顯增加，最大增加到0.70 mm；舌咽部會厭尖橫截面矢狀徑隨加載順序呈減小趨勢，其最大減小到0.15 mm（表2）。

在綜合位移圖中可見，氣道舌咽會厭尖截面積也隨著下頜前伸量呈逐漸增加趨勢。加載模型后，主應力分布位置未發(fā)生明顯改變，主要集中于上氣道前壁區(qū)肌肉牽拉處，但應力值隨著前伸距離增加不斷增加，S1主應力從最初的0.33 MPa增至1.33 MPa（表2，圖4～5）。

3 討論

3.1 利用Mimics 10.0、Imageware 10.0和Ansys 8.0軟

件構建三維有限元模型的特點

上氣道的生物力學和形態(tài)學研究成為研究OSAHS的重要方面，以往對上氣道軟組織結構的建模多未涉及氣道與下頜骨等周圍結構[7-8]或使用軟件單一[9-10]。本研究利用Mimics 10.0、Imageware 10.0和Ansys 8.0軟件構建上氣道及周圍結構三維有限元模型，利用軟件的各自特點和優(yōu)勢，不僅減少了工作量，而且保證了模型的準確性和質量，同時為后期分析計算結果提供了保證。利用Imageware軟件和Ansys軟件的處理可保證模型的光順與原點云數(shù)據(jù)的高擬合度，對于其上的頦孔等解剖結構未進行簡化，為后續(xù)的加載和肌肉力附著點提供了準確的依據(jù)。根據(jù)CT圖片的具置在Ansys中進行肌肉簡化模型的生成，因此模型具有非常高的幾何相似性。再在Mimics軟件中自動賦值給骨和肌肉，實現(xiàn)了較準確地模擬模型中力學的基礎。然后對建立模型進行力學相似性驗證，說明建立的模型有很高的力學相似性，建模有效。

3.2 下頜前伸對OSAHS上氣道舌咽部三維有限元模

型的加載分析

以往對上氣道的模型加載分析，研究的重點都集中在對上氣道內(nèi)氣流壓力的變化引起上氣道形態(tài)改變[11]和手術治療方面[8]，而對于下頜前伸與上氣道形態(tài)的加載分析沒有涉及?；诖?，本實驗通過模擬下頜前伸矯治器治療OSAHS的機理，通過對已建立OSAHS上氣道有限元模型加載，使下頜逐步前伸，觀察和分析舌咽部的生物力學和形態(tài)學改變，主要表現(xiàn)為下頜前伸后，咽部肌肉趨于繃緊狀態(tài)，上氣道體積增加并糾正咽部松弛和塌陷，依據(jù)本實驗結果，在工況一、二、三、四下，橫徑明顯增加，在舌咽部矢狀徑隨加載呈減小趨勢，可能是由于本研究中采取下頜骨平移方式加載，下頜垂直方向上打開不明顯所致。加載發(fā)現(xiàn)；氣道舌咽會厭尖截面也隨著下頜前伸過程呈逐漸增加趨勢，最大截面出現(xiàn)在工況四作用下，可能說明在下頜骨平移前伸時，相對于矢狀徑，橫徑對上氣道打開作用更為明顯。4種工況下應力分布位置未發(fā)生明顯改變，主應力主要集中于上氣道前壁區(qū)肌肉牽拉處，但隨著前伸距離的增加，應力值不斷增加，S1主應力從最初的0.33 MPa增至1.33 MPa。

本研究中，隨著加載距離的增加，上氣道舌咽部形態(tài)發(fā)生改變，表現(xiàn)為舌咽部橫徑和橫截面增加，有利于消除OSAHS患者該段的狹窄和阻塞，打開上氣道，達到治療OSAHS的作用。實驗過程中發(fā)現(xiàn)：隨著下頜前伸距離增加，其應力區(qū)的應力更為集中，故使用下頜前伸治療OSAHS時，建議初次前伸距離不宜過大，最好根據(jù)需要逐步增加，盡可能在最大減少患者不適感的情況下獲得療效。

有限元分析作為一種生物力學的模擬研究方法，其結果的準確性依賴于建模的質量、分析中邊界條件與加載設置等[12]。而上氣道作為一種軟組織多而

解剖復雜的肌性管道，其中肌肉運動對氣道影響也至關重要，但目前由于各方面條件限制，達到完全真實的模擬也存在很多困難。本研究根據(jù)解剖位置直接生成肌肉等結果，模型簡化和加載方式的單一可能會造成結果計算中產(chǎn)生誤差，希望隨著研究深入，在后續(xù)中加以改進，使三維有限元在OSAHS研究中發(fā)揮更大的作用。

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第4篇：運動生物力學的定義范文

關鍵詞：罰球射門；出手速度；肘角；腕角；水球

中圖分類號：G804.66

文獻標識碼：A

文章編號：1007-3612(2007)07-0925-03

Biomechanics Analysis of Women Athletes' Penalty Throw Technique in National Water Polo Team

ZHENG Zhi-yi, LIU Hui

(Beijing Sport University, Beijing 100084, China)

Abstract:Whether shooting technique is reasonable or not in a contest determines the outcome of competition. Penalty shoots is an important part of shooting techniques, so it is important for the water polo training of shooting techniques to study the penalty shoot. JVC-3000 normal-speed camera and video film analysis system were used in this research. With the method of three-dimensional kinematical analysis, we analyze the technique of water polo women athletes' penalty shooting. Through kinematical analysis of upper arm movements, the study reveals the movement patterns and spatial characteristics of the technology. This research also finds advantages and disadvantages of their shooting techniques in order to provide reference for their training.

Key words: penalty shoots; release speed; elbow angle; wrist angle; water polo

在我國，水球是落后項目，女子水球國家隊剛剛組建不久，在國際上名次很低，男子水球雖在亞洲稱雄，但亞洲水球目前尚不足以與歐美洲強隊抗衡。射門技術是水球運動的一項基本技術，同時又是一項關鍵技術，并且是水球運動中最復雜、難度最大的技術，特別是水球運動迅猛發(fā)展的今天，激烈對抗越來越強，在勢均力敵的比賽中，射門成功率的高低常常成為決定勝負的關鍵，許多比賽只以一球定勝負，從而對射門技術提出更高的要求。本研究試圖應用運動生物力學的研究方法，分析射門動作的主要環(huán)節(jié)，掌握影響射門技術的主要因素，揭示射門動作技術的基本規(guī)律和特點，為有針對性的進行訓練和改進技術動作提供科學、客觀的依據(jù)。

1研究對象與方法

1.1研究對象

試驗對象為現(xiàn)役我國女子水球國家隊8名運動員。平均身高達174.6cm，其他具體人體測量學數(shù)據(jù)如表1。

1.2研究方法

運用三維高速錄像與解析系統(tǒng)對上述8名運動員罰球時大力射門動作技術運動學特征進行研究。

1.2.1錄像系統(tǒng)

采用錄像系統(tǒng)(包括兩臺錄像機及一個三維標定框架)，錄像拍攝頻率為50fps。三維標定框架置于水中罰球線位置，標定框架的尺寸為2m×3m×2m，近一半的框架位于水面下，水面上共有12個標定點，能較好的使整個動作范圍位于框架標定空間內(nèi)。

1.2.2射門動作過程

射門動作于2006年1月11日在廣西游泳中心水球訓練館進行。實驗現(xiàn)場布置如圖1。

錄像機如圖架設完畢后，用三維標定框架對運動范圍進行標定。框架被拿開后，受試者在同一位置進行射門。正式射門前，受試者進行足夠數(shù)量的射門練習(以需要為準)。正式射門時，運動員進行大力射門，同時進行錄像三個大力射門動作。然后對下一名運動員進行如上程序的射門試驗。

1.2.3錄像解析過程

根據(jù)教練員目測，選取三次射門中最好的一次動作進行解析。每個射門動作定量分析水球離開水面至出手后3幅所有畫面。錄像分析采用視訊錄像分析系統(tǒng)。解析點為：頭頂點、胸骨下緣、左右肩、持球臂肘、持球臂腕、持球側手及水球。

1.2.4運動學數(shù)據(jù)的計算

本研究中數(shù)據(jù)采用“視訊運動圖像采集與分析系統(tǒng)”進行解析，應用Qtools及Execl軟件進行數(shù)據(jù)計算及統(tǒng)計學處理。

