人体生物力学的研究方法

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人体生物力学的研究方法范文第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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人体生物力学的研究方法范文第2篇

【关键词】运动生物力学 表面肌电 难度动作

中华武术历史悠久，博大精深，一直深受来自全世界人民的喜爱。随着现代体育的不断发展，武术套路也在向世界推广的潮流中不断的前进，现如今已逐步发展成为了以现代体育科学为理论指导，以西方竞技体育模式为运动方式的现代竞技体育项目。在跨学科研究以成为常态的新的背景下，近年来涌现出了很多有关运动生物力学在武术套路中的研究与应用的文章。其中的很多文章多采用运动学的方法对武术套路运动员作运动学的数据测量与分析并得出相应的结论。然而通过表面肌电对武术套路难度动作进行分析和研究的文章却不多。如何更好地运用表面肌电技术研究武术难度动作，已成为一个新的研究热点方向。

1.有关运动生物力学的研究内容与方法

运动生物力学是一门边缘学科，同时也是一门应用性很强的学科。运动生物力学分析不仅在人体运动实践中起着重要作用，它还是运动员和教练员做为教学和训练指导的有力工具。近年来它的发展十分迅速。国内的许多理工类、医学类和体育院校都独立开设了这门课程，有些院校还开设了相应的专业，国内一些学者同时出版了许多相应的教材和专著，在该学科上取得一些居国内外先进水平的成果。对人体与物体的运动分析是运动生物力学的重要研究内容，其中对运动位移轨迹的分析是描述运动的重要方面。

运动生物力学主要通过它的分析应用系统进行研究。并运用运动图像分析法、三维测力台法、步态分析法、肌电分析等研究方法对所要研究内容作出测数与分析。第23届国际运动生物力学年会报告上发现国际生物力学应用技术研究和竞技体育研究仍占主流，研究方法不断得到突破，三维摄像和肌电实现同步测量。各高校还相继研发出新的测试仪器和研究系统，这使得运动生物力学研究不断向前发展。

2.运动生物力学在武术难度动作中的研究

在武术套路中指定难度动作分为A、B、C三个难度等级，武术比赛中指定难度动作因其难度大、扣分重、不易完成使其逐渐成为整个套路的核心。提高指定难度动作的训练质量对提高运动成绩至关重要。

2.1 运动生物力学在武术难度动作中的研究过程

通过运动生物力学研究长拳难度动作，一般先把难度动作进行阶段划分，以旋风脚动作为例：旋风脚可以划分为助跑、起跳、空中击响及转体、落地等四个阶段，之后用高速摄像机拍摄或用肌电测试仪进行实验测量，或者两者同时进行，实验结束后，用三维影像分析系统和肌电数据分析系统对所得数据进行处理。最后利用QToolS软件和Excel软件对获得的数据指标进行计算和统计，从而得出想要的结论。

2.2运动生物力学在武术难度动作中的研究发展趋势

通过运动生物力学对武术难度进行研究经历了运动学、动力学、以及多角度分析等三个阶段。

运动学分析阶段主要是通过摄像得出有关难度动作在旋转角度、各关节夹角、以及动作摆动幅度等相关数据并进行分析，这在一定程度上可以对动作进行分析，但不够全面。动力学阶段主要是对武术难度动作进行运动学肌电两方面或多方面测量，不仅从单一运动的角度，更从运动与肌肉发力等多角度进行综合考虑，使研究成果更有价值。多角度分析阶段已不仅仅是再对武术难度动作进行测量分析，将对动作从技术本身从发结合摄像肌电等手段，在运动生理学和运动解剖学等多学科的支持下再对难度动作进行研究，使得研究成果更具说服力。

