運動生物力學特征精選(九篇)

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第1篇：運動生物力學特征范文

關(guān)鍵詞:女子鉛球;優(yōu)秀運動員;最后用力階段技術(shù);運動學特征

中圖分類號:G824.119 文獻標識碼:A 文章 編號:1007-3612(2010)09-0121-04

A Research on Kinematic Characteristics of Final Thrust Phase Te chnical of Excellent Female Shot Putters in China

YANG Ruipeng1,CHEN Xiaolong1,LI Jingang2

(1. Department of Physical Education, Xianyang Normal Univers ity, Xianyang 712000, Shaanxi China;2. Rui Quan Secondary School, Wein an 714000, Shaanxi China)

Abstract: the paper uses three elite female athletes as its subject and adopts the methodof literature review, threedimensional camera and video analysis to analyze th e techniques of the players with the highest scores in the Xiao shan, Shijiazhua ng, Suzhou, and the National Track and Field Grand Prix Championship. It analyz es kinematic characteristics in the last force stage from time, space and space time perspective. It finds that: 1) the right pedal turn of LI Meiju is notactive, braking and the effective kicking of left foot is inadequate; For Li Li ng, the main force point is not obvious; The left muscle pretension level is n ot enough; and the distance of left foot distance to the starting board is too f ar. For GONG Lijiao, the strengthening up and forcing of the upper body is to o earlier. The shot angle is relatively low but she shots faster than the othe r two players. 2) For the three players, there is no difference in their heigh t of shot, but there has a gap in the pace of shot. 3) In the course of the la st force, the distance and time of the shot is relatively short.

Key words: women's shot put; elite athlete; the final stage of the techn ical force; kinematic characteristics

1 研究對象與方法

1.1 研究對象 我國現(xiàn)役的3名優(yōu)秀女子鉛球運動員李梅菊、李玲和鞏立嬌在蕭山、蘇州和石家莊田徑大獎 賽比賽中背向滑步技術(shù)最后用力階段技術(shù)――“從左腳落地到鉛球離手”[1]的運 動學特征為研究對象(表1)。

1.2 研究方法

1.2.1 三維攝像法 采用現(xiàn)場高速錄像圖像采集與計算機硬盤記錄系統(tǒng)設(shè)備,對被試比賽技術(shù)圖像進行了現(xiàn) 場采集。高速錄像光學鏡頭為美國PULNIX公司生產(chǎn)的CCD高速掃描攝像頭(TM-6710CL), 有效感光面積5.8mm×4.3mm;CCD感光元件尺度為9.0 μm×9.0 μm;有效圖像相素為6 48 ( 長)×484(高),拍攝頻率為120 p/s;暴光時間為1/1 000 s;高速采集卡為METEORII-CAMER A-LINK(加拿大),主光軸高度1.2 m,兩攝像頭距離拍攝點為10 m,主光軸間夾角約為90 °。賽前和賽后拍攝了艾捷三維立體框架坐標。

1.2.2 錄像解析法 使用Ariel公司的APAS運動分析系統(tǒng)(美國)對李梅菊、李玲和鞏立嬌于2008年在蕭山 和2007年在蘇州的田徑大獎賽及2007年在石家莊全國田徑錦標賽比賽最好成績動作進行錄像 解 析,依據(jù)人體模型的標準和研究的需要選取20個關(guān)節(jié)點,用低通數(shù)字濾波法對原始數(shù)據(jù)進行 平滑處理,平滑系數(shù)為6,獲取了所需參數(shù)原始數(shù)據(jù)指標。

1.2.3 數(shù)理統(tǒng)計法 運用excel2003對選取的指標與測試結(jié)

投稿日期:2009-12-14

作者簡介:楊瑞鵬,講師,碩士,研究方向體育教學與訓練。

果進行了統(tǒng)計分析,計算出所選指標的平均值、標 準差,并對指標參數(shù)進行了相關(guān)性分析,指標顯著性差異檢驗。

1.2.4 對比分析法 根據(jù)解析得出的所需數(shù)據(jù),與我國前優(yōu)秀 鉛球運動員(隋新梅、黃志紅等)技術(shù)動作參數(shù)和自身的技術(shù)動參數(shù)作對比與分析。

2 結(jié)果與分析

為了便于對最后用力階段的技術(shù)進行診斷,本文從以下四個關(guān)鍵技術(shù)部分對最后用力階 段技術(shù)進行運動學特征分析:第一部分指髖部側(cè)移時的部分參數(shù)運動學特征分析;第二部分 指左側(cè)支撐時的部分參數(shù)運動學特征分析;第三部分指出手時部分參數(shù)運動學特征分析;第 四部分指最后用力整個過程中鉛球的做功距離和時間參數(shù)運動學特征分析。

2.1 髖部側(cè)移時的部分參數(shù)運動學特征分析(表2) 髖部運動的技術(shù)特征指在最后用力階段開始時,右膝和右踝的內(nèi)轉(zhuǎn),右腿轉(zhuǎn)蹬推動髖部 側(cè)移特征。在這個階段要求上體不主動抬起,頭頸不主動扭轉(zhuǎn),從而使身體左側(cè)肌群形成預(yù) 先拉緊,為最后用力創(chuàng)造良好的條件。通過對表1中3名運動員右髖運行距離、右髖速度和右 膝速度的平均值和各自右髖運行距離、右髖速度和右膝速度的平均值的比較發(fā)現(xiàn):這三名運 動員共同特點是右髖運行距離大于左髖運行距離;左髖速度大于右髖速度;右膝速度大于右 髖速度,但是右膝速度和右髖速度均值的差值較小,尤其是李梅菊(差值為0.107 m/s), 所以其右腿蹬轉(zhuǎn)不夠積極。我們知道右腿用力順序應(yīng)該是自下而上的用力順序,右腳應(yīng)積極 蹬伸,使髖部前移并向投擲方向送轉(zhuǎn),實現(xiàn)左側(cè)有關(guān)肌群的預(yù)先拉緊[3],但是根 據(jù)他們右髖 運行距離的對比發(fā)現(xiàn):李玲左髖運行距離較短(0.352±0.09 m),因此,其主要用力 點不突出,身體左側(cè)肌群預(yù)先拉緊程度不夠,超越器械姿勢不充分。

2.1.1 左側(cè)支撐時的部分參數(shù)運動學特征分析(表3、表4) 在推鉛球最后用力階段,左側(cè)支撐的好壞,對出手速度和出手高度將產(chǎn)生影響,良好的 左側(cè)支撐可以使鉛球在出手前獲得足夠的動能,并以適宜的角度、高度和速度將球推出。它 可以在盡可能小的瞬時水平速度的情況下獲得必要的垂直速度,并獲得較大的出手高度。因 此良好的左側(cè)支撐是充分利用身高和臂長自身條件提高出手點以外的另一個必不可少條件。

對表3中分析可知:現(xiàn)役3名運動員左腳著地時左膝角的平均值為(148.440±7.362)°,3 名運動員的左膝緩沖角平均值為(147.215±7.451)°,相比較發(fā)現(xiàn),左膝緩沖角比左膝角 小了1.215°,通 過對他們自身的比較發(fā)現(xiàn):鞏立嬌左膝緩沖角增大了1.063°。與1997年八屆全運會上隋 新梅(20.25 m)、黃志紅(20.24 m)、李梅素(19.46 m)在左腳著地時左膝角分別為 132° 、146°、135°[4],其平均值為139°相比,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)役三名隊員左著時左膝角偏大 ,尤其是鞏立嬌,因此他們上體抬起和發(fā)力時機較早,尤其是鞏立嬌。

出手時3名運動員左膝角的平均值為(174.463±4.012)°,出手蹬地角的平均值為(67.33 2±4.002)°,李梅菊、李玲和鞏立嬌他們的蹬地角分別是(63.7 596±0.871、69.7 08 6±5.779、68.5 263±0.399)。隋新梅(20.25 m)、黃志紅(20.24 m)、李梅素(1 9.46m)出手時左膝角分別為169°、151°、160°,平均值為160°,蹬地角分別為70°、65° 、75°,其平均值為70°。相比之下,除李梅菊的蹬地角較小外,其余兩名現(xiàn)役隊員與前優(yōu) 秀運動員的蹬地角沒有明顯差異,出手時的左膝角度差值較大(約大了14°)。說明現(xiàn)役運 動員非常重視最 后出手時的左支撐,同時這樣也可以獲得理想的出手高度。

左腳距抵趾板距離對運動運的比賽成績和左腿的穩(wěn)固支撐以及蹬地發(fā)力有很大的影響, 穩(wěn)固的左側(cè)支撐,不僅能使滑步取得的預(yù)行速度保持良好的加速節(jié)奏。通過表2,清晰看到 除鞏立嬌外的兩名隊員左腳距抵趾板距離較大,尤其是李玲左腳距抵趾板距離(0.22 266 ±0.069)。因此在訓練中應(yīng)改進滑步技術(shù)。 左腳主動積極著地形成的有力制動,可以阻止上肢的向前運動,結(jié)合右腿的蹬伸,從而加快 最后用力時髖部、上體和鉛球向前上方運動的速度。所以,這3名現(xiàn)役的運動員在以后訓練 時還要改進滑步技術(shù),使左腳能夠觸及抵趾板,形成更穩(wěn)定的左側(cè)支撐。

在左腳的著地制動以及左臂的快速制動的引導下,左側(cè)各環(huán)節(jié)的速度發(fā)生了明顯的變化。從 表4中看,從左腳著地到鉛球出手,運動員左髖的速度從(2.578±0.267)m/s減少到(1.3 43±0.328)m/s;左膝速度從1.1834±0.468增加到到(1.653±0.378)m/s;左踝的速度 從(1.669±0.559)m/s增加到(2.655±0.418)m/s,這是由于左踝用力向上蹬伸的速度大 造成 的 ;左肩速度從(3.417±0.92)m/s減少到(1.711±0.911)m/s,而右肩的速度從(2.901± 0.26 5)m/s加速到(4.035±0.270)m/s,這是由于左肩的有效制動造成的。以上數(shù)據(jù)表明,由于 運 動員左側(cè)肢體強有力的支撐用力、減速與制動效果加速了右側(cè)肢體的運動,使人體獲得了良 好的末節(jié)用力效果。但是鞏立嬌右肩的加速效果不是很好(從(3.122±0.379)m/s加速到( 4.032±0.345)m/s,提高了約0.92 m/s);李梅菊的左踝加速效果不是很好(從(2.199 ±0.017)m/s提高到(2.713±0.416)m/s,約0.514 m/s),但是李梅菊左膝速度卻是減 小的,這可能是由于左腳的有效制動和積極蹬伸的能力欠佳造成的。因此,李梅菊的左踝用 力向上蹬伸不積極和膝關(guān)節(jié)速度減小造成了出手前沒有達到理想的高度和加速效果。

