运动生物力学特征精选(九篇)

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第1篇：运动生物力学特征范文

关键词:女子铅球;优秀运动员;最后用力阶段技术;运动学特征

中图分类号:G824.119 文献标识码:A 文章 编号:1007-3612(2010)09-0121-04

A Research on Kinematic Characteristics of Final Thrust Phase Te chnical of Excellent Female Shot Putters in China

YANG Ruipeng1,CHEN Xiaolong1,LI Jingang2

(1. Department of Physical Education, Xianyang Normal Univers ity, Xianyang 712000, Shaanxi China;2. Rui Quan Secondary School, Wein an 714000, Shaanxi China)

Abstract: the paper uses three elite female athletes as its subject and adopts the methodof literature review, threedimensional camera and video analysis to analyze th e techniques of the players with the highest scores in the Xiao shan, Shijiazhua ng, Suzhou, and the National Track and Field Grand Prix Championship. It analyz es kinematic characteristics in the last force stage from time, space and space time perspective. It finds that: 1) the right pedal turn of LI Meiju is notactive, braking and the effective kicking of left foot is inadequate; For Li Li ng, the main force point is not obvious; The left muscle pretension level is n ot enough; and the distance of left foot distance to the starting board is too f ar. For GONG Lijiao, the strengthening up and forcing of the upper body is to o earlier. The shot angle is relatively low but she shots faster than the othe r two players. 2) For the three players, there is no difference in their heigh t of shot, but there has a gap in the pace of shot. 3) In the course of the la st force, the distance and time of the shot is relatively short.

Key words: women's shot put; elite athlete; the final stage of the techn ical force; kinematic characteristics

1 研究对象与方法

1.1 研究对象 我国现役的3名优秀女子铅球运动员李梅菊、李玲和巩立娇在萧山、苏州和石家庄田径大奖 赛比赛中背向滑步技术最后用力阶段技术――“从左脚落地到铅球离手”[1]的运 动学特征为研究对象(表1)。

1.2 研究方法

1.2.1 三维摄像法 采用现场高速录像图像采集与计算机硬盘记录系统设备,对被试比赛技术图像进行了现 场采集。高速录像光学镜头为美国PULNIX公司生产的CCD高速扫描摄像头(TM-6710CL), 有效感光面积5.8mm×4.3mm;CCD感光元件尺度为9.0 μm×9.0 μm;有效图像相素为6 48 ( 长)×484(高),拍摄频率为120 p/s;暴光时间为1/1 000 s;高速采集卡为METEORII-CAMER A-LINK(加拿大),主光轴高度1.2 m,两摄像头距离拍摄点为10 m,主光轴间夹角约为90 °。赛前和赛后拍摄了艾捷三维立体框架坐标。

1.2.2 录像解析法 使用Ariel公司的APAS运动分析系统(美国)对李梅菊、李玲和巩立娇于2008年在萧山 和2007年在苏州的田径大奖赛及2007年在石家庄全国田径锦标赛比赛最好成绩动作进行录像 解 析,依据人体模型的标准和研究的需要选取20个关节点,用低通数字滤波法对原始数据进行 平滑处理,平滑系数为6,获取了所需参数原始数据指标。

1.2.3 数理统计法 运用excel2003对选取的指标与测试结

投稿日期:2009-12-14

作者简介:杨瑞鹏,讲师,硕士,研究方向体育教学与训练。

果进行了统计分析,计算出所选指标的平均值、标 准差,并对指标参数进行了相关性分析,指标显著性差异检验。

1.2.4 对比分析法 根据解析得出的所需数据,与我国前优秀 铅球运动员(隋新梅、黄志红等)技术动作参数和自身的技术动参数作对比与分析。

2 结果与分析

为了便于对最后用力阶段的技术进行诊断,本文从以下四个关键技术部分对最后用力阶 段技术进行运动学特征分析:第一部分指髋部侧移时的部分参数运动学特征分析;第二部分 指左侧支撑时的部分参数运动学特征分析;第三部分指出手时部分参数运动学特征分析;第 四部分指最后用力整个过程中铅球的做功距离和时间参数运动学特征分析。

2.1 髋部侧移时的部分参数运动学特征分析(表2) 髋部运动的技术特征指在最后用力阶段开始时,右膝和右踝的内转,右腿转蹬推动髋部 侧移特征。在这个阶段要求上体不主动抬起,头颈不主动扭转,从而使身体左侧肌群形成预 先拉紧,为最后用力创造良好的条件。通过对表1中3名运动员右髋运行距离、右髋速度和右 膝速度的平均值和各自右髋运行距离、右髋速度和右膝速度的平均值的比较发现:这三名运 动员共同特点是右髋运行距离大于左髋运行距离;左髋速度大于右髋速度;右膝速度大于右 髋速度,但是右膝速度和右髋速度均值的差值较小,尤其是李梅菊(差值为0.107 m/s), 所以其右腿蹬转不够积极。我们知道右腿用力顺序应该是自下而上的用力顺序,右脚应积极 蹬伸,使髋部前移并向投掷方向送转,实现左侧有关肌群的预先拉紧[3],但是根 据他们右髋 运行距离的对比发现:李玲左髋运行距离较短(0.352±0.09 m),因此,其主要用力 点不突出,身体左侧肌群预先拉紧程度不够,超越器械姿势不充分。

2.1.1 左侧支撑时的部分参数运动学特征分析(表3、表4) 在推铅球最后用力阶段,左侧支撑的好坏,对出手速度和出手高度将产生影响,良好的 左侧支撑可以使铅球在出手前获得足够的动能,并以适宜的角度、高度和速度将球推出。它 可以在尽可能小的瞬时水平速度的情况下获得必要的垂直速度,并获得较大的出手高度。因 此良好的左侧支撑是充分利用身高和臂长自身条件提高出手点以外的另一个必不可少条件。

对表3中分析可知:现役3名运动员左脚着地时左膝角的平均值为(148.440±7.362)°,3 名运动员的左膝缓冲角平均值为(147.215±7.451)°,相比较发现,左膝缓冲角比左膝角 小了1.215°,通 过对他们自身的比较发现:巩立娇左膝缓冲角增大了1.063°。与1997年八届全运会上隋 新梅(20.25 m)、黄志红(20.24 m)、李梅素(19.46 m)在左脚着地时左膝角分别为 132° 、146°、135°[4],其平均值为139°相比,发现现役三名队员左着时左膝角偏大 ,尤其是巩立娇,因此他们上体抬起和发力时机较早,尤其是巩立娇。