3.运用表面肌电技术研究武术难度动作

运用表面肌电技术对武术难度动作进行研究，主要是通过使用肌电测试仪对做难度动作的运动员进行肌电测量，获得数据以后在对数据进行处理，其中比较重要的数据指标有积分肌电，它是计量肌肉放电水平的以单位面积放电量为单位，可以初步了解肌肉在做武术难度动作所做的贡献。还有就是放电的时序，即做武术难度动做过程中各个肌肉的放电顺序，我们可以通过这些方面了解各肌肉在做动作中协调工作的情况，从而实现研究目的。在运用表面肌电技术对武术难度动作进行研究中，时程也是非常重要的，它反映了各肌肉放电所持续的时间，使得我们在研究武术难度动作和安排相关肌肉训练上能得到很多借鉴。运用表面肌电技术研究武术难度动作已成为武术套路难度动作研究的新方向。

4.小结

关于运动生物力学在武术套路中难度动作的研究的文章有很多，通过阅读和整理相关资料，可以把这些所研究文章大致分为以下三个方面。

1.对某一难度动作或组合难度动作的运动学分析，即主要运用三维摄像手段进行拍摄，再运用相关运动分析系统对所拍摄图像进行解析。

2.对某一武术套路难度动作的表面肌电分析。

3.运动生物力学在武术中应用的综述类文章。其中由以前两方面的文章居多。如何使用表面肌电去分析和研究武术套路中的难度动作将会成为未来很好的一个研究方向。

【参考文献】

[1]卢德明.运动生物力学测量方法[M].北京：北京体育大学，2003，347

[2]周继群，徐彩桐.武术套路中“旋风脚”动作的运动生物力学分析与训练[J].天津理工学院学报，2002，16：36一37.

人体生物力学的研究方法范文第3篇

（一）国家社会科学基金对体育理论和竞技体育学研究导向不强

作为国家体育类最高级别的科研基金项目，国家社科基金项目体育学立项资助基金项目，从宏观上反映了我国体育学科研究的热点、难点、重点及发展方向［1］，对体育学科学研究提供了导向，起统领作用，反映了国家对体育学科学研究的宏观指导，其课题研究居于国内重大理论问题和实践问题之前沿，研究成果在一定程度上代表了我国体育学科学研究的最高水平。调查统计得知，竞技体育学14年来在国家社会科学基金立项58项，约占立项总数的11．65％，位列第四；体育理论立项55项，约占立项总数的11．04％，位列第五，而社会体育学立项99项，约占立项总数的19．88％，位列第一，同时体育社会学立项63项，约占立项总数的12．65％，位列第二，社会体育学和体育社会学两学科立项约占立项总数的32．53％。从数据中我们不难看出，从立项单位到体育工作者，都把研究重心放在了社会体育学、体育社会学、体育管理学，忽视了体育基础理论和竞技体育学的研究。体育基础理论在体育学研究中具有基础性的地位和作用，它是我们客观、深入、全面、系统地认识体育的知识基础，也是实现体育跨越式发展和应用研究创新的“基石”。社会体育的发展不仅需要有“文”，更需要“理”的基础来支持。

（二）国家自然科学基金入口窄立项难

近年来，自然科学基金资助方式随着社会、经济和科技的发展，呈现出多元化趋势。体育学科申报自然科学基金较晚，调查显示，截止到2009年，仅有国家体育总局运动医学研究所在2006年申请的立项被立项为化学科学部的重点项目，资助经费180万元，8年来体育学科的立项课题多数为面上项目，共计40项，青年科学基金项目仅立项3次，体育学在自然科学基金上的立项相对其他基金项目较少，并且资助率较低，立项难度非常大，如历年来获得面上项目立项最多的北京体育大学，8年间申请了约69个立项课题，被批15个，资助率21．74％，且大部分都是面上项目。体育学科学研究也隶属于自然科学研究范畴，我国体育院校的体育工作者多是以体育教育训练学专业为主，如何从生物科学和化学科学的角度，充分重视体育基础理论知识（运动生理学、运动生物力学、运动解剖学）去实践科学研究，是当前亟须解决的重大问题。竞技体育、学校体育、社会体育、体育产业等学科应在运动解剖学、运动生理学、运动生物力学、运动医学、运动营养学等基础理论学科的指导下进行科学体育实践活动，体育的每项技术动作都与运动解剖学、运动生理学、运动生物力学、运动生物化学、运动医学等基础理论学科密切联系，没有基础研究的体育学科学研究，其两脚只能悬在空中，没有基础学科做坚实的保障我们无法探寻科学研究的本质。