出手右肩速度李梅菊4.0183.8494.3364.068±0.2474.035 ±0.270

李玲3.7253.924.3684.004±0.330 鞏立嬌4.2764.1833.6374.032±0.3451.1.2 出手時的相關(guān)參數(shù)運動學特征分析(表5)

投擲原理告 訴我們,與水平方向成一定角度的拋射體的水平飛行距離取決于其初速度(V0)、出手角度 (0)和出手高度(H),初速度是三個因素中最主要的因素,器械飛行的遠度同器械出手 速度的平方成正比[5],是影響 推鉛球成績最重要的指標其中速度為第一要素、角度為第二要素、高度為第三要素。研究數(shù) 據(jù)很明顯的說明了隨著出手速度的增大,鉛球運動的距離也相應(yīng)的增大,它們之間屬于正比 關(guān)系。前人通過相關(guān)分析后認為鉛球速度的提高幾乎與成績提高成顯著性(相關(guān)系數(shù)大于0 .99)[6],只要出手角度不要有太明顯的變化,當增大出手速度時鉛球運動距離 自然會增大,而且隨著出手速度的相應(yīng)增大,且距離差之間的增大還是一個呈單調(diào)遞增的趨 勢。

從表5看,我國現(xiàn)役的3名運動員出手速度平均值為(12.334±1.018)m/s,我國前優(yōu)秀女 子 鉛球運動員隋新梅(21.66 m)、黃志紅(21.52m)出手速度分別為13.95 m/s、13.93m/ s,二屆世錦賽前三名均值為13.76 m/s[7]?？梢?現(xiàn)役的3名運動員出手速度與 世界優(yōu)秀選 手有較大的差距,因此我國現(xiàn)役的這3名運動員迫切需要提高出手速度。他們之間相互比較 ,則鞏立嬌的出手速度明顯大于李梅菊和李玲的出手速度。

出手角度平均值為(34.173±2.906)°,我國前優(yōu)秀女子鉛球運動員隋新梅(21.66 m) 、 黃志紅(21.52 m)出手角度分別為39°、36.9°,均值為37.85°二屆世錦賽前三名均 值為 37.9°,再通過他們自身出手角度均值的對比發(fā)現(xiàn):鞏立嬌的出手角度偏低(32.830±2 .833)°,因此除鞏立嬌外的兩名現(xiàn)役動員出手角度與世界優(yōu)秀選手沒有多大差距。

手高度平均值為(2.057±0.056)m,我國前優(yōu)秀女子鉛球運動員隋新梅(21.66 m)、黃 志紅 (21.52 m)出手高度都為2.04 m,二屆世錦賽前三名均值為2.06 m[8]。由于 出手高度主要 取決于出手瞬間人體的用力姿態(tài)(是否騰空)、運動員身材(身高)等因素,因此我們引入新的 參數(shù),即出手的高度除身高來進行衡量,發(fā)現(xiàn):李梅菊、李玲和鞏立姣各自的比值平均值分 別是1.187±0.035、1.15±0.072、1.204±0.016,他們的均值為1.181±0.048, 而隋新梅 和黃志紅的比值分別是1.20和1.165,平均為1.18,相比之后發(fā)現(xiàn),我國這三名優(yōu)秀運動 員除出手高度與我國前優(yōu)秀選手相比沒有差距。

2.1.3 鉛球最后用力整個過程的做功距離和時間參數(shù)運動學特征分析(表6) 最后用力的技術(shù)要求是從最后用力開始到鉛球出手瞬間盡可能延長鉛球的做功距離和縮短完 成時間,鉛球速度的80%在這個階段獲得[9]。從表6中可見,我國現(xiàn)役的3名運動員 最后用力 階段鉛球做功距離平均值為(1.575±0.108)m,我國前優(yōu)秀女子鉛球運動員隋新梅(20.2 5 m) 、黃志紅(20.24 m)、李梅素(19.46 m)鉛球做功距離分別為1.72、1.52、1.73 m, 均值 為1.65 m;最后用力階段鉛球做功時間平均值為0.219±0.013,我國前優(yōu)秀女子鉛球運 動員隋新 梅(20.25 m)、黃志紅(20.24 m)、李梅素(19.46 m)鉛球做功時間分別為0.27、0 .2 6、0.26 s,均值為0.263 s。與前優(yōu)秀運動員相比較,我國現(xiàn)役的3名運動員最后用力階段 鉛球做功 距離過短,因此做功時間也要相對要短些。這3名運動員在今后的訓練中應(yīng)盡量在保持較短 的做功時間的前提下,延長鉛球做功距離。而延長鉛球做功距離的方法是:一是增加水平方 向上鉛球的運行距離;二是增加垂直方向上鉛球的位移量即鉛球的高度差。這就要求運動員 既要盡量降低最后用力前鉛球的高度,又要在鉛球出手時身體充分伸展以增加出手高度。從 表14看,這3名運動員最后用力階段鉛球的水平距離平均值為(1.281±0.075)m,鉛球的高 度差 0.945±0.930,通過他們相互對比發(fā)現(xiàn),李玲的鉛球水平運行距離短(0.846±0.018 m )和 鉛球高度差小(0.846±0.018)。說明李玲身體向前性不好和鉛球垂直位移小,影響了鉛球 的 做功距離,這與滑步階段和過渡階段技術(shù)完成情況有很大的關(guān)系。需要說明的是出手高度差 的增加應(yīng)該建立在不影響出手速度、出手高度和出手角度的情況下。 表6 最后用力階段的做功距離和時間指標 (m或s)

4 結(jié) 論

在最后用力階段我國這三名現(xiàn)役優(yōu)秀運動員:

1) 左腳著地時:(1)李梅菊右膝速度和右髖速度的均值的差值較小(差值為0.107 m/ s),李玲左髖的運行距離較短(0.352±0.09)m。因此,李梅菊右腳蹬轉(zhuǎn)的不夠積極, 李 玲的主要用力點不突出,身體左側(cè)肌群預(yù)先拉緊程度不夠,超越器械姿勢不充分;李梅菊的 左踝加速效果不是很好(2.199±0.017 m/s提高到2.713±0.416 m/s,約0.514 m/s) ,其 左膝速度卻是減小的,這是由于左腳的有效制動和積極蹬伸的能力欠佳造成的;鞏立嬌右肩 的加速效果不是很好(從3.122±0.37 m/s 9加速到4.032±0.345 m/s,提高了約0.92m/s) ;除鞏立嬌(0.088±0.023 m)外的兩名隊員左腳距抵趾板距離較大,尤其是李玲。(2 )與 前優(yōu)秀運動員相比他們的左膝角偏大,尤其是鞏立嬌,因此他們上體抬起和發(fā)力時機較早, 尤其是鞏立嬌。

2) 出手時:(1)我國現(xiàn)役的3名運動員左膝角的平均值偏大,說明現(xiàn)役運動員非常重 視出手時的左支撐;(2)除李梅菊的蹬地角較小外,其余兩名現(xiàn)役隊員與前優(yōu)秀運動員的 蹬地角沒有明顯差異;(3)我國現(xiàn)役的3名運動員出手速度與世界優(yōu)秀選手有較大的差距, 但是他們之間相互比較,則鞏立嬌的出手速度明顯大于李梅菊和李玲的出手速度,除鞏立嬌 出手角度偏低(32.830±2.833)外的兩名現(xiàn)役動員出手角度與世界優(yōu)秀選手沒有多大差 距。

3) 在最后用力的過程中,鉛球做功的距離和時間較短。

參考文獻:

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第2篇：運動生物力學特征范文

摘 要 文章通過分析膝關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)特點和生物力學特征，結(jié)合籃球技術(shù)動作特點，確定了膝關(guān)節(jié)各部位運動損傷的發(fā)生機制。并提出通過掌握運動員膝關(guān)節(jié)的運動生物力學特征，對科學指導訓練、提高運動員的訓練水平以及預(yù)防膝關(guān)節(jié)運動損傷發(fā)生等具有非常重要的意義。

關(guān)鍵詞 膝關(guān)節(jié)生物力學 運動損傷 力量訓練

運動生物力學根據(jù)人體的形態(tài)機能特點結(jié)合對運動場地器材的改進，研究最合理、最有效的運動技術(shù)；通過改善訓練手段增加運動訓練的適應(yīng)性；通過研究運動損傷發(fā)生機制、改善不合理的運動技術(shù)，在訓練中改善神經(jīng)肌肉系統(tǒng)功能和強化運動器官承受能力，達到預(yù)防損傷的目的[1]。作者通過參閱大量文獻，闡述籃球運動員膝關(guān)節(jié)運動生物力學特征，提出其指導膝關(guān)節(jié)科學訓練和預(yù)防膝關(guān)節(jié)損傷依據(jù)。

一、膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)及生物力學特征

（一）膝關(guān)節(jié)是人體結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的關(guān)節(jié)，由兩個包在同一關(guān)節(jié)囊內(nèi)的關(guān)節(jié)組成，即股-髕關(guān)節(jié)為滑車關(guān)節(jié)和股-脛關(guān)節(jié)為橢圓形關(guān)節(jié)。膝關(guān)節(jié)周圍的肌肉、肌腱、前方髕韌帶、內(nèi)外側(cè)副韌帶、前后十字韌帶以及內(nèi)外側(cè)半月板共同維持膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性[2]。

（二）膝關(guān)節(jié)的側(cè)副韌帶位于關(guān)節(jié)囊的外面，有內(nèi)側(cè)副韌帶和外側(cè)副韌帶兩條，其主要作用是使膝關(guān)節(jié)不能產(chǎn)生內(nèi)收與外展運動，并且限制膝關(guān)節(jié)過度發(fā)生旋轉(zhuǎn)的活動。[這兩側(cè)韌帶在膝關(guān)節(jié)伸直時被拉緊起固定作用，此時小腿不能做內(nèi)旋及外旋動作。當屈膝時，這兩側(cè)韌帶松弛，小腿可做小幅度的內(nèi)、外旋動作[3]。在籃球運動中膝關(guān)節(jié)屈曲，小腿突然內(nèi)收內(nèi)旋，或大腿突然外展外旋可能發(fā)生外側(cè)副韌帶損傷。常見持球突破，急停跳起投籃或跳起搶籃板等動作。

（三）半月板由致密環(huán)狀纖維所組成，其中含少量軟骨組織，具有一定的彈性，它們的主要功能是使股骨與脛骨兩者的關(guān)節(jié)面更加吻合，增加膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，并且有緩沖股、脛骨之間沖擊力的作用[4]。

（四）膝關(guān)節(jié)囊內(nèi)共兩條十字韌帶，主要功能是限制脛骨過度前移或后移。膝關(guān)節(jié)處于半屈曲位突然完成旋轉(zhuǎn)及內(nèi)收、外展是重要的損傷機制，常合并內(nèi)側(cè)副韌帶或半月板損傷。