出手时3名运动员左膝角的平均值为(174.463±4.012)°,出手蹬地角的平均值为(67.33 2±4.002)°,李梅菊、李玲和巩立娇他们的蹬地角分别是(63.7 596±0.871、69.7 08 6±5.779、68.5 263±0.399)。隋新梅(20.25 m)、黄志红(20.24 m)、李梅素(1 9.46m)出手时左膝角分别为169°、151°、160°,平均值为160°,蹬地角分别为70°、65° 、75°,其平均值为70°。相比之下,除李梅菊的蹬地角较小外,其余两名现役队员与前优 秀运动员的蹬地角没有明显差异,出手时的左膝角度差值较大(约大了14°)。说明现役运 动员非常重视最 后出手时的左支撑,同时这样也可以获得理想的出手高度。

左脚距抵趾板距离对运动运的比赛成绩和左腿的稳固支撑以及蹬地发力有很大的影响, 稳固的左侧支撑,不仅能使滑步取得的预行速度保持良好的加速节奏。通过表2,清晰看到 除巩立娇外的两名队员左脚距抵趾板距离较大,尤其是李玲左脚距抵趾板距离(0.22 266 ±0.069)。因此在训练中应改进滑步技术。 左脚主动积极着地形成的有力制动,可以阻止上肢的向前运动,结合右腿的蹬伸,从而加快 最后用力时髋部、上体和铅球向前上方运动的速度。所以,这3名现役的运动员在以后训练 时还要改进滑步技术,使左脚能够触及抵趾板,形成更稳定的左侧支撑。

在左脚的着地制动以及左臂的快速制动的引导下,左侧各环节的速度发生了明显的变化。从 表4中看,从左脚着地到铅球出手,运动员左髋的速度从(2.578±0.267)m/s减少到(1.3 43±0.328)m/s;左膝速度从1.1834±0.468增加到到(1.653±0.378)m/s;左踝的速度 从(1.669±0.559)m/s增加到(2.655±0.418)m/s,这是由于左踝用力向上蹬伸的速度大 造成 的 ;左肩速度从(3.417±0.92)m/s减少到(1.711±0.911)m/s,而右肩的速度从(2.901± 0.26 5)m/s加速到(4.035±0.270)m/s,这是由于左肩的有效制动造成的。以上数据表明,由于 运 动员左侧肢体强有力的支撑用力、减速与制动效果加速了右侧肢体的运动,使人体获得了良 好的末节用力效果。但是巩立娇右肩的加速效果不是很好(从(3.122±0.379)m/s加速到( 4.032±0.345)m/s,提高了约0.92 m/s);李梅菊的左踝加速效果不是很好(从(2.199 ±0.017)m/s提高到(2.713±0.416)m/s,约0.514 m/s),但是李梅菊左膝速度却是减 小的,这可能是由于左脚的有效制动和积极蹬伸的能力欠佳造成的。因此,李梅菊的左踝用 力向上蹬伸不积极和膝关节速度减小造成了出手前没有达到理想的高度和加速效果。

出手右肩速度李梅菊4.0183.8494.3364.068±0.2474.035 ±0.270

李玲3.7253.924.3684.004±0.330 巩立娇4.2764.1833.6374.032±0.3451.1.2 出手时的相关参数运动学特征分析(表5)

投掷原理告 诉我们,与水平方向成一定角度的抛射体的水平飞行距离取决于其初速度(V0)、出手角度 (0)和出手高度(H),初速度是三个因素中最主要的因素,器械飞行的远度同器械出手 速度的平方成正比[5],是影响 推铅球成绩最重要的指标其中速度为第一要素、角度为第二要素、高度为第三要素。研究数 据很明显的说明了随着出手速度的增大,铅球运动的距离也相应的增大,它们之间属于正比 关系。前人通过相关分析后认为铅球速度的提高几乎与成绩提高成显著性(相关系数大于0 .99)[6],只要出手角度不要有太明显的变化,当增大出手速度时铅球运动距离 自然会增大,而且随着出手速度的相应增大,且距离差之间的增大还是一个呈单调递增的趋 势。

从表5看,我国现役的3名运动员出手速度平均值为(12.334±1.018)m/s,我国前优秀女 子 铅球运动员隋新梅(21.66 m)、黄志红(21.52m)出手速度分别为13.95 m/s、13.93m/ s,二届世锦赛前三名均值为13.76 m/s[7]。可见,现役的3名运动员出手速度与 世界优秀选 手有较大的差距,因此我国现役的这3名运动员迫切需要提高出手速度。他们之间相互比较 ,则巩立娇的出手速度明显大于李梅菊和李玲的出手速度。

出手角度平均值为(34.173±2.906)°,我国前优秀女子铅球运动员隋新梅(21.66 m) 、 黄志红(21.52 m)出手角度分别为39°、36.9°,均值为37.85°二届世锦赛前三名均 值为 37.9°,再通过他们自身出手角度均值的对比发现:巩立娇的出手角度偏低(32.830±2 .833)°,因此除巩立娇外的两名现役动员出手角度与世界优秀选手没有多大差距。

手高度平均值为(2.057±0.056)m,我国前优秀女子铅球运动员隋新梅(21.66 m)、黄 志红 (21.52 m)出手高度都为2.04 m,二届世锦赛前三名均值为2.06 m[8]。由于 出手高度主要 取决于出手瞬间人体的用力姿态(是否腾空)、运动员身材(身高)等因素,因此我们引入新的 参数,即出手的高度除身高来进行衡量,发现:李梅菊、李玲和巩立姣各自的比值平均值分 别是1.187±0.035、1.15±0.072、1.204±0.016,他们的均值为1.181±0.048, 而隋新梅 和黄志红的比值分别是1.20和1.165,平均为1.18,相比之后发现,我国这三名优秀运动 员除出手高度与我国前优秀选手相比没有差距。

