肌腱和韧带的生物力学
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肌腱和韧带的生物力学范文第1篇
摘 要 文章通过分析膝关节解剖结构特点和生物力学特征，结合篮球技术动作特点，确定了膝关节各部位运动损伤的发生机制。并提出通过掌握运动员膝关节的运动生物力学特征，对科学指导训练、提高运动员的训练水平以及预防膝关节运动损伤发生等具有非常重要的意义。
关键词 膝关节生物力学 运动损伤 力量训练
运动生物力学根据人体的形态机能特点结合对运动场地器材的改进，研究最合理、最有效的运动技术；通过改善训练手段增加运动训练的适应性；通过研究运动损伤发生机制、改善不合理的运动技术，在训练中改善神经肌肉系统功能和强化运动器官承受能力，达到预防损伤的目的[1]。作者通过参阅大量文献，阐述篮球运动员膝关节运动生物力学特征，提出其指导膝关节科学训练和预防膝关节损伤依据。
一、膝关节结构及生物力学特征
（一）膝关节是人体结构最复杂的关节，由两个包在同一关节囊内的关节组成，即股-髌关节为滑车关节和股-胫关节为椭圆形关节。膝关节周围的肌肉、肌腱、前方髌韧带、内外侧副韧带、前后十字韧带以及内外侧半月板共同维持膝关节的稳定性[2]。
（二）膝关节的侧副韧带位于关节囊的外面，有内侧副韧带和外侧副韧带两条，其主要作用是使膝关节不能产生内收与外展运动，并且限制膝关节过度发生旋转的活动。[这两侧韧带在膝关节伸直时被拉紧起固定作用，此时小腿不能做内旋及外旋动作。当屈膝时，这两侧韧带松弛，小腿可做小幅度的内、外旋动作[3]。在篮球运动中膝关节屈曲，小腿突然内收内旋，或大腿突然外展外旋可能发生外侧副韧带损伤。常见持球突破，急停跳起投篮或跳起抢篮板等动作。
（三）半月板由致密环状纤维所组成，其中含少量软骨组织，具有一定的弹性，它们的主要功能是使股骨与胫骨两者的关节面更加吻合，增加膝关节的稳定性，并且有缓冲股、胫骨之间冲击力的作用[4]。
（四）膝关节囊内共两条十字韧带，主要功能是限制胫骨过度前移或后移。膝关节处于半屈曲位突然完成旋转及内收、外展是重要的损伤机制，常合并内侧副韧带或半月板损伤。
股四头肌腱大部分止于髌骨上缘，一部分越过髌骨上缘止于髌骨表面，股四头肌在膝屈30°时，4个头的合力最大，加上这时髌股间的力矩最大[5]。
（五）膝关节稳定性生物力学
膝关节是全身最大的负重关节，同时它又缺乏固有的内在稳定性，韧带、关节囊和提供的静力和动力性稳定作用起着特别重要作用[6]。
（六）篮球运动的基本技术动作生物力学分析
膝关节主要功能是屈伸运动，在半屈或屈90°时有轻微的旋转运动。篮球运动中的特点是膝关节于半蹲位滑步、进攻、防守、制动、踏跳与上篮、落地缓冲等。这些动作都要求膝于半屈曲位屈伸与扭转，以实现快速变向、伸膝发力的要求。
二、膝关节力量训练
根据膝关节运动生物力学原理，力求膝关节在运动中稳定性和灵活性相统一，力量、速度和耐力相统一。所以对膝关节周围肌肉韧带的力量训练尤为重要。使膝关节适应篮球运动技术特点的力学要求，同时保护关节避免损伤发生。通过对关节周围肌肉力量训练经过力的传递结构强化至肌腱、韧带以及骨。
（一）肌肉力量训练相关理论
“训练适应”是反映运动员机体在长期训练和外界环境（指自然环境与训练、比赛环境、其中主要是训练负荷）刺激的作用下所产生的生物学方面的“动态平衡”（指能量消耗与补充的动态平衡）。这种适应能满足竞技比赛所需要的各种机能能力，并按照“刺激—反应—适应—再刺激—再反应—再适应”的规律变化。运动训练的任务就是通过合理的训练负荷，打破机体原有的生物适应与平衡，使机体在新的水平上产生新的生物适应与平衡[7-8]。
（二）方法
1.固定阻力负荷练习
又称静力性练习。是指人体用力时，各运动环节无运动状态的变化，此时，肌肉产生张力但不发生长度变化。如静止负杠铃半蹲等。
2.动力性冲击负荷训练
是指肌肉先进行离心收缩、紧接着迅速进行向心收缩的练习方法。是利用肌牵张反射会产生超大力量的原理，是在一次练习中增大肌肉训练效果的较好练习形式。
3.等动练习器械训练
该种练习是借助专门的等动力量练习器进行，在练习中，练习的阻力与运动员的用力相适应，从而保证了肌肉在收缩过程中始终按恒速或接近恒速的方式进行。
三、结论
膝关节是人体结构最复杂关节，本身内在不稳定。篮球运动员膝关节运动专项技术动作又处于关节生物力学的薄弱点。所以运动损伤发病率高，篮球技术动作要求膝关节适应其速度力量及耐力要求。在充分了解膝关节生物力学，掌握其力学规律，根据人体形态机能特点，进行科学训练，不断改进运动技术，提高运动成绩。同时的预防运动损伤及康复都具有重要意义。
参考文献：
[1] 陆爱云.运动生物力学[M].人民体育出版社.2008.12：2-4.
