運動生物力學特征精選(九篇)

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第1篇：運動生物力學特征范文

關鍵詞:女子鉛球;優秀運動員;最后用力階段技術;運動學特征

中圖分類號:G824.119 文獻標識碼:A 文章 編號: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 研究對象與方法

1.1 研究對象 我國現役的3名優秀女子鉛球運動員李梅菊、李玲和鞏立嬌在蕭山、蘇州和石家莊田徑大獎 賽比賽中背向滑步技術最后用力階段技術――“從左腳落地到鉛球離手”[1]的運 動學特征為研究對象(表1)。

1.2 研究方法

1.2.1 三維攝像法 采用現場高速錄像圖像采集與計算機硬盤記錄系統設備,對被試比賽技術圖像進行了現 場采集。高速錄像光學鏡頭為美國PULNIX公司生產的CCD高速掃描攝像頭(TM-6710CL), 有效感光面積5.8mm×4.3mm;CCD感光元件尺度為9.0 μm×9.0 μm;有效圖像相素為6 48 ( 長)×484(高),拍攝頻率為120 p/s;暴光時間為1/1 000 s;高速采集卡為METEORII-CAMER A-LINK(加拿大),主光軸高度1.2 m,兩攝像頭距離拍攝點為10 m,主光軸間夾角約為90 °。賽前和賽后拍攝了艾捷三維立體框架坐標。

1.2.2 錄像解析法 使用Ariel公司的APAS運動分析系統(美國)對李梅菊、李玲和鞏立嬌于2008年在蕭山 和2007年在蘇州的田徑大獎賽及2007年在石家莊全國田徑錦標賽比賽最好成績動作進行錄像 解 析,依據人體模型的標準和研究的需要選取20個關節點,用低通數字濾波法對原始數據進行 平滑處理,平滑系數為6,獲取了所需參數原始數據指標。

1.2.3 數理統計法 運用excel2003對選取的指標與測試結

投稿日期:2009-12-14

作者簡介:楊瑞鵬,講師,碩士,研究方向體育教學與訓練。

果進行了統計分析,計算出所選指標的平均值、標 準差,并對指標參數進行了相關性分析,指標顯著性差異檢驗。

1.2.4 對比分析法 根據解析得出的所需數據,與我國前優秀 鉛球運動員(隋新梅、黃志紅等)技術動作參數和自身的技術動參數作對比與分析。

2 結果與分析

為了便于對最后用力階段的技術進行診斷,本文從以下四個關鍵技術部分對最后用力階 段技術進行運動學特征分析:第一部分指髖部側移時的部分參數運動學特征分析;第二部分 指左側支撐時的部分參數運動學特征分析;第三部分指出手時部分參數運動學特征分析;第 四部分指最后用力整個過程中鉛球的做功距離和時間參數運動學特征分析。

2.1 髖部側移時的部分參數運動學特征分析(表2) 髖部運動的技術特征指在最后用力階段開始時,右膝和右踝的內轉,右腿轉蹬推動髖部 側移特征。在這個階段要求上體不主動抬起,頭頸不主動扭轉,從而使身體左側肌群形成預 先拉緊,為最后用力創造良好的條件。通過對表1中3名運動員右髖運行距離、右髖速度和右 膝速度的平均值和各自右髖運行距離、右髖速度和右膝速度的平均值的比較發現:這三名運 動員共同特點是右髖運行距離大于左髖運行距離;左髖速度大于右髖速度;右膝速度大于右 髖速度,但是右膝速度和右髖速度均值的差值較小,尤其是李梅菊(差值為0.107 m/s), 所以其右腿蹬轉不夠積極。我們知道右腿用力順序應該是自下而上的用力順序,右腳應積極 蹬伸,使髖部前移并向投擲方向送轉,實現左側有關肌群的預先拉緊[3],但是根 據他們右髖 運行距離的對比發現:李玲左髖運行距離較短(0.352±0.09 m),因此,其主要用力 點不突出,身體左側肌群預先拉緊程度不夠,超越器械姿勢不充分。

2.1.1 左側支撐時的部分參數運動學特征分析(表3、表4) 在推鉛球最后用力階段,左側支撐的好壞,對出手速度和出手高度將產生影響,良好的 左側支撐可以使鉛球在出手前獲得足夠的動能,并以適宜的角度、高度和速度將球推出。它 可以在盡可能小的瞬時水平速度的情況下獲得必要的垂直速度,并獲得較大的出手高度。因 此良好的左側支撐是充分利用身高和臂長自身條件提高出手點以外的另一個必不可少條件。

對表3中分析可知:現役3名運動員左腳著地時左膝角的平均值為(148.440±7.362)°,3 名運動員的左膝緩沖角平均值為(147.215±7.451)°,相比較發現,左膝緩沖角比左膝角 小了1.215°,通 過對他們自身的比較發現:鞏立嬌左膝緩沖角增大了1.063°。與1997年八屆全運會上隋 新梅(20.25 m)、黃志紅(20.24 m)、李梅素(19.46 m)在左腳著地時左膝角分別為 132° 、146°、135°[4],其平均值為139°相比,發現現役三名隊員左著時左膝角偏大 ,尤其是鞏立嬌,因此他們上體抬起和發力時機較早,尤其是鞏立嬌。

出手時3名運動員左膝角的平均值為(174.463±4.012)°,出手蹬地角的平均值為(67.33 2±4.002)°,李梅菊、李玲和鞏立嬌他們的蹬地角分別是(63.7 596±0.871、69.7 08 6±5.779、68.5 263±0.399)。隋新梅(20.25 m)、黃志紅(20.24 m)、李梅素(1 9.46m)出手時左膝角分別為169°、151°、160°,平均值為160°,蹬地角分別為70°、65° 、75°,其平均值為70°。相比之下,除李梅菊的蹬地角較小外,其余兩名現役隊員與前優 秀運動員的蹬地角沒有明顯差異,出手時的左膝角度差值較大(約大了14°)。說明現役運 動員非常重視最 后出手時的左支撐,同時這樣也可以獲得理想的出手高度。

