肌肉的主要生物力學(xué)特征精選(九篇)

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第1篇：肌肉的主要生物力學(xué)特征范文

【關(guān)鍵詞】皮劃艇（靜水）；項目特征；生物力學(xué)；研究應(yīng)用

一、前言

皮劃艇（靜水）200m作為全新納入奧運(yùn)會中的比賽項目。其相比較于500米以及1000米而言，距離更短，競爭也相對更為激烈，因此該項目對于運(yùn)動員的技術(shù)以及素質(zhì)有著更高的要求，使得該項目的運(yùn)動特征受到了大量運(yùn)動員以及科研人員的重視。研究項目特征以及生物力學(xué)有著極為現(xiàn)實的意義，對我國的體育競技水平有著極大的促進(jìn)作用。

二、項目特征研究

1.運(yùn)動環(huán)境

作為水上運(yùn)動中的一個項目，皮劃艇項目中的艇和人的重心在上面，浮力中心則在下面，一旦出現(xiàn)偏差便會出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)力矩，導(dǎo)致人艇系統(tǒng)將會持續(xù)在不平穩(wěn)狀態(tài)。該項運(yùn)動要保證運(yùn)動員在不平衡過程中可以很好的控制身體姿勢，運(yùn)用正確的劃槳動作使艇得到水的推動力[1]。若艇處于不平衡狀態(tài)中，為了使艇可以平穩(wěn)而快速的前進(jìn)，將對運(yùn)動員的身體控制能力以及平衡力有著極高的要求。

2.運(yùn)動屬性

該項目一般的比賽時間處于40s～60s間，和300米短跑所需時間相近，然而卻和短跑要克服重力進(jìn)行大肌肉群做工有所不同，皮劃艇不需要進(jìn)行承受重力，因此肌肉群的負(fù)荷較小。主要是進(jìn)行磷酸原系統(tǒng)以及乳酸糖酵解進(jìn)行供能，主要是進(jìn)行無氧供能，消耗的全部能量中僅僅有10%～20%為有氧供能，比賽全程是一種力竭性做功過程[2]。皮劃艇作為一項快速無氧為主進(jìn)行周期性的項目，運(yùn)動員對于耐力、速度力量、乳酸耐受力和最大力量等能力都有著極高的要求。

3.競速結(jié)構(gòu)

競速結(jié)構(gòu)就是在皮劃艇比賽的整個過程中對各階段所需速度加以分配以及節(jié)奏安排，研究人員通常將皮劃艇全程分為起航、加速以及途中與沖刺四個部分。合理的競速結(jié)構(gòu)能夠?qū)\(yùn)動員所具有的生物學(xué)機(jī)制進(jìn)行最大程度的調(diào)動。由于皮劃艇是一項水上運(yùn)動，在處于靜止過程中保持平衡非常困難，在起航前將會出現(xiàn)顯著地晃動，所以要將比賽全程分為航前準(zhǔn)備、沖刺、起航以及途中四個階段。

航前準(zhǔn)備階段是使艇保持靜止于水面上得到出發(fā)指令，但是由于皮劃艇相對較窄，一旦運(yùn)動員重心穩(wěn)定性不佳，要想保證整體的平衡，便要調(diào)動大量的肌肉進(jìn)行維持平衡，將會使劃槳做功的肌肉量下降，對出發(fā)后的第一漿劃行質(zhì)量造成不利影響，最終對比賽成績造成影響。所以航前準(zhǔn)備對于平衡能力以及中心穩(wěn)定性有著極高的要求。起航階段是由靜止不斷加速至穩(wěn)定狀態(tài)，此時要保證一個合理的漿頻，并非是漿頻越快越好，一旦頻率過快將會對體能造成極大的消耗。途中階段此時艇速非常穩(wěn)定，此階段時間以及路程都很長，只有控制好漿頻以及劃槳節(jié)奏，確保一個穩(wěn)定的途中速度，便要利用速度力量對途中速度加以不斷的維持。沖刺階段則要具有極強(qiáng)的爆發(fā)力，在確保每漿效果的基礎(chǔ)上最大限度提升漿頻，以此來取得最快速度，此時艇速呈現(xiàn)顯著地提升。

三、生物力學(xué)方法應(yīng)用和展望

運(yùn)動生物力學(xué)對于競技體育領(lǐng)域而言，主要是將其運(yùn)用在合理的訓(xùn)練以及測試中，以技術(shù)角度實現(xiàn)對運(yùn)動員的監(jiān)控。主要的監(jiān)控形式對運(yùn)動員的實時運(yùn)動技術(shù)動力學(xué)參數(shù)以及運(yùn)動學(xué)參數(shù)進(jìn)行測定，同時對參數(shù)做出診斷以及評價，以此作為指導(dǎo)運(yùn)動技術(shù)所學(xué)的理論基礎(chǔ)。錄像解析作為運(yùn)動學(xué)指標(biāo)獲取的主要手段，將劃槳過程中的身體、艇速、漿角以及位移等方面的角度、角速度的變化情況加以分析，以此作為訓(xùn)練的技術(shù)支撐。在皮劃艇前進(jìn)過程中流水和漿葉間存在的相互作用不僅僅是主要的動力源，同時也是重要的阻力源，對水-漿作用力已經(jīng)成為主要的動力學(xué)研究指標(biāo)[3]。采用三維運(yùn)動學(xué)能夠?qū)⑵澩е兴嫔系乃械倪\(yùn)動指標(biāo)進(jìn)行獲取，然而在皮劃艇監(jiān)控當(dāng)中，對艇運(yùn)動現(xiàn)象造成的原因解釋主要是利用水流動力學(xué)，從而實現(xiàn)對運(yùn)動技術(shù)進(jìn)行正確的評價。

四、結(jié)語

皮劃艇運(yùn)動相比其他運(yùn)動而言，對運(yùn)動員所具有的平衡力以及身體控制能力有著較高的要求。作為皮劃艇項目研究中最為關(guān)鍵的階段，起航準(zhǔn)備將對整個比賽成績造成直接的影響。皮劃艇運(yùn)動對于運(yùn)動員體能要求相對較高，要想提高比賽成績，便要在體能的基礎(chǔ)上對能量的利用率加以不斷的提升。而生物力學(xué)將是一種完善運(yùn)動技術(shù)的重要方式，也將是今后研究的重點(diǎn)內(nèi)容。通過不斷的研究提升我國的皮劃艇競技水平，使我國成為一個運(yùn)動強(qiáng)國。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙云濤，曹妮娜.淺談在動作和能量代謝視角下如何進(jìn)行靜水皮劃艇項目訓(xùn)練[J].科技展望，2016，07（07）：266+268.

第2篇：肌肉的主要生物力學(xué)特征范文

關(guān)鍵詞：網(wǎng)球運(yùn)動 正手擊球 技術(shù)動作 運(yùn)動動作形式

中圖分類號：G845 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0218-02

1 正手技術(shù)的特點(diǎn)

正手技術(shù)是運(yùn)用最多的一種擊球技術(shù)，是比賽中進(jìn)攻得分的主要方式，是網(wǎng)球技術(shù)的基礎(chǔ)。根據(jù)網(wǎng)球的正手技術(shù)動作的結(jié)構(gòu)，可分為準(zhǔn)備姿勢，引拍，向前揮拍，觸球、隨揮五部分。正手技術(shù)動作要根據(jù)人體動作的基本運(yùn)動特征和規(guī)律，需要各肌群合理的協(xié)調(diào)運(yùn)用，充分利用好人體的協(xié)調(diào)鏈。即身體的協(xié)調(diào)配合，嚴(yán)格按照肌肉的發(fā)力順序來完成正手技術(shù)動作，利用好人體協(xié)調(diào)鏈的體節(jié)轉(zhuǎn)換，踝、膝、髖、軀干、肩、肘、腕等關(guān)節(jié)的發(fā)力順序來完成正手技術(shù)動作。正手威脅巨大，適用于各種戰(zhàn)術(shù)，可以打出強(qiáng)烈的上旋球和快速的平擊球。戰(zhàn)術(shù)執(zhí)行也更多的借助正手來穩(wěn)定的完成。在底線的對峙中，正手擊球范圍大，能更快的移動到位，適合不同的來球，是最有效的進(jìn)攻和防守方式，側(cè)身正拍的經(jīng)常使用就能說明正拍技術(shù)是首選。正拍擊球直接反映出你的技術(shù)水平的高低，對比賽的結(jié)果產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，因此，要更好的運(yùn)用正手技術(shù)來掌握主動權(quán)。

2 正手技術(shù)動作的肌肉工作原理

網(wǎng)球正手技術(shù)動作是協(xié)調(diào)連貫的全身性的運(yùn)動。任何一個動作都是許多肌肉在神經(jīng)系統(tǒng)的支配下共同參與、相互協(xié)作完成的。肌肉的收縮會產(chǎn)生能量，工作原理是大關(guān)節(jié)帶動小關(guān)節(jié)和大肌群帶動小肌群，人體肌肉的對稱性，完成每一個動作都有不同的肌肉工作形式。正手擊球的動作結(jié)構(gòu)涉及到人體上肢、軀干和下肢等關(guān)節(jié)的運(yùn)動及肌肉的工作。擊球過程中，大肌肉群的發(fā)力與小肌肉群的控制相互配合，不僅依靠手臂力量，而且必須借助下肢充分蹬轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力量，全身的協(xié)調(diào)用力以獲得最大的爆發(fā)力，進(jìn)而擊出理想的球。其力量來源是下肢的蹬伸，軀干的轉(zhuǎn)動，上肢的鞭打傳導(dǎo)到拍頭而產(chǎn)生力量。擊球時，動作要符合大肌肉群優(yōu)先的原則，各相關(guān)肌肉在拉長的條件下，首先是下肢、軀干等大肌肉的用力，然后才是各關(guān)節(jié)的小肌肉群加速用力，其順序是下肢蹬伸―軀干側(cè)轉(zhuǎn)―伸肩―伸肘―前臂內(nèi)旋―上臂轉(zhuǎn)動―手腕屈。

3 正手技術(shù)動作的力學(xué)原理

3.1 正手技術(shù)動作的運(yùn)動學(xué)原理

動作的運(yùn)動學(xué)特征或外貌特征，包含了時間特征、空間特征、時空特征。正手擊球的運(yùn)動學(xué)特征表現(xiàn)在擊球點(diǎn)上，擊球點(diǎn)是否合適，影響著運(yùn)動員擊球的力量、速度、角度、弧度，將決定著擊球質(zhì)量的好壞。所以擊球時要從時間節(jié)奏、空間位移和軌跡、時空上的快慢來調(diào)整動作。所謂擊球點(diǎn)是運(yùn)動員擊球時球拍與球相接觸那一點(diǎn)的時間、空間位置。擊球點(diǎn)包括了三個方面的內(nèi)容：第一，球拍和球的接觸點(diǎn)距地面的高度；第二，接觸點(diǎn)距身體的前后距離；第三，距身體的左右距離。尤其是在移動中擊球、面對不同的來球時，更需要從運(yùn)動學(xué)的時間、空間、時空來調(diào)整動作。

3.2 正手技術(shù)動作的動力學(xué)原理

力是物體間的相互作用，人體動作的實現(xiàn)是內(nèi)外力共同作用的結(jié)果，內(nèi)力主要是肌肉力，外力表現(xiàn)在外部介質(zhì)的作用。人體運(yùn)動只有受到外力的作用下才會改變運(yùn)動狀態(tài)，正手擊球的主要外力有重力、支撐反作用力、彈性力、摩擦力、流體作用力、向心力。

動量用以描述一定質(zhì)量的物體在一定狀態(tài)下運(yùn)動量的物理量。相同質(zhì)量的物體，運(yùn)動速度越大動量就越大。運(yùn)動中增加沖量可以增加人體或物體的運(yùn)動速度，增加沖量通常是加大施力工作距離來實現(xiàn)。其力學(xué)機(jī)制是：一方面使原動肌充分拉長和旋外，以提高肌肉的爆發(fā)式收縮力和旋內(nèi)的向心力，如正手擊球時加大引拍；另一方面可延長最后用力的工作距離，則要以最快的速度完成這段工作距離，以達(dá)到提高擊球速度的目的，如觸球時，要延長球和球拍向前運(yùn)行的距離，因為球拍觸球時，球的速度是先減速再加速的過程，此過程的完成需要一段距離。但是要在最快的時間里完成這段距離以提高擊球速度。

慣性是物體在不受外力作用時，保持其原有運(yùn)動狀態(tài)不變的性質(zhì)。物體質(zhì)量越大，慣性越大。轉(zhuǎn)動慣量是度量轉(zhuǎn)動物體慣性的物理量，轉(zhuǎn)動慣量的大小與物體質(zhì)點(diǎn)系到轉(zhuǎn)軸距離的平方成正比。轉(zhuǎn)動慣量與轉(zhuǎn)動速度是相互變化的，增大轉(zhuǎn)動慣量就會減小轉(zhuǎn)動速度，增大轉(zhuǎn)動速度就會減小轉(zhuǎn)動慣量。如正手擊球時，以肩為軸，直臂擊球時的轉(zhuǎn)動慣量大，但轉(zhuǎn)動速度??；屈臂擊球時轉(zhuǎn)動速度快，但轉(zhuǎn)動慣量小，所以正手技術(shù)動作要保持一定的夾角，既要利用轉(zhuǎn)動慣量也要利用轉(zhuǎn)動速度。