二、体育科学研究的对策

（一）科学研究理念与时俱进

当以技术革命为基本核心推动工业革命向更深的层次和更广的领域发展的时候，人们在不知不觉中就以科学信息技术体系为基本框架，从而建构了一个全新的人类社会发展蓝图———随着科学发展的日新月异，运动解剖学、运动生理学、运动生物力学等基础保障学科的发展在信息技术的支撑下取得了长足的发展，对于我们进一步研究人体运动系统———骨关节、肌肉等深层次、细致的研究，提供了技术支持和保障，运用玛雅技术和ANSYS有限元分析软件的结合，可使将来体育能够脚踏实地的在运动解剖学、运动生理学、运动生物力学等基础保障学科上去研究教育学、训练学、运动医学、运动营养、运动与养护、运动与健康等学科，去发展和完善体育学科，进一步深层次地探究人的全面发展，否则以教育和训练结合为主导的体育科学研究体系则显得十分苍白。体育科学研究是体育软实力的重要组成部分［2］，因此应充分发挥体育软实力的重要作用，把握好体育软实力的导向作用，加强对体育学深入、细致的研究，逐步争强对国家自然科学基金体育学立项研究，充分发挥现有的经验优势，多争取国家自然科学基金的立项。

（二）重视体育学科中运动生物力学等基础学科的作用

通过对国家社科基金和自然科学基金的统计分析，我们可以看出体育工作者很少有从基础学科的角度去研究、去探索体育学。例如，运动生物力学是一门实践性很强的学科，它的研究领域非常广泛，既有对人体自身器官如骨骼、肌肉生物力学特性的研究，也有对人体整体运动如各种项目动作技术的诊断，既有对人体模型的力学分析，又有对人体运动的实验测试。近些年来，随着现代科学技术的日新月异，尤其是电子学、机械学、材料学、光学、玛雅技术、ANSYS有限元分析技术、激光技术、传感器技术、计算机技术等相关学科的飞速发展以及社会需求的不断增长，运动生物力学的研究领域也在不断拓展，如对人与体育仪器器材关系的研究正朝着又一个新兴的边缘学科———体育工程学发展。人们不仅关注竞技体育，也开始重视全民健身，这为运动生物力学的发展提供了一个良好的氛围和契机。但就是如此重要的基础学科，在近几年的体育科学研究中却寥寥无几，我国在竞技体育及其他领域取得的成绩，总结其规律、探讨其本质时很难进行科学的量化和评价。

（三）优化课程结构

人体生物力学的研究方法范文第4篇

本文对中医手法教学进行了回顾和探讨，总结出教学质量没有实质性突破的根本原因在于“就手法而学习手法”的传统“经验式”的教学模式。解决这个问题的关键是在教学中引入现代物理学中的力学概念。在手法教学过程中合理恰当地安排和设计好教学内容，这将为手法医学的发展产生重大影响。

【关键词】 手法　力学　教学

手法是推拿和骨伤治疗疾病的主要手段，《推拿手法学》是针灸推拿专业和骨伤专业学生学习的主干课程和必修课程之一，学生对手法学习、理解和掌握程度的好坏，将直接对本学科的临床治疗效果产生决定性的影响，也将直接影响到学生整体专业素质的高低。因此，手法教学是推拿和骨伤人才培养的重要环节之一。长期以来，我们在手法的教学和临床带教过程中，深切地感到传统手法的教学模式只是一种纯粹“继承”式的学习，所培养的学生根本无法将手法医术发扬光大，换言之，传统手法的教学模式所培养的学生不具有创造性和创新性能力，打不开思路，找不到“将手法医术发扬光大”的方法，问题的根本不在于学生思维的愚笨，而是整个教学模式根本就没有培养学生创造性思维的环节，没有给学生必需的启发和提示。我们经过多年来的探索，发现在手法教学过程中全面引入现代物理学中的力学概念，将把手法的教学工作提升到一个新的层次。