[2] 陆爱云.运动生物力学[M].人民体育出版社.2008.12：270.
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[4] 陆裕朴.胥少汀，等.实用骨科大全[M].人民军医出版社.1997.3：1082.
[5] 李欣.篮球运动中常见伤病的调查分析与预防[J].2007.5.
[6] 陆裕朴.胥少汀，等.实用骨科大全[M].人民军医出版社.1997.3：691，1081.
肌腱和韧带的生物力学范文第2篇
【关键词】骨组织； 研究进展
【中图分类号】R681.2 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2014）08-0665-02
作为一门古老的学科，骨组织的发展具有悠久历史，其发端可追溯到人类生命起源的最初阶段；骨组织是随着社会的发展与经济的进步，针对日益增高的创伤发生率与日趋复杂和严重的创伤程度，而逐渐成为骨外科学领域的一个重要分支；骨组织的发展不但继承了传统骨科的丰厚内涵，而且更体现在其融汇吸收了现代医学与现代生物学等生命科学领域多学科发展的最新成果。
一骨组织工程研究进展
作为组织工程研究领域中最为活跃的一部分，骨组织工程的研究已处于组织构建与缺损修复的前沿，是可能率先进入临床应用的组织工程领域之一。骨创伤修复雄厚的理论与研究基础，各种生物材料在临床骨缺损治疗中的长期广泛应用，都为骨组织工程的发展提供了得天独厚的有利条件。骨髓基质干细胞具有获取时对机体损伤小、培养扩增后数量充足且自体细胞避免了免疫排斥反应的特点，已经成为骨组织工程研究中的最佳细胞来源。应用骨髓基质干细胞作为种子细胞已成功修复大动物的颅骨、下颌骨与四肢骨缺损。笔者所在实验室利用BMACs复合藻酸钙成功修复了羊颅骨标准缺损；Schliephake等利用煅烧牛骨作为支架复合BMSCs修复羊的下颌骨节段缺损，组织形态计量学结果显示，新骨形成量较单纯材料组有显著增加；Kon
等发现BMSCs复合羟基磷灰石陶瓷后修复羊胫骨节段缺损，2个月时力学强度显著高于单纯材料组。目前的研究焦点在于如何能够使骨髓基质干细胞的体外培养与诱导标准化，以进一步应用于大规模的临床治疗。此外，最新研究表明同种异体骨髓基质干细胞复合TCP能修复犬股骨21mm的节段缺损，而不需要进行免疫抑制治疗，若进一步证实在人体可行，通过建立一个骨髓基质干细胞库，即能更及时方便地应用组织工程方法来修复骨缺损。而Zuk等发现脂肪中也有多向分化潜能的干细胞，加以适当诱导，即可向成骨转化，由于脂肪组织的来源也较容易，若通过进一步体内外实验验证，此细胞亦可成为骨组织工程又一可靠的种子细胞来源。
二软骨组织工程研究进展
骨关节的损伤修复是骨组织治疗的一个重要领域，成熟的关节软骨自身修复能力有限，直径大于4mm的缺损一般不能自行修复。传统的软骨表面刨削、钻孔术以及微骨折术、骨膜或软骨膜移植等方法，治疗效果不佳。Brittberg等采用取自自体关节非负重部位关节软骨的软骨细胞，体外培养扩增后直接注射入关节软骨缺损部位，表面由取自胫骨上端的骨膜缝合覆盖，软骨缺损得到了不同程度的临床修复。同时，多种生物材料支架作为细胞载体，在大量裸鼠体内软骨组织构建研究的基础上，进行关节软骨的组织工程修复。应用胶原凝胶、纤维蛋白、透明质酸等生物材料作为细胞支架，均达到了不同的修复效果。Liu等应用PLuronic-127与PGA作为细胞支架，成功修复猪膝关节软骨负重部位直径8mm的全层缺损，体内形成的软骨组织具有正常软骨的组织结构与生化组成，生物力学强度达到正常关节软骨的70%。应用组织工程技术修复半月板与椎间盘软骨组织缺损，也取得了较好的修复效果。通过骨髓基质干细胞的体外诱导分化，可获得大量表型稳定的成软骨细胞并分泌特异的软骨基质，以此为种子细胞已成功构建组织工程化软骨，修复关节软骨缺损。我们实验室研究发现，骨髓基质干细胞在体内不但能够完成关节软骨缺损的修复，而且关节软骨下骨也同时得到修复。基于骨髓基质干细胞的软骨组织工程将是未来的主要发展方向。