股四頭肌腱大部分止于髕骨上緣，一部分越過髕骨上緣止于髕骨表面，股四頭肌在膝屈30°時，4個頭的合力最大，加上這時髕股間的力矩最大[5]。

（五）膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性生物力學

膝關(guān)節(jié)是全身最大的負重關(guān)節(jié)，同時它又缺乏固有的內(nèi)在穩(wěn)定性，韌帶、關(guān)節(jié)囊和提供的靜力和動力性穩(wěn)定作用起著特別重要作用[6]。

（六）籃球運動的基本技術(shù)動作生物力學分析

膝關(guān)節(jié)主要功能是屈伸運動，在半屈或屈90°時有輕微的旋轉(zhuǎn)運動?；@球運動中的特點是膝關(guān)節(jié)于半蹲位滑步、進攻、防守、制動、踏跳與上籃、落地緩沖等。這些動作都要求膝于半屈曲位屈伸與扭轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)快速變向、伸膝發(fā)力的要求。

二、膝關(guān)節(jié)力量訓練

根據(jù)膝關(guān)節(jié)運動生物力學原理，力求膝關(guān)節(jié)在運動中穩(wěn)定性和靈活性相統(tǒng)一，力量、速度和耐力相統(tǒng)一。所以對膝關(guān)節(jié)周圍肌肉韌帶的力量訓練尤為重要。使膝關(guān)節(jié)適應(yīng)籃球運動技術(shù)特點的力學要求，同時保護關(guān)節(jié)避免損傷發(fā)生。通過對關(guān)節(jié)周圍肌肉力量訓練經(jīng)過力的傳遞結(jié)構(gòu)強化至肌腱、韌帶以及骨。

（一）肌肉力量訓練相關(guān)理論

“訓練適應(yīng)”是反映運動員機體在長期訓練和外界環(huán)境（指自然環(huán)境與訓練、比賽環(huán)境、其中主要是訓練負荷）刺激的作用下所產(chǎn)生的生物學方面的“動態(tài)平衡”（指能量消耗與補充的動態(tài)平衡）。這種適應(yīng)能滿足競技比賽所需要的各種機能能力，并按照“刺激—反應(yīng)—適應(yīng)—再刺激—再反應(yīng)—再適應(yīng)”的規(guī)律變化。運動訓練的任務(wù)就是通過合理的訓練負荷，打破機體原有的生物適應(yīng)與平衡，使機體在新的水平上產(chǎn)生新的生物適應(yīng)與平衡[7-8]。

（二）方法

1.固定阻力負荷練習

又稱靜力性練習。是指人體用力時，各運動環(huán)節(jié)無運動狀態(tài)的變化，此時，肌肉產(chǎn)生張力但不發(fā)生長度變化。如靜止負杠鈴半蹲等。

2.動力性沖擊負荷訓練

是指肌肉先進行離心收縮、緊接著迅速進行向心收縮的練習方法。是利用肌牽張反射會產(chǎn)生超大力量的原理，是在一次練習中增大肌肉訓練效果的較好練習形式。

3.等動練習器械訓練

該種練習是借助專門的等動力量練習器進行，在練習中，練習的阻力與運動員的用力相適應(yīng)，從而保證了肌肉在收縮過程中始終按恒速或接近恒速的方式進行。

三、結(jié)論

膝關(guān)節(jié)是人體結(jié)構(gòu)最復(fù)雜關(guān)節(jié)，本身內(nèi)在不穩(wěn)定。籃球運動員膝關(guān)節(jié)運動專項技術(shù)動作又處于關(guān)節(jié)生物力學的薄弱點。所以運動損傷發(fā)病率高，籃球技術(shù)動作要求膝關(guān)節(jié)適應(yīng)其速度力量及耐力要求。在充分了解膝關(guān)節(jié)生物力學，掌握其力學規(guī)律，根據(jù)人體形態(tài)機能特點，進行科學訓練，不斷改進運動技術(shù)，提高運動成績。同時的預(yù)防運動損傷及康復(fù)都具有重要意義。

參考文獻：

[1] 陸愛云.運動生物力學[M].人民體育出版社.2008.12：2-4.

[2] 陸愛云.運動生物力學[M].人民體育出版社.2008.12：270.

[3] 劉有志.籃球運動中膝關(guān)節(jié)損傷的機制、原因和對策[J].職業(yè)時空.2010.3.

[4] 陸裕樸.胥少汀，等.實用骨科大全[M].人民軍醫(yī)出版社.1997.3：1082.

[5] 李欣.籃球運動中常見傷病的調(diào)查分析與預(yù)防[J].2007.5.

[6] 陸裕樸.胥少汀，等.實用骨科大全[M].人民軍醫(yī)出版社.1997.3：691，1081.

第3篇：運動生物力學特征范文

關(guān)鍵詞：羽毛球；正手；后場高遠球；技術(shù)分析

1.前 言

隨著競技運動的發(fā)展和全民健身的開展，羽毛球運動日漸風靡。無論是競技為目的還是以健身為目的的羽毛球運動，都需要參與者積極地移動、跳躍、轉(zhuǎn)體和揮拍等動作，運動各種技戰(zhàn)術(shù)和步法。

羽毛球中后場高遠球技術(shù)是羽毛球殺球、劈吊等技術(shù)的基礎(chǔ)，對運動員擊高遠球動作進行技術(shù)分析，可以將動作進行量化分析，幫助運動員從根本上了解人體擊高遠球的原理以及如何更好掌握這門技術(shù)。

2.研究對象與方法

2.1 研究對象

本文中以沈陽體育學院4名羽毛球運動員為研究對象，其中2名運動員水平為二級運動，另外2名為業(yè)余水平，4人均以右手持拍，無傷病史。

2.2 研究方法

2.2.1 實驗內(nèi)容及過程

兩臺高速攝像機的擺設(shè)如圖1中A機和B機的位置，A機拍攝運動員側(cè)面的動作，B機拍攝運動員背面的動作，二者實現(xiàn)同步拍攝。每名運動員成功擊打三次，在三次擊打動作中選擇最好的一次擊打動作。

2.2.2 錄像解析

利用會聲會影9.0進行視頻剪輯處理。采用美國APAS解析系統(tǒng)對處理后的視頻進行解析，解析中以Dempster模型作為標準。

3.研究結(jié)果

3.1 引拍階段技術(shù)特征分析

3.1.2持拍臂運動學分析

3.1.2.1右肘關(guān)節(jié)技術(shù)分析

根據(jù)圖2，陳XX和康XX的肘關(guān)節(jié)下降時刻早，關(guān)節(jié)伸展程度大，在20°～40°之間出現(xiàn)一個較長時間的穩(wěn)定波動期，表明右上肢的肌肉群協(xié)調(diào)工作能力強。閆XX的肘關(guān)節(jié)穩(wěn)定波動期很短，說明引拍階段不穩(wěn)。結(jié)合表1和表2，由于肌肉群調(diào)整期過長，速度參數(shù)明顯偏低。劉XX擊球效果優(yōu)于閆XX。通過以上分析，陳XX與康XX的右上肢肌肉群的短時間內(nèi)的協(xié)調(diào)能力較強，劉XX次之，閆XX較弱。

3.1.2.2 右腕關(guān)節(jié)技術(shù)分析

圖3中，運動員腕關(guān)節(jié)開始都有平緩起伏階段，結(jié)束時腕關(guān)節(jié)背伸，這樣揮拍擊球時，腕關(guān)節(jié)會急劇反彈獲得較大的速度。陳XX與康XX的腕關(guān)節(jié)角度變化的平緩起伏很長，然后急劇下降，而閆XX與劉XX的腕關(guān)節(jié)角度，則是一個緩慢的下降趨勢。根據(jù)腕關(guān)節(jié)變化，閆XX與劉XX沒有掌握良好的引拍階段的技術(shù)動作，這也就影響了二人擊球的效果，閆XX與劉XX在今后加強動作規(guī)范性訓練。

3.1.3結(jié)束時刻持拍臂速度特征分析

觀察表1，運動員在結(jié)束時刻各個環(huán)節(jié)的平均速度從小到大依次是右肩關(guān)節(jié)、右肘關(guān)節(jié)、右腕關(guān)節(jié)、右手和拍頭，拍頭速度最大，達到了12.7m/s，可見，持拍臂的速度變化符合力學變法原理。但就個人來看，閆XX有所偏差，右肘關(guān)節(jié)速度為4.6m/s，右腕關(guān)節(jié)稍小，為4.2m/s，不符合力學鞭打原理，分析其原因可能與圖2-3中肘關(guān)節(jié)在穩(wěn)定期的突然增大所引起的。4名運動員拍頭速度從大到小依次是陳XX、康XX、劉XX和閆XX，陳XX最大為14.4m/s，閆XX最小為11.7m/s，相差比較大。所以認為，陳XX在完成引拍中全身的肌肉能夠協(xié)調(diào)配合用力，技術(shù)熟練，康XX次之，劉XX和閆XX一般。

4.結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

4.1.1 陳XX與康XX的右上肢肌肉群的短時間內(nèi)的協(xié)調(diào)能力較強，更有利于擊球前的引拍動作的穩(wěn)定，獲得更好的擊球效果。

4.1.2 閆XX與劉XX沒有掌握好良好的引拍階段的技術(shù)動作，是擊球階段各環(huán)節(jié)速度有較大差距。掌握好良好的引拍階段的技術(shù)動作對于良好的擊球效果至關(guān)重要。

4.1.3 四名運動員在擊球瞬間持拍手臂的速度從小到大依次是右肩關(guān)節(jié)、右肘關(guān)節(jié)、右腕關(guān)節(jié)和右手，符合力學鞭打原理。

4.2 建議

4.2.1 加強肌肉的協(xié)調(diào)性訓練，使肌肉群能夠在短時間能迅速地調(diào)整到最佳狀態(tài)。

4.2.2 加強基本動作的練習，牢固掌握良好的擊打后場高遠球的技術(shù)動作。（作者單位：沈陽體育學院研究生部）

參考文獻：

[1]張麗莉.大學生網(wǎng)球運動員發(fā)球技術(shù)動作的肌電分析[D].東北師范大學，2013.

[2]丁海洋.男子網(wǎng)球運動員發(fā)球技術(shù)左下肢動作的生物力學分析[D].上海體育學院，2013.

[3]張曦元.網(wǎng)球發(fā)球中上肢環(huán)節(jié)鏈鞭打動作的生物力學研究[D].南京體育學院，2013.

[4]周萌然.網(wǎng)球上旋發(fā)球技術(shù)的生物力學分析[D].西南大學，2011.

[5]陳石.網(wǎng)球正手擊球動作下肢的生物力學特征分析[D].北京體育大學，2010.

