肌肉的主要生物力學(xué)特征范文
時(shí)間：2023-12-01 17:32:20
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篇1
關(guān)鍵詞：運(yùn)動損傷；防護(hù)服裝；運(yùn)動生物力學(xué)；防護(hù)模型
中圖分類號：TS941.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
A Study on Protective Cloths Based on Sports Biomechanics
Abstract： Based on introducing sports biomechanics as well as current study on protective equipment and protective clothes， the article draws the conclusion that it is very important to study protective clothes by using sports biomechanics and puts forward the theoretical basis， technical problems and technical route for using sports biomechanics in garment applications.
Key words： sports injury； protective clothes； sports biomechanics； protective model
近年來，我國參與體育運(yùn)動或日常鍛煉的人口越來越多。在對全國體育人口比例的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，1996年的體育人口在總?cè)丝谥兴嫉谋壤秊?1.4%，2000年增加到33.9%，而到2007年又增加到37.1%，短短10多年的時(shí)間里增加了5.7個(gè)百分點(diǎn)。
但是在運(yùn)動中，由于人們并未太多地注意保護(hù)自己，常常會引起相應(yīng)的關(guān)節(jié)、肌肉、韌帶的意外損傷。網(wǎng)球運(yùn)動常常會導(dǎo)致肘部、肩袖部損傷，范？克拉莫（Von Kramer）對網(wǎng)球運(yùn)動中出現(xiàn)的損傷進(jìn)行過調(diào)查，結(jié)果表明，網(wǎng)球運(yùn)動中肘關(guān)節(jié)損傷占全部損傷的41%，是最容易損傷的部位；肩袖損傷占其全部損傷的39%，僅次于網(wǎng)球肘。在跑步運(yùn)動中，常常會發(fā)生小腿肌肉拉傷，有研究顯示，有高達(dá)35% ～ 65%的健身者與專業(yè)運(yùn)動員曾經(jīng)發(fā)生過下肢損傷。老年人、小孩以及肢體殘疾人在日常的行走過程中，由于自身缺乏一定的平衡能力，往往會因?yàn)榭呐觥⑺さ沟韧话l(fā)狀況而意外導(dǎo)致肌肉和骨骼損傷。有國外學(xué)者曾做過相關(guān)的研究，該研究揭示了在老年人的摔倒中，將近53%是因?yàn)樾凶?、站立的不穩(wěn)定所導(dǎo)致的。
運(yùn)動損傷已經(jīng)給運(yùn)動員、業(yè)余愛好者、老年人、小孩等帶來了傷害，也是人們生命安全的重要隱患之一。也有不少人缺乏自我保護(hù)意識，認(rèn)為在業(yè)余的體育鍛煉和比賽中，做準(zhǔn)備活動，然后再多加注意一些，受傷的幾率也就小了，其實(shí)這種想法是不正確的。因?yàn)檫@種損傷，比如說扭傷、摔傷、各種磕碰傷，在運(yùn)動損傷里只占到了2%，它的名稱叫做意外傷，而將近98%的損傷是那種運(yùn)動技術(shù)性傷。所以基于運(yùn)動的生物力學(xué)，研制減少骨骼與肌肉損傷的防護(hù)性服裝，是一個(gè)很大的趨向。
1 運(yùn)動生物力學(xué)的研究
運(yùn)動生物力學(xué)是生物力學(xué)的分支學(xué)科，是研究體育運(yùn)動中人體機(jī)械運(yùn)動規(guī)律的科學(xué)。其主要任務(wù)是運(yùn)用生物學(xué)和力學(xué)的理論和方法研究人體從事各種運(yùn)動、活動以及勞動的動作技術(shù)，使復(fù)雜的人體動作技術(shù)奠基于最基本的生物學(xué)和力學(xué)規(guī)律之上，并以數(shù)學(xué)、力學(xué)、生物學(xué)以及動作技術(shù)原理的形式加以定量描述。運(yùn)動生物力學(xué)的發(fā)展與研究，為提高體育運(yùn)動的成績、預(yù)防運(yùn)動損傷、設(shè)計(jì)研發(fā)防護(hù)器材奠定了理論基礎(chǔ)。
1.1 運(yùn)動生物力學(xué)的實(shí)際應(yīng)用
對于運(yùn)動生物力學(xué)的研究，特別是在應(yīng)用上，具有自己的特色，大致可歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：
（1）在競技體育運(yùn)動動作的技術(shù)方面，根據(jù)人體的體態(tài)、素質(zhì)、機(jī)能等情況，研究適合個(gè)人的最佳運(yùn)動和活動技術(shù)的動作方案，并通過動作技術(shù)診斷使之逐步完善；
（2）從預(yù)防運(yùn)動損傷的觀點(diǎn)出發(fā)，對各種體育、活動以及生產(chǎn)勞動進(jìn)行生物力學(xué)分析，找出致傷因素，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的預(yù)防與治療措施；
（3）運(yùn)動生物力學(xué)不僅研究人體，而且也研究與運(yùn)動相關(guān)的器械的運(yùn)動規(guī)律，按照人體形態(tài)、結(jié)構(gòu)和機(jī)能的生物力學(xué)特征，設(shè)計(jì)和改進(jìn)運(yùn)動器材、設(shè)施、服裝與用具以及勞動機(jī)器、工具等。
1.2 運(yùn)動生物力學(xué)與防護(hù)器材
從運(yùn)動生物力學(xué)的角度出發(fā)，對體育運(yùn)動或健身鍛煉中用于防護(hù)人身安全、避免運(yùn)動損傷的器材，提出設(shè)計(jì)和改進(jìn)的設(shè)想及要求，是一項(xiàng)非常艱巨的學(xué)科任務(wù)，當(dāng)前基于運(yùn)動生物力學(xué)研制的防護(hù)用品主要有護(hù)具、運(yùn)動鞋。
新型橄欖球頭盔與傳統(tǒng)頭盔相比有著本質(zhì)的區(qū)別，新型頭盔的外層覆蓋了一種新型樹脂吸振緩沖材料，它可以有效地防止運(yùn)動員以頭盔作為進(jìn)攻武器沖撞對手。在運(yùn)動的過程中，人體的各個(gè)關(guān)節(jié)肌肉常常由于過多的運(yùn)動量或瞬間的揮擊、拉伸發(fā)生拉傷或震傷。戴上護(hù)具后，就可以對相應(yīng)部位的肌肉、韌帶加壓舒服，減緩可能的過度拉伸，并協(xié)助肌肉動作，對關(guān)節(jié)部位起到支撐作用。對于關(guān)節(jié)出現(xiàn)不同程度勞損的老人以及正在發(fā)育期的小孩來說，進(jìn)行遠(yuǎn)足郊游或體育鍛煉時(shí)，很有必要選擇一定的護(hù)具。
國內(nèi)外一線運(yùn)動品牌，其運(yùn)動鞋技術(shù)的每一項(xiàng)進(jìn)步都離不開生物力學(xué)研究，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和技術(shù)創(chuàng)新都遵循人體運(yùn)動生物力學(xué)原理。國際一線運(yùn)動品牌都擁有自己的核心技術(shù)，如Nike的air氣囊鞋底科技和足跟穩(wěn)定技術(shù)、Adidas的HUG環(huán)抱系統(tǒng)和智能芯片技術(shù)、李寧新一代單弦弓減震技術(shù)等。無論核心技術(shù)如何創(chuàng)新變化，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須遵循運(yùn)動生物力學(xué)的原理，其主要的生物力學(xué)原理是緩震減震、能量回歸、足跟控制、模擬踝足和回歸自然。
2 防護(hù)服裝的研究
伴隨著運(yùn)動的普及，傳統(tǒng)的防護(hù)服裝基本上從舒適性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能材料等角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，通過研究改變或加強(qiáng)面料的性能來達(dá)到服裝吸濕排汗透氣、防火、防水等效果，或者從服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，采用多開口寬松式設(shè)計(jì)，在前胸、腋下、前后衣片采用連續(xù)開口散熱功能設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了一套具有散熱功能的籃球比賽服裝。而在運(yùn)動過程中能真正地起到對人體防護(hù)作用的，往往都是要通過佩戴護(hù)具來達(dá)到目的，從拳擊的頭盔到籃球的護(hù)足，每一個(gè)易受傷的關(guān)節(jié)都有相對應(yīng)的護(hù)具來產(chǎn)生防護(hù)的效果。
但是現(xiàn)階段基于運(yùn)動生物力學(xué)研究的運(yùn)動防護(hù)僅限于護(hù)具以及運(yùn)動鞋，而客戶對防護(hù)服裝的要求卻逐漸從原來的吸濕排汗等舒適性方面提升到舒適、功能、美觀、防護(hù)一體化上來，更多地希望可以通過服裝本身就可以達(dá)到防護(hù)人體的目的。
所以，有必要從人體出發(fā)，通過測量人體各關(guān)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的變化，將其轉(zhuǎn)化為人體關(guān)節(jié)運(yùn)動的生物力學(xué)參數(shù)，通過分析生物力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)，建立人體防護(hù)模型，明確服裝面料與防護(hù)模型相互之間的關(guān)系，并結(jié)合服裝材料學(xué)、服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、人體工效學(xué)等相關(guān)知識，設(shè)計(jì)具有防護(hù)性能的服裝。
3 運(yùn)動生物力學(xué)在服裝上的應(yīng)用
在體育運(yùn)動、日常活動以及生產(chǎn)勞動中骨骼和肌肉損傷是難以避免的問題，解決這一難題，必須以人體運(yùn)動為目標(biāo)，運(yùn)用人體解剖學(xué)、人體生理學(xué)、力學(xué)的理論與方法來探索人體運(yùn)動規(guī)律，根據(jù)骨骼和肌肉的變化，建立外部防護(hù)模型，獲取防護(hù)服裝所需達(dá)到的力學(xué)參數(shù)，為開發(fā)運(yùn)動防護(hù)服裝提供理論依據(jù)。
3.1 理論依據(jù)
在運(yùn)動過程中，骨骼及肌肉功能模型的研究比較成熟，是確定肌肉長度、肌肉拉力線、肌力臂、肌力矩、肌力等關(guān)鍵因素，但卻沒有明確指出骨骼及肌肉損傷的臨界值，建立外防護(hù)模型是解決該問題的關(guān)鍵途徑。
基于人體骨骼與肌肉的動力學(xué)模型，模擬在外部約束條件下骨骼和肌肉的變化，通過逆向動力學(xué)方程式和有限元模擬獲取相關(guān)參數(shù)，建立外防護(hù)機(jī)制，即防護(hù)模型；在外加反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的作用下，明確服裝材料的性能與外防護(hù)模型之間的關(guān)系，為研制高質(zhì)量的運(yùn)動防護(hù)服裝、減少運(yùn)動過程中骨骼及肌肉的損傷提供理論依據(jù)。
3.2 技術(shù)問題
（1）建立骨骼及肌肉的模型，需要運(yùn)用動態(tài)捕捉系統(tǒng)捕捉關(guān)鍵點(diǎn)的運(yùn)動信息，測量人體在空間的位置和方向，即人體骨骼、關(guān)節(jié)的運(yùn)動軌跡。動態(tài)捕捉系統(tǒng)通常分類為 3類：機(jī)械式、電磁式和光學(xué)式，價(jià)格不菲。
（2）結(jié)合人體運(yùn)動軌跡的數(shù)據(jù)，通過人體建模仿真軟件進(jìn)行模擬，并推導(dǎo)出骨骼及肌肉的最優(yōu)化的防護(hù)機(jī)制。
（3）通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析，明確防護(hù)模型與服裝面料的性能特征之間的關(guān)系，為研發(fā)防護(hù)性能最優(yōu)的服裝提供依據(jù)。
3.3 研究方案
針對一項(xiàng)具體的運(yùn)動，主要研究內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：
（1）運(yùn)用動態(tài)捕捉系統(tǒng)捕捉人體關(guān)鍵部位的空間運(yùn)動軌跡；
（2）借助人體建模仿真軟件，將空間運(yùn)動軌跡的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為生物力學(xué)參數(shù)，如各關(guān)節(jié)的位移、速度、加速度及肌肉長度、肌力臂、肌力矩等，進(jìn)而計(jì)算出有關(guān)人體防護(hù)力學(xué)參數(shù)；
（3）基于骨骼及肌肉模型，運(yùn)用逆向動力學(xué)的方法，建立人體外部防護(hù)機(jī)制；
（4）根據(jù)各種服裝材料的性能，通過有限元的模擬，確定材料的性能與防護(hù)模型相互之間的關(guān)系，獲取防護(hù)服裝所需的防護(hù)參數(shù)；
（5）人體建模仿真軟件對所獲取的服裝防護(hù)參數(shù)進(jìn)行模擬，以進(jìn)一步獲得最優(yōu)防護(hù)的服裝。
技術(shù)路線如圖 1 所示。
4 結(jié)語
運(yùn)動損傷常常給運(yùn)動員、體育愛好者、老人、小孩等帶來意想不到的身體傷害，然而，傳統(tǒng)的防護(hù)服裝基本上從服裝的舒適性角度進(jìn)行研究，通過改變面料的特性來達(dá)到服裝的防濕透氣、吸濕排汗等，或從服裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，改變服裝衣下間隙、開口特征等來提高服裝的著裝舒適性。國外對于運(yùn)動防護(hù)服及裝備的研究則比較深入，從人體的頭部到腳的各個(gè)器官都配有特定的防護(hù)用具，所以基于運(yùn)動生物力學(xué)研究防護(hù)服裝必將是未來的研究熱門。
外防護(hù)模型的建立是運(yùn)動生物力學(xué)應(yīng)用到服裝領(lǐng)域的關(guān)鍵，也是制約防護(hù)服裝研發(fā)的主要因素。防護(hù)模型的研究處于起步階段，只有建立起防護(hù)模型，才能進(jìn)一步明確服裝材料與防護(hù)力學(xué)參數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，也為研制減少運(yùn)動損傷的運(yùn)動裝備奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