綜上，增加沖量可以增加擊球的速度，增加轉(zhuǎn)動慣量和轉(zhuǎn)動速度可以增加擊球速度。所以正手擊球時，要保持正確的姿勢，利用好動力及力的轉(zhuǎn)化，加大內(nèi)外力，加大作用距離，加大沖量，加大轉(zhuǎn)動慣量同時也要加大轉(zhuǎn)動速度來增加正手擊球的動力速度。

3.3 正手技術(shù)動作的運(yùn)動生物力學(xué)原理

網(wǎng)球技術(shù)動作的生物力學(xué)原理主要包括平衡、慣性、反作用力、動量、彈性能和協(xié)調(diào)鏈這幾方面。動量就是人體產(chǎn)生的力量（質(zhì)量乘速度）。動量有兩種類型：線動量和角動量。線動量，即直線型運(yùn)動，是簡單的將身體重心移向你正在擊球的方向。角動量，即在一圓周運(yùn)動中的動量，則產(chǎn)生于髖部和上體的轉(zhuǎn)動。人體協(xié)調(diào)鏈?zhǔn)侵浮绑w節(jié)的作用就像由一個環(huán)或身體的一部分產(chǎn)生的力量轉(zhuǎn)換成一環(huán)套一環(huán)的鏈條系統(tǒng)”（格羅佩爾，1984）。這些體節(jié)的最佳協(xié)調(diào)（時機(jī)）將允許從一個體節(jié)移至另一體節(jié)，有效地轉(zhuǎn)換為全身的加速度，先前的人體部分的速度補(bǔ)充至下一體節(jié)，該體節(jié)將自身的速度補(bǔ)充至累積的總速度，如此連續(xù)進(jìn)行直至體節(jié)順序的最后部分，此時，球拍用全部積累的速度對著來球最大限度地加速[1]。要遵循大關(guān)節(jié)帶小關(guān)節(jié)的順序性原理，才能產(chǎn)生良好的用力環(huán)節(jié)，產(chǎn)生最后的速度力量。由于人體的下肢力量大并支撐著身體，所以擊球時人體各環(huán)節(jié)按照踝、膝、髖、軀干、肩、肘、腕的順序進(jìn)行活動。

4 正手技術(shù)動作分析

4.1 準(zhǔn)備姿勢和引拍

下肢腿部分開并保持平衡，引拍動作開始于髖部和肩部次序的向后轉(zhuǎn)動，肩部的轉(zhuǎn)動帶動手臂引拍。低重心可以獲得啟動的更大慣性，蹬地產(chǎn)生反作用力，重力線落在支撐面中心身體最穩(wěn)定。若是快速移動，則重力線應(yīng)落在最可能發(fā)生運(yùn)動的方向的支撐面邊緣。若是運(yùn)動方向無法確定，一般將重力線移至支撐面的前方邊緣，這樣能為任何方向的快速移動做好準(zhǔn)備。開放式站位可以產(chǎn)生更快的轉(zhuǎn)動動量和更快的回?fù)羟颉?/p>

軀干和上體的向后轉(zhuǎn)動，可以提前牽張腹部和胸部的大肌組，以便產(chǎn)生能量。肩部轉(zhuǎn)動幅度大于髖部，這對拉長肌肉組織具有一定的作用，可以增大腿部力量的傳遞，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效應(yīng)。

上肢肩部的轉(zhuǎn)動帶動手臂引拍，球拍和手臂離身體越近向后引拍越容易，因為減小了轉(zhuǎn)動慣量增大了轉(zhuǎn)動速度。能量儲存在肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)。通過動體鏈的這些部分逐漸加大力量。

4.2 向前揮拍

下肢蹬地向前轉(zhuǎn)髖轉(zhuǎn)體，軀干和上體向前移動。此過程主要是為線動量轉(zhuǎn)化為角動量而獲得力量，因為網(wǎng)球的主流擊球方式主要是以身體軸為中心，靠轉(zhuǎn)軸點(diǎn)來形成角動量。此時身體重心與根基邊緣的距離變寬更穩(wěn)定，蹬地伸膝就產(chǎn)生線動量， 當(dāng)雙腿和雙腳停止向前移動，用力蹬地促使上體轉(zhuǎn)動，線動量就轉(zhuǎn)換為角動量，從而增加了角動量產(chǎn)生擊球的力量。根據(jù)協(xié)調(diào)鏈，髖部把下肢的力量傳導(dǎo)至上肢到拍頭，起著中樞軸的作用，所以蹬地后要轉(zhuǎn)髖，產(chǎn)生力量的傳導(dǎo)。地面反作用力可以用來克服身體自然的慣性，否則身體將繼續(xù)向前移動。

軀干和上體向前移動，腹部肌肉、手臂肌肉收縮旋內(nèi)，產(chǎn)生爆發(fā)式收縮力增加擊球沖量，屈臂增大轉(zhuǎn)動的速度，提高線動量轉(zhuǎn)化為角動量。體重越大越平穩(wěn)，但移動和停止移動則更難，重心離根基邊緣越近越難以保持平衡。

上肢手臂的動作要稍晚于髖和下肢動作，頭和肩部保持平衡和相對靜止，這樣更易于保持平衡。頭部靜止，肩部放松對保持平衡很重要。

4.3 觸球

下肢的蹬伸，軀干的轉(zhuǎn)動，上肢的鞭打，利用好人體協(xié)調(diào)鏈的體節(jié)轉(zhuǎn)換，踝、膝、髖、軀干、肩、肘、腕等關(guān)節(jié)的發(fā)力順序，按照下肢蹬伸―軀干側(cè)轉(zhuǎn)―伸肩―伸肘―前臂內(nèi)旋―上臂轉(zhuǎn)動―手腕屈的發(fā)力順序來完成正手技術(shù)動作。

身體軸穩(wěn)定，適度的屈膝、屈臂屈肘產(chǎn)生的沖量和轉(zhuǎn)動速度，促使更大角動量的形成，蹬地動作產(chǎn)生的離心力通常會使你離開地面。

軀干和上體的身體動作是，正確利用身體各部分，適度握緊球拍防止擊球點(diǎn)偏離，手腕后屈防止擊球瞬間的晃動。掌握好時機(jī)，利用身體的協(xié)調(diào)鏈，拍頭產(chǎn)生的速度作為角動量。

頭和肩部必須保持在一條直線上以保持平衡，肩部帶動手臂動作。因為擊球最快的揮拍速度來源于肩部向內(nèi)轉(zhuǎn)動。

4.4 隨揮

下肢蹬轉(zhuǎn)，軀干轉(zhuǎn)動，手臂鞭打保持擊球加速度的距離，隨后再隨慣性揮拍貼近身體。鞋和地面的摩擦，摩擦力從線動量轉(zhuǎn)移至角動量。正確的利用協(xié)調(diào)鏈可加快拍頭速度，產(chǎn)生角動量是提高拍頭速度的根本。球拍和手臂隨慣性減速，肌肉放松，能量釋放，就形成了任何力量的轉(zhuǎn)動力矩。球拍和手臂貼近身體，正確的把握使用身體各個部分的時機(jī)。

5 結(jié)語

網(wǎng)球正手技術(shù)是網(wǎng)球運(yùn)動基礎(chǔ)，要想打出有效果的正手，需要對正手技術(shù)動作力學(xué)原理有一個完整的認(rèn)識。動作各環(huán)節(jié)都處于一個協(xié)調(diào)鏈中，要按照協(xié)調(diào)鏈的順序來完成擊球動作；肌肉的牽張收縮和旋內(nèi)的向心運(yùn)動產(chǎn)生力量；增加擊球沖量、增加轉(zhuǎn)動慣量、增加轉(zhuǎn)動速度，促使線動量和角動量的轉(zhuǎn)換形成。全身協(xié)調(diào)有序地用力，線動量和角動量完美結(jié)合，把體節(jié)的累積速度和全身的力量連貫地傳導(dǎo)至球拍上，在恰當(dāng)?shù)膿羟螯c(diǎn)擊出一記好球。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國網(wǎng)球協(xié)會中級教練員手冊.中國網(wǎng)球協(xié)會審定.2010.

[2] 全國體育學(xué)院教材委員會.運(yùn)動生物力學(xué)[M].北京：人民體育出版社，2008.

[3] 馬艷輝.網(wǎng)球正手擊球過程中觸球動作的生物力學(xué)分析[J].競技論壇，2011，（3）：24-26.

第3篇：肌肉的主要生物力學(xué)特征范文

關(guān)鍵詞：初中；立定跳遠(yuǎn)；力學(xué)；學(xué)教法

一、問題的提出

不同階段，學(xué)生的力量、速度、耐力、靈敏和柔韌等身體素質(zhì)各不相同，為此，教師必須在不同的階段，根據(jù)學(xué)生的身體素質(zhì)情況，選擇不同的體育項目，供學(xué)生練習(xí)、鍛煉。初中階段是學(xué)生力量素質(zhì)發(fā)展的敏感期，此時，教師必須增加力量教學(xué)和訓(xùn)練比重。各種跳躍運(yùn)動是發(fā)展力量素質(zhì)的最好方法，立定跳遠(yuǎn)作為提高學(xué)生下肢力量、爆發(fā)力的運(yùn)動項目，沒有過多的條件約束、簡便易行，是訓(xùn)練學(xué)生下肢力量及爆發(fā)力的一項重要運(yùn)動，能夠有效地提高學(xué)生的身體素質(zhì)。因此，為了提高學(xué)生立定跳遠(yuǎn)的成績，本文就利用運(yùn)動生物力學(xué)原理對立定跳遠(yuǎn)技術(shù)進(jìn)行了分析，以期通過理論指導(dǎo)學(xué)生實踐，使學(xué)生掌握正確的練習(xí)方法。

二、研究對象與方法

本文以立定跳遠(yuǎn)運(yùn)動為研究對象，從生物力學(xué)角度談起，就其學(xué)練法進(jìn)行了一番梳理，研究過程中運(yùn)用到了文獻(xiàn)法、教學(xué)實踐法以及總結(jié)提煉法等。

三、結(jié)果與分析

（一）立定跳遠(yuǎn)成績的組成分析

如圖1所示，立定跳遠(yuǎn)的成績S=S1+S2+S3。S1是雙腳起跳離地瞬間身體重心投影點(diǎn)至起跳點(diǎn)之間的距離，S1的大小取決于三個因素：一是身高、腿長，身高腿長在起跳角不變的情況下，重心高則S1增大；二是對于同一練習(xí)者，起跳角a的角度越小，S1越大，角度越大，S1越小，但這并不等于說起跳角a的角度越小，立定跳遠(yuǎn)成績會越好；三是起跳腳離地瞬間練習(xí)者髖、膝、踝三關(guān)節(jié)及趾關(guān)節(jié)蹬伸的伸展程度，蹬伸程度越充分則S1越大。S2是起跳腳離地瞬間重心在重心高度水平的拋射距離，根據(jù)拋射公式S2=V2×sin2a/g，g為重力加速度是常量，由此可見，S2取決于騰起初速度和拋射角度，騰起初速度越大，則S2也越大，理論上在a=45°時S2最大，但由于空氣阻力（可以忽略不計）及考慮S3，實踐中a﹤45°，理論證實a=42°時，S2+S3有最大值，這主要是因雙腳著地瞬間身體重心低于起跳腳離地瞬間身體重心之故。S3是重心回落到起跳離地重心高度水平線至雙腳著地間的距離，它由身高和落地技術(shù)動作決定，盡可能收腹舉腿、雙臂后擺并使雙腿較大幅度前伸而又不至于身體后倒的落地技術(shù)能獲得較大的S3。