第4篇：運動生物力學特征范文

關(guān)鍵詞：運動鞋文化；價值解析；多維視角

中圖分類號：G818.4 文獻標識碼：A 文章編號：1004-4590（2015）01-0086-05

作為鞋家族中的一員，運動鞋具有鞋一般意義上的文化表征和功能，同時在其概念的能指與所指、文化的內(nèi)涵與外延上又與一般意義上的鞋具有一定的差異性，它既具有鞋的一般共性又具有其一定的特殊性，具備了一般意義上的鞋所不具備的文化內(nèi)涵和價值功能；運動鞋被冠以“運動”，揭示了運動鞋的本質(zhì)屬性，表明了它與體育運動的關(guān)系。事實上，運動鞋是體育運動的衍生物，它既是體育運動的技術(shù)或者物質(zhì)裝備，又是體育文化的顯性符號，隱含著某種體育精神、價值觀念和信仰追求。

在學術(shù)上，運動鞋研究近年來成為一種重要課題和熱門話題，但這種研究往往是基于運動鞋之于體育運動的重要作用，從人體功效學和運動生物力學等方面進行實驗和探討，這些研究成果雖然在一定意義上影響和推動了體育運動實踐，但不足以反映出運動鞋的文化價值。因為這些研究成果無法幫助我們?nèi)ト娼庾x和詮釋當下的種種現(xiàn)象和趨勢：其一，運動鞋成為一種時尚。從時尚界看，它們通過跨界合作設(shè)計時尚潮流運動鞋，如時尚品牌“Y-3”由日本設(shè)計大師Yohji Yamamoto與阿迪達斯合作創(chuàng)立，New Balance融入中國京劇臉譜元素設(shè)計生產(chǎn)了京劇臉譜限定跑鞋等；在各類秀場上，材質(zhì)獨特、款式新穎的不同運動鞋開始躍入人們的視野，它不僅引領(lǐng)著一種時尚潮流，而且預(yù)示著人們審美和理念的變化以及一種文化變革。從社會生活看，人們借助運動鞋的造型、品牌及內(nèi)涵去修飾裝扮自己、展示自己，從中獲得一種審美愉悅和象征性的精神滿足。其二，運動鞋成為一種日常生活消費。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展、競技體育的廣泛影響以及人們健康意識、消費理念的變化，人們對于運動鞋的消費不僅僅限于休閑、健身、娛樂，而且關(guān)注和追求運動鞋所表達的一種生活方式和個性化需求。其三，運動鞋成為體育收藏界的“寵兒”。時下在體育博物館以及舉辦諸如展覽會、交易會和展銷會等形式多樣的體育收藏活動上，運動鞋均占有重要的一席之地；收藏者不惜重金收藏運動鞋，在收藏中感受著體育文化帶來的審美熏陶和智慧啟迪。這些都彰顯或隱含著運動鞋文化價值的豐富性和多樣性――基于多個學科的視角和維度管析運動鞋文化價值，無論對于運動鞋的研究、制造和銷售，還是對于發(fā)展體育文化、推動競技體育和大眾體育運動都具有重要意義。

1.運動鞋文化的衍生與發(fā)展――基于歷史文獻學的視角與維度

相比于運動鞋人體功效學和運動生物力學等方面的研究，關(guān)于運動鞋文化的發(fā)展史研究則顯得較為冷門，它只是散見于各種歷史文獻之中。這些記載，又往往是基于文化的視角進行真實描述，而非從“運動”或者體育的視角進行記載，但我們不能因此否定這些廣義上的鞋的“運動”功能和作用――在鞋沒誕生之前，人類是以赤腳的形式運動發(fā)展的；在鞋誕生之后，人類又以鞋裝備雙足進行運動發(fā)展，進行著諸如狩獵、奔跑、游戲、軍事斗爭等各種各樣的活動，鞋也隨著人類運動發(fā)展而發(fā)展著它的款式、色彩和制作材料。理論認為，需求是人之本性，是社會發(fā)展進步的動力。鞋正是人類在同自然博弈、發(fā)展自我的“運動”過程中因自身需求而產(chǎn)生的，鞋也因此從一開始誕生便具有“運動”的性質(zhì)，可以說，運動是鞋的本質(zhì)屬性。由此，回溯運動鞋文化的發(fā)展史，我們不得不從兩種視角和維度去審視，一種是廣義意義的“運動鞋”，即鞋；一種是嚴格意義上的“運動鞋”，即應(yīng)用于體育運動中的專業(yè)運動鞋。

廣義意義上的運動鞋文化有著深厚的歷史淵源。吳欣《中國消失的服飾》（2010）、沈從文的《中國古代服飾研究》（2002）、袁杰英的《中國歷代服飾史》（1994）、駱崇琪的《中國鞋文化史》（1990）、周錫保的《中國古代服飾史》（1984）等專著對中國鞋文化進行了多個視角的掃描。其中，由民俗學家葉大兵等編寫的《中國鞋履文化辭典》，從多學科視角系統(tǒng)反映了我國制鞋史和鞋文化發(fā)展史，介紹了傳統(tǒng)和現(xiàn)代鞋履的詳細情況，展現(xiàn)了由鞋所引出的諺語、謎語、成語、寓言、戲劇傳奇等文化景觀。從這些文獻中，我們可以從氏族社會時期的彩陶領(lǐng)略到我國最早的鞋的形象，從歷史考古中欣賞到中國較早的實物鞋，但要挖掘鞋的歷史發(fā)展淵源，還需要我們從歷史文獻中去探尋。

從鞋的發(fā)明創(chuàng)造看，《禮記?禮運篇》以“未有麻絲，衣其羽皮”描述了原始人類以動物的皮來裹腳，這也許正是鞋的最早的雛形；在傳說中，鞋則是由黃帝所發(fā)明，立于北京的《靴鞋行孫祖殿碑》記載了黃帝造鞋，“始創(chuàng)造屐履，借作護足之需”；1973年出土于青海大通縣、被考證距今5000多年的陶俑，其腳穿有一雙尖部上翹鞋，印證了古人在傳說中的黃帝時代已由以物裹足改為穿鞋。從鞋文化發(fā)展看，鞋與古代社會政治、文化禮制有關(guān)密切的關(guān)系。如在先秦時期，殷商時代便初步建立了鞋之禮制，周代設(shè)有負責貴族用鞋的“屨人”一職，周代則明確定義了“復(fù)下日舄，單下日屨”的鞋的形制，其中舄多為貴族穿用，而屨則限于平民穿用。在秦漢時期，規(guī)定喪事著舄、上朝穿靴、燕服穿屨等，鞋的穿用規(guī)制更為具體。魏晉之后，鞋開始趨向于時尚化發(fā)展，如魏晉時期便出現(xiàn)了玉華飛頭履、芴頭履、分梢履、五朵履等，鞋的樣式極為豐富。從鞋與運動的關(guān)系看，歷史文獻中有較多穿鞋運動的記載，如周武王姬在其《履屨銘》中說，“慎之勞，勞則富”，既強調(diào)了鞋的功能和作用，告誡人們精心愛護腳下的鞋，又強調(diào)要著鞋而勞；《南史》這樣記載了嗜好運動的謝靈運，“登躡常著木屐，上山則去前齒，下山則去后齒”；《南史》還記載了人們足穿芒履活動的情形，“使其子弟并著芒履，于齋前習行”；《晉書?石季龍載記》記載了女子穿靴騎馬的情景，“五文織成靴，游于戲馬觀”；李白《嘲魯儒》“足著遠游履，頭戴方山巾”這一詩句中的“遠游履”系唐代的一種便鞋，差不多類似于今天的運動鞋。從這些歷史文獻中可看出，運動鞋在中國有著悠久的歷史淵源和豐富的文化內(nèi)涵。

就嚴格意義上的運動鞋而言，其產(chǎn)生與發(fā)展一般有兩個重要因素，一是古代奧運，雖然最早的奧運賽場上人們是赤腳參與競技，但卻催生了運動鞋；另一個是近代橡膠工業(yè)的進步，為運動鞋的生產(chǎn)與制造提供了理想材料?；仡欉\動鞋的誕生與發(fā)展史，我們可去用幾個“第一”來管窺運動鞋發(fā)展的歷史概貌：世界第一雙槌球鞋――1968年誕生于美國，由“橡膠底+帆布幫”并通過圍條制作而成，它被稱為近代史上第一雙運動鞋；世界第一雙籃球鞋――1917年由美國匡威鞋業(yè)公司生產(chǎn)制造，并隨著籃球巨星Chunk Taylor在巡回賽中推廣，這一運動鞋很快成為籃球運動員和廣大青少年青睞的足下用品；世界第一雙膠鑄釘鞋――上世紀20年代，由阿迪達斯研發(fā)制作，因美國短跑運動員杰西?歐文斯使用而連奪四枚金牌而成為揚名世界的品牌。在此過程中，隨著日本的Asics、德國的Adidao、美國的Converse等名牌廠商不斷研發(fā)，把科技文化融入運動鞋之中，不斷提高運動鞋的性能。上世紀60年代，美國耐克公司開始走出皮革、帆布等制作材料的束縛，大膽嘗試運用尼龍材料做運動鞋子的幫面，所生產(chǎn)的該種運動鞋因其性能柔軟、輕盈而牢固而深受運動員歡迎，后來又成為旅游消費者的青睞。到了上世紀80年代以來，隨著雷寶、耐克等美國公司在全球各地投入生產(chǎn)，美國運動鞋開始風靡全球。這時，中國運動鞋廠商積極引進新材料、新工藝、新技術(shù)，研發(fā)生產(chǎn)各種專業(yè)運動鞋，努力縮小與國外產(chǎn)品的差距。

循著運動鞋文化發(fā)展的歷史脈絡(luò)，可以清晰地看到，隨著科技文化的延續(xù)與融入、時尚文化的融合與衍生、明星文化的影響與深化，同時隨著體育精神的廣泛認知認同與大眾體育的興起，運動鞋文化價值日益凸顯，它在深刻地影響著人們的生活方式和價值觀念。

2.運動鞋文化與體育科學探究――基于運動生物力學的視角與維度

體育是一門科學，而科學是人類永遠無法探知窮盡的領(lǐng)域。作為與體育運動關(guān)系最為直接和緊密的體育運動裝備，運動鞋生物力學是體育科學領(lǐng)域的一個重要分支，這一研究的深化也正是體育科學體系的豐富與完善。事實上，運動鞋的文化魅力和價值，最根本的還是在于運動鞋本身，在于運動鞋的科學，在于科技文化的延續(xù)與融入，其他諸如運動鞋的時尚、精神、消費等文化價值都是運動鞋科技文化的衍生或者派生。

第5篇：運動生物力學特征范文

摘 要 本文章采用文獻資料法，從籃球鞋的分類、構(gòu)造與發(fā)展，踝關(guān)節(jié)的解剖學結(jié)構(gòu)及踝關(guān)節(jié)損傷在籃球運動員中的發(fā)生率，評價籃球鞋的相關(guān)指標，以及鞋幫高度對踝關(guān)節(jié)損傷預(yù)防的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行綜述，為系統(tǒng)地進行籃球鞋研究，提高運動員的運動能力及預(yù)防踝關(guān)節(jié)損傷提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 籃球鞋 踝關(guān)節(jié) 損傷