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篇2
關(guān)鍵詞：屈光性近視；軸性近視；生物力學(xué)機(jī)制
近20年來，我國近視眼患病率在急劇的增加，全國近視患者已超過3億，在世界排名僅次于“近視第一大國”——日本。近視已成為倍受人們關(guān)注的公共健康問題，認(rèn)知近視眼的發(fā)病機(jī)制正是解決該問題的關(guān)鍵所在。從近30年來近視眼研究來看，科學(xué)家們進(jìn)行了大量的近視動物模型實(shí)驗(yàn)，對近視的發(fā)生、發(fā)展有了進(jìn)一步了解。特別在形覺剝奪性近視、遺傳基因定位及近視眼生物化學(xué)物質(zhì)改變等方面有較深入的研究。也有學(xué)者嘗試了生物力學(xué)視角的研究，但是目前還沒有生物力學(xué)模型能解釋所有眼的調(diào)節(jié)機(jī)制。因此需要對人眼調(diào)節(jié)機(jī)制進(jìn)行有關(guān)生物力學(xué)的基礎(chǔ)研究，建立人眼調(diào)節(jié)機(jī)制的生物力學(xué)模型，為屈光的研究提供一種新的技術(shù)方法。
1.屈光性近視的力學(xué)機(jī)制
目前，解釋調(diào)節(jié)機(jī)制的經(jīng)典松弛理論[1]認(rèn)為：調(diào)節(jié)時(shí)睫狀肌的環(huán)形纖維收縮、懸韌帶松弛、晶狀體變凸出、屈光力增強(qiáng)、睫狀突和晶狀體赤道部接近。調(diào)節(jié)緊張理論[2]認(rèn)為：調(diào)節(jié)是由晶狀體赤道部受到張力牽引而產(chǎn)生，至少一部分晶狀體懸韌帶處于緊張狀態(tài)、晶體中央變凸出周邊變平、屈光力增加，并從物理數(shù)學(xué)模型、尸眼解剖、臨床觀察等方面進(jìn)行論證。盡管兩種理論存在一定的差別，但是兩種理論都認(rèn)可人眼的調(diào)節(jié)過程通過三部分眼內(nèi)組織完成。睫狀肌的收縮，睫狀肌的收縮使附著在睫狀突上的懸韌帶張力發(fā)生改變，懸韌帶張力的變化使晶體的形狀發(fā)生變化，晶體形狀的變化使人眼的屈光力發(fā)生變化，完成調(diào)節(jié)過程。
晶狀體的調(diào)節(jié)主要由睫狀肌、懸韌帶以及晶狀體三部分來實(shí)現(xiàn)，其生物力學(xué)調(diào)節(jié)機(jī)制的研究基本上從這三方面來展開?！罢{(diào)節(jié)本身不僅是傳統(tǒng)意義上的睫狀肌收縮和晶狀體變凸出，同時(shí)還伴有晶狀體的相對前移調(diào)節(jié)，對眼的幾乎所有屈光構(gòu)成因素有著顯著的影響，視近活動的累積效應(yīng)是兒童近視眼發(fā)生的主要原因”[3]?！皯翼g帶具有一定的張力，懸韌帶在拉斷之前平均能被拉長4.48±1.78mm，隨著年齡的增長，懸韌帶的張力隨年齡的增加而減少”[4]。不同屈光狀態(tài)對睫狀肌的動力學(xué)影響，睫狀肌遠(yuǎn)點(diǎn)肌肉張力在不同眼屈光狀態(tài)為一穩(wěn)定值，且隨眼靜態(tài)屈光度的增加而降低。
由以上的理論研究，我們看以看到睫狀肌與晶狀體的調(diào)節(jié)密切相關(guān)。對于涉及到的肌肉的運(yùn)動，我們可以嘗試從力學(xué)的視角來對屈光不正來進(jìn)行解讀，從而推測屈光性近視產(chǎn)生的原因。筆者認(rèn)為，屈光不正主要是由于晶狀體變凸出，光線聚焦在了視網(wǎng)膜的前方，形成屈光性近視。其生物力學(xué)機(jī)制可解釋為：長時(shí)間的近距離作業(yè)造成了睫狀肌痙攣，并長期處于緊張狀態(tài)，從而使懸韌帶長期處于松弛狀態(tài)，晶狀體不能變凹，也就形成了屈光性近視。
2.軸性近視的力學(xué)機(jī)制
基于理性分析，認(rèn)為鞏膜強(qiáng)度減弱、眼外肌壓迫眼球使眼內(nèi)壓增高等是造成高度近視的原因。但后來的臨床及實(shí)驗(yàn)研究未能找出相應(yīng)的證據(jù)。對眼球進(jìn)行了生物力學(xué)理論分析，認(rèn)為“在后部鞏膜的應(yīng)力分布不均，由于上、下斜肌的附著點(diǎn)接近視神經(jīng)，在調(diào)節(jié)輻揍時(shí)對后部鞏膜產(chǎn)生剪切作用，造成后部鞏膜延長”[5]?！把弁饧〉膹?qiáng)直性收縮引起玻璃體內(nèi)壓力升高，在近視的形成中也具有明顯作用”[6]。由此，我們不難看出，人們在生物力學(xué)的領(lǐng)域已經(jīng)展開了對近視眼形成機(jī)制的研究，研究的重心在于力學(xué)的作用點(diǎn)—鞏膜。只有對鞏膜形變及異化的機(jī)制研究清楚，才能為近視眼的矯正奠定基礎(chǔ)。
“軸性近視直接與鞏膜形變密切相關(guān)，因此鞏膜、角膜的生長及異化只能表現(xiàn)為眼球壁的不斷增厚，不能促成眼軸的延長”[7]。因此眼球的生長必須依賴于眼內(nèi)壓對球壁組織張力，才能形成膨脹性生長?！霸谕葢?yīng)力的作用下，前部鞏膜的變形最小，赤道部的次之，后部鞏膜最大，且高度近視患者的后鞏膜承受應(yīng)力較常人脆弱”[8]。后鞏膜加固術(shù)能加強(qiáng)薄弱的后鞏膜，從而達(dá)到抑制軸性近視發(fā)展的效果。近視眼鞏膜的組織病理學(xué)改變早于生物力學(xué)特性的改變，并且實(shí)驗(yàn)性近視眼的鞏膜彈性差，易發(fā)生變形，具有較低的承載能力。這些觀點(diǎn)都從某一視角對鞏膜做了研究，還需要有待進(jìn)一步的研究。
另外，實(shí)驗(yàn)性近視眼后極部鞏膜變薄，膠原纖維發(fā)生退行性變化即異化（鞏膜重塑），而這也是近視眼鞏膜彈性差、容易發(fā)生變形、具有較低的承載能力的病理基礎(chǔ)。“鞏膜成纖維細(xì)胞胞外基質(zhì)的代謝、細(xì)胞因子的表達(dá)及自身生物力學(xué)性質(zhì)等決定鞏膜的生物學(xué)和生物力學(xué)性質(zhì)。在近視的發(fā)生及治療過程中，伴隨有鞏膜及鞏膜成纖維細(xì)胞的力學(xué)——生物學(xué)特性的變化”[9]。這些理論都為鞏膜重塑的生物力學(xué)機(jī)制提供了充分的理論依據(jù)。
筆者認(rèn)為，軸性近視的形成是建立在屈光性近視的基礎(chǔ)之上，當(dāng)晶狀體的不能正常調(diào)節(jié)已經(jīng)不足以適應(yīng)長期的近距離作業(yè)的刺激時(shí)，眼球就會發(fā)生新的變化，及鞏膜的異化，從而導(dǎo)致眼球的形變，這種形變與眼外肌有密切的關(guān)系。由于長期的近距離作業(yè)，眼外肌的分作用力會破壞眼內(nèi)壓平衡，最終促進(jìn)眼軸變長，形成軸性近視。
3.結(jié)論
3.1作為現(xiàn)代文明的產(chǎn)物，近視眼的發(fā)生已呈現(xiàn)愈演愈烈的趨勢。對于近視形成機(jī)制，近30年來在形覺剝奪性近視、遺傳基因定位及近視眼生物化學(xué)物質(zhì)改變等方面有較深入的研究，生物力學(xué)方面的研究相對較淺。
3.2屈光性近視的力學(xué)研究集中于睫狀肌、懸韌帶以及晶狀體的力學(xué)參數(shù)變化，根據(jù)參數(shù)變化嘗試建立參數(shù)模型，從而糾正屈光性調(diào)節(jié)的理論機(jī)制。
3.3軸性近視的力學(xué)研究集中于力學(xué)的作用點(diǎn)—鞏膜。通過對鞏膜形變以及異化的研究，人們期望找到矯正軸性近視的突破口。
3.4從力的作用來源視角出發(fā)，眼外肌的研究必不可少，但是往往難以著手。眼外肌可以控制眼球的運(yùn)動，外在的間接研究或許可以為我們研究其力學(xué)機(jī)制提供一個(gè)新的思路。（作者單位：云南師范大學(xué)體育學(xué)院）
參考文獻(xiàn)：
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篇3
摘要：隨著力學(xué)著手于生物體，尤其是人體相關(guān)運(yùn)動研究的開展，生物力學(xué)成為交叉領(lǐng)域中重要的學(xué)科體系，運(yùn)動生物力學(xué)是基于生物力學(xué)學(xué)科之上，結(jié)合體育科學(xué)體系產(chǎn)生的一門新興學(xué)科，它的產(chǎn)生和發(fā)展，在我國此學(xué)科在理論、研究方法、測量分析等方面均取得了一定的發(fā)展。但考察分析運(yùn)動生物力學(xué)和生物力學(xué)的現(xiàn)狀，在喜悅于長足進(jìn)步的同時(shí)，不得不承認(rèn)，運(yùn)動生物力學(xué)的基礎(chǔ)理論并不完備，發(fā)展趨勢仍有局限。
關(guān)鍵詞：運(yùn)動生物力學(xué)；發(fā)展現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢
我國現(xiàn)代運(yùn)動生物力學(xué)出現(xiàn)于上世紀(jì)五十年代末期,開始階段只有少數(shù)幾個(gè)體育學(xué)院開了運(yùn)動生物力學(xué)講座或選修課,國家體委科研所成立了運(yùn)動生物力學(xué)研究組。由于眾所周知的原因,運(yùn)動生物力學(xué)在這一時(shí)期發(fā)展緩慢，到現(xiàn)在雖然有了質(zhì)的飛躍，但是不能忽視這門學(xué)科本身還是有待完善的。本文就運(yùn)動生物力學(xué)在我國的研究方法、研究領(lǐng)域和方向及發(fā)展趨勢進(jìn)行簡單的闡述和分析，并對我國的運(yùn)動生物力學(xué)作出一些展望。
一、我國運(yùn)動生物力學(xué)的研究現(xiàn)狀
1.研究方法
（1）常用的研究方法及儀器。在中國體育科學(xué)學(xué)會和原國家體委科教司的支持下,運(yùn)動生物力學(xué)分會組織國內(nèi)多名本學(xué)科的專家、教授討論、撰寫成的《運(yùn)動生物力學(xué)測量方法》一書編入了當(dāng)前運(yùn)動生物力學(xué)研究中使用的主要方法和儀器。包括運(yùn)動學(xué)方法中的平面定機(jī)、平面跟蹤、立體定機(jī)攝影攝像測量方法;動力學(xué)方法中的三維測力臺測試方法、等速測力儀測試方法;生物學(xué)方法中的人體形態(tài)學(xué)測量方法、人體重心測量方法、肌電測量方法等。另外還收入了一些國內(nèi)使用尚不普及和少量國外新近使用的測量方法,包括運(yùn)動學(xué)方法中的立體跟蹤攝影攝像測量方法、紅外光點(diǎn)攝像、激光測試儀、分段計(jì)時(shí)測量方法;動力學(xué)方法中的A.K.M 和B.K.M 測力儀測力方法、T.K.K 測力儀測力方法、賽艇多參數(shù)遙測分析系統(tǒng)測試方法、動態(tài)力的應(yīng)變測試方法、人體運(yùn)動能量測量方法。此外,還有多機(jī)同步測量方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分析方法、數(shù)學(xué)模型與計(jì)算機(jī)仿真方法以及運(yùn)動生物力學(xué)測試資料的統(tǒng)計(jì)處理與分析方法等［1］。
（2）新的研究方法及儀器。高精度的高速攝像測量系統(tǒng)的應(yīng)用: 高清晰度、高速度(100～200 場/s以上) 的攝機(jī)和錄像解析系統(tǒng)。圖像自動識別儀器開始應(yīng)用。高精度的紅外光點(diǎn)遙測分析系統(tǒng)已用于研究實(shí)踐。運(yùn)動專項(xiàng)的測試儀器和運(yùn)動器材的研制。磁感應(yīng)測量儀器研制成功。數(shù)學(xué)力學(xué)模型和人體運(yùn)動仿真在體育運(yùn)動技術(shù)研究中的應(yīng)用。運(yùn)動技術(shù)分析的“專家系統(tǒng)”與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型已經(jīng)應(yīng)用于人體運(yùn)動技術(shù)研究。肌電圖測試分析向定量化邁進(jìn)［2］。
2.目前我國的研究領(lǐng)域
（1）優(yōu)化運(yùn)動技術(shù)。針對某一特定運(yùn)動項(xiàng)目（ 如田徑、球類、速滑等）進(jìn)行分析，改善運(yùn)動技術(shù)的表現(xiàn)。如《對我國4名優(yōu)秀短道女運(yùn)動員彎道技術(shù)的生物力學(xué)分析》、《用力學(xué)原理分析直道滑跑技術(shù)》、《排球前后排扣球運(yùn)動學(xué)分析》等［3］。這些研究以使運(yùn)動員訓(xùn)練科學(xué)化，符合力學(xué)原理，符合人體規(guī)律，從而獲得最佳的技能表現(xiàn)。
（2）改進(jìn)人體基礎(chǔ)運(yùn)動如走、跑、跳、推、拉等，除此之外，還包括區(qū)別于競技運(yùn)動項(xiàng)目動作、動作系的研究。如《走步運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榕懿絼幼飨轮凸潜P之運(yùn)動學(xué)變化分析》、《步態(tài)生物力學(xué)研究進(jìn)展》等［4］。大眾體育和學(xué)校體育受到的重視遠(yuǎn)遜于競技體育，實(shí)際上，這些研究是非常重要的，因?yàn)檫@些技術(shù)研究只有專業(yè)的運(yùn)動員和教練員才會用得上，對于大多數(shù)人而言，充分體現(xiàn)“ 民本思想”，改善人體基礎(chǔ)運(yùn)動、改善健康的研究才是真正需要的。
（3）數(shù)學(xué)模式與模擬。這類數(shù)學(xué)模式模擬及電腦模擬的研究針對運(yùn)動技術(shù)及人體運(yùn)動進(jìn)行分析，此類研究有別于一般儀器進(jìn)行測量的方法，所以單分為一類［5］。
（4）運(yùn)動器材設(shè)備開發(fā)設(shè)計(jì)。主要關(guān)于運(yùn)動器材設(shè)計(jì)及力學(xué)特征分析，如網(wǎng)球拍、運(yùn)動鞋、訓(xùn)練器材等。這方面的研究如《不同勁度網(wǎng)球拍對恢復(fù)系數(shù)的影響》、《不同質(zhì)地泳衣對速度的影響分析》等。
（5）運(yùn)動傷害的研究。主要對運(yùn)動傷害機(jī)制及運(yùn)動護(hù)具進(jìn)行研究，避免運(yùn)動損傷的發(fā)生。如《體能動力損傷機(jī)制理論研究分析》。這類研究主要是在研究的過程中部分借助于運(yùn)動生物力學(xué)的研究方法、測試方法來分析造成傷害的動作規(guī)律，與人體結(jié)構(gòu)結(jié)合總結(jié)得出預(yù)防運(yùn)動傷害的方法［6］。
（6）人體測量學(xué)的研究由清華大學(xué)、白求恩醫(yī)大和國家體科所合作，采用CT測試方法結(jié)合計(jì)算機(jī)圖像處理分析系統(tǒng)，于1995年正式完成了中國成年人人體慣性參數(shù)的測定。
二、我國運(yùn)動生物力學(xué)的發(fā)展趨勢
通過對第六屆全國體育科學(xué)大會和第十八屆國際運(yùn)動生物力學(xué)年會的對比分析，可以大致看出我國運(yùn)動生物力學(xué)的發(fā)展趨勢。
