肌肉的主要生物力学特征精选(九篇)

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第1篇：肌肉的主要生物力学特征范文

【关键词】皮划艇（静水）；项目特征；生物力学；研究应用

一、前言

皮划艇（静水）200m作为全新纳入奥运会中的比赛项目。其相比较于500米以及1000米而言，距离更短，竞争也相对更为激烈，因此该项目对于运动员的技术以及素质有着更高的要求，使得该项目的运动特征受到了大量运动员以及科研人员的重视。研究项目特征以及生物力学有着极为现实的意义，对我国的体育竞技水平有着极大的促进作用。

二、项目特征研究

1.运动环境

作为水上运动中的一个项目，皮划艇项目中的艇和人的重心在上面，浮力中心则在下面，一旦出现偏差便会出现翻转力矩，导致人艇系统将会持续在不平稳状态。该项运动要保证运动员在不平衡过程中可以很好的控制身体姿势，运用正确的划桨动作使艇得到水的推动力[1]。若艇处于不平衡状态中，为了使艇可以平稳而快速的前进，将对运动员的身体控制能力以及平衡力有着极高的要求。

2.运动属性

该项目一般的比赛时间处于40s～60s间，和300米短跑所需时间相近，然而却和短跑要克服重力进行大肌肉群做工有所不同，皮划艇不需要进行承受重力，因此肌肉群的负荷较小。主要是进行磷酸原系统以及乳酸糖酵解进行供能，主要是进行无氧供能，消耗的全部能量中仅仅有10%～20%为有氧供能，比赛全程是一种力竭性做功过程[2]。皮划艇作为一项快速无氧为主进行周期性的项目，运动员对于耐力、速度力量、乳酸耐受力和最大力量等能力都有着极高的要求。

3.竞速结构

竞速结构就是在皮划艇比赛的整个过程中对各阶段所需速度加以分配以及节奏安排，研究人员通常将皮划艇全程分为起航、加速以及途中与冲刺四个部分。合理的竞速结构能够对运动员所具有的生物学机制进行最大程度的调动。由于皮划艇是一项水上运动，在处于静止过程中保持平衡非常困难，在起航前将会出现显著地晃动，所以要将比赛全程分为航前准备、冲刺、起航以及途中四个阶段。

航前准备阶段是使艇保持静止于水面上得到出发指令，但是由于皮划艇相对较窄，一旦运动员重心稳定性不佳，要想保证整体的平衡，便要调动大量的肌肉进行维持平衡，将会使划桨做功的肌肉量下降，对出发后的第一浆划行质量造成不利影响，最终对比赛成绩造成影响。所以航前准备对于平衡能力以及中心稳定性有着极高的要求。起航阶段是由静止不断加速至稳定状态，此时要保证一个合理的浆频，并非是浆频越快越好，一旦频率过快将会对体能造成极大的消耗。途中阶段此时艇速非常稳定，此阶段时间以及路程都很长，只有控制好浆频以及划桨节奏，确保一个稳定的途中速度，便要利用速度力量对途中速度加以不断的维持。冲刺阶段则要具有极强的爆发力，在确保每浆效果的基础上最大限度提升浆频，以此来取得最快速度，此时艇速呈现显著地提升。

三、生物力学方法应用和展望

运动生物力学对于竞技体育领域而言，主要是将其运用在合理的训练以及测试中，以技术角度实现对运动员的监控。主要的监控形式对运动员的实时运动技术动力学参数以及运动学参数进行测定，同时对参数做出诊断以及评价，以此作为指导运动技术所学的理论基础。录像解析作为运动学指标获取的主要手段，将划桨过程中的身体、艇速、浆角以及位移等方面的角度、角速度的变化情况加以分析，以此作为训练的技术支撑。在皮划艇前进过程中流水和浆叶间存在的相互作用不仅仅是主要的动力源，同时也是重要的阻力源，对水-浆作用力已经成为主要的动力学研究指标[3]。采用三维运动学能够将皮划艇中水面上的所有的运动指标进行获取，然而在皮划艇监控当中，对艇运动现象造成的原因解释主要是利用水流动力学，从而实现对运动技术进行正确的评价。

四、结语

皮划艇运动相比其他运动而言，对运动员所具有的平衡力以及身体控制能力有着较高的要求。作为皮划艇项目研究中最为关键的阶段，起航准备将对整个比赛成绩造成直接的影响。皮划艇运动对于运动员体能要求相对较高，要想提高比赛成绩，便要在体能的基础上对能量的利用率加以不断的提升。而生物力学将是一种完善运动技术的重要方式，也将是今后研究的重点内容。通过不断的研究提升我国的皮划艇竞技水平，使我国成为一个运动强国。

参考文献：

[1]赵云涛，曹妮娜.浅谈在动作和能量代谢视角下如何进行静水皮划艇项目训练[J].科技展望，2016，07（07）：266+268.

第2篇：肌肉的主要生物力学特征范文

关键词：网球运动 正手击球 技术动作 运动动作形式

中图分类号：G845 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（a）-0218-02

1 正手技术的特点

正手技术是运用最多的一种击球技术，是比赛中进攻得分的主要方式，是网球技术的基础。根据网球的正手技术动作的结构，可分为准备姿势，引拍，向前挥拍，触球、随挥五部分。正手技术动作要根据人体动作的基本运动特征和规律，需要各肌群合理的协调运用，充分利用好人体的协调链。即身体的协调配合，严格按照肌肉的发力顺序来完成正手技术动作，利用好人体协调链的体节转换，踝、膝、髋、躯干、肩、肘、腕等关节的发力顺序来完成正手技术动作。正手威胁巨大，适用于各种战术，可以打出强烈的上旋球和快速的平击球。战术执行也更多的借助正手来稳定的完成。在底线的对峙中，正手击球范围大，能更快的移动到位，适合不同的来球，是最有效的进攻和防守方式，侧身正拍的经常使用就能说明正拍技术是首选。正拍击球直接反映出你的技术水平的高低，对比赛的结果产生深远的影响，因此，要更好的运用正手技术来掌握主动权。

2 正手技术动作的肌肉工作原理

网球正手技术动作是协调连贯的全身性的运动。任何一个动作都是许多肌肉在神经系统的支配下共同参与、相互协作完成的。肌肉的收缩会产生能量，工作原理是大关节带动小关节和大肌群带动小肌群，人体肌肉的对称性，完成每一个动作都有不同的肌肉工作形式。正手击球的动作结构涉及到人体上肢、躯干和下肢等关节的运动及肌肉的工作。击球过程中，大肌肉群的发力与小肌肉群的控制相互配合，不仅依靠手臂力量，而且必须借助下肢充分蹬转产生的力量，全身的协调用力以获得最大的爆发力，进而击出理想的球。其力量来源是下肢的蹬伸，躯干的转动，上肢的鞭打传导到拍头而产生力量。击球时，动作要符合大肌肉群优先的原则，各相关肌肉在拉长的条件下，首先是下肢、躯干等大肌肉的用力，然后才是各关节的小肌肉群加速用力，其顺序是下肢蹬伸―躯干侧转―伸肩―伸肘―前臂内旋―上臂转动―手腕屈。

3 正手技术动作的力学原理

3.1 正手技术动作的运动学原理

动作的运动学特征或外貌特征，包含了时间特征、空间特征、时空特征。正手击球的运动学特征表现在击球点上，击球点是否合适，影响着运动员击球的力量、速度、角度、弧度，将决定着击球质量的好坏。所以击球时要从时间节奏、空间位移和轨迹、时空上的快慢来调整动作。所谓击球点是运动员击球时球拍与球相接触那一点的时间、空间位置。击球点包括了三个方面的内容：第一，球拍和球的接触点距地面的高度；第二，接触点距身体的前后距离；第三，距身体的左右距离。尤其是在移动中击球、面对不同的来球时，更需要从运动学的时间、空间、时空来调整动作。

3.2 正手技术动作的动力学原理

力是物体间的相互作用，人体动作的实现是内外力共同作用的结果，内力主要是肌肉力，外力表现在外部介质的作用。人体运动只有受到外力的作用下才会改变运动状态，正手击球的主要外力有重力、支撑反作用力、弹性力、摩擦力、流体作用力、向心力。

动量用以描述一定质量的物体在一定状态下运动量的物理量。相同质量的物体，运动速度越大动量就越大。运动中增加冲量可以增加人体或物体的运动速度，增加冲量通常是加大施力工作距离来实现。其力学机制是：一方面使原动肌充分拉长和旋外，以提高肌肉的爆发式收缩力和旋内的向心力，如正手击球时加大引拍；另一方面可延长最后用力的工作距离，则要以最快的速度完成这段工作距离，以达到提高击球速度的目的，如触球时，要延长球和球拍向前运行的距离，因为球拍触球时，球的速度是先减速再加速的过程，此过程的完成需要一段距离。但是要在最快的时间里完成这段距离以提高击球速度。

惯性是物体在不受外力作用时，保持其原有运动状态不变的性质。物体质量越大，惯性越大。转动惯量是度量转动物体惯性的物理量，转动惯量的大小与物体质点系到转轴距离的平方成正比。转动惯量与转动速度是相互变化的，增大转动惯量就会减小转动速度，增大转动速度就会减小转动惯量。如正手击球时，以肩为轴，直臂击球时的转动惯量大，但转动速度小；屈臂击球时转动速度快，但转动惯量小，所以正手技术动作要保持一定的夹角，既要利用转动惯量也要利用转动速度。

综上，增加冲量可以增加击球的速度，增加转动惯量和转动速度可以增加击球速度。所以正手击球时，要保持正确的姿势，利用好动力及力的转化，加大内外力，加大作用距离，加大冲量，加大转动惯量同时也要加大转动速度来增加正手击球的动力速度。