本研究對關節(jié)角度的定義如下：

軀干扭轉角度：某一動作過程左右肩連線在水平面的投影轉過的角度。用來衡量身體扭轉程度。

肘關節(jié)屈伸角：前臂與上臂間夾角。

腕關節(jié)屈伸角度：前臂與手之間的夾角。

關節(jié)角度運用Q-tools軟件計算后，導入EXCEL進行計算分析。

2結果與分析

根據(jù)射門動作的運動學特征及其目的任務，可將射門動作分為兩個動作階段。

首先是超越器械階段。該階段運動員從水中提起水球，展開肩部，重心前移，球及持球臂位于軀干后方，形成背弓。該階段以球與頭水平距離最遠時刻結束，該時刻為運動員最大超越器械時刻。

第二階段是大力向前揮臂射門動作階段。該階段是受試者射門動作的關鍵階段，受試者肩、肘、腕肢體各環(huán)節(jié)依次加速與制動，使末端環(huán)節(jié)(手尖)產(chǎn)生極大速度，最后轉化為球的動能。

下面對受試運動員射門過程兩個階段的動作技術根據(jù)實驗結果進行說明與分析。

2.1超越器械階段動作技術分析受試者在超越器械結束時(相對向后引臂到極限點時)，腕關節(jié)成角平均約為153.4°肘關節(jié)平均約為105.8°。其中腕關節(jié)角度與Brucec.Elliott和JulieArmour所研究的女子運動員158°接近，但是肘關節(jié)卻比其研究結果(85°)多出20°，接近他們當時研究的男運動員(107°)水平[5]。

受試者在相對向后引臂最大幅度時，球置于頭上方平垂直距離均約0.173m，明顯比Brucec.Elliott和andJulieArmour所研究的女子運動員(0.13m)大，接近了當時他們研究的男運動員(0.19m)[5]。這與受試者身體自然情況有關，為消除身高因素影響其距離，求得球與頭在垂直方向上的距離與身高的比值，平均為0.099。在水平方向上頭與球的距離平均約為0.45m。為消除臂展因素影響其距離，求得球與頭在水平面上的距離與臂展的比值，平均為0.249(表3)。從表中可以看出，中國女子水球運動員在射門技術超越器械階段相對向后引臂到最高點時肘關節(jié)角度及這兩個指標更接近當時國外水球男子動作幅度，但腕關節(jié)角度相對當時女子指標還小。

本研究測算了受試者軀干扭轉角度。發(fā)現(xiàn)受試者身體向后扭轉平均約24.42°。而在大力向前揮臂動作階段時，身體平均轉過了101.8°(表2)。

受試者軀干扭轉動作的幅度可在一定程度上說明其超越器械的程度與技術特征。從表中數(shù)據(jù)可以看出，高翱、鄭穎和莫鳳敏軀干在超越器械階段向后扭轉幅度很小，而其他5名選手的扭轉幅度則非常大。造成這種差異的原因在于運動員初始位置不同，觀察她們的技術圖像可以看出，高翱剛開始拿球時身體已經(jīng)側對球門，而馬歡歡的初始身體為面對球門。根據(jù)肌肉工作的生物力學原理可知，肌肉被動的離心收縮可以在拉長的肌肉中儲存彈性勢能，并產(chǎn)生牽張反射，進而在后繼向心收縮過程中轉變?yōu)閯幽?，加快動作速度，提高動作質量。因此，面對球門的初始姿勢可以使軀干有充分后旋的空間，肌肉被動拉長，有利于提高軀干向前扭轉射門過程的動作速度。而側對球門的運動員軀干肌肉沒有或很少拉長，后繼的射門動作則只有肌肉向心收縮產(chǎn)生的力量。但是，側對球門運動員由于沒有軀干后旋動作，使得整個射門動作的時間短，可使對手來不及防守，出其不意而得分。

從表3數(shù)據(jù)還可以看出，受試者軀干向前扭轉角度的差異并不明顯。這說明，不管是側對球門還是面對球門，運動員軀干都將盡量大幅度向前扭轉，增加投擲用力的距離，從而增加出手速度。

2.2大力向前揮臂射門動作階段

此階段是受試者射門動作的關鍵階段，是受試者肩、肘、腕肢體各環(huán)節(jié)依次加速與制動,使末端環(huán)節(jié)(手尖)產(chǎn)生極大速度的動作過程，并最終轉化為球的動能。該動作類似人體鞭打動作。上肢鞭打動作的主要目的是使末端環(huán)節(jié)獲得最大的速度。為了達到這一目的,軀干和上肢各環(huán)節(jié)不但要盡力向投擲方向運動,而且必須協(xié)調配合。因此,運動員在做鞭打動作時,各肢體的運動形式必然表現(xiàn)出一定的配合特征即時序性。如圖6所示受試者高翱的數(shù)據(jù)圖，可以看出,該受試者肩、肘、腕依次加速，制動，使得動量依次通過上肢各環(huán)節(jié)最后傳遞到球，發(fā)揮出較高球速。如果這個時序性被打亂，必將影響最后球的出手速度。這個時序性，不僅與各個轉動中心出現(xiàn)最大速度的時間先后有關，還與其時間間隔相關。如表4所示，研究發(fā)現(xiàn)孫雅婷時序性好，且各環(huán)節(jié)出現(xiàn)最大速度間隔大，表明其作用時間長，最后出手速度也最大。而只有受試者于雪肩最大速度出現(xiàn)在肘最大速度之后0.02s?？赡苓@個原因使得其出手速度較其他受試者都低。這也說明了鞭打動作個環(huán)節(jié)依次加速、制動的時序性的重要性。

從表4中還可以看出,各環(huán)節(jié)動作達到最大速度的時間間隔非常小，都小于0.1s，這與其他研究者的結論[7]是一致的。這提示我們上肢鞭打動作各環(huán)節(jié)的配合需要十分的精確。因此對這些項目的運動員不但要進行肌肉力量的訓練,還要有專門的方法訓練各環(huán)節(jié)的動作協(xié)調與配合[7]。本研究建議受試者于雪可專門訓練動作的協(xié)調與配合。

本研究統(tǒng)計了受試者手尖最大速度出現(xiàn)時刻與出手時刻的時間差，平均為0.015，有四個受試者是在出手時同時手尖達到最大速度。

本研究還統(tǒng)計了受試者出手前軀干在垂直軸上的位移范圍，平均為0.269m(國外可達0.5～0.8m)[5]，通過對受試者軀干在垂直軸上的位移與出手速度進行相關性研究，發(fā)現(xiàn)其相關系數(shù)為-0.072。說明對于高水平運動員，球的出手速度與身體在垂直方向上的位移不存在明顯的相關性。這個結論與BrucecElliott和andJulieArmour所研究的結論一致，表明出手速度與身體在垂直方向上的位移無明顯相關性。但是鑒于身體在垂直方向上的位移越大，越容易越過防守對方，加大射門的威脅，所以本研究還是建議在不影響球速的條件下盡量增加身體在垂直方向上的位移。

在出手前0.22s階段內(nèi)，本研究發(fā)現(xiàn)孫雅婷與其他幾個受試者腕關節(jié)表現(xiàn)不一樣，如圖7所示，孫雅婷在出手前0.04s時明顯有一個壓腕動作，即腕關節(jié)角度從原來的伸的狀態(tài)變到曲的狀態(tài)，而其他受試者都沒有做到這點，其腕關節(jié)都是始終是伸的狀態(tài)，雖然也有壓住腕的動作，即腕關節(jié)角度始終是處于伸狀態(tài)，其角度是在增加，但是只能描述成是頂住腕，而沒有出現(xiàn)有扣腕動作，其中受試著莫鳳敏在出手前0.08s已經(jīng)達到最大值，之后開始減少，似乎表明該受試者在射門前0.08秒時塌腕了[3],在水球的訓練中要求運動員在出手時要壓腕，最后是手尖撥球，類似于投擲鉛球時的撥球動作，但本研究所的的數(shù)據(jù)表明除孫雅婷外其他受試者沒有充分用到腕關節(jié)來加速球，沒有完全把動量傳遞給球，使得球沒有達到可能的最大速度。

研究統(tǒng)計了受試者出手速度平均約為18.82m/s。這個水平已經(jīng)接近BrucecElliott和andJulieArmour所研究的男子水平(19.1m/s)，他們研究的女子水平為14.7m/s[5]，但此數(shù)據(jù)是1988年的。從國際泳聯(lián)的官方網(wǎng)站上看到，2005年國際最高水平接近22m/s。

3結論

1)水球大力射門動作技術特征為鞭打類動作。因此可將鞭打動作的基本理論作為水球射門動作技術的理論基礎。

2)超越器械階段，軀干躍起高度雖然與出手速度無相關性，但是為加大射門威脅，提倡盡可能加大躍起高度。面對球門的初始姿勢可影響到軀干肌肉完成拉長－縮短活動，軀干向前扭轉的速度。