（1） 計(jì)算機(jī)是運(yùn)動生物力學(xué)發(fā)展的核心。運(yùn)動生物力學(xué)的理論研究將偏重于計(jì)算方法的準(zhǔn)確和簡煉、理論研究的系統(tǒng)性和完整性。借助電子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)快速精確的測量和實(shí)時(shí)處理人體運(yùn)動的各種力學(xué)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)綜合分析和聯(lián)機(jī)分析，以及實(shí)現(xiàn)自動化控制是科技發(fā)展的必然趨勢。
（2） 競技體育方面的研究更加依賴高新技術(shù)。運(yùn)動生物力學(xué)的研究將更加注重訓(xùn)練實(shí)踐，研究成果要能為競技體育服務(wù)，運(yùn)動測試儀器的專項(xiàng)化以及高新技術(shù)和高新材料和儀器的創(chuàng)新和發(fā)展是這一發(fā)展方向的具體體現(xiàn)。
（3）運(yùn)動損傷康復(fù)的研究將更加深入，而且與運(yùn)動專項(xiàng)結(jié)合更加緊密，肌肉生物力學(xué)已成為熱門課題，對預(yù)防運(yùn)動損傷的研究也將是一個(gè)熱門課題，但對于分子生物力學(xué)方面的研究成果還很少，今后，應(yīng)廣泛結(jié)合運(yùn)動生物力學(xué)和生物學(xué)、運(yùn)動生理學(xué)、運(yùn)動醫(yī)學(xué)等學(xué)科中的研究方法，共同解決人體運(yùn)動中的有關(guān)問題。
（4）研究對象更加廣泛，運(yùn)動生物力學(xué)研究除繼續(xù)對競技體育進(jìn)行研究外，還應(yīng)向青少年、老年人、殘疾人的體育運(yùn)動、軍事技術(shù)動作以及與人體有關(guān)的一些設(shè)備。
三、運(yùn)動生物力學(xué)的展望
從以上運(yùn)動生物力學(xué)學(xué)科體系現(xiàn)狀的分析，不難看出運(yùn)動生物力學(xué)的發(fā)展仍存在一定的問題。學(xué)科可以研究的內(nèi)容很多，任務(wù)也不盡相同，但為適應(yīng)生物力學(xué)的發(fā)展和體育科學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)在運(yùn)動生物力學(xué)的發(fā)展應(yīng)有所側(cè)重。運(yùn)動生物力學(xué)還有許多有待于解決的問題，它的實(shí)用價(jià)值也只剛剛顯露初紅。
（1）提高動作技術(shù)不再局限于表層研究分析動作技術(shù)，更多應(yīng)著手于研究并提出技術(shù)訓(xùn)練的具體方案（有關(guān)如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)化動作結(jié)構(gòu)）；研制設(shè)計(jì)專用或通用的輔助訓(xùn)練動作、設(shè)施及器械。
（2）基礎(chǔ)理論的建設(shè)將為運(yùn)動生物力學(xué)發(fā)展鞏固根基，開拓視野，擴(kuò)展研究與應(yīng)用領(lǐng)域。
（3）深入研究運(yùn)動損傷機(jī)制，模擬分析運(yùn)動損傷過程，設(shè)計(jì)合理的運(yùn)動設(shè)備（器材、服裝、鞋等）以防止運(yùn)動損傷。
（4）計(jì)算機(jī)模擬、仿真技術(shù)是運(yùn)動生物力學(xué)研究的重要手段。（云南師范大學(xué)體育學(xué)院；云南；昆明；650031）
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篇4
關(guān)鍵詞：有限元法；手部；建模；生物力學(xué)
1 有限元法的發(fā)展歷史及在人體生物力學(xué)中的運(yùn)用
1.1有限元法的發(fā)展歷史 有限元法（finite elementsmethods，F(xiàn)EM）即有限元素法[1]，是一種在工程科學(xué)技術(shù)中廣泛應(yīng)用的數(shù)學(xué)物理方法，用于模擬并解決各種工程力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、生物力學(xué)等問題。其基本思想是把一個(gè)由無限個(gè)質(zhì)點(diǎn)和有無限個(gè)自由度構(gòu)成的連續(xù)體劃分為有限個(gè)小單元體組成的集合體，用離散化的有限單元模型代替原有物體。通過對每個(gè)單元的力學(xué)分析，獲得整個(gè)連續(xù)體的力學(xué)性質(zhì)。有限元法最早可上溯到20世紀(jì)40年代?，F(xiàn)代有限法的第一個(gè)成功的嘗試是在 1956年，Turner、Clough等人在分析飛機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)成功應(yīng)用有限元法求解。1960年，Clough第一次提出了"有限元法"概念，使人們認(rèn)識到它的功效。我國河海大學(xué)教授徐芝綸院士首次將有限元法引入我國，對它的應(yīng)用起了很大的推動作用。
1.2有限元法運(yùn)用于人體生物力學(xué)研究 1972年，Brekelmans[2]等首次報(bào)道將有限元分析方法應(yīng)用于生物力學(xué)方面研究。80年代后，應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)展到顱面骨、頜骨、股骨、牙齒、關(guān)節(jié)、頸椎、腰椎及其附屬結(jié)構(gòu)等生物力學(xué)研究中。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、分析工具的完善以及實(shí)踐的增多，有限元方法顯示了極大的優(yōu)越性并已逐漸成為研究人體生物力學(xué)的重要手段。人體力學(xué)行為研究基本無法采用傳統(tǒng)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)方式來進(jìn)行，因而有限元建模愈來愈成為深化人體認(rèn)識的有效措施。基于有限元軟件日益完善的建模功能及兼融其它計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）軟件特性，真實(shí)再現(xiàn)三維人體骨骼、肌肉、血管、器官等組織成為可能，并在虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中，通過材料賦值、幾何約束、固定載荷等過程，對擠壓、拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、三點(diǎn)彎、抗疲勞等力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，能求解獲得給定實(shí)驗(yàn)條件下模型任意部位變形、內(nèi)部能量變化、應(yīng)力/應(yīng)變分布、極限破壞等數(shù)據(jù)[3]。
1.3有限元法在人體生物力學(xué)研究中的建模思路 有限元建模即建立為數(shù)值計(jì)算提供原始數(shù)據(jù)的計(jì)算模型，需要通過建立幾何模型、材料賦值、網(wǎng)格劃分、施加約束與載荷，最后進(jìn)行求解等步驟實(shí)現(xiàn)，是有限元法仿真試驗(yàn)最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。摸型的幾何相擬性直接影響計(jì)算的結(jié)果，醫(yī)學(xué)有限元模型的建立首先需要獲得人體特定部位的幾何數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以從幾何參數(shù)設(shè)定、激光掃描、標(biāo)本切片和磨片以及醫(yī)學(xué)影像圖像獲得。其中醫(yī)學(xué)影像法最為以無創(chuàng)的方式提供了高精度的人體解剖結(jié)構(gòu)形態(tài)，基于醫(yī)學(xué)影像技術(shù)建模是目前人體有限元建模的主要手段，可以實(shí)現(xiàn)人體解剖結(jié)構(gòu)的可視化乃至生物力學(xué)仿真的有限元模型。包括X射線、超聲、CT、MRI等途徑，其中CT掃描是主流方式，CT結(jié)合MRI是新亮點(diǎn)。
通過X射線照片方式建模是指利用不同方位的多幅X射線照片獲得幾何數(shù)據(jù)重建三維模型，是一種經(jīng)濟(jì)、可行的方式。但因信息獲取不完整，建模過程復(fù)雜，對研究者經(jīng)驗(yàn)要求較高，現(xiàn)行醫(yī)學(xué)有限元建模中應(yīng)用較少。還有研究者基于超聲影像技術(shù)建模，如趙婷婷[4]等基于超聲建立了乳腺有限元模型；張桂敏[5]等在研究二尖瓣狹窄患者二尖瓣下游湍流剪應(yīng)力變化方面，運(yùn)用超聲影像圖像建立了二維有限元模型，為心瓣流體力學(xué)研究探索新的方法學(xué)途徑。目前基于超聲的有限元分析研究多集中在機(jī)械制造、土木工程等領(lǐng)域，并多采用二維有限元法分析，還沒有注意到與醫(yī)學(xué)相關(guān)的基本超聲影像技術(shù)的三維有限元研究相關(guān)報(bào)道。這或許是因?yàn)榛诔曈跋窦夹g(shù)的力學(xué)研究本就較少，三維、四維超聲的概念提出較晚，與重點(diǎn)應(yīng)用在工程技術(shù)方面的有限元法結(jié)合運(yùn)用更是鮮有。相較X線與超聲而言，CT/MRI圖像法在醫(yī)學(xué)有限元建模中應(yīng)用更為普遍。MRI技術(shù)具有很高的組織對比分辨率、解析高以及無離子化輻射等特點(diǎn)，能清晰顯示人體結(jié)構(gòu)的組織學(xué)差異和生化變化?；贛RI圖像能獲得細(xì)致的幾何模型。但MRI偏向于對肌腱、韌帶等軟組織的分辨，對骨的分辨不如CT清晰。此外，目前國內(nèi)常用的核磁共振機(jī)掃描層厚和掃描間距一般都在2mm以上，無法獲得更詳細(xì)的幾何數(shù)據(jù)，影響到重建圖像的清晰度精確性?；贑T掃描獲得幾何數(shù)據(jù)的建模的方法目前應(yīng)用最為廣泛。CT根據(jù)密度不同來確定信號的強(qiáng)弱，可以通過調(diào)節(jié)掃描條件，使任何復(fù)雜形態(tài)和各種密度的組織都有較高的分辨率，適用于任何復(fù)雜形態(tài)和各種密度的三維結(jié)構(gòu)?？汕逦@示骨與軟組織的邊界，通過醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)能獲得骨骼比較準(zhǔn)確的幾何數(shù)據(jù)，其不足之處在于對軟組織的分辨率相對較低，無法從醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)獲得準(zhǔn)確的肌肉、韌帶、腔等組織幾何數(shù)據(jù)，須參考相關(guān)解剖資料。CT/MRI數(shù)據(jù)重建的三維模型，能夠真實(shí)的再現(xiàn)被掃描對象的表面特征及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，CT的空間分辨率高于MRI，CT對骨組織與軟組織邊界顯示更為清晰，而MRI的對比分辨率高于CT，特別是軟組織對比明顯優(yōu)于CT。通過CT結(jié)合MRI法將能融合二者優(yōu)勢，但對研究者圖像處理技術(shù)有更高的要求。通過文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前CT提取骨組織結(jié)合MRI提取軟組織方法的研究報(bào)道較少。徐志才[6]等基于CT影像數(shù)據(jù)構(gòu)建了包含股骨、脛骨和腓骨的實(shí)體模型，并基于MRI影像數(shù)據(jù)構(gòu)建了包含股骨軟骨、脛骨軟骨、內(nèi)外側(cè)半月板和內(nèi)外側(cè)副韌帶的三維實(shí)體模型。將CT和MRI影像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)融合，獲得包含骨性和非骨性結(jié)構(gòu)的膝關(guān)節(jié)三維實(shí)體模型。
2 有限元建模的常用軟件
人體生物力學(xué)有限元模型的精確性對有限元分析結(jié)果的合理性有直接影響。三維重建技術(shù)與有限元方法及其他虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合是未來發(fā)展的方向，這有賴于這些集成強(qiáng)大圖像處理功能的有限元軟件的發(fā)展。常用的建模輔助軟件有：MIMlCS、MATLAB、CAD、Geomagic Studio等軟件。其中最常用的是MIMlCS軟件，它的FEA模塊可以將掃描輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理建立3D模型，然后對表面進(jìn)行網(wǎng)格劃分以應(yīng)用在有限元分析中。它還可基于掃描數(shù)據(jù)的亨氏單位對體網(wǎng)格進(jìn)行材質(zhì)分配。MIMICS的網(wǎng)格重劃功能能方便地將不規(guī)則三角片轉(zhuǎn)化成趨近于等邊的三角片，顯著提高STL模型的質(zhì)量和處理速度，對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行最大限度的優(yōu)化，目前版本已發(fā)展到MIMICS17.0?，F(xiàn)常用有限元軟件有：Ansys、ABAQUS、NASTRAN、COSMOS等。其中最常用的是Ansys軟件，目前版本已發(fā)展到Ansys15.0。
3 手部三維有限元的運(yùn)用進(jìn)展