3.3 正手技术动作的运动生物力学原理

网球技术动作的生物力学原理主要包括平衡、惯性、反作用力、动量、弹性能和协调链这几方面。动量就是人体产生的力量（质量乘速度）。动量有两种类型：线动量和角动量。线动量，即直线型运动，是简单的将身体重心移向你正在击球的方向。角动量，即在一圆周运动中的动量，则产生于髋部和上体的转动。人体协调链是指“体节的作用就像由一个环或身体的一部分产生的力量转换成一环套一环的链条系统”（格罗佩尔，1984）。这些体节的最佳协调（时机）将允许从一个体节移至另一体节，有效地转换为全身的加速度，先前的人体部分的速度补充至下一体节，该体节将自身的速度补充至累积的总速度，如此连续进行直至体节顺序的最后部分，此时，球拍用全部积累的速度对着来球最大限度地加速[1]。要遵循大关节带小关节的顺序性原理，才能产生良好的用力环节，产生最后的速度力量。由于人体的下肢力量大并支撑着身体，所以击球时人体各环节按照踝、膝、髋、躯干、肩、肘、腕的顺序进行活动。

4 正手技术动作分析

4.1 准备姿势和引拍

下肢腿部分开并保持平衡，引拍动作开始于髋部和肩部次序的向后转动，肩部的转动带动手臂引拍。低重心可以获得启动的更大惯性，蹬地产生反作用力，重力线落在支撑面中心身体最稳定。若是快速移动，则重力线应落在最可能发生运动的方向的支撑面边缘。若是运动方向无法确定，一般将重力线移至支撑面的前方边缘，这样能为任何方向的快速移动做好准备。开放式站位可以产生更快的转动动量和更快的回击球。

躯干和上体的向后转动，可以提前牵张腹部和胸部的大肌组，以便产生能量。肩部转动幅度大于髋部，这对拉长肌肉组织具有一定的作用，可以增大腿部力量的传递，产生转动效应。

上肢肩部的转动带动手臂引拍，球拍和手臂离身体越近向后引拍越容易，因为减小了转动惯量增大了转动速度。能量储存在肩关节、肘关节和腕关节。通过动体链的这些部分逐渐加大力量。

4.2 向前挥拍

下肢蹬地向前转髋转体，躯干和上体向前移动。此过程主要是为线动量转化为角动量而获得力量，因为网球的主流击球方式主要是以身体轴为中心，靠转轴点来形成角动量。此时身体重心与根基边缘的距离变宽更稳定，蹬地伸膝就产生线动量， 当双腿和双脚停止向前移动，用力蹬地促使上体转动，线动量就转换为角动量，从而增加了角动量产生击球的力量。根据协调链，髋部把下肢的力量传导至上肢到拍头，起着中枢轴的作用，所以蹬地后要转髋，产生力量的传导。地面反作用力可以用来克服身体自然的惯性，否则身体将继续向前移动。

躯干和上体向前移动，腹部肌肉、手臂肌肉收缩旋内，产生爆发式收缩力增加击球冲量，屈臂增大转动的速度，提高线动量转化为角动量。体重越大越平稳，但移动和停止移动则更难，重心离根基边缘越近越难以保持平衡。

上肢手臂的动作要稍晚于髋和下肢动作，头和肩部保持平衡和相对静止，这样更易于保持平衡。头部静止，肩部放松对保持平衡很重要。

4.3 触球

下肢的蹬伸，躯干的转动，上肢的鞭打，利用好人体协调链的体节转换，踝、膝、髋、躯干、肩、肘、腕等关节的发力顺序，按照下肢蹬伸―躯干侧转―伸肩―伸肘―前臂内旋―上臂转动―手腕屈的发力顺序来完成正手技术动作。

身体轴稳定，适度的屈膝、屈臂屈肘产生的冲量和转动速度，促使更大角动量的形成，蹬地动作产生的离心力通常会使你离开地面。

躯干和上体的身体动作是，正确利用身体各部分，适度握紧球拍防止击球点偏离，手腕后屈防止击球瞬间的晃动。掌握好时机，利用身体的协调链，拍头产生的速度作为角动量。

头和肩部必须保持在一条直线上以保持平衡，肩部带动手臂动作。因为击球最快的挥拍速度来源于肩部向内转动。

4.4 随挥

下肢蹬转，躯干转动，手臂鞭打保持击球加速度的距离，随后再随惯性挥拍贴近身体。鞋和地面的摩擦，摩擦力从线动量转移至角动量。正确的利用协调链可加快拍头速度，产生角动量是提高拍头速度的根本。球拍和手臂随惯性减速，肌肉放松，能量释放，就形成了任何力量的转动力矩。球拍和手臂贴近身体，正确的把握使用身体各个部分的时机。

5 结语

网球正手技术是网球运动基础，要想打出有效果的正手，需要对正手技术动作力学原理有一个完整的认识。动作各环节都处于一个协调链中，要按照协调链的顺序来完成击球动作；肌肉的牵张收缩和旋内的向心运动产生力量；增加击球冲量、增加转动惯量、增加转动速度，促使线动量和角动量的转换形成。全身协调有序地用力，线动量和角动量完美结合，把体节的累积速度和全身的力量连贯地传导至球拍上，在恰当的击球点击出一记好球。

参考文献

[1] 中国网球协会中级教练员手册.中国网球协会审定.2010.

[2] 全国体育学院教材委员会.运动生物力学[M].北京：人民体育出版社，2008.

[3] 马艳辉.网球正手击球过程中触球动作的生物力学分析[J].竞技论坛，2011，（3）：24-26.

第3篇：肌肉的主要生物力学特征范文

关键词：初中；立定跳远；力学；学教法

一、问题的提出

不同阶段，学生的力量、速度、耐力、灵敏和柔韧等身体素质各不相同，为此，教师必须在不同的阶段，根据学生的身体素质情况，选择不同的体育项目，供学生练习、锻炼。初中阶段是学生力量素质发展的敏感期，此时，教师必须增加力量教学和训练比重。各种跳跃运动是发展力量素质的最好方法，立定跳远作为提高学生下肢力量、爆发力的运动项目，没有过多的条件约束、简便易行，是训练学生下肢力量及爆发力的一项重要运动，能够有效地提高学生的身体素质。因此，为了提高学生立定跳远的成绩，本文就利用运动生物力学原理对立定跳远技术进行了分析，以期通过理论指导学生实践，使学生掌握正确的练习方法。

二、研究对象与方法

本文以立定跳远运动为研究对象，从生物力学角度谈起，就其学练法进行了一番梳理，研究过程中运用到了文献法、教学实践法以及总结提炼法等。

三、结果与分析

（一）立定跳远成绩的组成分析

如图1所示，立定跳远的成绩S=S1+S2+S3。S1是双脚起跳离地瞬间身体重心投影点至起跳点之间的距离，S1的大小取决于三个因素：一是身高、腿长，身高腿长在起跳角不变的情况下，重心高则S1增大；二是对于同一练习者，起跳角a的角度越小，S1越大，角度越大，S1越小，但这并不等于说起跳角a的角度越小，立定跳远成绩会越好；三是起跳脚离地瞬间练习者髋、膝、踝三关节及趾关节蹬伸的伸展程度，蹬伸程度越充分则S1越大。S2是起跳脚离地瞬间重心在重心高度水平的抛射距离，根据抛射公式S2=V2×sin2a/g，g为重力加速度是常量，由此可见，S2取决于腾起初速度和抛射角度，腾起初速度越大，则S2也越大，理论上在a=45°时S2最大，但由于空气阻力（可以忽略不计）及考虑S3，实践中a﹤45°，理论证实a=42°时，S2+S3有最大值，这主要是因双脚着地瞬间身体重心低于起跳脚离地瞬间身体重心之故。S3是重心回落到起跳离地重心高度水平线至双脚着地间的距离，它由身高和落地技术动作决定，尽可能收腹举腿、双臂后摆并使双腿较大幅度前伸而又不至于身体后倒的落地技术能获得较大的S3。

（二）立定跳远的生物力学分析

1.起跳技术分析

（1）关节蹬伸速度、幅度。立定跳远的远度主要由髋、膝、踝快速蹬伸及趾关节的末端参与作用而获得，其中各关节的蹬伸速度、蹬伸幅度及协调发力顺序是决定学生立定跳远成绩的关键技术。立定跳远起跳过程可分为下蹲和蹬伸两个环节，前一环节是后一环节的准备和基础，动作质量的好坏对后一环节有着重要的影响。起跳的任务是使人体获得最大腾起初速度及最佳腾起角。根据公式V=2H/t可知，加大起跳时工作距离H，缩短起跳时间t，可以增大腾起的初速度。良好的下蹲动作能为蹬伸创造条件，而下蹲动作能使下肢三关节处于最佳的发力角度，为蹬伸环节做好必要的准备。最大下蹲时下肢三关节角度的不同，会直接影响蹬伸效果，进而影响起跳效果。而最大下蹲过后，下肢关节在短时间内迅速伸展，给地面以爆发性力量蹬离地面的过程称为蹬伸环节。此时，肌肉的工作形式经由下蹲阶段的离心收缩、等长收缩、迅速转变为向心收缩。下蹲阶段伸膝肌群被动拉长，这样，一方面大腿伸展肌群能贮存大量的弹性势能，另一方面肌丝也有了一定的初长度（如果是最适初长度那当然是最好），这就可以使起跳脚对地面施加更大的作用力，从而产生较大的垂直作用力。此外，适宜的下蹲幅度，也能使下肢肌处于最适初长度，产生最快的收缩速度及最大的收缩力量，提高起跳效果。

