运动生物力学的任务
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇运动生物力学的任务范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
运动生物力学的任务范文第1篇
1.精简教学内容
运动生物力学内容广泛，以胡耿丹老师主编的《运动生物力学》（2013年出版）为例，包括绪论在内共有6章，涉及的内容有人体运动生物力学基础、运动器系的生物力学与损伤、运动生物力学测量、运动生物力学建模与仿真和人体基本动作技术的生物力学分析等，而学习的时间为一学期，包括实验在内，总学时不超过30学时。在如此短的学时安排下，如果不对教学内容进行精简，那么想必大部分教师不能在有限的时间内完成教学任务。因此，对运动生物力学教学内容的精简已势在必行。但如何精简？从哪些方面进行精简？这是大部分高校体育院系运动生物力学教师不得不认真考虑的现实问题。笔者认为，对有关力学原理与建模等方面内容应略讲，而对人体基本动作技术的生物力学分析应予以详授。总之，在有限的教学时间内，根据教学内容，把握教学的难点和重点，取舍合理，是有效、全面和系统进行运动生物力学教学的重要保证。
2.改革教学方法与手段
教学必须符合社会经济和科学技术发展的水平和要求，必须符合学生的身心发展规律，必须紧跟时展的步伐。教学不仅是知识的传递过程，而且是知识创新的过程。学生学习的目的不仅仅是获得知识，而是在于应用和创造。在运动生物力学的教学过程中，由于学生是学习的主体，教师在教学过程中应加强培养学生学习的主动性和自主性，培养学生独立思考的能力，提高他们分析和解决问题的能力，进而提高学习效率。现行的运动生物力学教材中有关力学方面的内容较多，其中一些内容对体育院系的学生来说深奥难懂，且不够系统。学生在学习过程中感到该课程枯燥乏味，学习效果不佳。因此，改进教学方法和手段，努力提高学生学习本门课程的兴趣，是摆在高校运动生物力学教师面前的一个重要议题。由于运动生物力学内容的抽象性和难懂性，采用死记硬背的方法会使学习效果事倍功半。因此，把抽象的知识生动化，加强课堂上师生互动，不仅能提高学生的学习兴趣，还能加深学生对所学知识的理解，使理论与实践之间的联系更紧密。所以，教师应在运动生物力学课堂教学中尝试“快乐教学”、“合作式教学”和“兴趣教学”等教学方法和手段，强化运动生物力学的课堂教学效果，促进教学相长。随着现代科学的发展，越来越多的先进技术出现在教学过程中，如多媒体教学在现代教学中的普及是教学手段改进的重要标志。在运动生物力学的课堂教学过程中，教师可以用生动的动画或视频对学生难以理解的内容进行直观化解说，这样可以更好地突出重点、突破难点，使抽象的内容具体化、复杂的内容简单化，使学生对知识点的掌握更加容易，使运动生物力学的教学效果更突出。
3.改革实验教学
运动生物力学是一门实践性很强的课程，按现有学时的安排，实验课仅占整个总学时的五分之一，其实践性体现在理论和实验的不可分割上。尽管运动生物力学实验课内容无统一的硬性规定，只需据教材内容并结合所在院系实验室条件正常开设，但在仪器设备和硬件设施较齐全的体育院系，可开展有一定难度或较高级的实验，而在条件和设备较落后的地区，应选取简单可行的实验项目开展实验教学。