人体运动生物力学研究

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人体运动生物力学研究范文第1篇

关键词：运动损伤；防护服装；运动生物力学；防护模型

中图分类号：TS941.2 文献标志码：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

近年来，我国参与体育运动或日常锻炼的人口越来越多。在对全国体育人口比例的调查中发现，1996年的体育人口在总人口中所占的比例为31.4%，2000年增加到33.9%，而到2007年又增加到37.1%，短短10多年的时间里增加了5.7个百分点。

但是在运动中，由于人们并未太多地注意保护自己，常常会引起相应的关节、肌肉、韧带的意外损伤。网球运动常常会导致肘部、肩袖部损伤，范？克拉莫（Von Kramer）对网球运动中出现的损伤进行过调查，结果表明，网球运动中肘关节损伤占全部损伤的41%，是最容易损伤的部位；肩袖损伤占其全部损伤的39%，仅次于网球肘。在跑步运动中，常常会发生小腿肌肉拉伤，有研究显示，有高达35% ～ 65%的健身者与专业运动员曾经发生过下肢损伤。老年人、小孩以及肢体残疾人在日常的行走过程中，由于自身缺乏一定的平衡能力，往往会因为磕碰、摔倒等突发状况而意外导致肌肉和骨骼损伤。有国外学者曾做过相关的研究，该研究揭示了在老年人的摔倒中，将近53%是因为行走、站立的不稳定所导致的。

运动损伤已经给运动员、业余爱好者、老年人、小孩等带来了伤害，也是人们生命安全的重要隐患之一。也有不少人缺乏自我保护意识，认为在业余的体育锻炼和比赛中，做准备活动，然后再多加注意一些，受伤的几率也就小了，其实这种想法是不正确的。因为这种损伤，比如说扭伤、摔伤、各种磕碰伤，在运动损伤里只占到了2%，它的名称叫做意外伤，而将近98%的损伤是那种运动技术性伤。所以基于运动的生物力学，研制减少骨骼与肌肉损伤的防护性服装，是一个很大的趋向。

1 运动生物力学的研究

运动生物力学是生物力学的分支学科，是研究体育运动中人体机械运动规律的科学。其主要任务是运用生物学和力学的理论和方法研究人体从事各种运动、活动以及劳动的动作技术，使复杂的人体动作技术奠基于最基本的生物学和力学规律之上，并以数学、力学、生物学以及动作技术原理的形式加以定量描述。运动生物力学的发展与研究，为提高体育运动的成绩、预防运动损伤、设计研发防护器材奠定了理论基础。

1.1 运动生物力学的实际应用

对于运动生物力学的研究，特别是在应用上，具有自己的特色，大致可归结为以下几点：

（1）在竞技体育运动动作的技术方面，根据人体的体态、素质、机能等情况，研究适合个人的最佳运动和活动技术的动作方案，并通过动作技术诊断使之逐步完善；

（2）从预防运动损伤的观点出发，对各种体育、活动以及生产劳动进行生物力学分析，找出致伤因素，并设计出相应的预防与治疗措施；

（3）运动生物力学不仅研究人体，而且也研究与运动相关的器械的运动规律，按照人体形态、结构和机能的生物力学特征，设计和改进运动器材、设施、服装与用具以及劳动机器、工具等。

1.2 运动生物力学与防护器材

从运动生物力学的角度出发，对体育运动或健身锻炼中用于防护人身安全、避免运动损伤的器材，提出设计和改进的设想及要求，是一项非常艰巨的学科任务，当前基于运动生物力学研制的防护用品主要有护具、运动鞋。

新型橄榄球头盔与传统头盔相比有着本质的区别，新型头盔的外层覆盖了一种新型树脂吸振缓冲材料，它可以有效地防止运动员以头盔作为进攻武器冲撞对手。在运动的过程中，人体的各个关节肌肉常常由于过多的运动量或瞬间的挥击、拉伸发生拉伤或震伤。戴上护具后，就可以对相应部位的肌肉、韧带加压舒服，减缓可能的过度拉伸，并协助肌肉动作，对关节部位起到支撑作用。对于关节出现不同程度劳损的老人以及正在发育期的小孩来说，进行远足郊游或体育锻炼时，很有必要选择一定的护具。