1 传统手法教学存在的误区

在我国中医药院校的手法课教学里，内容上都是要求学生学习掌握一指禅推、按、揉、扌衮、扳、拔伸、推等教学计划所要求的传统经典手法，主要是掌握手法的术式结构和临床运用，熟悉这些基本手法所派生的其他手法，辅助学习端、提、接、劈等其他各家各派的手法，教学的方式也都是沿袭老师先讲授手法的动作要领、再进行示范动作表演、同学再在课堂上进行手法练习的教学模式，老师讲完、学生练完，手法也就学完了。这只是一种“就手法而学习手法”的传统“经验式”的手法教学模式，只是一种“动作模仿式”的学习，毫无创造性可言！如果不从根本上改变目前的这种教学状况，流传了几千年的祖国传统手法医学将永远停滞不前，一代复一代的继承，不会也不可能向前发展。虽然有部分老师在教学过程中也深感这种传统教学内容和教学模式的刻板、机械和陈腐，做出过各种努力试图去改变目前这种现状，比如把教学地点放在临床上或手法实验室里，或采用互动式的教学方法等，但其本质并未能跳出传统的教学方式，问题的关键在于教学观念没有质的改变，我们不能够只是教授给学生“经验式”的知识，不能够只是要求学生能够像“工匠”式的操作就行了，我们必须要求学生明白和理解手法的作用原理和作用效应，才能让学生对手法的学习提高到一个深的层次。

手法教学要突破几千年来的教学模式，使手法教学质量有一个质的飞跃，就必须从根本上跳出“就手法而学习手法”的传统“经验式”的手法教学模式，运用现代的思维方式来剖析其作用原理和生物力学效应，运用现代其他学科如物理学、生物力学和解剖学等学科的原理、方法和手段对古老的中医传统手法进行分析和研究，才能够让这门古老的祖国医术焕发出新的生命和活力，并与世界手法医学接轨。

2 对突破传统手法教学模式的思考

要使手法传统医术与现代科学完美结合，就必须在整个手法教学过程中寻找一个最佳切入点。根据近年来医学界对手法医学的最新研究成果，结合西方医学对手法的认识观念，我们认为手法的最大特点在于“手法作用于人体，以力为作用特征［1］”。因此，可以把“力”的概念作为运用现代科学思维方式研究手法医学的桥梁和纽带。力学，横跨于手法医学和现代科学之间，力学概念的全面引入，可能为我们研究手法医学开辟了一条光明之路。

推拿界有一句至理名言，曰“其疗法的独特性在世界医学中独树一帜［2］”，但多年来，我们对其“独树一帜”的理解好像紧紧停留在一种感觉和模糊的认识上，对其“独特之处”并没有十分明确和清醒的认识，几乎所有的手法医学工作者都明显感觉到了其治疗方式的与众不同之处，但都不能明确指出它为什么与众不同，其“独特之处”到底在哪儿？综观整个医学体系，不同学科治疗疾病的手段各不相同，内科医生用药，外科医生用刀，针灸医生用针，心理医生用语言，就是手法医学是以“力”为手段来治疗疾病的，手法的运用过程就是一个“力”的运用过程，手法的治疗原理其实就是力学效应。当然，这种效应不应该仅仅单纯地理解为现代物理学上的力学效应，它还应该包括生物力学效应。