具体来讲，应结合所选运动生物力学教材的内容，重点考虑验证性实验，如人体一维重心测量和不同跑速时步长与步频关系实验等，并在实验教学大纲上有所体现；专业性较强的院系，在仪器设备较齐全的情况下，可有条件地开展一些较高难度的实验，实验项目以设计性和综合性实验为主，激发学生对运动生物力学的学习兴趣，培养学生独立解决问题的能力；在实验条件较难得到保证的院系，在自力更生的同时，可利用现有的网络资源，与兄弟院校或本校的相关院系实行网上预约，实现仪器设备资源的共享，使实验教学资源物尽其用。运动生物力学作为一门多学科交叉的课程，其概念不但多而且较为抽象，对于文化底子较为薄弱的体育专业学生来说，有点难度，如果处理不当，就使学生失去对本门课程的学习兴趣。实验教学有利于缓解长时间理论学习带来的压力，调节学习气氛，使抽象的理论知识具体化，对发展学生分析和解决问题的能力有益。实验教学是理论教学的升华，因为实践是检验真理的唯一标准。
运动生物力学是一门实践与理论紧密结合的课程，是体育专业学生重要的专业基础课之一。学习运动生物力学知识，不但有利于学生形成全面的理论体系，而且能激发学生对人体力学与运动关系的有益探索，使理论与实践结合得更加紧密，为更好地开展运动训练打下扎实的理论基础。本文从精简教学内容、改革教学方法和手段、改革实验教学内容这三方面对运动生物力学教学改革提出了看法，以期为提高运动生物力学教学质量，提高学生对本课程的学习兴趣和培养学生的创新意识，提高学生分析问题、解决问题的能力，使运动生物力学能更好地为体育教学和运动训练提供服务。
参考文献：
[1]王文军.运动生物力学中运动捕捉技术和体育系统仿真的应用分析[J].网络语信息工程，2014（13）：47-49.
运动生物力学的任务范文第2篇
关键词：排球；跨步垫球；运动学分析
一、前言
排球跨步垫球及以其为基础的各种低姿势垫球是排球比赛过程中使用频率较高的垫球技术动作，它又是各种低姿垫球动作的基础。现代排球教材中，缺乏对其技术动作科学化的描写和分析，导致在现实教学中，教学标准不统一，教学效果也不理想。因此，本文采用三维高速摄影解析技术对跨步垫球技术特点进行分析研究，旨在探寻跨步垫球技术的动作结构特征，丰富和完善排球技术教学和教材理论，给动作技术教学、训练、评价、诊断提供客观的理论依据。
二、研究对象与方法
1.研究对象
研究对象为湖南师范大学男子排球队的3名和湖南师范大学女子排球队的1名主力运动员。研究内容为排球跨步垫球技术。
2.研究方法
本课题的研究方法主要采用实验法，运用三维高清摄像解析系统对优秀排球运动员的排球跨步垫球技术进行运动学的研究。
（1）文献资料法
查阅了中国期刊全文数据库里近二十年来关于排球垫球技术及运动生物力学相关研究的文献资料、相关论文和著作中对排球技术的研究情况和生物力学的研究进展并形成了文献综述，为本研究打下了扎实的研究基础。
（2）专家访谈法
咨询有关的运动生物力学研究专家和教师，向其请教以往写作过的论文中所涉及的实验方法、设计及数据处理和分析等方面的问题。
（3）实验法
采用三维高清摄影图像解析技术，对技术动作的结构特征进行分析。
（4）数理统计法
数据利用QToolS软件和Excel软件对获得的数据指标进行计算和统计。
3.测试程序
模拟比赛情况，受试者进行充分准备活动后，按实验要求，在专家的指导下让四名受试运动员在测试范围内作跨步垫球动作，每名测试对象完成两次跨步垫球，按规范标准进行拍摄（以右侧跨步动作为例）。由现场专家选定效果较好、技术较规范的两名运动员的跨步垫球动作作为分析对象，然后计算数据的平均值。
4.测试方法