手部因其解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動靈活精細(xì)、力學(xué)分析困難的周圍組織對手部力學(xué)因素有重要影響等方面原因，研究較人體其它部位明顯偏少。在工程領(lǐng)域方面，楊德偉[7]等基于CT掃描數(shù)據(jù)結(jié)合ABAQUS軟件建立了手抓握模型。幾何模型通過人手CT掃描后簡化處理得到，建立的手模型簡化為以皮膚、肌肉、神經(jīng)、血管等軟組織為整體的軟組織模型和手部骨骼模型兩部分，手部復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)未曾細(xì)化。抓握功能通過參數(shù)約束、程序運(yùn)動規(guī)劃控制下實(shí)現(xiàn)，而并非基于神經(jīng)肌電活動模擬，也非通過骨、肌肉施加荷載得到，本模型在工程領(lǐng)域有一定實(shí)用價(jià)值，但遠(yuǎn)不能滿足醫(yī)學(xué)研究的需要；陳志翔[8]等在研究機(jī)器人虛擬手過程中，通過參考手部解剖結(jié)構(gòu)，建立手部肌肉模型，并以程序設(shè)計(jì)約束指間運(yùn)動關(guān)系，通過控制肌肉收縮量來實(shí)現(xiàn)手指運(yùn)動，較好的擬真了手指運(yùn)動機(jī)理。但模型基于數(shù)學(xué)方程人為控制，而非通過人手實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)獲得。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域方面，Carrigan等[9]通過CT掃描，最先建立了包括韌帶、軟骨、8塊骨骼在內(nèi)的手腕關(guān)節(jié)復(fù)合模型；國外的Ko等和國內(nèi)的郭欣等[10]都建立了腕管的三維有限元模型，為進(jìn)一步探討腕部結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為提供了一個(gè)可操作的平臺；Anderson等[11]最早通過腕關(guān)節(jié)三維有限元模型模擬了創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎病理改變；Bajuri MN[12]等通過CT掃描，參照診斷標(biāo)準(zhǔn)，建立了首例類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者腕關(guān)節(jié)三維有限元模型。國內(nèi)其它學(xué)者也以解決臨床問題為出發(fā)點(diǎn)，對手的部分結(jié)構(gòu)三維有限元模型的建立進(jìn)行了積極的探索，如孟立民[13]建立了第一、二掌骨和大多角骨三維有限元模型，并模擬Bennett骨折和微型外固定器外固定及克氏針內(nèi)固定治療情形，研究兩種治療方法優(yōu)劣問題；董謝平等[14]以中國力學(xué)可視人原始資料為依據(jù)，構(gòu)建帶軟組織的正常手腕和佩帶腕保護(hù)器手腕的三維有限元模型，驗(yàn)證了腕保護(hù)器防護(hù)腕部骨折的有效性；顏冰珊等[15]建立了正常下尺橈關(guān)節(jié)三維有限元模型研究了前臂橈骨骨折的臨床問題；張浩[16]等基于現(xiàn)有個(gè)人電腦平臺，建立了腕關(guān)節(jié)有限元模型，進(jìn)一步證明利用醫(yī)學(xué)圖像處理軟件和三維重建軟件準(zhǔn)確、快捷地構(gòu)建腕關(guān)節(jié)的三維有限元模型有可行性。
4 小結(jié)
手部建模是虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，在工程領(lǐng)域主要是機(jī)器人手的擬真研究，尤重抓握功能，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域更多涉及腕關(guān)節(jié)這一部分結(jié)構(gòu)，囊括手部骨骼、關(guān)節(jié)、肌肉、韌帶、筋膜、血管、神經(jīng)、皮膚等組織結(jié)構(gòu)較完整的手部有限元模型尚未見諸報(bào)道。手部的骨骼、關(guān)節(jié)數(shù)目較多、相互關(guān)聯(lián)較復(fù)雜，是一個(gè)復(fù)合性的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在建模時(shí)要同時(shí)考慮到骨骼、關(guān)節(jié)面、韌帶、肌腱及其它周圍組織在生物力學(xué)中的作用。目前，手部有限元建模研究較人體其它部位少，還沒有形成較完整、成熟的模型，更沒有統(tǒng)一的建模標(biāo)準(zhǔn)。如何將三維可視化手建成物理手的有限元模型是現(xiàn)階段研究難點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)虛擬生理手模型建立的必然階段，相信隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步及多學(xué)科更好的融合，手部有限元模型研究將有更為廣闊的前景。
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篇5
中圖分類號： G 804.5 文章編號：1009783X（2012）03027406 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A
收稿日期：20110509
基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（30771046）。
作者簡介：張?。?963—），男，北京人，碩士，副教授，研究方向?yàn)檫\(yùn)動生物力學(xué)；卜淑敏（1967—），女，山西人，博士，教授，研究方向?yàn)檫\(yùn)動生理學(xué)；魏兆松（1981—），男，安徽人，碩士，講師，研究方向?yàn)檫\(yùn)動生物力學(xué)。
作者單位：首都體育學(xué)院，北京 100191
Capital University of Physical Education and Sports，Beijing 100191，China. 隨著人口的老齡化，骨質(zhì)疏松癥不僅是一個(gè)醫(yī)療問題，也是一個(gè)社會問題，是常見的骨代謝性疾病，是一種危害中老年人群常見的疾病，在世界多發(fā)病中位居第6位，對該類疾病的研究及治療在影響人類生存質(zhì)量的因素中，已經(jīng)占有了越來越重要的地位。骨密度是診斷骨質(zhì)疏松的重要標(biāo)準(zhǔn)，受很多因素的影響。為探求骨密度對骨質(zhì)疏松癥的影響，本文采用去卵巢大鼠模型，通過觀察各組大鼠的體重、脛骨體重指數(shù)、脛骨長度、股骨和第4腰椎的骨密度的變化情況，得出運(yùn)動和雌激素對骨質(zhì)疏松預(yù)防和治療的作用。
1 材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)動物
60只雌性健康3月齡SD大鼠，體重（220±20）g，身體情況正常。由北京維通利華實(shí)驗(yàn)動物中心提供，飼養(yǎng)于北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部實(shí)驗(yàn)動物學(xué)部，嚙齒類動物飼料喂養(yǎng)，自由飲食、飲水，動物室溫度22～25 ℃，相對濕度50%～55%。
1.2 方法
1.3 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的測定
在取材的前2 d開始制備取材的設(shè)備和儀器并注意制備充足的材料，開始斷食。在取材的當(dāng)日5時(shí)從動物實(shí)驗(yàn)學(xué)部用專門的鼠籠把動物帶到首都體育學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行取材。
1.3.1 體重
在平時(shí)要注意觀察大鼠的精神狀況和運(yùn)動能力的變化，并注意各組的飲食量。在取材時(shí)要準(zhǔn)確地測量出每只大鼠的體重。
1.3.2 股骨和腰椎骨標(biāo)本的制備
大鼠飼養(yǎng)到期時(shí)，要提前2 d斷食物，但正常飲水。麻醉后測量體重，股動脈放血處死。注意勿損傷骨質(zhì)去除附著的肌肉和結(jié)締組織將兩側(cè)股骨、脛骨和腰椎骨摘出，將摘出的骨骼用pbs生理鹽水浸透的紗布包裹，裝入密閉試劑盒中，放置于-20℃冰箱內(nèi)，測試時(shí)將其于室溫下自然解凍[12]。
1.3.3 脛骨干重和長度的測定
用水合氯醛麻醉并用電子天平（JA5002）稱量出大鼠的體重。對所有的大鼠進(jìn)行股動脈放血處死并取下大鼠的后下肢左、右脛骨。把脛骨按編號放置在60℃的實(shí)驗(yàn)室烤箱（型號 XU027200）烘烤 12 h后取出。用電子分析天平（型號 FA1004A）稱量所有脛骨的質(zhì)量。再用游標(biāo)卡尺（精確度為0.02 mm）測出大鼠脛骨的長度（測量時(shí)，采用游標(biāo)卡尺卡緊骨的兩端結(jié)構(gòu)，并且骨兩端的距離是最短（要求骨的縱徑與游標(biāo)卡尺主尺面平行）。計(jì)算出左、右脛骨質(zhì)量的平均值和大鼠體重的質(zhì)量指數(shù)（脛骨和體重的質(zhì)量指數(shù)=一側(cè)脛骨的質(zhì)量/大鼠體重）。
1.3.4 股骨和腰椎骨的骨密度的測定
1.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和統(tǒng)計(jì)
所有指標(biāo)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，數(shù)理統(tǒng)計(jì)采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 12.0進(jìn)行單因素方差分析，組間相互比較采用LDS法，對F值明顯的指標(biāo)，用t檢驗(yàn)對各組均值進(jìn)行多重比較。
2 結(jié)果與分析
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
去勢大鼠作為骨質(zhì)疏松模型也已經(jīng)是一門成熟的技術(shù)。大鼠在3月齡時(shí)性腺與內(nèi)分泌系統(tǒng)才完全發(fā)育成熟，肌肉骨骼系統(tǒng)基本定型，故以3月齡青春期大鼠為研究的起始年齡；但此時(shí)大鼠的骨骼仍然在生長，至7月齡時(shí)，皮質(zhì)骨才發(fā)育成熟達(dá)到骨峰值，故3～8月齡為復(fù)制成年大鼠疏松模型的合適年齡，7～8月為最佳年齡；但采用 7、8 月齡大鼠耗資較大，故在設(shè)立對照組的前提下，用3～4月齡的大鼠仍是可行的[3]。通過以上所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，可以看出本次實(shí)驗(yàn)的造模是成功的，得到手術(shù)靜止組的大鼠的體重和骨密度與假手術(shù)組、手術(shù)干預(yù)組有高度顯著性差異（P
3.1 脛骨指標(biāo)數(shù)據(jù)的比較分析及討論
骨長軸方向的成長依靠軟骨內(nèi)骨化過程，骸軟骨細(xì)胞不斷增生和不斷骨化（軟骨變成骨的過程），使骨長度不斷增加[7]。比較手術(shù)靜止組與假手術(shù)靜止組，可以看出SD雌性大鼠的脛骨由于在去勢手術(shù)的環(huán)境下生長而導(dǎo)致其脛骨長度的增長不明顯（P
3.2 骨密度指標(biāo)分析及討論
骨密度（BMD）是機(jī)體某一部位骨組織中單位骨面積內(nèi)所含的礦物質(zhì)量，是影響骨強(qiáng)度的一個(gè)重要因素，是評價(jià)骨強(qiáng)度的一個(gè)最方便、最常用的指標(biāo)，并且BMD的高低也被作為診斷骨質(zhì)疏松的一項(xiàng)主要標(biāo)準(zhǔn)。BMD受到諸多因素的影響，如遺傳背景、性別、年齡、激素、營養(yǎng)和運(yùn)動因素等。宋冰，張兆強(qiáng)研究顯示，切除大鼠雙側(cè)卵巢后，骨礦物元素Ca、S、Mg、Zn、Co、Mn等含量顯著降低（P
雌激素具有下調(diào)骨重建閾值的作用[16]，當(dāng)雌激素減少時(shí)骨重建閾值提高，因此，原先使骨骼進(jìn)行保留型骨重建的應(yīng)變只能進(jìn)行廢用型骨重建了。絕經(jīng)后雌激素減少，通過運(yùn)動可以增加骨骼載荷以增加骨骼的應(yīng)變，使之達(dá)到骨重建閾值而進(jìn)行保留型骨重建，減少絕經(jīng)后骨量的丟失[17]。體育運(yùn)動影響骨的力學(xué)特性。影響骨的力學(xué)特性的因素包括骨的幾何形態(tài)（體積、橫斷面、管壁厚度等）、骨礦密度（與骨組織的孔隙率呈反比）、骨質(zhì)的質(zhì)量（原有骨質(zhì)和新形成骨質(zhì)之比、礦化度、骨膠原成分和含量、骨膠原和骨礦的排列方向，以及骨基質(zhì)中和骨單位周圍存在的細(xì)微骨折數(shù)量等。骨骼所受的外力，即使骨產(chǎn)生形變的外源性機(jī)械力可概括為內(nèi)源性肌肉收縮力與外源性反作用力。這些力對骨生長發(fā)育的調(diào)控主要通過調(diào)節(jié)軟骨內(nèi)生長與骨化、關(guān)節(jié)軟骨的發(fā)育，以及軟骨周緣/骨膜的骨化和軟骨內(nèi)成骨[18]。機(jī)械力學(xué)信號可轉(zhuǎn)化成促進(jìn)成骨的生化信號。力學(xué)信號激活骨細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)通路而成骨，尤其在達(dá)到峰值骨量之前，除增加骨密度外，更能有效地改善骨的形態(tài)結(jié)構(gòu)[19]。跑步運(yùn)動時(shí)骨骼肌的頻繁收縮，大量增加肌肉的血液供應(yīng)，進(jìn)而增加骨皮質(zhì)血流量，改善骨組織血液供應(yīng)，促進(jìn)鈣的吸收，保存骨量。陳柏齡等的研究顯示：雌激素和運(yùn)動均可顯著提高骨密度及生物力學(xué)性能；但與雌激素相比，運(yùn)動在防治Ⅰ型骨質(zhì)疏松的作用中具有如下優(yōu)點(diǎn)：1） 更強(qiáng)的促進(jìn)骨形成的能力；2）調(diào)節(jié)骨重建的部位和方向，使骨的顯微結(jié)構(gòu)適應(yīng)其生物力學(xué)功能；3）提高骨的硬度，增強(qiáng)骨抵抗變形的能力[20]。李梅、李爽等人研究顯示：運(yùn)動和雌激素均能明顯提高去卵巢大鼠脛骨的BMD，但在維持去卵巢大鼠BMD方面，運(yùn)動的功效作用優(yōu)于雌激素。這可能是因?yàn)檫\(yùn)動不僅能對骨骼系統(tǒng)提供有效的力學(xué)刺激，而且可以改善機(jī)體神經(jīng)內(nèi)分泌功能，明顯提高絕經(jīng)后婦女的內(nèi)源性雌二醇水平，能夠有效緩解絕經(jīng)后各種低雌激素癥狀從而達(dá)到良好的維持或改善骨健康的功效[21]。
本實(shí)驗(yàn)手術(shù)運(yùn)動組大鼠的骨密度相對手術(shù)靜止組有高度顯著性差異，就是運(yùn)動給予骨骼機(jī)械力的作用而引起的，通過上述研究分析可以明確為什么運(yùn)動組大骨密度增高。同樣孫穎等[2224]的研究發(fā)現(xiàn)，低、中強(qiáng)度的跑臺運(yùn)動訓(xùn)練可以延緩股骨骨量的丟失，高強(qiáng)度運(yùn)動并不能產(chǎn)生這種效果。王怡婧，張焱等人研究發(fā)現(xiàn)中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動和E2單獨(dú)或聯(lián)合作用均能顯著增加去卵巢大鼠肝組織勻漿NO含量，二者是通過上調(diào)肝臟 eNOS 蛋白表達(dá)而發(fā)揮作用[25]；因此，大部分研究認(rèn)為，中等強(qiáng)度的承重性練習(xí)更有利于延緩骨量的丟失。張林等人的研究顯示：去卵巢后大鼠表現(xiàn)為高轉(zhuǎn)換型骨代謝特征，雌激素下降，甲狀旁腺激素分泌加強(qiáng)，促進(jìn)骨吸收，從而骨鈣流失；因此，血鈣含量上升，而運(yùn)動可使血鈣流入并沉積在骨中，主要原因推測為：1）運(yùn)動能促進(jìn)血液循環(huán)，利于血鈣向骨內(nèi)輸送和破骨細(xì)胞向成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)變，促進(jìn)骨鈣化，增加骨密度。2）運(yùn)動負(fù)荷的機(jī)械應(yīng)力可促進(jìn)骨細(xì)胞的增殖，加強(qiáng)其活性，使骨的礦化過程加強(qiáng)，使血中的鈣以鈣鹽的形式沉積在骨中，從而使骨量增加。