（二）立定跳遠(yuǎn)的生物力學(xué)分析

1.起跳技術(shù)分析

（1）關(guān)節(jié)蹬伸速度、幅度。立定跳遠(yuǎn)的遠(yuǎn)度主要由髖、膝、踝快速蹬伸及趾關(guān)節(jié)的末端參與作用而獲得，其中各關(guān)節(jié)的蹬伸速度、蹬伸幅度及協(xié)調(diào)發(fā)力順序是決定學(xué)生立定跳遠(yuǎn)成績的關(guān)鍵技術(shù)。立定跳遠(yuǎn)起跳過程可分為下蹲和蹬伸兩個環(huán)節(jié)，前一環(huán)節(jié)是后一環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備和基礎(chǔ)，動作質(zhì)量的好壞對后一環(huán)節(jié)有著重要的影響。起跳的任務(wù)是使人體獲得最大騰起初速度及最佳騰起角。根據(jù)公式V=2H/t可知，加大起跳時工作距離H，縮短起跳時間t，可以增大騰起的初速度。良好的下蹲動作能為蹬伸創(chuàng)造條件，而下蹲動作能使下肢三關(guān)節(jié)處于最佳的發(fā)力角度，為蹬伸環(huán)節(jié)做好必要的準(zhǔn)備。最大下蹲時下肢三關(guān)節(jié)角度的不同，會直接影響蹬伸效果，進(jìn)而影響起跳效果。而最大下蹲過后，下肢關(guān)節(jié)在短時間內(nèi)迅速伸展，給地面以爆發(fā)性力量蹬離地面的過程稱為蹬伸環(huán)節(jié)。此時，肌肉的工作形式經(jīng)由下蹲階段的離心收縮、等長收縮、迅速轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛐氖湛s。下蹲階段伸膝肌群被動拉長，這樣，一方面大腿伸展肌群能貯存大量的彈性勢能，另一方面肌絲也有了一定的初長度（如果是最適初長度那當(dāng)然是最好），這就可以使起跳腳對地面施加更大的作用力，從而產(chǎn)生較大的垂直作用力。此外，適宜的下蹲幅度，也能使下肢肌處于最適初長度，產(chǎn)生最快的收縮速度及最大的收縮力量，提高起跳效果。

研究資料證實，120°-140°是膝關(guān)節(jié)的最佳發(fā)力角度，立定跳遠(yuǎn)準(zhǔn)備起跳時，膝關(guān)節(jié)角度小于最佳發(fā)力角度，對于成績的提高是有利的，一般都從90°左右開始蹬伸發(fā)力，且蹬伸過程中，膝關(guān)節(jié)的角度必須超過135°，有研究顯示“膝關(guān)節(jié)角在135°以上的范圍進(jìn)行發(fā)力時，屈膝肌群（股二頭肌、半腱肌、半膜肌、腓腸?。┓e極參與伸膝活動，其發(fā)揮的力量較大，而且隨著膝關(guān)節(jié)角度的增加而增大”。當(dāng)然，雙腳起跳腳離地瞬間，理想的下肢姿勢是髖、膝、踝三關(guān)節(jié)完全伸直，這樣既能充分發(fā)揮三關(guān)節(jié)的肌肉力量，使力的作用點(diǎn)通過身體重心，又能增大力的做功距離，使雙腳離地瞬間有較高的身體重心。踝關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)相比是小關(guān)節(jié)，但在立定跳遠(yuǎn)項目中卻有著非常重要的作用?！捌鹛A段踝關(guān)節(jié)的屈伸能力決定起跳階段的蹬伸程度，踝關(guān)節(jié)在跳高起跳過程中起著關(guān)鍵作用?！滨钻P(guān)節(jié)的柔韌性和肌肉力量是影響立定跳遠(yuǎn)成績的兩個重要指標(biāo)，因此在立定跳遠(yuǎn)練習(xí)中我們應(yīng)對學(xué)生的踝關(guān)節(jié)進(jìn)行有針對性的柔韌性和力量訓(xùn)練，采用多種方法與手段以提高學(xué)生的踝關(guān)節(jié)力量與伸展幅度。下肢三關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)用力能力對立定跳遠(yuǎn)成績也起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)大關(guān)節(jié)先運(yùn)動原理，立定跳遠(yuǎn)首先應(yīng)當(dāng)是髖關(guān)節(jié)進(jìn)行發(fā)力，其次是膝關(guān)節(jié)，最后是踝關(guān)節(jié)進(jìn)行用力。這種協(xié)調(diào)用力能力就如同加速度逐漸減小的變加速運(yùn)動，加速度逐漸在減小，但速度卻不斷增大。三關(guān)節(jié)完全伸直后，就能使作用力通過身體重心，提高力的利用率，進(jìn)而提高起跳效果。

（2）兩臂擺動速度及幅度。在起跳階段，當(dāng)兩臂加速上擺時，身體會產(chǎn)生一個方向向下的作用力，此力通過起跳腿傳遞到地面，從而增大了人體對地面的垂直作用力，同時地面也會給人體一個大小相等而方向相反的作用力。這樣，在起跳結(jié)束瞬間，運(yùn)動員就可獲得一個較大的垂直速度，從而跳到更高的高度。在起跳瞬間，手臂的擺動對起跳效果有著非常重要的作用。從生物力學(xué)角度來講，手臂的擺動速度應(yīng)越大越好，當(dāng)雙腿下蹲緩沖時，兩臂由身后較高位置加速向下擺動，可以減小起跳腿對地面的作用力，避免起跳腿受力過大而過度屈曲，影響起跳效果。而在起跳蹬伸階段，兩臂加速向上擺動，會對軀干施加向下的作用力，這種作用力通過起跳腿傳至地面，進(jìn)一步增加了起跳腿對地面的垂直作用力，根據(jù)牛頓第三定律，此時地面也會給人體一個大小相等、方向相反的反作用力，與不擺臂或擺臂速度很小相比，將引發(fā)地面作用于人體更大的反作用力。這樣在運(yùn)動員起跳結(jié)束瞬間，由于力的增加便能產(chǎn)生更大的垂直速度。另外，雙臂擺動后上舉，也可以提高人體重心的位置。有研究顯示，雙臂及擺動腿完全向上伸直，可以使重心提高約身高的1/10。當(dāng)起跳結(jié)束瞬間，雙臂快速制動，其慣性力的方向是向上的，能對起跳腿起到減壓的作用，對起跳腿的三關(guān)節(jié)快速蹬伸，特別是對力量較弱的踝關(guān)節(jié)快速大幅度伸展有著重要作用，對快速拔腰、提肩，帶動身體重心快速上升有積極作用。理想的手臂動作，應(yīng)是下蹲結(jié)束瞬間，兩臂在體后盡可能高的位置；在蹬伸階段，兩臂應(yīng)該向下、向前和向上快速有力地擺動。在擺動時，肘關(guān)節(jié)不應(yīng)太彎曲，理想的角度大約在90°與完全伸直之間。我們可以用雙臂向上擺動的平均垂直速度和擺動幅度來評定擺動效果。在起跳過程中，雙臂擺動的平均垂直速度當(dāng)然是越大越好，還應(yīng)有較大的擺動幅度。這對于提肩拔腰動作和雙腳離地瞬間的身體重心高度都有影響。需要注意的是，臂的擺動幅度并非越大越好，但一般雙臂的肘關(guān)節(jié)不應(yīng)低于肩關(guān)節(jié)，這樣才能形成有力的擺動和制動，提高起跳效果。

2.騰空階段技術(shù)分析

當(dāng)雙腳離地瞬間起跳動作完成，人體便以初速度V進(jìn)入斜拋的騰空階段。當(dāng)人體重心達(dá)到最高點(diǎn)開始下降時，上體要積極下壓，同時雙臂也應(yīng)迅速向前下方擺動，并同時收腹舉腿，同時為落地動作做好積極的準(zhǔn)備。這不僅要求學(xué)生有積極的落地意識，還要求其有較強(qiáng)的腰腹肌力量。

3.落地階段技術(shù)分析

當(dāng)雙腳與地面接觸瞬間，身體各相應(yīng)關(guān)節(jié)應(yīng)進(jìn)行積極的屈曲緩沖，雙臂積極向后下方擺動并積極制動。當(dāng)人體通過下肢與地面相互作用時，下肢各關(guān)節(jié)肌肉雖積極收縮，但由于重力的作用，仍被拉長作離心收縮，完成退讓工作。由沖量定理可知，F(xiàn)t=mv，F(xiàn)=mv /t，mg為人體體重是定量，因此若想減小人體落地時對地面的沖擊力，就必須延長力的作用時間。這種緩沖動作對于動作的順利完成及人體保護(hù)有重要的作用。

（三）立定跳遠(yuǎn)的學(xué)、練法分析

1.踝關(guān)節(jié)的力量及柔韌性學(xué)、練

通過力學(xué)及技術(shù)分析，我們可知道踝關(guān)節(jié)雖然相對于髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)是小關(guān)節(jié)，但它的力量及柔韌性對立定跳遠(yuǎn)同樣有著非常重要的作用。

（1）僵尸跳：這主要是用來發(fā)展踝關(guān)節(jié)、小腿和足弓肌群的肌肉力量。雙手叉腰或自然下垂，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)伸直，主要以踝關(guān)節(jié)的屈伸來完成動作。要求：兩腳左右開立、平行向前，等于或略小于肩寬，起跳時踝關(guān)節(jié)盡最大幅度伸展，落地時用前腳掌著地屈踝緩沖，接著再跳起，每次練習(xí)50-60次，練習(xí)4-5組。

（2）單腳僵尸跳：發(fā)展小腿、腳掌和踝關(guān)節(jié)力量。上體正直，膝部伸直，單腳向上跳起。跳時主要是用踝關(guān)節(jié)的力量，用前腳掌快速蹬地跳起，離地時腳面繃直，腳尖向下。原地跳時，不規(guī)定跳的次數(shù)，以踝關(guān)節(jié)發(fā)酸為準(zhǔn)，然后換腳。每次練習(xí)重復(fù)4-5次。

（3）跪膝：此項練習(xí)在游泳初級訓(xùn)練中較為多用，主要用來發(fā)展踝關(guān)節(jié)柔韌性。要求雙膝、雙踝靠攏跪于地面，臀部坐于雙腳后跟之上。每次練習(xí)3-5分鐘。

2.膝關(guān)節(jié)技術(shù)、力量及擺臂配合學(xué)、練

膝關(guān)節(jié)是人體大關(guān)節(jié)，其力量的強(qiáng)弱直接影響著學(xué)生的立定跳遠(yuǎn)成績。

（1）蹲跳起：主要發(fā)展腿部肌肉和踝關(guān)節(jié)肌肉力量。雙腳左右開立，腳尖平行，等于或略小于肩寬，屈膝向下半蹲（膝關(guān)節(jié)角度最好等于90°），肘關(guān)節(jié)角度約120°，兩臂自然后擺，起跳時兩臂迅速有力地向前上擺，肘關(guān)節(jié)不低于肩關(guān)節(jié)，當(dāng)腳尖等離地面時迅速制動，起跳時兩腿迅速蹬伸，使髖、膝、踝三個關(guān)節(jié)充分伸展，身體成一直線，最后用腳尖蹬離地面向上跳起，落地時用前腳掌著地屈膝、曲踝緩沖，接著再跳起。每次練習(xí)25—30次，重復(fù)3—4組。

（2）連續(xù)蛙跳：主要發(fā)展下肢肌肉力量、起跳技術(shù)及上下肢的協(xié)調(diào)蹬擺能力。雙腳左右開立，腳尖平行，等于或略小于肩寬，屈膝向下半蹲，當(dāng)膝關(guān)節(jié)下蹲至90°時開始蹬伸發(fā)力準(zhǔn)備起跳，肘關(guān)節(jié)角度約120°，下蹲時兩臂自然后擺，起跳時兩臂迅速有力地向前上擺，擺動幅度為肘關(guān)節(jié)不低于肩關(guān)節(jié)，當(dāng)腳尖蹬離地面時迅速制動，起跳時兩腿迅速蹬伸，使髖、膝、踝三個關(guān)節(jié)充分伸展，身體成一直線，最后用腳尖蹬離地面向上跳起，落地時用全腳掌著地屈膝、曲踝緩沖，當(dāng)膝關(guān)節(jié)緩沖到90°時，雙臂擺至身體后下方，接著再跳起。每次練習(xí)10跳，重復(fù)3組。開始對遠(yuǎn)度不提出過多要求，主要以練習(xí)上下肢的協(xié)調(diào)技術(shù)為主，因為動作技能的形成是一個復(fù)雜的、鏈鎖的、本體感受的過程，只有在技能形成后，才能逐漸提高強(qiáng)度，打破動作平衡，重新建立動作平衡。

（3）跳伸練習(xí)：主要發(fā)展大腿肌肉退讓性工作能力。雙腳平行站立于約50cm的臺階上，向前下方跳出，雙腳落于小墊子上屈膝緩沖，當(dāng)膝關(guān)節(jié)被動屈曲至90°時雙臂由前上方擺至身體后下方，同時快速蹬伸、擺臂向前上方跳出，要求下肢三關(guān)節(jié)完全伸直，肘關(guān)節(jié)擺至肩關(guān)節(jié)上方，突然制動。每次練習(xí)6—8次，重復(fù)3—4組。膝關(guān)節(jié)這種退讓性工作能力增強(qiáng)，可以提高起跳時下蹲的速度，使退讓性工作肌群產(chǎn)生更大的彈性勢能，縮短起跳時間，從而獲得更大的初速度，提高學(xué)生立定跳遠(yuǎn)成績。