左腳距抵趾板距離對運動運的比賽成績和左腿的穩固支撐以及蹬地發力有很大的影響, 穩固的左側支撐,不僅能使滑步取得的預行速度保持良好的加速節奏。通過表2,清晰看到 除鞏立嬌外的兩名隊員左腳距抵趾板距離較大,尤其是李玲左腳距抵趾板距離(0.22 266 ±0.069)。因此在訓練中應改進滑步技術。 左腳主動積極著地形成的有力制動,可以阻止上肢的向前運動,結合右腿的蹬伸,從而加快 最后用力時髖部、上體和鉛球向前上方運動的速度。所以,這3名現役的運動員在以后訓練 時還要改進滑步技術,使左腳能夠觸及抵趾板,形成更穩定的左側支撐。

在左腳的著地制動以及左臂的快速制動的引導下,左側各環節的速度發生了明顯的變化。從 表4中看,從左腳著地到鉛球出手,運動員左髖的速度從(2.578±0.267)m/s減少到(1.3 43±0.328)m/s;左膝速度從1.1834±0.468增加到到(1.653±0.378)m/s;左踝的速度 從(1.669±0.559)m/s增加到(2.655±0.418)m/s,這是由于左踝用力向上蹬伸的速度大 造成 的 ;左肩速度從(3.417±0.92)m/s減少到(1.711±0.911)m/s,而右肩的速度從(2.901± 0.26 5)m/s加速到(4.035±0.270)m/s,這是由于左肩的有效制動造成的。以上數據表明,由于 運 動員左側肢體強有力的支撐用力、減速與制動效果加速了右側肢體的運動,使人體獲得了良 好的末節用力效果。但是鞏立嬌右肩的加速效果不是很好(從(3.122±0.379)m/s加速到( 4.032±0.345)m/s,提高了約0.92 m/s);李梅菊的左踝加速效果不是很好(從(2.199 ±0.017)m/s提高到(2.713±0.416)m/s,約0.514 m/s),但是李梅菊左膝速度卻是減 小的,這可能是由于左腳的有效制動和積極蹬伸的能力欠佳造成的。因此,李梅菊的左踝用 力向上蹬伸不積極和膝關節速度減小造成了出手前沒有達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 鞏立嬌4.2764.1833.6374.032±0.3451.1.2 出手時的相關參數運動學特征分析(表5)

投擲原理告 訴我們,與水平方向成一定角度的拋射體的水平飛行距離取決于其初速度(V0)、出手角度 (0)和出手高度(H),初速度是三個因素中最主要的因素,器械飛行的遠度同器械出手 速度的平方成正比[5],是影響 推鉛球成績最重要的指標其中速度為第一要素、角度為第二要素、高度為第三要素。研究數 據很明顯的說明了隨著出手速度的增大,鉛球運動的距離也相應的增大,它們之間屬于正比 關系。前人通過相關分析后認為鉛球速度的提高幾乎與成績提高成顯著性(相關系數大于0 .99)[6],只要出手角度不要有太明顯的變化,當增大出手速度時鉛球運動距離 自然會增大,而且隨著出手速度的相應增大,且距離差之間的增大還是一個呈單調遞增的趨 勢。

從表5看,我國現役的3名運動員出手速度平均值為(12.334±1.018)m/s,我國前優秀女 子 鉛球運動員隋新梅(21.66 m)、黃志紅(21.52m)出手速度分別為13.95 m/s、13.93m/ s,二屆世錦賽前三名均值為13.76 m/s[7]。可見,現役的3名運動員出手速度與 世界優秀選 手有較大的差距,因此我國現役的這3名運動員迫切需要提高出手速度。他們之間相互比較 ,則鞏立嬌的出手速度明顯大于李梅菊和李玲的出手速度。

出手角度平均值為(34.173±2.906)°,我國前優秀女子鉛球運動員隋新梅(21.66 m) 、 黃志紅(21.52 m)出手角度分別為39°、36.9°,均值為37.85°二屆世錦賽前三名均 值為 37.9°,再通過他們自身出手角度均值的對比發現:鞏立嬌的出手角度偏低(32.830±2 .833)°,因此除鞏立嬌外的兩名現役動員出手角度與世界優秀選手沒有多大差距。

手高度平均值為(2.057±0.056)m,我國前優秀女子鉛球運動員隋新梅(21.66 m)、黃 志紅 (21.52 m)出手高度都為2.04 m,二屆世錦賽前三名均值為2.06 m[8]。由于 出手高度主要 取決于出手瞬間人體的用力姿態(是否騰空)、運動員身材(身高)等因素,因此我們引入新的 參數,即出手的高度除身高來進行衡量,發現:李梅菊、李玲和鞏立姣各自的比值平均值分 別是1.187±0.035、1.15±0.072、1.204±0.016,他們的均值為1.181±0.048, 而隋新梅 和黃志紅的比值分別是1.20和1.165,平均為1.18,相比之后發現,我國這三名優秀運動 員除出手高度與我國前優秀選手相比沒有差距。