3)大力向前揮臂射門動作階段，該階段是鞭打動作的實現(xiàn)關鍵階段，動作的好環(huán)很大程度上決定了出手速度。該階段個動作時序性很重要。出手時的壓腕動作很重要，它是用力的最后一個環(huán)節(jié)，與投擲鉛球的“撥球”動作類似。

4)受試運動員為中國國家隊現(xiàn)役隊員，從對測試結果的分析顯示她們射門動作技術已具有較高水平，但也存在許多不足，主要表現(xiàn)為：①普遍存在射門時躍起位移小，射門威脅不大。②小部分受試者鞭打動作時序性不好，影響了出手速度。③大部分受試者出手瞬間末端環(huán)節(jié)沒有發(fā)上力，扣腕動作沒有做好，只是把球推出去。

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[7]天川．中國女子水球運動發(fā)展初探[J]．四川體育科學，2005(2):53-56．

第5篇：運動生物力學的定義范文

關鍵詞:向量理論 吉布斯和亥維賽 嚴復 解析幾何

一、向量理論的誕生

物理學、天文學中科學問題的強烈刺激，泰特、麥克斯韋的奠基性工作等諸多有利因素已經(jīng)為一個新系統(tǒng)的誕生做好了準備。

19世紀下半葉，美國數(shù)理學家吉布斯和英國數(shù)理學家亥維賽出于對麥克斯韋《電磁通論》的興趣轉而去閱讀泰特的四元數(shù)著作。他們發(fā)現(xiàn)四元數(shù)作為一個描述物理問題的數(shù)學工具很不方便，于是大膽徹底地放棄了四元數(shù)方法，定義了兩個向量的加減運算，給出了其運算規(guī)律;定義了向量乘法的兩種基本形式:數(shù)量積和向量積，導出了一些基本的運算關系式;繼哈密頓和麥克斯韋等之后重新定義了向量函數(shù)，并引入了向量的微分和積分運算等。

在吉布斯和亥維賽那里，空間向量是和四元數(shù)不同的另一個獨立的數(shù)學實體，而他們的數(shù)量積和向量積的定義則是觀念上的一個革新。他們順應時代的需要，憑借敏銳的判斷力決定了四元數(shù)系統(tǒng)里什么可以刪除，什么可以選擇，并在選擇的過程中進行了創(chuàng)造性的完善和修改，融入了一些重要的新思想，使得四元數(shù)系統(tǒng)在物理應用中的缺點在他們的新系統(tǒng)中消失，完成了這個新系統(tǒng)創(chuàng)立中的最后也是最關鍵的一步。

吉布斯和亥維賽的向量理論在物理學中得到普遍認可后，物理學家和數(shù)學家開始把向量語言大量地用在物理學和數(shù)學的各個分支。現(xiàn)代數(shù)學意義上的向量概念，其內(nèi)涵要比物理學中向量概念的內(nèi)涵深刻得多，遠遠超出了最初的“有向線段”，它包涵的對象極為豐富，已經(jīng)被推廣到更高維的空間或更抽象的空間?，F(xiàn)代向量理論已經(jīng)滲透到數(shù)學的各個領域，而且它在物理學、力學、天文學、生物力學等領域也已得到廣泛應用。

二、向量在中國的傳播

向量是數(shù)學和物理學中的對象，它伴隨著物理學和數(shù)學知識的引進而傳入中國。

1883年，美國傳教士丁韙良刊發(fā)了編輯翻譯的著作《格物測算·電學》。書中丁韙良曾以“雙立人”偏旁表示矢量，如“有向距離”他用“彳距”表示。不過時至清末，譯者對具有方向性的矢量的認識還遠遠不夠。

向量在中國數(shù)學中的早期傳播是與四元數(shù)相聯(lián)系著的。在中國最早提到四元數(shù)的人可能是嚴復，而另一位較早介紹四元數(shù)及向量的學者是周達。周達訪日歸國時帶回了大量的珍貴資料，其中包括日本數(shù)學家三上義夫有關四元數(shù)的一部日譯稿。他的日本之行對中國早期通過日本了解西方近現(xiàn)代數(shù)學，特別是四元數(shù)起到了積極的作用。正式出版的第一部中譯本四元數(shù)著作是由顧澄翻譯，并于1909年石印出版的《四原原理》。

后的高等教育導致中國三、四十年代科學發(fā)展的。這一時期，包含向量理論的著作或教科書不斷出現(xiàn)，其中既有大量的西方著作的中譯本，又有中國學者自己撰寫的著作和教科書。如:徐韞知翻譯的英國數(shù)學家懷特海德的《算學導論》，謝厚藩翻譯的哈斯的《理論物理學導論》;薩本棟的著作《普通物理學》，李番的高級中學教材《高中解析幾何學》，張永立編寫的《矢算初步》，胡金昌的著作《矢算論》，以及何衍璇的《矢之理論與運動學》等等。

這一時期，中國學者在向量理論領域已從早期的學習和吸收階段逐漸轉向獨立研究階段，除上面出版的著作外，還出現(xiàn)了大量的與向量有關的論文。如1932年，張羽豐的題為“向量分析”的論文于中國數(shù)理學會第三次年會上宣讀;1935年黃用諏的題為“Vector algebra and line geometry(in Chinese)”在《中山大學自然科學季刊》上發(fā)表;1940年，黃用諏又在《愛丁伯格數(shù)學進展》上發(fā)表了題為“On two linear vector spaces associated with a vector in an Ln”的學術論文等等。

同時，中國的許多高校已把向量內(nèi)容作為數(shù)學、物理專業(yè)的必修和選修課程。由此可以看出向量理論在我國20世紀三四十年代的高等教育中所占的重要地位。

第6篇：運動生物力學的定義范文

關鍵詞：表面肌電；標槍；最后用力；運動生物力學

1.前言

表面肌電圖（surface electromyography，sEMG），又稱動態(tài)肌電圖（dynamic electromyography ，DEMG），是從肌肉表面通過電極引導、記錄下來的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)活動時的生物電信號。它與肌肉的活動狀態(tài)和功能狀態(tài)之間存在著不同程度的關聯(lián)性，因而能在一定程度上反映神經(jīng)肌肉的活動。肌肉運動中產(chǎn)生的生物電通過兩個測量電極（相對于參考電極）產(chǎn)生電位差，差分放大器檢測到該信號后，經(jīng)過放大、記錄后所得到的圖形，現(xiàn)代高檔的sEMG都是把放大的信號再轉化為數(shù)字信號，經(jīng)過通訊系統(tǒng)傳輸給計算機。計算機中的分析軟件對所獲得的數(shù)據(jù)進行分析處理，從而完成測試評估等科研或臨床診斷任務。sEMG是一種簡單、無創(chuàng)、容易被受試者接受的肌電活動，可用于測試較大范圍內(nèi)的EMG信號，并有助于反映運動過程中肌肉生理、生化等方面的改變；不僅可在靜止狀態(tài)測定肌肉活動，而且可在各種運動過程中持續(xù)觀察肌肉活動的變化；不僅是一種對運動功能有意義的診斷評價方法，而且也是一種較好的生物反饋治療技術[1]。因而在臨床醫(yī)學的神經(jīng)肌肉疾病診斷、高等院校人機工效學領域的肌肉工作的工效學分析，體育系統(tǒng)（體科所）疲勞判定、運動技術合理性分析、肌纖維類型和無氧閾值的無損傷性預測，醫(yī)院康復領域神經(jīng)肌肉疾病診斷，肌肉功能評價等高等方面均有重要的實用價值[1]。

2.研究對象與研究方法

2.1 研究對象 男子標槍運動員二名，均為二級運動員，兩人均采用右手投擲，并且本論文中所有的敘述均為右手投擲

2.2研究方法

2.2.1文獻資料法

通過計算機網(wǎng)絡搜索《中國期刊全文數(shù)據(jù)庫》和手工查閱文獻，收集近20多年有關標槍最后用力技術的研究現(xiàn)狀及理論知識，并對其進行分類整理，對于與本文的研究目的、任務、方法和手段有關的信息作了較為詳盡的歸納和綜述。

2.2.2表面肌電測量法

芬蘭MEGA Electronic Ltd.制造的MEGWIN6000 16通道遙測肌電測試儀一部，根據(jù)標槍最后用力階段具體的動作結構特點，本文選取了9塊主要肌肉進行測量，它們分別是：