三肌腱组织工程研究进展
严重的骨与关节损伤常伴随肌腱与韧带损伤或缺失，长度超过H&- 的肌腱缺损一般不能直接缝合，自体肌腱是最好的移植替代材料，人体内可供肌腱移植的供区较少，故自体肌腱移植受到很大限制。最早的有关肌腱组织工程构建的报道见于1994 年，曹谊林等用酶消化分离新生牛肩部的肌腱细胞，与条索状未编织的聚羟基乙酸网状支架形成复合物，在体外培养C 周后，植入裸鼠皮下，再生出在组织学、生物力学等方面与正常肌腱相似的组织。Dunn等在胶原纤维中种植肌腱成纤维细胞，成功替代了兔膝关节的前交叉韧带。种子细胞来源是组织工程化肌腱组织构建需要重点解决的问题。真皮成纤维细胞与骨髓基质干细胞来源广泛，体外扩增能力强，均能表达I型胶原，可作为肌腱组织工程种子细胞的替代细胞。陈兵等应用猪真皮成纤维细胞作为种子细胞，在体内成功构建了具有接近正常生物力学强度的组织工程化肌腱，并原位修复了长3cm的趾浅屈肌腱全层缺损。Awad等应用自体骨髓基质干细胞，以I型胶原为支架，修复髌韧带中央部3.8cm×3.8cm“开窗”缺损。力学环境对肌腱组织的构建至关重要。Cao等应用自体肌腱细胞与未编织的聚羟基乙酸网状支架形成复合物，回植鸡自体肌腱缺损处并维持肢体活动，形成了组织学结构、生化组成与生物力学强度等与正常肌腱组织非常接近的组织工程化肌腱。Banes等研制了可用于体外构建肌腱组织的生物反应器，通过周期间歇性力的作用，前交叉韧带成纤维细胞与胶原纤维在体外形成的组织工程化肌腱，在组织结构、超微结构与生化组成等方面均与正常组织非常接近，证明在体外力学环境作用下，能够构建具有一定力学强度的组织工程化肌腱组织。如何满足骨组织在骨与韧带、肌腱复合型损伤的治疗要求，联合构建两类组织的复合结构，已成为目前肌腱组织工程研究的一个重要方面。
参考文献
[1] 陈兵，丁小邦，刘方军，崔磊，刘伟，商庆新，曹谊林。皮肤成纤维细胞构建组织工程化肌腱的初步研究。中华医学杂志，2002，82：1105-1107。
肌腱和韧带的生物力学范文第3篇
资料与方法
2009年9月～2011年10月收治ACL损伤患者26例，所有病例术前经理学及影像学检查诊断为ACL断裂并均于术中关节镜下确诊，体4股腘绳肌腱作为移植物，股骨侧应用Rigid-fix系统、胫骨侧应用Intrafix系统进行固定，在关节镜下行ACL重建。其中男16例，女10例；年龄19～55岁，平均37.6岁；运动损伤5例，车祸12例，摔伤9例，均为单侧损伤。Lachman试验均为阳性；前抽屉试验Ⅱ度14例，Ⅲ度12例；轴移4例阴性，22例阳。术前Lysholm评分34～68分，平均51.3±3.2分。
手术方法：由同一手术医生进行关节镜下ACL重建。首先，取膝前内外侧入口置入关节镜及手术器械，对患者行关节镜检查，探查半月板和关节软骨面。如有半月板损伤，则行半月板成形或缝合，通常不行髁间窝成形。在胫骨结节内侧2.5cm，内侧胫骨平台下方1.5cm，于鹅足腱处做一纵行3cm长的切口，用取腱器取自体半腱肌腱和股薄肌腱编织成四股，测量长度和直径；利用Arthrex ACL重建平台，修整移植物编织成4，预张15磅×15分钟。采用股骨单隧道、胫骨单隧道技术完成镜下ACL重建，股骨侧应用Rigidfix系统、胫骨侧应用Intrafix系统进行固定。