2.1.3 鉛球最后用力整個過程的做功距離和時間參數運動學特征分析(表6) 最后用力的技術要求是從最后用力開始到鉛球出手瞬間盡可能延長鉛球的做功距離和縮短完 成時間,鉛球速度的80%在這個階段獲得[9]。從表6中可見,我國現役的3名運動員 最后用力 階段鉛球做功距離平均值為(1.575±0.108)m,我國前優秀女子鉛球運動員隋新梅(20.2 5 m) 、黃志紅(20.24 m)、李梅素(19.46 m)鉛球做功距離分別為1.72、1.52、1.73 m, 均值 為1.65 m;最后用力階段鉛球做功時間平均值為0.219±0.013,我國前優秀女子鉛球運 動員隋新 梅(20.25 m)、黃志紅(20.24 m)、李梅素(19.46 m)鉛球做功時間分別為0.27、0 .2 6、0.26 s,均值為0.263 s。與前優秀運動員相比較,我國現役的3名運動員最后用力階段 鉛球做功 距離過短,因此做功時間也要相對要短些。這3名運動員在今后的訓練中應盡量在保持較短 的做功時間的前提下,延長鉛球做功距離。而延長鉛球做功距離的方法是:一是增加水平方 向上鉛球的運行距離;二是增加垂直方向上鉛球的位移量即鉛球的高度差。這就要求運動員 既要盡量降低最后用力前鉛球的高度,又要在鉛球出手時身體充分伸展以增加出手高度。從 表14看,這3名運動員最后用力階段鉛球的水平距離平均值為(1.281±0.075)m,鉛球的高 度差 0.945±0.930,通過他們相互對比發現,李玲的鉛球水平運行距離短(0.846±0.018 m )和 鉛球高度差小(0.846±0.018)。說明李玲身體向前性不好和鉛球垂直位移小,影響了鉛球 的 做功距離,這與滑步階段和過渡階段技術完成情況有很大的關系。需要說明的是出手高度差 的增加應該建立在不影響出手速度、出手高度和出手角度的情況下。 表6 最后用力階段的做功距離和時間指標 (m或s)

4 結 論

在最后用力階段我國這三名現役優秀運動員:

1) 左腳著地時:(1)李梅菊右膝速度和右髖速度的均值的差值較小(差值為0.107 m/ s),李玲左髖的運行距離較短(0.352±0.09)m。因此,李梅菊右腳蹬轉的不夠積極, 李 玲的主要用力點不突出,身體左側肌群預先拉緊程度不夠,超越器械姿勢不充分;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,約0.514 m/s) ,其 左膝速度卻是減小的,這是由于左腳的有效制動和積極蹬伸的能力欠佳造成的;鞏立嬌右肩 的加速效果不是很好(從3.122±0.37 m/s 9加速到4.032±0.345 m/s,提高了約0.92m/s) ;除鞏立嬌(0.088±0.023 m)外的兩名隊員左腳距抵趾板距離較大,尤其是李玲。(2 )與 前優秀運動員相比他們的左膝角偏大,尤其是鞏立嬌,因此他們上體抬起和發力時機較早, 尤其是鞏立嬌。

2) 出手時:(1)我國現役的3名運動員左膝角的平均值偏大,說明現役運動員非常重 視出手時的左支撐;(2)除李梅菊的蹬地角較小外,其余兩名現役隊員與前優秀運動員的 蹬地角沒有明顯差異;(3)我國現役的3名運動員出手速度與世界優秀選手有較大的差距, 但是他們之間相互比較,則鞏立嬌的出手速度明顯大于李梅菊和李玲的出手速度,除鞏立嬌 出手角度偏低(32.830±2.833)外的兩名現役動員出手角度與世界優秀選手沒有多大差 距。

3) 在最后用力的過程中,鉛球做功的距離和時間較短。

參考文獻:

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[6] 劉剛.我國健將級女子鉛球運動員專項身體素質訓練水平與運動成績的研究[J]. 廣州體育學院學報,2005,9.

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[7] 白光斌,龔銳,張榴紅.背向滑步推鉛球技術動作的速度節奏研究[J].西安體育 學院學報,2003,2.

第2篇：運動生物力學特征范文

摘 要 文章通過分析膝關節解剖結構特點和生物力學特征，結合籃球技術動作特點，確定了膝關節各部位運動損傷的發生機制。并提出通過掌握運動員膝關節的運動生物力學特征，對科學指導訓練、提高運動員的訓練水平以及預防膝關節運動損傷發生等具有非常重要的意義。

關鍵詞 膝關節生物力學 運動損傷 力量訓練

運動生物力學根據人體的形態機能特點結合對運動場地器材的改進，研究最合理、最有效的運動技術；通過改善訓練手段增加運動訓練的適應性；通過研究運動損傷發生機制、改善不合理的運動技術，在訓練中改善神經肌肉系統功能和強化運動器官承受能力，達到預防損傷的目的[1]。作者通過參閱大量文獻，闡述籃球運動員膝關節運動生物力學特征，提出其指導膝關節科學訓練和預防膝關節損傷依據。

一、膝關節結構及生物力學特征

（一）膝關節是人體結構最復雜的關節，由兩個包在同一關節囊內的關節組成，即股-髕關節為滑車關節和股-脛關節為橢圓形關節。膝關節周圍的肌肉、肌腱、前方髕韌帶、內外側副韌帶、前后十字韌帶以及內外側半月板共同維持膝關節的穩定性[2]。

（二）膝關節的側副韌帶位于關節囊的外面，有內側副韌帶和外側副韌帶兩條，其主要作用是使膝關節不能產生內收與外展運動，并且限制膝關節過度發生旋轉的活動。[這兩側韌帶在膝關節伸直時被拉緊起固定作用，此時小腿不能做內旋及外旋動作。當屈膝時，這兩側韌帶松弛，小腿可做小幅度的內、外旋動作[3]。在籃球運動中膝關節屈曲，小腿突然內收內旋，或大腿突然外展外旋可能發生外側副韌帶損傷。常見持球突破，急停跳起投籃或跳起搶籃板等動作。

（三）半月板由致密環狀纖維所組成，其中含少量軟骨組織，具有一定的彈性，它們的主要功能是使股骨與脛骨兩者的關節面更加吻合，增加膝關節的穩定性，并且有緩沖股、脛骨之間沖擊力的作用[4]。