国内外一线运动品牌，其运动鞋技术的每一项进步都离不开生物力学研究，结构设计和技术创新都遵循人体运动生物力学原理。国际一线运动品牌都拥有自己的核心技术，如Nike的air气囊鞋底科技和足跟稳定技术、Adidas的HUG环抱系统和智能芯片技术、李宁新一代单弦弓减震技术等。无论核心技术如何创新变化，结构设计必须遵循运动生物力学的原理，其主要的生物力学原理是缓震减震、能量回归、足跟控制、模拟踝足和回归自然。

2 防护服装的研究

伴随着运动的普及，传统的防护服装基本上从舒适性、结构设计、功能材料等角度出发进行设计研究，通过研究改变或加强面料的性能来达到服装吸湿排汗透气、防火、防水等效果，或者从服装结构设计出发，采用多开口宽松式设计，在前胸、腋下、前后衣片采用连续开口散热功能设计，设计了一套具有散热功能的篮球比赛服装。而在运动过程中能真正地起到对人体防护作用的，往往都是要通过佩戴护具来达到目的，从拳击的头盔到篮球的护足，每一个易受伤的关节都有相对应的护具来产生防护的效果。

但是现阶段基于运动生物力学研究的运动防护仅限于护具以及运动鞋，而客户对防护服装的要求却逐渐从原来的吸湿排汗等舒适性方面提升到舒适、功能、美观、防护一体化上来，更多地希望可以通过服装本身就可以达到防护人体的目的。

所以，有必要从人体出发，通过测量人体各关节点运动的三维坐标数据的变化，将其转化为人体关节运动的生物力学参数，通过分析生物力学参数数据，建立人体防护模型，明确服装面料与防护模型相互之间的关系，并结合服装材料学、服装结构设计、人体工效学等相关知识，设计具有防护性能的服装。

3 运动生物力学在服装上的应用

在体育运动、日常活动以及生产劳动中骨骼和肌肉损伤是难以避免的问题，解决这一难题，必须以人体运动为目标，运用人体解剖学、人体生理学、力学的理论与方法来探索人体运动规律，根据骨骼和肌肉的变化，建立外部防护模型，获取防护服装所需达到的力学参数，为开发运动防护服装提供理论依据。

3.1 理论依据

在运动过程中，骨骼及肌肉功能模型的研究比较成熟，是确定肌肉长度、肌肉拉力线、肌力臂、肌力矩、肌力等关键因素，但却没有明确指出骨骼及肌肉损伤的临界值，建立外防护模型是解决该问题的关键途径。

基于人体骨骼与肌肉的动力学模型，模拟在外部约束条件下骨骼和肌肉的变化，通过逆向动力学方程式和有限元模拟获取相关参数，建立外防护机制，即防护模型；在外加反应实验的作用下，明确服装材料的性能与外防护模型之间的关系，为研制高质量的运动防护服装、减少运动过程中骨骼及肌肉的损伤提供理论依据。

3.2 技术问题

（1）建立骨骼及肌肉的模型，需要运用动态捕捉系统捕捉关键点的运动信息，测量人体在空间的位置和方向，即人体骨骼、关节的运动轨迹。动态捕捉系统通常分类为 3类：机械式、电磁式和光学式，价格不菲。