（4）啞鈴擺臂：主要發(fā)展上肢及肩帶力量。手持啞鈴肘關(guān)節(jié)成120°，雙腳成左右前弓步前后擺臂，要求擺動幅度要大，每組練習(xí)50—60次，重復(fù)4—5組；兩腳尖平行等于或略小于肩寬左右開立，雙手持啞鈴從體側(cè)至雙臂水平再至兩臂肩上舉，每組練習(xí)30次，重復(fù)3組。

（5）手持啞鈴雙腳左右開立跳：主要發(fā)展踝關(guān)節(jié)、肩帶力量及上下肢協(xié)調(diào)能力。兩腳開立至少大于肩寬，開立時雙臂擺至水平，并攏時擺至體側(cè)，要求動作連貫，節(jié)奏感強(qiáng)。每次練習(xí)30—40次，重復(fù)3—4組。

3.起跳角度及落地技術(shù)練習(xí)

圖2

實踐中我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生起跳角度幾乎沒有過大而都是偏小，為了糾正學(xué)生的這一錯誤動作，教師可利用小墊子來提高學(xué)生的起跳角度，如圖2所示。小墊子斜面與地面成42°角，要求起跳時身體成一直線與墊子平面平行，當(dāng)身體重心達(dá)到最高點(diǎn)時收腹舉腿，積極準(zhǔn)備落地動作。為了能夠更好地完成收腹舉腿動作及意識，我們應(yīng)盡量讓學(xué)生采用跳遠(yuǎn)中的滑坐式落地方式，有小墊子的保護(hù)，這種落地方式已成為可能。

四、結(jié)語

通過立定跳遠(yuǎn)的生物力學(xué)分析，我們得知影響立定跳遠(yuǎn)成績的主要因素是下肢三關(guān)節(jié)肌肉力量及蹬伸幅度、起跳角度及上肢擺臂技術(shù)。有了理論指導(dǎo)，我們便可以有針對性地進(jìn)行學(xué)、練，從而提高練習(xí)效果。

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第4篇：肌肉的主要生物力學(xué)特征范文

[關(guān)鍵詞]下頜角截骨整形;三維有限元;生物力學(xué)

[中圖分類號]R782.2[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]1008-6455(2010)03-0344-04

Establishment of three-dimensional finite element model for mandibular angle osteotomy

ZHANG Jin1, LUO Qi 1, WANG Jing-peng1, LIU Da-lie1, HUANG Shi-qing2

(1.Department of Plastic Surgery,Zhujiang Hospital,the South Medical University, Guangzhou 510282,Guangdong,China;2.Institute of Applied Mechanics,Jinan University, Guangzhou 510632, Guangdong,China)

Abstract:ObjectiveTo study the biomechanics of mandibular angle osteotomy, a more precise method for establishment of the three-dimensional (3D) finite element model of edentulous mandible and Temporomandibular Joint (TMJ) is presented.MethodsThe CT images of a young female volunteer were analyzed and managed with DICOM standard and Mimics software. Tension-only Link10 element and contact element were both used for boundary condition in ANSYS software.ResultsA whole 3D finite element model comprising the mandible, TMJ, muscles and ligaments was established. Conclusion A 3D finite element model of mandible and TMJ with highly biomechanical similarity was established for the further study of the biomechanics in the mandibular angle osteotomy.

Key words: mandibular angle osteotomy; 3D finite element method; biomechanics.

隨著計算機(jī)技術(shù)不斷進(jìn)步,有限元法逐漸成為力學(xué)研究中最為重要的分析方法之一,并廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計制造領(lǐng)域,近年來在生物力學(xué)研究中也得到廣泛的應(yīng)用。由于生物體在幾何形狀和材料性質(zhì)上的特殊性和復(fù)雜性,快速、準(zhǔn)確地建立生物組織結(jié)構(gòu)的三維有限元模型是生物力學(xué)有限元研究的難題,同時也是進(jìn)行三維有限元分析的基礎(chǔ)。以往的生物力學(xué)研究由于有限元模型建立手段的限制,只能采取手工或者多種軟件結(jié)合方式針對單一組織結(jié)構(gòu)建立具有共性的有限元模型。隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的進(jìn)步計算機(jī)軟件系統(tǒng)的發(fā)展,使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化影像文件結(jié)合單一軟件建立三維有限元模型成為可能。本文應(yīng)用薄層CT掃描技術(shù),采用DICOM標(biāo)準(zhǔn)格式導(dǎo)入Mimics軟件處理,最終應(yīng)用Ansys有限元軟件快速有效建成無牙下頜骨和TMJ三維有限元模型。

1材料和方法

1.1 樣本來源:選擇顱頜系統(tǒng)發(fā)育正常的健康女性青年志愿者,I類磨牙關(guān)系,牙周健康,無TMJ 疾患。

1.2 試驗設(shè)備:①CT掃描機(jī):采用飛利浦Brilliance 64排螺旋CT 掃描機(jī);②試驗所用計算機(jī)系統(tǒng)硬件配置:CPU Core 2 雙核2.8G,4G DDR2內(nèi)存,640G硬盤;③試驗用計算機(jī)操作系統(tǒng):Windows XP Professional Sp3;④試驗用軟件:Mimics12.0(Materialise's Interactive Medical Image Control System):Ansys12.0(Analysis System)。

1.3 方法

1.3.1 CT掃描:頭顱固定架對患者頭顱進(jìn)行固定,進(jìn)行顱頜面(全顱)的軸向斷層掃描,連續(xù)無間隔掃描。掃描基準(zhǔn)線平行于眶-耳平面。層厚0.67mm,掃描參數(shù)為120kV,230mas,掃描矩陣512×512。顳下頜關(guān)節(jié)區(qū)及下頜骨連續(xù)進(jìn)行170 層掃描。所得圖像經(jīng)聯(lián)機(jī)工作站處理DICOM格式數(shù)據(jù)文件,刻錄存盤。

1.3.2 CT圖像的處理:CT掃描所獲得DICOM格式數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入Mimics12.0軟件。根據(jù)實驗設(shè)計要求通過對蒙罩(Mask)的分割(segementation)操作,在CT圖像上確定需要進(jìn)行三維成像的組織結(jié)構(gòu)邊界,提取出不含下牙列的下頜骨和顳下頜關(guān)節(jié)窩,設(shè)定參數(shù)后重建三維圖像。得到的三維模型是原始三維表面模型,表面粗糙,直接利用其進(jìn)行表面網(wǎng)格劃分將會產(chǎn)生單元形狀畸形,單元數(shù)量過多等問題,影響到后續(xù)力學(xué)計算的速度和結(jié)果分析精確性。因此必須利用Mimics的Remesh模塊對三維模型的表面進(jìn)行平滑(smooth),見圖1。再通過Remesh模塊對模型表面的三角形面片數(shù)量和質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化。表面三角形數(shù)量由126178減少到18008個,且三角形底邊與高之比均大于0.3,符合有限元分析要求,見圖2。

1.4 三維有限元模型建立:將優(yōu)化好的表面網(wǎng)格輸出為Ansys12.0軟件可以識別的Ansys element文件,在Ansys12.0導(dǎo)入該文件,選擇10節(jié)點(diǎn)四面體單元Solid92進(jìn)行三維網(wǎng)格劃分,生成實體模型,共生成161788單元189057節(jié)點(diǎn)。

材料力學(xué)參數(shù):下頜骨的皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨及其他組織(髁突軟骨、關(guān)節(jié)盤等)均為各向同性、均勻連續(xù)的線彈性材料。骨組織力學(xué)參數(shù)由下頜骨CT值計算得出。利用頜骨CT值、表觀密度和骨彈性模量之間的對應(yīng)關(guān)系,根據(jù)構(gòu)成骨的像素的灰度值(CT值)來進(jìn)行插值計算,得到此骨的表觀密度,并由表觀密度推算出它的彈性模量[1]。

在本模型中,骨表觀密度由CT值(Hounsfield)導(dǎo)出。根據(jù)以下公式計算出單元的表觀密度 :

骨組織彈性模量由以下經(jīng)驗公式計算:

由已知水的CT值和表觀密度,皮質(zhì)骨平均CT值和表觀密度,取已知皮質(zhì)骨最大彈性模量,公式(2)簡化為:

則得,k =4249 GPa(g/cm3)-3,

由于不同部位下頜骨皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的CT值有一定變化,所以測量下頜骨五個部位,求得皮質(zhì)骨最大CT值平均為1600HU,松質(zhì)骨最大CT值平均為600HU,導(dǎo)入公式(1)和(3)計算出該模型皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的彈性模量分別為14963.78 MPa和1179.75MPa。

將Ansys前處理模塊中生成的實體模型導(dǎo)回,在Mimics的FEA模塊中根據(jù)下頜骨各單元CT值分別賦材料性質(zhì)。

1.5 模型的邊界約束設(shè)計:對咀嚼肌、下頜韌帶采用桿單元模擬其約束,桿單元材料定義為只受拉不受壓的非線性材料,單元橫截面積與各自模擬的肌肉和韌帶截面積相同。根據(jù)Spronsen等[5-6]的研究結(jié)果獲得咀嚼肌的有關(guān)參數(shù)(見表1)。參考周學(xué)軍等[7]的實驗結(jié)果,獲得關(guān)節(jié)韌帶的參數(shù)(表2),并采用“面-面接觸對” 模擬牙合面和關(guān)節(jié)窩之間的連接。

2結(jié)果

建立了一個包括下頜骨、顳下頜關(guān)節(jié)、肌肉和韌帶的下頜骨三維有限元總體模型,可根據(jù)實驗不同需要調(diào)用,見圖3。

3討論

與傳統(tǒng)實驗性應(yīng)力分析相比,有限元技術(shù)具有更多的優(yōu)點(diǎn)。但有限元方法分析結(jié)果受諸多因素的影響。例如:模型的相似性,單元劃分的粗細(xì)程度,載荷情況及邊界條件與真實情況的差異等,均影響分析結(jié)果的精確性[8]。提高有限元分析結(jié)果的可靠性,模型精確程度及邊界條件設(shè)置等都是十分重要的。由于牙頜組織中的牙齒、牙周膜、牙槽骨、頜骨以及修復(fù)體的結(jié)構(gòu)外形多樣性、不規(guī)則性、受力的復(fù)雜性,如何準(zhǔn)確獲取上述結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)并將其計算機(jī)數(shù)字化,建立完整準(zhǔn)確的下頜骨三維有限元模型是有限元分析能否實現(xiàn)的關(guān)鍵。

生物體三維有限元建模方法經(jīng)歷了數(shù)代演進(jìn),主要包括:①磨片、切片法[9-10];②三維測量法[11-12];③CT圖像處理法;④DICOM數(shù)據(jù)直接建模法等[13]。磨片、切片法是破壞性建模方法并且磨切片厚度難以控制,圖像的拍攝處理,邊緣提取等環(huán)節(jié)都可能產(chǎn)生誤差,因此該方法目前很少采用。三維掃描測量的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的成本高,數(shù)據(jù)采集后處理的時間長,生成CAD模型后還要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后才能供有限元建模使用,且測量只能得到表面數(shù)據(jù),不能夠區(qū)分結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)的變化,更適用于實物的測量反求。CT圖像處理方法需要人工把CT膠片上的每一張圖像掃描轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能識別的位圖格式,并且使用圖像處理軟件中人工定位配準(zhǔn)。不僅需要花費(fèi)大量的人力、物力,而且在通過膠片掃描傳遞數(shù)據(jù)的過程中容易丟失很多信息;配準(zhǔn)精度也直接影響著所建立模型精確性[13-15]。

本實驗采用DICOM數(shù)據(jù)直接建模法其過程為:①CT掃描輸出DICOM格式數(shù)據(jù)文件;②DICOM數(shù)據(jù)的讀入專用軟件。分割圖像,生成3D模型,優(yōu)化表面網(wǎng)格;③通過與有限元分析軟件的良好的數(shù)據(jù)接口,直接導(dǎo)入有限元分析軟件前處理模塊生成體網(wǎng)格;④根據(jù)各單元的CT值給單元賦材料性質(zhì);⑤最后將賦完材料性質(zhì)的實體導(dǎo)入有限元分析軟件進(jìn)行裝配,完成建模。

DICOM格式數(shù)據(jù)文件直接建模,可以直接讀取數(shù)據(jù)并處理,避免反復(fù)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出,文件格式的轉(zhuǎn)換造成的數(shù)據(jù)失真或丟失,大大提高了模型的精確度。本研究將DICOM數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入Mimics軟件直接生成三維模型,再通過Ansys element文件接口將模型導(dǎo)入Ansys12.0,由表面單元直接生成體單元,避免了過去由面生成體以后再劃分體單元,造成的體單元質(zhì)量下降。利用DICOM文件中包含的CT值信息,根據(jù)模型每個單元密度賦材料性質(zhì),使數(shù)據(jù)得到最大限度的利用。避免了過去建模中將皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨進(jìn)行分割,分別建模的繁瑣,同時極大提高了模型的精度。