2.1.3 铅球最后用力整个过程的做功距离和时间参数运动学特征分析(表6) 最后用力的技术要求是从最后用力开始到铅球出手瞬间尽可能延长铅球的做功距离和缩短完 成时间,铅球速度的80%在这个阶段获得[9]。从表6中可见,我国现役的3名运动员 最后用力 阶段铅球做功距离平均值为(1.575±0.108)m,我国前优秀女子铅球运动员隋新梅(20.2 5 m) 、黄志红(20.24 m)、李梅素(19.46 m)铅球做功距离分别为1.72、1.52、1.73 m, 均值 为1.65 m;最后用力阶段铅球做功时间平均值为0.219±0.013,我国前优秀女子铅球运 动员隋新 梅(20.25 m)、黄志红(20.24 m)、李梅素(19.46 m)铅球做功时间分别为0.27、0 .2 6、0.26 s,均值为0.263 s。与前优秀运动员相比较,我国现役的3名运动员最后用力阶段 铅球做功 距离过短,因此做功时间也要相对要短些。这3名运动员在今后的训练中应尽量在保持较短 的做功时间的前提下,延长铅球做功距离。而延长铅球做功距离的方法是:一是增加水平方 向上铅球的运行距离;二是增加垂直方向上铅球的位移量即铅球的高度差。这就要求运动员 既要尽量降低最后用力前铅球的高度,又要在铅球出手时身体充分伸展以增加出手高度。从 表14看,这3名运动员最后用力阶段铅球的水平距离平均值为(1.281±0.075)m,铅球的高 度差 0.945±0.930,通过他们相互对比发现,李玲的铅球水平运行距离短(0.846±0.018 m )和 铅球高度差小(0.846±0.018)。说明李玲身体向前性不好和铅球垂直位移小,影响了铅球 的 做功距离,这与滑步阶段和过渡阶段技术完成情况有很大的关系。需要说明的是出手高度差 的增加应该建立在不影响出手速度、出手高度和出手角度的情况下。 表6 最后用力阶段的做功距离和时间指标 (m或s)

4 结 论

在最后用力阶段我国这三名现役优秀运动员:

1) 左脚着地时:(1)李梅菊右膝速度和右髋速度的均值的差值较小(差值为0.107 m/ s),李玲左髋的运行距离较短(0.352±0.09)m。因此,李梅菊右脚蹬转的不够积极, 李 玲的主要用力点不突出,身体左侧肌群预先拉紧程度不够,超越器械姿势不充分;李梅菊的 左踝加速效果不是很好(2.199±0.017 m/s提高到2.713±0.416 m/s,约0.514 m/s) ,其 左膝速度却是减小的,这是由于左脚的有效制动和积极蹬伸的能力欠佳造成的;巩立娇右肩 的加速效果不是很好(从3.122±0.37 m/s 9加速到4.032±0.345 m/s,提高了约0.92m/s) ;除巩立娇(0.088±0.023 m)外的两名队员左脚距抵趾板距离较大,尤其是李玲。(2 )与 前优秀运动员相比他们的左膝角偏大,尤其是巩立娇,因此他们上体抬起和发力时机较早, 尤其是巩立娇。

2) 出手时:(1)我国现役的3名运动员左膝角的平均值偏大,说明现役运动员非常重 视出手时的左支撑;(2)除李梅菊的蹬地角较小外,其余两名现役队员与前优秀运动员的 蹬地角没有明显差异;(3)我国现役的3名运动员出手速度与世界优秀选手有较大的差距, 但是他们之间相互比较,则巩立娇的出手速度明显大于李梅菊和李玲的出手速度,除巩立娇 出手角度偏低(32.830±2.833)外的两名现役动员出手角度与世界优秀选手没有多大差 距。

3) 在最后用力的过程中,铅球做功的距离和时间较短。

参考文献:

[1] 田径运动高级教程(修订版)[M].北京:人民体育出版社,2003.

[2] 中国田径协会官方网站,2008,10.

[3] 李金刚. 我国优秀女子铅球运动员背向滑步推铅球技术的运动学分析[D].西安体 育学院研究生部,2009,7:12.

[4] 马克柯依.优秀铅球运动员的运动学分析[J].田径技术,1984.

[5] 严波涛.运动技术分析与诊断[M].西安:西安体育学院出版,2006.

[6] 刘刚.我国健将级女子铅球运动员专项身体素质训练水平与运动成绩的研究[J]. 广州体育学院学报,2005,9.

[6] 李建臣,等.黄志红、隋新梅推铅球技术整体动作的速度节奏[J].体育科学,199 3(3).

[7] 白光斌,龚锐,张榴红.背向滑步推铅球技术动作的速度节奏研究[J].西安体育 学院学报,2003,2.

第2篇：运动生物力学特征范文

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.

第3篇：运动生物力学特征范文

关键词：羽毛球；正手；后场高远球；技术分析

1.前 言

随着竞技运动的发展和全民健身的开展，羽毛球运动日渐风靡。无论是竞技为目的还是以健身为目的的羽毛球运动，都需要参与者积极地移动、跳跃、转体和挥拍等动作，运动各种技战术和步法。

羽毛球中后场高远球技术是羽毛球杀球、劈吊等技术的基础，对运动员击高远球动作进行技术分析，可以将动作进行量化分析，帮助运动员从根本上了解人体击高远球的原理以及如何更好掌握这门技术。

2.研究对象与方法

2.1 研究对象

本文中以沈阳体育学院4名羽毛球运动员为研究对象，其中2名运动员水平为二级运动，另外2名为业余水平，4人均以右手持拍，无伤病史。

2.2 研究方法

2.2.1 实验内容及过程

两台高速摄像机的摆设如图1中A机和B机的位置，A机拍摄运动员侧面的动作，B机拍摄运动员背面的动作，二者实现同步拍摄。每名运动员成功击打三次，在三次击打动作中选择最好的一次击打动作。

2.2.2 录像解析

利用会声会影9.0进行视频剪辑处理。采用美国APAS解析系统对处理后的视频进行解析，解析中以Dempster模型作为标准。

3.研究结果

3.1 引拍阶段技术特征分析

3.1.2持拍臂运动学分析

3.1.2.1右肘关节技术分析

根据图2，陈XX和康XX的肘关节下降时刻早，关节伸展程度大，在20°～40°之间出现一个较长时间的稳定波动期，表明右上肢的肌肉群协调工作能力强。闫XX的肘关节稳定波动期很短，说明引拍阶段不稳。结合表1和表2，由于肌肉群调整期过长，速度参数明显偏低。刘XX击球效果优于闫XX。通过以上分析，陈XX与康XX的右上肢肌肉群的短时间内的协调能力较强，刘XX次之，闫XX较弱。