术后处理及康复：术后进行系统的康复治疗，术后第2天即可换药，拔除引流器，患肢开始等长肌力训练。术后1周患肢佩戴卡盘支具，调节为屈30°，伸0°，开始在能耐受的情况下扶拐行走，可进行无痛的膝关节主动屈伸活动。术后3周内膝关节屈曲角度不能超过90°，3周后患者可以扶拐逐渐增加负重行走，逐渐增加膝关节屈伸活动和肌力锻炼。术后6周时膝关节可达到屈130°，伸0°，逐渐完全负重行走，同时加强肌肉的应激性、协调性的训练，3个月去除支具，患者可恢复办公室工作。术后6～12个月恢复正常体育运动。
结 果
所有病例术后膝关节不稳症状消失，行走步态正常，伤口Ⅰ期愈合，无感染及深静脉栓塞等严重并发症。1例术后3个月仍关节僵硬，ROM（80°，10°）；2例随访半年后有膝关节疼痛，与寒冷刺激相关，膝关节功能良好，未作特殊处理。所有患者均己返回工作岗位，25例膝关节活动度恢复正常，膝关节屈曲达到130°，伸直达到0°，1例患者屈伸受限；随访时前抽屉试验全部阴性，Lachman试验24例阴性，2例弱阳性。术后3个月Lysholm评分及IKDC评分较术前提高，术后6个月显著提高（P
讨 论
4股绳肌腱替代骨-髌腱-骨复合体作为移植物的优点Ritchie等经过生物力学试验证实：骨-髌腱-骨复合体的最大载荷强度为ACL的114%，而4股腘绳肌肌腱却为ACL的278%，前者强度不及后者一半。孙康等研究证明，腘绳肌腱具有取材方便，术后并发症少等优点。同时取半腱肌肌腱和股薄肌肌腱后对腘绳肌肌力无明显影响。前瞻性随机分析研究认为在临床疗效方面两种术式无明显差异，而骨-髌腱-骨复合体的术后并发症较多[1]，如撕脱骨折，韧带断裂等及产生较多的髌前疼痛症状。
ACL是膝关节重要的前向稳定结构，其损伤后产生膝关节前向不稳，自行愈合的能力很差，如不行重建手术，可导致膝关节不稳，继发半月板、软骨损伤，加快关节退行性改变，影响运动功能。目前关节镜下应用自体腘绳肌腱重建ACL已经成为广大学者的共识，但采用何种固定方式仍有争议。目前固定移植腱的方法多种多样，包括界面螺钉、Endobutton固定、横穿钉固定（Cross Pin）、Rigidfix系统等。每种系统均有其优势，但也有其相对之不足，对于用何种方法固定移植的肌腱，现在国际上仍然没有一个统一的标准。大量临床资料证实应用Rigidfix和Intrafix系统行前交叉韧带重建手术能够改善症状，获得满意的疗效RIGIDfix系统的优点[2，3]：①固定可靠，强度大：Kousa等通过生物力学实验发现，横钉的固定牢固度最佳，明显优于挤压螺钉；②股骨隧道与肌腱之间无“雨刷效应”，不会因两者摩擦使骨隧道扩大或肌腱磨损；③肌腱与股骨隧道之间为软接触，股骨隧道不容易发生崩裂，使用挤压螺钉固定时常发生此种并发症；④愈合率高：移植肌腱与隧道骨床接触面几乎完全接触，高于界面螺钉固定时接触面（约75%）。
Intrafix系统的优点：同前。①螺钉有保护性的螺钉鞘，避免了螺钉与肌腱的直接接触，保证了肌腱的功能。②固定肌腱的螺钉呈圆锥形，保证可肌腱与隧道骨床尽可能大得接触面积，并产生加压效果，愈合率高。2009年9月开始应用，取得了满意的临床效果，说明关节镜下应用Rigidfix系统和Intrafix系统固定4股腘绳肌腱重建前交叉韧带具有近期疗效佳、移植物固定可靠、手术操作简单、创伤小、术后恢复快等优点。
参考文献
1 徐卿荣，朱振安.前交叉韧带股骨等距重建位置的比较[J].中国矫形外科杂志，2004，12（10）：771-773.