上肢：（右側） 胸大肌、三角肌、肱二頭肌、背闊肌

軀干：腹直肌 、腹外斜?。ㄗ髠龋?/p>

下肢：（右側）股二頭肌、股四頭?。ü芍奔。㈦枘c肌中段

2.2.3 數(shù)理統(tǒng)計法

遙測肌電數(shù)據(jù)處理：采用芬蘭MEGAWIN公司自帶的MegaWin2.4軟件進行計算、處理和分析。將數(shù)據(jù)結果轉換并存為“.xls”格式的文件，將數(shù)據(jù)輸入EXCEL軟件中，計算各參數(shù)值[2]。

3.研究結果與分析

本文對標槍最后用力階段的定義結合對文獻資料的總結將最后用力階段劃分為：交叉步動作結束，右腳著地屈膝緩沖，當身體重心垂直投影點剛剛超過右腳支點時開始，以右腿開始蹬伸至最后一步左腳觸地支撐到標槍出手瞬間為止。此階段是擲標槍完整技術中最后用力階段的主要部分，其任務是在盡可能短的時間內(nèi)完成投擲步最后一步，充分利用助跑所獲得的速度和動量，在盡可能長的肌肉工作距離用較短時間將最大的功率施加于標槍，在出手瞬間達到最高速度并以合理的標槍姿態(tài)角及方位將標槍擲出[3]。最后用力階段有幾個比較重要的時刻，可歸納為4個瞬間：右腳著地屈膝緩沖，身體重心垂直投影點剛剛超過右腳支點瞬間（A瞬間），支撐形成瞬間（B瞬間），“最大滿弓”瞬間（C瞬間），標槍出手瞬間（D瞬間）。

因此文中研究所采用的階段具體劃分為三個階段：（1）緩沖階段，這一階段從右腳觸地瞬間起至身體重心移至右腳支撐點上方時止；（2）蹬伸階段，即支撐形成階段。這一階段從身體重心移過右腳支撐點垂直上方時起至右腿蹬伸至最大限度止；（3）滿弓與最后用力出手狀態(tài)形成階段，這一階段從右腿完成蹬伸動作至最后一步左腳觸地瞬間止；最后用力階段有幾個比較重要的時刻，可歸納為4個瞬間時相：右腳著地屈膝緩沖，身體重心垂直投影點剛剛超過右腳支點瞬間（A時相），支撐形成瞬間（B時相），“最大滿弓”瞬間（C時相），標槍出手瞬間（D時相）。根據(jù)最后用力階段中幾個重要瞬間，將最后用力階段對應劃分為I（A-B）、II（B-C）、III（C-D）三個動作階段，分別對應緩沖階段、支撐形成階段，滿弓形成階段和最后用力出手狀態(tài)形成階段（以右手為例）。

3.1最后用力緩沖階段過程中各肌肉積分肌電值分析

為更加直觀的分析緩沖階段中各肌肉的積分肌電值的水平差異及規(guī)律，將其單位換算為微伏秒（uvs），并且制作直觀柱狀圖（見圖3.1）。

圖3.1 周**最后用力緩沖階段各肌肉表面積分肌電值的柱狀圖

注：圖中1―9指：1-右胸大??；2-右三角?。ㄖ胁浚?；3-肱二頭??；4-腹直?。?-左腹外斜?。?-背闊??；7-股二頭?。?-股四頭?。ü芍奔。?-腓腸?。ㄖ卸危?/p>

另外，運動員在平時的訓練過程中要注意，緩沖階段的用力講究的是最大限度的為下一階段做動量上的儲備，而非充分的緩沖。由于標槍項目對緩沖階段要求的特殊性，必須讓運動員了解怎樣的合理緩沖與過渡。眾所周知，肌肉的控制依賴于神經(jīng)系統(tǒng)的反饋調節(jié)，所以運動員對標槍項目緩沖階段的認知與反饋則對動作技術的形成有重要意義。說明了運動員在今后訓練中既要注意對重點部位的訓練，也要了解擲標槍過程是一個完整的統(tǒng)一整體，各肌肉既相互聯(lián)系也相互影響。

4.結論

4.1在周**最后用力緩沖階段，右側股四頭肌與三角?。ㄖ胁浚┯谐掷m(xù)發(fā)力現(xiàn)象，股四頭肌的持續(xù)用力來源于右腳的觸地后產(chǎn)生的反作用力，股四頭肌為下肢較大肌群中的核心部分，因此在此階段的肌肉興奮性較強。肱二頭肌也表現(xiàn)出較大的興奮性達到489uvs。

4.2最后用力蹬伸、支撐形成過程中，周**的三角肌中部的值較大，其次為胸大肌，下肢中唯一均值較大的是股四頭肌，股四頭肌完成緩沖后力量也逐漸減弱。值得一提的是在此階段中唯一逐漸增大的肌肉是股二頭肌，波形振幅較大，興奮性較強，用力幾乎貫穿整個過程的始終。

參考文獻：

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第7篇：運動生物力學的定義范文

【摘要】 采用半椎板切除治療椎管內(nèi)腫瘤,較之全椎板切除，對脊柱的損傷小,術后行椎管重建后不僅保持了椎管的完整性 ,而且完全符合脊柱穩(wěn)定的解剖學基礎與生物力學基礎 , 使脊柱的穩(wěn)定性得到了較好的保持，研究表明:經(jīng)一側半椎板入路半椎板或部分半椎板切除后椎管重建 ,能夠在不影響切除腫瘤的情況下 ,將損傷降低到最小限度。椎管重建的不斷發(fā)展為處理椎管內(nèi)腫瘤提供了可靠的保障。

【關鍵詞】 椎管內(nèi)腫瘤 半椎板切開 椎管重建

1 椎管內(nèi)腫瘤

椎管內(nèi)腫瘤約占中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的 15% ,而硬脊膜下脊髓外腫瘤所占比例約為 60%～70% ,以神經(jīng)鞘瘤和脊膜瘤多見，這兩種腫瘤均為WHOⅠ級, 單發(fā)者手術全切可以治愈［1］。硬膜外的主要是轉移性腫瘤,多為惡性,所占比例較小。手術切除是椎管內(nèi)腫瘤的唯一有效的治療方法。椎管內(nèi)腫瘤大多是良性腫瘤,因此手術切除可獲得痊愈。

2 半椎板手術切除椎管內(nèi)腫瘤

對椎管內(nèi)腫瘤的手術治療，在1887年由Gowers和 Horsly首先開展。全椎板切除術是椎管內(nèi)腫瘤常規(guī)手術方法,術中需切斷棘上韌帶、棘間韌帶 ,切除棘突及雙側椎板,有時還需切除部分關節(jié)突,對脊椎穩(wěn)定性造成了較大的破壞,往往導致術后遠期椎體滑脫及脊柱畸形。而且,咬骨鉗反復操作咬除椎板過程中容易產(chǎn)生對脊髓的機械損傷或刺激。全椎板切除不僅破壞了椎管的管性結構,而且還使硬脊膜與肌肉創(chuàng)面形成粘連［2］。局部軟組織粘連、癱痕形成可導致醫(yī)源性椎管狹窄癥。

半椎板手術切除椎管內(nèi)腫瘤能較好的保持脊柱的解剖結構［3］。其對脊柱的穩(wěn)定性影響較小，手術的創(chuàng)傷小，并發(fā)癥少。手術后病人恢復的時間較快，術后癥狀消失快，生活質量有了較大的提高，半椎板手術的缺點是暴露有限。由于半椎板切開,棘突留在原位,對視線及操作均有一定的影響。手術咬除椎板到關節(jié)突關節(jié)的內(nèi)側,寬度只有 1.5 cm左右,手術的空間狹小。根據(jù)我們的經(jīng)驗,頸段椎管最寬,可暴露的寬度達 2 cm。其次是腰椎,胸椎由于肋骨及橫突關節(jié)的影響,半椎板暴露的寬度最窄。但多數(shù)硬膜下和硬膜外的占位病變體積較小,且偏向一側生長,因此這一寬度已經(jīng)足夠。手術中可以完整地暴露硬脊膜［4］。由于手術空間狹小,不要勉強完整的切除腫瘤,以免損傷脊髓或是神經(jīng)根。椎管內(nèi)腫瘤半椎板手術適用于體積較小 (一般小于2 cm,而且腫瘤多限2～3個椎體 ) ,腫瘤大部分偏向一側生長的髓外硬脊膜下腫瘤,以神經(jīng)鞘瘤為最佳?？傊?，采用半椎板手術切除椎管內(nèi)腫瘤,脊柱的解剖結構和穩(wěn)定性完全符合神經(jīng)外科微創(chuàng)理念,而其在避免了全椎板切除的同時,還為病人節(jié)約了內(nèi)固定材料的費用。根據(jù)我們的經(jīng)驗，椎管內(nèi)大部份的腫瘤均可經(jīng)半椎板切開進行顯微手術治療。對于半椎板入路應以病灶側或病灶中心側為手術切口進入 ,術中應在骨膜下分離椎旁肌 ,保留棘上、棘間韌帶與棘突 ,開窗側盡量保留關節(jié)突;開窗范圍可達 1.5～2.0cm，棘突基底部可楔形咬除或磨除 ,盡可能增加手術視野,保留脊柱的解剖結構完整性。適用于背側或外側的髓外腫瘤,及病灶小、邊界清的髓內(nèi)腫瘤。但對于腫瘤大、與脊髓粘連緊密或髓內(nèi)無邊界浸潤生長的腫瘤 ,為減少對脊髓和神經(jīng)的損傷 ,仍然需要采用全椎板入路。