（2）结合人体运动轨迹的数据，通过人体建模仿真软件进行模拟，并推导出骨骼及肌肉的最优化的防护机制。

（3）通过实验验证分析，明确防护模型与服装面料的性能特征之间的关系，为研发防护性能最优的服装提供依据。

3.3 研究方案

针对一项具体的运动，主要研究内容有以下几个方面：

（1）运用动态捕捉系统捕捉人体关键部位的空间运动轨迹；

（2）借助人体建模仿真软件，将空间运动轨迹的数据转化为生物力学参数，如各关节的位移、速度、加速度及肌肉长度、肌力臂、肌力矩等，进而计算出有关人体防护力学参数；

（3）基于骨骼及肌肉模型，运用逆向动力学的方法，建立人体外部防护机制；

（4）根据各种服装材料的性能，通过有限元的模拟，确定材料的性能与防护模型相互之间的关系，获取防护服装所需的防护参数；

（5）人体建模仿真软件对所获取的服装防护参数进行模拟，以进一步获得最优防护的服装。

技术路线如图 1 所示。

4 结语

运动损伤常常给运动员、体育爱好者、老人、小孩等带来意想不到的身体伤害，然而，传统的防护服装基本上从服装的舒适性角度进行研究，通过改变面料的特性来达到服装的防湿透气、吸湿排汗等，或从服装的结构设计出发，改变服装衣下间隙、开口特征等来提高服装的着装舒适性。国外对于运动防护服及装备的研究则比较深入，从人体的头部到脚的各个器官都配有特定的防护用具，所以基于运动生物力学研究防护服装必将是未来的研究热门。

外防护模型的建立是运动生物力学应用到服装领域的关键，也是制约防护服装研发的主要因素。防护模型的研究处于起步阶段，只有建立起防护模型，才能进一步明确服装材料与防护力学参数之间的相互转化关系，也为研制减少运动损伤的运动装备奠定技术基础。

参考文献

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人体运动生物力学研究范文第2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.

[3] 刘有志.篮球运动中膝关节损伤的机制、原因和对策[J].职业时空.2010.3.

[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.

人体运动生物力学研究范文第3篇

关键词 攀岩 生物力学 侧拉动作 技术分析

本文运用文献资料法对动作技术的分析加以概括，特别是关于运动生物力学的研究分析。很多研究中都运用到了运动生理学的相关指标，如肌电测量分析法，当然生物力学的实验研究少不了，如平面定点摄影测量法。这些方法均是为了找出优秀动作的运动学参数指标，寻求该动作过程的运动学特点，揭示运动员完成合理动作的规律和技术动作要领，并制定针对性的科学训练方法，促进运动员快速掌握动作技术，进而提高攀岩运动的竞技水平。

1侧拉的分类

侧拉动作 1：开始动作时运动员身体正对岩壁身体重心离岩壁远而不利于完成动作。

侧拉动作 2：开始动作时运动员身体侧对岩壁，但支撑腿（左）和岩壁之间的角度太大。

侧拉动作 3：开始时运动员身体侧对岩壁，支撑腿的外测尽量贴近岩壁。

2平面定点测量的结果分析

2.1攀岩时人体重心的特点

人体重心是人体各环节所受重力合力的作用点，攀岩时只有手和足附着在岩壁上人体其它部分均在岩壁之外，由岩壁与人体的位置关系可知，攀岩时人体重心在岩壁之外，重力不仅对人体产生向下的作用力，同时还产生使人体向外倾倒的力矩，因此重力是破坏人体平衡的主要作用力，人体重心的位置对攀岩时人体的平衡非常重要。

2.2保持平衡所需力量

人体重心的位置对攀岩时人体的平衡非常重要。动作1和动作2在做起始动作时重心在两支点连线的左方但中间动作时在两支点连线的右方，在这个过程中为了保持身体的平衡手臂做了很多的功也就是手的拉力用了很大的劲，而动作 3 的起始动作时重心在两支点连线的右方，所以在完成动作时很省力，动作是科学的。