（四）膝關節囊內共兩條十字韌帶，主要功能是限制脛骨過度前移或后移。膝關節處于半屈曲位突然完成旋轉及內收、外展是重要的損傷機制，常合并內側副韌帶或半月板損傷。

股四頭肌腱大部分止于髕骨上緣，一部分越過髕骨上緣止于髕骨表面，股四頭肌在膝屈30°時，4個頭的合力最大，加上這時髕股間的力矩最大[5]。

（五）膝關節穩定性生物力學

膝關節是全身最大的負重關節，同時它又缺乏固有的內在穩定性，韌帶、關節囊和提供的靜力和動力性穩定作用起著特別重要作用[6]。

（六）籃球運動的基本技術動作生物力學分析

膝關節主要功能是屈伸運動，在半屈或屈90°時有輕微的旋轉運動。籃球運動中的特點是膝關節于半蹲位滑步、進攻、防守、制動、踏跳與上籃、落地緩沖等。這些動作都要求膝于半屈曲位屈伸與扭轉，以實現快速變向、伸膝發力的要求。

二、膝關節力量訓練

根據膝關節運動生物力學原理，力求膝關節在運動中穩定性和靈活性相統一，力量、速度和耐力相統一。所以對膝關節周圍肌肉韌帶的力量訓練尤為重要。使膝關節適應籃球運動技術特點的力學要求，同時保護關節避免損傷發生。通過對關節周圍肌肉力量訓練經過力的傳遞結構強化至肌腱、韌帶以及骨。

（一）肌肉力量訓練相關理論

“訓練適應”是反映運動員機體在長期訓練和外界環境（指自然環境與訓練、比賽環境、其中主要是訓練負荷）刺激的作用下所產生的生物學方面的“動態平衡”（指能量消耗與補充的動態平衡）。這種適應能滿足競技比賽所需要的各種機能能力，并按照“刺激—反應—適應—再刺激—再反應—再適應”的規律變化。運動訓練的任務就是通過合理的訓練負荷，打破機體原有的生物適應與平衡，使機體在新的水平上產生新的生物適應與平衡[7-8]。

（二）方法

1.固定阻力負荷練習

又稱靜力性練習。是指人體用力時，各運動環節無運動狀態的變化，此時，肌肉產生張力但不發生長度變化。如靜止負杠鈴半蹲等。

2.動力性沖擊負荷訓練

是指肌肉先進行離心收縮、緊接著迅速進行向心收縮的練習方法。是利用肌牽張反射會產生超大力量的原理，是在一次練習中增大肌肉訓練效果的較好練習形式。

3.等動練習器械訓練

該種練習是借助專門的等動力量練習器進行，在練習中，練習的阻力與運動員的用力相適應，從而保證了肌肉在收縮過程中始終按恒速或接近恒速的方式進行。

三、結論

膝關節是人體結構最復雜關節，本身內在不穩定。籃球運動員膝關節運動專項技術動作又處于關節生物力學的薄弱點。所以運動損傷發病率高，籃球技術動作要求膝關節適應其速度力量及耐力要求。在充分了解膝關節生物力學，掌握其力學規律，根據人體形態機能特點，進行科學訓練，不斷改進運動技術，提高運動成績。同時的預防運動損傷及康復都具有重要意義。

參考文獻：

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[2] 陸愛云.運動生物力學[M].人民體育出版社.2008.12：270.

[3] 劉有志.籃球運動中膝關節損傷的機制、原因和對策[J].職業時空.2010.3.

[4] 陸裕樸.胥少汀，等.實用骨科大全[M].人民軍醫出版社.1997.3：1082.

[5] 李欣.籃球運動中常見傷病的調查分析與預防[J].2007.5.

[6] 陸裕樸.胥少汀，等.實用骨科大全[M].人民軍醫出版社.1997.3：691，1081.

第3篇：運動生物力學特征范文

關鍵詞：羽毛球；正手；后場高遠球；技術分析

1.前 言

隨著競技運動的發展和全民健身的開展，羽毛球運動日漸風靡。無論是競技為目的還是以健身為目的的羽毛球運動，都需要參與者積極地移動、跳躍、轉體和揮拍等動作，運動各種技戰術和步法。

羽毛球中后場高遠球技術是羽毛球殺球、劈吊等技術的基礎，對運動員擊高遠球動作進行技術分析，可以將動作進行量化分析，幫助運動員從根本上了解人體擊高遠球的原理以及如何更好掌握這門技術。

2.研究對象與方法

2.1 研究對象

本文中以沈陽體育學院4名羽毛球運動員為研究對象，其中2名運動員水平為二級運動，另外2名為業余水平，4人均以右手持拍，無傷病史。

2.2 研究方法

2.2.1 實驗內容及過程

兩臺高速攝像機的擺設如圖1中A機和B機的位置，A機拍攝運動員側面的動作，B機拍攝運動員背面的動作，二者實現同步拍攝。每名運動員成功擊打三次，在三次擊打動作中選擇最好的一次擊打動作。

2.2.2 錄像解析

利用會聲會影9.0進行視頻剪輯處理。采用美國APAS解析系統對處理后的視頻進行解析，解析中以Dempster模型作為標準。

3.研究結果

3.1 引拍階段技術特征分析

3.1.2持拍臂運動學分析

3.1.2.1右肘關節技術分析

根據圖2，陳XX和康XX的肘關節下降時刻早，關節伸展程度大，在20°～40°之間出現一個較長時間的穩定波動期，表明右上肢的肌肉群協調工作能力強。閆XX的肘關節穩定波動期很短，說明引拍階段不穩。結合表1和表2，由于肌肉群調整期過長，速度參數明顯偏低。劉XX擊球效果優于閆XX。通過以上分析，陳XX與康XX的右上肢肌肉群的短時間內的協調能力較強，劉XX次之，閆XX較弱。