三維有限元模型的幾何相似性、單元的大小、形狀、數(shù)目、載荷情況、邊界條件與真實情況的差異等,均影響應(yīng)力分析結(jié)果。目前根據(jù)不同研究需要已建立的下頜骨三維有限元模型[7, 16-18],邊界約束設(shè)計也各不相同,周學(xué)軍等[7]考慮到肌肉的柔索性質(zhì),即只能限制物體沿著柔索伸長方向的運(yùn)動,而不能限制物體在其他方向的運(yùn)動[19],采用纜索元模擬肌肉約束,更符合分析下頜骨經(jīng)矯形力作用下的受力情況。史真等建立了下頜牽張成骨三維有限元模型[20],李勇等正常人下頜升支矢狀截骨術(shù)的三維有限元模型[21]李慧超建立了下頜角整形手術(shù)術(shù)前術(shù)后模型[22],Frivo等建立了單側(cè)TMJ有限元模型[23]。柳大烈等建立了咬肌牽動的顴骨復(fù)合體三維有限元模型用于研究顴骨縮小整形手術(shù)的生物力學(xué)[24]。因此,本實驗在ANSYS軟件中采用只受拉的Link10單元模擬咀嚼肌及韌帶的約束。此外,與以往主要研究咬合力的有限元模型不同的是,在研究下頜角整形手術(shù)時,必須考慮顳下頜關(guān)節(jié)及其韌帶作用,本實驗在模擬嚼肌、顳肌、翼內(nèi)肌和翼外肌約束的同時,模擬了顳下頜關(guān)節(jié)韌帶包括顳下頜韌帶、莖突下頜韌帶、蝶下頜韌帶對顳下頜關(guān)節(jié)的約束,提高了模型的生物和力學(xué)相似性。為進(jìn)一步研究下頜截骨整形手術(shù)提供了基礎(chǔ)。

下頜角截骨整形的一種方法是通過沿截骨線進(jìn)行鉆孔后鑿斷。目前用有限元法模擬下頜截骨整形手術(shù)的研究還鮮見報道。Remmler等[25]用有限元法建立預(yù)測模型,進(jìn)行顱面部牽張成骨的術(shù)前分析,認(rèn)為有限元法能以數(shù)學(xué)形式反映顱面組織的材料特征、物理特征和反應(yīng)特性,可以模擬多種外科手術(shù)、生理活動和頭部外傷。利用本模型的下一步實驗,擬通過布爾運(yùn)算模擬下頜角截骨,在下頜角部根據(jù)實驗手術(shù)設(shè)計改變工況和邊界條件,加載沖擊載荷,模擬手術(shù)操作過程,分析不同條件下下頜骨及相關(guān)結(jié)構(gòu)的生物力學(xué)變化。同時還可以模擬不同體積的下頜角骨組織截除后正常咬合時和下頜骨受到撞擊時生物力學(xué)性能的變化。

需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是,由于有限元需要對復(fù)雜的實體中的一些次要結(jié)構(gòu)和因素進(jìn)行簡化,再加上一些實驗條件假設(shè),所以,有限元的計算結(jié)果的絕對值很難代表人體的真實值,而且生物體的個體差異也無法考慮到實驗?zāi)Ｐ椭?。目前尚無法達(dá)到完全模擬復(fù)雜的人體生物力學(xué)環(huán)境建立計算模型。

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第5篇：肌肉的主要生物力學(xué)特征范文

關(guān)鍵詞 鞭打動作 體育項目 應(yīng)用

中圖分類號：G804.66 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

人體在結(jié)構(gòu)上是由關(guān)節(jié)將身體各環(huán)節(jié)相連，在體育動作中，當(dāng)希望環(huán)節(jié)鏈末端產(chǎn)生最大的速度和力量時，肢體的運(yùn)動形式往往表現(xiàn)為由近端環(huán)節(jié)到遠(yuǎn)端環(huán)節(jié)依次加速與制動，各環(huán)節(jié)的速度也表現(xiàn)為由近端到遠(yuǎn)端的依次增加，把這種動作形式稱為鞭打動作。人體四肢結(jié)構(gòu)類似于鞭子，它們近端環(huán)節(jié)的質(zhì)量大，末端環(huán)節(jié)的質(zhì)量小，因此在作鞭打動作時，鞭根近端環(huán)節(jié)先加速揮動，獲得動量，然后制動，在制動過程中，動量向鞭梢末端環(huán)節(jié)傳遞，因此獲得極大的運(yùn)動速度。人體鞭打動作在體育運(yùn)動技術(shù)中有著舉足輕重的作用，它幾乎滲透到各項體育運(yùn)動技術(shù)動作中，所有的投擲項目無一例外的都與鞭打技術(shù)有關(guān)，如：標(biāo)槍、棒球和壘球，其中標(biāo)槍的鞭打技術(shù)最為復(fù)雜，再如排球的扣球、乒乓球、羽毛球及網(wǎng)球的扣殺動作，無一例外首先要解決好鞭打的技術(shù)，足球運(yùn)動員的大力踢球、散打中的鞭腿、游泳中的打水，以及體操中的腿鞭打都與鞭打技術(shù)有關(guān)。

鞭打動作的分類，主要分為上肢鞭打動作和下肢鞭打動作，其中上肢鞭打動作又可以分為投擲性鞭打動作（例如：投擲標(biāo)槍、壘球等）和打擊性鞭打動作（例如：排球扣球、發(fā)球，乒乓球和羽毛球的扣殺等），下肢鞭打動作常在足球、體操、武術(shù)技術(shù)中運(yùn)用，足球中射門、傳球和武術(shù)中的鞭腿都是下肢鞭打動作的典型范例。另外，也有人提出全身鞭打，但由于最后的發(fā)力是通過肢體末端，也可以歸到下肢鞭打動作（例如：蝶泳等）。

1上肢鞭打動作

在上肢鞭打中“力的曲線”呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化，首先人體上肢環(huán)節(jié)的反向運(yùn)動使肢體的肌肉預(yù)先拉長，緊接著肌肉由離心收縮轉(zhuǎn)向向心收縮，力的曲線出現(xiàn)了第一次波峰，由于軀干的制動和身體的另一部分的固定，使力的曲線出現(xiàn)了一個小小的波谷，最后在鞭打動作即將結(jié)束時，力的曲線出現(xiàn)了第二次波峰，達(dá)最大值。人體各環(huán)節(jié)的曲線圖，呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化，肩關(guān)節(jié)首先出現(xiàn)速度峰值，接著開始減速，肘關(guān)節(jié)出現(xiàn)速度峰值。接著開始減速，最后腕關(guān)節(jié)出現(xiàn)速度峰值，以上說明鞭打動作的一個特點(diǎn)，即每一個環(huán)節(jié)最大運(yùn)動速度是在前一個環(huán)節(jié)達(dá)到最大速度后，獲得的近端環(huán)節(jié)制動的同時遠(yuǎn)端環(huán)節(jié)做加速運(yùn)動，遠(yuǎn)端環(huán)節(jié)速度是由近端環(huán)節(jié)動量傳遞和速度依次疊加而成的，使遠(yuǎn)端獲得最大的角速度和線速度。當(dāng)然，動量傳遞只是肢體鞭打動作快速有力的一個方面，在這一過程中，使遠(yuǎn)端環(huán)節(jié)在鞭打方向上加速的原動肌也發(fā)揮著較大的作用肢體各關(guān)節(jié)依次發(fā)力，使各環(huán)節(jié)的動量逐步積累，末端環(huán)節(jié)手或足的運(yùn)動速度是由其各近側(cè)環(huán)節(jié)的運(yùn)動速度的依次疊加而成，這是另一個重要方面。排球的扣球、發(fā)球等均為上肢打擊性鞭打中的無器械鞭打動作形式，打擊性鞭打動作，其運(yùn)動規(guī)律與投擲性鞭打動作相仿，其特點(diǎn)是在做動作之前，各關(guān)節(jié)的肌肉更加放松被拉長，以保證肢體完成鞭打動作的速度和幅度。

2下肢鞭打動作

下肢鞭打動作角速度特征為：后擺時表現(xiàn)為大腿逐漸減速，小腿加速――最大角速――減速的特點(diǎn)；前擺時表現(xiàn)為大腿加速――最大角速度――減速，小腿持續(xù)加速的特點(diǎn)。髖關(guān)節(jié)的屈肌力矩，膝關(guān)節(jié)的伸肌力矩，踝關(guān)節(jié)的背屈力矩在下肢鞭打動作前擺階段起主導(dǎo)作用。髖關(guān)節(jié)的內(nèi)收，外展力矩起定向作用。髖關(guān)節(jié)旋內(nèi)、旋外力矩，膝關(guān)節(jié)旋內(nèi)、旋外力矩以及踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻力矩的主要作用是對腳的方位及傾斜程度進(jìn)行調(diào)整。股直肌、股內(nèi)肌、股外肌、脛骨前肌在下肢鞭打動作前擺階段起主導(dǎo)作用。小腿加速前擺的初期伸膝肌群產(chǎn)生的伸膝力矩在起支配作用，后期是伸膝力矩與來自大腿角動量的傳遞共同在起作用。

3結(jié)論與建議

鞭打動作中，肢體的反向動作，給原動肌一個最適宜的初長度，同時也提高了原動肌的爆發(fā)式收縮力，盡可能延長了肌力工作距離。鞭打過程中，各環(huán)節(jié)的依次加速與制動，最終近端獲得最大的角速度與線速度。鞭打效果的好壞，不僅與動量的傳遞有關(guān)，而且與原動肌加速有關(guān)，同時與動量的逐步積累和依次疊加有著密切關(guān)系。

因此，教師在教學(xué)過程中應(yīng)該注意強(qiáng)調(diào)發(fā)力順序，注重對學(xué)生動作的規(guī)范性。學(xué)生自己在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)該勤于思考多加練習(xí)，注重對自己發(fā)力的體會，注重各項目間的相通性，學(xué)會發(fā)現(xiàn)規(guī)律并應(yīng)用于實踐中。

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第6篇：肌肉的主要生物力學(xué)特征范文

【摘要】 目的 觀察中藥復(fù)方對尾部懸吊模擬失重大鼠骨密度(BMD)、骨生物力學(xué)強(qiáng)度及組織形態(tài)計量學(xué)的影響。方法 50只Wistar大鼠按隨機(jī)區(qū)組實驗設(shè)計法分成正常對照組、模型組及懸吊中藥低劑量組、中劑量組、高劑量組，每組10只，實驗周期21 d。實驗結(jié)束后，取右側(cè)股骨和第4腰椎，用雙能X線骨密度儀測量股骨、腰椎BMD；三點(diǎn)彎曲實驗法及腰椎壓縮實驗法分別測定股骨和腰椎生物力學(xué)指標(biāo)；取第3腰椎，制作不脫鈣切片測量骨形態(tài)計量學(xué)指標(biāo)。結(jié)果 與正常對照組相比，模型組大鼠股骨、腰椎BMD明顯降低(P＜0.05)，股骨最大載荷、彈性載荷、最大撓度、彈性撓度明顯降低(P＜0.05)；腰椎最大載荷、彈性載荷明顯降低(P＜0.05)；腰椎骨小梁體積百分比、骨小梁形成表面百分比、活性生成表面百分比、骨小梁礦化率明顯降低(P＜0.05)。與模型組相比，中藥中劑量組可明顯增加模擬失重大鼠股骨BMD和腰椎最大載荷、彈性載荷和腰椎骨小梁體積百分比、骨小梁形成表面百分比、活性生成表面百分比、骨小梁礦化率(P＜0.05)。結(jié)論 中藥復(fù)方能促進(jìn)骨的形成和礦化過程，增加BMD以及增強(qiáng)骨力學(xué)強(qiáng)度，從而達(dá)到防治骨丟失的作用。

【關(guān)鍵詞】 中藥；模擬失重；骨密度；骨生物力學(xué)；骨組織形態(tài)計量學(xué)

Abstract：Objective To study the effects of Chinese medicine compound on bone density， biomechanics， histomorphometry of weightlessness rats simulated by tail suspension. Methods Fifty Wistar rats were randomly pided into 5 groups with 10 rats each group：control group， model group， and low dose， medium dose and high dose Chinese medicine compound treated suspension group， the experiment period was 21 days. BMD of femur and lumbar vertebrae were detected by dual energy X-ray absorptiometry. The femoral biomechanics parameters and anti-compress ability of lumbar vertebrae were measured by three-point assay and compress test respectively. The quantitative structures of non- decalcified bone tissue sections were analyzed by histomorphometry. Result Compared with control group， BMD of femur and lumbar of model group decreased remarkably (P＜0.05)， Maximum Load， Elastic Load， Maximum Deflection and Elastic Deflection of femoral bone and Maximum Load and Elastic Load of lumbar vertebrae of model group decreased remarkably (P＜0.05)， TBV%， TFS%， AFS% and MAR% of lumbar vertebrae of model group also decreased remarkably (P＜0.05). Compared with model group， BMD of femoral bone， Maximum Load and Elastic Load， TBV%， TFS%， AFS% and MAR% of lumbar of medium dose group increased remarkably (P＜0.05). Conclusion Chinese medicine compound can improve the bone formation， prevent bone loss by improving ossify， bone mineral deposition and mineralization， as well as increase BMD， improve the bone biomechanics property.