3.1.2.2 右腕关节技术分析

图3中，运动员腕关节开始都有平缓起伏阶段，结束时腕关节背伸，这样挥拍击球时，腕关节会急剧反弹获得较大的速度。陈XX与康XX的腕关节角度变化的平缓起伏很长，然后急剧下降，而闫XX与刘XX的腕关节角度，则是一个缓慢的下降趋势。根据腕关节变化，闫XX与刘XX没有掌握良好的引拍阶段的技术动作，这也就影响了二人击球的效果，闫XX与刘XX在今后加强动作规范性训练。

3.1.3结束时刻持拍臂速度特征分析

观察表1，运动员在结束时刻各个环节的平均速度从小到大依次是右肩关节、右肘关节、右腕关节、右手和拍头，拍头速度最大，达到了12.7m/s，可见，持拍臂的速度变化符合力学变法原理。但就个人来看，闫XX有所偏差，右肘关节速度为4.6m/s，右腕关节稍小，为4.2m/s，不符合力学鞭打原理，分析其原因可能与图2-3中肘关节在稳定期的突然增大所引起的。4名运动员拍头速度从大到小依次是陈XX、康XX、刘XX和闫XX，陈XX最大为14.4m/s，闫XX最小为11.7m/s，相差比较大。所以认为，陈XX在完成引拍中全身的肌肉能够协调配合用力，技术熟练，康XX次之，刘XX和闫XX一般。

4.结论与建议

4.1 结论

4.1.1 陈XX与康XX的右上肢肌肉群的短时间内的协调能力较强，更有利于击球前的引拍动作的稳定，获得更好的击球效果。

4.1.2 闫XX与刘XX没有掌握好良好的引拍阶段的技术动作，是击球阶段各环节速度有较大差距。掌握好良好的引拍阶段的技术动作对于良好的击球效果至关重要。

4.1.3 四名运动员在击球瞬间持拍手臂的速度从小到大依次是右肩关节、右肘关节、右腕关节和右手，符合力学鞭打原理。

4.2 建议

4.2.1 加强肌肉的协调性训练，使肌肉群能够在短时间能迅速地调整到最佳状态。

4.2.2 加强基本动作的练习，牢固掌握良好的击打后场高远球的技术动作。（作者单位：沈阳体育学院研究生部）

参考文献：

[1]张丽莉.大学生网球运动员发球技术动作的肌电分析[D].东北师范大学，2013.

[2]丁海洋.男子网球运动员发球技术左下肢动作的生物力学分析[D].上海体育学院，2013.

[3]张曦元.网球发球中上肢环节链鞭打动作的生物力学研究[D].南京体育学院，2013.

[4]周萌然.网球上旋发球技术的生物力学分析[D].西南大学，2011.

[5]陈石.网球正手击球动作下肢的生物力学特征分析[D].北京体育大学，2010.

第4篇：运动生物力学特征范文

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。

第5篇：运动生物力学特征范文

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。

参考文献：

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[7] 程鹏，曲峰.鞋帮高度对踝关节生物力学特征的影响[A].第十四届全国运动生物力学学术交流大会论文集.2010.

第6篇：运动生物力学特征范文

关键词：技术；生物力学；负荷

1.引言

实现体育社会潜力最主要的行为者是体育院系的毕业生。因此，在学生职业技能形成的学校教育阶段必须形成跑的正确理解和完善跑的技术。高等院校体育院系的学生入学时已经具备了多年的训练和比赛经验。所从事的专项活动必然对其跑的技术产生影响。因此本文试图在考虑学生原有专项的基础上构建合理的跑的技术教学方法。

2.研究对象与研究方法

2.1研究对象：高等学校体育院系学生跑的技术的形成和完善过程。

2.2研究方法：

2.2.1 文献资料法

查阅大量有关跑的技术的文献资料，对本文的研究给予了理论支撑。

2.2.2 实验法

对田径跑的专项学生（n=13），体操专项学生（n=12），摔跤专项学生（n=13）进行教学实验，其中田径组为对照组，实验为期一学年，在田径课的准备活动中采用针对性的练习调整跑的技术。

2.2.3 摄像与解析法

高速摄影法和影片解析法，用一台高速摄影机在现场进行定点拍摄，拍摄频率100 f/s。教学实验前受试者以自己舒适的速度跑300米，在其不知情的情况下进行拍摄。实验后同样的方法进行摄像。运用“Selicon COACH”，软件进行解析获取本研究所需的运动学原始数据。

2.2.4数理统计法

对所获数据运用SPSS14.0统计软件包进行处理。

3. 结果分析与讨论

3.1 不同专项学生跑的生物力学特征分析

我们的实验研究了完全不同的两个运动专项-体操与摔跤。体操专项学生的特点是动作幅度大而且以前脚掌着地。摔跤专项学生的特点是幅度小以脚跟或者全脚掌着地。田径组在研究中作为对照组。

不同专项学生的跑的生物力学参数见表1，从表中可以看出田径专项学生以更大的着地角放脚，这使他们有效的减小了缓冲距离，比体操运动员减少了16厘米，比摔跤运动员减少了8厘米。由于缓冲距离与作用于支撑运动系统的负荷直接相关。为了减小对运动支撑器官的负荷体操专项的运动员完善跑的技术首先要解决的问题是积极放脚和着地时前脚掌接近身体重心。而对于摔跤专项的学生来说首要的任务是形成在着地时以前脚掌着地的习惯。这样可以使人体最强大的弹簧-前脚掌参与到缓冲过程中来。从而减少有效降作用于腰椎的负荷。

田径专项的学生身体重心腾起角显著的低于其他专项的学生（р < 0.05），这减小了支撑阶段垂直方向的重心起伏。“跳动式”跑步在摔跤专项的大学生中反映最为明显。其重心腾起角为 10.2 °，比田径专项和体操专项的学生高1.4°和0.8°。这表明摔跤专项的学生在跑的过程中相对垂直分速度大于其他专项的学生。体操专项与摔跤专项学生在支撑时间与缓冲距离这两项指标上与田径专项学生存在显著性差异。

在达到垂直位置前的缓冲阶段支撑腿出现屈膝和屈髋，屈膝和屈髋的程度说明了身体重心下降的程度，也可以用此指标来评价支撑腿退让性工作的效果。屈膝角最大的出现在体操专项学生中，较田径组高14.4°和较摔跤组高10.4°。这是由于他们消极放腿的原因引起。最终导致了重心起伏较大。这样体操组与摔跤组学生重心起伏超过8cm，明显高于田径组学生。消极的放腿还导致了缓冲阶段退让性工作的效果，延长了支撑时间，因此田径组学生支撑时间显著性（р < 0.05）短于体操组（0.118 с）与摔跤组（0.152 с）。然而虽然支撑时间与缓冲时间田径组短于实验组，但是蹬地距离（53.04 см）却明显的长于体操组47.4 см.与摔跤组45.4cm。