3三种侧拉动作的力学分析

侧拉动作1和侧拉动作2在起始动作时重心在两支点连线的右侧，但中间动作时在两支点连线的左侧，在这个过程中为了保持身体的平衡，克服重力给人体带来的转动效果，手臂的拉力起了主要的作用，用了很大的力量。而动作3的起始动作时重心在两支点连线的右方，人体重心主要是垂直方向的运动，所以在完成动作时比较省力。同时侧拉3的动作特点是身体侧对岩壁，身体对侧手脚接触岩壁，另一只腿伸直用来调节身体平衡。人体重心更靠近岩壁，倾倒力矩小。另外支撑腿在由屈到伸的过程中人体重心只是向上移动，不会被顶离岩壁，倾倒力矩不会增加，随人体重心提高侧对岩壁可以使右臂仍然可以向下拉，抵抗倾倒的力矩不会减小，平衡维持比较容易，同时可以利用全身的高度去抓握上方支点。

4采用侧拉技术动作合理性（侧拉动作3）的力学分析

侧拉动作3的特点是身体侧对岩壁，身体对侧手脚接触岩壁，另一只腿伸直用来调节身体平衡。力学合理性表现为两个方面，一是由于侧对岩壁，人体重心更靠近岩壁，倾倒力矩小。另外支撑腿在由屈到伸的过程中人体重心只是向上移动，不会被顶离岩壁，倾倒力矩不会增加，随人体重心提高侧对岩壁可以使右臂仍然可以向下拉，抵抗倾倒的力矩不会减小，平衡维持比较容易，同时可以利用全身的高度去抓握上方支点。

另外，侧拉时人体重心点一直在左手和右足攀登附着点的连线附近，由于力臂很小，这样在人体上升用右手触摸下一点时人体重力几乎不产生绕纵轴的使人体翻转的转动力矩，这样右手就可以比较自如的去触摸和把握下一点，左腿也可以进行较大幅度的活动。

5不同类型侧拉技术肌电测试结果的分析

在三种侧拉动作的对比中侧拉动作3的膝关节角度开始变化时肱二头肌还没开始发力，股外侧肌是促使身体向上移动的主要发力肌肉。

另外，在三种侧拉动作的对比中侧拉动作3的发力顺序间隔明显股外侧肌――腓肠肌――背阔肌――肱二头肌，说明在侧拉动作3的过程中股外侧肌是最先参与发力的而且发力而且持续时间长，贡献的力量最大，是主要用力肌肉，相反肱二头肌的参与时间晚，持续时间短，贡献的力量最小。不同侧拉动作各肌肉发力大小比较可以看出侧拉动作3的肱二头肌积分肌电值最小，股外侧肌积分肌电值最大。

在难度攀岩中如何合理的应用技术动作调整身体平衡，节约上肢力量直接决定运动员的比赛成绩，从以上对比看出侧拉动作3是这三种动作中最合理的动作，同时也提醒我们在日常训练中不要单单注重上肢力量的训练，下肢力量的训练也是很有必要的。

参考文献

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人体运动生物力学研究范文第4篇

关键词：运动鞋文化；价值解析；多维视角

中图分类号：G818.4 文献标识码：A 文章编号：1004-4590（2015）01-0086-05

作为鞋家族中的一员，运动鞋具有鞋一般意义上的文化表征和功能，同时在其概念的能指与所指、文化的内涵与外延上又与一般意义上的鞋具有一定的差异性，它既具有鞋的一般共性又具有其一定的特殊性，具备了一般意义上的鞋所不具备的文化内涵和价值功能；运动鞋被冠以“运动”，揭示了运动鞋的本质属性，表明了它与体育运动的关系。事实上，运动鞋是体育运动的衍生物，它既是体育运动的技术或者物质装备，又是体育文化的显性符号，隐含着某种体育精神、价值观念和信仰追求。