研究资料证实，120°-140°是膝关节的最佳发力角度，立定跳远准备起跳时，膝关节角度小于最佳发力角度，对于成绩的提高是有利的，一般都从90°左右开始蹬伸发力，且蹬伸过程中，膝关节的角度必须超过135°，有研究显示“膝关节角在135°以上的范围进行发力时，屈膝肌群（股二头肌、半腱肌、半膜肌、腓肠肌）积极参与伸膝活动，其发挥的力量较大，而且随着膝关节角度的增加而增大”。当然，双脚起跳脚离地瞬间，理想的下肢姿势是髋、膝、踝三关节完全伸直，这样既能充分发挥三关节的肌肉力量，使力的作用点通过身体重心，又能增大力的做功距离，使双脚离地瞬间有较高的身体重心。踝关节与髋关节和膝关节相比是小关节，但在立定跳远项目中却有着非常重要的作用。“起跳阶段踝关节的屈伸能力决定起跳阶段的蹬伸程度，踝关节在跳高起跳过程中起着关键作用。”踝关节的柔韧性和肌肉力量是影响立定跳远成绩的两个重要指标，因此在立定跳远练习中我们应对学生的踝关节进行有针对性的柔韧性和力量训练，采用多种方法与手段以提高学生的踝关节力量与伸展幅度。下肢三关节的协调用力能力对立定跳远成绩也起着至关重要的作用。根据大关节先运动原理，立定跳远首先应当是髋关节进行发力，其次是膝关节，最后是踝关节进行用力。这种协调用力能力就如同加速度逐渐减小的变加速运动，加速度逐渐在减小，但速度却不断增大。三关节完全伸直后，就能使作用力通过身体重心，提高力的利用率，进而提高起跳效果。

（2）两臂摆动速度及幅度。在起跳阶段，当两臂加速上摆时，身体会产生一个方向向下的作用力，此力通过起跳腿传递到地面，从而增大了人体对地面的垂直作用力，同时地面也会给人体一个大小相等而方向相反的作用力。这样，在起跳结束瞬间，运动员就可获得一个较大的垂直速度，从而跳到更高的高度。在起跳瞬间，手臂的摆动对起跳效果有着非常重要的作用。从生物力学角度来讲，手臂的摆动速度应越大越好，当双腿下蹲缓冲时，两臂由身后较高位置加速向下摆动，可以减小起跳腿对地面的作用力，避免起跳腿受力过大而过度屈曲，影响起跳效果。而在起跳蹬伸阶段，两臂加速向上摆动，会对躯干施加向下的作用力，这种作用力通过起跳腿传至地面，进一步增加了起跳腿对地面的垂直作用力，根据牛顿第三定律，此时地面也会给人体一个大小相等、方向相反的反作用力，与不摆臂或摆臂速度很小相比，将引发地面作用于人体更大的反作用力。这样在运动员起跳结束瞬间，由于力的增加便能产生更大的垂直速度。另外，双臂摆动后上举，也可以提高人体重心的位置。有研究显示，双臂及摆动腿完全向上伸直，可以使重心提高约身高的1/10。当起跳结束瞬间，双臂快速制动，其惯性力的方向是向上的，能对起跳腿起到减压的作用，对起跳腿的三关节快速蹬伸，特别是对力量较弱的踝关节快速大幅度伸展有着重要作用，对快速拔腰、提肩，带动身体重心快速上升有积极作用。理想的手臂动作，应是下蹲结束瞬间，两臂在体后尽可能高的位置；在蹬伸阶段，两臂应该向下、向前和向上快速有力地摆动。在摆动时，肘关节不应太弯曲，理想的角度大约在90°与完全伸直之间。我们可以用双臂向上摆动的平均垂直速度和摆动幅度来评定摆动效果。在起跳过程中，双臂摆动的平均垂直速度当然是越大越好，还应有较大的摆动幅度。这对于提肩拔腰动作和双脚离地瞬间的身体重心高度都有影响。需要注意的是，臂的摆动幅度并非越大越好，但一般双臂的肘关节不应低于肩关节，这样才能形成有力的摆动和制动，提高起跳效果。

2.腾空阶段技术分析

当双脚离地瞬间起跳动作完成，人体便以初速度V进入斜抛的腾空阶段。当人体重心达到最高点开始下降时，上体要积极下压，同时双臂也应迅速向前下方摆动，并同时收腹举腿，同时为落地动作做好积极的准备。这不仅要求学生有积极的落地意识，还要求其有较强的腰腹肌力量。

3.落地阶段技术分析

当双脚与地面接触瞬间，身体各相应关节应进行积极的屈曲缓冲，双臂积极向后下方摆动并积极制动。当人体通过下肢与地面相互作用时，下肢各关节肌肉虽积极收缩，但由于重力的作用，仍被拉长作离心收缩，完成退让工作。由冲量定理可知，Ft=mv，F=mv /t，mg为人体体重是定量，因此若想减小人体落地时对地面的冲击力，就必须延长力的作用时间。这种缓冲动作对于动作的顺利完成及人体保护有重要的作用。

（三）立定跳远的学、练法分析

1.踝关节的力量及柔韧性学、练

通过力学及技术分析，我们可知道踝关节虽然相对于髋关节和膝关节是小关节，但它的力量及柔韧性对立定跳远同样有着非常重要的作用。

（1）僵尸跳：这主要是用来发展踝关节、小腿和足弓肌群的肌肉力量。双手叉腰或自然下垂，髋关节和膝关节伸直，主要以踝关节的屈伸来完成动作。要求：两脚左右开立、平行向前，等于或略小于肩宽，起跳时踝关节尽最大幅度伸展，落地时用前脚掌着地屈踝缓冲，接着再跳起，每次练习50-60次，练习4-5组。

（2）单脚僵尸跳：发展小腿、脚掌和踝关节力量。上体正直，膝部伸直，单脚向上跳起。跳时主要是用踝关节的力量，用前脚掌快速蹬地跳起，离地时脚面绷直，脚尖向下。原地跳时，不规定跳的次数，以踝关节发酸为准，然后换脚。每次练习重复4-5次。

（3）跪膝：此项练习在游泳初级训练中较为多用，主要用来发展踝关节柔韧性。要求双膝、双踝靠拢跪于地面，臀部坐于双脚后跟之上。每次练习3-5分钟。

2.膝关节技术、力量及摆臂配合学、练

膝关节是人体大关节，其力量的强弱直接影响着学生的立定跳远成绩。

（1）蹲跳起：主要发展腿部肌肉和踝关节肌肉力量。双脚左右开立，脚尖平行，等于或略小于肩宽，屈膝向下半蹲（膝关节角度最好等于90°），肘关节角度约120°，两臂自然后摆，起跳时两臂迅速有力地向前上摆，肘关节不低于肩关节，当脚尖等离地面时迅速制动，起跳时两腿迅速蹬伸，使髋、膝、踝三个关节充分伸展，身体成一直线，最后用脚尖蹬离地面向上跳起，落地时用前脚掌着地屈膝、曲踝缓冲，接着再跳起。每次练习25—30次，重复3—4组。

（2）连续蛙跳：主要发展下肢肌肉力量、起跳技术及上下肢的协调蹬摆能力。双脚左右开立，脚尖平行，等于或略小于肩宽，屈膝向下半蹲，当膝关节下蹲至90°时开始蹬伸发力准备起跳，肘关节角度约120°，下蹲时两臂自然后摆，起跳时两臂迅速有力地向前上摆，摆动幅度为肘关节不低于肩关节，当脚尖蹬离地面时迅速制动，起跳时两腿迅速蹬伸，使髋、膝、踝三个关节充分伸展，身体成一直线，最后用脚尖蹬离地面向上跳起，落地时用全脚掌着地屈膝、曲踝缓冲，当膝关节缓冲到90°时，双臂摆至身体后下方，接着再跳起。每次练习10跳，重复3组。开始对远度不提出过多要求，主要以练习上下肢的协调技术为主，因为动作技能的形成是一个复杂的、链锁的、本体感受的过程，只有在技能形成后，才能逐渐提高强度，打破动作平衡，重新建立动作平衡。

（3）跳伸练习：主要发展大腿肌肉退让性工作能力。双脚平行站立于约50cm的台阶上，向前下方跳出，双脚落于小垫子上屈膝缓冲，当膝关节被动屈曲至90°时双臂由前上方摆至身体后下方，同时快速蹬伸、摆臂向前上方跳出，要求下肢三关节完全伸直，肘关节摆至肩关节上方，突然制动。每次练习6—8次，重复3—4组。膝关节这种退让性工作能力增强，可以提高起跳时下蹲的速度，使退让性工作肌群产生更大的弹性势能，缩短起跳时间，从而获得更大的初速度，提高学生立定跳远成绩。

（4）哑铃摆臂：主要发展上肢及肩带力量。手持哑铃肘关节成120°，双脚成左右前弓步前后摆臂，要求摆动幅度要大，每组练习50—60次，重复4—5组；两脚尖平行等于或略小于肩宽左右开立，双手持哑铃从体侧至双臂水平再至两臂肩上举，每组练习30次，重复3组。

（5）手持哑铃双脚左右开立跳：主要发展踝关节、肩带力量及上下肢协调能力。两脚开立至少大于肩宽，开立时双臂摆至水平，并拢时摆至体侧，要求动作连贯，节奏感强。每次练习30—40次，重复3—4组。

3.起跳角度及落地技术练习

图2

实践中我们发现，学生起跳角度几乎没有过大而都是偏小，为了纠正学生的这一错误动作，教师可利用小垫子来提高学生的起跳角度，如图2所示。小垫子斜面与地面成42°角，要求起跳时身体成一直线与垫子平面平行，当身体重心达到最高点时收腹举腿，积极准备落地动作。为了能够更好地完成收腹举腿动作及意识，我们应尽量让学生采用跳远中的滑坐式落地方式，有小垫子的保护，这种落地方式已成为可能。

四、结语

通过立定跳远的生物力学分析，我们得知影响立定跳远成绩的主要因素是下肢三关节肌肉力量及蹬伸幅度、起跳角度及上肢摆臂技术。有了理论指导，我们便可以有针对性地进行学、练，从而提高练习效果。

参考文献：

1.运动生物力学编写组.运动生物力学[M].人民体育出版社，1981.