表1 不同专项大学生跑的生物力学特征

3.2 体操专项大学生实验前后跑的技术的变化

由于体操专项的学生特点是消极着地支撑，这导致了缓冲距离延长，降低了垂直位置时的身体重心，也相应的增加了对运动支撑器官的负荷。因此他们被施加了能提高主动积极着地，使着地点靠近身体重心的练习。主要练习如下：肩倒立做蹬自行车运动、身体前倾和积极放腿的大步走、小步跑、直腿跑、高抬腿跑、积极落地的单足跳、两人练习等。

教学实验后证明对于减小运动支撑器官承受的负荷方面的指标教学实验是有效的，着地角实验前（69，8 ±0，6）°，实验后（72，2 ±0，3）°，增加了2.4°。这表明学生在跑时更加积极主动的在接近垂直的位置放腿，这种着地方式使缓冲距离减少了8.4厘米。实验后身体重心下降程度变小，屈膝角和屈髋角均显著性增大，其中屈膝角由原来（133，0±2，0）°到（142，0±1，2）°增加9°，屈髋角增加3°。缓冲距离也有了显著性的减少，减少了8.4cm。

3.3田径专项大学生实验前后跑的技术变化

田径专项大学生在本实验中作为对照组，采用常规教学方法教学，实验结果表明田径专项大学生所有跑的技术指标均有好转。减小了蹬地角和腾起角，减低了重心起伏，屈髋角有所增加但屈膝角由于蹬地角和腾起角变小而变小，但是经检验无显著性变化。在总体好转的趋势下田径专项学生跑的技术的缓冲距离和蹬地距离没有变化。可能的原因为一是田径专项学生的跑的技术已经定型，很难在短时间改变。二是缺少有效的教学手段来减少消极用力的缓冲距离。

3.4不同专项大学生实验后跑的生物力学特征对比

不同专项的大学生实验后在反映运动支撑器官所受负荷的指标上已经没有显著性的区别，见表2。着地角全部增大。减小了缓冲阶段的制动作用。3组学生的腾起角均变小，减小了跑动中的重心起伏，减低了对运动支撑器官的冲击。其中体操组和摔跤组具有显著性区别。在实验前体操组与摔跤组与田径组在腾起角这一指标上具有显著性差异，但是在实验后各组之间已经没有了显著性差异，尤其是摔跤组腾起角下降了2.1°。在垂直点支撑腿屈膝角和屈髋角明显变大，并且在不同专项学生之间不再具有显著性差别。体操组学生屈膝角增加了9°，而摔跤组学生则在屈髋角这一指标增加了9°。这表明这表明试验者更加主动的放腿着地支撑，使着地点接近身体重心投影点。在这种情况下在到达垂直位置之前因退让性工作储备了更多的弹性势能，促进了蹬地时肌肉的有效工作。

表2不同专项大学生实验后跑的生物力学特征对比

此外应该注意到这样一个事实，身体重心起伏程度在不同专项的学生中都有了下降，尤其是实验组。在实验后与田径组已经没有显著性差异。这表明实验组的学生的跑的技术已经更为经济和有效。

实验组在跑速下降的缓冲距离明显下降（р < 0.05），在这一指标上实验后与田径组已经很接近，经检验没有显著性差异。而田径组则基本没有变化。经过对跑的技术指标进行对比分析后认为实验组的学生进步更为明显。在反映对运动支撑器官所承受的的负荷的指标上与田径组已经很接近 ，证明试验的教学方法有效。

4. 结论与建议

4.1 决定运动支撑器官受到的负荷的跑的技术指标是身体重心起伏程度、缓冲距离和着地方式。

4.2 高等院校体育院系学生跑的技术受先前专项影响。对于体操专项学生来说消极放腿和着地点远离身体重心投影点。而对于摔跤专项学生来说特点是以后脚跟着地和重心起伏过大。

4.3 完善跑的技术首先要系统的评价这些指标：腾起角、重心起伏程度、缓冲距离、着地方式等。与跑的运动过程中运动损伤关系最大的是着地放腿方式。

参考文献：

[1]Абазалов Р.А.Зиятдинов А.И. Экология физической культуры человека// Теория и практика физ.культуры.-1997.-№ 8.-С.53-54.

第7篇：运动生物力学特征范文

骨性偏颌畸形是由于上下颌骨左右不对称形成的颜面部畸形，以上下颌侧方关系不调，牙中线不一致，颏部偏斜为主要临床特征的一类复杂畸形。它严重影响患者容貌、咀嚼、发音功能，给患者生理及心理造成巨大的压力，而且常造成患者双侧颜面不对称及关系紊乱［1］。颞下颌关节(temporomandibularjoint，TMJ)是人体最复杂的关节之一，对它的研究一直是口腔医学专业的热点。由于研究方法和手段的限制，对TMJ生物力学行为的认识一直未取得令人满意的成果。随着有限元理论分析方法在这一领域的应用，对TMJ的应力分布及其变化规律有了初步认识。然而，至今尚未见到有关于骨性偏颌患者颞下颌关节力学分析的报道。本研究利用三维有限元模型进行了骨性偏颌患者颞下颌关节生物力学的分析。

1材料和方法

1．1实验对象和三维影像的获取选取临床1例因偏颌求治的女性患者，21岁。患者无颌面部外伤史，无系统疾病史，无正畸史。面部不对称，颏部偏右约3mm。拍摄头颅后前位片和侧位片，以及进一步的三维计算机断层扫描重建(图1)，发现患者右侧升支相对左侧较短;上颌平面和下颌平面围绕矢状轴旋转，导致平面倾斜(左低右高)。对患者进行CT和MRI检查，获取三维影像。通过螺旋CT扫描装置(SiemensSomatomPlus2，SiemensAG．，Munich，Germany;120kV，175mA)获取患者CT数据。CT扫描间的距离为0．60mm，平面分辨率0．32mm/像素，总共得到了219层图像。通过1．5特斯拉的磁共振成像扫描仪(SiemensMagnetomVisionPlus，Germany)获取患者的MRI数据。MRI扫描的参数是T1加权自旋回波序列、800ms的重复时间，层面厚度为4mm，而且层面间没有间距。