3.1.2.2 右腕關節技術分析

圖3中，運動員腕關節開始都有平緩起伏階段，結束時腕關節背伸，這樣揮拍擊球時，腕關節會急劇反彈獲得較大的速度。陳XX與康XX的腕關節角度變化的平緩起伏很長，然后急劇下降，而閆XX與劉XX的腕關節角度，則是一個緩慢的下降趨勢。根據腕關節變化，閆XX與劉XX沒有掌握良好的引拍階段的技術動作，這也就影響了二人擊球的效果，閆XX與劉XX在今后加強動作規范性訓練。

3.1.3結束時刻持拍臂速度特征分析

觀察表1，運動員在結束時刻各個環節的平均速度從小到大依次是右肩關節、右肘關節、右腕關節、右手和拍頭，拍頭速度最大，達到了12.7m/s，可見，持拍臂的速度變化符合力學變法原理。但就個人來看，閆XX有所偏差，右肘關節速度為4.6m/s，右腕關節稍小，為4.2m/s，不符合力學鞭打原理，分析其原因可能與圖2-3中肘關節在穩定期的突然增大所引起的。4名運動員拍頭速度從大到小依次是陳XX、康XX、劉XX和閆XX，陳XX最大為14.4m/s，閆XX最小為11.7m/s，相差比較大。所以認為，陳XX在完成引拍中全身的肌肉能夠協調配合用力，技術熟練，康XX次之，劉XX和閆XX一般。

4.結論與建議

4.1 結論

4.1.1 陳XX與康XX的右上肢肌肉群的短時間內的協調能力較強，更有利于擊球前的引拍動作的穩定，獲得更好的擊球效果。

4.1.2 閆XX與劉XX沒有掌握好良好的引拍階段的技術動作，是擊球階段各環節速度有較大差距。掌握好良好的引拍階段的技術動作對于良好的擊球效果至關重要。

4.1.3 四名運動員在擊球瞬間持拍手臂的速度從小到大依次是右肩關節、右肘關節、右腕關節和右手，符合力學鞭打原理。

4.2 建議

4.2.1 加強肌肉的協調性訓練，使肌肉群能夠在短時間能迅速地調整到最佳狀態。

4.2.2 加強基本動作的練習，牢固掌握良好的擊打后場高遠球的技術動作。（作者單位：沈陽體育學院研究生部）

參考文獻：

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[2]丁海洋.男子網球運動員發球技術左下肢動作的生物力學分析[D].上海體育學院，2013.

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[5]陳石.網球正手擊球動作下肢的生物力學特征分析[D].北京體育大學，2010.

第4篇：運動生物力學特征范文

關鍵詞：運動鞋文化；價值解析；多維視角

中圖分類號：G818.4 文獻標識碼：A 文章編號：1004-4590（2015）01-0086-05

作為鞋家族中的一員，運動鞋具有鞋一般意義上的文化表征和功能，同時在其概念的能指與所指、文化的內涵與外延上又與一般意義上的鞋具有一定的差異性，它既具有鞋的一般共性又具有其一定的特殊性，具備了一般意義上的鞋所不具備的文化內涵和價值功能；運動鞋被冠以“運動”，揭示了運動鞋的本質屬性，表明了它與體育運動的關系。事實上，運動鞋是體育運動的衍生物，它既是體育運動的技術或者物質裝備，又是體育文化的顯性符號，隱含著某種體育精神、價值觀念和信仰追求。

在學術上，運動鞋研究近年來成為一種重要課題和熱門話題，但這種研究往往是基于運動鞋之于體育運動的重要作用，從人體功效學和運動生物力學等方面進行實驗和探討，這些研究成果雖然在一定意義上影響和推動了體育運動實踐，但不足以反映出運動鞋的文化價值。因為這些研究成果無法幫助我們去全面解讀和詮釋當下的種種現象和趨勢：其一，運動鞋成為一種時尚。從時尚界看，它們通過跨界合作設計時尚潮流運動鞋，如時尚品牌“Y-3”由日本設計大師Yohji Yamamoto與阿迪達斯合作創立，New Balance融入中國京劇臉譜元素設計生產了京劇臉譜限定跑鞋等；在各類秀場上，材質獨特、款式新穎的不同運動鞋開始躍入人們的視野，它不僅引領著一種時尚潮流，而且預示著人們審美和理念的變化以及一種文化變革。從社會生活看，人們借助運動鞋的造型、品牌及內涵去修飾裝扮自己、展示自己，從中獲得一種審美愉悅和象征性的精神滿足。其二，運動鞋成為一種日常生活消費。隨著經濟社會的快速發展、競技體育的廣泛影響以及人們健康意識、消費理念的變化，人們對于運動鞋的消費不僅僅限于休閑、健身、娛樂，而且關注和追求運動鞋所表達的一種生活方式和個性化需求。其三，運動鞋成為體育收藏界的“寵兒”。時下在體育博物館以及舉辦諸如展覽會、交易會和展銷會等形式多樣的體育收藏活動上，運動鞋均占有重要的一席之地；收藏者不惜重金收藏運動鞋，在收藏中感受著體育文化帶來的審美熏陶和智慧啟迪。這些都彰顯或隱含著運動鞋文化價值的豐富性和多樣性――基于多個學科的視角和維度管析運動鞋文化價值，無論對于運動鞋的研究、制造和銷售，還是對于發展體育文化、推動競技體育和大眾體育運動都具有重要意義。