采用三维定点摄像的方法，用两部高清摄影机，对实验测试对象的跨步垫球技术进行三维定点拍摄，运用相应的解析系统对其动作技术进行解析，得出测试指标参数。一部置于运动员的右侧，一部置于运动员的前方，两部摄像机主光轴约成 90度，拍摄频率为50Hz。高清录像拍摄，频率25帧/秒，经奇偶场分离后频率相当于50场/秒。采用2台sony FX-2000E高清摄像机拍摄视频。
标定框架采用国家体育总局体育科学研究所的PEAK辐射式三维标定框架，标定精度高。选择被分析的动作时，选择的整个动作位于框架标定范围内。
使用SIMI motion视频解析系统对技术动作进行解析，采用扎齐奥尔斯基人体模型，人体模型取系统软件自带的人体模型，分析数据包括身体重心、躯干、各关节点位移速度、以及各关节和躯干的角度和各时段的时间等数据，所得数据采用数字化滤波法进行平滑处理，截断频率为10，用EXCEL 2000对视讯系统得到的数据进行坐标转换、计算得到运动学数据，并编辑公式计算人体基本平面方程系数以及关节点在各个平面的投影坐标，再用Q-Tools计算关节角度。用Origin7.0做三维坐标图。对解析出的数据进行对比分析与研究，并做参数间的相关分析，运用相关参数数据描述动作过程，建立整个动作结构相关环节间夹角、角速度、角加速度、速度、身体重心等量化指标和参数，揭示动作过程的运动学特点和规律。
三、动作阶段的划分
动作阶段划分是研究技术动作的重要环节。排球运动员跨步垫球技术是由准备姿势、跨步、垫球、随后动作四个环节组成，而对击球效果起决定作用的是跨步和垫球两个环节。为了确定动作结构和时相划分方便，本文首先确定了不同动作阶段的临界点，它可表征各动作阶段基本力学特征与动作质量。我们依照排球跨步垫球动作的顺序把跨步垫球动作分为：跨步阶段（1.4s-3.3s）、击球阶段（3.3s-4.1s）、随后阶段（4.1s-5.2s）。
四、研究结果与分析
1.排球跨步垫球技术下肢各环节运动学分析
（1）膝关节的运动
膝关节的角度特征如下：
从图1中可以看出左、右膝关节角在0～2.64s时段的变化趋势并不相同。2.64s时刻为跨步脚刚着地的时刻。右膝关节角变化曲线在该阶段有一个明显的先下降后上升的过程，而左膝关节则是一个逐步下降的过程。右膝关节在跨步阶段要向前跨出一步完成跨步动作，在跨步过程中右膝关节先屈曲后伸展。在跨步阶段身体重心落在左脚上，此时左脚起着支撑整个身体的作用，并保持重心稳定性，因此左膝关节角在跨步阶段变化很小。在2.64s后，左、右膝关节的变化趋势完全相同，当跨步脚着地后，左、右膝关节开始同时屈曲，降低身体重心。到击球前屈曲值达到最大，身体重心此时处于最低，随后双脚蹬地，同时双臂上摆击球。
跨步垫球技术在跨步阶段膝关节有一个屈膝重心下降的动作，这个动作是跨步垫球技术的重要组成部分，目的是通过拉伸膝关节蹬伸主动收缩肌群，增大肌肉收缩初长度储备弹性势能，同时增加垫球时的垫球距离，为后继膝关节蹬伸动作做好准备。而且在判断来球的方向和速度后通过跨步动作还能及时调整击球的最佳时机和部位。在跨步垫球技术中左膝最大屈曲角度为60.6°。右膝最大屈曲角度为59.89°。下肢屈膝身体重心下降的动作幅度太大或太小都不能产生最佳的蹬伸效果，不利于整个垫球动作的完成。如果膝关节屈曲幅度过大，就会造成膝关节伸肌群过大的对抗负荷，进而影响膝关节的伸展速度及躯干和上肢各环节的整体配合。反之，膝关节屈曲幅度过小，又不能充分拉长伸膝主动收缩肌群，影响主动收缩前弹性势能的储备，进而影响到蹬伸效果。跨步垫球技术下肢的蹬伸动作主要是使髋关节产生向上的运动，通过下肢的蹬伸带动手臂向上摆动，保证击球时动作的稳定性。由于不同运动员的身材和身体素质的不同，因此不同的运动员最佳膝关节的屈曲角度和身体的下蹲深度也不相同。合理的膝关节屈曲角度有助于运动员发挥最佳技术动作。