力作用于人体可以产生各种反应或效应，这已是不争的事实，它包括血液循环的改变、各种神经反射的出现、肌肉的运动和变形、骨关节位移、胃肠道的蠕动、内分泌的平衡以及精神心理活动的改变等各个方面。现代力学研究对象是物体，将其研究方法运用于生物体研究，在某些环节可能有不尽合理之处，但这并不妨碍力学概念在手法教学时的引入，因为这毕竟是一条手法医学与现代科学接轨的必由之路，不足之处仅在于现代物理学的研究方法和手段不能够完全诠释手法医学的精妙之处，原因和错误不是现代物理学的笨拙和肤浅，而是各自的研究对象不同，人与物体毕竟是不可完全划等号的两件事物，人有精神和心理，而物体则没有［3］。

3 力在手法量效关系研究中的作用

手法的量效关系历来都是手法医学界争论的焦点话题，至今也没有一个统一的观点。手法量效关系的研究在相当长的一段时间内都将是手法医学界面临的重要课题之一，也是基本性问题，但具有相当的复杂性，因为至今仍有许多基本理论和技术上的问题亟待解决，要了解手法的量效关系，其难度可想而知。但手法的量效关系又是手法医学工作者不能回避的问题，手法医学要现代化，就必须认真对其加以分析和研究。量效关系的研究是现代科学的研究方法和思维方式，长期以来对手法量效关系的研究之所以没有取得实质性突破，其根本原因在于多年来我们没有找到一个好的研究手段来对手法医学进行研究。力学概念的引入，将为手法量效关系的研究提供很多有益的帮助和启示。

手法教学历来都十分注重和强调力、能和信息的渗透性，但多年来对其渗透性并没有明确的衡量标准，绝大多数时候都是依靠医生和病人的一种感觉，这不符合现代中医医学的发展趋势。自古以来，中医自外向内都有皮毛、络脉、筋肉、经脉、骨骼和脏腑之分，手法的作用效应到了人体的什么位置层次，应有一个明确的界限划分和衡量标准，只有如此，我们才有可能对手法的操作规程进行客观量化，是正确运用手法和产生疗效的关键所在。现代物理学中的力学正好可以完美地解决这些问题，不失为解决手法作用层次的突破口。

4 力学概念在教学中的运用

4.1 力学基本概念的学习 手法教学中力学概念的引入，首先应学习一些基本的物理学概念。这些概念包括刚体、力、力矩、张力、变形、平衡、位移、旋转、自由度、笛卡尔坐标系等，还应该介绍力学的一些基本要术，比如力的大小和方向、作用点、时间、长度等，与之相关的还有向量、质量、速度、加速度、频率和固有频率等等。这一章节的内容应在学习具体的手法之前作为基础知识进行学习，只有在掌握了这些基本的力学概念后，才有可能进一步学习生物力学的知识。课时数以两节课左右为宜，可以结合其他的物理学知识进行讲解，以加深学生对这些概念的理解。如果在教学计划中有安排手法的力学分析课，则需要在这一阶段增加学习力学分析图和力学计算公式的内容，为学生掌握手法的力学作用方式、有效力和无效力打下基础，可以使学生更好地掌握手法的动作要领和用力技巧。

生物力学是研究力或能量作用于生物体、生物材料或生物系统时力的运动和形式的一门科学。在物理学概念基础上，结合人体的生理解剖特点，学习一些生物力学的基本概念，比如动力型位移、静力型位移、张力型位移、生理性载荷、病理性载荷、功能性载荷、组织结构力学、剪切力、拉伸力和压缩力等等。而刚体生物力学主要分为静力学和动力学这两个部分，无论哪一个方面都是一门独立的学科，有各自独立的研究内容和评价标准体系。在生物力学中，移位、载荷、阻力和时间这四个要素相互关联、相互作用、相互影响，这四个概念均可以用现代物理学方法对其研究和分析，但学生要了解其中的一项内容，就必须了解其他三项内容，其关系密不可分。这一部分可以结合疾病和临床进行分析和讲解，将增加学生对这一部分知识内容的兴趣。在学习这些概念和关系的时候，最好是将其与人体的生理病理现象结合起来讲解，比如，可以将位移与骨关节、位移与脊柱、变形与肌肉组织等相结合，既可以增加学生学习的兴趣，也为临床课的学习打下基础。这一章节的内容也应在学习手法之前作为基础知识进行学习，其课时数可以考虑安排二至四节为宜。