1.運動鞋文化的衍生與發展――基于歷史文獻學的視角與維度

相比于運動鞋人體功效學和運動生物力學等方面的研究，關于運動鞋文化的發展史研究則顯得較為冷門，它只是散見于各種歷史文獻之中。這些記載，又往往是基于文化的視角進行真實描述，而非從“運動”或者體育的視角進行記載，但我們不能因此否定這些廣義上的鞋的“運動”功能和作用――在鞋沒誕生之前，人類是以赤腳的形式運動發展的；在鞋誕生之后，人類又以鞋裝備雙足進行運動發展，進行著諸如狩獵、奔跑、游戲、軍事斗爭等各種各樣的活動，鞋也隨著人類運動發展而發展著它的款式、色彩和制作材料。理論認為，需求是人之本性，是社會發展進步的動力。鞋正是人類在同自然博弈、發展自我的“運動”過程中因自身需求而產生的，鞋也因此從一開始誕生便具有“運動”的性質，可以說，運動是鞋的本質屬性。由此，回溯運動鞋文化的發展史，我們不得不從兩種視角和維度去審視，一種是廣義意義的“運動鞋”，即鞋；一種是嚴格意義上的“運動鞋”，即應用于體育運動中的專業運動鞋。

廣義意義上的運動鞋文化有著深厚的歷史淵源。吳欣《中國消失的服飾》（2010）、沈從文的《中國古代服飾研究》（2002）、袁杰英的《中國歷代服飾史》（1994）、駱崇琪的《中國鞋文化史》（1990）、周錫保的《中國古代服飾史》（1984）等專著對中國鞋文化進行了多個視角的掃描。其中，由民俗學家葉大兵等編寫的《中國鞋履文化辭典》，從多學科視角系統反映了我國制鞋史和鞋文化發展史，介紹了傳統和現代鞋履的詳細情況，展現了由鞋所引出的諺語、謎語、成語、寓言、戲劇傳奇等文化景觀。從這些文獻中，我們可以從氏族社會時期的彩陶領略到我國最早的鞋的形象，從歷史考古中欣賞到中國較早的實物鞋，但要挖掘鞋的歷史發展淵源，還需要我們從歷史文獻中去探尋。

從鞋的發明創造看，《禮記?禮運篇》以“未有麻絲，衣其羽皮”描述了原始人類以動物的皮來裹腳，這也許正是鞋的最早的雛形；在傳說中，鞋則是由黃帝所發明，立于北京的《靴鞋行孫祖殿碑》記載了黃帝造鞋，“始創造屐履，借作護足之需”；1973年出土于青海大通縣、被考證距今5000多年的陶俑，其腳穿有一雙尖部上翹鞋，印證了古人在傳說中的黃帝時代已由以物裹足改為穿鞋。從鞋文化發展看，鞋與古代社會政治、文化禮制有關密切的關系。如在先秦時期，殷商時代便初步建立了鞋之禮制，周代設有負責貴族用鞋的“屨人”一職，周代則明確定義了“復下日舄，單下日屨”的鞋的形制，其中舄多為貴族穿用，而屨則限于平民穿用。在秦漢時期，規定喪事著舄、上朝穿靴、燕服穿屨等，鞋的穿用規制更為具體。魏晉之后，鞋開始趨向于時尚化發展，如魏晉時期便出現了玉華飛頭履、芴頭履、分梢履、五朵履等，鞋的樣式極為豐富。從鞋與運動的關系看，歷史文獻中有較多穿鞋運動的記載，如周武王姬在其《履屨銘》中說，“慎之勞，勞則富”，既強調了鞋的功能和作用，告誡人們精心愛護腳下的鞋，又強調要著鞋而勞；《南史》這樣記載了嗜好運動的謝靈運，“登躡常著木屐，上山則去前齒，下山則去后齒”；《南史》還記載了人們足穿芒履活動的情形，“使其子弟并著芒履，于齋前習行”；《晉書?石季龍載記》記載了女子穿靴騎馬的情景，“五文織成靴，游于戲馬觀”；李白《嘲魯儒》“足著遠游履，頭戴方山巾”這一詩句中的“遠游履”系唐代的一種便鞋，差不多類似于今天的運動鞋。從這些歷史文獻中可看出，運動鞋在中國有著悠久的歷史淵源和豐富的文化內涵。

就嚴格意義上的運動鞋而言，其產生與發展一般有兩個重要因素，一是古代奧運，雖然最早的奧運賽場上人們是赤腳參與競技，但卻催生了運動鞋；另一個是近代橡膠工業的進步，為運動鞋的生產與制造提供了理想材料。回顧運動鞋的誕生與發展史，我們可去用幾個“第一”來管窺運動鞋發展的歷史概貌：世界第一雙槌球鞋――1968年誕生于美國，由“橡膠底+帆布幫”并通過圍條制作而成，它被稱為近代史上第一雙運動鞋；世界第一雙籃球鞋――1917年由美國匡威鞋業公司生產制造，并隨著籃球巨星Chunk Taylor在巡回賽中推廣，這一運動鞋很快成為籃球運動員和廣大青少年青睞的足下用品；世界第一雙膠鑄釘鞋――上世紀20年代，由阿迪達斯研發制作，因美國短跑運動員杰西?歐文斯使用而連奪四枚金牌而成為揚名世界的品牌。在此過程中，隨著日本的Asics、德國的Adidao、美國的Converse等名牌廠商不斷研發，把科技文化融入運動鞋之中，不斷提高運動鞋的性能。上世紀60年代，美國耐克公司開始走出皮革、帆布等制作材料的束縛，大膽嘗試運用尼龍材料做運動鞋子的幫面，所生產的該種運動鞋因其性能柔軟、輕盈而牢固而深受運動員歡迎，后來又成為旅游消費者的青睞。到了上世紀80年代以來，隨著雷寶、耐克等美國公司在全球各地投入生產，美國運動鞋開始風靡全球。這時，中國運動鞋廠商積極引進新材料、新工藝、新技術，研發生產各種專業運動鞋，努力縮小與國外產品的差距。