Key words：Chinese medicine；simulated weightlessness；BMD；bone biomechanics；bone histomorphometry

失重性骨丟失是長期航天飛行中最危險的因素之一，因而探討和尋求有效的對抗失重骨丟失的有效措施一直是航天醫(yī)學(xué)界的難題，但至今仍無切實有效的防護(hù)措施。我們將中醫(yī)藥理論應(yīng)用于航天醫(yī)學(xué)研究，研制了以滋補(bǔ)肝腎、健脾益氣、活血化瘀、強(qiáng)筋健骨等治法為依據(jù)組成的中藥復(fù)方，并利用尾部懸吊模擬失重動物模型，對其藥理、藥效和機(jī)理進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究。本實驗是該方對骨代謝影響系列研究的一個組成部分，重點(diǎn)探討該方對模擬失重大鼠骨密度(BMD)、骨生物力學(xué)強(qiáng)度及組織形態(tài)計量學(xué)的影響，為研究中醫(yī)藥對抗模擬失重骨丟失措施及探討中藥對抗模擬失重骨丟失機(jī)理的研究奠定基礎(chǔ)。

1 實驗材料

1.1 動物

Wistar大鼠，雄性，體重(150±10)g，北京維通利華公司提供，合格證號：SCXK(京)2002-0003。適應(yīng)環(huán)境7 d后進(jìn)行實驗。

1.2 藥物

中藥復(fù)方由刺五加、黃芪、當(dāng)歸、補(bǔ)骨脂等藥按一定比例組成。全部藥材經(jīng)北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥教研室鑒定，按傳統(tǒng)工藝煎煮，制成1 g原藥材/mL濃度的口服液。

1.3 試劑

甲基丙烯酸甲酯(批號20061010)，北京益利精細(xì)化學(xué)品有限公司；鄰苯二甲酸二丁酯(批號040401)，北京化學(xué)試劑公司；過氧化苯甲酰(批號20040610)，北京金龍化學(xué)試劑有限公司。

1.4 儀器

雙能X線骨密度儀，美國LUNAR公司；WD-1型電子萬能試驗機(jī)，長春第二試驗機(jī)廠；WDW-5型微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)，長春市朝陽試驗儀器有限公司；Reicheit-Jung 2040切片機(jī)，德國。

2 實驗方法

2.1 尾部懸吊模型的建立

采用陳氏等[1]改進(jìn)的鼠尾懸吊法。將大鼠在懸吊籠中尾部懸吊，后肢離地，使軀干與地面成300°角，前肢著地可以自由活動。

2.2 分組及給藥

Wistar大鼠按隨機(jī)區(qū)組實驗設(shè)計法分成正常對照組(K組)、模型組(M組)及懸吊中藥低劑量組(D組)、中劑量組(Z組)、高劑量組(X組)共5組，每組10只，均用懸吊籠單籠飼養(yǎng)，實驗周期21 d。造模前7 d懸吊中藥3個劑量組給予中藥復(fù)方(10 mL/kg)灌胃，K組、M組給予蒸餾水灌胃(10 mL/kg)，每日灌胃1次。第8日灌胃1 h后，M組與懸吊中藥3個劑量組尾部懸吊，K組大鼠籠中自由活動。繼續(xù)每日灌胃1次，每周稱重1次，按重量調(diào)整給藥劑量，連續(xù)灌胃14 d。

2.3 標(biāo)本處理及檢測

2.3.1 大鼠股骨、腰椎骨密度的測定

實驗第21日處死大鼠，取右側(cè)股骨和第4腰椎骨，去凈附著結(jié)締組織，分別用生理鹽水紗布包裹后即刻保存于-70 ℃冰箱中，并盡快進(jìn)行BMD測定。測定前取出上述樣本，室溫下復(fù)溫，然后將各樣本分別置于有機(jī)玻璃板上，固定位置，以全長的1/2交界處為測量點(diǎn)，應(yīng)用雙能X線骨密度儀作骨橫越掃描，熒光屏顯示測量圖像，自動打印測量結(jié)果。

2.3.2 股骨、腰椎生物力學(xué)的測定

實驗前取出冰箱保存的大鼠股骨，室溫下復(fù)溫，進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗，跨距20 mm，加載速度2 mm/min，同時記錄載荷-變形曲線；第4腰椎體進(jìn)行壓縮試驗，加載速度為2 mm/min，同時記錄載荷-變形曲線，2組樣本均計算最大載荷和彈性載荷、最大撓度和彈性撓度。

2.3.3 腰椎組織形態(tài)計量學(xué)的測定

在實驗動物處死前14、3 d分別皮下注射鹽酸四環(huán)素30 mg/kg。大鼠處死后，迅速取出第3腰椎。剔凈骨周圍肌肉及軟組織，用生理鹽水擦洗干凈，置于10%福爾馬林中固定24 h，然后制作5 μm和10 μm的縱向不脫鈣骨切片。5 μm切片用二甲苯溶掉樹脂后，梯度乙醇至水，甲苯胺藍(lán)染色；10 μm切片直接用于熒光觀察。主要參數(shù)包括：骨小梁體積百分比、骨小梁吸收表面百分比、骨小梁形成表面百分比、活性生成表面百分比、骨小梁礦化率。

3 統(tǒng)計學(xué)方法

所測定指標(biāo)均采用x±s表示，BMD和生物力學(xué)指標(biāo)使用SPSS12.0統(tǒng)計軟件中的方差分析(ANOVA)進(jìn)行檢驗，骨組織形態(tài)劑量學(xué)使用Student-Newman方法進(jìn)行檢驗，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

4 結(jié)果

(見表1～表3)表1 中藥復(fù)方對模擬失重大鼠腰椎骨組織形態(tài)計量學(xué)的影響(略)注：與K組比較，#P＜0.05；與M組比較，*P＜0.05；與Z組比較，ΔP＜0.05(下同)表2 中藥復(fù)方對模擬失重大鼠股骨、腰椎BMD的影響((x±s，g/cm2)表3 中藥復(fù)方對模擬失重大鼠股骨、腰椎最大載荷、最大撓度、彈性載荷、彈性撓度的影響(x±s)

5 討論

我們的前期動物實驗研究表明，尾部懸吊后大鼠出現(xiàn)了明顯骨代謝異常，而在本實驗中模型組大鼠股骨、腰椎BMD以及最大載荷、彈性載荷均顯著減少，這與國內(nèi)外的相關(guān)報道一致[2-3]，說明應(yīng)用尾部懸吊大鼠的模型是成功的。

BMD是反映骨皮質(zhì)厚度、骨小梁結(jié)構(gòu)和骨量的重要指標(biāo)，也是間接評價骨丟失程度的指標(biāo)之一。本實驗中，與正常對照組比較，模型組大鼠股骨、腰椎BMD明顯降低，中藥中劑量組可明顯增加股骨BMD。說明尾部懸吊模擬失重時，后肢去負(fù)荷后肌肉萎縮、骨應(yīng)力刺激消失、骨骼血液供應(yīng)不足等引起大鼠承重骨骨礦鹽大量丟失，給與中藥干預(yù)后有可能增加骨骼血液供應(yīng)以及刺激成骨細(xì)胞活性或抑制破骨細(xì)胞活性而促進(jìn)大鼠的骨礦鹽沉積，促進(jìn)骨的礦化，增強(qiáng)BMD。但中藥復(fù)方對股骨和腰椎BMD的藥效有差異，可能與藥物劑量、給藥時間以及作用途徑有關(guān)。

由于單純骨礦鹽含量測定不能表現(xiàn)骨結(jié)構(gòu)和材料特征的變化，因此結(jié)合骨力學(xué)指標(biāo)測定可以更全面評價骨質(zhì)量，反映骨骼抗骨折能力。最大載荷和彈性載荷反映骨結(jié)構(gòu)力學(xué)特性，他們的變化反映骨小梁質(zhì)量、結(jié)構(gòu)連續(xù)性和皮質(zhì)厚度的改變[4]。撓度是骨骼柔韌性指標(biāo)，其數(shù)值的大小與骨基質(zhì)膠原蛋白含量高低有關(guān)。對于受試骨骼來說，單獨(dú)考慮撓度并不能說明受試骨骼的質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)具體的情況來綜合分析。失重及模擬失重下骨骼力學(xué)特性(如硬度、強(qiáng)度、柔韌性、彈性及扭轉(zhuǎn)力)皆有下降，尤其是扭轉(zhuǎn)力的下降最為顯著。Cosmos飛行發(fā)現(xiàn)大鼠股骨和脊柱的力學(xué)性能下降[5]。馬氏等[6]于尾吊大鼠模型模擬失重90 d后測量長骨的生物力學(xué)性能發(fā)現(xiàn)，股骨的強(qiáng)度、硬度、剛度各項參數(shù)均較對照顯著下降。在本實驗中，模型組大鼠股骨、腰椎力學(xué)強(qiáng)度均降低，中藥中劑量組可明顯增加腰椎最大載荷和彈性載荷。提示中藥復(fù)方通過增加BMD，增強(qiáng)骨力學(xué)強(qiáng)度而有效防止骨折發(fā)生，而對最大撓度和彈性撓度沒有顯著影響，可能與中藥復(fù)方對骨基質(zhì)膠原蛋白含量影響不明顯有關(guān)。

在本實驗中，中藥復(fù)方中劑量組比低劑量組和高劑量組更明顯增加BMD和骨力學(xué)強(qiáng)度，因此，我們選擇中藥復(fù)方中劑量組，從骨組織形態(tài)計量學(xué)方面進(jìn)一步考察了該方的療效。骨組織形態(tài)計量學(xué)是新近發(fā)展起來的一種骨組織定量研究方法，它將骨組織切片中二維圖像展示的骨組織形態(tài)轉(zhuǎn)化為數(shù)量資料，從而得出較多的定量結(jié)構(gòu)信息，可從組織和細(xì)胞水平了解骨結(jié)構(gòu)的變化情況。而骨組織的力學(xué)特征不僅決定于骨質(zhì)的密度，還與骨小梁的微觀結(jié)構(gòu)有著非常密切的關(guān)系。目前有關(guān)骨形態(tài)及結(jié)構(gòu)的研究證明，失重狀態(tài)下骨結(jié)構(gòu)的變化包括骨小梁變薄、數(shù)目減少、成骨細(xì)胞的數(shù)目和活動減少等[7]。本實驗結(jié)果表明，模型組大鼠骨小梁結(jié)構(gòu)及其形態(tài)發(fā)生明顯改變，骨小梁明顯變細(xì)，骨小梁體積百分比、骨小梁形成表面百分比、活性生成表面百分比、骨小梁礦化率明顯降低，部分骨小梁中斷而逐漸被吸收，骨小梁之間的距離變寬，骨小梁的連接遭到破壞，失去原來的三維網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致松質(zhì)骨的整體力學(xué)強(qiáng)度下降。提示模擬失重可抑制大鼠松質(zhì)骨類骨質(zhì)的形成和礦化，對骨吸收影響不大，表明模擬失重使骨形成減少而導(dǎo)致骨的丟失。經(jīng)中藥治療后，骨小梁數(shù)目增加、變粗、間隙減小，骨小梁體積百分比和形成表面百分比及礦化率等明顯增加，表明中藥復(fù)方能明顯的促進(jìn)模擬失重大鼠類骨質(zhì)的形成和礦化，改善骨的顯微結(jié)構(gòu)，從而增加了骨量和提高了骨的強(qiáng)度。

綜上，中藥復(fù)方可以有效改善失重性骨丟失，有效促進(jìn)骨的形成和礦化過程，增加BMD以及增強(qiáng)骨力學(xué)強(qiáng)度，從而達(dá)到防治骨丟失的作用。表明該中藥復(fù)方對防治失重性骨丟失方面具有一定的應(yīng)用意義，有待于細(xì)胞水平和分子水平的深入研究。

參考文獻(xiàn)

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第7篇：肌肉的主要生物力學(xué)特征范文

【中圖分類號】R681.5【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1007-8517(2009)06-0133-01

目前，人體生物力學(xué)已被廣泛地應(yīng)用于中醫(yī)推拿、正骨、整脊和中風(fēng)康復(fù)等臨床治療，是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)理論在傳統(tǒng)中醫(yī)臨床實踐中的應(yīng)用，是中西醫(yī)結(jié)合的大趨勢。本文討論人體脊柱生物力學(xué)的動態(tài)平衡特性，以及在該理論指導(dǎo)下形成的調(diào)曲牽引手法及其臨床實踐。