一、研究目的

籃球運動魅力獨特，是世界上參與人數(shù)最多的項目之一，在我國也有著極為廣泛的群眾基礎(chǔ)。隨著籃球運動水平不斷提高，競爭越來越激烈，隨之而來的是籃球運動員的受傷率大幅上升，其中踝關(guān)節(jié)損傷是籃球運動中最常見的損傷之一，也成為影響籃球運動員運動壽命和限制運動能力的重要因素之一。

二、研究方法

文獻材料法。

三、研究結(jié)果

（一）籃球鞋的分類、構(gòu)造與發(fā)展概況

1.籃球鞋的分類

籃球鞋通常指人在籃球比賽或訓練時所穿用的鞋。最常用的籃球鞋分類方法是按鞋幫高度分類，可分為高幫、中幫及低幫籃球鞋。一般需根據(jù)個人的靈敏性、進攻性和穩(wěn)定性對三種籃球鞋加以選擇。

2.籃球鞋的構(gòu)造

籃球鞋由鞋面、中底和外底構(gòu)成。鞋面是鞋子上的柔軟部分，使腳在打球過程中感到舒適。鞋面一般包括鞋幫、抱腳結(jié)構(gòu)和鞋帶等幾部分，鞋幫如上所述有高、中、低幫之分，抱腳結(jié)構(gòu)使籃球鞋在運動過程中的突然起跳或急停、頻繁轉(zhuǎn)身等動作中更好包裹腳，起到保護作用，許多籃球鞋都使用鞋帶以增加鞋的穩(wěn)定性。

（二）籃球運動中的踝關(guān)節(jié)損傷

1.踝關(guān)節(jié)的解剖學特點

踝關(guān)節(jié)即距骨小腿關(guān)節(jié)，又稱距上關(guān)節(jié)，它是復(fù)合關(guān)節(jié)，由脛距關(guān)節(jié)，腓距關(guān)節(jié)和脛腓關(guān)節(jié)組成。周圍主要的輔助穩(wěn)定的韌帶是：（1）外側(cè)韌帶，包括距腓前韌帶、跟腓韌帶和距腓后韌帶，防止關(guān)節(jié)內(nèi)翻；（2）三角韌帶，防止關(guān)節(jié)外翻；（3）脛腓間聯(lián)合韌帶，保持遠端腓骨和脛骨之間的穩(wěn)定性。

2.踝關(guān)節(jié)損傷在籃球運動員中的發(fā)生率

籃球運動項目特點是空間對抗激烈，地面對抗強，并常伴有身體接觸，對運動員的下肢爆發(fā)力和身體對抗能力要求很高，所以訓練和比賽中運動損傷較多。有研究顯示，踝關(guān)節(jié)損傷是籃球運動損傷中最普遍也最嚴重的傷病之一。一項澳大利亞學者的研究踝關(guān)節(jié)損傷是運動員因傷病而放棄上場的最主要傷?。?3.7%）。踝關(guān)節(jié)損傷會造成運動員的疼痛，踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定，關(guān)節(jié)捻發(fā)音，嚴重時導致殘疾。

3.預(yù)防踝關(guān)節(jié)損傷的重要性

在美國，平均每天發(fā)生踝關(guān)節(jié)損傷多達23000例。一項1983年的調(diào)查報告顯示美國次年花費20億美元在中度及重度踝關(guān)節(jié)扭傷，并預(yù)計2008年這個數(shù)字將達到42.2億美元。對運動員的研究顯示這些數(shù)字主要發(fā)生在籃球運動中。

（三）評價籃球鞋鞋幫高度對預(yù)防踝關(guān)節(jié)損傷的常用生物力學指標

1.運動學指標

運動學指標主要選取踝翻轉(zhuǎn)角γ。

（1）定義

如圖1所示，由右足跟點L和右足跟上點K之間構(gòu)成的直線與右跟鍵點J和右跟鍵上點I構(gòu)成的直線在人體冠狀面上的投影形成的夾角，反應(yīng)踝關(guān)節(jié)的翻轉(zhuǎn)程度。一般當圖中直線LK按逆時針方向轉(zhuǎn)向直線JI形成銳角夾角時，定義翻轉(zhuǎn)角γ為負值，表示足部外翻；當銳角夾角是由直線LK按順時針方向轉(zhuǎn)向直線JI形成時，定義翻轉(zhuǎn)角γ為正值，表示足部內(nèi)翻。

圖1 踝翻轉(zhuǎn)角γ

（2）獲取方法

使用Qualisys紅外光點捕捉系統(tǒng)，對進行動作的受試者進行拍攝。然后使用Qualisys紅外光點分析系統(tǒng)獲取各標志點的三維坐標，然后使用microsoft office excel和Qtools對獲得的個標志點原始三維坐標數(shù)據(jù)進行計算，得出個指標值，進而獲得踝翻轉(zhuǎn)角。

2.動力學指標

動力學指標主要選?。海?）Fz、Fx峰值力；（2）Fz、Fx到達峰值力的時間。

（1）定義

如圖2所示，測力臺三個方向和人體運動方向示意圖，定義前方、側(cè)向和豎直方向上為正。Fz、Fx分別表示地面反作用力在垂直方向和水平側(cè)向方向上的峰值；到達峰值力的時間是指從接觸地面瞬間開始計時到峰值力出現(xiàn)的時間。

圖2 測力臺三個方向和人體運動方向示意圖

（2）獲取方法

受試者在Kistler三維測力臺上做動作。然后使用Kistler測力臺系統(tǒng)自帶軟件得到Fz、Fx（要對體重進行標準化處理，以排除自身體重的差異）。

3.肌電指標

肌電指標主要選取：（1）落地前：預(yù)激活出現(xiàn)的時間、預(yù)激活強度；（2）落地后：肌電活動貢獻率、積分肌電和均方根振幅最大值。

（1）定義

預(yù)激活時間是指在受試者在懸空下落時有肌肉活動出現(xiàn)時刻至落地時刻的這段時間；預(yù)激活強度指預(yù)激活時間內(nèi)的平均振幅；積分肌電是指所得肌電信號經(jīng)整流濾波后求單位時間內(nèi)肌肉信號曲線下面積的總和，反映肌肉在動作過程中的所表現(xiàn)的出來的總的肌肉活性；肌電活動貢獻率是指落地后各塊肌肉的積分肌電占總積分肌電的百分比，反映動作過程中各塊肌肉用力的主次關(guān)系；均方根振幅最大值是指幾點振幅的均方根最大值，反映運動單位募集數(shù)最多、放電頻率最大的情況。

（2）獲取方法

此類研究踝關(guān)節(jié)損傷的文獻中一般選擇脛骨前肌、腓骨中肌和腓骨短肌作為測試肌群。使用Mage肌電采集分析系統(tǒng)，對上述肌肉貼點、采集信號。然后用Mage肌電采集分析系統(tǒng)自帶的軟件對原始肌電信號進行處理，獲得上述指標數(shù)據(jù)。

（四）籃球鞋鞋幫高度對踝關(guān)節(jié)損傷的預(yù)防國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

隨著籃球運動的升溫，國內(nèi)外學者對籃球鞋的研究興趣也不斷增長，其中高幫籃球鞋是否對踝關(guān)節(jié)扭傷的防護有積極作用已成為研究人員研究的熱點。但事實上，研究人員至今為止尚未對此問題達成共識。結(jié)果發(fā)現(xiàn)受試者穿著高幫籃球鞋時前腳掌和頭部受到的沖擊力均較穿著低幫籃球鞋時大，但脛骨所受的沖擊力較小。

四、研究結(jié)論

研究籃球鞋鞋幫高度對踝關(guān)節(jié)損傷預(yù)防的效果時可用多個指標進行評價，生物力學評價指標中除了常用的運動學及動力學指標外，肌電指標也逐漸運用于評價中。由此可看出對籃球鞋鞋幫高度的研究已從之前的單純的踝關(guān)節(jié)解剖學結(jié)構(gòu)角度逐漸發(fā)展到從神經(jīng)肌肉的動用角度。目前國內(nèi)外研究普遍持三種觀點：第一種認為高幫籃球鞋對踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性有積極作用；第二種認為高幫籃球鞋對踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性雖有一定作用但也在一定程度上影響了運動能力；第三種認為高幫籃球鞋對踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性無明顯作用。如何利用運動生物力學評價指標準確地評價鞋幫高度對預(yù)防踝關(guān)節(jié)損傷的作用，如何根據(jù)運動員自身特點選擇合適地籃球鞋等問題尚需要進一步研究。

參考文獻：

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第6篇：運動生物力學特征范文

關(guān)鍵詞：技術(shù)；生物力學；負荷

1.引言

實現(xiàn)體育社會潛力最主要的行為者是體育院系的畢業(yè)生。因此，在學生職業(yè)技能形成的學校教育階段必須形成跑的正確理解和完善跑的技術(shù)。高等院校體育院系的學生入學時已經(jīng)具備了多年的訓練和比賽經(jīng)驗。所從事的專項活動必然對其跑的技術(shù)產(chǎn)生影響。因此本文試圖在考慮學生原有專項的基礎(chǔ)上構(gòu)建合理的跑的技術(shù)教學方法。

2.研究對象與研究方法

2.1研究對象：高等學校體育院系學生跑的技術(shù)的形成和完善過程。

2.2研究方法：

2.2.1 文獻資料法

查閱大量有關(guān)跑的技術(shù)的文獻資料，對本文的研究給予了理論支撐。

2.2.2 實驗法

對田徑跑的專項學生（n=13），體操專項學生（n=12），摔跤專項學生（n=13）進行教學實驗，其中田徑組為對照組，實驗為期一學年，在田徑課的準備活動中采用針對性的練習調(diào)整跑的技術(shù)。

2.2.3 攝像與解析法

高速攝影法和影片解析法，用一臺高速攝影機在現(xiàn)場進行定點拍攝，拍攝頻率100 f/s。教學實驗前受試者以自己舒適的速度跑300米，在其不知情的情況下進行拍攝。實驗后同樣的方法進行攝像。運用“Selicon COACH”，軟件進行解析獲取本研究所需的運動學原始數(shù)據(jù)。

2.2.4數(shù)理統(tǒng)計法

對所獲數(shù)據(jù)運用SPSS14.0統(tǒng)計軟件包進行處理。

3. 結(jié)果分析與討論

3.1 不同專項學生跑的生物力學特征分析

我們的實驗研究了完全不同的兩個運動專項-體操與摔跤。體操專項學生的特點是動作幅度大而且以前腳掌著地。摔跤專項學生的特點是幅度小以腳跟或者全腳掌著地。田徑組在研究中作為對照組。