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5.陆阿明，徐立峰，吴金全，陆勤芳.儿童少年立定跳远蹬伸动作下肢关节运动特征初探[A].第十一届全国运动生物力学学术交流大会论文汇编（摘要）[C].2006.

第4篇：肌肉的主要生物力学特征范文

[关键词]下颌角截骨整形;三维有限元;生物力学

[中图分类号]R782.2[文献标识码]A[文章编号]1008-6455(2010)03-0344-04

Establishment of three-dimensional finite element model for mandibular angle osteotomy

ZHANG Jin1, LUO Qi 1, WANG Jing-peng1, LIU Da-lie1, HUANG Shi-qing2

(1.Department of Plastic Surgery,Zhujiang Hospital,the South Medical University, Guangzhou 510282,Guangdong,China;2.Institute of Applied Mechanics,Jinan University, Guangzhou 510632, Guangdong,China)

Abstract:ObjectiveTo study the biomechanics of mandibular angle osteotomy, a more precise method for establishment of the three-dimensional (3D) finite element model of edentulous mandible and Temporomandibular Joint (TMJ) is presented.MethodsThe CT images of a young female volunteer were analyzed and managed with DICOM standard and Mimics software. Tension-only Link10 element and contact element were both used for boundary condition in ANSYS software.ResultsA whole 3D finite element model comprising the mandible, TMJ, muscles and ligaments was established. Conclusion A 3D finite element model of mandible and TMJ with highly biomechanical similarity was established for the further study of the biomechanics in the mandibular angle osteotomy.

Key words: mandibular angle osteotomy; 3D finite element method; biomechanics.

随着计算机技术不断进步,有限元法逐渐成为力学研究中最为重要的分析方法之一,并广泛应用于工程设计制造领域,近年来在生物力学研究中也得到广泛的应用。由于生物体在几何形状和材料性质上的特殊性和复杂性,快速、准确地建立生物组织结构的三维有限元模型是生物力学有限元研究的难题,同时也是进行三维有限元分析的基础。以往的生物力学研究由于有限元模型建立手段的限制,只能采取手工或者多种软件结合方式针对单一组织结构建立具有共性的有限元模型。随着医学影像技术的进步计算机软件系统的发展,使用统一标准的数字化影像文件结合单一软件建立三维有限元模型成为可能。本文应用薄层CT扫描技术,采用DICOM标准格式导入Mimics软件处理,最终应用Ansys有限元软件快速有效建成无牙下颌骨和TMJ三维有限元模型。

1材料和方法

1.1 样本来源:选择颅颌系统发育正常的健康女性青年志愿者,I类磨牙关系,牙周健康,无TMJ 疾患。

1.2 试验设备:①CT扫描机:采用飞利浦Brilliance 64排螺旋CT 扫描机;②试验所用计算机系统硬件配置:CPU Core 2 双核2.8G,4G DDR2内存,640G硬盘;③试验用计算机操作系统:Windows XP Professional Sp3;④试验用软件:Mimics12.0(Materialise's Interactive Medical Image Control System):Ansys12.0(Analysis System)。

1.3 方法

1.3.1 CT扫描:头颅固定架对患者头颅进行固定,进行颅颌面(全颅)的轴向断层扫描,连续无间隔扫描。扫描基准线平行于眶-耳平面。层厚0.67mm,扫描参数为120kV,230mas,扫描矩阵512×512。颞下颌关节区及下颌骨连续进行170 层扫描。所得图像经联机工作站处理DICOM格式数据文件,刻录存盘。

1.3.2 CT图像的处理:CT扫描所获得DICOM格式数据文件导入Mimics12.0软件。根据实验设计要求通过对蒙罩(Mask)的分割(segementation)操作,在CT图像上确定需要进行三维成像的组织结构边界,提取出不含下牙列的下颌骨和颞下颌关节窝,设定参数后重建三维图像。得到的三维模型是原始三维表面模型,表面粗糙,直接利用其进行表面网格划分将会产生单元形状畸形,单元数量过多等问题,影响到后续力学计算的速度和结果分析精确性。因此必须利用Mimics的Remesh模块对三维模型的表面进行平滑(smooth),见图1。再通过Remesh模块对模型表面的三角形面片数量和质量进行优化。表面三角形数量由126178减少到18008个,且三角形底边与高之比均大于0.3,符合有限元分析要求,见图2。

1.4 三维有限元模型建立:将优化好的表面网格输出为Ansys12.0软件可以识别的Ansys element文件,在Ansys12.0导入该文件,选择10节点四面体单元Solid92进行三维网格划分,生成实体模型,共生成161788单元189057节点。

材料力学参数:下颌骨的皮质骨、松质骨及其他组织(髁突软骨、关节盘等)均为各向同性、均匀连续的线弹性材料。骨组织力学参数由下颌骨CT值计算得出。利用颌骨CT值、表观密度和骨弹性模量之间的对应关系,根据构成骨的像素的灰度值(CT值)来进行插值计算,得到此骨的表观密度,并由表观密度推算出它的弹性模量[1]。

在本模型中,骨表观密度由CT值(Hounsfield)导出。根据以下公式计算出单元的表观密度 :

骨组织弹性模量由以下经验公式计算:

由已知水的CT值和表观密度,皮质骨平均CT值和表观密度,取已知皮质骨最大弹性模量,公式(2)简化为:

则得,k =4249 GPa(g/cm3)-3,

由于不同部位下颌骨皮质骨和松质骨的CT值有一定变化,所以测量下颌骨五个部位,求得皮质骨最大CT值平均为1600HU,松质骨最大CT值平均为600HU,导入公式(1)和(3)计算出该模型皮质骨和松质骨的弹性模量分别为14963.78 MPa和1179.75MPa。

将Ansys前处理模块中生成的实体模型导回,在Mimics的FEA模块中根据下颌骨各单元CT值分别赋材料性质。

1.5 模型的边界约束设计:对咀嚼肌、下颌韧带采用杆单元模拟其约束,杆单元材料定义为只受拉不受压的非线性材料,单元横截面积与各自模拟的肌肉和韧带截面积相同。根据Spronsen等[5-6]的研究结果获得咀嚼肌的有关参数(见表1)。参考周学军等[7]的实验结果,获得关节韧带的参数(表2),并采用“面-面接触对” 模拟牙合面和关节窝之间的连接。

2结果

建立了一个包括下颌骨、颞下颌关节、肌肉和韧带的下颌骨三维有限元总体模型,可根据实验不同需要调用,见图3。

3讨论

与传统实验性应力分析相比,有限元技术具有更多的优点。但有限元方法分析结果受诸多因素的影响。例如:模型的相似性,单元划分的粗细程度,载荷情况及边界条件与真实情况的差异等,均影响分析结果的精确性[8]。提高有限元分析结果的可靠性,模型精确程度及边界条件设置等都是十分重要的。由于牙颌组织中的牙齿、牙周膜、牙槽骨、颌骨以及修复体的结构外形多样性、不规则性、受力的复杂性,如何准确获取上述结构的几何形态并将其计算机数字化,建立完整准确的下颌骨三维有限元模型是有限元分析能否实现的关键。

生物体三维有限元建模方法经历了数代演进,主要包括:①磨片、切片法[9-10];②三维测量法[11-12];③CT图像处理法;④DICOM数据直接建模法等[13]。磨片、切片法是破坏性建模方法并且磨切片厚度难以控制,图像的拍摄处理,边缘提取等环节都可能产生误差,因此该方法目前很少采用。三维扫描测量的方法进行数据采集的成本高,数据采集后处理的时间长,生成CAD模型后还要进行数据转换后才能供有限元建模使用,且测量只能得到表面数据,不能够区分结构材料性质的变化,更适用于实物的测量反求。CT图像处理方法需要人工把CT胶片上的每一张图像扫描转换为计算机能识别的位图格式,并且使用图像处理软件中人工定位配准。不仅需要花费大量的人力、物力,而且在通过胶片扫描传递数据的过程中容易丢失很多信息;配准精度也直接影响着所建立模型精确性[13-15]。

本实验采用DICOM数据直接建模法其过程为:①CT扫描输出DICOM格式数据文件;②DICOM数据的读入专用软件。分割图像,生成3D模型,优化表面网格;③通过与有限元分析软件的良好的数据接口,直接导入有限元分析软件前处理模块生成体网格;④根据各单元的CT值给单元赋材料性质;⑤最后将赋完材料性质的实体导入有限元分析软件进行装配,完成建模。

DICOM格式数据文件直接建模,可以直接读取数据并处理,避免反复的数据导入、导出,文件格式的转换造成的数据失真或丢失,大大提高了模型的精确度。本研究将DICOM数据直接导入Mimics软件直接生成三维模型,再通过Ansys element文件接口将模型导入Ansys12.0,由表面单元直接生成体单元,避免了过去由面生成体以后再划分体单元,造成的体单元质量下降。利用DICOM文件中包含的CT值信息,根据模型每个单元密度赋材料性质,使数据得到最大限度的利用。避免了过去建模中将皮质骨和松质骨进行分割,分别建模的繁琐,同时极大提高了模型的精度。

三维有限元模型的几何相似性、单元的大小、形状、数目、载荷情况、边界条件与真实情况的差异等,均影响应力分析结果。目前根据不同研究需要已建立的下颌骨三维有限元模型[7, 16-18],边界约束设计也各不相同,周学军等[7]考虑到肌肉的柔索性质,即只能限制物体沿着柔索伸长方向的运动,而不能限制物体在其他方向的运动[19],采用缆索元模拟肌肉约束,更符合分析下颌骨经矫形力作用下的受力情况。史真等建立了下颌牵张成骨三维有限元模型[20],李勇等正常人下颌升支矢状截骨术的三维有限元模型[21]李慧超建立了下颌角整形手术术前术后模型[22],Frivo等建立了单侧TMJ有限元模型[23]。柳大烈等建立了咬肌牵动的颧骨复合体三维有限元模型用于研究颧骨缩小整形手术的生物力学[24]。因此,本实验在ANSYS软件中采用只受拉的Link10单元模拟咀嚼肌及韧带的约束。此外,与以往主要研究咬合力的有限元模型不同的是,在研究下颌角整形手术时,必须考虑颞下颌关节及其韧带作用,本实验在模拟嚼肌、颞肌、翼内肌和翼外肌约束的同时,模拟了颞下颌关节韧带包括颞下颌韧带、茎突下颌韧带、蝶下颌韧带对颞下颌关节的约束,提高了模型的生物和力学相似性。为进一步研究下颌截骨整形手术提供了基础。