（2）踝关节的运动
由图2可知：从跨步开始，右踝关节角度不断增大，而左踝关节角度不断减小，这是由于跨步开始时，身体以左脚为支撑，右脚向前方跨出一步，随后身体重心下移，直至跨步结束。由于右脚向前跨步，右踝关节与左踝关节正好相反，不断增大，直至跨步后右脚脚跟与地面接触时增至最大。
2.排球跨步垫球技术动作整体分析
排球跨步垫球合理的动作节奏应该是身体自下位关节至上位关节的速度依次递增。各运动环节的递增量越大，说明动作的动量传递效果越好。跨步垫球技术动作的跨步阶段，单脚向前跨出一步，同时身体重心下移，躯干稍向前倾，双手手臂伸直下压，为后继击球动作调整好击球的时机和方位，同时储备了弹性势能，增加了肌肉收缩做功距离。击球动作阶段，通过下肢蹬伸、躯干和上肢各运动环节的依次加速与制动，将速度传递至手臂，手臂通过从来球的下部向上抬，以达到最佳的击球速度，将球平稳而有力地击出。击球时身体主要环节的活动顺序为膝―髋―肩―肘和手腕。从完整技术动作上看，跨步垫球是在拉长相关主动收缩肌的条件下，首先由下肢肌肉主动收缩用力，然后是上肢各环节肌肉群的收缩用力，这种动作时序符合垫球技术动作力学原理。合理的技术动作能充分发挥躯干肌肉和下肢肌肉的爆发加速作用，不要过多地单纯依靠上肢运动环节加速，这样才能使上肢肌肉有较大的能量储备，同时保证动作的稳定。在击球动作阶段上肢肌肉感觉敏锐，控制手臂的方位和调控击球时间，并保证击球最佳的击球点和击球时机。因此应加强下肢的蹬伸力量，并在击球时加强下肢的蹬伸作用，从技术上保证下肢和躯干肌肉合理的爆发加速功能，为上肢各环节的依次加速提供运动初速度。
五、结论
1.跨步垫球技术动作结构的分类
本研究对排球跨步垫球技术的尝试性划分是对目前排球跨步垫球技术划分理论的大胆尝试。笔者根据运动生物力学中关于技术动作的阶段划分原理，根据动作结构与动作任务的不同，把排球跨步垫球术分为跨步阶段、击球阶段和击球后的随后阶段。
2.跨步垫球技术下肢的运动学特征
左膝最大屈曲角度为60.6°，左膝最大蹬伸角度为159.5°，左膝关节的活动幅度为98.9°。右膝最大屈曲角度为59.89°，右膝最大蹬伸角度为119.8°，右膝关节的活动幅度为59.1°。膝关节屈曲幅度过大，就会造成膝关节伸肌群过大的对抗负荷，进而影响膝关节的伸展速度及躯干和上肢各环节的整体配合。反之，膝关节屈曲幅度过小又不能充分拉长伸膝主动收缩肌群，影响主动收缩前弹性势能的储备，进而影响到蹬伸效果。
六、结语
跨步垫球技术在比赛中与其他垫球技术相比应用广泛，技术结构较为合理。采用跨步，身体重心位于两支撑脚之间，支撑比较稳定。跨步垫球有利于肌肉用力的控制，也就可以较好地控制来球。
今后应结合三维动力学进行进一步的其他同类研究，通过同步装置，对跨步垫球进行运动学与动力学的同步分析，只有这样才能更全面地分析跨步垫球的技术特征和内在规律。
对于排球运动的技术原理等课题还有待于我们去深入研究，揭示其科学的本质和内在的规律、科学化发展，这样才可以更好地使排球运动得以更广泛的普及和更科学化的发展。
参考文献：
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[3]邹灵通.谈排球教学中垫球的三个问题[J].学术论坛，2009（3）：287.