循著運動鞋文化發展的歷史脈絡，可以清晰地看到，隨著科技文化的延續與融入、時尚文化的融合與衍生、明星文化的影響與深化，同時隨著體育精神的廣泛認知認同與大眾體育的興起，運動鞋文化價值日益凸顯，它在深刻地影響著人們的生活方式和價值觀念。

2.運動鞋文化與體育科學探究――基于運動生物力學的視角與維度

體育是一門科學，而科學是人類永遠無法探知窮盡的領域。作為與體育運動關系最為直接和緊密的體育運動裝備，運動鞋生物力學是體育科學領域的一個重要分支，這一研究的深化也正是體育科學體系的豐富與完善。事實上，運動鞋的文化魅力和價值，最根本的還是在于運動鞋本身，在于運動鞋的科學，在于科技文化的延續與融入，其他諸如運動鞋的時尚、精神、消費等文化價值都是運動鞋科技文化的衍生或者派生。

第5篇：運動生物力學特征范文

摘 要 本文章采用文獻資料法，從籃球鞋的分類、構造與發展，踝關節的解剖學結構及踝關節損傷在籃球運動員中的發生率，評價籃球鞋的相關指標，以及鞋幫高度對踝關節損傷預防的國內外研究現狀進行綜述，為系統地進行籃球鞋研究，提高運動員的運動能力及預防踝關節損傷提供理論依據。

關鍵詞 籃球鞋 踝關節 損傷

一、研究目的

籃球運動魅力獨特，是世界上參與人數最多的項目之一，在我國也有著極為廣泛的群眾基礎。隨著籃球運動水平不斷提高，競爭越來越激烈，隨之而來的是籃球運動員的受傷率大幅上升，其中踝關節損傷是籃球運動中最常見的損傷之一，也成為影響籃球運動員運動壽命和限制運動能力的重要因素之一。

二、研究方法

文獻材料法。

三、研究結果

（一）籃球鞋的分類、構造與發展概況

1.籃球鞋的分類

籃球鞋通常指人在籃球比賽或訓練時所穿用的鞋。最常用的籃球鞋分類方法是按鞋幫高度分類，可分為高幫、中幫及低幫籃球鞋。一般需根據個人的靈敏性、進攻性和穩定性對三種籃球鞋加以選擇。

2.籃球鞋的構造

籃球鞋由鞋面、中底和外底構成。鞋面是鞋子上的柔軟部分，使腳在打球過程中感到舒適。鞋面一般包括鞋幫、抱腳結構和鞋帶等幾部分，鞋幫如上所述有高、中、低幫之分，抱腳結構使籃球鞋在運動過程中的突然起跳或急停、頻繁轉身等動作中更好包裹腳，起到保護作用，許多籃球鞋都使用鞋帶以增加鞋的穩定性。

（二）籃球運動中的踝關節損傷

1.踝關節的解剖學特點

踝關節即距骨小腿關節，又稱距上關節，它是復合關節，由脛距關節，腓距關節和脛腓關節組成。周圍主要的輔助穩定的韌帶是：（1）外側韌帶，包括距腓前韌帶、跟腓韌帶和距腓后韌帶，防止關節內翻；（2）三角韌帶，防止關節外翻；（3）脛腓間聯合韌帶，保持遠端腓骨和脛骨之間的穩定性。

2.踝關節損傷在籃球運動員中的發生率

籃球運動項目特點是空間對抗激烈，地面對抗強，并常伴有身體接觸，對運動員的下肢爆發力和身體對抗能力要求很高，所以訓練和比賽中運動損傷較多。有研究顯示，踝關節損傷是籃球運動損傷中最普遍也最嚴重的傷病之一。一項澳大利亞學者的研究踝關節損傷是運動員因傷病而放棄上場的最主要傷病（53.7%）。踝關節損傷會造成運動員的疼痛，踝關節不穩定，關節捻發音，嚴重時導致殘疾。

3.預防踝關節損傷的重要性

在美國，平均每天發生踝關節損傷多達23000例。一項1983年的調查報告顯示美國次年花費20億美元在中度及重度踝關節扭傷，并預計2008年這個數字將達到42.2億美元。對運動員的研究顯示這些數字主要發生在籃球運動中。

（三）評價籃球鞋鞋幫高度對預防踝關節損傷的常用生物力學指標

1.運動學指標

運動學指標主要選取踝翻轉角γ。

（1）定義

如圖1所示，由右足跟點L和右足跟上點K之間構成的直線與右跟鍵點J和右跟鍵上點I構成的直線在人體冠狀面上的投影形成的夾角，反應踝關節的翻轉程度。一般當圖中直線LK按逆時針方向轉向直線JI形成銳角夾角時，定義翻轉角γ為負值，表示足部外翻；當銳角夾角是由直線LK按順時針方向轉向直線JI形成時，定義翻轉角γ為正值，表示足部內翻。

圖1 踝翻轉角γ

（2）獲取方法

使用Qualisys紅外光點捕捉系統，對進行動作的受試者進行拍攝。然后使用Qualisys紅外光點分析系統獲取各標志點的三維坐標，然后使用microsoft office excel和Qtools對獲得的個標志點原始三維坐標數據進行計算，得出個指標值，進而獲得踝翻轉角。

2.動力學指標

動力學指標主要選取：（1）Fz、Fx峰值力；（2）Fz、Fx到達峰值力的時間。

（1）定義

如圖2所示，測力臺三個方向和人體運動方向示意圖，定義前方、側向和豎直方向上為正。Fz、Fx分別表示地面反作用力在垂直方向和水平側向方向上的峰值；到達峰值力的時間是指從接觸地面瞬間開始計時到峰值力出現的時間。