下颌角截骨整形的一种方法是通过沿截骨线进行钻孔后凿断。目前用有限元法模拟下颌截骨整形手术的研究还鲜见报道。Remmler等[25]用有限元法建立预测模型,进行颅面部牵张成骨的术前分析,认为有限元法能以数学形式反映颅面组织的材料特征、物理特征和反应特性,可以模拟多种外科手术、生理活动和头部外伤。利用本模型的下一步实验,拟通过布尔运算模拟下颌角截骨,在下颌角部根据实验手术设计改变工况和边界条件,加载冲击载荷,模拟手术操作过程,分析不同条件下下颌骨及相关结构的生物力学变化。同时还可以模拟不同体积的下颌角骨组织截除后正常咬合时和下颌骨受到撞击时生物力学性能的变化。

需要强调的一点是,由于有限元需要对复杂的实体中的一些次要结构和因素进行简化,再加上一些实验条件假设,所以,有限元的计算结果的绝对值很难代表人体的真实值,而且生物体的个体差异也无法考虑到实验模型中。目前尚无法达到完全模拟复杂的人体生物力学环境建立计算模型。

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第5篇：肌肉的主要生物力学特征范文

关键词 鞭打动作 体育项目 应用

中图分类号：G804.66 文献标识码：A

0引言

人体在结构上是由关节将身体各环节相连，在体育动作中，当希望环节链末端产生最大的速度和力量时，肢体的运动形式往往表现为由近端环节到远端环节依次加速与制动，各环节的速度也表现为由近端到远端的依次增加，把这种动作形式称为鞭打动作。人体四肢结构类似于鞭子，它们近端环节的质量大，末端环节的质量小，因此在作鞭打动作时，鞭根近端环节先加速挥动，获得动量，然后制动，在制动过程中，动量向鞭梢末端环节传递，因此获得极大的运动速度。人体鞭打动作在体育运动技术中有着举足轻重的作用，它几乎渗透到各项体育运动技术动作中，所有的投掷项目无一例外的都与鞭打技术有关，如：标枪、棒球和垒球，其中标枪的鞭打技术最为复杂，再如排球的扣球、乒乓球、羽毛球及网球的扣杀动作，无一例外首先要解决好鞭打的技术，足球运动员的大力踢球、散打中的鞭腿、游泳中的打水，以及体操中的腿鞭打都与鞭打技术有关。

鞭打动作的分类，主要分为上肢鞭打动作和下肢鞭打动作，其中上肢鞭打动作又可以分为投掷性鞭打动作（例如：投掷标枪、垒球等）和打击性鞭打动作（例如：排球扣球、发球，乒乓球和羽毛球的扣杀等），下肢鞭打动作常在足球、体操、武术技术中运用，足球中射门、传球和武术中的鞭腿都是下肢鞭打动作的典型范例。另外，也有人提出全身鞭打，但由于最后的发力是通过肢体末端，也可以归到下肢鞭打动作（例如：蝶泳等）。

1上肢鞭打动作

在上肢鞭打中“力的曲线”呈现出规律性的变化，首先人体上肢环节的反向运动使肢体的肌肉预先拉长，紧接着肌肉由离心收缩转向向心收缩，力的曲线出现了第一次波峰，由于躯干的制动和身体的另一部分的固定，使力的曲线出现了一个小小的波谷，最后在鞭打动作即将结束时，力的曲线出现了第二次波峰，达最大值。人体各环节的曲线图，呈现出规律性的变化，肩关节首先出现速度峰值，接着开始减速，肘关节出现速度峰值。接着开始减速，最后腕关节出现速度峰值，以上说明鞭打动作的一个特点，即每一个环节最大运动速度是在前一个环节达到最大速度后，获得的近端环节制动的同时远端环节做加速运动，远端环节速度是由近端环节动量传递和速度依次叠加而成的，使远端获得最大的角速度和线速度。当然，动量传递只是肢体鞭打动作快速有力的一个方面，在这一过程中，使远端环节在鞭打方向上加速的原动肌也发挥着较大的作用肢体各关节依次发力，使各环节的动量逐步积累，末端环节手或足的运动速度是由其各近侧环节的运动速度的依次叠加而成，这是另一个重要方面。排球的扣球、发球等均为上肢打击性鞭打中的无器械鞭打动作形式，打击性鞭打动作，其运动规律与投掷性鞭打动作相仿，其特点是在做动作之前，各关节的肌肉更加放松被拉长，以保证肢体完成鞭打动作的速度和幅度。

2下肢鞭打动作

下肢鞭打动作角速度特征为：后摆时表现为大腿逐渐减速，小腿加速――最大角速――减速的特点；前摆时表现为大腿加速――最大角速度――减速，小腿持续加速的特点。髋关节的屈肌力矩，膝关节的伸肌力矩，踝关节的背屈力矩在下肢鞭打动作前摆阶段起主导作用。髋关节的内收，外展力矩起定向作用。髋关节旋内、旋外力矩，膝关节旋内、旋外力矩以及踝关节内翻力矩的主要作用是对脚的方位及倾斜程度进行调整。股直肌、股内肌、股外肌、胫骨前肌在下肢鞭打动作前摆阶段起主导作用。小腿加速前摆的初期伸膝肌群产生的伸膝力矩在起支配作用，后期是伸膝力矩与来自大腿角动量的传递共同在起作用。

3结论与建议

鞭打动作中，肢体的反向动作，给原动肌一个最适宜的初长度，同时也提高了原动肌的爆发式收缩力，尽可能延长了肌力工作距离。鞭打过程中，各环节的依次加速与制动，最终近端获得最大的角速度与线速度。鞭打效果的好坏，不仅与动量的传递有关，而且与原动肌加速有关，同时与动量的逐步积累和依次叠加有着密切关系。

因此，教师在教学过程中应该注意强调发力顺序，注重对学生动作的规范性。学生自己在学习过程中应该勤于思考多加练习，注重对自己发力的体会，注重各项目间的相通性，学会发现规律并应用于实践中。

参考文献

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第6篇：肌肉的主要生物力学特征范文

【摘要】 目的 观察中药复方对尾部悬吊模拟失重大鼠骨密度(BMD)、骨生物力学强度及组织形态计量学的影响。方法 50只Wistar大鼠按随机区组实验设计法分成正常对照组、模型组及悬吊中药低剂量组、中剂量组、高剂量组，每组10只，实验周期21 d。实验结束后，取右侧股骨和第4腰椎，用双能X线骨密度仪测量股骨、腰椎BMD；三点弯曲实验法及腰椎压缩实验法分别测定股骨和腰椎生物力学指标；取第3腰椎，制作不脱钙切片测量骨形态计量学指标。结果 与正常对照组相比，模型组大鼠股骨、腰椎BMD明显降低(P＜0.05)，股骨最大载荷、弹性载荷、最大挠度、弹性挠度明显降低(P＜0.05)；腰椎最大载荷、弹性载荷明显降低(P＜0.05)；腰椎骨小梁体积百分比、骨小梁形成表面百分比、活性生成表面百分比、骨小梁矿化率明显降低(P＜0.05)。与模型组相比，中药中剂量组可明显增加模拟失重大鼠股骨BMD和腰椎最大载荷、弹性载荷和腰椎骨小梁体积百分比、骨小梁形成表面百分比、活性生成表面百分比、骨小梁矿化率(P＜0.05)。结论 中药复方能促进骨的形成和矿化过程，增加BMD以及增强骨力学强度，从而达到防治骨丢失的作用。

【关键词】 中药；模拟失重；骨密度；骨生物力学；骨组织形态计量学

Abstract：Objective To study the effects of Chinese medicine compound on bone density， biomechanics， histomorphometry of weightlessness rats simulated by tail suspension. Methods Fifty Wistar rats were randomly pided into 5 groups with 10 rats each group：control group， model group， and low dose， medium dose and high dose Chinese medicine compound treated suspension group， the experiment period was 21 days. BMD of femur and lumbar vertebrae were detected by dual energy X-ray absorptiometry. The femoral biomechanics parameters and anti-compress ability of lumbar vertebrae were measured by three-point assay and compress test respectively. The quantitative structures of non- decalcified bone tissue sections were analyzed by histomorphometry. Result Compared with control group， BMD of femur and lumbar of model group decreased remarkably (P＜0.05)， Maximum Load， Elastic Load， Maximum Deflection and Elastic Deflection of femoral bone and Maximum Load and Elastic Load of lumbar vertebrae of model group decreased remarkably (P＜0.05)， TBV%， TFS%， AFS% and MAR% of lumbar vertebrae of model group also decreased remarkably (P＜0.05). Compared with model group， BMD of femoral bone， Maximum Load and Elastic Load， TBV%， TFS%， AFS% and MAR% of lumbar of medium dose group increased remarkably (P＜0.05). Conclusion Chinese medicine compound can improve the bone formation， prevent bone loss by improving ossify， bone mineral deposition and mineralization， as well as increase BMD， improve the bone biomechanics property.