運(yùn)動結(jié)合藥物對由于去勢而導(dǎo)致的骨礦物質(zhì)丟失有預(yù)防和治療的作用，已經(jīng)成為人們的共識。很多動物實(shí)驗(yàn)都已經(jīng)證明：適度運(yùn)動結(jié)合雌激素對由于老年化而導(dǎo)致的骨質(zhì)疏松有協(xié)同的效果。本實(shí)驗(yàn)的手術(shù)給藥加運(yùn)動組與手術(shù)給藥和手術(shù)運(yùn)動組大鼠間有顯著性差異也證明在該實(shí)驗(yàn)條件下，對去勢大鼠的骨骼礦物質(zhì)的丟失是有效果的。
4 結(jié)論
3）本實(shí)驗(yàn)的不足之處，假手術(shù)運(yùn)動與靜止組別在一些數(shù)據(jù)指標(biāo)上沒有顯著性的差異；可能是該運(yùn)動量對健康大鼠的影響程度不高，沒有去勢大鼠改善效果明顯的緣故。
實(shí)驗(yàn)的結(jié)果提示我們在預(yù)防和治療由于老年化引起的骨質(zhì)疏松，單純的藥物與運(yùn)動干預(yù)，不如兩者共同協(xié)同作用效果顯著，并且在實(shí)際的對待人類而言，很重要的一點(diǎn)是必須控制好藥物量及運(yùn)動的強(qiáng)度和量度，還要安排好干預(yù)的時(shí)間和頻率。
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篇6
關(guān)鍵詞：男子 短距離 自行車運(yùn)動員 力量特征
中圖分類號：G804
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
文章編號：1004-5643（ 2015 ）01-0077-03
自行車運(yùn)動屬周期性力量型項(xiàng)目，短距離自行車運(yùn)動員的肌肉力量素質(zhì)要求更為全面，涵蓋了絕對力量、爆發(fā)力和力量耐力的各個(gè)方面。其專項(xiàng)力量的提高直接關(guān)系到運(yùn)動成績的提高。運(yùn)動員和教練員對自行車運(yùn)動員膝、踝關(guān)節(jié)肌肉力量的提高做出了很大努力，但對各關(guān)節(jié)主要肌肉群訓(xùn)練的比例如何安排，練到什么程度等問題還不很清楚，也還沒有一個(gè)較為可信的參考依據(jù)。本研究通過對不同訓(xùn)練水平男子短距離自行車運(yùn)動員下肢膝、踝關(guān)節(jié)屈伸肌群的等速測試，使教練員、運(yùn)動員了解肌肉力量訓(xùn)練的效率和質(zhì)量，以更有效地提高運(yùn)動成績、避免運(yùn)動損傷，為專項(xiàng)運(yùn)動員的科學(xué)選材和肌肉力量的診斷提供科學(xué)依據(jù)。
1 研究對象和方法
1.1研究對象
選自國家集訓(xùn)隊(duì)24名優(yōu)秀運(yùn)動員，按等級分為兩組：優(yōu)秀組（健將）10名，普通組（一級運(yùn)動員）14名。（見表1）
1.2研究方法
1.2.1實(shí)驗(yàn)測試法
測試儀器采用美國CYBEX公司生產(chǎn)的CYBEX-NORM770型等速力量測試康復(fù)儀器。選取峰力矩、相對峰力矩、平均功率、屈伸力矩比等測試指標(biāo)。
膝關(guān)節(jié)部位屈伸肌群力量選定慢等速60。/s和快等速300。/s兩種不同的角速度進(jìn)行測試；踝關(guān)節(jié)部位屈伸肌群力量選定的測試角慢等速60。/s、快等速180。/s兩種不同的角速度進(jìn)行測試。
在進(jìn)行動態(tài)肌肉力量慢等速測試時(shí)，加載于肢體的負(fù)荷阻力較大，因此常被用于進(jìn)行最大動態(tài)肌力檢測與評價(jià)；在進(jìn)行快等速測試時(shí)加載于肢體的運(yùn)動負(fù)荷阻力較小，關(guān)節(jié)運(yùn)動速度較快，因此常被用于檢測和評價(jià)肌肉快速力量。
1.2.2文獻(xiàn)資料法
通過查閱中國知網(wǎng)、中國學(xué)位論文全文庫相關(guān)自行車運(yùn)動和力量測試的相關(guān)文獻(xiàn)，了解當(dāng)前的研究現(xiàn)狀，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和可行性分析。
1.2.3專家訪談法
走訪了自行車教練員、體能教練，并了解隊(duì)員力量素質(zhì)的訓(xùn)練情況，針對自行車運(yùn)動員力量素質(zhì)訓(xùn)練方法，以更好地協(xié)凋好各部位力量訓(xùn)練的關(guān)系。
1.2.4數(shù)理統(tǒng)計(jì)法
利用Microsoft Excel和Spss統(tǒng)計(jì)軟件包將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括均值、標(biāo)準(zhǔn)差、T檢驗(yàn)等。最后利用Microsoft Excel和Microsoft Word進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果及圖表的處理。
2 測試結(jié)果
2.1男子短距離自行車運(yùn)動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌群的測試結(jié)果
2.1.1男子短距離自行車運(yùn)動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌群峰力矩和相對峰力矩測試結(jié)果
由表2可以看出，男子優(yōu)秀組和普通組短距離自行車運(yùn)動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌群峰力矩值隨測試角速度的增加而減少。在測試角速度為60。/s時(shí)，左、右側(cè)膝關(guān)節(jié)伸肌群峰力矩值優(yōu)秀組運(yùn)動員與普通組運(yùn)動員均差異顯著（P
由表3可以看出，男子優(yōu)秀組和普通組短距離自行車運(yùn)動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌群相對峰力矩值隨測試角速度的增加而減少。在60。/s和300。/s測試角速度時(shí)，優(yōu)秀組運(yùn)動員與普通組運(yùn)動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌群相對峰力矩值差異不顯著（P>0.05）。
2.1.2男子短距離白行車運(yùn)動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌群比值測試結(jié)果
從表4中可以看出，男子優(yōu)秀組和普通組短距離自行車運(yùn)動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌群屈伸比隨測試角速度的增加而增大。在測試角速度60。/s和300。/s時(shí)，左、右側(cè)膝關(guān)節(jié)屈伸肌群屈伸比優(yōu)秀組運(yùn)動員與普通組運(yùn)動員均差異不顯著（P>0.05）。
2.2男子短距離自行車運(yùn)動員踝關(guān)節(jié)背屈跖屈肌群測試結(jié)果
從表5可以看jL，男子優(yōu)秀組和普通組短距離自行車運(yùn)動員踝關(guān)節(jié)背屈跖屈肌群峰力矩值隨角速度的增加而減小。在測試角速度60。/s時(shí)，優(yōu)秀組運(yùn)動員與普通組運(yùn)動員右側(cè)踝關(guān)節(jié)背屈肌群峰力矩差異很顯著（P
在測試角速度180。/s時(shí)，優(yōu)秀組運(yùn)動員與普通組運(yùn)動員左、右側(cè)踝關(guān)節(jié)背屈肌群峰力矩值差異很顯著（P
從表6可以看出，男子優(yōu)秀組和普通組短距離自行車運(yùn)動員踝關(guān)節(jié)背屈跖屈肌群相對峰力矩隨測試角速度的增加而減小。在測試角速度60。/s時(shí)，優(yōu)秀組運(yùn)動員與普通組運(yùn)動員有踝關(guān)節(jié)背屈肌群相對峰力矩值差異顯著（P
3 分析討論
3.1膝關(guān)節(jié)測試結(jié)果分析討論
男子短距離自行車運(yùn)動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌群峰力矩值和相對峰力矩值隨測試角速度的增加而減少。這與以往的研究結(jié)果相一致，與運(yùn)動解剖學(xué)狀況和肌肉力學(xué)特征相吻合，符合經(jīng)典的Hill方程關(guān)于肌肉張力與肌肉收縮速度成反比的理論。
峰力矩是指肌肉或肌群環(huán)關(guān)節(jié)運(yùn)動過程中相應(yīng)肌肉或肌群收縮進(jìn)而產(chǎn)生的最大力矩輸出值，能真實(shí)的反映肌肉在運(yùn)動過程中的最大負(fù)荷情況，代表關(guān)節(jié)肌肉或肌群的最大肌力。通過測試結(jié)果提示：在60。/s測試速度時(shí)，普通組男子短距離白行車運(yùn)動員膝關(guān)節(jié)左、右側(cè)伸肌群和右側(cè)膝關(guān)節(jié)屈肌群峰力矩值有待提高，應(yīng)加大最大力量的訓(xùn)練。普通組男子短距離自行車運(yùn)動員左右側(cè)膝關(guān)節(jié)伸肌群力量發(fā)展不平衡，右側(cè)膝關(guān)節(jié)伸肌群最大肌力水平有待提高。否則，會影響到自行車運(yùn)動員在踏蹬和提位過程的網(wǎng)滑度，以防止男子短距離自行車動員在高速踏蹬和提拉運(yùn)動中運(yùn)動損傷的發(fā)生。 相對峰力矩是指峰力矩除以受試者的體重所得到的比值，它是反映運(yùn)動員每公斤體重的單位體重用力的情況，比較在不同負(fù)荷條件下所發(fā)揮出的力量與體重的比值的意義在于：通過計(jì)算出運(yùn)動員每公斤單位體重的肌力情況，排除了運(yùn)動員體重差異對其力量大小的影響，具有可比|生。優(yōu)秀組運(yùn)動員和普通組運(yùn)動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌群相對峰力矩值比較之間均沒有差異。自行車運(yùn)動員的運(yùn)動過程本身就是克服機(jī)械阻力、空氣阻力、地面摩擦力做功的過程，運(yùn)動員的體重對于其力量有一定的關(guān)系。在力量不受影響的情況下適當(dāng)?shù)目刂企w重對完成比賽項(xiàng)目，對其成績的提高很有幫助。
男子短距離自行車膝關(guān)節(jié)屈伸肌群向心收縮的峰力矩的比值是衡量主對抗肌肌肉力量平衡的重要指標(biāo)，比值過大或過小都影響肌肉用力的協(xié)調(diào)性和均衡性。這里強(qiáng)調(diào)的屈伸比的大小，不代表力矩的大小。正確的理解應(yīng)該是比值的大小，是衡量膝關(guān)節(jié)屈伸肌群力量的發(fā)展協(xié)調(diào)（相對平衡）程度。屈伸比的偏低首先是由于膝關(guān)節(jié)屈肌群肌力的相對偏低造成的，屈肌群力量偏弱就會影響整個(gè)膝關(guān)節(jié)，乃至下肢肌肉的協(xié)調(diào)發(fā)力和技術(shù)動作的準(zhǔn)確性，以及輸出功率的大小?，F(xiàn)代訓(xùn)練理論認(rèn)為，力量是自行車項(xiàng)目的關(guān)鍵，但更要注意肌肉力量的協(xié)調(diào)發(fā)展。這里的協(xié)調(diào)并不是常說的協(xié)調(diào)性，而是指肌力分配的協(xié)調(diào)，以及運(yùn)用專項(xiàng)技術(shù)動作過程中肌力分配的合理性。只有各肌肉間協(xié)調(diào)工作時(shí)，才能充分調(diào)動肌纖維的募集和高效工作。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有賴于屈伸肌比值這個(gè)指標(biāo)。建議普通組男子短距離自行車運(yùn)動員應(yīng)及時(shí)采取有針對性的訓(xùn)練，在提高伸肌力量訓(xùn)練的同時(shí)，要加大訓(xùn)練屈肌的力量，從而提高運(yùn)動員的屈伸肌力比。
3.2踝關(guān)節(jié)測試結(jié)果分析討論
在60。/s測試角速度時(shí)，優(yōu)秀組男子短距離自行車運(yùn)動員右側(cè)踝關(guān)節(jié)背屈肌群峰力矩明顯大于普通組男子短距離自行車運(yùn)動員；優(yōu)秀組男子短距離自行車運(yùn)動員右側(cè)踝關(guān)節(jié)背屈跖屈肌群峰力矩普通組男子短距離自行車運(yùn)動員；180。/s測試角速度時(shí)，優(yōu)秀組男子短距離自行車運(yùn)動員左、右踝關(guān)節(jié)背屈跖屈肌群峰力矩明顯大于普通組男子短距離自行車運(yùn)動員。
以上測試結(jié)果表明：普通組男子短距離自行車運(yùn)動員右、踝關(guān)節(jié)背屈跖屈肌群最大肌力不足，也影響到了快速力量的發(fā)揮。尤其是在踝關(guān)節(jié)跖屈肌群快速力量表現(xiàn)的更為明顯。說明踝關(guān)節(jié)跖屈肌群快速力量也是普通組男子短距離自行車運(yùn)動員應(yīng)注重發(fā)展訓(xùn)練的力量素質(zhì)。
4 結(jié)論
（1）普通組男子短距離自行車運(yùn)動員左、右膝關(guān)節(jié)伸肌群發(fā)展不平衡，應(yīng)加強(qiáng)訓(xùn)練右側(cè)膝關(guān)節(jié)伸肌群的力量，及早糾正其踏蹬不同滑的現(xiàn)象。（2）優(yōu)秀組和普通組男子短距離自行車運(yùn)動員膝關(guān)節(jié)伸肌群快速用力的持久性不強(qiáng)，應(yīng)加強(qiáng)膝關(guān)節(jié)伸肌群的快速力量持續(xù)訓(xùn)練。（3）普通組男子短距離自行車運(yùn)動員應(yīng)注重發(fā)展踝關(guān)節(jié)背屈肌群最大力量和快速力量練習(xí)。（4）通過分析討論，勿庸置疑，男子短距離自行車運(yùn)動員膝、踝關(guān)節(jié)屈伸肌群的力量大小和屈伸肌群比例合理與否，是成為優(yōu)秀運(yùn)動員的關(guān)鍵因素。因此，建議普通水平的男子短距離自行車運(yùn)動員應(yīng)加強(qiáng)專項(xiàng)訓(xùn)練，提高膝、踝關(guān)節(jié)屈伸肌群的工作能力及工作特點(diǎn)，改善其供能代謝水平，使其更快、更好地向?qū)ｍ?xiàng)優(yōu)秀運(yùn)動員過渡。
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Bo Shijun
Wang Zizheng
Abstract： Through the isokmetic strength test ofdifferent training level ofmen's short distance cycling athlete knee， anHejoint flexor group， the paper explores different training level man short distance cyclist muscles mechanics characteristics，knee， ankle flexion and extension for the athletes improve performance effectively and avoid sports injur}r， scientificselection and provides a scientific basis for the diagnosis ofmuscle strength.