肌腱和韧带的生物力学范文第4篇
【关键词】 神经性瘫 骨质疏松 挛缩 异位骨化 生物力学疗法 超重力场
Study of anti-osteoporosis and anti-contracture in patients with neurogenic paralysis Zhang Daxin ﹡ ， MaHaibo ， Duan Yunbo . * Department of physical medicine Rehabilitation ， China-Japan Friendship Hospital ， Beijing 100029
【 Abstract 】 Objective To assess the methods and theory of treatment and prevention， and to search the new effective approach of anti-osteoporosis， anti-contracture and clinicophysical rehabilitation in patients with neurogenic paralysis. Method Sixty patients with neurogenic paralysis were pided into two groups ( 30 in each ) ， their kinetic function was evalusated， bone mineral density ( BMD ) ， serum levels of calcium and phosphorus were determined. abilities of anti-contracture and anti-osteoporotic fracture were evaluated with the parameters of joint moving range and muscular strength. Results BMD in patients with neurogenic paralysis in both groups is significantly lower than that in normal control. The abilities of anti-contracture and anti-osteoporotic fracture were closely correlated with BMD， Serum levels of calcium and phosphorus. Conclusion Osteoporosis and contracture in patients with neurogenic paralysis may be induced by stress and calcium loss. A theory of higravity was proposed. Earlier treatment with physical rehabilitation can prevent these pathogenetic processes effectively. Biomechanical method and related theory of higravity might be useful in directing this effective treatment and other new approaches.
【 Key words 】 Neurogenic paralysis Osteoporosis Contracture Heterotopic ossification
Biomechanical Higravity
由周围神经、脊髓和脑中枢神经功能障碍导致的神经性瘫痪患者常出现骨质疏松症和关节挛缩 [1] 。为探索瘫痪康复理论和方法，我们先后系统地测定了两组各 30 例神经性瘫痪患者的骨密度（ BMD ）和血钙磷相关生化指标，如碱性磷酸酶（ AKP ） ，25 羟维生素 D （ 25 羟 VD ）和骨钙素（ BGP ），与其相应的运动功能评价指标进行比较。