1．2建立包含颞骨、下颌骨和关节盘三维有限元模型将CT的数据通过Mimics软件中进行组织分离，得到各层影像上颌骨和下颌骨包括牙齿的基本轮廓，并生成相关的．stl格式的点云文件。采用达索公司生产的CADTIA软件，运用逆向工程的方法，拟合出实体的三维结构模型，并确定坐标轴(图2)。将模型导入Ansysworkbench软件中，网格划分得到有限元模型。髁突模型表面向外扩展用来填充髁突的边缘和靠髁突的颞窝区域的边缘的间隙，通过模型间布尔运算的方法，得到关节盘模型。这样就得到了包括颞骨、下颌骨和关节盘的有限元模型，模型的基本信息为节点总数165050，单元总数102342，单元类型是四面体单元(图3)。

1．3咀嚼肌的生物力学模型将MRI检测数据导入Mimics参照Koolstra［2］的方法，以人工勾画的方式提取出感兴趣区肌肉的外形轮廓。从头部MRI影像中提取出咀嚼肌的断层形态，按其坐标在空间叠加，可以得到肌肉的形态。将颌骨模型和MRI得到咀嚼肌模型进行叠加和拟合，这样就可以得到主要咀嚼肌在下颌骨的附着面和各个肌肉横截面积及两侧比值。通过肌肉的起止点的中心，并参考肌肉形态，定出肌肉的作用方向的坐标［3］。

1．4材料特性选取下颌骨的外层单元作为皮质骨，内层单元作为松质骨。将关节窝几何形状稍作简化，均作为皮质骨处理。皮质骨、松质骨、关节盘等材料常数参照Tanaka等［4］的数值(表1)。模型各部分为连续、均质、各向同性的线弹性材料。

1．5边界条件对于该有限元模型的边界条件，所有方向的运动被位于颞骨后缘顶部的节点所限制，而所有位于颞骨顶部的节点限制了垂直方向的运动。矢状向的运动被颧弓和颞骨后部分的节点所限制。最后，冠状向的运动被颞骨中部的节点所限制。咬合面视为只能压不能拉。

2结果

在这个模型中，通过模拟牙尖交错位来计算加载的方案。咬肌肌力参考Koolstra［5］和Korioth［6］研究。偏斜对侧咬肌肌力的最大值定为100N［3］，其他肌肉的力值通过肌肉横截面积测量转换得出(表2)。在模拟肌肉负载状况下，可以观察到偏斜对侧和偏斜侧的关节盘处于不同的受力模式。偏斜对侧的受力部位靠内侧，是一种集中的方式;然而偏斜侧的受力部位靠外侧，是一种分散的方式(图4)。在关节窝区也出现类似的结果(图5)。可以发现移到偏斜对侧颞骨的应力集中在颞窝前部和内侧，而转移到偏斜侧颞骨的应力分散到颞窝的外侧。这种不同的负荷转移，既反映了非对称加载，也反映了偏颌患者两侧髁突的形态变化。在冠状面方向的断面图中，可以观察到偏斜侧关节窝外侧(颞骨鼓室部分)受力大，偏斜对侧关节窝内侧受力较大(图6)。在矢状面方向的图中可以看到受力部位均靠前，而且偏斜对侧较偏斜侧集中(图7)。通过观察关节盘中心区域的断面图，可见其应力变化和在关节窝区出现的结果类似(图8～9)。两侧关节盘的受力和各个方向的分力见表3。

第8篇：运动生物力学特征范文

【摘要】目的 探讨项韧带钙化与颈椎病的关系。方法 观察210例项韧带钙化的X线特征,结合文献分析与颈椎病的关系。结果 项韧带钙化与颈椎病的形成密切相关。结论 项韧带钙化单独存在时可作为颈椎病的早期诊断。

【关键词】项韧带钙化;颈椎病

项韧带钙化是项韧带出现的一种钙化现象,正确认识这一病理现象对预防及治疗颈椎病意义重大,本文对210例项韧带钙化的X光四位片综合分析,结合临床和文献总结出项韧带钙化与颈椎病的形成密切相关,项韧带钙化可作为颈椎病的早期诊断,报告如下。

1 临床资料

1.1 一般资料本组210例,其中男121例,女89例,年龄41～79岁,平均年龄51.2岁。

1.2 临床表现颈部僵硬105例,颈后疼痛91例,上肢麻木131例,头痛39例,眩晕101例。

2 结 果

本组210例项韧带钙化者,其中193例颈椎椎体前后缘、钩椎关节等处有不同程度的骨质增生现象,47例有生理曲度的改变,89例伴有颈部不同程度的椎间盘膨出、突出表现,仅有2例为单纯的项韧带钙化,此2例年龄均为41岁,临床均以颈部僵硬一月以内为主诉就诊,其余208例患者均有一月以上病史,伴随有不同程度的颈椎病。

3 讨 论

3.1 项韧带的功能及钙化的意义项韧带有协助颈部肌肉支持头颈的作用,并有对抗颈椎屈曲保持颈椎挺直的作用,其主要功能为限制脊柱前屈。当项韧带受到拉伸负荷时,韧带变长;当拉伸解除后,胶原纤维在其周围弹力纤维的牵拉下,恢复其原有的弯曲结构。胶原纤维本身的伸展性较差,而项韧带内胶原纤维与弹力纤维有着微妙的比例关系,这样既允许椎骨间有一定的活动度,又参与了脊柱的稳定作用。多数学者认为:项韧带钙化可理解为项韧带超负荷的一种表现[1,2]。

3.2 项韧带钙化的病因及病理多数学者们认为项韧带钙化与创伤有关[3],外伤性的急性牵拉,头部过度前屈、持久低头工作或睡眠时枕头过高均可牵拉项韧带引起疲劳性损伤,肌轻微撕裂、出血、渗出、水肿,在不断损伤和修复的过程中,肌与肌、肌与韧带间发生粘连、挛缩、瘢痕、变形、硬化、局部微循环发生障碍,从而使大量的软骨细胞增生,甲苯胺蓝染色使胶原纤维及软骨细胞呈强阳性,强异染物质系酸性粘多糖,其主要成分是硫酸软骨素,研究表明其与钙盐的沉着密切相关。此外,软骨细胞具有合成碱性磷酸酶的能力,这也是基质钙化所必须的。项韧带钙化的上述病理改变表明它最终是朝着骨化的方向演变。