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[5]林森.对排球垫球技术在比赛中运用状况的理论分析[J].沈阳体育学院学报，2004，23（1）：98-99，104.
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[8]罗建新.论现代运动生物力学研究方法的基本特征[J].成都体育学院学报，2006（1）：104-106 .
[9]洪友廉.国际运动生物力学研究发展的现状和前景[J].体育科研，2009（2）：54-60.
[10]杨慧馨，杨雷.运动生物力学在武术动作技术分析中的应用现状研究[J].哈尔滨体育学院学报，2006（5）：145-147.
运动生物力学的任务范文第3篇
【关键词】 枪感 技术 素质
从运动技能形成机制的角度分析，运动感是通过中枢神经系统对肌肉的收缩进行不断地反馈是调节和修正的途径形成的。在这个过程中，起决定性作用的是中枢神经系统和肌肉本体感觉器官，中枢神经系统一方面向肌肉发出运动的指令，一方面又不断对来自肌肉本体感受器以及视觉和触觉等感受器反馈回来的信息进行分析和判断，再将新的指令传回到肌肉，由此对肌肉的运动进行调节和修正，使肌肉的运动过程始终保持最佳的状态。
1 运动员技能获得的阶段
1.1 运动基础能力的学习阶段：即形成与该项群有关的协调能力基础。
1.2 运动技术的获得阶段：学习并掌握运动技术，能够在生物力学的特性上符合专项技术的要求，在程度上达到实用、有效和经济的水平。
1.3 技术的稳定阶段：能够稳定地运用技术，在遇到内、外环境发生变化时仍然能够正常地发挥技术。
1.4 熟练掌握技术阶段：能够娴熟地掌握和运用技术，该阶段不仅可以使运动员的技术符合专项生物力学的要求并达到高的稳定性，而且表现“熟练”的特征。
1.5 运动技术在不同情况下的灵活运用阶段：不仅在神经——肌肉之间建立了精确、快速和稳定的联系，而且可以在各种复杂多变的比赛状况下灵活的应变，技术已经成为身体能力的一个组成部分。
在这5个阶段中，第一个阶段实际上与具体的技术学习没有更多的联系，它只是已具备协调能力的延伸，是专项技术学习的基础准备。第5个阶段是形成“运动感”的重要环节，它不仅需要运动员具有熟练的运动技术，而且更加强调运用中的变化。
运动感的形成是一个长期的过程，除了需要遵循运动技能形成的必要步骤之外，还需要刻意地进行反复的应用锤炼，如此才能使专项技术成为机体的一个高度自动化的运动行为。
2 如何培养运动员的枪感
2.1 长期和反复的训练是形成良好枪感的基础。技术训练的任务就是通过多种有针对性的训练方法和手段，使这个运动环路在线路上更加畅通，在时间上更加快速，在环节上更加简捷，在判断上更加精确，最终形成准确、快速和应变力强的运动感。
2.2 对技术细节的把握是枪感的核心。枪感不仅有正确和错误之分，同时也有水平的差别。在很多情况下，不同的运动水平之间的差距就体现在枪感上，尤其是对于优秀运动员来说，对技术细节的准确把握往往成为决定胜负的关键因素，对技术细节的准确认识必须建立在对项目运动特点深入研究的基础上。