Key words： man
Short distance
篇7
關(guān)鍵詞： 步態(tài)研究 研究方法 正常步態(tài) 不正常步態(tài) 應(yīng)用
人出生后大約12―15個(gè)月就開始獨(dú)立行走。此后一生中，步行成為人體活動最基本的方式之一，人的步行姿態(tài)在一定程度上是與人體所處生物學(xué)因素及環(huán)境因素相互作用的體現(xiàn)。步態(tài)分析是對人體步行從運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、肌肉工作特征及其運(yùn)動控制等方面，進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究。研究者們通過對步行姿態(tài)（步態(tài)）的研究，對人的行走功能進(jìn)行評定、對疾病的恢復(fù)效果進(jìn)行評價(jià)、對不正常步態(tài)進(jìn)行矯正、對行走輔助功能提供參考。步態(tài)研究已經(jīng)成為生物力學(xué)及醫(yī)學(xué)界的一個(gè)重要課題，國內(nèi)外學(xué)者們對此做了廣泛而深入的研究。本文通過對步態(tài)研究的方法、研究進(jìn)展等方面作綜述，希望為以后步態(tài)問題的深入研究提供參考。
1.步態(tài)研究的方法的發(fā)展
隨著人類科技的進(jìn)步，步態(tài)研究的方法在不斷更新。從原始的肉眼觀察、簡單工具測量到應(yīng)用數(shù)碼攝像技術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬，到目前最為先進(jìn)的步態(tài)系統(tǒng)研究方法。方法的更新和進(jìn)步使步態(tài)研究更加準(zhǔn)確和豐富，為人類的健康作出了巨大的貢獻(xiàn)。
1.1肉眼觀察法
19世紀(jì)德國生理學(xué)家webers兄弟首先發(fā)表了對人體的基本位移形式―步行的研究。由于受到當(dāng)時(shí)條件的限制，他們采用了觀察法，通過素描及繪畫的方法對步態(tài)進(jìn)行了描述［1］。這也是較早對人體步態(tài)的研究之一。很顯然，這種方法的精確性差，而且僅能夠粗略地描述人體的步態(tài)。所以，這種方法隨著時(shí)代的發(fā)展已經(jīng)不再為人們所采用。但是，他們的研究方法引發(fā)了人們對步態(tài)研究的無窮探索。
1.2走紙法［2］
走紙法是一種較為古老的步態(tài)研究方法。它是通過對測試者所走過的足跡進(jìn)行測量，借助簡單的工具進(jìn)行步態(tài)分析的方法。這種研究法所能得到的參數(shù)很少，而且測試的工作量較大，且因?yàn)闇y量工具問題誤差較大。至今，這種方法逐漸被淘汰。從研究方法學(xué)來說，這種方法是人類利用測量工具研究步態(tài)的開始。
1.3攝影攝像法
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們開始利用性能較高的攝影攝像技術(shù)分析人體步態(tài)。使用兩到三臺互相垂直的攝像機(jī)對人體正常步行進(jìn)行拍攝。然后利用計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)對步態(tài)參數(shù)進(jìn)行測定。這種方法的精確度較高，參數(shù)分析的范圍比以往任何方法都要大。通過這種方法，我們可以得到步態(tài)的時(shí)間、空間、時(shí)間―空間參數(shù)，包括人體步行時(shí)的重心曲線，肢體各關(guān)節(jié)的運(yùn)動曲線等。通過這些數(shù)據(jù)，我們可以對人體步行的穩(wěn)定性、協(xié)調(diào)性、節(jié)奏性、對稱性進(jìn)行評價(jià)，從而為疾病恢復(fù)、步態(tài)矯正、假肢研制等提供重要的參考。這種方法的缺點(diǎn)是反饋速度慢，以及對一些力學(xué)參數(shù)的測定無能為力等。所以目前研究者主要用攝影攝像法與三維測力臺配合使用，使研究更加全面，更加有說服力。
1.4三維測力臺法
這種方法是讓測試者在測力臺上按測試要求正常步行，測力臺的內(nèi)部的電阻受壓后，應(yīng)變片因拉伸或壓縮而產(chǎn)生電阻的電信號變化，通過放大后進(jìn)入連接的計(jì)算機(jī)處理［3］。通過這種方法，我們可以獲得步態(tài)的力學(xué)參數(shù)，如足底壓力分布、空間各方向的分力、與地面的支撐反作用力等。通過這些參數(shù)，我們可以對行走的穩(wěn)定性、對稱性等進(jìn)行評價(jià)。目前這一技術(shù)已經(jīng)比較成熟，典型的有kistler測力臺和AMFI測力臺。測力臺所得力學(xué)參數(shù)與數(shù)碼影像分析所得的時(shí)空參數(shù)相結(jié)合，綜合人體相關(guān)生理知識，我們已經(jīng)能夠?qū)Σ綉B(tài)進(jìn)行較為精確的描述。
1.5步態(tài)分析系統(tǒng)法
它由計(jì)算機(jī)、測力板和測角儀組成，利用隨身攜帶的單片機(jī)，記錄由測角儀測得的關(guān)節(jié)角度信號，并由與測力板以及安裝在步行道上的壓力開關(guān)相連的光電裝置，控制單片機(jī)和測力板的同步周期采樣，測試完畢后，用串行通訊方法將單片機(jī)的采樣信號輸入計(jì)算機(jī)處理，而整個(gè)步行采用無電線連接測試，并針對以往簡易步態(tài)測試裝置不能確定人置的不足，建立了能確定著地足位置的積分方程，再利用測角儀測得的關(guān)節(jié)角度信號和用多剛體力學(xué)建立的人體步行運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)程序，使得它像各種先進(jìn)的紅外步態(tài)分析系統(tǒng)一樣，計(jì)算出步行的各種能量變化、人體行走位置、關(guān)節(jié)受力和肌肉力矩等。我國也開展了各種簡易步態(tài)分析系統(tǒng)的研究，較有代表性的工作有：微機(jī)化步態(tài)分析系統(tǒng)［4］和靴式步態(tài)分析系統(tǒng)［5］。
2.步態(tài)研究的進(jìn)展及對人類健康所作的貢獻(xiàn)
2.1對不正常步態(tài)的研究及對人類健康的貢獻(xiàn)
所謂不正常步，即步態(tài)特征的變化超出正常范圍。whittle（1996）列出四點(diǎn)被視為不能正常行走的特點(diǎn)，一是兩腿不能交替支持人體重量，二是在單腿支撐時(shí)不能靜力性或動力性保持平衡，三是擺動腿不能前擺到一位置上從而變?yōu)橹蔚淖饔茫氖橇α坎蛔阋粤钕轮苿拥耐瑫r(shí)帶動上肢。異常步態(tài)有時(shí)很明顯僅憑肉眼觀察就可看出，而有時(shí)必須通過實(shí)驗(yàn)儀器才可以得出步態(tài)異常。
近年來，以步態(tài)分析的方法來評估及治療肌肉骨骼和神經(jīng)方面的研究發(fā)展迅速，并由此進(jìn)一步推動了對不正常步態(tài)的深入研究。這方面的研究很多，如劉永斌［6］等人對三截一癱殘疾者進(jìn)行步態(tài)測試，以反映人體行走姿態(tài)變化時(shí)間歷程的周期、時(shí)相及反映支撐反力的三維離曲線為基礎(chǔ)，用特征函數(shù)的基本概念進(jìn)行歸類組合，提出5個(gè)相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式，以此對三截一癱患者的行走功能進(jìn)行評定。Rozendal［7］等通過三維步態(tài)分析系統(tǒng)提供三維平面的地面與反力的向量圖，繪出偏癱病人足―地接觸力的向量環(huán)，可以發(fā)現(xiàn)健側(cè)和患側(cè)下肢的力量環(huán)和形態(tài)明顯不同，借此可客觀評定步態(tài)異常機(jī)理。Granataetal.（2000）［8］通過步態(tài)分析，研究延長肌腱的治療方法對兒童腦癱病人的影響，等等。除此以外，臨床步態(tài)實(shí)驗(yàn)室也在不斷增加。對于不正常步態(tài)的研究，可以幫助早期偏癱、腦癱等功能性疾病的診斷，還可以通過矯正促進(jìn)疾病的恢復(fù)。醫(yī)學(xué)界正在越來越多地應(yīng)用步態(tài)研究成果為人類健康服務(wù)。
2.2對正常步態(tài)的研究及應(yīng)用
一個(gè)正常的步態(tài)周期，通常由腳跟著地開始，至同側(cè)腳跟再次著地為止，包括支撐和擺動階段［9］。對正常步態(tài)的研究主要是從步態(tài)的時(shí)間、空間、時(shí)―空、力學(xué)等參數(shù)入手研究各年齡段、各類不同職業(yè)的群體、不同形體特征的步態(tài)差異，對人類的步行規(guī)律及相關(guān)影響因素進(jìn)行探討。
國內(nèi)外研究主要集中于老年人、兒童等特殊人群的步態(tài)。而對于成年人特別是與步態(tài)與運(yùn)動能力的關(guān)系的研究較少。如Hills and parker（1991）［10］研究表明身高與步幅顯著相關(guān)。Mann and hagg（1980）研究表明，正常兒童以自然步速行走，支撐時(shí)間是整個(gè)步行周期的62%，且支撐時(shí)間似乎并不隨年齡而變化。只有在步行節(jié)奏改變時(shí)，如跑或快速步行時(shí)變化才比較明顯，其他學(xué)者的研究也支持了這一點(diǎn)。另外，granata，abel，anddamiano（2000）［11］對下肢關(guān)節(jié)角度和關(guān)節(jié)角速度的變化做了研究，指出步行時(shí)關(guān)節(jié)角度的大小是與肌肉的活動和發(fā)力是相關(guān)的。北京體育大學(xué)趙芳、周興龍等（1996）［12］分析139名普通中老年人在正常步行下的步態(tài)，其目的是研究從中年到老年這一衰老過程步態(tài)指標(biāo)的變化，希望能將步態(tài)指標(biāo)作為中老年人體質(zhì)衰老的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。另外，一些學(xué)者對肥胖兒童、長期負(fù)重、高跟鞋等對步態(tài)的影響也做了一些研究。這些研究對于人體步態(tài)矯形，塑造人的形體美，以及利用人體步態(tài)參數(shù)為肢體殘疾者制作合適的假肢，促進(jìn)青少年形體的健康發(fā)展等起到了巨大的作用。不足的是對健康成年人步態(tài)與身體功能、步態(tài)與人體運(yùn)動功能關(guān)系的研究還較少，相信隨著研究手段的日益完善，這方面會取得較大的進(jìn)步。
3.討論
3.1隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對步態(tài)研究的方法也日益完善。從原始的觀察法、走紙法等發(fā)展到準(zhǔn)確全面的影像技術(shù)、測力臺技術(shù)和步態(tài)測試系統(tǒng)。國內(nèi)外很多學(xué)者仍然在努力嘗試研究更為科學(xué)的研究方法，并且陸續(xù)有報(bào)導(dǎo)。另外，因應(yīng)醫(yī)學(xué)上對病態(tài)步態(tài)分析應(yīng)用的要求，臨床步態(tài)實(shí)驗(yàn)室不斷增加，并且朝向?qū)嵱眯?、?zhǔn)確性、系統(tǒng)性、低成本方向發(fā)展。
3.2隨著研究方法的不斷進(jìn)步，步態(tài)研究也在不斷深入，通過對正常步態(tài)從時(shí)間、空間、時(shí)間―空間、力學(xué)等參數(shù)的測定，對人體正常行走的規(guī)律及不同人群的步態(tài)特征的研究也取得了很大的成功。對一些特殊形體如肥胖、長期負(fù)重及等人群的步態(tài)也開始研究。這些研究對評價(jià)人體行走功能、矯正不正常步態(tài)等提供了科學(xué)的依據(jù)。病態(tài)步態(tài)方面的研究如“三截一癱”者步態(tài)，為科學(xué)診斷及恢復(fù)治療、恢復(fù)評定提供了重要參考。不足的是，對步態(tài)與運(yùn)動功能的關(guān)系，健康成年人步態(tài)與身體功能的關(guān)系等的研究還較少，希望這方面能夠引起研究者的重視。
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篇8
中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院人類工效學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中心是全國最大、唯一通過CNAS認(rèn)可的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室。該研究中心的歷史可以追溯到1980年，成立初期主要致力于人類工效學(xué)基礎(chǔ)應(yīng)用研究和工效學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化研究。2004年以來，研究中心先后通過國家財(cái)政資金支持和科研項(xiàng)目，投入資金近4000萬元，多角度、系統(tǒng)地?cái)U(kuò)大和加強(qiáng)了原有實(shí)驗(yàn)室功能，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫劫|(zhì)的飛躍。目前，研究中心占地700平方米，擁有人體測量實(shí)驗(yàn)平臺、生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺、可用性與人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)平臺、感知工效實(shí)驗(yàn)平臺、認(rèn)知工效實(shí)驗(yàn)平臺和虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真實(shí)驗(yàn)平臺六大實(shí)驗(yàn)平臺，同時(shí)擁有自80年代以來持續(xù)完善更新的中國人體尺寸數(shù)據(jù)庫。
其中，人體測量實(shí)驗(yàn)平臺主要用于研究人體的形態(tài)特征，為人體建模和各類工業(yè)設(shè)計(jì)提供人體尺度參數(shù)，已在2010年通過國家（CNAS）的能力認(rèn)可。生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺配備了ViconMXF20運(yùn)動捕捉系統(tǒng)、Kistler9281EA測力臺、NovelPliance及Pedar壓力墊、美國BTEPrimusRS動作模擬與測試系統(tǒng)、美國BTEEvltech運(yùn)動能力評價(jià)系統(tǒng)、美國MAXII型心肺功能測試系統(tǒng)、德國H/PCosmos運(yùn)動跑臺、美國Biopec多導(dǎo)生理儀和Noraxon表面肌電儀等國際一流水準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可開展肢體活動范圍測量、動作捕捉與分析、人體體表受力分析，關(guān)節(jié)受力分析，關(guān)節(jié)活動角度測量、動作模擬與肌肉力量測量分析、心肺功能測試、表面肌電分析等實(shí)驗(yàn)?？捎眯耘c人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)平臺主要用于研究人機(jī)交互行為，記錄分析被試者在完成預(yù)設(shè)任務(wù)時(shí)的物理行為和生理心理反應(yīng)，重點(diǎn)針對信息產(chǎn)品、智能化家電的人機(jī)界面設(shè)計(jì)。感知工效實(shí)驗(yàn)平臺主要用于研究人體的聽覺感知特性、視覺感知特性和環(huán)境感知特性等，聽覺感知特性為產(chǎn)品中聲音信號的設(shè)計(jì)和聲品質(zhì)的改善提供參考；視覺感知特性主要針對視像、照明產(chǎn)品提供光、色對人生理、心理的感知舒適度和醫(yī)學(xué)傷害的評測；環(huán)境感知特性主要研究各類消費(fèi)群體，例如老人、兒童、婦女等，在不同溫度、濕度、風(fēng)速等環(huán)境條件下對熱舒適度的感知。認(rèn)知工效實(shí)驗(yàn)平臺主要用于研究注意、記憶、反應(yīng)等各種心理認(rèn)知特性，為企業(yè)宣傳設(shè)計(jì)、產(chǎn)品說明書設(shè)計(jì)等提供對消費(fèi)者易讀性、易懂性的評測數(shù)據(jù)。虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真實(shí)驗(yàn)平臺主要利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對現(xiàn)實(shí)的“人－機(jī)－環(huán)境”交互系統(tǒng)進(jìn)行模擬、仿真、測評和研究，解決傳統(tǒng)工效學(xué)實(shí)驗(yàn)手段的局限性。