3 椎管重建

3.1 椎管重建的發(fā)展：在椎管內(nèi)腫瘤切除中行椎板截骨原位再植術，即椎管重建，可進一步恢復脊柱的穩(wěn)定性，并將發(fā)生手術并發(fā)癥的機會降到最低。采用半椎板或次半椎板切除術行脊髓腫瘤切除，其對于防止椎體后方支持結構的削弱已經(jīng)是一個有力的措施，但該術式僅適用于啞鈴型或偏一側的較小腫瘤。如遇腫瘤較大，只能行瘤內(nèi)分塊切除或刮除腫瘤，若腫瘤血供豐富，將很難保持清晰術野，使靠近脊髓一側的操作帶有一定的盲目性；對下腰段的腫瘤，剪開硬脊膜，釋出腦脊液后，腫瘤會隨附著的馬尾神經(jīng)根漂移，過小的骨窗會導致腫瘤定位及切除操作的困難，增加神經(jīng)牽拉和誤傷的機會，從而使術后脊髓、神經(jīng)根癥狀加重，影響手術效果，有違微侵襲手術的初衷。臨床上發(fā)現(xiàn)半椎板術后行椎管重建更加符合微創(chuàng)手術的標準。關于經(jīng)半椎板入路術后椎板重建的手術方式 ,國外報道甚少 ,2003年國內(nèi)趙愛國等人［5］始有類似報道 ,就其手術方法而言 ,術中切除了一側的椎板及棘突術后回植的方法 ,大大減輕了對椎管穩(wěn)定性的破壞 ,但對于“微創(chuàng)”的概念而言, 創(chuàng)傷仍然不小。Banczerowski等采用的單側部分半椎板切除并術后回植重建椎管的做法幾乎達到了“無創(chuàng)”的效果［6］。

3.2 脊柱穩(wěn)定的理論基礎：脊柱是人體主要的支持結構 ,在維持人體的穩(wěn)定以及運動方面發(fā)揮著重要的用。脊柱解剖結構的完整性是維持其生理功能的基礎。脊柱穩(wěn)定性定義為:在生理載荷情況下,保護神經(jīng)結構的功能單位既無異常的應變 ,亦無過度的活動。1983Denis［7］提出了脊柱的三柱理論的概念,為進一步理解脊柱的生物力學特點奠定了基礎，即前縱韌帶、椎體的前半部分和纖維環(huán)的前半部分組成前柱，后縱韌帶、椎體的后半部分以及纖維環(huán)的后半部分組成中柱，由椎弓根、黃韌帶、關節(jié)囊和棘間韌帶組成后柱。生物力學證實后柱和中柱共同承受60%的載荷。在后柱中,關節(jié)突除引導節(jié)段的運動外,還承受壓縮、 拉伸、 剪切、 扭轉等不同類型的負荷,對脊柱的運動有重要的影響。韌帶主要承擔大部分的牽張負荷,它可以限制脊柱運動在一定的范圍內(nèi),同時它可以通過限制位移,吸收能量來保護脊髓免受損傷。傳統(tǒng)認為單純后柱結構缺失、無小關節(jié)突損傷的情況下對脊柱尤其胸腰段的穩(wěn)定性影響甚微。但實際上，椎板切除后,脊柱整體穩(wěn)定性明顯減弱,椎管后壁骨性結構缺失使硬脊膜囊和脊神經(jīng)根完露,日久因局部纖維化和瘢痕組織增生可形成醫(yī)源性椎管狹窄癥,從而出現(xiàn)新的癥狀和體征［8］。景治濤等發(fā)現(xiàn)兒童椎管內(nèi)腫瘤術中椎板切除范圍>3個易發(fā)生脊柱畸形。陳贊等認為切除過多的椎板勢必影響脊柱的穩(wěn)定性,甚至導致脊柱后凸畸形,造成醫(yī)源性脊髓壓迫損傷。

3.3 椎管重建的意義：手術對脊柱部件的切除必然要影響脊柱的穩(wěn)定性,手術后脊柱節(jié)段運動的增加與手中切除脊柱的部位以及切除的范圍直接相關。傳統(tǒng)的手術對脊柱的穩(wěn)定性破壞較大 ,必然對病人的脊柱功能造成影響。而椎管重建保持脊柱后柱骨與韌帶的連續(xù)性,為維持脊柱的穩(wěn)定性提供了解剖基礎。同時,椎管重建保持椎管的完整性,避免椎管后方結構缺失而引起的椎管內(nèi)神經(jīng)粘連,保護了神經(jīng)功能,進一步保持脊柱的穩(wěn)定性。

以往的椎板切除術后 ,患者脊柱后柱的完整性遭到很大破壞,椎管后部喪失了椎板、黃韌帶形成的天然阻隔屏障 ,創(chuàng)傷修復過程中形成的瘢痕可直接突入椎管內(nèi),與硬膜、神經(jīng)根粘連,引起腰腿痛癥狀復發(fā)。Scheuerma等(1951年) 和 LaRoc-ca等 (1974年)的實驗中用明膠海綿用于椎板切除術后預防硬膜和神經(jīng)根周圍的瘢痕粘連的材料收到了較好的效果,但以后不少學者的實驗均證明明膠海綿植入后可達到止血的目的,卻不具備良好的屏障作用,不能有效隔離成纖維細胞與血腫達到防粘連效果。硅膠、透明質酸鈉、幾丁糖、膨體聚四氟乙烯、聚乳酸膜、ADCON-L、自體脂肪、筋膜、異體硬脊膜等材料及 Gerzten等對動物模型在椎板切除術前、后施行低劑量外部照射 ,可顯著降低硬膜外瘢痕粘連的范圍及程度。這些用于臨床防止術后硬膜和神經(jīng)根周圍的瘢痕粘連 ,雖然都取得了不同程度的效果 ,但是都存在不同的并發(fā)癥［9］。由此,可以看出單純用材料解決椎板切除術后硬脊膜周圍粘連的問題非常困難。椎管重建使得椎板切除術后恢復脊柱后柱及椎管的完整性 ,有效的解決了椎板切除術后硬膜周圍瘢痕粘連的發(fā)生 ,提高了手術效果。椎板回植椎管重建主要適用于椎管內(nèi)占位病變，尤其是胸腰椎椎管內(nèi)原發(fā)性腫瘤，還可用于退行性腰椎管狹窄癥、腰椎間盤突出癥合并發(fā)育性腰椎管狹窄、腰椎間盤中央型突出鈣化等。對轉移性腫瘤和合并感染的患者則不宜使用該方法。

3.4 方法和材料：在椎管重建的發(fā)展過程中，許多作者首先嘗試了不同的截骨工具。Raimondi等對胸腰段腫瘤用高速氣鉆進行椎板切除重建,Perkinson應用普通線鋸進行椎板切除重建,但兩種方法截骨時造成骨的丟失過多,在進行回植時不易恢復原有的解剖結構,對于兒童由于脊柱骨更小,這一缺點顯得更加突出。而且,普通線鋸存在表面粗糙與容易損傷脊髓神經(jīng)的缺點［10］。高速銑刀可以迅速方便的銑開椎板,節(jié)省時間的同時明顯減少傳統(tǒng)咬除椎板過程造成的出血，由于椎板與硬脊膜之間極少粘連,又可完全避免線鋸開窗導致的硬脊膜破損、脊髓、脊神經(jīng)根損傷。因為銑刀頭的墊片厚度小于椎板鉗和咬骨鉗的厚度,故理論上不會對脊髓造成比傳統(tǒng)咬骨方法更大的損傷。T型鋸是一種新的截骨工具 ,直徑僅有0.54mm，相當于一根椎板鋼絲,而且非常柔韌,表面光滑,穿入時有塑料外套保護,操作過程相當于進行開放的硬膜外導管穿刺,因此,從椎管內(nèi)穿出時非常安全,不易損傷硬脊膜和神經(jīng)。1999年日本的Tomita ［11］最早使用T型鋸進行脊柱腫瘤手術,對脊柱腫瘤進行了大塊切除,切除更為徹底，由于T型鋸造成的骨量丟失非常少,截下的椎板可以原位解剖重建,且位置穩(wěn)定。Kawahara ［11］和Tomita等首先將這一技術用于椎板大塊切除原位精確回植重建,進行椎管成形,對椎管內(nèi)腫瘤治療獲得了非常理想的療效。