3.3 项韧带钙化与颈椎病的关系颈椎病是中老年的常见病和多发病,是由于颈椎椎体、椎间盘、钩椎关节、关节突关节及颈部软组织发生退行性改变而压迫或刺激颈部血管、神经根和脊髓引起的一系列临床症状。随着年龄的增长,颈椎发生退行性变、侧弯、旋转、椎间关节紊乱、失稳等状态下,此时颈椎的运动功能及生物力学特性发生了变化,椎体承受力量不均匀,项韧带负荷过重,受损伤的机会也增加,进一步加剧颈椎骨骼-肌肉系统的退变。颈椎生物力学失衡是引起颈椎病的重要原因。项韧带的代偿性拉长及剥离,打破了生物力学的平衡及协调的肌群,而导致颈椎的不稳定和序列紊乱,进一步加剧颈椎病的发生。目前普遍认为颈椎生物力学失衡是引起颈椎病的外因,颈椎病的发展可视为正常颈椎生物力学平衡的破坏,而项韧带在颈椎稳定性中起着重要的作用。以上所述均说明项韧带损伤、钙化与颈椎病有着密切的关系,是引起颈椎病的一个因素或是颈椎病的早期形成[1-3]。

总之,当颈椎椎间盘及颈椎关节发生退行性变化时,则出现颈椎关节节段性失稳,于是破坏了颈椎正常的生物力学平衡,并有椎体侧弯或关节突关节移位、滑脱,在相当于该段水平的项韧带可发生钙化。人们长期前倾或低头工作引起项韧带肌肉痉挛、劳损,久之肌力减弱,使动力平衡破坏影响了静力平衡,从而促使颈椎病的发生。作者认为在项韧带钙化单独存在时,应视为颈椎病的早期诊断依据,此阶段是治疗及预防颈椎病的最有利时机。

【参考文献】

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第9篇：运动生物力学特征范文

随着脊柱外科经后路内固定手术普遍开展，各种椎弓根螺钉固定系统已广泛应用于临床，但Esses等[1]通过临床应用调查这些固定器械发现没有哪一种椎弓根螺钉固定比较完善，大量病例的远期随访表明并发症多。主要是螺钉松脱、断钉、内固定不牢固、矫正度丢失、椎体间融合形成假关节、脱位术后复发、椎弓根断裂等。Wittenberg[2]认为椎弓根螺钉固定产生并发症多的原因是螺钉内固定疲劳的结果。内固定器械受周期性负荷而导致疲劳。结合国内外在椎弓根螺钉内固定疲劳生物力学方面的研究综述如下：

1 椎弓根螺钉疲劳指标

Yamgata等[3]认为要研究椎弓根螺钉内固定生物力学疲劳特性，应从下面3个方面确定：①螺钉强度——疲劳次数关系：就是测定螺钉植入后其强度与周期性负荷次数（疲劳次数）关系；②测定螺钉旋入/出力矩。这具指标能表明螺钉固定疲劳前后的力矩变化，代表期疲劳程度；③螺钉最大轴向拔出力，表示钉一骨界面紧握力牢固性。Wittenberg等也研究了强度一疲劳次数关系，并发现螺钉固定强度随疲劳次数增加而下降。Zdeblick等[3]研究螺钉旋入/出力矩与疲劳次数关系，并指出力矩随疲劳总人数增加下降。轴向拔出力也下降；钉一骨界面轴向拔出力也随疲劳次数增加而下降。

材料选择，Smith[5]认为椎弓根螺钉内固定生物力学体外试验标本材料有3个来源：①人尸体脊柱标本，最佳是人新鲜尸体脊术，但来源有限；②人工摹拟脊柱，人工按脊柱椎体骨质等特点仿造出脊柱标本，在制造过程中可人为设计安置各种电子测定元件，有利于试验记录测量，但与人体脊柱质、量等各方面相差大；③动物新鲜脊柱标本，目前常用是牛的脊柱，Eilke等[6]应用小牛的胸6至腰6脊柱段与人胸腰椎脊柱段进行体外比较生物力学试验，得出试验结果进行统计分析无差异，所以他认为在体外生物力学试验可用小牛脊柱代替人脊柱当试验材料。人活体内研究因条件及医学伦理限制，很少研究。

椎弓根螺钉内固定疲劳试验研究方法及仪器：椎弓根螺钉内固定试验是摹拟内固定器械在体内受脊柱三维六自由度周期负荷作用下生物力学疲劳变化规律。研究较复杂，仪器测试要求高。目前没有规范的标准。Goel等[7]认为一种标准体外疲劳试验一定要做到对椎弓根螺钉内固定器械进行摹拟在体测试，获得不同负荷周期性作用下测出强度-疲劳次数关系曲线。疲劳试验80年代前大都是没有内固定器下的单纯标本人工机械试验。随着电子技术发展，90年代后自动化的试验机器完全代替人工机械方法，他介绍了美国明尼苏达州制造的双轴液压伺服生物材料测试系统即MTS试验机。该机优点能摹拟人体脊柱在维六自由度运动，即能旋转、拉伸、周期性加载荷，测定过程全自动化计算机控制，减少人为误差，同时测定强度一疲劳次数曲线、拔出力和力矩，被认为是目前先进的生物力学试验系统。 smith[5]也持相同观点而且建议体外生物力学试验研究程序化：试验原理度量科学化试验目的试验仪器选择负荷加载选定（目前没有具体标准）标本固定安装测度系统准备收集试验资料统计分析、讨论。另外Yamagata等[3]介绍日本京都制造通用疲劳试验机。该机也是电子程控测试，但仅测出强度-疲劳次数关系单项指标。还有方法仅测出力矩，或仅侧刚度，或仅测拔出力等单项指标。

2 影响椎弓根螺钉内固定生物力学疲劳特性的因素

①椎体骨密度（BMD） 椎弓根及椎体骨密度对其螺钉固定疲劳生物力学是主要影响因素。Halvorson等[8]用双光子骨密度测定仪测定标本椎体骨密度，分成正常组：1.17±0.08g/cm2；骨质疏松组：0.818±0.05g/cm2。发现正常骨质密度组平均轴向挨出力为1540±361N；而骨质疏松组为206±159N。即螺钉轴向拔出力与椎体骨密度呈正相关。Okuyama等[9]认为BMD每降低10mg/ml。螺钉最在拔出力约减少60N。Kumano等[10]认为Ⅲº骨质疏松螺钉轴向拔出力100N以下，很容易松动脱出，所以建议Ⅲº骨质疏松不要直接用椎弓根螺钉固定。其它研究也证明骨密度对螺钉固定力矩、强度等有重要影响，且呈正相关[11-14]。