此外，中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院的中國人體尺寸數(shù)據(jù)庫是目前數(shù)據(jù)量最大、測量項(xiàng)目最全面、樣本年齡跨度最大、采樣地域分布最廣的中國人體尺寸數(shù)據(jù)庫。工效學(xué)基礎(chǔ)參數(shù)數(shù)據(jù)庫包含從1988年到2009年中國人人體尺寸數(shù)據(jù)庫,共擁有數(shù)據(jù)量近500萬條，覆蓋了全中國、各民族的人體特征數(shù)據(jù)。
篇9
關(guān)鍵詞：短跨項(xiàng)目；肌力；速度；運(yùn)動能力
中圖分類號：G804.62文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-3612(2008)05-0613-03
速度素質(zhì)在短跑項(xiàng)目中是起主導(dǎo)作用的專門素質(zhì)。發(fā)展速度主要是肌肉力量和肌肉收縮速率的發(fā)展。本研究的目的是通過增強(qiáng)運(yùn)動員的小肌群的專項(xiàng)速度力量素質(zhì)，改善運(yùn)動員的用力條件；通過增強(qiáng)運(yùn)動員上肢肌肉（主動肌群、對抗肌群）的速度力量，改善和提高上下肢的運(yùn)動能力、協(xié)調(diào)能力，提高動作的效率。本研究采用的主要方法是在運(yùn)動員訓(xùn)練過程中，通過小負(fù)荷環(huán)節(jié)末端負(fù)重訓(xùn)練，增加肌肉尤其是對抗肌群的速度力量，通過增加小肌群及其對抗肌群的速度力量，提高訓(xùn)練效果。
1研究方法
1.1實(shí)驗(yàn)研究方法受試者為北京體育大學(xué)10名男子短跑運(yùn)動員，受試運(yùn)動員為同一教練員執(zhí)教、同一訓(xùn)練組，訓(xùn)練安排每周一、三、五訓(xùn)練三次。整個(gè)測試實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行兩次，第一次測試是在負(fù)重訓(xùn)練前進(jìn)行，第二次測試是在負(fù)重訓(xùn)練4周之后進(jìn)行。
實(shí)驗(yàn)采用Qualisys MCU500紅外遠(yuǎn)射運(yùn)動信息三維測試系統(tǒng)對訓(xùn)練前后運(yùn)動員的起跑技術(shù)進(jìn)行測試，取得運(yùn)動學(xué)參數(shù)。用Biodex等動力矩測量測量系統(tǒng)測量受試者右腿膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、右側(cè)肩關(guān)節(jié)進(jìn)行測試。肩關(guān)節(jié)的環(huán)節(jié)力矩借用膝關(guān)節(jié)的動力頭進(jìn)行測試。使受試者屈肘擺臂的擺動方式更接近實(shí)際運(yùn)動動作。
1.2輔助小力量周訓(xùn)練計(jì)劃1） 練習(xí)的形式抗小阻力練習(xí)。
2） 小力量練習(xí)器械：橡皮條、小沙袋（0.5 kg系于碗關(guān)節(jié)、1 kg系于踝關(guān)節(jié)）、小啞鈴、小杠鈴等。
3） 練習(xí)內(nèi)容放在基本部分的前段時(shí)間，大約30～45 min。
2結(jié)果與分析
2.1運(yùn)動學(xué)量結(jié)果與分析表
從表1中可以看出，雖然絕大多數(shù)指標(biāo)在力量訓(xùn)練前后并未表現(xiàn)出顯著性的差異，但仍顯現(xiàn)出良好變化的趨勢。起跑動作后腳蹬離起跑器瞬間蹬地腿的膝角和踝角訓(xùn)練后都明顯小于訓(xùn)練前，且二者有非常顯著性差異；右腳著地瞬間踝角訓(xùn)練后也明顯小于訓(xùn)練前，且有非常顯著性差異；右腳離地瞬間的踝角在訓(xùn)練后卻明顯大于訓(xùn)練前，且有非常顯著性差異；右腳離地瞬間的軀干角在訓(xùn)練后大于訓(xùn)練前，有顯著性差異。
從表2中可以看出，訓(xùn)練前后起跑動作大多數(shù)指標(biāo)在力量訓(xùn)練前后表現(xiàn)出顯著性的差異，其它指標(biāo)也顯現(xiàn)出良好變化的趨勢。第一步的支撐時(shí)間在訓(xùn)練后明顯短于訓(xùn)練前，且二者之間有非常顯著性差異；擺動腿膝關(guān)節(jié)最小角度訓(xùn)練后明顯小于訓(xùn)練前，踝關(guān)節(jié)最大蹬伸角速度訓(xùn)練后明顯大于訓(xùn)練前，這兩個(gè)量之間沒有顯著性差異；膝關(guān)節(jié)最大蹬伸角速度、擺動腿最大折疊角速度在訓(xùn)練后都明顯大于訓(xùn)練前，且二者之間都有非常顯著性差異；髖關(guān)節(jié)最大蹬伸角速度訓(xùn)練后明顯小于訓(xùn)練前，這兩個(gè)量之間沒有顯著性差異?？梢哉J(rèn)為，經(jīng)過訓(xùn)練，運(yùn)動員在加速跑階段膝關(guān)節(jié)蹬伸速度有所增加，同時(shí)用力幅度加大。同時(shí)，由于此時(shí)軀干角和小腿蹬地角均較小，蹬地力向前分量大，因此快速、大幅度的蹬伸下肢有利于身體的快速啟動與向前加速。
從表3中可以看出，起跑動作技術(shù)的上臂前擺幅度、上臂后擺幅度訓(xùn)練后大于訓(xùn)練前，最大向前擺臂角速度、最大向后擺臂角速度訓(xùn)練后大于訓(xùn)練前，大腿前擺幅度增大，大腿后擺幅度減小，大腿后擺角速度增大，以上各個(gè)量訓(xùn)練后于訓(xùn)練前沒有顯著性差異；大腿前擺角速度訓(xùn)練后明顯大于訓(xùn)練前，且而者之間有非常顯著性差異。從數(shù)據(jù)對比可以看出，大腿前后擺動的幅度訓(xùn)練前后并無明顯改變，但向前擺動角速度明顯增加。這不但與大腿前群肌肉速度力量水平增加有關(guān)，還在于經(jīng)過訓(xùn)練下肢向前擺動過程中大小腿折疊程度緊密，使向前擺動更加省力。
2.2動力學(xué)結(jié)果與分析
2.2.1踝關(guān)節(jié)動力學(xué)結(jié)果與分析由表4可以看出，訓(xùn)練前后踝關(guān)節(jié)跖屈、背屈肌群的肌力有非常顯著性的改善。訓(xùn)練后環(huán)節(jié)力矩、動作的總功、動作的平均功率都明顯大于訓(xùn)練前。不同運(yùn)動形式的所有生物力學(xué)指標(biāo)都表現(xiàn)出非常顯著性的差異；運(yùn)動學(xué)指標(biāo)表現(xiàn)出非常顯著性的差異。這表明，訓(xùn)練后運(yùn)動員踝關(guān)節(jié)的力量增強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)環(huán)節(jié)克服同樣阻力時(shí)，所產(chǎn)生的爆發(fā)力增加，環(huán)節(jié)運(yùn)動的角速度增大，完成動作的時(shí)間縮短。這與運(yùn)動學(xué)測試所得的生物力學(xué)指標(biāo)相對應(yīng)。
2.2.2膝關(guān)節(jié)動力學(xué)結(jié)果與分析由表5中可以看出，運(yùn)動員對不同負(fù)荷時(shí)的反映不盡相同，運(yùn)動員在訓(xùn)練前后膝關(guān)節(jié)的最大活動范圍在不同負(fù)荷時(shí)的個(gè)體差異很大。因此，在進(jìn)行訓(xùn)練過程中對不同的運(yùn)動員應(yīng)區(qū)別對待，制定出適應(yīng)每個(gè)人的訓(xùn)練計(jì)劃。
由表6可以看出，訓(xùn)練前后膝關(guān)節(jié)屈肌群的肌力有非常顯著性的改善。結(jié)果表明，末端小負(fù)荷的訓(xùn)練對對抗肌群的肌肉力學(xué)特征量的改善非常有效。
2.2.3肩關(guān)節(jié)動力學(xué)結(jié)果與分析
從表7中可以看出，肩關(guān)節(jié)角度最大活動范圍在訓(xùn)練后比訓(xùn)練前有非常明顯的增大。從肩關(guān)節(jié)活動范圍的變化可以看出，小負(fù)荷的訓(xùn)練對運(yùn)動員肩關(guān)節(jié)屈伸肌群的力量增強(qiáng)有明顯效果，單位時(shí)間內(nèi)環(huán)節(jié)克服同樣阻力時(shí)，所產(chǎn)生的爆發(fā)力增加，環(huán)節(jié)運(yùn)動的角速度增大，完成動作的時(shí)間縮短。這與運(yùn)動學(xué)實(shí)際測試所得的訓(xùn)練前后上臂擺動的運(yùn)動生物力學(xué)指標(biāo)高度對應(yīng)。
由表8可以看出，訓(xùn)練前后肩關(guān)節(jié)屈伸肌群在不同運(yùn)動形式、不同負(fù)荷下峰力矩特征指標(biāo)都表現(xiàn)出高度同一性，訓(xùn)練后的峰力矩非常明顯的高于訓(xùn)練前，且訓(xùn)練前后的指標(biāo)都表現(xiàn)出非常顯著性差異。這以結(jié)果于運(yùn)動學(xué)測量結(jié)果向?qū)?yīng)，肩關(guān)節(jié)肌群動力學(xué)量的改變，使得上肢的擺動幅度、擺動角速度都明顯增大。結(jié)果表明，末端小負(fù)荷的訓(xùn)練對小關(guān)節(jié)的肌群的肌肉力學(xué)特征量的改善非常有效。
2.3訓(xùn)練前后30 m疾速跑成績對比
由表9可以看出，運(yùn)動員在實(shí)驗(yàn)前后30 m疾速跑的測試中，訓(xùn)練后的運(yùn)動成績非常顯著的大于訓(xùn)練前，平均提高0．064 s。
3結(jié)論
1) 起跑動作后腳蹬離起跑器瞬間蹬地腿的膝角和踝角訓(xùn)練后都明顯小于訓(xùn)練前；右腳著地瞬間踝角訓(xùn)練后也明顯小于訓(xùn)練前；右腳離地瞬間的踝角在訓(xùn)練后卻明顯大于訓(xùn)練前，右腳離地瞬間的軀干角在訓(xùn)練后大于訓(xùn)練前。
2) 訓(xùn)練前后起跑動作第一步的支撐時(shí)間在訓(xùn)練后明顯短于訓(xùn)練前；擺動腿膝關(guān)節(jié)最小角度訓(xùn)練后明顯小于訓(xùn)練前，踝關(guān)節(jié)最大蹬伸角速度訓(xùn)練后明顯大于訓(xùn)練前；膝關(guān)節(jié)最大蹬伸角速度、擺動腿最大折疊角速度在訓(xùn)練后都明顯大于訓(xùn)練前；髖關(guān)節(jié)最大蹬伸角速度訓(xùn)練后明顯小于訓(xùn)練前。
3) 起跑動作技術(shù)的上臂前擺幅度、上臂后擺幅度訓(xùn)練后大于訓(xùn)練前，最大向前擺臂角速度、最大向后擺臂角速度訓(xùn)練后大于訓(xùn)練前，大腿前擺幅度增大，大腿后擺幅度減小，大腿后擺角速度增大；大腿前擺角速度訓(xùn)練后明顯大于訓(xùn)練前。
4) 擺動腿擺動過程中小腿向大腿折疊的角速度訓(xùn)練后顯著增加，同時(shí)擺動腿膝關(guān)節(jié)最小角度（表征大小腿折疊緊密程度）訓(xùn)練后略有減小。大腿向前擺動角速度明顯增加。
5) 踝關(guān)節(jié)的活動范圍訓(xùn)練后比訓(xùn)練前都明顯增大。訓(xùn)練前后踝關(guān)節(jié)跖屈、背屈肌群的肌力有非常顯著性的改善。
6) 膝關(guān)節(jié)訓(xùn)練前后的最大活動范圍都沒有顯著性差異。訓(xùn)練前后膝關(guān)節(jié)屈肌群的肌力有非常顯著性的改善。
7) 肩關(guān)節(jié)角度最大活動范圍在訓(xùn)練后比訓(xùn)練前有非常明顯的增大。訓(xùn)練后的峰力矩非常明顯的高于訓(xùn)練前，且訓(xùn)練前后的指標(biāo)都表現(xiàn)出非常顯著性差異。
8) 運(yùn)動員在實(shí)驗(yàn)前后30 m疾速跑的測試中，訓(xùn)練后的運(yùn)動成績非常顯著的大于訓(xùn)練前。
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篇10
關(guān)鍵詞：板球；快速投球；觀察模型；運(yùn)動生物力學(xué)
中圖分類號：G804.66文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-3612（2011）07-0066-03
Sports Biomechanics Observation Model of Pace Bowler’s Final Strength-Exertion Technique in Cricket
LIANG Hai-dan1, PAN Hui-ju2, FANG Ai-lian1, LIN Hui-jie1, YING Chun-yi3
（1. Taizhou University, Linhai 317000, Zhejiang China; 2. Zhejiang Normal University, Jinhua 321004, Zhejiang China;
3.Zhejiang Research Institute of Sports Science, Hangzhou 310004, Zhejiang China）
Abstract:From the pedagogical angle, the paper studies pace bowler’s technical characteristic and key tactics in the final strength-exertion stage by measurements of sports biomechanics and its basic principle. It establishes sports biomechanics model, tries to give some suggestions to effective learning and passes on this technique. The results are as follows. First, the final strength-exertion stage can be divided into three parts, right foot support, double support and left foot support. Second, the motion of body gravity and the moving characteristic of the ball are revealed. Third, the motion intensity, sequence and method in the final strength-exertion stage are disclosed. Fourth, several kinetics indexes are built and its key tactics are revealed. Fifth, sports biomechanics observation model of the final strength-exertion stage is established.