资料和方法
1. 对 30 例中枢神经性下肢瘫痪半年以上的第一组住院病人（年龄 16 ~ 73 岁，平均 36 岁，男性 26 例，女 4 例）进行骨矿盐单光子 X 线测定和患者血钙、磷、 AKP 和 25 羟 VD 测定，并参照各项临床通用正常值 [2] 进行比较。第二组是 30 例病程在半年之内的神经性偏瘫患者（男性 14 例，女 16 例）。分别测定患者的腰骶和股骨近端股骨粗隆、维氏（ ward ）三角经过 3 个月运动康复疗法的双光子 BMD 值，因当无统一认可的正常值而设对照组（男 65 名，女 114 名，平均年龄 30 岁），同机同期进行对照组和患者组的 BMD 值检测。
2. 两组神经性瘫痪挛缩康复前后综合运动功能康复评价，包括：①患侧下肢徒手肌力Brunnstrom法评价；②患侧肢体关节活动度（ROM评定）：膝关节ROM屈伸< 180°，伸屈< 60°表明有挛缩存在；③四肢大关节周围软组织、肌肉、肌腱、韧带硬度、张力和弹性徒手检查等综合运动功能评价。
3. 采用抗骨质疏松抗挛缩物理康复。重点方法分别是能有效增加骨压电位的直立运动法和能轴向拉伸肌肉韧带的ROM牵引法。采用以主、被动ROM和基本运动（翻身、坐平衡、爬行、直立平衡）训练的物理医学治疗方法，统称生物力学疗法。采用电场、磁场和力场疗法抗挛缩。
各组指标用 ± s 表示结果行 t 检验。
结 果
1．第一组30例中枢性下肢功能障碍半年以上患者单光子BMD按年龄段与正常值相比，30～39岁年龄段患者BMD低于正常值，其他成年段患者总体低于总体正常值，偶有患者高于正常平均值。第二组30例偏瘫患者腰椎和股骨近端双光子BMD低于正常值者分别占73.8%和78.6%。
2. 第一组（男19例）所测 血磷血钙值分别为 29 ± 6 mg/L和87±12 mg/L，与正常值（钙 80 ～ 110 mg/L）比，虽偏低，但差异无显著意义。钙磷浓度乘积 [Ca]×[P] = 25.2±6.4。我们出骨质疏松抗关节挛缩，超重力生物力场钙平衡物理化学效应理论，可用方程式f(n ·α ) = k · n · c os α 表示，其中 k是参数，主要为[Ca]与[P]乘积的等变量，g为重力加速度， α 是膝关节 长骨间夹角， n为超重力作用力的倍数。
3. 两组各30 例神经性瘫痪患者血生化测定结果：第一组24例中枢神经谈话患者（男20例，女4例）血清25 羟 VD 平均值 8 ± 4 μ g / L ， 小于正常值 13 ± 5 μ g / L 。 提示 25 羟 VD 低，不利于正钙平衡。
20 例（男 17 例，女 3 例）的 AKP 平均值为 240 ± 85U / L ， 高于正常值，提示中枢神经性瘫痪患者 AKP 活跃，成骨细胞受抑制，骨量减少， 骨质疏松化活跃；与钙从骨内向骨外转移、肌肉韧带的挛缩、异位骨化和关节骨质增生相关。
肌腱和韧带的生物力学范文第5篇
关键词：髋关节肌肉模型；生物力学；膝关节
引言
人体髋关节的运送生物力学模型研究属于运动生物力学研究范畴，而运动生物力学是运动科学中起步较晚，发展却很迅速的一门学科，其研究范围比较广泛，主要包括生物与测量学、生物力学模型的建立和生物运动机制的电脑模拟等。其中，人体自身的研究是运动生物力学中一个重要的研究方向，主要通过建模来实现。
髋关节是人体最大的一个关节，其结构稳定性与活动度兼备，能够高效地维持人身体的运动和平衡。髋关节是由盆骨和股骨两部分组成，通过股骨头和髋臼连接在一起，大概有二十条肌肉参与了髋关节的运动。近年来，髋关节在生物力学的基础理论研究和骨科临床的应用研究中都是非常受重视的环节。
1 髋关节力学模型和肌肉模型的概况
运动生物力学的能取得长足的进步，是与国内外学者不断的努力换来的结果，从而诞生了许多人体关节模型研究的成熟理论。人体关节力学模型的建立主要包括以下几个部分：肌肉力学的研究、关节周围肌肉的简化、关节肌骨力学模型的建立、模型调试和模型验证。