②椎弓根螺钉横截面积大小和螺钉形态、长度、固定深度 Brantley等[21]研究指出椎弓根螺钉横截面积大小对椎弓根横截面积占有70%以上才有足够的固定强度；少于这个比例的螺钉则易疲劳松脱。但是当螺钉截面积增大到占椎弓根横截面积90%时，再增加螺钉直径，没有明显增加固定强度，反面易使椎弓根爆裂骨折。由于椎弓根横截面积有限，所以螺钉大小其横截面积为椎弓根横截面积的0.7-0.9之间为好。螺钉长度增加，固定深度加深也有增强固定强度、防止疲劳作用。但固定深度椎体大小和椎弓根长度的限制。他指出当固定深度为螺钉进入椎弓根穿刺点到椎弓根轴线与椎体前缘交点连线距离80%深度时（原则是螺钉尖端不要穿过椎体前缘皮质）螺钉固定强度已足够，再增加固定深度无明显增加其固定强度。所以增加固定深度亦有限。还指出螺钉大小、长度、深度对中度以上骨质疏松者没有增加固定强度。Zdeblik等[4]研究螺钉大小对扭力矩强度有正相关，即螺钉直径加大，扭力矩可相应增加。Kwok等[15]在人尸体上研究比较柱形螺钉和锥形螺钉旋入力矩和轴向拔出力。发现锥形螺钉能增强旋入力矩。柱形钉无此作用。但两者轴向拔出力无差别。

③椎弓根长、宽、高 Mckinley等用人工脊柱摹拟椎弓根长、宽、高，并研究长、宽、高对螺钉负荷弯力矩作用，结果发现螺钉负荷弯力矩与椎弓根高成负相关，与椎弓根长度正相关，宽度对螺钉负荷弯力矩无明显作用。

④螺钉孔道准备方法及固定方向 George等[17]用钻头准备孔道和用定位探子打出孔道方法，并比较2种方法准备孔道后螺钉固定轴向拔出力，结果两者无统计学差异，但指出用钻头钻法准备钉孔道定位不准，易造成椎弓根撕裂，而降低固定强度。Ronderos等[18]研究用击打和非击打2种方法准备进行螺钉固定测其钉-骨界面拔出力。还有Halrorson等[8]用比螺钉直径小1mm或相等的两种攻丝准备孔道，测螺钉轴向拔出力，结果发现用小的攻丝锥准备的孔道螺钉轴向拔出力要大于用与螺钉直径等大的攻丝锥备成的孔道螺钉向拔出力。

⑤医生手术熟练程度及技术水平 Stauber等[19]认为椎弓根定位不准确常使螺钉固定穿出椎弓根，破坏了椎弓根骨床质量，降低了固定强度，也易造成神经损伤。因此有应用光纤内窥镜来探查螺钉孔道定位情况，以提高螺钉固定定位的准确性。

⑥螺钉质量螺钉质量（包括所选用合金材料种类的好坏、刚度强度大小、生产工艺高低等）对其椎弓根固定稳定性、牢固性很重要。发现经椎弓根螺钉固定后螺钉弯曲或折断，Esses等[1]认为是与螺钉机械强度不够、刚度达不到内固定的要求、质量不合格有关。Matsuzaki等认为发生断钉是螺钉质量不过关的典型表现，他认为一定要对每一种螺钉等器械应用于临床前进行材料生物力学检测，质量合格后才能应用。

⑦负荷大小、周期性次数 Goel等[7]指出疲劳试验研究基本特征是在人为条件下，施加一定量的预负荷于标本，在一定的频率下周期性作用于内固定器械来研究其疲劳反应及其变化规律。但目前不同试验研究的预负荷、频率、周期性负荷次数都不统一。Cunningham.等[21]研究结果表明：①在400N水平VSP、LSOLA、TSRH、加压CD棒系统疲劳次数超过100万次；②在500N水平VSP、ISOLA、TSKH、加压CD棒系统疲劳次数达60万次时出现疲劳；③在600N水平，4种器械内固定系统平均20万次即出现疲劳反应。可见椎弓根螺钉内疲劳与其受力、疲劳次数、频率均有关。Myers等[13]用MTS对单根螺钉固定进行疲劳试验，测其轴向拔出力，表明疲劳次数增加，拔出力下降。在相同疲劳条件下，Wittenberg等[2]AO螺钉平均73300次出现疲劳，VSP螺钉平均20800次出现疲劳，强度-疲劳次数关系，结果发现螺钉固定强度随疲劳次数增加而下降，但不是线性相关。疲劳次数低于4000次时，各螺钉固定强度无统计学差异。

3 预防椎弓根螺钉固定疲劳的措施

预防椎弓根螺钉固定目的是要获得牢固稳定的内固定以达到临床治疗目的。因此防止预防椎弓根螺钉固定产生疲劳问题又成为人们研究的热点。提高骨密度，防止骨质疏松是经椎弓根螺钉固定稳定牢固的基础[12]。Pfeiffer等[12]对Ⅲº骨质疏松者准备螺钉孔道后，用适量PMMA骨水泥填入孔道再拧入螺钉固定，结果可以提高螺钉轴向拔出力，固定更牢靠稳定，从而防止疲劳。Chiba等[22]研究通过附加椎板钩辅助固定可能减少椎弓根螺钉负荷而减少疲劳发生。Stovall等[23]研究腰骶椎融合术时也应用附加椎板钩辅助固定，也明显增强内固定牢固性。Dick等[24]研究在椎弓根螺钉骨固定器械两侧纵行板或棍间用横杆连结装置可以提高其固定强度，有利于防止疲劳。Lim[25]又研究了横杆连结装置最佳位置，认为双横杆最佳位置是近侧端杆位于纵行板或棍1/4处作用最大；远侧横杆应位于纵杆1/8处起作用大。另外，提高外科医生手术技术水平、技巧、熟练程度，对椎弓根螺钉内固定牢固稳定、降低疲劳也是一项重要措施。

4 椎弓根螺钉疲劳研究存在问题

虽然椎弓根螺钉疲劳生物力学研究做了许多工作，但有些方面有待进一步研究，主要有：①不同年龄段疲劳指标正常参考值没有确立；②疲劳与螺钉受力方向的关系没有报道；③中国人应用椎弓根螺钉的疲劳生物力学研究。 5 参考文献

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