在学术上，运动鞋研究近年来成为一种重要课题和热门话题，但这种研究往往是基于运动鞋之于体育运动的重要作用，从人体功效学和运动生物力学等方面进行实验和探讨，这些研究成果虽然在一定意义上影响和推动了体育运动实践，但不足以反映出运动鞋的文化价值。因为这些研究成果无法帮助我们去全面解读和诠释当下的种种现象和趋势：其一，运动鞋成为一种时尚。从时尚界看，它们通过跨界合作设计时尚潮流运动鞋，如时尚品牌“Y-3”由日本设计大师Yohji Yamamoto与阿迪达斯合作创立，New Balance融入中国京剧脸谱元素设计生产了京剧脸谱限定跑鞋等；在各类秀场上，材质独特、款式新颖的不同运动鞋开始跃入人们的视野，它不仅引领着一种时尚潮流，而且预示着人们审美和理念的变化以及一种文化变革。从社会生活看，人们借助运动鞋的造型、品牌及内涵去修饰装扮自己、展示自己，从中获得一种审美愉悦和象征性的精神满足。其二，运动鞋成为一种日常生活消费。随着经济社会的快速发展、竞技体育的广泛影响以及人们健康意识、消费理念的变化，人们对于运动鞋的消费不仅仅限于休闲、健身、娱乐，而且关注和追求运动鞋所表达的一种生活方式和个性化需求。其三，运动鞋成为体育收藏界的“宠儿”。时下在体育博物馆以及举办诸如展览会、交易会和展销会等形式多样的体育收藏活动上，运动鞋均占有重要的一席之地；收藏者不惜重金收藏运动鞋，在收藏中感受着体育文化带来的审美熏陶和智慧启迪。这些都彰显或隐含着运动鞋文化价值的丰富性和多样性――基于多个学科的视角和维度管析运动鞋文化价值，无论对于运动鞋的研究、制造和销售，还是对于发展体育文化、推动竞技体育和大众体育运动都具有重要意义。

1.运动鞋文化的衍生与发展――基于历史文献学的视角与维度

相比于运动鞋人体功效学和运动生物力学等方面的研究，关于运动鞋文化的发展史研究则显得较为冷门，它只是散见于各种历史文献之中。这些记载，又往往是基于文化的视角进行真实描述，而非从“运动”或者体育的视角进行记载，但我们不能因此否定这些广义上的鞋的“运动”功能和作用――在鞋没诞生之前，人类是以赤脚的形式运动发展的；在鞋诞生之后，人类又以鞋装备双足进行运动发展，进行着诸如狩猎、奔跑、游戏、军事斗争等各种各样的活动，鞋也随着人类运动发展而发展着它的款式、色彩和制作材料。理论认为，需求是人之本性，是社会发展进步的动力。鞋正是人类在同自然博弈、发展自我的“运动”过程中因自身需求而产生的，鞋也因此从一开始诞生便具有“运动”的性质，可以说，运动是鞋的本质属性。由此，回溯运动鞋文化的发展史，我们不得不从两种视角和维度去审视，一种是广义意义的“运动鞋”，即鞋；一种是严格意义上的“运动鞋”，即应用于体育运动中的专业运动鞋。

广义意义上的运动鞋文化有着深厚的历史渊源。吴欣《中国消失的服饰》（2010）、沈从文的《中国古代服饰研究》（2002）、袁杰英的《中国历代服饰史》（1994）、骆崇琪的《中国鞋文化史》（1990）、周锡保的《中国古代服饰史》（1984）等专著对中国鞋文化进行了多个视角的扫描。其中，由民俗学家叶大兵等编写的《中国鞋履文化辞典》，从多学科视角系统反映了我国制鞋史和鞋文化发展史，介绍了传统和现代鞋履的详细情况，展现了由鞋所引出的谚语、谜语、成语、寓言、戏剧传奇等文化景观。从这些文献中，我们可以从氏族社会时期的彩陶领略到我国最早的鞋的形象，从历史考古中欣赏到中国较早的实物鞋，但要挖掘鞋的历史发展渊源，还需要我们从历史文献中去探寻。