1脊柱的動態(tài)平衡與力學(xué)特性描述

脊柱的運(yùn)動是一個動態(tài)平衡的過程。脊柱整體的力學(xué)特性，就象一根具有彈性的曲桿，由前后左右的相對主動或相對拮抗的肌群保持其動態(tài)平衡。當(dāng)頸曲弧度改變腰曲也會相應(yīng)地發(fā)生改變，當(dāng)脊柱上段出現(xiàn)側(cè)彎時，其下段必有代償性的反方向的側(cè)彎，這是脊柱動態(tài)平衡特性自動調(diào)節(jié)的結(jié)果。脊柱的運(yùn)動幅度主要由關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的定向和椎間盤的承載彈性所決定的。當(dāng)頸椎或腰椎前屈時，椎間隙的形態(tài)由前寬后窄變成接行，椎問盤髓核被向后擠壓，增大了椎間盤后部纖維環(huán)的張應(yīng)力，同時椎曲也隨之變直，由于重力線的前移，背側(cè)拮抗肌相應(yīng)緊張。長期的前屈，既可導(dǎo)致背部肌群的勞損，也可使頸曲腰曲變直，從而產(chǎn)生臨床癥狀。有學(xué)者研究表明，脊柱的椎曲變化對椎管的長度和寬度和椎間孔與脊神經(jīng)的毗鄰關(guān)系，以及椎問盤髓核運(yùn)動內(nèi)應(yīng)力都有著很大的相應(yīng)的影響。而造成椎曲改變的核心原兇是椎體的板塊移動因素。進(jìn)一步說，造成椎體板塊移動的原因有外傷、勞損、退化、椎間盤突出等。脊柱是一個具有四個生理曲度的骨鏈性中軸體系統(tǒng)。頸曲和腰曲的力學(xué)特性和生理功能的統(tǒng)一性，對推拿臨床具有實際的指導(dǎo)意義。

2調(diào)曲牽引實踐簡介

牽引是中西醫(yī)傷科廣泛應(yīng)用的外治療法，目前多采用兩點(diǎn)成一線的牽引方法，此法是以犧牲椎曲為代價的。會使患者椎曲度消失。筆者基于對上述脊柱動態(tài)平衡觀和椎曲力學(xué)特性的認(rèn)識，進(jìn)行了脊柱調(diào)曲牽引的實踐，現(xiàn)作簡要介紹。

2.1頸椎調(diào)益牽引實踐筆者建議：在調(diào)曲牽引之前，應(yīng)以手法充分放松牽引部位的相關(guān)肌群，有利于提高牽引的療效。

2.1.1仰臥位調(diào)曲牽引法

操作方法：患者仰臥位，在患者項下部墊一個較硬的圓枕，直徑為10～12cm，力支點(diǎn)在C4棘突處，以頜枕帶向人體縱軸線與床面下偏成5。夾角方向牽拉，拉力視患者體質(zhì)而定，拉力最大應(yīng)≤6kg。歷時15～20min。

力學(xué)原理：在頸椎段C4是力的交叉點(diǎn)，在縱向牽引力的基礎(chǔ)上，外加一點(diǎn)向頸前部的項力，此時頸椎段上就有了一個向頭頂上方和向前復(fù)合力。這個復(fù)合力，既能擴(kuò)大頸椎間隙，又能增大頸椎曲度。臨床應(yīng)用：本法適用于大多頸椎病。因前凸過度而導(dǎo)致的頸椎病禁用。

2.1.2徒手調(diào)曲牽引泫

操作方法：患者仰臥位，醫(yī)者坐于床頭，以雙手四指托于患者項后部，向患者的解剖位的前上方提拉頸椎，也可以根據(jù)頸椎側(cè)曲的情況使手力向左或向右偏轉(zhuǎn)，手指的著力點(diǎn)可據(jù)患者頸部痛點(diǎn)所在處設(shè)定，每次提拉1～2min。反復(fù)8～10次。

力學(xué)原理：本法以患者病痛點(diǎn)為應(yīng)力支點(diǎn)，在向外兩端牽引的同時，附加向前或向左向右的項力，有利于局部頸椎曲度變直或側(cè)彎恢復(fù)。臨床應(yīng)用：適用于年輕的頸椎病患者。

2.2腰椎調(diào)曲牽引實踐

2.2.1腰椎懸吊調(diào)曲牽引法

操作方法：患者仰臥，分別在腋下和股骨髁上部加綁牽引帶，同時用腰托以第三腰椎為受力中心向上懸吊腰椎，脊柱縱向拉力應(yīng)≤60kg。向上提吊力視腰曲變直程度與患者承受度而定，一般情況，曲度越小提吊力越大，患者體質(zhì)越健壯者提吊力越大。牽引歷時20～30min。

力學(xué)原理：腰椎段L3是腰椎運(yùn)動的中心點(diǎn)，是腰椎應(yīng)力的交叉點(diǎn)，也是腰曲的頂點(diǎn)。在此點(diǎn)形成一個向前和向后上與向后下的合力，可以同時改善腰椎曲度、增大椎間隙和擴(kuò)大椎問孔，還原脊神經(jīng)根與周圍組織的固有的毗鄰關(guān)系，消除臨床癥狀。臨床應(yīng)用：適用于腰椎間盤突出癥，椎管狹窄癥，退行性腰骶痛等。

2.2.2腰椎背伸調(diào)曲牽引法操作方法：患者俯臥，在胸部墊一個軟枕，，將牽引帶托綁于嗦關(guān)節(jié)部向上提吊，使大腿略離床面，腰椎曲度隋之增大。牽引歷時20～30min。

力學(xué)原理：本法是利用患者自身體重和膝部的向上牽拉力的作用關(guān)系，使力矩自然傳導(dǎo)至腰曲，能得到增加腰椎曲度的目的。本法尚有一個特點(diǎn)，因為沒有縱向拉力，腰部的肌肉和韌帶沒有向?qū)５氖?，所以對神?jīng)壓迫不明顯的輕度的腰椎間盤突出癥患者更為適宜。其力學(xué)原因是，椎間盤是由黏彈性材料構(gòu)成，具有蠕變、松弛、滯后的特性。在調(diào)曲牽引力的作用下，腰椎椎間隙接近原有前寬后窄的形態(tài)，椎間盤上的負(fù)荷減小的同時其中的張應(yīng)力也隨之減小，椎間盤在一個稍長的時段內(nèi)，其形態(tài)會發(fā)生松弛狀態(tài)下的滯后效應(yīng)，逐漸蠕變復(fù)原，并且突出的髓核也會有相對的回縮，有利于消除纖維環(huán)及髓核對硬膜囊的壓迫。臨床應(yīng)用：適用于輕度腰椎間盤突出癥，退行性腰骶痛，腰曲反弓證，椎管狹窄癥等。

3結(jié)語

第8篇：肌肉的主要生物力學(xué)特征范文

關(guān)鍵詞：右歸飲； 去勢大鼠；骨形態(tài)發(fā)生蛋白－2；骨質(zhì)疏松

中圖分類號：R-33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-7717（2008）04-0830-02

骨質(zhì)疏松癥(Osteopoorosis OP)是一種以低骨量和骨組織微結(jié)構(gòu)破壞為特征，導(dǎo)致骨骼脆性增加，易發(fā)生骨折的全身性疾病。其特點(diǎn)為單位體積內(nèi)的骨量減少,骨密度減低,骨組織顯微結(jié)構(gòu)異常,致骨折危險度明顯增加。本實驗采用右歸飲治療骨質(zhì)疏松癥大鼠,探討其對骨密度與骨生物力學(xué)的影響。

1材料與方法

1.1實驗藥①右歸飲組成：熟地、山藥、吳茱萸、枸杞、甘草、杜仲、肉桂、制附子等。中藥由本院中藥房提供，藥物煎劑由本院制劑室制劑，水煎濃縮后含生藥1g/mL。②配制α-D3膠丸水溶液:α-D3膠丸為色列梯瓦制藥工業(yè)有限公司生產(chǎn),批號：(95)衛(wèi)藥準(zhǔn)字J-10號,水溶液濃度0.005μg/mL。③氯氨酮:上海第一生化藥業(yè)有限公司。

1.2實驗動物取12周齡的雌性Wistar大鼠32只,體重約200g(由浙江中醫(yī)學(xué)院實驗動物中心提供),隨機(jī)分為A組(模型組)、B組(治療組)、C組(陽性對照組)、D組(正常對照組)4組,分8籠以常規(guī)飼料喂養(yǎng),自由飲水。飼養(yǎng)室保持良好通風(fēng),室溫控制在（22±1）℃,濕度60%,噪音

1.3造模方法腹腔注射氯氨酮(5μg/100g)麻醉條件下,打開A、B、C組大鼠腹腔,去除雙側(cè)卵巢,逐層縫合;D組大鼠予以單純剖腹后立即關(guān)閉。術(shù)后3天每只每天青霉素4萬U肌肉注射,預(yù)防感染。

1.4飼養(yǎng)與給藥造模術(shù)后將大鼠分8籠予以常規(guī)飼料喂養(yǎng)12周,第13周起開始每天給藥,A、D組以蒸餾水10mL/kg灌胃;B組以10mL/kg的右歸飲灌胃;C組以α-D3膠丸水溶液10mL/kg灌胃,整個灌胃過程持續(xù)12周。

1.5觀察指標(biāo)采用放射免疫分析法,測定骨鈣素(BGP)、降鈣素(CT)水平;采用美國HOLOGIG公司QDR-2000型雙能X線吸收儀測定大鼠右股骨上干骺端骨密度;采用三點(diǎn)彎曲實驗,將大鼠左股骨置于萬能材料實驗機(jī)上,最大載荷為20kg,兩端跨距為20mm,加載速度為每分鐘5mm,檢測過程由計算機(jī)自動描記股骨的載荷―變形曲線(L為兩支點(diǎn)間股骨長度)。

1.6數(shù)據(jù)處理采用SPSS10.0統(tǒng)計軟件包進(jìn)行統(tǒng)計。各組數(shù)據(jù)采用±s表示,組間數(shù)據(jù)比較用t檢驗。以P

2結(jié)果

2.1去勢大鼠血清激素水平測定結(jié)果右歸飲組大鼠血清BGP、CT含量明顯高于模型組(P0.05)。

2.2去勢大鼠股骨上端骨密度測定結(jié)果右歸飲治療組、西藥組、正常組的骨礦含量(BMC)、骨密度(BMD)明顯高于模型組(P0.05)。見表2。

2.3去勢大鼠股骨生物力學(xué)測定結(jié)果右歸飲治療組、西藥組、正常組的去勢大鼠骨的最大應(yīng)力明顯優(yōu)于模型組(P

3討論

祖國醫(yī)學(xué)對“骨痿”的描述與骨質(zhì)疏松癥頗為相似?！端貑枴分杏小澳I之合骨也”,“腎藏骨髓之氣也”。說明骨為髓之主。若腎精腎氣充足,骨骼化生有源,則身健力強(qiáng);若腎氣不足,腎精虧虛,骨髓失充,骨骼失養(yǎng),則脆弱乏力。中醫(yī)藥在OP防治中具有副作用小、遠(yuǎn)期療效較佳的優(yōu)勢,這一點(diǎn)已得到較一致的認(rèn)可，篩選出有效的中藥方劑并闡明其作用機(jī)理,仍然是目前中醫(yī)藥治療OP研究的主要內(nèi)容之一。

本實驗中雌性大鼠的卵巢切除以后,松質(zhì)骨的骨量減少,骨強(qiáng)度下降。這些松質(zhì)骨骨丟失是伴隨骨轉(zhuǎn)換增強(qiáng)而進(jìn)行的,這種特性較好地模仿了人正常絕經(jīng)時高轉(zhuǎn)換型骨質(zhì)疏松發(fā)生時的骨丟失狀態(tài)。課題采用的右歸飲(主要成分熟地、山藥、吳茱萸、枸杞、甘草、杜仲、肉桂、制附子等)根據(jù)中醫(yī)腎主骨的理論,認(rèn)為腎虛是原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病之根本,故從補(bǔ)腎入手,補(bǔ)腎壯骨,強(qiáng)筋活血，“腎主骨,生髓”。方中熟地滋腎填精為主藥;山茱萸、枸杞子助主藥滋腎養(yǎng)肝;山藥、甘草補(bǔ)中養(yǎng)脾;杜仲補(bǔ)腎壯骨;附子、肉桂溫補(bǔ)腎陽;龜板、黃精以益腎精補(bǔ)陰血,健腎填髓;桑寄生、川斷、巴戟天溫陽益腎,壯骨強(qiáng)筋;仙茅、仙靈脾補(bǔ)腎強(qiáng)骨?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)附子、肉桂能增強(qiáng)腎上腺皮質(zhì)分泌功能,枸杞、山茱萸等能廣泛作用于內(nèi)分泌、免疫系統(tǒng)［1］。全方有良好的防止骨丟失作用,改善骨質(zhì)疏松癥的臨床癥狀,也可延緩骨質(zhì)疏松的發(fā)展。