不同專項學生的跑的生物力學參數(shù)見表1，從表中可以看出田徑專項學生以更大的著地角放腳，這使他們有效的減小了緩沖距離，比體操運動員減少了16厘米，比摔跤運動員減少了8厘米。由于緩沖距離與作用于支撐運動系統(tǒng)的負荷直接相關(guān)。為了減小對運動支撐器官的負荷體操專項的運動員完善跑的技術(shù)首先要解決的問題是積極放腳和著地時前腳掌接近身體重心。而對于摔跤專項的學生來說首要的任務(wù)是形成在著地時以前腳掌著地的習慣。這樣可以使人體最強大的彈簧-前腳掌參與到緩沖過程中來。從而減少有效降作用于腰椎的負荷。

田徑專項的學生身體重心騰起角顯著的低于其他專項的學生（р < 0.05），這減小了支撐階段垂直方向的重心起伏?！疤鴦邮健迸懿皆谒訉ｍ椀拇髮W生中反映最為明顯。其重心騰起角為 10.2 °，比田徑專項和體操專項的學生高1.4°和0.8°。這表明摔跤專項的學生在跑的過程中相對垂直分速度大于其他專項的學生。體操專項與摔跤專項學生在支撐時間與緩沖距離這兩項指標上與田徑專項學生存在顯著性差異。

在達到垂直位置前的緩沖階段支撐腿出現(xiàn)屈膝和屈髖，屈膝和屈髖的程度說明了身體重心下降的程度，也可以用此指標來評價支撐腿退讓性工作的效果。屈膝角最大的出現(xiàn)在體操專項學生中，較田徑組高14.4°和較摔跤組高10.4°。這是由于他們消極放腿的原因引起。最終導致了重心起伏較大。這樣體操組與摔跤組學生重心起伏超過8cm，明顯高于田徑組學生。消極的放腿還導致了緩沖階段退讓性工作的效果，延長了支撐時間，因此田徑組學生支撐時間顯著性（р < 0.05）短于體操組（0.118 с）與摔跤組（0.152 с）。然而雖然支撐時間與緩沖時間田徑組短于實驗組，但是蹬地距離（53.04 см）卻明顯的長于體操組47.4 см.與摔跤組45.4cm。

表1 不同專項大學生跑的生物力學特征

3.2 體操專項大學生實驗前后跑的技術(shù)的變化

由于體操專項的學生特點是消極著地支撐，這導致了緩沖距離延長，降低了垂直位置時的身體重心，也相應(yīng)的增加了對運動支撐器官的負荷。因此他們被施加了能提高主動積極著地，使著地點靠近身體重心的練習。主要練習如下：肩倒立做蹬自行車運動、身體前傾和積極放腿的大步走、小步跑、直腿跑、高抬腿跑、積極落地的單足跳、兩人練習等。

教學實驗后證明對于減小運動支撐器官承受的負荷方面的指標教學實驗是有效的，著地角實驗前（69，8 ±0，6）°，實驗后（72，2 ±0，3）°，增加了2.4°。這表明學生在跑時更加積極主動的在接近垂直的位置放腿，這種著地方式使緩沖距離減少了8.4厘米。實驗后身體重心下降程度變小，屈膝角和屈髖角均顯著性增大，其中屈膝角由原來（133，0±2，0）°到（142，0±1，2）°增加9°，屈髖角增加3°。緩沖距離也有了顯著性的減少，減少了8.4cm。

3.3田徑專項大學生實驗前后跑的技術(shù)變化

田徑專項大學生在本實驗中作為對照組，采用常規(guī)教學方法教學，實驗結(jié)果表明田徑專項大學生所有跑的技術(shù)指標均有好轉(zhuǎn)。減小了蹬地角和騰起角，減低了重心起伏，屈髖角有所增加但屈膝角由于蹬地角和騰起角變小而變小，但是經(jīng)檢驗無顯著性變化。在總體好轉(zhuǎn)的趨勢下田徑專項學生跑的技術(shù)的緩沖距離和蹬地距離沒有變化。可能的原因為一是田徑專項學生的跑的技術(shù)已經(jīng)定型，很難在短時間改變。二是缺少有效的教學手段來減少消極用力的緩沖距離。

3.4不同專項大學生實驗后跑的生物力學特征對比

不同專項的大學生實驗后在反映運動支撐器官所受負荷的指標上已經(jīng)沒有顯著性的區(qū)別，見表2。著地角全部增大。減小了緩沖階段的制動作用。3組學生的騰起角均變小，減小了跑動中的重心起伏，減低了對運動支撐器官的沖擊。其中體操組和摔跤組具有顯著性區(qū)別。在實驗前體操組與摔跤組與田徑組在騰起角這一指標上具有顯著性差異，但是在實驗后各組之間已經(jīng)沒有了顯著性差異，尤其是摔跤組騰起角下降了2.1°。在垂直點支撐腿屈膝角和屈髖角明顯變大，并且在不同專項學生之間不再具有顯著性差別。體操組學生屈膝角增加了9°，而摔跤組學生則在屈髖角這一指標增加了9°。這表明這表明試驗者更加主動的放腿著地支撐，使著地點接近身體重心投影點。在這種情況下在到達垂直位置之前因退讓性工作儲備了更多的彈性勢能，促進了蹬地時肌肉的有效工作。

表2不同專項大學生實驗后跑的生物力學特征對比

此外應(yīng)該注意到這樣一個事實，身體重心起伏程度在不同專項的學生中都有了下降，尤其是實驗組。在實驗后與田徑組已經(jīng)沒有顯著性差異。這表明實驗組的學生的跑的技術(shù)已經(jīng)更為經(jīng)濟和有效。

實驗組在跑速下降的緩沖距離明顯下降（р < 0.05），在這一指標上實驗后與田徑組已經(jīng)很接近，經(jīng)檢驗沒有顯著性差異。而田徑組則基本沒有變化。經(jīng)過對跑的技術(shù)指標進行對比分析后認為實驗組的學生進步更為明顯。在反映對運動支撐器官所承受的的負荷的指標上與田徑組已經(jīng)很接近 ，證明試驗的教學方法有效。

4. 結(jié)論與建議

4.1 決定運動支撐器官受到的負荷的跑的技術(shù)指標是身體重心起伏程度、緩沖距離和著地方式。

4.2 高等院校體育院系學生跑的技術(shù)受先前專項影響。對于體操專項學生來說消極放腿和著地點遠離身體重心投影點。而對于摔跤專項學生來說特點是以后腳跟著地和重心起伏過大。

4.3 完善跑的技術(shù)首先要系統(tǒng)的評價這些指標：騰起角、重心起伏程度、緩沖距離、著地方式等。與跑的運動過程中運動損傷關(guān)系最大的是著地放腿方式。

參考文獻：

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第7篇：運動生物力學特征范文

骨性偏頜畸形是由于上下頜骨左右不對稱形成的顏面部畸形，以上下頜側(cè)方關(guān)系不調(diào)，牙中線不一致，頦部偏斜為主要臨床特征的一類復(fù)雜畸形。它嚴重影響患者容貌、咀嚼、發(fā)音功能，給患者生理及心理造成巨大的壓力，而且常造成患者雙側(cè)顏面不對稱及關(guān)系紊亂［1］。顳下頜關(guān)節(jié)(temporomandibularjoint，TMJ)是人體最復(fù)雜的關(guān)節(jié)之一，對它的研究一直是口腔醫(yī)學專業(yè)的熱點。由于研究方法和手段的限制，對TMJ生物力學行為的認識一直未取得令人滿意的成果。隨著有限元理論分析方法在這一領(lǐng)域的應(yīng)用，對TMJ的應(yīng)力分布及其變化規(guī)律有了初步認識。然而，至今尚未見到有關(guān)于骨性偏頜患者顳下頜關(guān)節(jié)力學分析的報道。本研究利用三維有限元模型進行了骨性偏頜患者顳下頜關(guān)節(jié)生物力學的分析。

1材料和方法

1．1實驗對象和三維影像的獲取選取臨床1例因偏頜求治的女性患者，21歲?；颊邿o頜面部外傷史，無系統(tǒng)疾病史，無正畸史。面部不對稱，頦部偏右約3mm。拍攝頭顱后前位片和側(cè)位片，以及進一步的三維計算機斷層掃描重建(圖1)，發(fā)現(xiàn)患者右側(cè)升支相對左側(cè)較短;上頜平面和下頜平面圍繞矢狀軸旋轉(zhuǎn)，導致平面傾斜(左低右高)。對患者進行CT和MRI檢查，獲取三維影像。通過螺旋CT掃描裝置(SiemensSomatomPlus2，SiemensAG．，Munich，Germany;120kV，175mA)獲取患者CT數(shù)據(jù)。CT掃描間的距離為0．60mm，平面分辨率0．32mm/像素，總共得到了219層圖像。通過1．5特斯拉的磁共振成像掃描儀(SiemensMagnetomVisionPlus，Germany)獲取患者的MRI數(shù)據(jù)。MRI掃描的參數(shù)是T1加權(quán)自旋回波序列、800ms的重復(fù)時間，層面厚度為4mm，而且層面間沒有間距。

1．2建立包含顳骨、下頜骨和關(guān)節(jié)盤三維有限元模型將CT的數(shù)據(jù)通過Mimics軟件中進行組織分離，得到各層影像上頜骨和下頜骨包括牙齒的基本輪廓，并生成相關(guān)的．stl格式的點云文件。采用達索公司生產(chǎn)的CADTIA軟件，運用逆向工程的方法，擬合出實體的三維結(jié)構(gòu)模型，并確定坐標軸(圖2)。將模型導入Ansysworkbench軟件中，網(wǎng)格劃分得到有限元模型。髁突模型表面向外擴展用來填充髁突的邊緣和靠髁突的顳窩區(qū)域的邊緣的間隙，通過模型間布爾運算的方法，得到關(guān)節(jié)盤模型。這樣就得到了包括顳骨、下頜骨和關(guān)節(jié)盤的有限元模型，模型的基本信息為節(jié)點總數(shù)165050，單元總數(shù)102342，單元類型是四面體單元(圖3)。

1．3咀嚼肌的生物力學模型將MRI檢測數(shù)據(jù)導入Mimics參照Koolstra［2］的方法，以人工勾畫的方式提取出感興趣區(qū)肌肉的外形輪廓。從頭部MRI影像中提取出咀嚼肌的斷層形態(tài)，按其坐標在空間疊加，可以得到肌肉的形態(tài)。將頜骨模型和MRI得到咀嚼肌模型進行疊加和擬合，這樣就可以得到主要咀嚼肌在下頜骨的附著面和各個肌肉橫截面積及兩側(cè)比值。通過肌肉的起止點的中心，并參考肌肉形態(tài)，定出肌肉的作用方向的坐標［3］。