从鞋的发明创造看，《礼记・礼运篇》以“未有麻丝，衣其羽皮”描述了原始人类以动物的皮来裹脚，这也许正是鞋的最早的雏形；在传说中，鞋则是由黄帝所发明，立于北京的《靴鞋行孙祖殿碑》记载了黄帝造鞋，“始创造屐履，借作护足之需”；1973年出土于青海大通县、被考证距今5000多年的陶俑，其脚穿有一双尖部上翘鞋，印证了古人在传说中的黄帝时代已由以物裹足改为穿鞋。从鞋文化发展看，鞋与古代社会政治、文化礼制有关密切的关系。如在先秦时期，殷商时代便初步建立了鞋之礼制，周代设有负责贵族用鞋的“屦人”一职，周代则明确定义了“复下日舄，单下日屦”的鞋的形制，其中舄多为贵族穿用，而屦则限于平民穿用。在秦汉时期，规定丧事着舄、上朝穿靴、燕服穿屦等，鞋的穿用规制更为具体。魏晋之后，鞋开始趋向于时尚化发展，如魏晋时期便出现了玉华飞头履、芴头履、分梢履、五朵履等，鞋的样式极为丰富。从鞋与运动的关系看，历史文献中有较多穿鞋运动的记载，如周武王姬在其《履屦铭》中说，“慎之劳，劳则富”，既强调了鞋的功能和作用，告诫人们精心爱护脚下的鞋，又强调要着鞋而劳；《南史》这样记载了嗜好运动的谢灵运，“登蹑常著木屐，上山则去前齿，下山则去后齿”；《南史》还记载了人们足穿芒履活动的情形，“使其子弟并著芒履，于斋前习行”；《晋书・石季龙载记》记载了女子穿靴骑马的情景，“五文织成靴，游于戏马观”；李白《嘲鲁儒》“足着远游履，头戴方山巾”这一诗句中的“远游履”系唐代的一种便鞋，差不多类似于今天的运动鞋。从这些历史文献中可看出，运动鞋在中国有着悠久的历史渊源和丰富的文化内涵。

就严格意义上的运动鞋而言，其产生与发展一般有两个重要因素，一是古代奥运，虽然最早的奥运赛场上人们是赤脚参与竞技，但却催生了运动鞋；另一个是近代橡胶工业的进步，为运动鞋的生产与制造提供了理想材料。回顾运动鞋的诞生与发展史，我们可去用几个“第一”来管窥运动鞋发展的历史概貌：世界第一双槌球鞋――1968年诞生于美国，由“橡胶底+帆布帮”并通过围条制作而成，它被称为近代史上第一双运动鞋；世界第一双篮球鞋――1917年由美国匡威鞋业公司生产制造，并随着篮球巨星Chunk Taylor在巡回赛中推广，这一运动鞋很快成为篮球运动员和广大青少年青睐的足下用品；世界第一双胶铸钉鞋――上世纪20年代，由阿迪达斯研发制作，因美国短跑运动员杰西・欧文斯使用而连夺四枚金牌而成为扬名世界的品牌。在此过程中，随着日本的Asics、德国的Adidao、美国的Converse等名牌厂商不断研发，把科技文化融入运动鞋之中，不断提高运动鞋的性能。上世纪60年代，美国耐克公司开始走出皮革、帆布等制作材料的束缚，大胆尝试运用尼龙材料做运动鞋子的帮面，所生产的该种运动鞋因其性能柔软、轻盈而牢固而深受运动员欢迎，后来又成为旅游消费者的青睐。到了上世纪80年代以来，随着雷宝、耐克等美国公司在全球各地投入生产，美国运动鞋开始风靡全球。这时，中国运动鞋厂商积极引进新材料、新工艺、新技术，研发生产各种专业运动鞋，努力缩小与国外产品的差距。

循着运动鞋文化发展的历史脉络，可以清晰地看到，随着科技文化的延续与融入、时尚文化的融合与衍生、明星文化的影响与深化，同时随着体育精神的广泛认知认同与大众体育的兴起，运动鞋文化价值日益凸显，它在深刻地影响着人们的生活方式和价值观念。