Key words：Chinese medicine；simulated weightlessness；BMD；bone biomechanics；bone histomorphometry

失重性骨丢失是长期航天飞行中最危险的因素之一，因而探讨和寻求有效的对抗失重骨丢失的有效措施一直是航天医学界的难题，但至今仍无切实有效的防护措施。我们将中医药理论应用于航天医学研究，研制了以滋补肝肾、健脾益气、活血化瘀、强筋健骨等治法为依据组成的中药复方，并利用尾部悬吊模拟失重动物模型，对其药理、药效和机理进行了全面系统的研究。本实验是该方对骨代谢影响系列研究的一个组成部分，重点探讨该方对模拟失重大鼠骨密度(BMD)、骨生物力学强度及组织形态计量学的影响，为研究中医药对抗模拟失重骨丢失措施及探讨中药对抗模拟失重骨丢失机理的研究奠定基础。

1 实验材料

1.1 动物

Wistar大鼠，雄性，体重(150±10)g，北京维通利华公司提供，合格证号：SCXK(京)2002-0003。适应环境7 d后进行实验。

1.2 药物

中药复方由刺五加、黄芪、当归、补骨脂等药按一定比例组成。全部药材经北京中医药大学中药教研室鉴定，按传统工艺煎煮，制成1 g原药材/mL浓度的口服液。

1.3 试剂

甲基丙烯酸甲酯(批号20061010)，北京益利精细化学品有限公司；邻苯二甲酸二丁酯(批号040401)，北京化学试剂公司；过氧化苯甲酰(批号20040610)，北京金龙化学试剂有限公司。

1.4 仪器

双能X线骨密度仪，美国LUNAR公司；WD-1型电子万能试验机，长春第二试验机厂；WDW-5型微机控制电子万能试验机，长春市朝阳试验仪器有限公司；Reicheit-Jung 2040切片机，德国。

2 实验方法

2.1 尾部悬吊模型的建立

采用陈氏等[1]改进的鼠尾悬吊法。将大鼠在悬吊笼中尾部悬吊，后肢离地，使躯干与地面成300°角，前肢着地可以自由活动。

2.2 分组及给药

Wistar大鼠按随机区组实验设计法分成正常对照组(K组)、模型组(M组)及悬吊中药低剂量组(D组)、中剂量组(Z组)、高剂量组(X组)共5组，每组10只，均用悬吊笼单笼饲养，实验周期21 d。造模前7 d悬吊中药3个剂量组给予中药复方(10 mL/kg)灌胃，K组、M组给予蒸馏水灌胃(10 mL/kg)，每日灌胃1次。第8日灌胃1 h后，M组与悬吊中药3个剂量组尾部悬吊，K组大鼠笼中自由活动。继续每日灌胃1次，每周称重1次，按重量调整给药剂量，连续灌胃14 d。

2.3 标本处理及检测

2.3.1 大鼠股骨、腰椎骨密度的测定

实验第21日处死大鼠，取右侧股骨和第4腰椎骨，去净附着结缔组织，分别用生理盐水纱布包裹后即刻保存于-70 ℃冰箱中，并尽快进行BMD测定。测定前取出上述样本，室温下复温，然后将各样本分别置于有机玻璃板上，固定位置，以全长的1/2交界处为测量点，应用双能X线骨密度仪作骨横越扫描，荧光屏显示测量图像，自动打印测量结果。

2.3.2 股骨、腰椎生物力学的测定

实验前取出冰箱保存的大鼠股骨，室温下复温，进行三点弯曲试验，跨距20 mm，加载速度2 mm/min，同时记录载荷-变形曲线；第4腰椎体进行压缩试验，加载速度为2 mm/min，同时记录载荷-变形曲线，2组样本均计算最大载荷和弹性载荷、最大挠度和弹性挠度。

2.3.3 腰椎组织形态计量学的测定

在实验动物处死前14、3 d分别皮下注射盐酸四环素30 mg/kg。大鼠处死后，迅速取出第3腰椎。剔净骨周围肌肉及软组织，用生理盐水擦洗干净，置于10%福尔马林中固定24 h，然后制作5 μm和10 μm的纵向不脱钙骨切片。5 μm切片用二甲苯溶掉树脂后，梯度乙醇至水，甲苯胺蓝染色；10 μm切片直接用于荧光观察。主要参数包括：骨小梁体积百分比、骨小梁吸收表面百分比、骨小梁形成表面百分比、活性生成表面百分比、骨小梁矿化率。

3 统计学方法

所测定指标均采用x±s表示，BMD和生物力学指标使用SPSS12.0统计软件中的方差分析(ANOVA)进行检验，骨组织形态剂量学使用Student-Newman方法进行检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

4 结果

(见表1～表3)表1 中药复方对模拟失重大鼠腰椎骨组织形态计量学的影响(略)注：与K组比较，#P＜0.05；与M组比较，*P＜0.05；与Z组比较，ΔP＜0.05(下同)表2 中药复方对模拟失重大鼠股骨、腰椎BMD的影响((x±s，g/cm2)表3 中药复方对模拟失重大鼠股骨、腰椎最大载荷、最大挠度、弹性载荷、弹性挠度的影响(x±s)

5 讨论

我们的前期动物实验研究表明，尾部悬吊后大鼠出现了明显骨代谢异常，而在本实验中模型组大鼠股骨、腰椎BMD以及最大载荷、弹性载荷均显著减少，这与国内外的相关报道一致[2-3]，说明应用尾部悬吊大鼠的模型是成功的。

BMD是反映骨皮质厚度、骨小梁结构和骨量的重要指标，也是间接评价骨丢失程度的指标之一。本实验中，与正常对照组比较，模型组大鼠股骨、腰椎BMD明显降低，中药中剂量组可明显增加股骨BMD。说明尾部悬吊模拟失重时，后肢去负荷后肌肉萎缩、骨应力刺激消失、骨骼血液供应不足等引起大鼠承重骨骨矿盐大量丢失，给与中药干预后有可能增加骨骼血液供应以及刺激成骨细胞活性或抑制破骨细胞活性而促进大鼠的骨矿盐沉积，促进骨的矿化，增强BMD。但中药复方对股骨和腰椎BMD的药效有差异，可能与药物剂量、给药时间以及作用途径有关。

由于单纯骨矿盐含量测定不能表现骨结构和材料特征的变化，因此结合骨力学指标测定可以更全面评价骨质量，反映骨骼抗骨折能力。最大载荷和弹性载荷反映骨结构力学特性，他们的变化反映骨小梁质量、结构连续性和皮质厚度的改变[4]。挠度是骨骼柔韧性指标，其数值的大小与骨基质胶原蛋白含量高低有关。对于受试骨骼来说，单独考虑挠度并不能说明受试骨骼的质量，应根据具体的情况来综合分析。失重及模拟失重下骨骼力学特性(如硬度、强度、柔韧性、弹性及扭转力)皆有下降，尤其是扭转力的下降最为显著。Cosmos飞行发现大鼠股骨和脊柱的力学性能下降[5]。马氏等[6]于尾吊大鼠模型模拟失重90 d后测量长骨的生物力学性能发现，股骨的强度、硬度、刚度各项参数均较对照显著下降。在本实验中，模型组大鼠股骨、腰椎力学强度均降低，中药中剂量组可明显增加腰椎最大载荷和弹性载荷。提示中药复方通过增加BMD，增强骨力学强度而有效防止骨折发生，而对最大挠度和弹性挠度没有显著影响，可能与中药复方对骨基质胶原蛋白含量影响不明显有关。

在本实验中，中药复方中剂量组比低剂量组和高剂量组更明显增加BMD和骨力学强度，因此，我们选择中药复方中剂量组，从骨组织形态计量学方面进一步考察了该方的疗效。骨组织形态计量学是新近发展起来的一种骨组织定量研究方法，它将骨组织切片中二维图像展示的骨组织形态转化为数量资料，从而得出较多的定量结构信息，可从组织和细胞水平了解骨结构的变化情况。而骨组织的力学特征不仅决定于骨质的密度，还与骨小梁的微观结构有着非常密切的关系。目前有关骨形态及结构的研究证明，失重状态下骨结构的变化包括骨小梁变薄、数目减少、成骨细胞的数目和活动减少等[7]。本实验结果表明，模型组大鼠骨小梁结构及其形态发生明显改变，骨小梁明显变细，骨小梁体积百分比、骨小梁形成表面百分比、活性生成表面百分比、骨小梁矿化率明显降低，部分骨小梁中断而逐渐被吸收，骨小梁之间的距离变宽，骨小梁的连接遭到破坏，失去原来的三维网架结构，导致松质骨的整体力学强度下降。提示模拟失重可抑制大鼠松质骨类骨质的形成和矿化，对骨吸收影响不大，表明模拟失重使骨形成减少而导致骨的丢失。经中药治疗后，骨小梁数目增加、变粗、间隙减小，骨小梁体积百分比和形成表面百分比及矿化率等明显增加，表明中药复方能明显的促进模拟失重大鼠类骨质的形成和矿化，改善骨的显微结构，从而增加了骨量和提高了骨的强度。

综上，中药复方可以有效改善失重性骨丢失，有效促进骨的形成和矿化过程，增加BMD以及增强骨力学强度，从而达到防治骨丢失的作用。表明该中药复方对防治失重性骨丢失方面具有一定的应用意义，有待于细胞水平和分子水平的深入研究。

参考文献

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第7篇：肌肉的主要生物力学特征范文

【中图分类号】R681.5【文献标识码】A【文章编号】1007-8517(2009)06-0133-01

目前，人体生物力学已被广泛地应用于中医推拿、正骨、整脊和中风康复等临床治疗，是现代医学理论在传统中医临床实践中的应用，是中西医结合的大趋势。本文讨论人体脊柱生物力学的动态平衡特性，以及在该理论指导下形成的调曲牵引手法及其临床实践。