肌肉张力-长度特性和肌肉张力-速度特性是肌肉得以正常收缩的两个重要关系，两者既相互制约又相互影响。1938年，经典Hill方程的得出，使人们第一次从量的角度认识到了肌肉张力-速度的变化关系。Huxley从横桥和肌动蛋白理论的微观角度得出了横桥模型，其与Hill方程具有很强的相似度。两者的正确性得到了后来学者的研究认同。肌肉是动作的主要肌肉（原动机）、肌肉不是动作的主动肌肉，在运动中被拉伸的这两种形式是肌肉张力-长度特性的两种表现方式。在等张条件下肌肉张力-长度曲线中最大作用力比较大，对应的肌肉比较长，在运动荷载相同的条件下获得的肌肉张力-长度曲线中的最大力与同样情况下用等长条件所获得的的最大力相比有相当大地减少，骨骼肌不同工作条件下获得的数据将不能进行合成。当前的关节的肌骨模型研究瓶颈主要在于完整的肌肉张力-长度-速度模型的建立，而不是将两者孤立起来研究。
现在，研究关于下肢肌肉功能模型越来越多。2000年，一个解剖基人体下肢的生物动力模型有王西十、白瑞蒲所提出，该模型可以在仿真人体下肢运动的基础之上，计算人体下肢的冲击荷载或下肢节作用反力和肌肉群力，基本上堪称一个完整的二维人体下肢解剖模型。
随着人体动力学模型研究的不断深入，人体动力学的建模正在走向由整体到局部、由简单到复杂的发展道路。单纯的肌肉张力-长度或肌肉张力-速度模型以满足不了对肌肉的研究，并且模型中的参数越来越多，越来越精确。
2 肌肉力学模型的建立
2.1 肌肉生理特性分析
人体中的肌有多样性，附着在髋关节周围股骨和骨盆上的肌肉主要为骨骼肌，骨骼肌是髋关节运动的动力。骨骼肌主要由腹肌和福建两部分组成，其中肌腱是肌腹与骨骼的连接部分，结缔组织和肌外膜包裹在肌肉外边，起保护作用。
近似于连锁式的肌细胞排列而成肌纤维，又有多条肌纤维“捆绑”而成纤维素，二纤维素是肌肉产生张力的主要部分。梭形肌或菱形肌，是纤维束与肌长轴方向平行；半羽状肌与羽状肌，是与肌长轴成一定的夹角；这两种类型按纤维束排列方向和与肌长轴关系把肌肉分成了两种类型：单关节肌和多关节肌。单关节肌，顾名思义，即为直接穿过一个关节的肌肉，例如股四头肌中的股中肌、肌内侧肌等。膝关节的伸展与股中肌的伸展有直接关系，双关节肌是穿过两个关节的肌肉。多关节肌中最为常见的是双关节肌，其主要存在于人体的下肢肌肉群中。双关节肌的作用取决于关节中心到肌肉的垂直距离。若该距离较长，则具有较大的作用力臂和力矩。膝关节的功能主要通过股直肌实现，其力矩远比髋关节大，属于膝关节肌群范畴。而髋关节的功能主要表现在大腿的后群肌，后群肌的力臂又大于膝关节，故称之为髋关节肌。关节的角度位置决定着双关节肌的作用效率。股直肌对膝关节的伸膝效率增大，说明髋关节在伸展，如跑步中的后蹬阶段。当髋关节屈时，伸膝运动就会受到抑制。双关节肌在人体的运动过程中起到了储存和释放弹性的功能。起到减少单关节的做工量的主要作用的是下肢肌群中的双关节肌。双关节肌能够利用一个关节做功另一个关节做负功来实现能量的储存。
2.2 肌肉力学模型的分析
肌肉作为动物体最为主要的构成组织，具有极其重要的功能特性，最为主要的是能够接受神经刺激产生收缩，进一步牵引两端的骨骼实现相对运动。生物力学研究发现，影响肌肉张力大小的两个最主要的因素是肌肉纤维的长度变化关系和肌肉纤维的收缩速度变化关系，另外还与许多生理学因素相关。该项发现对肌肉的发力过程研究来说具有十分重大的意义。
随着人们对肌肉力学模型的研究不断深入，运用数学、力学等交叉学科的研究手段对模型的建立和修改发挥着越来越重要的作用。张力-长度特性和张力-速度特性是肌肉运动变化规律中最为重要的两个关系，也是肌肉力学建模中需要处理的两项主要内容。肌肉力学模型的未来发展方向，必将是两者关系的整合体。
3 结束语
综合上述，进一步完善人体肌肉力学模型，使肌肉力学模型能够充分反映肌肉收缩长度、速度和肌肉张力之间的变化关系；通过解剖学、生理学进一步清理髋关节周围肌肉在不同动作、不同位置和同一动作的不同时间段所起到的作用，以及韧带在运动过程中保护作用；将髋关节模型建立一个完善的空间三维模型，并和膝关节、踝关节的研究结合实现人体下肢运动的仿真。
参考文献
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