4.2 运用力学知识对手法进行分析，促进手法教学质的飞跃 物理学概念和生物力学概念的学习，仅仅是为分析手法作用于人体所产生的生物力学效应奠定基础。在学习手法时，应重点讲解手法的生物力学效应、手法的作用原理和实质。例如，各种外力造成的骨关节脱位、半脱位和错位（错缝），肌肉组织形态的变形、神经传导的主阻滞、血液动力学的改变、内分泌平衡和胃肠道蠕动加强等方面。老师在讲解每一个手法时，都应该画出手法的力学分析图谱，对手法的有效力、无效力进行分析，通过力学分析来剖析手法的作用实质，加强有效力的运用，剔除手法中的无效力，并通过这一途径来帮助学生从现代科学的角度来认识中医古老的手法，认识手法的合理性和非合理性，从而更合理、更高效地运用手法来解决临床问题。

在手法教学中引入力学概念来对手法进行分析，并不是力学概念引入手法教学的终极目的。通过运用力学知识对手法进行分析，培养学生从力学角度来对古老手法进行改革，在此基础上培养学生手法的创新能力，创造出新的手法，结合临床培养学生手法的再组合能力，以及运用现代思维从不同角度对古老手法进行全新的认识和思考才是我们的终极目标，这将为培养高素质的手法医学人才打下坚实的基础，是培养创新型人才的关键环节和步骤，也为古老的手法医学走向世界并与现代医学接轨创造了有利条件。这一部分的知识内容应穿插在每一个具体的手法中进行讲解，对每一个手法都应进行生物力学效应、手法的作用原理和实质分析，这将实质性地提高学生对手法的认知和理解能力。掌握手法的操作方法是进一步学习手法的基础和前提，故这一部分的知识内容应在学生掌握手法操作的基础上进行学习。传统的手法教学内容是学习手法的概念、动作要领、注意事项、分类、功效及主治和临床运用等几个方面，根据以上分析，可以考虑增加手法的力学特性和生物力学效应这两方面的内容。

综上所述，我们对传统手法教学模式的认识是：老师是将几千年来积累下来的丰富经验知识原封不动的传授给学生，而学生则只能被动地“继承”前辈们的经验知识，在这种模式下培养出来的学生没有手法创新能力，很难打破常规去产生和创造出具有临床现实意义的新的手法，也不可能根据临床的实际情况去重新设计和组合手法。解决这个问题的关键在于将现代物理学的力学概念引入到手法教学中，只要合理恰当地安排和设计好教学内容，这将对手法医学的发展产生重大的影响。

参考文献

1 严隽陶.推拿学.北京:中国中医药出版社，2003，66.

人体生物力学的研究方法范文第5篇

关键词：俯背运动 腰部损伤 力学分析

前言

腰痛一直是困扰人类最常见的疾病，尤其在体育运动中，腰椎损伤严重地威胁着运动员的身体健康和运动成绩。据统计，在运动员中有60%―70%存在不同程度的腰椎疾患。因此腰部疾病的防治成为备受关注的话题。多年来，国内外学者对腰椎的生物力学性质进行了大量的研究，但由于腰椎生理结构的复杂性及研究手段的局限性，很多问题有待进一步的探索，特别是对运动员腰部损伤的防治成了亟待解决的问题。

脊柱是人体的支柱，腰骶部又是躯干连接下肢的桥梁，承受的载荷在整个脊柱中位居首位，同时其活动范围也相对最大，正因如此，腰椎发生损伤的机率就较大。近20年来，研究人员用现代化的力学实验方法及理论分析计算，终于在腰椎损伤产生机理方面得到了较大的进展。实验表明：腰椎损伤大多是由于腰部脊椎骨、腰椎间盘、肌肉、韧带的生物力学平衡关系被破坏而引起的。造成平衡关系破坏的原因很多，如长期积累导致脊椎的退行性变化，外力过于强大，活动范围超过腰椎的最大生理范围以及不当等由此引发一系列病变。要解决腰椎损伤的问题，应该先从腰部的生物力学性质的分析入手。