由于治療角度和對象的不同，國內(nèi)骨科醫(yī)師較神經(jīng)外科醫(yī)師更早注意研究和探索重塑脊椎后柱結構及穩(wěn)定性的理論和方法。早期,常采用椎板單開門技術結合棘突打孔絲線固定治療包括椎管狹窄在內(nèi)的部分脊椎病變，此技術雖然可以使椎板棘突解剖復位，但因術中椎板阻擋嚴重影響腫瘤暴露而無法應用于椎管內(nèi)腫瘤切除術。近年來,頸椎后路鋼板螺釘固定技術廣泛應用于頸椎管后部結構的固定,這其中包括側塊螺釘和椎弓根螺釘?shù)氖褂谩＞C觀骨科醫(yī)師在此方面所做的努力主要集中在應用特殊固定器械重塑后柱的穩(wěn)定性,并非真正意義的椎管后部結構的解剖復位，這其中包括藤紅林等在頸胸段脊柱骨腫瘤全脊椎切除術中,采用多種特殊內(nèi)固定系統(tǒng)重建脊柱穩(wěn)定性,而最有創(chuàng)意并接近生理解剖復位的嘗試應屬營風增等采用頸椎后路單開門技術結合微型鈦板-鈦釘固定治療頸椎病的方法。

由于椎板寬度、大小、椎板側塊后表面的弧度因人而異，解剖變異較大,因此難以采用恒定的固定材料對游離的椎板棘突復合體進行牢固同定。既往采用的絲線、生物膠固定法,理論上也無法達到脊柱應力狀態(tài)下的堅強固定。如何尋找一種既具有一定強度,又能方便塑形 ,操作簡單可靠,術后MRI檢查不受影響的理想固定材料呢？臨床上普遍使用的專用顱骨修補鈦板、鈦條、鈦釘基本符合了上述標準。近年來,我們應用高速磨鉆、銑刀開窗，將相應椎板及棘突完整取下，再選用相對較厚進口鈦條,結合6mm防自脫的專用鈦釘重建椎管的解剖結構，可以獲得理想的固定效果,隨訪期間未見置入材料的脫落、松動和移位。

4

椎管重建的展望

綜上所述,在情況允許的椎管內(nèi)腫瘤切除手術中,選用半椎板切除術并使用椎管重建的方法不僅符合脊柱解剖學原理及生物動力學原理,而且也符合越來越被人們推崇的微創(chuàng)的理念。在不影響切除腫瘤的前提下保持了脊柱的穩(wěn)定性,維護了椎管的完整性,創(chuàng)傷小、疼痛輕、術后臥床時間短、恢復快。而且從遠期效果講,可以避免傳統(tǒng)椎板切除手術創(chuàng)傷修復過程中形成的瘢痕突入椎管內(nèi)與硬脊膜、神經(jīng)粘連而帶來的疼痛或神經(jīng)功能缺失等一系列癥狀。在椎管內(nèi)腫瘤切除術中，我們正使用越來越先進的工具、去發(fā)現(xiàn)越來越適合的材料，椎管重建得到了越來越多的應用及開展,其優(yōu)越性也得到了越來越好的體現(xiàn)。相信,隨著科技的進步和醫(yī)學的發(fā)展,椎管重建一定會有更好的明天。

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第8篇：運動生物力學的定義范文

關鍵詞:骨礦含量;骨密度;骨強度;男大學生;太極拳

中圖分類號:G804.21文獻標識碼:A文章編 號:1007-3612(2010)05-0062-04

Effects of the Longtime Shadowboxing Exercise on the Bone Heal th of Male College Students

ZHANG Binnan1,WANG Li2,GUO Yijun1,LIU Xiaojun3,HUANG Jingtao 1,YU Wenzhan1

(1. Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049,Shaanxi,China; 2. Harbin Institute of Technology University, Hrebin 150001, Heilongjian g China; 3.Physical Education Department of Weinan Normal University,Weinan 714 000,Shaanxi China)

Abstract: after analyzing the effects of longtime shadowboxing exercise on the

bone health of male college students, the paper finds that shadowboxing exercisecan improve student’s bone mass and bone strength, improve the condition of th e bone health, especially for the calcaneus, thighbone and lumbar. The paper of fers theoretical reference in hope of preventing and postponing the happening ofthe osteoporosis, improve the health quality of the whole nation, and set up th e risk evaluation system of the mass fitness and health.

Key words: BMC; BMD; BTI; male undergraduate; shadowboxing

國民體質健康狀況是一個國家綜合國力的重要組成部分。2000年國民體質研究報告與20 05年第二次國民體質監(jiān)測公報結果表明[1,2]:從1985年至2005年的20年間,中國 成年國民 的體質健康狀況有所改善,但與運動能力有關的諸多身體素質指標則呈下降甚至連續(xù)下降趨 勢。大學時期是青少年至成年人之間的過渡時期,其體質健康狀況直接影響到成年后的體質 健康水平,探討體育鍛煉對體質健康影響的研究具有積極而深遠的意義。運動系統(tǒng)的機能是 人們從事工作及體育活動的基礎,又受到體育鍛煉的影響。骨骼作為運動系統(tǒng)的重要組成部 分,是人體的支架,運動的杠桿,因其健康狀況直接影響到人們的生活質量而備受關注[3,4]。太極拳從清初創(chuàng)建到現(xiàn)在,已經(jīng)有300多年的歷史。太極拳的起源傳說不一, 有張三豐 創(chuàng)拳說、陳王庭創(chuàng)拳說等等,虛無飄渺的傳說為太極拳蒙上了一層神秘的色彩。在以后的流 傳、發(fā)展中,太極拳逐漸演變?yōu)殛愂?、楊式、武式、吳式、孫式等流派,習練者日眾,現(xiàn)在 世界各地均有太極拳練習者,人數(shù)已達數(shù)十億之多。太極拳運動是中國傳統(tǒng)文化的精粹,其 深邃的文化底蘊和健身效果備受國人推崇,擁有廣泛的群眾基礎。隨著太極拳運動被廣大高 校列為體育教學的必修科目,在大學生中間迅速掀起一股習練國粹、弘揚國粹的熱潮。本文 通過教學實驗研究,探討長期太極拳練習對男大學生骨健康的影響,為進一步推廣與普及太 極拳運動,豐富和完善太極拳健身理論提供科學依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

按照自愿報名的原則,在簽署知情同意書后,將西安交通大學一年級男大學生99人(表1) 分為兩組(實驗組和對照組),制定一個學期的太極拳健身運動干預方案。

受試者按照如下條件篩選:1) 未服用過影響骨代謝的相關藥品;2) 無骨折史及家 族性骨骼病史;3) 未患有影響骨代謝的慢性疾病;4) 所有受試者的營養(yǎng)結構大致相同 (住校食宿)。

運動干預前兩組受試者在性別、年齡、跟骨強度等方面的差異不具有統(tǒng)計學差異。

表1 研究對象基本情況

組別人數(shù)年齡/歲身高/cm體重/kg跟骨強度/%對照組5918.65±1.72162.81±3.1655.76±5.7895.8±14.6 實驗組4018.73±1.85161.98±4.0254.38±5.8196.5±13.91.2 研究方法

1.2.1 太極拳練習干預方案

長期太極拳練習干預方案按照趣味性、科學性、知識性、系統(tǒng)性、實用性的原則制定。 具體內(nèi)容為:24是簡化太極拳、基本步伐、42式太極拳等等。實驗組每周安排太極拳練習5 次以上,每次練習時間為60 min,累計練習為一個完整學期。對照組在進行正常體育課程學 習以外,不安排任何計劃性的體育鍛煉,一般只進行

投稿日期:2009-06-30

作者簡介:張斌南,講師,碩士,研究方向運動人體科學、體育教學與 訓練。通訊作者:劉曉軍。 日常體力活動。運動強度:最大心率的60%～80%,一般控制在120～140次/min。運動強度用 芬蘭產(chǎn)S610iPolar表 控制。為保證健身運動的安全性,采用主觀感覺和教育學觀察法相結合的方法對運動強度進 行適當控調,如果太極拳練習者感覺疲勞和身體不適,則終止當次練習。