1脊柱的动态平衡与力学特性描述

脊柱的运动是一个动态平衡的过程。脊柱整体的力学特性，就象一根具有弹性的曲杆，由前后左右的相对主动或相对拮抗的肌群保持其动态平衡。当颈曲弧度改变腰曲也会相应地发生改变，当脊柱上段出现侧弯时，其下段必有代偿性的反方向的侧弯，这是脊柱动态平衡特性自动调节的结果。脊柱的运动幅度主要由关节突关节的定向和椎间盘的承载弹性所决定的。当颈椎或腰椎前屈时，椎间隙的形态由前宽后窄变成接行，椎问盘髓核被向后挤压，增大了椎间盘后部纤维环的张应力，同时椎曲也随之变直，由于重力线的前移，背侧拮抗肌相应紧张。长期的前屈，既可导致背部肌群的劳损，也可使颈曲腰曲变直，从而产生临床症状。有学者研究表明，脊柱的椎曲变化对椎管的长度和宽度和椎间孔与脊神经的毗邻关系，以及椎问盘髓核运动内应力都有着很大的相应的影响。而造成椎曲改变的核心原凶是椎体的板块移动因素。进一步说，造成椎体板块移动的原因有外伤、劳损、退化、椎间盘突出等。脊柱是一个具有四个生理曲度的骨链性中轴体系统。颈曲和腰曲的力学特性和生理功能的统一性，对推拿临床具有实际的指导意义。

2调曲牵引实践简介

牵引是中西医伤科广泛应用的外治疗法，目前多采用两点成一线的牵引方法，此法是以牺牲椎曲为代价的。会使患者椎曲度消失。笔者基于对上述脊柱动态平衡观和椎曲力学特性的认识，进行了脊柱调曲牵引的实践，现作简要介绍。

2.1颈椎调益牵引实践笔者建议：在调曲牵引之前，应以手法充分放松牵引部位的相关肌群，有利于提高牵引的疗效。

2.1.1仰卧位调曲牵引法

操作方法：患者仰卧位，在患者项下部垫一个较硬的圆枕，直径为10～12cm，力支点在C4棘突处，以颌枕带向人体纵轴线与床面下偏成5。夹角方向牵拉，拉力视患者体质而定，拉力最大应≤6kg。历时15～20min。

力学原理：在颈椎段C4是力的交叉点，在纵向牵引力的基础上，外加一点向颈前部的项力，此时颈椎段上就有了一个向头顶上方和向前复合力。这个复合力，既能扩大颈椎间隙，又能增大颈椎曲度。临床应用：本法适用于大多颈椎病。因前凸过度而导致的颈椎病禁用。

2.1.2徒手调曲牵引泫

操作方法：患者仰卧位，医者坐于床头，以双手四指托于患者项后部，向患者的解剖位的前上方提拉颈椎，也可以根据颈椎侧曲的情况使手力向左或向右偏转，手指的着力点可据患者颈部痛点所在处设定，每次提拉1～2min。反复8～10次。

力学原理：本法以患者病痛点为应力支点，在向外两端牵引的同时，附加向前或向左向右的项力，有利于局部颈椎曲度变直或侧弯恢复。临床应用：适用于年轻的颈椎病患者。

2.2腰椎调曲牵引实践

2.2.1腰椎悬吊调曲牵引法

操作方法：患者仰卧，分别在腋下和股骨髁上部加绑牵引带，同时用腰托以第三腰椎为受力中心向上悬吊腰椎，脊柱纵向拉力应≤60kg。向上提吊力视腰曲变直程度与患者承受度而定，一般情况，曲度越小提吊力越大，患者体质越健壮者提吊力越大。牵引历时20～30min。

力学原理：腰椎段L3是腰椎运动的中心点，是腰椎应力的交叉点，也是腰曲的顶点。在此点形成一个向前和向后上与向后下的合力，可以同时改善腰椎曲度、增大椎间隙和扩大椎问孔，还原脊神经根与周围组织的固有的毗邻关系，消除临床症状。临床应用：适用于腰椎间盘突出症，椎管狭窄症，退行性腰骶痛等。

2.2.2腰椎背伸调曲牵引法操作方法：患者俯卧，在胸部垫一个软枕，，将牵引带托绑于嗦关节部向上提吊，使大腿略离床面，腰椎曲度隋之增大。牵引历时20～30min。

力学原理：本法是利用患者自身体重和膝部的向上牵拉力的作用关系，使力矩自然传导至腰曲，能得到增加腰椎曲度的目的。本法尚有一个特点，因为没有纵向拉力，腰部的肌肉和韧带没有向专的束力，所以对神经压迫不明显的轻度的腰椎间盘突出症患者更为适宜。其力学原因是，椎间盘是由黏弹性材料构成，具有蠕变、松弛、滞后的特性。在调曲牵引力的作用下，腰椎椎间隙接近原有前宽后窄的形态，椎间盘上的负荷减小的同时其中的张应力也随之减小，椎间盘在一个稍长的时段内，其形态会发生松弛状态下的滞后效应，逐渐蠕变复原，并且突出的髓核也会有相对的回缩，有利于消除纤维环及髓核对硬膜囊的压迫。临床应用：适用于轻度腰椎间盘突出症，退行性腰骶痛，腰曲反弓证，椎管狭窄症等。

3结语

第8篇：肌肉的主要生物力学特征范文

关键词：右归饮； 去势大鼠；骨形态发生蛋白－2；骨质疏松

中图分类号：R-33 文献标识码：A 文章编号：1673-7717（2008）04-0830-02

骨质疏松症(Osteopoorosis OP)是一种以低骨量和骨组织微结构破坏为特征，导致骨骼脆性增加，易发生骨折的全身性疾病。其特点为单位体积内的骨量减少,骨密度减低,骨组织显微结构异常,致骨折危险度明显增加。本实验采用右归饮治疗骨质疏松症大鼠,探讨其对骨密度与骨生物力学的影响。

1材料与方法

1.1实验药①右归饮组成：熟地、山药、吴茱萸、枸杞、甘草、杜仲、肉桂、制附子等。中药由本院中药房提供，药物煎剂由本院制剂室制剂，水煎浓缩后含生药1g/mL。②配制α-D3胶丸水溶液:α-D3胶丸为色列梯瓦制药工业有限公司生产,批号：(95)卫药准字J-10号,水溶液浓度0.005μg/mL。③氯氨酮:上海第一生化药业有限公司。

1.2实验动物取12周龄的雌性Wistar大鼠32只,体重约200g(由浙江中医学院实验动物中心提供),随机分为A组(模型组)、B组(治疗组)、C组(阳性对照组)、D组(正常对照组)4组,分8笼以常规饲料喂养,自由饮水。饲养室保持良好通风,室温控制在（22±1）℃,湿度60%,噪音

1.3造模方法腹腔注射氯氨酮(5μg/100g)麻醉条件下,打开A、B、C组大鼠腹腔,去除双侧卵巢,逐层缝合;D组大鼠予以单纯剖腹后立即关闭。术后3天每只每天青霉素4万U肌肉注射,预防感染。

1.4饲养与给药造模术后将大鼠分8笼予以常规饲料喂养12周,第13周起开始每天给药,A、D组以蒸馏水10mL/kg灌胃;B组以10mL/kg的右归饮灌胃;C组以α-D3胶丸水溶液10mL/kg灌胃,整个灌胃过程持续12周。

1.5观察指标采用放射免疫分析法,测定骨钙素(BGP)、降钙素(CT)水平;采用美国HOLOGIG公司QDR-2000型双能X线吸收仪测定大鼠右股骨上干骺端骨密度;采用三点弯曲实验,将大鼠左股骨置于万能材料实验机上,最大载荷为20kg,两端跨距为20mm,加载速度为每分钟5mm,检测过程由计算机自动描记股骨的载荷―变形曲线(L为两支点间股骨长度)。

1.6数据处理采用SPSS10.0统计软件包进行统计。各组数据采用±s表示,组间数据比较用t检验。以P

2结果

2.1去势大鼠血清激素水平测定结果右归饮组大鼠血清BGP、CT含量明显高于模型组(P0.05)。

2.2去势大鼠股骨上端骨密度测定结果右归饮治疗组、西药组、正常组的骨矿含量(BMC)、骨密度(BMD)明显高于模型组(P0.05)。见表2。

2.3去势大鼠股骨生物力学测定结果右归饮治疗组、西药组、正常组的去势大鼠骨的最大应力明显优于模型组(P

3讨论

祖国医学对“骨痿”的描述与骨质疏松症颇为相似。《素问》中有“肾之合骨也”,“肾藏骨髓之气也”。说明骨为髓之主。若肾精肾气充足,骨骼化生有源,则身健力强;若肾气不足,肾精亏虚,骨髓失充,骨骼失养,则脆弱乏力。中医药在OP防治中具有副作用小、远期疗效较佳的优势,这一点已得到较一致的认可，筛选出有效的中药方剂并阐明其作用机理,仍然是目前中医药治疗OP研究的主要内容之一。

本实验中雌性大鼠的卵巢切除以后,松质骨的骨量减少,骨强度下降。这些松质骨骨丢失是伴随骨转换增强而进行的,这种特性较好地模仿了人正常绝经时高转换型骨质疏松发生时的骨丢失状态。课题采用的右归饮(主要成分熟地、山药、吴茱萸、枸杞、甘草、杜仲、肉桂、制附子等)根据中医肾主骨的理论,认为肾虚是原发性骨质疏松症的发病之根本,故从补肾入手,补肾壮骨,强筋活血，“肾主骨,生髓”。方中熟地滋肾填精为主药;山茱萸、枸杞子助主药滋肾养肝;山药、甘草补中养脾;杜仲补肾壮骨;附子、肉桂温补肾阳;龟板、黄精以益肾精补阴血,健肾填髓;桑寄生、川断、巴戟天温阳益肾,壮骨强筋;仙茅、仙灵脾补肾强骨。现代药理学研究发现附子、肉桂能增强肾上腺皮质分泌功能,枸杞、山茱萸等能广泛作用于内分泌、免疫系统［1］。全方有良好的防止骨丢失作用,改善骨质疏松症的临床症状,也可延缓骨质疏松的发展。