1．4材料特性選取下頜骨的外層單元作為皮質(zhì)骨，內(nèi)層單元作為松質(zhì)骨。將關(guān)節(jié)窩幾何形狀稍作簡化，均作為皮質(zhì)骨處理。皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、關(guān)節(jié)盤等材料常數(shù)參照Tanaka等［4］的數(shù)值(表1)。模型各部分為連續(xù)、均質(zhì)、各向同性的線彈性材料。

1．5邊界條件對于該有限元模型的邊界條件，所有方向的運動被位于顳骨后緣頂部的節(jié)點所限制，而所有位于顳骨頂部的節(jié)點限制了垂直方向的運動。矢狀向的運動被顴弓和顳骨后部分的節(jié)點所限制。最后，冠狀向的運動被顳骨中部的節(jié)點所限制。咬合面視為只能壓不能拉。

2結(jié)果

在這個模型中，通過模擬牙尖交錯位來計算加載的方案。咬肌肌力參考Koolstra［5］和Korioth［6］研究。偏斜對側(cè)咬肌肌力的最大值定為100N［3］，其他肌肉的力值通過肌肉橫截面積測量轉(zhuǎn)換得出(表2)。在模擬肌肉負載狀況下，可以觀察到偏斜對側(cè)和偏斜側(cè)的關(guān)節(jié)盤處于不同的受力模式。偏斜對側(cè)的受力部位靠內(nèi)側(cè)，是一種集中的方式;然而偏斜側(cè)的受力部位靠外側(cè)，是一種分散的方式(圖4)。在關(guān)節(jié)窩區(qū)也出現(xiàn)類似的結(jié)果(圖5)。可以發(fā)現(xiàn)移到偏斜對側(cè)顳骨的應(yīng)力集中在顳窩前部和內(nèi)側(cè)，而轉(zhuǎn)移到偏斜側(cè)顳骨的應(yīng)力分散到顳窩的外側(cè)。這種不同的負荷轉(zhuǎn)移，既反映了非對稱加載，也反映了偏頜患者兩側(cè)髁突的形態(tài)變化。在冠狀面方向的斷面圖中，可以觀察到偏斜側(cè)關(guān)節(jié)窩外側(cè)(顳骨鼓室部分)受力大，偏斜對側(cè)關(guān)節(jié)窩內(nèi)側(cè)受力較大(圖6)。在矢狀面方向的圖中可以看到受力部位均靠前，而且偏斜對側(cè)較偏斜側(cè)集中(圖7)。通過觀察關(guān)節(jié)盤中心區(qū)域的斷面圖，可見其應(yīng)力變化和在關(guān)節(jié)窩區(qū)出現(xiàn)的結(jié)果類似(圖8～9)。兩側(cè)關(guān)節(jié)盤的受力和各個方向的分力見表3。

第8篇：運動生物力學特征范文

【摘要】目的 探討項韌帶鈣化與頸椎病的關(guān)系。方法 觀察210例項韌帶鈣化的X線特征,結(jié)合文獻分析與頸椎病的關(guān)系。結(jié)果 項韌帶鈣化與頸椎病的形成密切相關(guān)。結(jié)論 項韌帶鈣化單獨存在時可作為頸椎病的早期診斷。

【關(guān)鍵詞】項韌帶鈣化;頸椎病

項韌帶鈣化是項韌帶出現(xiàn)的一種鈣化現(xiàn)象,正確認識這一病理現(xiàn)象對預(yù)防及治療頸椎病意義重大,本文對210例項韌帶鈣化的X光四位片綜合分析,結(jié)合臨床和文獻總結(jié)出項韌帶鈣化與頸椎病的形成密切相關(guān),項韌帶鈣化可作為頸椎病的早期診斷,報告如下。

1 臨床資料

1.1 一般資料本組210例,其中男121例,女89例,年齡41～79歲,平均年齡51.2歲。

1.2 臨床表現(xiàn)頸部僵硬105例,頸后疼痛91例,上肢麻木131例,頭痛39例,眩暈101例。

2 結(jié) 果

本組210例項韌帶鈣化者,其中193例頸椎椎體前后緣、鉤椎關(guān)節(jié)等處有不同程度的骨質(zhì)增生現(xiàn)象,47例有生理曲度的改變,89例伴有頸部不同程度的椎間盤膨出、突出表現(xiàn),僅有2例為單純的項韌帶鈣化,此2例年齡均為41歲,臨床均以頸部僵硬一月以內(nèi)為主訴就診,其余208例患者均有一月以上病史,伴隨有不同程度的頸椎病。

3 討 論

3.1 項韌帶的功能及鈣化的意義項韌帶有協(xié)助頸部肌肉支持頭頸的作用,并有對抗頸椎屈曲保持頸椎挺直的作用,其主要功能為限制脊柱前屈。當項韌帶受到拉伸負荷時,韌帶變長;當拉伸解除后,膠原纖維在其周圍彈力纖維的牽拉下,恢復(fù)其原有的彎曲結(jié)構(gòu)。膠原纖維本身的伸展性較差,而項韌帶內(nèi)膠原纖維與彈力纖維有著微妙的比例關(guān)系,這樣既允許椎骨間有一定的活動度,又參與了脊柱的穩(wěn)定作用。多數(shù)學者認為:項韌帶鈣化可理解為項韌帶超負荷的一種表現(xiàn)[1,2]。

3.2 項韌帶鈣化的病因及病理多數(shù)學者們認為項韌帶鈣化與創(chuàng)傷有關(guān)[3],外傷性的急性牽拉,頭部過度前屈、持久低頭工作或睡眠時枕頭過高均可牽拉項韌帶引起疲勞性損傷,肌輕微撕裂、出血、滲出、水腫,在不斷損傷和修復(fù)的過程中,肌與肌、肌與韌帶間發(fā)生粘連、攣縮、瘢痕、變形、硬化、局部微循環(huán)發(fā)生障礙,從而使大量的軟骨細胞增生,甲苯胺藍染色使膠原纖維及軟骨細胞呈強陽性,強異染物質(zhì)系酸性粘多糖,其主要成分是硫酸軟骨素,研究表明其與鈣鹽的沉著密切相關(guān)。此外,軟骨細胞具有合成堿性磷酸酶的能力,這也是基質(zhì)鈣化所必須的。項韌帶鈣化的上述病理改變表明它最終是朝著骨化的方向演變。

3.3 項韌帶鈣化與頸椎病的關(guān)系頸椎病是中老年的常見病和多發(fā)病,是由于頸椎椎體、椎間盤、鉤椎關(guān)節(jié)、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)及頸部軟組織發(fā)生退行性改變而壓迫或刺激頸部血管、神經(jīng)根和脊髓引起的一系列臨床癥狀。隨著年齡的增長,頸椎發(fā)生退行性變、側(cè)彎、旋轉(zhuǎn)、椎間關(guān)節(jié)紊亂、失穩(wěn)等狀態(tài)下,此時頸椎的運動功能及生物力學特性發(fā)生了變化,椎體承受力量不均勻,項韌帶負荷過重,受損傷的機會也增加,進一步加劇頸椎骨骼-肌肉系統(tǒng)的退變。頸椎生物力學失衡是引起頸椎病的重要原因。項韌帶的代償性拉長及剝離,打破了生物力學的平衡及協(xié)調(diào)的肌群,而導致頸椎的不穩(wěn)定和序列紊亂,進一步加劇頸椎病的發(fā)生。目前普遍認為頸椎生物力學失衡是引起頸椎病的外因,頸椎病的發(fā)展可視為正常頸椎生物力學平衡的破壞,而項韌帶在頸椎穩(wěn)定性中起著重要的作用。以上所述均說明項韌帶損傷、鈣化與頸椎病有著密切的關(guān)系,是引起頸椎病的一個因素或是頸椎病的早期形成[1-3]。

總之,當頸椎椎間盤及頸椎關(guān)節(jié)發(fā)生退行性變化時,則出現(xiàn)頸椎關(guān)節(jié)節(jié)段性失穩(wěn),于是破壞了頸椎正常的生物力學平衡,并有椎體側(cè)彎或關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)移位、滑脫,在相當于該段水平的項韌帶可發(fā)生鈣化。人們長期前傾或低頭工作引起項韌帶肌肉痙攣、勞損,久之肌力減弱,使動力平衡破壞影響了靜力平衡,從而促使頸椎病的發(fā)生。作者認為在項韌帶鈣化單獨存在時,應(yīng)視為頸椎病的早期診斷依據(jù),此階段是治療及預(yù)防頸椎病的最有利時機。

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第9篇：運動生物力學特征范文

隨著脊柱外科經(jīng)后路內(nèi)固定手術(shù)普遍開展，各種椎弓根螺釘固定系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于臨床，但Esses等[1]通過臨床應(yīng)用調(diào)查這些固定器械發(fā)現(xiàn)沒有哪一種椎弓根螺釘固定比較完善，大量病例的遠期隨訪表明并發(fā)癥多。主要是螺釘松脫、斷釘、內(nèi)固定不牢固、矯正度丟失、椎體間融合形成假關(guān)節(jié)、脫位術(shù)后復(fù)發(fā)、椎弓根斷裂等。Wittenberg[2]認為椎弓根螺釘固定產(chǎn)生并發(fā)癥多的原因是螺釘內(nèi)固定疲勞的結(jié)果。內(nèi)固定器械受周期性負荷而導致疲勞。結(jié)合國內(nèi)外在椎弓根螺釘內(nèi)固定疲勞生物力學方面的研究綜述如下：

1 椎弓根螺釘疲勞指標

Yamgata等[3]認為要研究椎弓根螺釘內(nèi)固定生物力學疲勞特性，應(yīng)從下面3個方面確定：①螺釘強度——疲勞次數(shù)關(guān)系：就是測定螺釘植入后其強度與周期性負荷次數(shù)（疲勞次數(shù)）關(guān)系；②測定螺釘旋入/出力矩。這具指標能表明螺釘固定疲勞前后的力矩變化，代表期疲勞程度；③螺釘最大軸向拔出力，表示釘一骨界面緊握力牢固性。Wittenberg等也研究了強度一疲勞次數(shù)關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)螺釘固定強度隨疲勞次數(shù)增加而下降。Zdeblick等[3]研究螺釘旋入/出力矩與疲勞次數(shù)關(guān)系，并指出力矩隨疲勞總?cè)藬?shù)增加下降。軸向拔出力也下降；釘一骨界面軸向拔出力也隨疲勞次數(shù)增加而下降。