一、腰背部基本生物力学分析

1.腰背部肌肉韧带的基本生物力学分析

腰背部肌肉分布均匀，通过收缩产生抗拒力维持腰椎的稳定。在运动状态下，随着强度和幅度的加大，致使腰部与腰部相关的肌肉、韧带产生退变或损伤，从而使腰部承受惯性载荷在总体上相对减少。通过对每块肌肉的研究证实，活的人体肌肉收缩或舒张时都做功，在相同条件下肌肉收缩所做的功比舒张时所做的功要大。因此，脊柱伸直时所做的向心舒张功要大于屈曲时所做的离心收缩功。

腰部棘突的方位平直向后，棘上韧带深部纤维联结相应的棘突，浅部纤维越过棘突3―4节，能控制棘突的前屈。棘间韧带在腰部发育最强，对腰椎运动的影响也较大。因此，棘上韧带和棘间韧带两种结构对于维持腰椎稳定起到了十分重要的作用，不仅控制腰椎的不同类型活动，同时也承受一定的牵拉、扭转载荷。实验证明在腰部4、5脊椎功能单位上，棘上、棘间韧带提供12%―16%的张力强度、10%的扭转强度。在屈曲状态下，棘上、棘间韧带对脊柱起稳定作用。还有研究证实，两种韧带结构在生理活动期间不仅存储肌肉能量，同时也对脊柱关节起稳定和保护作用。

通过解剖学的研究我们了解到：在相邻腰椎板之间存在黄韧带，黄韧带的构成中弹性纤维约占60%―70%，韧带产生的预张力对腰椎间盘形成预应力，有助于保护腰椎及脊柱的稳定性，同时还能防止韧带本身在腰椎后伸时发生弯折。人在20岁之前黄韧带的预张力约为18N，而70岁的老年人黄韧带的预张力仅为5N左右。由此看来，20岁前黄韧带具有较高的弹性机制，腰部柔韧性较好，能承受大活动范围的腰部动作，伴随着年龄的增长，黄韧带的弹性机制逐渐下降，腰部的剧烈运动就容易使腰部产生韧带拉伤。黄韧带的生理范围为5%―50%，超过50%以后，刚性就迅速增加，在被拉长至70%时即会发生损伤。

2.腰椎的基本生物力学分析

腰椎位于人体的中部，是脊柱运动的枢纽，其中椎间盘最厚，占椎体高度的1/2。腰椎活动幅度大，当弯腰即腰椎屈曲时，椎间盘前窄后宽，使腰椎的生理弯曲由前凸变平或稍微后凸。腰椎伸时，则使腰椎生理弯曲度加大，腰椎的屈伸是以第一骶椎为支点的多关节活动。上体前屈时，纤维环前部膨出，而后部伸直。上体后伸时，后纤维环松弛后凸，后凸的纤维环使椎管前后径缩小，导致神经根或马尾神经受压。另外，腰骶椎间盘不论脊柱呈何种屈伸角度，其载荷形式几乎均为压缩应力，且应力大小与体重、脊柱前屈的角度有关。由于椎间盘在两相邻脊椎骨之间，前后部均受韧带保护，尤其前部纤维较厚，并受腹腔内压力的支持，当压缩应力足够大或做长时间静力性动作时，会导致韧带和纤维疲劳。此时，髓核向后突出比向前突出的可能性大得多，当压缩应力非常大时，就会直接损伤椎骨。

二、俯背运动对腰部损伤的影响

多年来，无论在运动训练或体育教学以及大众健身运动中，俯背运动被大多数人所接受，在运动员的训练过程中运用更为广泛。多数研究人员只考虑到它可以增加腰背部及大腿后部肌肉和韧带的柔韧性，但很少有人研究它是否对人体有不利的影响。毕竟每件事物的存在都是有利也有弊的，所以俯背运动的负面影响也是不容忽视的。