2.3 优先发展运动技术，在青少年时期就形成正确的技术是获得优异枪感的关键。训练实践已经证明，在运动员的整个运动生涯中，运动技术应该早于身体素质的发展，其原因就在于二者自身具有不同的发展规律。在青少年训练阶段，身体的各个器官系统正处于生长发育过程当中，此时的运动训练，特别是训练的负荷必须充分考虑运动器官和系统的自然发育规律，例如力量的发展需要考虑到骨骼、关节和肌肉的发育，耐力的训练一定要了解心血管系统的发育特点。然而，在青少年训练时期被视为专项运动技术基础的协调能力正处于最佳的发展阶段，另外一些与运动技术密切相关的能力，例如柔韧性等，也处于最好的发展时机，此时应该充分利用人体的这种发育特点和规律，将训练重点放在协调和柔韧等于技术密切相关的的能力上。传统的训练理论过于强调素质对技术的支持作用，没有明确指出技术训练的“先导性”，由此而导致素质与技术训练的纵向错位，我国许多体能类项目普遍存在的青少年与成年运动水平倒挂的现象与这种错误的人认识不无关系。
运动生物力学的任务范文第4篇
关键词：微创接骨板；反求设计
一、微创接骨板的反求设计
1、三坐标测量机采集技术
2、数据采集
首先启动Scan3-Dnow程序后，将系统坐标同时归零，接着开始测量模型，将获得的数据存到程序文件中，在完成点资料转换之后，获得点云数据。
3、点处理阶段
采取任何一种测量技术，在数据采集过程中都可能采集到杂点、噪点甚至是误采集的数据；而且根据不同的测量目的，最终需要的点数据的数量、点云中点的间距均有不同要求，这些数据需要我们借助软件进行点云处理。
1）.合并点对象
数据采集过程中，当扫描设备不能一次将物体的面积全面采集，不能一次将物体的整体点云获取时，需要对物体进行多位置分区扫描，这样就得到了物体的各局部数据，要想得到模型的完整数据，就需要我们对扫描数据进行注册处理。
启动Geomagic Studio软件，打开LISS接骨板扫描数据中上侧的数据，显示在工作区域的点云。在菜单中依次选择“文件>>导入”，根据弹出的导入对话框导入其他侧数据，这样全部分区的数据都显示在工作区域。选择所有需要注册的所有点云进行手动注册，在模型管理器弹出下图的单选窗口。
2）.降噪处理
为了便于识别点云数据中的噪点，通过依次点击“工具栏>>工具>>颜色>>编辑颜色”、进行着色。
在降噪阶段会用到以下四个命令：a）选择非连接项，用于选取与物体一定数量的点形成点群分离的杂点以便后续操作。b）选择孤立点，用于选择与大多数点云有较远距离的孤立点。c）减少噪音，该命令用于减少扫描过程中产生的噪点数据。d）采样，通过自定义方式实现点云优化的一种方法，直接点击工具栏中“统一采样”，根据点云的个数定义采样间距，其余默认设置。
3）.封装数据
按照最优原则，将所有点云每三个点结合形成一个面片连接起来。
4、多边形处理阶段
封装后需要对多边形进行处理才能得到理想的模型。多边形阶段的主要流程为创建流型――填充孔――去除特征――砂纸打磨――松弛多边形――修复相交区域――编辑边界。
5、形状处理阶段
形状处理阶段主要任务是在上一步操作得到光滑多边形的基础上，通过创建曲面片，并对曲面片进行移动，构建顺滑的NURBS曲面。通过上述处理得到的LISS接骨板的三维实体模型。
二、股骨三维模型的建立
1、数据采集
股骨的数据采集工作是借助天津某医院旋转CT机完成的。在相关医生的指导下对年龄30岁，身高1.74米，股骨无疾病及畸形的健康男性志愿者，沿股骨长轴方向做切断面的扫描。在扫描电压120KV，电流200mA，扫描层厚1 mm，扫描层数200层，得到连续横断面图像以及矢截面图像，并将扫描的数据以DICOM格式进行存储。
2、股骨模型的初步建立
在Mimics软件中通过导入扫描图片操作导入股骨CT数据，设定图片转换相关项目包含像素、格式及坐标等，完成转换，转换生成的股骨冠截面图和矢截面图。
Mimics中股骨模型的具体构建过程主要分以下步骤。
1）.阈值处理
首先根据不同组织具有不同灰度，利用阈值设定来提取股骨组织。