研究表明，BMP－2为一酸性多肽[2-3],它的表达下降,会使骨髓中许多可被其诱导成骨的干细胞的增殖分裂明显减少,形成新骨减少,骨小梁减少,认为体内BMP－2含量的减少是OP发生的重要原因之一[4]。本实验发现,经过12周的右归饮灌胃治疗,通过免疫组化染色发现在胞浆中有BMP－2的棕色深染,染色程度明显高于模型组与正常对照组(P

中华中医药学刊研究结果表明,模型组大鼠股骨干骺端处BMC和BMD均显著低于正常组(P

综上所述，右归饮对骨密度、骨生物性能的影响,可能是通过提高血清激素BGP和CT水平来实现的。但这还需要通过成骨细胞体外培养实验等来作进一步验证。同时右归饮成分复杂，其有效作用成分及作用机理也有待于进一步拆方研究。

参考文献

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第9篇：肌肉的主要生物力学特征范文

摘 要 斜坡跑是提高短跑速度的有效方法之一，被广泛运用到提高短跑成绩的训练中，本文基于生物力学原理对斜坡跑训练方法现有研究成果进行综述和探讨。研究表明：影响速度的因素很多，就斜坡跑训练方法而言，对跑速产生影响的直接因素步长和步频这两个参数的变化上影响效果明显，科学合理的运用斜坡跑训练方法对提高短跑速度具有积极意义。

关键词 斜坡跑 训练方法 步长 步频

一、前言

斜坡跑是提高短跑速度的有效方法之一，被广泛运用到提高短跑成绩的训练中。国内外对斜坡跑进行广泛的研究，有学者认为，斜坡跑对提高短跑速度有比较明显的作用；斜坡跑除了能提高速度耐力、力量和心肌功能外，还能让运动员体验超过自己速度能力的动作感受，改善运动员的加速疾跑能力，从而增大步幅和缩短支撑阶段时间，帮助运动员掌握加速跑的技术。

二、斜坡跑训练方法的运动生物力学原理

斜坡跑包括上坡跑和下坡跑，上坡跑是一种抗阻力性速度力量练习，在阻力增加的情况下增加训练强度，获得无氧练习的效果，从而改善心血管的机能。上坡跑加强了股四头肌、臀大肌等下肢肌群的力量，有利于提高步长。下坡跑是一种神经系统适应性训练，下坡跑是人们有意识地利用自然的或人工的斜坡，根据势能与动能转换的原理进行训练，有利于提高步频。

影响步长的因素主要有：一是腿部的肌力，腿部的肌力越大，产生的后蹬反作用力相对越大，跑的步幅则越大；二是腿长和髋关节的灵活性与柔韧性，下肢越长、髋关节的灵活性与柔韧性越好，跑的步幅则越大；三是后瞪的角度与摆动腿摆动的方向，从理论上讲，摆动腿与后蹬腿的角度与方向直接影响步幅越大小。对于跑的步频而言，其影响因素有两个：一是肌肉中快肌纤维百分比和肥大程度。二是神经过程的灵活性，大脑皮层运动中枢兴奋与拟制的转换速度是影响位移速度的重要因素。另外，跑动时两腿摆动情况和腾空时与支撑时的相对时间（比值）对步长和步频也有影响。

三、成果研究现状

近年来大量文献资料和研究报道表明，有关短跑技术和速度训练方法的研究选题，多集中在短跑运动员步长、步频训练方法与运动员的中枢神经系统机能的改善及其专项肌肉力量的训练手段方面。对于斜坡跑的原理和训练方法虽然，前人曾做过一些表述和研究，但大多文献报道仅限于对斜坡跑手段应用方式的定性分析与斜坡跑的坡度问题。尽管国内外大多学者均十分肯定斜坡跑训练对提高绝对速度的作用，且认为斜坡跑对改进运动员的步频与步长技术具有积极效果。其相关的论述与见解多散见于各类短跑和速度方面的文献资料和研究报道之中。

（一）关于斜坡跑与步长步频的训练问题

闫春华在《百米速度结构分析及有关技术训练手段研究》（博士论文，2004）一文中提出：斜坡跑作为一种超速训练的方法被广泛使用，超速训练的目的是通过强迫运动员完成超出自身能力水平的练习，来增加步频和步长。在经过4-8周的超速训练后，被试者的步频和步长都得到了提高。这说明斜坡跑作为一种训练方法对步频、步长和短跑跑速的提高具有积极的作用。

下坡跑时，当运动员动作速率发挥到最高值时，控制并稳定速度是很困难的。这是由于下坡重力所产生的惯量。这种惯量随距离的延长而增大，这种逼迫速率的加快运动现象，也正是下坡跑能提高频率的所在。如果在练习中不对运动员的跑动动作提出任何技术要求，或让运动员在一定距离范围内坚持正确的动作要求，斜坡跑的练习效果会受到影响[2-4]。还有研究表明，下坡跑步频没有任何增加，只有步幅加大。步幅的增长意味着展髋的幅度加大和髋部转动角速度加快，同时对髋部的伸髋速度和力量起积极作用；上坡跑对改善或提高运动员的快速力量、速度耐力和增大步长是非常有效的训练手段（昆兹、考夫曼1997）。

（二）关于斜坡跑与神经―肌肉控制机理的研究

美国学者弗拉基米尔M・扎齐奥尔斯基在其主编的《运动生物力学》（2004）一书中指出：步长和步频的可变性表明，中枢神经系统的灵活性（CNS）在控制这些参数方面起到了重要的作用。最高速度跑是人体调动各种能力，并使其充分发挥的集中体现，他对人体能量的消耗以及神经系统的兴奋和拟制的转换频率的要求是很高的。因此，在最高速度之后，肌体实现第二次调节其重要性和必要性同第一次调节具有同等的意义[5]。有作者还提出，构成跑速的两个主要因素――步长、步频是互为影响和相互制约的。对于步长和步频两个变量的作用来说，提高或改进其中任何一个变量都可提高跑速，同时这两个变量之间又呈现一定函数关系[6]。步长和步频的可变性表明，中枢神经系统（CNS）在灵活控制这些参数方面必然起到了一定的作用[7]。伊托等人的研究（1983）表明，助力训练能进一步发展神经肌肉系统对肌肉拉长――收缩周期运动的控制能力，提高短跑运动员支撑阶段的动作效果，从而提高跑速。

有作者在《现代100米跑技术的生物力学分析及放松技术再探析》一文中认为，步频的发展取决于大脑皮质运动中枢神经系统的支配，斜坡跑获得的助力作用可以使运动员感受放松速跑的肌肉用力情况、体验“放松快跑”的方法和好处。上坡跑要求运动员着力体会以髋为轴的大腿前摆和髋关节的积极前送与踝关节及脚的快速趴地，不要刻意后蹬，这种跑法既符合现今短跑技术的要求，又有利于下肢肌肉用力的放松与控制。通过上坡跑还能切实有效地实现短跑所需的“快速力量”训练。就是说上坡跑不仅可以改进、掌握正确的跑的技术，还可以同时发展短跑所需的专门力量。由于步长和步频相对独立，表明步长和步频受两种不同的神经系统控制方式调节――步频的频数调节和步长的幅度调节（罗新建2003）。Bonnard和Pailhous（1993）认为，神经系统对步长和步频控制的方式不同。步频的改变与摆动阶段下肢的整体刚性有关，与支撑阶段无关。这表明改变摆动期间下肢肌肉的紧张性可以改变频率。大部分或整个腿部肌肉紧张性的改变，都将改变下肢绕髋关节摆动的相对频率。Bonnard和Pailhous进一步指出，步长的短暂变化与腿部肌肉的相位活动有关。Patla等（1989）研究表明，步长的短暂增加，实际上是一些肌肉的活动相位增加，而另一些肌肉的活动相位减少造成的。在无约束的走路或跑步时，虽然步长和步频可相对固定，但如果需要的话，中枢神经系统有能力分离步长和步频。Hogan（1984）提出了这种分离的生理机制。当关节周围对抗肌同时活动时，净关节力矩与对抗肌的肌力之间差异有关，关节的刚性则与所有肌力的总和有关。如果中枢神经系统积极调节对抗肌的协同作用，那么步长和步频能在有限的范围内各自独立变化。

在各种提高跑速的训练手段中，斜坡跑以其独特的方法和显著效用，引起了专业和非专业运动队的普遍重视，斜坡跑正在被广泛运用到提高短跑成绩的训练中。有学者对斜坡跑对短跑速度的影响进行广泛的研究，这些作者共同认为：斜坡跑对提高短跑速度有比较明显的作用；斜坡跑除了能提高速度耐力、力量和心肌功能外，还能帮助运动员掌握加速跑的技术动作，改善运动员的加速疾跑能力；斜坡跑能让运动员体验超过自己能力的速度，可以是步幅增大和缩短支撑阶段时间[6-7]。斜坡跑包括上坡跑和下坡跑，上坡跑是一种抗阻力性速度力量练习，是跑动阻力增加的情况下获得无氧效果，从而改善心血管的机能，增强下肢股四头肌、臀大肌这两块重要的肌群，同时提高步长；下坡跑是一种神经系统适应性的训练，就是有意识地设置自然的或人工的斜坡，根据势能与动能转换的原理进行训练，同时提高步频。

四、结论

（一）对于步长和步频两个变量的作用来说，步长和步频的可变性表明，中枢神经系统（CNS）在灵活控制这些参数方面必然起到了一定的作用[7]。助力训练能进一步发展神经肌肉系统对肌肉拉长――收缩周期运动的控制能力，提高短跑运动员支撑阶段的动作效果，从而提高跑速。

（二）斜坡跑道的坡型对练习进行组合，以控制斜坡跑的练习强度和负荷，从而改善跑的步长和步频。

基金项目：年陕西省教育厅专项科研计划项目（编号：11JK0464）。

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