2.运动鞋文化与体育科学探究――基于运动生物力学的视角与维度

体育是一门科学，而科学是人类永远无法探知穷尽的领域。作为与体育运动关系最为直接和紧密的体育运动装备，运动鞋生物力学是体育科学领域的一个重要分支，这一研究的深化也正是体育科学体系的丰富与完善。事实上，运动鞋的文化魅力和价值，最根本的还是在于运动鞋本身，在于运动鞋的科学，在于科技文化的延续与融入，其他诸如运动鞋的时尚、精神、消费等文化价值都是运动鞋科技文化的衍生或者派生。

人体运动生物力学研究范文第5篇

摘 要 本文章采用文献资料法，从篮球鞋的分类、构造与发展，踝关节的解剖学结构及踝关节损伤在篮球运动员中的发生率，评价篮球鞋的相关指标，以及鞋帮高度对踝关节损伤预防的国内外研究现状进行综述，为系统地进行篮球鞋研究，提高运动员的运动能力及预防踝关节损伤提供理论依据。

关键词 篮球鞋 踝关节 损伤

一、研究目的

篮球运动魅力独特，是世界上参与人数最多的项目之一，在我国也有着极为广泛的群众基础。随着篮球运动水平不断提高，竞争越来越激烈，随之而来的是篮球运动员的受伤率大幅上升，其中踝关节损伤是篮球运动中最常见的损伤之一，也成为影响篮球运动员运动寿命和限制运动能力的重要因素之一。

二、研究方法

文献材料法。

三、研究结果

（一）篮球鞋的分类、构造与发展概况

1.篮球鞋的分类

篮球鞋通常指人在篮球比赛或训练时所穿用的鞋。最常用的篮球鞋分类方法是按鞋帮高度分类，可分为高帮、中帮及低帮篮球鞋。一般需根据个人的灵敏性、进攻性和稳定性对三种篮球鞋加以选择。

2.篮球鞋的构造

篮球鞋由鞋面、中底和外底构成。鞋面是鞋子上的柔软部分，使脚在打球过程中感到舒适。鞋面一般包括鞋帮、抱脚结构和鞋带等几部分，鞋帮如上所述有高、中、低帮之分，抱脚结构使篮球鞋在运动过程中的突然起跳或急停、频繁转身等动作中更好包裹脚，起到保护作用，许多篮球鞋都使用鞋带以增加鞋的稳定性。

（二）篮球运动中的踝关节损伤

1.踝关节的解剖学特点

踝关节即距骨小腿关节，又称距上关节，它是复合关节，由胫距关节，腓距关节和胫腓关节组成。周围主要的辅助稳定的韧带是：（1）外侧韧带，包括距腓前韧带、跟腓韧带和距腓后韧带，防止关节内翻；（2）三角韧带，防止关节外翻；（3）胫腓间联合韧带，保持远端腓骨和胫骨之间的稳定性。

2.踝关节损伤在篮球运动员中的发生率

篮球运动项目特点是空间对抗激烈，地面对抗强，并常伴有身体接触，对运动员的下肢爆发力和身体对抗能力要求很高，所以训练和比赛中运动损伤较多。有研究显示，踝关节损伤是篮球运动损伤中最普遍也最严重的伤病之一。一项澳大利亚学者的研究踝关节损伤是运动员因伤病而放弃上场的最主要伤病（53.7%）。踝关节损伤会造成运动员的疼痛，踝关节不稳定，关节捻发音，严重时导致残疾。

3.预防踝关节损伤的重要性

在美国，平均每天发生踝关节损伤多达23000例。一项1983年的调查报告显示美国次年花费20亿美元在中度及重度踝关节扭伤，并预计2008年这个数字将达到42.2亿美元。对运动员的研究显示这些数字主要发生在篮球运动中。