经过阈值设定生成的股骨图像中间存在一些空洞，需要利用图像编辑功能仔细地逐图进行修改，以便得到准确的CT图像。图1为空洞填补前后对比效果图，如果不进行处理对后续ANSYS会有很大影响。
（a） Before （b） After
图1 空洞填补前后对比效果图
3）.区域增长
区域增长可以理解为对初步阈值分割蒙板上不连接的分割区域进行进一步细分。
4）.蒙罩
为了方便区分不同结构，蒙罩操作能把不同的颜色随机蒙罩在不同组织上，股骨蒙罩的效果如图2所示。
图2 蒙罩后的股骨图
5）.三维计算
通过对蒙罩的股骨进行三维计算能清楚地、直观地显示出股骨结构形态。
6）.三维模型优化
点击“重新划分网格”，在Remech 9.9模块中对股骨模型进行网格重新划分，主要应用“光滑（smoothing）”命令细化网格，优化后的股骨结构的三维形态。
3、股骨三维模型成体
由于股骨结构曲面复杂，在Mimics处理之后并不能得到理想图像。所以将模型以“*.igs”导入Geomagic Studio中进行模型成型处理。在微创接骨板反求设计时已经叙述了详细步骤，这里就不再叙述。
将获得的CT图像根据重新设置灰度值并结合解剖学知识，分离出松质骨轮廓。重复上述股骨模型的建立过程，可以完成松质骨模型的建立，为下一章进行ANSYS力学分析将股骨赋值成多材料做好准备。
总结
本文首先介绍了三坐标测量机测量系统，微创接骨板的数据采集及关键技术，接着详细叙述了如何将扫描的微创接骨板点云导入逆向工程软件并反求三维模型的操作过程；然后介绍了旋转CT断层摄影技术及股骨数据采集，以及在MIMICS软件重建股骨和松质骨模型的操作过程。
参考文献
[1] 杨建鑫，马超，张春林.生物力学的发展现状和未来趋势[J].临床合理用药，2010， 3（1）：127-128.
[2] 侯树森，主编.创伤骨科学.北京：人民军医出版社，2002.8
[3] Xia Dongsheng，Nie Feng，Wei Xuejie. Treatment of complex fractures of distal femur by LISS [J] ZH J J Traumatic， 2007， 12（6）： 501.
运动生物力学的任务范文第5篇
1组织工程气管的结构构建进展
组织结构是气管功能的基础。近年来，组织工程气管的结构构建已从单纯的二维结构软骨板逐渐向三维立体结构方向发展。
1．1种子细胞的新选择构建气管的种子细胞一般以鼻软骨、肋软骨、耳廓软骨［2－7］等透明软骨为主，但上述软骨的取材困难，其他细胞来源特别是成体干细胞成为组织工程气管种子细胞的新选择。Naito等［8］在大鼠体内利用成纤维细胞构建管型组织，同时诱导间充质干细胞形成环状组织加强稳定性，具有良好的成骨和生物力学性能。Zhang等［9］以TGF-1诱导并扩增骨髓基质细胞，构建出圆柱状气管样软骨。Macchiarini等［10］利用人上皮细胞和间充质干细胞来源的软骨细胞构建组织工程气管替代治疗终末期支气管软化，效果明显。Liu等［11］利用TGF-β诱导骨髓间充质干细胞聚集体在体外生成软骨细胞，并使之形成管状组织工程软骨。Kim等［12］用自体皮肤上皮细胞作为种子细胞成功构建了家犬气管，提示皮肤上皮细胞可能的干细胞特性。