1.2.2 測量法

采用美國Lunar公司Achilles Express超聲骨強度儀,測量受試者足跟(跟骨)的振幅 衰減(UBA)、超聲傳導速度(SOS)和骨強度值(Stiffness Index,STI),測試部位一律為右足 跟骨。測試前對受試者右足跟用酒精棉球進行消毒并涂上專用傳導凝膠物,然后將右足放在 測定槽內(nèi),足跟緊貼內(nèi)壁并進行測定。該儀器的測量誤差范圍為±2%。

采用美國Lunar公司生產(chǎn)的DPX-L型雙能量X線骨密度儀,測量受試者第2腰椎和雙側股骨 頸的骨密度值(g/cm2)。DEXA測試方法:受試者著單衣,脫掉皮帶和鞋,呈仰臥位平躺在 檢 查臺特定區(qū)域上,足尖朝上,并與垂直線呈15°,雙臂靠近軀干,從頭部開始掃描至足,完 成全身掃描。測試時要求受試者盡量空腹,身上不佩戴金屬物件。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

用SPSS16.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行處理:所有數(shù)據(jù)用均數(shù)±標準差表示,采用One-way ANOVA 與Least-significant difference(LSD)法進行相關檢驗。

2 結 果

2.1 實驗組與對照組跟骨測量指標比較

表2結果顯示:實驗前兩組同類指標之間不具有統(tǒng)計學差異(P>0.05)。習練太極拳后實 驗組的BUA、SOS、STI等指標明顯高于該組實驗前水平,且都有統(tǒng)計學差異,其中:BUA(超 聲振幅衰減,P

表2 太極拳運動對不同組別跟骨BUA、SOS、STI值的影響

指標實驗組(n=40)實驗前 實驗后對照組(n=59)實驗前 實驗后BUA/dB•MHz-170.99±3.9274.26±3.69**&&71.11±3.6270.86±3.59SOS/m•s-11579.38±36.601584.18±37.32*&1577.29±35.031578.18±36.18STI/%100.97±15.80105.27±14.96**&&9 9.80±13.82100.68±14.78

*表示與實驗組實驗前相比,P

2.2 實驗組與對照組腰椎及股骨骨礦含量比較

表3結果顯示:實驗前兩組同類指標之間不具有統(tǒng)計學差異(P>0.05)。習練太極拳后實 驗組的第二腰椎骨礦含量、股骨近端骨礦含量高于該組實驗前水平,且都有統(tǒng)計學差異,其 中:腰椎骨礦含量差異為P

2.3 實驗組與對照組腰椎及股骨骨密度比較

表4結果顯示 :實驗前兩組同類指標之間不具有統(tǒng)計學差異(P>0.05)。習練太極拳后實驗組的腰椎 和股骨的骨密度值均高于該組實驗前水平,且都有統(tǒng)計學差異P

表3 太極拳運動對不同組別腰椎及股骨骨礦含量的影響 g

指標實驗組(n=40)實驗前 實驗后對照組(n=59)實驗前 實驗后腰椎BMC14.89±4.9216.09±4.53*&14.8 4±3.5614.92±3.64股骨BMC15.78±3.8817.88±3.72**&&15 .72±3.6315.94±3.59

實驗組與對照組實驗后結果之間也有統(tǒng)計學差異P0.05)。該結果提示:太極拳運動可以改善腰椎及股骨運動中對機械 力的耐受水平。

表4 太極拳運動對不同組別腰椎及股骨骨密度的影響 g/cm2

指標實驗組(n=40)實驗前 實驗后對照組(n=59)實驗前 實驗后腰椎BMD0.71±0.180.89±0.14**&&0.74 ±0.130.76±0.11股骨BMD0.69±0.160.87±0.17**&&0.68 ±0.150.67±0.13

3 分析與討論

3.1 骨健康評價的指標

骨健康首先是骨自身物質組成與結構的完整,以及自身生理功能的良好適應與不斷完善 。骨代謝是保證自身組成與結構完整的前提,其主要形式是在破骨細胞的作用下不斷吸收舊 骨,在成骨細胞作用下,合成新骨,這種骨質的破壞、吸收與再形成之間的協(xié)調活動為骨健 康狀態(tài)的維持提供了保障。適當?shù)捏w育鍛煉使骨產(chǎn)生良好適應和完善功能的有效手段,長期 練習可以保證鈣、磷、蛋白質等營養(yǎng)物質的有效吸收和利用,對骨的生理機能產(chǎn)生良好的促 進作用。因此,骨健康評價就是從量變研究到質變研究的過程。

骨吸收過多或形成不足引起平衡失調的最終結果會導致骨量的減少和骨微細結構的變化 ,就會形成骨質疏松。骨質改變首先影響骨結構改變,導致骨機能異常。骨礦含量與骨密度 都是反映骨結構改變的敏感指標,對確定早期骨質疏松最敏感,可預測骨折的危險性,是診 斷骨質疏松癥的主要檢測方法[5,6]。骨強度則是反映骨機能改變的敏感指標,反 映出骨的力學結構和力學性能以及骨代謝等方面改變[7-11]。因此,骨礦含量、骨 密度和骨強度等是評價骨健康的有效指標。

3.2 長期太極拳練習對骨礦含量變化的影響

人類骨骼的生長、發(fā)育和衰老是一個正常的生理過程。在生命的不同時期,人體骨礦含 量有著不同的差異。從出生至20歲,隨年齡增長骨礦含量持續(xù)增加;從20～30歲,骨礦含量 仍在緩慢增加;從30～40歲,骨骼生長處于相對平衡狀態(tài),骨密度也處于一生的峰值期,該 期約維持5～10 a。

雖然個體的骨量大部分是在生長期獲得的,但也有研究報道[12]:在停止生長后, 骨量 仍可增加直到獲得峰值骨量為止。在達到峰值骨量的前后一段時期內(nèi),骨骼變化處于一種相 對平衡狀態(tài),骨密度為一生的高峰期,有人把這一時期稱為骨量平衡峰值期。Snow-Harter [ 13]的研究證明,體力活動與男大學生腰椎骨密度呈正相關,舉重或跑步都能使其明顯增 加。但也有不同的報道,Riggs[14]等觀察到青年男性脊椎骨密度顯示出降低趨勢 。

骨骼任何部位的BMD測量都具有預測骨折風險的價值,多部位的BMD測量可以預測骨折的 風險和進行治療效果的評估。髖部骨折是骨質疏松引起骨折中數(shù)量最大,程度最嚴重的一種 ,1年內(nèi)死亡率比無髖部骨折者高15%～20%[15]。就預測髖部骨折而言,有研究證 實,髖部BMD測量是診斷髖部骨質疏松和預測髖部骨折的首選方法[16,17]。其中股 骨Ward三角區(qū)被一些 研究認定為是評估骨質疏松性骨折危險性的最敏感部位,隨著年齡的增長BMD丟失速度為認 為Ward三角區(qū)>股骨粗隆部>股骨頸>腰椎[18]。高齡人群發(fā)生股骨粗隆部骨折的概 率較股骨 頸明顯增高,腰椎測定常常會受到干擾而不能真實反應實際的骨丟失量[19]。但目 前常用骨 密度測量部位仍以腰椎為主,這主要是因為腰椎是診斷骨質疏松的傳統(tǒng)部位,各種骨密度測 量技術多取腰椎部位。美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)的研究結論認為:跟骨是檢測骨密度的最 佳測定部位。跟骨的骨松質含量較高,骨松質的骨轉換率比骨密質的骨轉換率高8倍[2 0],而測定骨松質的BMD比骨密質的敏感性高。

太極拳是通過關節(jié)、骨骼、韌帶、肌肉的不斷的拉伸,使自身的靈活性不斷提高從而避 免骨損傷;二是通過套路的練習,加大了自身的運動量,使自身的力量和耐力得到不斷增加 ,精力不斷充沛。由于在練習太極拳的過程中,始終都要貫徹“虛領頂勁,氣沉丹田”,久 而久之就會有太極內(nèi)功的生成并隨著練功不斷深入而得到逐漸增強。隨著太極內(nèi)功的不斷增 強,自身的經(jīng)絡逐漸被打通。隨著經(jīng)絡的不斷暢通,使原來不夠健康的骨組織、器官的一些 病灶被逐漸排除,有效改善骨量變化,使其功能到得恢復和加強;而原本健康的組織、器官 的功能得到強化,減少避免骨質疏松癥的發(fā)病率。長期太極拳練習能有效改善男大學生第二 腰椎、股骨近端的骨礦含量和骨密度。本研究的結果表明:長期習練太極拳后實驗組的第二 腰椎骨礦含量、股骨近端骨礦含量高于該組實驗前水平,其中腰椎骨礦含量差異為P