（三）评价篮球鞋鞋帮高度对预防踝关节损伤的常用生物力学指标

1.运动学指标

运动学指标主要选取踝翻转角γ。

（1）定义

如图1所示，由右足跟点L和右足跟上点K之间构成的直线与右跟键点J和右跟键上点I构成的直线在人体冠状面上的投影形成的夹角，反应踝关节的翻转程度。一般当图中直线LK按逆时针方向转向直线JI形成锐角夹角时，定义翻转角γ为负值，表示足部外翻；当锐角夹角是由直线LK按顺时针方向转向直线JI形成时，定义翻转角γ为正值，表示足部内翻。

图1 踝翻转角γ

（2）获取方法

使用Qualisys红外光点捕捉系统，对进行动作的受试者进行拍摄。然后使用Qualisys红外光点分析系统获取各标志点的三维坐标，然后使用microsoft office excel和Qtools对获得的个标志点原始三维坐标数据进行计算，得出个指标值，进而获得踝翻转角。

2.动力学指标

动力学指标主要选取：（1）Fz、Fx峰值力；（2）Fz、Fx到达峰值力的时间。

（1）定义

如图2所示，测力台三个方向和人体运动方向示意图，定义前方、侧向和竖直方向上为正。Fz、Fx分别表示地面反作用力在垂直方向和水平侧向方向上的峰值；到达峰值力的时间是指从接触地面瞬间开始计时到峰值力出现的时间。

图2 测力台三个方向和人体运动方向示意图

（2）获取方法

受试者在Kistler三维测力台上做动作。然后使用Kistler测力台系统自带软件得到Fz、Fx（要对体重进行标准化处理，以排除自身体重的差异）。

3.肌电指标

肌电指标主要选取：（1）落地前：预激活出现的时间、预激活强度；（2）落地后：肌电活动贡献率、积分肌电和均方根振幅最大值。

（1）定义

预激活时间是指在受试者在悬空下落时有肌肉活动出现时刻至落地时刻的这段时间；预激活强度指预激活时间内的平均振幅；积分肌电是指所得肌电信号经整流滤波后求单位时间内肌肉信号曲线下面积的总和，反映肌肉在动作过程中的所表现的出来的总的肌肉活性；肌电活动贡献率是指落地后各块肌肉的积分肌电占总积分肌电的百分比，反映动作过程中各块肌肉用力的主次关系；均方根振幅最大值是指几点振幅的均方根最大值，反映运动单位募集数最多、放电频率最大的情况。

（2）获取方法

此类研究踝关节损伤的文献中一般选择胫骨前肌、腓骨中肌和腓骨短肌作为测试肌群。使用Mage肌电采集分析系统，对上述肌肉贴点、采集信号。然后用Mage肌电采集分析系统自带的软件对原始肌电信号进行处理，获得上述指标数据。

（四）篮球鞋鞋帮高度对踝关节损伤的预防国内外研究现状

随着篮球运动的升温，国内外学者对篮球鞋的研究兴趣也不断增长，其中高帮篮球鞋是否对踝关节扭伤的防护有积极作用已成为研究人员研究的热点。但事实上，研究人员至今为止尚未对此问题达成共识。结果发现受试者穿着高帮篮球鞋时前脚掌和头部受到的冲击力均较穿着低帮篮球鞋时大，但胫骨所受的冲击力较小。

四、研究结论

研究篮球鞋鞋帮高度对踝关节损伤预防的效果时可用多个指标进行评价，生物力学评价指标中除了常用的运动学及动力学指标外，肌电指标也逐渐运用于评价中。由此可看出对篮球鞋鞋帮高度的研究已从之前的单纯的踝关节解剖学结构角度逐渐发展到从神经肌肉的动用角度。目前国内外研究普遍持三种观点：第一种认为高帮篮球鞋对踝关节稳定性有积极作用；第二种认为高帮篮球鞋对踝关节稳定性虽有一定作用但也在一定程度上影响了运动能力；第三种认为高帮篮球鞋对踝关节稳定性无明显作用。如何利用运动生物力学评价指标准确地评价鞋帮高度对预防踝关节损伤的作用，如何根据运动员自身特点选择合适地篮球鞋等问题尚需要进一步研究。

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