我们完成某个动作，都是靠关节、韧带及肌肉的拮抗作用来完成的。脊柱的运动也是靠腰椎关节、关节间韧带以及脊旁肌肉群发动的。如上体屈曲时，先从腹直肌及腰大肌开始，然后以上体重量为负荷使屈曲进一步发展，此时竖脊肌起控制作用，但弯曲程度继续加大至完全屈曲后，竖脊肌失去功效，仅靠脊后方韧带维持以防止关节内部受伤。从屈曲位到伸直位时，竖脊肌逐渐拉脊柱伸直，到越过中轴至继续伸直时腹肌又起控制作用。

对于腰部损伤来说，腰椎的位置结构及其运动形式对损伤都存在极大的影响。腰椎的病变是极其常见的，也可能导致多种疾病的发生。这与腰椎的活动范围有着密切的关系。下表是综合他人及自己研究所得的结果，主要表现了腰椎的生理活动范围。

由表格中可以看出，腰椎各关节段的屈伸活动范围由上到下逐渐增大，而侧弯范围除腰骶关节偏小外其余部分大致相等，轴向旋转则以腰骶关节为最大，但仍明显小于屈伸和侧弯的幅度。这主要与关节面的方向相关。虽然单个腰椎关节活动范围不大，但是五个关节叠加起来，其活动的范围却很大，而且能够支持人体的各种腰骶及动作。但腰椎活动的范围也有一定的局限，如果运动时腰椎活动范围超过了极限程度，则会导致腰椎的损伤。

通过表中数据表明，腰椎前屈的生理范围应不超过50度。大多数人都有可能在运动中使腰椎屈曲范围接近甚至超过正常生理范围，偶尔的运动虽不能造成损伤，但长期积累就会导致疲劳，从而对腰椎引起损伤。因为肌肉韧带都是粘弹性组织，在其经常被拉长时，尤其是过度拉长时就会产生肌肉松弛，此时腰部的肌肉和韧带起了稳定和保护脊椎的作用，而大量的做俯背运动、过长时间的积累，腰部肌肉就会疲劳，韧带也会产生松弛，使其稳定和保护的作用减弱。因此，脊柱是更容易因大幅度运动而超出其生理活动范围造成损伤。实验证明，俯背运动对腰椎存在一定的损伤，多做则会积累导致腰部慢性损伤，损伤的主要病变是椎骨变形以及腰椎间盘脱出、突出等而压迫神经造成不良后果。

三、结论和建议

本文主要阐述了长期俯背运动对腰椎及腰背部肌肉和韧带弹性存在的不良影响。长期积累还会导致肌肉疲劳、韧带松弛而影响脊柱的稳定性，从而使腰椎发生损伤。

随着体育运动的发展，竞技体育日趋激烈，运动训练强调大运动量，腰椎负荷必然随之加大，损伤问题就越发突出了。据此我从生物力学角度提出两方面的措施：一是预防，要使教练员和运动员充分掌握腰椎及腰背部肌肉韧带的生物力学知识，并用以指导实践，减少导致损伤的危险动作的出现。如举重项目中要尽量避免远离身体的提铃动作，体操运动中要缩短静力性动作的持续时间。二是及时治疗，运动生物力学研究成果可为临床提供医疗依据，学习和掌握腰椎损伤的生物力学因素及机制将进一步推动腰椎疾病的治疗。另外在日常生活中，也要尽量避免远离身体的脊柱充分前屈的提物动作，从而减少由于肌肉韧带及纤维疲劳引起的椎间盘髓核突出症的发生，避免因过度疲劳而引起的腰部疾患。

参考文献：

［1］ 尚桂红.腰椎运动损伤的生物力学分析.山东师大学报，1995.

［2］ 岳寿伟.腰椎生物力学.中国疗养学,1997.

［3］ 张智勇.腰椎损伤的生物力学原理分析.长春大学学报，1999.