材料選擇，Smith[5]認為椎弓根螺釘內(nèi)固定生物力學體外試驗標本材料有3個來源：①人尸體脊柱標本，最佳是人新鮮尸體脊術(shù)，但來源有限；②人工摹擬脊柱，人工按脊柱椎體骨質(zhì)等特點仿造出脊柱標本，在制造過程中可人為設(shè)計安置各種電子測定元件，有利于試驗記錄測量，但與人體脊柱質(zhì)、量等各方面相差大；③動物新鮮脊柱標本，目前常用是牛的脊柱，Eilke等[6]應(yīng)用小牛的胸6至腰6脊柱段與人胸腰椎脊柱段進行體外比較生物力學試驗，得出試驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析無差異，所以他認為在體外生物力學試驗可用小牛脊柱代替人脊柱當試驗材料。人活體內(nèi)研究因條件及醫(yī)學倫理限制，很少研究。

椎弓根螺釘內(nèi)固定疲勞試驗研究方法及儀器：椎弓根螺釘內(nèi)固定試驗是摹擬內(nèi)固定器械在體內(nèi)受脊柱三維六自由度周期負荷作用下生物力學疲勞變化規(guī)律。研究較復(fù)雜，儀器測試要求高。目前沒有規(guī)范的標準。Goel等[7]認為一種標準體外疲勞試驗一定要做到對椎弓根螺釘內(nèi)固定器械進行摹擬在體測試，獲得不同負荷周期性作用下測出強度-疲勞次數(shù)關(guān)系曲線。疲勞試驗80年代前大都是沒有內(nèi)固定器下的單純標本人工機械試驗。隨著電子技術(shù)發(fā)展，90年代后自動化的試驗機器完全代替人工機械方法，他介紹了美國明尼蘇達州制造的雙軸液壓伺服生物材料測試系統(tǒng)即MTS試驗機。該機優(yōu)點能摹擬人體脊柱在維六自由度運動，即能旋轉(zhuǎn)、拉伸、周期性加載荷，測定過程全自動化計算機控制，減少人為誤差，同時測定強度一疲勞次數(shù)曲線、拔出力和力矩，被認為是目前先進的生物力學試驗系統(tǒng)。 smith[5]也持相同觀點而且建議體外生物力學試驗研究程序化：試驗原理度量科學化試驗?zāi)康脑囼瀮x器選擇負荷加載選定（目前沒有具體標準）標本固定安裝測度系統(tǒng)準備收集試驗資料統(tǒng)計分析、討論。另外Yamagata等[3]介紹日本京都制造通用疲勞試驗機。該機也是電子程控測試，但僅測出強度-疲勞次數(shù)關(guān)系單項指標。還有方法僅測出力矩，或僅側(cè)剛度，或僅測拔出力等單項指標。

2 影響椎弓根螺釘內(nèi)固定生物力學疲勞特性的因素

①椎體骨密度（BMD） 椎弓根及椎體骨密度對其螺釘固定疲勞生物力學是主要影響因素。Halvorson等[8]用雙光子骨密度測定儀測定標本椎體骨密度，分成正常組：1.17±0.08g/cm2；骨質(zhì)疏松組：0.818±0.05g/cm2。發(fā)現(xiàn)正常骨質(zhì)密度組平均軸向挨出力為1540±361N；而骨質(zhì)疏松組為206±159N。即螺釘軸向拔出力與椎體骨密度呈正相關(guān)。Okuyama等[9]認為BMD每降低10mg/ml。螺釘最在拔出力約減少60N。Kumano等[10]認為Ⅲo骨質(zhì)疏松螺釘軸向拔出力100N以下，很容易松動脫出，所以建議Ⅲo骨質(zhì)疏松不要直接用椎弓根螺釘固定。其它研究也證明骨密度對螺釘固定力矩、強度等有重要影響，且呈正相關(guān)[11-14]。

②椎弓根螺釘橫截面積大小和螺釘形態(tài)、長度、固定深度 Brantley等[21]研究指出椎弓根螺釘橫截面積大小對椎弓根橫截面積占有70%以上才有足夠的固定強度；少于這個比例的螺釘則易疲勞松脫。但是當螺釘截面積增大到占椎弓根橫截面積90%時，再增加螺釘直徑，沒有明顯增加固定強度，反面易使椎弓根爆裂骨折。由于椎弓根橫截面積有限，所以螺釘大小其橫截面積為椎弓根橫截面積的0.7-0.9之間為好。螺釘長度增加，固定深度加深也有增強固定強度、防止疲勞作用。但固定深度椎體大小和椎弓根長度的限制。他指出當固定深度為螺釘進入椎弓根穿刺點到椎弓根軸線與椎體前緣交點連線距離80%深度時（原則是螺釘尖端不要穿過椎體前緣皮質(zhì)）螺釘固定強度已足夠，再增加固定深度無明顯增加其固定強度。所以增加固定深度亦有限。還指出螺釘大小、長度、深度對中度以上骨質(zhì)疏松者沒有增加固定強度。Zdeblik等[4]研究螺釘大小對扭力矩強度有正相關(guān)，即螺釘直徑加大，扭力矩可相應(yīng)增加。Kwok等[15]在人尸體上研究比較柱形螺釘和錐形螺釘旋入力矩和軸向拔出力。發(fā)現(xiàn)錐形螺釘能增強旋入力矩。柱形釘無此作用。但兩者軸向拔出力無差別。

③椎弓根長、寬、高 Mckinley等用人工脊柱摹擬椎弓根長、寬、高，并研究長、寬、高對螺釘負荷彎力矩作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)螺釘負荷彎力矩與椎弓根高成負相關(guān)，與椎弓根長度正相關(guān)，寬度對螺釘負荷彎力矩無明顯作用。

④螺釘孔道準備方法及固定方向 George等[17]用鉆頭準備孔道和用定位探子打出孔道方法，并比較2種方法準備孔道后螺釘固定軸向拔出力，結(jié)果兩者無統(tǒng)計學差異，但指出用鉆頭鉆法準備釘孔道定位不準，易造成椎弓根撕裂，而降低固定強度。Ronderos等[18]研究用擊打和非擊打2種方法準備進行螺釘固定測其釘-骨界面拔出力。還有Halrorson等[8]用比螺釘直徑小1mm或相等的兩種攻絲準備孔道，測螺釘軸向拔出力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)用小的攻絲錐準備的孔道螺釘軸向拔出力要大于用與螺釘直徑等大的攻絲錐備成的孔道螺釘向拔出力。

⑤醫(yī)生手術(shù)熟練程度及技術(shù)水平 Stauber等[19]認為椎弓根定位不準確常使螺釘固定穿出椎弓根，破壞了椎弓根骨床質(zhì)量，降低了固定強度，也易造成神經(jīng)損傷。因此有應(yīng)用光纖內(nèi)窺鏡來探查螺釘孔道定位情況，以提高螺釘固定定位的準確性。

⑥螺釘質(zhì)量螺釘質(zhì)量（包括所選用合金材料種類的好壞、剛度強度大小、生產(chǎn)工藝高低等）對其椎弓根固定穩(wěn)定性、牢固性很重要。發(fā)現(xiàn)經(jīng)椎弓根螺釘固定后螺釘彎曲或折斷，Esses等[1]認為是與螺釘機械強度不夠、剛度達不到內(nèi)固定的要求、質(zhì)量不合格有關(guān)。Matsuzaki等認為發(fā)生斷釘是螺釘質(zhì)量不過關(guān)的典型表現(xiàn)，他認為一定要對每一種螺釘?shù)绕餍祽?yīng)用于臨床前進行材料生物力學檢測，質(zhì)量合格后才能應(yīng)用。

⑦負荷大小、周期性次數(shù) Goel等[7]指出疲勞試驗研究基本特征是在人為條件下，施加一定量的預(yù)負荷于標本，在一定的頻率下周期性作用于內(nèi)固定器械來研究其疲勞反應(yīng)及其變化規(guī)律。但目前不同試驗研究的預(yù)負荷、頻率、周期性負荷次數(shù)都不統(tǒng)一。Cunningham.等[21]研究結(jié)果表明：①在400N水平VSP、LSOLA、TSRH、加壓CD棒系統(tǒng)疲勞次數(shù)超過100萬次；②在500N水平VSP、ISOLA、TSKH、加壓CD棒系統(tǒng)疲勞次數(shù)達60萬次時出現(xiàn)疲勞；③在600N水平，4種器械內(nèi)固定系統(tǒng)平均20萬次即出現(xiàn)疲勞反應(yīng)?？梢娮倒葆攦?nèi)疲勞與其受力、疲勞次數(shù)、頻率均有關(guān)。Myers等[13]用MTS對單根螺釘固定進行疲勞試驗，測其軸向拔出力，表明疲勞次數(shù)增加，拔出力下降。在相同疲勞條件下，Wittenberg等[2]AO螺釘平均73300次出現(xiàn)疲勞，VSP螺釘平均20800次出現(xiàn)疲勞，強度-疲勞次數(shù)關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)螺釘固定強度隨疲勞次數(shù)增加而下降，但不是線性相關(guān)。疲勞次數(shù)低于4000次時，各螺釘固定強度無統(tǒng)計學差異。

3 預(yù)防椎弓根螺釘固定疲勞的措施

預(yù)防椎弓根螺釘固定目的是要獲得牢固穩(wěn)定的內(nèi)固定以達到臨床治療目的。因此防止預(yù)防椎弓根螺釘固定產(chǎn)生疲勞問題又成為人們研究的熱點。提高骨密度，防止骨質(zhì)疏松是經(jīng)椎弓根螺釘固定穩(wěn)定牢固的基礎(chǔ)[12]。Pfeiffer等[12]對Ⅲo骨質(zhì)疏松者準備螺釘孔道后，用適量PMMA骨水泥填入孔道再擰入螺釘固定，結(jié)果可以提高螺釘軸向拔出力，固定更牢靠穩(wěn)定，從而防止疲勞。Chiba等[22]研究通過附加椎板鉤輔助固定可能減少椎弓根螺釘負荷而減少疲勞發(fā)生。Stovall等[23]研究腰骶椎融合術(shù)時也應(yīng)用附加椎板鉤輔助固定，也明顯增強內(nèi)固定牢固性。Dick等[24]研究在椎弓根螺釘骨固定器械兩側(cè)縱行板或棍間用橫桿連結(jié)裝置可以提高其固定強度，有利于防止疲勞。Lim[25]又研究了橫桿連結(jié)裝置最佳位置，認為雙橫桿最佳位置是近側(cè)端桿位于縱行板或棍1/4處作用最大；遠側(cè)橫桿應(yīng)位于縱桿1/8處起作用大。另外，提高外科醫(yī)生手術(shù)技術(shù)水平、技巧、熟練程度，對椎弓根螺釘內(nèi)固定牢固穩(wěn)定、降低疲勞也是一項重要措施。

4 椎弓根螺釘疲勞研究存在問題

雖然椎弓根螺釘疲勞生物力學研究做了許多工作，但有些方面有待進一步研究，主要有：①不同年齡段疲勞指標正常參考值沒有確立；②疲勞與螺釘受力方向的關(guān)系沒有報道；③中國人應(yīng)用椎弓根螺釘?shù)钠谏锪W研究。 5 參考文獻

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