Key words: Cricket; pace bowler; observation model; biomechanics
投稿日期：2010-06-09
基金項(xiàng)目：浙江省教育廳資助項(xiàng)目“我國優(yōu)秀板球運(yùn)動員最后用力階段技術(shù)的運(yùn)動學(xué)研究”（項(xiàng)目編號：Y200906976）。
作者簡介：梁海丹，講師，碩士，研究方向運(yùn)動技術(shù)的測量與分析。
板球起源于英國，盛行于英國、澳大利亞、新西蘭、印度、孟加拉等英聯(lián)邦國家，目前開展板球運(yùn)動已達(dá)到100多個(gè)國家。在我國，目前對于板球技術(shù)的研究幾乎處于空白狀態(tài)。通過文章檢索發(fā)現(xiàn)，對于板球技術(shù)研究的文章非常少，主要集中在對比賽技術(shù)統(tǒng)計(jì)方面［1，2］，并未發(fā)現(xiàn)采用運(yùn)動生物力學(xué)測量方法對板球技術(shù)的研究。
投球技術(shù)是板球運(yùn)動中非常重要、比較復(fù)雜的技術(shù)動作，尤其是其中的最后用力階段技術(shù)。本文采用運(yùn)動生物力學(xué)測量方法和基本原理，對板球快速投球最后用力階段的技術(shù)特征及要點(diǎn)進(jìn)行探索，并建立其運(yùn)動生物力學(xué)觀察模型［3］，這能為有效地學(xué)習(xí)與傳授快速投球技術(shù)提供參考。
1 研究對象與方法
1.1 研究對象 本研究的對象是快速投球最后用力階段技術(shù)?？焖偻肚蚣夹g(shù)過程主要包括助跑、跳步、最后用力以及跟進(jìn)四個(gè)環(huán)節(jié)，其最后用力階段技術(shù)從跳步結(jié)束時(shí)右腳著地開始至球離手時(shí)結(jié)束，并要求直臂順時(shí)針轉(zhuǎn)動投球。本研究的快速投球技術(shù)都是右手持球技術(shù)動作。
本研究中的測試對象為5名正在備戰(zhàn)廣州亞運(yùn)會的國家板球集訓(xùn)隊(duì)男性隊(duì)員（表1），并且都是優(yōu)秀的投手，平均年齡為22歲，平均身高為1.83 cm，平均體重為84.4 kg，均為運(yùn)動健將級運(yùn)動員。
表1 測試對象基本條件
1.2 研究方法
1.2.1 拍攝與解析 在臨海邵家渡板球訓(xùn)練基地，對正在集訓(xùn)的國家板球隊(duì)優(yōu)秀男子投手的快速投球最后用力技術(shù)進(jìn)行拍攝。拍攝采用三維定點(diǎn)定焦攝像方法，用兩臺Panasonic公司生產(chǎn)的NV―GS328型攝像機(jī)，一臺置于投擲方向的左側(cè)，一臺置于投擲方向的右前方，兩臺攝像機(jī)主光軸成120°（圖1）。拍攝頻率為50幀/s，鏡頭高度為1.2 m，拍攝距離為10 m，技術(shù)動作處于鏡頭畫面的中間位置，成像大小約為鏡頭畫面的1/2。拍攝前，測試人員進(jìn)行了適當(dāng)次數(shù)的試投。在拍攝過程中，由教練反饋每次動作的質(zhì)量，每個(gè)測試者投擲2次，選取較好的一次技術(shù)動作進(jìn)行解析。
最后獲得的5人次質(zhì)量較高的技術(shù)動作錄像在Areil運(yùn)動分析軟件中進(jìn)行解析。三維坐標(biāo)標(biāo)定采用該系統(tǒng)本身配置的24點(diǎn)坐標(biāo)框架進(jìn)行，三維坐標(biāo)位置及方向如圖1所示。人體慣性參數(shù)參照系統(tǒng)自帶的扎齊奧爾斯基人體模型。采用數(shù)字濾波平滑技術(shù)對數(shù)據(jù)的“噪音”進(jìn)行過濾，截?cái)囝l率為8 Hz。
1.2.2 指標(biāo)及其統(tǒng)計(jì) 本研究中主要采用了標(biāo)志性動作的時(shí)刻指標(biāo)，球與重心的速度指標(biāo)，肩、髖、膝的角速度指標(biāo)。動作過程中的時(shí)刻均采用標(biāo)準(zhǔn)化形式，精確至1%。對5人次最后用力階段技術(shù)中的速度與角速度曲線進(jìn)行了合并，形成了這些指標(biāo)的平均變化曲線。這些指標(biāo)數(shù)據(jù)的計(jì)算與合并在Areil運(yùn)動分析軟件與Excel軟件中進(jìn)行。
2 結(jié) 果
2.1 最后用力階段各時(shí)相的時(shí)間分配情況 在快速投球技術(shù)最后用力階段技術(shù)的平均時(shí)間為0.32 s，其中存在兩個(gè)比較明顯的動作過程標(biāo)志點(diǎn)，分別為左腳著地與右腳離地時(shí)刻，它們將該動作過程分成右腳支撐、雙腳支撐與左腳支撐三個(gè)時(shí)段（表2）。右腳支撐階段耗時(shí)最長，占總時(shí)間的53%；雙腳支撐與左腳支撐階段耗時(shí)較短，分別占總時(shí)間的25%與22%。在右腳支撐階段對板球落點(diǎn)的預(yù)判是造成此階段耗時(shí)較多的一個(gè)重要因素。
表2 最后用力階段各時(shí)相的時(shí)間分配情況表（n5）
2.2 最后用力階段板球的速度變化情況 從三個(gè)坐標(biāo)方向上的曲線來看，板球速度在y與z方向上的曲線波動較明顯，在x方向上的曲線并無明顯變化（圖2）。這說明，在該動作中，板球主要是在y軸與z軸組成的平面內(nèi)運(yùn)動。從三個(gè)運(yùn)動過程時(shí)段來看，板球速度在右腳支撐階段有稍微地下降現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在在z方向上的速度下降，這與此時(shí)人體著地緩沖以及右臂的制動有較大的關(guān)系；在雙腳支撐與左腳支撐階段有明顯的上升現(xiàn)象，前者表現(xiàn)在是y與z方向上的速度共同上升，后者表現(xiàn)在y方向上的速度急劇上升。
2.3 最后用力階段人體重心速度變化情況 圖3所示，在最后用力階段技術(shù)中人體重心的速度變化曲線與其在y方向上的變化曲線非常相似，這說明此過程中人體重心速度主要是表現(xiàn)在y方向上的變化。此過程中，人體重心速度在右腳支撐階段稍微地降低，主要表現(xiàn)在z方向上的速度下降，這同樣與人體著地緩沖有關(guān)；在雙腳支撐與左腳支撐階段，身體重心速度與其在y方向上的速度一樣急劇下降，這主要是由于人體動量向器械傳遞的結(jié)果。人體重心速度制動的越快、幅度越大，越有利于板球出手速度的提高。
2.4 最后用力階段人體主要關(guān)節(jié)的運(yùn)動情況
2.4.1 人體主要關(guān)節(jié)的運(yùn)動強(qiáng)度
人體主要關(guān)節(jié)角速度的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差說明了這些關(guān)節(jié)運(yùn)動的強(qiáng)度，進(jìn)而可以體現(xiàn)出該運(yùn)動技術(shù)中人體環(huán)節(jié)運(yùn)動的特點(diǎn)。如果在完成一種運(yùn)動技術(shù)時(shí)某個(gè)關(guān)節(jié)角速度的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差較大說明其運(yùn)動比較強(qiáng)烈（表3）。在右腳支撐階段中，左、右肩以及左膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動比較強(qiáng)烈；在雙腳支撐階段中，左、右肩以及左髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動比較強(qiáng)烈；在左腳支撐階段中，右肩以及左、右髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動比較強(qiáng)烈。這說明，左、右肩以及左膝關(guān)節(jié)，左、右肩以及左髖關(guān)節(jié)，右肩以及左、右髖關(guān)節(jié)各自在相應(yīng)時(shí)段中的運(yùn)動較大程度上體現(xiàn)了最后用力階段技術(shù)中人體關(guān)節(jié)運(yùn)動的特點(diǎn)。
表3 人體主要關(guān)節(jié)角速度平均值及標(biāo)準(zhǔn)差（°/s）
注：“*”表示角速度平均值前三位；“”表示角速度標(biāo)準(zhǔn)差前三位。
2.4.2 人體主要關(guān)節(jié)的運(yùn)動順序以及運(yùn)動方式 對在最后用力階段技術(shù)中運(yùn)動比較強(qiáng)烈的關(guān)節(jié)的運(yùn)動順序以及各自的運(yùn)動方式進(jìn)行探索。表4顯示，在最后用力階段技術(shù)中人體主要關(guān)節(jié)產(chǎn)生最大角速度的循序依次為左膝、右肩、左肩、右肩和左髖、右髖。在接近右腳著地時(shí)刻，左膝達(dá)到最大角速度，右肩達(dá)到第一次角速度波峰；在接近左腳著地時(shí)刻，左肩達(dá)到最大角速度；在接近右腳離地時(shí)刻，左髖達(dá)到了最大角速度，右肩達(dá)到第二次角速度波峰；在球出手時(shí)刻，右髖的角速度達(dá)到最大值。此外，右肩至左肩最大角速度的間隔最大（0.16 s），接著為左肩至右肩（0.06 s）和左髖至右髖（0.08 s），左膝至右肩、右肩至左髖、右髖至右膝幾乎同時(shí)產(chǎn)生最大角速度。
表4 最后用力階段中人體主要關(guān)節(jié)最大角速度時(shí)間循序
注：右肩角速度的變化存在二個(gè)明顯的波峰。
圖4顯示，在右腳支撐階段，左膝與右肩制動至最小角速度，左肩加速至最大角速度；在雙腳支撐階段，左肩制動，右肩與左髖加速至最大角速度；在左腳著地階段，右肩與左髖制動，右髖加速。
2.5 若干最后用力階段技術(shù)運(yùn)動學(xué)指標(biāo) 在研究了最后用力階段技術(shù)人體及器械運(yùn)動特征的基礎(chǔ)之上，對最后用力階段的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行探索。最后用力階段技術(shù)的運(yùn)動學(xué)指標(biāo)則定量化地反映了該技術(shù)動作的要點(diǎn)。表5中顯示了最后用力階段技術(shù)不同時(shí)段中所包含的運(yùn)動學(xué)指標(biāo)以及來自國家板球隊(duì)男子優(yōu)秀投手的數(shù)據(jù)。這些指標(biāo)的構(gòu)建主要是依據(jù)質(zhì)點(diǎn)系的動量守恒原理，即在不受外力作用下，質(zhì)點(diǎn)系中動量只能是在各質(zhì)點(diǎn)之間傳遞，總動量保持不變。在適當(dāng)?shù)睦硐牖瘲l件下，在最后用力階段技術(shù)中人體重心與板球之間，人體各環(huán)節(jié)運(yùn)動之間存在一定程度上的動量傳遞。
表5 若干最后用力階段技術(shù)運(yùn)動學(xué)指標(biāo)（n5）
注：標(biāo)有上升箭頭的全距表示相關(guān)指標(biāo)上升變化；標(biāo)有下降箭頭的全距表示相關(guān)指標(biāo)下降變化。
3 分析與討論
學(xué)習(xí)任何技術(shù)動作，首先必須具有對該技術(shù)客觀的、合理的認(rèn)知。掌握該技術(shù)過程中標(biāo)志性時(shí)刻、時(shí)段以及人體與器械的運(yùn)動特征，是客觀地認(rèn)識該技術(shù)的主要途徑。本研究中將左腳著地與右腳離地作為兩個(gè)標(biāo)志性時(shí)刻，并將最后用力階段技術(shù)劃分成右腳支撐、雙腳支撐與左腳支撐三個(gè)時(shí)段是比較合理的。首先，多數(shù)指標(biāo)數(shù)值在左腳著地和右腳離地時(shí)刻開始急劇增加或降低，或者是在這兩個(gè)時(shí)刻中達(dá)到了最大值或最小值。其次，多數(shù)指標(biāo)數(shù)值在右腳支撐、雙腳支撐與左腳支撐三個(gè)時(shí)段中成單調(diào)遞增或遞減變化。最后，這三個(gè)階段各自具有明顯的功能獨(dú)立性。在右腳支撐階段主要是為下肢的制動以及上肢按技術(shù)要求運(yùn)動與加速做好準(zhǔn)備；在雙腳支撐階段主要進(jìn)行“下肢―上肢與軀干”能量的傳遞以及上肢與軀干的發(fā)力加速；在左腳支撐階段主要進(jìn)行“上肢、軀干―球”的動量傳遞以及為出球后跟進(jìn)做準(zhǔn)備。
當(dāng)將人體的運(yùn)動簡化成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動時(shí)，那么，最后用力階段技術(shù)就可以簡化為兩個(gè)相互聯(lián)系的質(zhì)點(diǎn)系――板球與人體重心與地面的碰撞模型，即以相同速度運(yùn)動的“板球―人體重心”質(zhì)點(diǎn)系，當(dāng)人體重心與地面相碰撞時(shí)，人體重心受到制動，同時(shí)板球脫離人體以比原先更快的速度向前飛行。從圖2～3中可以發(fā)現(xiàn)，在右腳支撐階段，人體重心與板球速度基本上處于穩(wěn)定狀態(tài)，到雙腳支撐與左腳支撐階段時(shí)，人體重心速度不斷下降至最小值，同時(shí)板球速度不斷提高至最大值，這體現(xiàn)了在人體重心制動過程中其動量向板球的傳遞。人體重心制動前的速度越大，制動幅度越大，制動時(shí)間越短，越有利于板球速度的提高。右腳著地時(shí)人體重心的速度、左膝與右肩的制動時(shí)間對人體重心制動前的速度有較大的影響，在雙腳支撐與左腳支撐階段人體重心速度下降的幅度（全距）則反映了人體重心的制動幅度。
此外，追求板球較高的出手速度以及控制準(zhǔn)確落地的出手角度是快速投球技術(shù)的主要目的所在，即使板球快速地?fù)舸虻?2.86 cm寬與71.1 cm高的三門柱。表5中顯示，優(yōu)秀男子投手的出手速度為23.1 m/s，出手角度為5.5°，重心初速度為4.6 m/s，下降幅度為1.02m/s。從中發(fā)現(xiàn)，只有22%人體重心初速度參與了動量的傳遞過程，板球出手后人體重心還具有78%的初速度，這可能跟板球投手后續(xù)任務(wù)有關(guān)。投手的任務(wù)不僅僅是投球得分，還需要參與接球得分，即如果投出球后球被對方擊打出來，投手要立刻準(zhǔn)備去接住被擊打出來的近距離球。
Hanavan構(gòu)建了人體的十五剛體模型，使對人體運(yùn)動的研究進(jìn)一步具體化，能將人體各環(huán)節(jié)的運(yùn)動展現(xiàn)出來。從圖2、圖4以及表4的分析中可知，在最后用力階段技術(shù)中，先左膝與右肩制動，同時(shí)左肩加速至最大值；隨后，左肩制動；左髖與右肩加速至最大值；最后，左髖與右肩制動，板球加速至最大值，右髖加速至最大值；此外，這些關(guān)節(jié)運(yùn)動在右腳著地時(shí)刻或左腳著地時(shí)刻或右腳離地時(shí)刻附近進(jìn)行制動與加速的轉(zhuǎn)換。
在最后用力階段技術(shù)中，人體重心部分動量依靠人體各環(huán)節(jié)依次地制動與加速傳遞到板球上。在人體剛體模型中的動量傳遞從與地面接觸剛體制動開始，依次向相鄰的剛體傳遞，最后傳至板球上。在右腳支撐階段，左膝的積極制動為左腳著地時(shí)下肢制動做好準(zhǔn)備；在雙腳著地階段下肢積極地制動，使軀干（主要是左髖的角速度迅速提高）與右臂（右肩的角速度迅速提高）加速至最大；在左腳支撐階段軀干與右臂積極地制動，使板球的速度迅速提高至最大。因此，人體各環(huán)節(jié)間運(yùn)動協(xié)調(diào)的質(zhì)量對動量傳遞有很大的影響。右肩與左髖在左腳支撐階段的最大角速度及其下降幅度反映了此動量傳遞過程的效果及效率。
此外，人體具有生物特性，可以通過肌肉收縮產(chǎn)生力矩使相應(yīng)環(huán)節(jié)加速。在雙腳支撐階段有可能通過人體自身內(nèi)力使軀干與右臂進(jìn)一步加速，這有利于提高在右腳離地時(shí)軀干與右臂的角速度，從而提高動量傳遞的效果，此階段左髖與右肩角速度的提高幅度能從一個(gè)側(cè)面反映出此作用的程度。人體通過內(nèi)力的作用使左肩在右腳支撐階段加速，在雙腳支撐階段制動，這在一定程度上能將其動量通過肩軸傳遞到右臂，使右臂能快速地啟動加速，因此，將左肩在接近左腳著地時(shí)最大角速度以及在雙腳支撐階段中角速度下降幅度作為最后用力階段技術(shù)運(yùn)動學(xué)指標(biāo)之一。在右腳支撐階段，右臂制動主要是為其在在雙腳支撐階段的加速以及直臂轉(zhuǎn)動做準(zhǔn)備，其制動的時(shí)間對左腳著地時(shí)人體重心初速度持有一定的影響。在左腳支撐階段，右膝關(guān)節(jié)的加速則是為球出手后維持身體平衡以及后續(xù)的迅速移動做準(zhǔn)備。
通過圖像和角度數(shù)據(jù)的逐幀分析認(rèn)為，在右腳支撐階段左膝主要是制動伸展，右肩主要是制動后伸，左肩主要是加速后伸；在雙腳支撐階段，左肩主要是制動后伸，軀干與右肩主要是加速前伸，這使左、右髖以及右肩的角速度迅速提高；在左腳支撐階段，軀干與右肩主要是制動前伸，右大腿主要是加速前擺，這使左髖與右肩角速度在下降的同時(shí)右髖的角速度迅速提高。
4 結(jié) 論
1）以左腳著地與右腳離地作為兩個(gè)標(biāo)志性時(shí)刻，將最后用力階段技術(shù)劃分成右腳支撐、雙腳支撐與左腳支撐三個(gè)時(shí)段是比較合理的。
2）在右腳支撐階段，人體重心與板球速度基本上處于穩(wěn)定狀態(tài)；在雙腳支撐與左腳支撐階段，人體重心速度不斷下降至最小值，同時(shí)板球速度不斷提高至最大值。
3）在右腳支撐階段左膝制動伸展，右肩制動后伸，左肩加速后伸；在雙腳支撐階段，左肩制動后伸，軀干與右肩加速前伸；在左腳支撐階段，軀干與右肩制動前伸，右大腿加速前擺。
4）依據(jù)動量守恒定理以及碰撞原理，構(gòu)建了若干個(gè)最后用力階段技術(shù)的運(yùn)動學(xué)指標(biāo)，反映了最后用力階段的技術(shù)要點(diǎn)。
5）制定了最后用力技術(shù)動作的運(yùn)動生物力學(xué)觀察模型（圖5），其內(nèi)容包括最后用力階段技術(shù)時(shí)段的劃分，不同時(shí)段中人體環(huán)節(jié)、重心以及板球的運(yùn)動特點(diǎn)，以及不同時(shí)段中與技術(shù)要點(diǎn)相關(guān)的運(yùn)動學(xué)指標(biāo)。
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