1．2生物支架和生物材料的发展现行组织工程学领域大部分研究均来源于体外二维组织培养，如何构建三维立体结构，是一个亟待解决的难题。在图式发生等发育学的概念机制尚未完全清楚之前，生物支架和生物材料提供了暂时的解决方案，主要包括生物可降解合成材料如聚羟基乙酸（PGA）、聚乳酸（PLA），天然材料如藻朊酸盐、胶原，去细胞组织构建的支架如小肠黏膜下层（SIS）、去细胞膀胱黏膜下层（ABS），以及上述材料的复合物。生物支架和生物材料需有一定要求强度，而且必须是多孔结构和存在细胞亲和力、生物兼容性，以种植、营养细胞、清除机体废物等［13］。这对生物支架和生物材料提出了更高要求。Remlinger等［14］将猪的气管取下，经去细胞处理后植入家犬体内，发现这种水合脱细胞气管支架在短期内能促进局部特异上皮细胞发生，并能表现很好的生物力学特性。Kobayashi等［15］用螺旋状聚丙烯支架为牙龈成纤维细胞和脂肪源性干细胞提供支持作用。Kim等［3］利用纤维素－透明质酸复合凝胶成功构建组织工程气管。Jungebluth等［16］将猪气管去细胞处理后构建出无免疫原性的气管支架。Huang等［17］发现包裹SIS的聚丙烯支架可促进缺陷气管处的上皮再生，并有效降低移植术后并发症的发生。
1．3生物反应器和组织工程气管构建的新方法生物反应器在组织工程器官的体外培养具有重要作用，近年来，结合生物反应器的新型设计，涌现出许多新颖的组织工程气管构建方法。Lin等［18］将软骨细胞植入聚（ε－己内酯）－Ⅱ型胶原支架并在旋转型生物反应器培养，发现该法促进细胞增殖，增加了葡萄糖胺聚糖和胶原的含量。Asnaghi等［19］成功构建了一种双室旋转生物反应器，旨在促进自体呼吸道上皮细胞和将被诱导分化成软骨细胞的间充质干细胞的生长、三维结构的成熟和生物力学性能的形成。Tani等［2］以新西兰白兔的耳软骨细胞为种子细胞，扩增后环形覆盖于硅胶管外，置于静态型和旋转型生物反应器中培养构建了无支架的圆柱状软骨。
2组织工程气管的功能构建进展
气管功能的维持，不仅需要软骨细胞构成的起支持作用的骨架，更需要气管黏膜上皮细胞以保证气管的湿润和清洁。气管黏膜上皮主要是假复层纤毛柱状上皮，包括纤毛细胞、Clara细胞、杯状细胞等。组织工程气管的一大任务，就是要重新构建上述功能细胞。Sato等［20］用聚（L－乳酸酸钴－ε－己内酯）覆盖在生物支架内层以保护胶原层，促进上皮的形成。Kobayashi等［15］将牙龈成纤维细胞和脂肪源性干细胞植入生物支架内，发现两者的协同作用能很好地形成含杯状细胞和纤毛细胞的假复层上皮。Kim等［12］发现皮肤上皮细胞能转化为气管上皮细胞和软骨细胞。Kim等［3］用纤维素－透明质酸复合凝胶构建组织工程气管，显示有功能的上皮再生，其纤毛细胞的纤毛摆动频率接近正常气道黏膜。Nakamura等［21］将生物支架浸泡于骨髓穿刺液和间充质干细胞，与浸泡于外周血中的生物支架相比，观察到更快的上皮再生和纤毛运动。Huang等［17］利用SIS作为支架，发现SIS能促进纤毛上皮的再生，并有效降低如皮下气肿等移植术后并发症的发生。Tada等［22］把一种胶原Vitrigel膜和胶原海绵相结合作为胶原支架，发现其能增强上皮细胞增殖和间充质干细胞的浸润，形成了纤毛柱状上皮。Suzuki等［23］的实验发现，含脂肪来源干细胞生物支架能加速组织工程气管的上皮形成和血管再生。
3组织工程气管构建中的营养问题
既往观点认为，软骨组织的营养仅靠组织液渗透即可，对血管无过多依赖。但Curcio等［24］发现，种植于支架外层的软骨细胞会向支架内层迁移，其驱动力考虑是氧分压梯度。而Tan等［25］在培养介质中加入携氧药，发现其能增加组织工程气管上皮的氧分压，促进上皮细胞代谢，还有可能促进血管的生成。这是否意味着缺氧会出现软骨支架结构的混乱，而氧气或血管存在时组织工程气管是否能更好的形成？