研究表明，BMP－2為一酸性多肽[2-3],它的表達(dá)下降,會使骨髓中許多可被其誘導(dǎo)成骨的干細(xì)胞的增殖分裂明顯減少,形成新骨減少,骨小梁減少,認(rèn)為體內(nèi)BMP－2含量的減少是OP發(fā)生的重要原因之一[4]。本實驗發(fā)現(xiàn),經(jīng)過12周的右歸飲灌胃治療,通過免疫組化染色發(fā)現(xiàn)在胞漿中有BMP－2的棕色深染,染色程度明顯高于模型組與正常對照組(P

中華中醫(yī)藥學(xué)刊研究結(jié)果表明,模型組大鼠股骨干骺端處BMC和BMD均顯著低于正常組(P

綜上所述，右歸飲對骨密度、骨生物性能的影響,可能是通過提高血清激素BGP和CT水平來實現(xiàn)的。但這還需要通過成骨細(xì)胞體外培養(yǎng)實驗等來作進(jìn)一步驗證。同時右歸飲成分復(fù)雜，其有效作用成分及作用機(jī)理也有待于進(jìn)一步拆方研究。

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第9篇：肌肉的主要生物力學(xué)特征范文

摘 要 斜坡跑是提高短跑速度的有效方法之一，被廣泛運(yùn)用到提高短跑成績的訓(xùn)練中，本文基于生物力學(xué)原理對斜坡跑訓(xùn)練方法現(xiàn)有研究成果進(jìn)行綜述和探討。研究表明：影響速度的因素很多，就斜坡跑訓(xùn)練方法而言，對跑速產(chǎn)生影響的直接因素步長和步頻這兩個參數(shù)的變化上影響效果明顯，科學(xué)合理的運(yùn)用斜坡跑訓(xùn)練方法對提高短跑速度具有積極意義。

關(guān)鍵詞 斜坡跑 訓(xùn)練方法 步長 步頻

一、前言

斜坡跑是提高短跑速度的有效方法之一，被廣泛運(yùn)用到提高短跑成績的訓(xùn)練中。國內(nèi)外對斜坡跑進(jìn)行廣泛的研究，有學(xué)者認(rèn)為，斜坡跑對提高短跑速度有比較明顯的作用；斜坡跑除了能提高速度耐力、力量和心肌功能外，還能讓運(yùn)動員體驗超過自己速度能力的動作感受，改善運(yùn)動員的加速疾跑能力，從而增大步幅和縮短支撐階段時間，幫助運(yùn)動員掌握加速跑的技術(shù)。

二、斜坡跑訓(xùn)練方法的運(yùn)動生物力學(xué)原理

斜坡跑包括上坡跑和下坡跑，上坡跑是一種抗阻力性速度力量練習(xí)，在阻力增加的情況下增加訓(xùn)練強(qiáng)度，獲得無氧練習(xí)的效果，從而改善心血管的機(jī)能。上坡跑加強(qiáng)了股四頭肌、臀大肌等下肢肌群的力量，有利于提高步長。下坡跑是一種神經(jīng)系統(tǒng)適應(yīng)性訓(xùn)練，下坡跑是人們有意識地利用自然的或人工的斜坡，根據(jù)勢能與動能轉(zhuǎn)換的原理進(jìn)行訓(xùn)練，有利于提高步頻。

影響步長的因素主要有：一是腿部的肌力，腿部的肌力越大，產(chǎn)生的后蹬反作用力相對越大，跑的步幅則越大；二是腿長和髖關(guān)節(jié)的靈活性與柔韌性，下肢越長、髖關(guān)節(jié)的靈活性與柔韌性越好，跑的步幅則越大；三是后瞪的角度與擺動腿擺動的方向，從理論上講，擺動腿與后蹬腿的角度與方向直接影響步幅越大小。對于跑的步頻而言，其影響因素有兩個：一是肌肉中快肌纖維百分比和肥大程度。二是神經(jīng)過程的靈活性，大腦皮層運(yùn)動中樞興奮與擬制的轉(zhuǎn)換速度是影響位移速度的重要因素。另外，跑動時兩腿擺動情況和騰空時與支撐時的相對時間（比值）對步長和步頻也有影響。

三、成果研究現(xiàn)狀

近年來大量文獻(xiàn)資料和研究報道表明，有關(guān)短跑技術(shù)和速度訓(xùn)練方法的研究選題，多集中在短跑運(yùn)動員步長、步頻訓(xùn)練方法與運(yùn)動員的中樞神經(jīng)系統(tǒng)機(jī)能的改善及其專項肌肉力量的訓(xùn)練手段方面。對于斜坡跑的原理和訓(xùn)練方法雖然，前人曾做過一些表述和研究，但大多文獻(xiàn)報道僅限于對斜坡跑手段應(yīng)用方式的定性分析與斜坡跑的坡度問題。盡管國內(nèi)外大多學(xué)者均十分肯定斜坡跑訓(xùn)練對提高絕對速度的作用，且認(rèn)為斜坡跑對改進(jìn)運(yùn)動員的步頻與步長技術(shù)具有積極效果。其相關(guān)的論述與見解多散見于各類短跑和速度方面的文獻(xiàn)資料和研究報道之中。

（一）關(guān)于斜坡跑與步長步頻的訓(xùn)練問題

閆春華在《百米速度結(jié)構(gòu)分析及有關(guān)技術(shù)訓(xùn)練手段研究》（博士論文，2004）一文中提出：斜坡跑作為一種超速訓(xùn)練的方法被廣泛使用，超速訓(xùn)練的目的是通過強(qiáng)迫運(yùn)動員完成超出自身能力水平的練習(xí)，來增加步頻和步長。在經(jīng)過4-8周的超速訓(xùn)練后，被試者的步頻和步長都得到了提高。這說明斜坡跑作為一種訓(xùn)練方法對步頻、步長和短跑跑速的提高具有積極的作用。

下坡跑時，當(dāng)運(yùn)動員動作速率發(fā)揮到最高值時，控制并穩(wěn)定速度是很困難的。這是由于下坡重力所產(chǎn)生的慣量。這種慣量隨距離的延長而增大，這種逼迫速率的加快運(yùn)動現(xiàn)象，也正是下坡跑能提高頻率的所在。如果在練習(xí)中不對運(yùn)動員的跑動動作提出任何技術(shù)要求，或讓運(yùn)動員在一定距離范圍內(nèi)堅持正確的動作要求，斜坡跑的練習(xí)效果會受到影響[2-4]。還有研究表明，下坡跑步頻沒有任何增加，只有步幅加大。步幅的增長意味著展髖的幅度加大和髖部轉(zhuǎn)動角速度加快，同時對髖部的伸髖速度和力量起積極作用；上坡跑對改善或提高運(yùn)動員的快速力量、速度耐力和增大步長是非常有效的訓(xùn)練手段（昆茲、考夫曼1997）。

（二）關(guān)于斜坡跑與神經(jīng)―肌肉控制機(jī)理的研究

美國學(xué)者弗拉基米爾M?扎齊奧爾斯基在其主編的《運(yùn)動生物力學(xué)》（2004）一書中指出：步長和步頻的可變性表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的靈活性（CNS）在控制這些參數(shù)方面起到了重要的作用。最高速度跑是人體調(diào)動各種能力，并使其充分發(fā)揮的集中體現(xiàn)，他對人體能量的消耗以及神經(jīng)系統(tǒng)的興奮和擬制的轉(zhuǎn)換頻率的要求是很高的。因此，在最高速度之后，肌體實現(xiàn)第二次調(diào)節(jié)其重要性和必要性同第一次調(diào)節(jié)具有同等的意義[5]。有作者還提出，構(gòu)成跑速的兩個主要因素――步長、步頻是互為影響和相互制約的。對于步長和步頻兩個變量的作用來說，提高或改進(jìn)其中任何一個變量都可提高跑速，同時這兩個變量之間又呈現(xiàn)一定函數(shù)關(guān)系[6]。步長和步頻的可變性表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）在靈活控制這些參數(shù)方面必然起到了一定的作用[7]。伊托等人的研究（1983）表明，助力訓(xùn)練能進(jìn)一步發(fā)展神經(jīng)肌肉系統(tǒng)對肌肉拉長――收縮周期運(yùn)動的控制能力，提高短跑運(yùn)動員支撐階段的動作效果，從而提高跑速。

有作者在《現(xiàn)代100米跑技術(shù)的生物力學(xué)分析及放松技術(shù)再探析》一文中認(rèn)為，步頻的發(fā)展取決于大腦皮質(zhì)運(yùn)動中樞神經(jīng)系統(tǒng)的支配，斜坡跑獲得的助力作用可以使運(yùn)動員感受放松速跑的肌肉用力情況、體驗“放松快跑”的方法和好處。上坡跑要求運(yùn)動員著力體會以髖為軸的大腿前擺和髖關(guān)節(jié)的積極前送與踝關(guān)節(jié)及腳的快速趴地，不要刻意后蹬，這種跑法既符合現(xiàn)今短跑技術(shù)的要求，又有利于下肢肌肉用力的放松與控制。通過上坡跑還能切實有效地實現(xiàn)短跑所需的“快速力量”訓(xùn)練。就是說上坡跑不僅可以改進(jìn)、掌握正確的跑的技術(shù)，還可以同時發(fā)展短跑所需的專門力量。由于步長和步頻相對獨(dú)立，表明步長和步頻受兩種不同的神經(jīng)系統(tǒng)控制方式調(diào)節(jié)――步頻的頻數(shù)調(diào)節(jié)和步長的幅度調(diào)節(jié)（羅新建2003）。Bonnard和Pailhous（1993）認(rèn)為，神經(jīng)系統(tǒng)對步長和步頻控制的方式不同。步頻的改變與擺動階段下肢的整體剛性有關(guān)，與支撐階段無關(guān)。這表明改變擺動期間下肢肌肉的緊張性可以改變頻率。大部分或整個腿部肌肉緊張性的改變，都將改變下肢繞髖關(guān)節(jié)擺動的相對頻率。Bonnard和Pailhous進(jìn)一步指出，步長的短暫變化與腿部肌肉的相位活動有關(guān)。Patla等（1989）研究表明，步長的短暫增加，實際上是一些肌肉的活動相位增加，而另一些肌肉的活動相位減少造成的。在無約束的走路或跑步時，雖然步長和步頻可相對固定，但如果需要的話，中樞神經(jīng)系統(tǒng)有能力分離步長和步頻。Hogan（1984）提出了這種分離的生理機(jī)制。當(dāng)關(guān)節(jié)周圍對抗肌同時活動時，凈關(guān)節(jié)力矩與對抗肌的肌力之間差異有關(guān)，關(guān)節(jié)的剛性則與所有肌力的總和有關(guān)。如果中樞神經(jīng)系統(tǒng)積極調(diào)節(jié)對抗肌的協(xié)同作用，那么步長和步頻能在有限的范圍內(nèi)各自獨(dú)立變化。

在各種提高跑速的訓(xùn)練手段中，斜坡跑以其獨(dú)特的方法和顯著效用，引起了專業(yè)和非專業(yè)運(yùn)動隊的普遍重視，斜坡跑正在被廣泛運(yùn)用到提高短跑成績的訓(xùn)練中。有學(xué)者對斜坡跑對短跑速度的影響進(jìn)行廣泛的研究，這些作者共同認(rèn)為：斜坡跑對提高短跑速度有比較明顯的作用；斜坡跑除了能提高速度耐力、力量和心肌功能外，還能幫助運(yùn)動員掌握加速跑的技術(shù)動作，改善運(yùn)動員的加速疾跑能力；斜坡跑能讓運(yùn)動員體驗超過自己能力的速度，可以是步幅增大和縮短支撐階段時間[6-7]。斜坡跑包括上坡跑和下坡跑，上坡跑是一種抗阻力性速度力量練習(xí)，是跑動阻力增加的情況下獲得無氧效果，從而改善心血管的機(jī)能，增強(qiáng)下肢股四頭肌、臀大肌這兩塊重要的肌群，同時提高步長；下坡跑是一種神經(jīng)系統(tǒng)適應(yīng)性的訓(xùn)練，就是有意識地設(shè)置自然的或人工的斜坡，根據(jù)勢能與動能轉(zhuǎn)換的原理進(jìn)行訓(xùn)練，同時提高步頻。

四、結(jié)論

（一）對于步長和步頻兩個變量的作用來說，步長和步頻的可變性表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）在靈活控制這些參數(shù)方面必然起到了一定的作用[7]。助力訓(xùn)練能進(jìn)一步發(fā)展神經(jīng)肌肉系統(tǒng)對肌肉拉長――收縮周期運(yùn)動的控制能力，提高短跑運(yùn)動員支撐階段的動作效果，從而提高跑速。

（二）斜坡跑道的坡型對練習(xí)進(jìn)行組合，以控制斜坡跑的練習(xí)強(qiáng)度和負(fù)荷，從而改善跑的步長和步頻。

基金項目：年陜西省教育廳專項科研計劃項目（編號：11JK0464）。

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