文獻研究發(fā)現(xiàn)習練太極拳是有效改善骨健康的方式[21]:男、女30～39歲運動組研 究對 象的BMD明顯高于同性別同齡的對照組研究對象測量值,具有統(tǒng)計學上的高度顯著差異性( P

3.3 長期太極拳練習對骨強度變化的影響

骨強度隨年齡增長明顯下降,在相仿的重復載荷作用下,老年人較青年人更易發(fā)生骨松 質內(nèi)骨小梁顯微骨折。當顯微骨折達到一定數(shù)量時,在輕微外力作用下即可導致臨床上常見 的壓縮性骨折。因此,在骨質疏松程度評估及骨折危險性的預測中,不能忽視骨小梁的內(nèi)部 結構,而片面強調骨密度在骨質疏松癥中的作用[23]。骨質含量和骨的生物力學性 能指標之 間的關系分析表明,骨質含量的變化和反映骨的生物力學性能的主要指標的變化方向一致, 即二者有正相關的關系;但骨質含量的增減幅度和相應力學指標的增減變化幅度差別仍然較 大。說明骨質含量的丟失與增加是影響骨的力學性能的重要因素,但不是唯一因素[24 ,25]。

BUA(超聲振幅衰減)反映骨及軟組織對聲波吸收和散射使超聲能量信號減低的超聲波 能量比值,依據(jù)它可以診斷骨質疏松。SOS(超聲傳導速度)是身體測量部位寬度或長度與 傳導時間之比,主要受骨彈性、骨形狀、大小、骨力學特性、骨組成和內(nèi)部結構影響,其次 受骨密度影響。聲速的平方與彈性模量、骨強度成正比。跟骨SOS與股骨頸BMD相關性較高( r=0.691),可用以反映股骨頸骨折的危險性[26]。STI(骨強度)可同時反映骨 密度和骨微結 構情況,用這一指數(shù)對WHO所定義的骨質疏松有較好的診斷意義[27]。它與骨質疏 松骨折發(fā)生率呈負相關,與BMD呈同步變化[28-33]。

本研究的結果表明:長期太極拳練習能有效改善男大學生的骨強度,習練太極拳后實驗組的 BUA、SOS、STI等指標明顯高于該組實驗前水平,其中BUA(超聲振幅衰減,P

4 小結與建議

1) 長期太極拳練習能有效提高男大學生骨量水平,尤其是股骨近端和第二腰椎骨礦含量和 骨密度。

2) 長期太極拳練習能有效改善男大學生骨強度水平,提高骨骼對機械負荷與應力刺激的耐 受能力。

3) 需要從骨代謝角度進一步探討太極拳運動改善骨健康的機制。

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第9篇：運動生物力學的定義范文

關鍵詞：人體工程學；高跟鞋；設計

1 人體工程學概述

人體工程學是一門交叉性很強的基礎應用科學，也是指導設計學科進行設計研究的重要科學內(nèi)容。美國人機工程學專家伍德（charlesCwood）認為人體工程學的定義是“設備的設計必須適合人在各個方面的因素，以便在操作上付出最少能耗而求得最高效率?！蔽覈梭w工程學者對人體工程學下的定義是“人體工程學是運用生理學、心理學和其他相關學科的知識，使機器與人相互適應，并創(chuàng)造舒適和安全的環(huán)境，從而提高功效的一門科學?！卑凑諊H人體工程學會（InternationalErgonomics Association，簡稱IEA①）認為：人體工程學是研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學、生理學和心里學等方面的因素，研究人和機器及環(huán)境的相互作用，研究在工作中、生活中和休假時怎樣統(tǒng)一考量工作效率、人體健康、生命安全和舒適程度等問題的學科。②

2 腳型與高跟鞋之間的關系

高跟鞋，顧名思義是指鞋跟非常高的鞋子，一般是指7厘米以上的鞋子。但是由于近年來高跟鞋種類繁多，高跟鞋按高度來分的話，1至3厘米是低跟鞋，4至7厘米是中跟鞋，7厘米以上為高跟鞋；按高跟鞋的鞋跟設計來分的話，分為疊跟、曲線跟、路易式跟、逗號式跟、錐尖跟。

要分析高跟鞋與腳的組合關系，就要先了解人體腳型特征，腳的基本形式由骨骼決定的，腳的骨骼共有26塊，包括趾骨、跖骨、跗骨三大部分，其中趾骨14塊，是足部運動靈活性最高的部位；跖骨5塊，維持著足部運動的平衡性，趾骨和跖骨共同組成趾跖關節(jié)，是腳部屈撓最頻繁的位置；跗骨7塊，貫穿人體重心線，是承受人體重力的主要部位。人腳的26塊骨骼與附著在其上面的肌肉，共同支撐著人體直立和推動著人體運動。

與高跟鞋設計有關的足部結構還有足弓，足弓是腳部位的弓狀突起，在人運動過程中發(fā)揮著重要作用，當足弓受力時，同時足弓會發(fā)生變形（圖1，圖2）。圖1為正常腳弓形狀，圖2為受力后足弓的形狀，足弓在人體當中的作用相當于減震器，正常情況下是弓形的，在受力之后會變平，有些扁平足的人足弓是扁平的，所以扁平足的人比正常人更容易覺得疲勞。如果鞋設計不當，會造成穿用時的不舒適感，嚴重的會導致腳病的產(chǎn)生。例如鞋底凸度過大，會擠壓腳弓，穿用者會感到疲勞，如果長期穿用這樣的鞋，會使附著在腳弓上的肌肉和韌帶受到傷害，造成扁平足，影響人的健康。從舒適性和安全性的角度考慮，鞋的腳弓位置應該加上緩沖和減震裝置，在不影響腳弓正常功能的基礎上，有效改善穿用性能。

3 高跟鞋的高度與舒適性關系

影響高跟鞋舒適性的因素有很多，其中最明顯的就是鞋跟高度。隨著鞋跟高度增加，人體重心向前移，前足承受的壓力增大。跟高3厘米左右的中低跟鞋把足后跟的壓力向前移一部分，分散后足中的壓力，對人體是有利的，可以減緩后跟的疲勞。但是跟高達到7cm的高跟鞋的前足中的壓力過于集中會造成不舒適。隨著鞋的高度的增加，腳掌所承受的壓力也就越大，通過圖3可以看出。對于舒適保健的鞋跟高度有人認為應該是平底鞋；也有人認為平底鞋有害健康會加大足弓的翻折幅度，存在造成足弓彈性喪失的危險，說法不一；但是通過研究發(fā)現(xiàn)舒適保健的不是平底鞋，而是3cm左右坡度的坡跟鞋，使壓力稍稍分散。因此越來越多的平底鞋也是會有一定坡度，與完全平底的鞋相比其耐疲勞時間更長。

高跟鞋的舒適度不僅跟高度有關，鞋跟的粗細對壓力的分布也會產(chǎn)生很大影響。跟的粗細影響腳掌壓力的分散與集中，受力面積越小，壓力越大。穿粗跟鞋的時候，腳部跟骨位置很平穩(wěn)，腳掌的壓力也由后跟分擔了一步分，而穿細高跟鞋的時候，后跟穩(wěn)定性沒有粗跟的好，從心理角度來說不會把后跟所有的重力放在上面，相對來說還是穿粗跟鞋要更舒適一些。

4 結語

從上面的內(nèi)容我們已經(jīng)了解到了人體工程學對于高跟鞋設計應用的重要性，醫(yī)學和人體工程學證明，穿著高跟鞋對人體有不利影響，但因女性的審美需求高跟鞋不會消失，7至10厘米甚至更高的高跟鞋，依然受到很多女士的青睞，所以要想讓高跟鞋與腳進行最舒適的組合，就必須了解腳部的骨骼特征以及影響骨骼受力的鞋的因素。本文對舒適度最高，不利影響降低到最小的高跟鞋設計提供理論參考依據(jù)。

注釋：①IEA是國際人體工程學會的簡稱，成立于1960年，先后召開了10多屆國際性會議，英、美、德、日、法等許多國家的人體工程學會均與IEA建立了聯(lián)系。

②劉峰.人體工程學[M].遼寧美術出版社，2008：8.

參考文獻：

[1]劉峰.人體工程學[M].遼寧美術出版社，2008.

[2]文化服裝學院編（日）.王佩國，郝瑞閩，編譯.文化服裝講座―――鞋?帽篇[M].中國輕工業(yè)出版社，2000.

[3]唐芳，肖居霞，張海泉，魏取福.高跟鞋底優(yōu)化以改善壓力舒適性[J].期刊論文.皮革科學與工程，2011（2）.