圖2 測力臺三個方向和人體運動方向示意圖

（2）獲取方法

受試者在Kistler三維測力臺上做動作。然后使用Kistler測力臺系統自帶軟件得到Fz、Fx（要對體重進行標準化處理，以排除自身體重的差異）。

3.肌電指標

肌電指標主要選取：（1）落地前：預激活出現的時間、預激活強度；（2）落地后：肌電活動貢獻率、積分肌電和均方根振幅最大值。

（1）定義

預激活時間是指在受試者在懸空下落時有肌肉活動出現時刻至落地時刻的這段時間；預激活強度指預激活時間內的平均振幅；積分肌電是指所得肌電信號經整流濾波后求單位時間內肌肉信號曲線下面積的總和，反映肌肉在動作過程中的所表現的出來的總的肌肉活性；肌電活動貢獻率是指落地后各塊肌肉的積分肌電占總積分肌電的百分比，反映動作過程中各塊肌肉用力的主次關系；均方根振幅最大值是指幾點振幅的均方根最大值，反映運動單位募集數最多、放電頻率最大的情況。

（2）獲取方法

此類研究踝關節損傷的文獻中一般選擇脛骨前肌、腓骨中肌和腓骨短肌作為測試肌群。使用Mage肌電采集分析系統，對上述肌肉貼點、采集信號。然后用Mage肌電采集分析系統自帶的軟件對原始肌電信號進行處理，獲得上述指標數據。

（四）籃球鞋鞋幫高度對踝關節損傷的預防國內外研究現狀

隨著籃球運動的升溫，國內外學者對籃球鞋的研究興趣也不斷增長，其中高幫籃球鞋是否對踝關節扭傷的防護有積極作用已成為研究人員研究的熱點。但事實上，研究人員至今為止尚未對此問題達成共識。結果發現受試者穿著高幫籃球鞋時前腳掌和頭部受到的沖擊力均較穿著低幫籃球鞋時大，但脛骨所受的沖擊力較小。

四、研究結論

研究籃球鞋鞋幫高度對踝關節損傷預防的效果時可用多個指標進行評價，生物力學評價指標中除了常用的運動學及動力學指標外，肌電指標也逐漸運用于評價中。由此可看出對籃球鞋鞋幫高度的研究已從之前的單純的踝關節解剖學結構角度逐漸發展到從神經肌肉的動用角度。目前國內外研究普遍持三種觀點：第一種認為高幫籃球鞋對踝關節穩定性有積極作用；第二種認為高幫籃球鞋對踝關節穩定性雖有一定作用但也在一定程度上影響了運動能力；第三種認為高幫籃球鞋對踝關節穩定性無明顯作用。如何利用運動生物力學評價指標準確地評價鞋幫高度對預防踝關節損傷的作用，如何根據運動員自身特點選擇合適地籃球鞋等問題尚需要進一步研究。

參考文獻：

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第6篇：運動生物力學特征范文

關鍵詞：技術；生物力學；負荷

1.引言

實現體育社會潛力最主要的行為者是體育院系的畢業生。因此，在學生職業技能形成的學校教育階段必須形成跑的正確理解和完善跑的技術。高等院校體育院系的學生入學時已經具備了多年的訓練和比賽經驗。所從事的專項活動必然對其跑的技術產生影響。因此本文試圖在考慮學生原有專項的基礎上構建合理的跑的技術教學方法。

2.研究對象與研究方法

2.1研究對象：高等學校體育院系學生跑的技術的形成和完善過程。

2.2研究方法：

2.2.1 文獻資料法

查閱大量有關跑的技術的文獻資料，對本文的研究給予了理論支撐。

2.2.2 實驗法

對田徑跑的專項學生（n=13），體操專項學生（n=12），摔跤專項學生（n=13）進行教學實驗，其中田徑組為對照組，實驗為期一學年，在田徑課的準備活動中采用針對性的練習調整跑的技術。

2.2.3 攝像與解析法

高速攝影法和影片解析法，用一臺高速攝影機在現場進行定點拍攝，拍攝頻率100 f/s。教學實驗前受試者以自己舒適的速度跑300米，在其不知情的情況下進行拍攝。實驗后同樣的方法進行攝像。運用“Selicon COACH”，軟件進行解析獲取本研究所需的運動學原始數據。

2.2.4數理統計法

對所獲數據運用SPSS14.0統計軟件包進行處理。

3. 結果分析與討論

3.1 不同專項學生跑的生物力學特征分析

我們的實驗研究了完全不同的兩個運動專項-體操與摔跤。體操專項學生的特點是動作幅度大而且以前腳掌著地。摔跤專項學生的特點是幅度小以腳跟或者全腳掌著地。田徑組在研究中作為對照組。

不同專項學生的跑的生物力學參數見表1，從表中可以看出田徑專項學生以更大的著地角放腳，這使他們有效的減小了緩沖距離，比體操運動員減少了16厘米，比摔跤運動員減少了8厘米。由于緩沖距離與作用于支撐運動系統的負荷直接相關。為了減小對運動支撐器官的負荷體操專項的運動員完善跑的技術首先要解決的問題是積極放腳和著地時前腳掌接近身體重心。而對于摔跤專項的學生來說首要的任務是形成在著地時以前腳掌著地的習慣。這樣可以使人體最強大的彈簧-前腳掌參與到緩沖過程中來。從而減少有效降作用于腰椎的負荷。

田徑專項的學生身體重心騰起角顯著的低于其他專項的學生（р < 0.05），這減小了支撐階段垂直方向的重心起伏。“跳動式”跑步在摔跤專項的大學生中反映最為明顯。其重心騰起角為 10.2 °，比田徑專項和體操專項的學生高1.4°和0.8°。這表明摔跤專項的學生在跑的過程中相對垂直分速度大于其他專項的學生。體操專項與摔跤專項學生在支撐時間與緩沖距離這兩項指標上與田徑專項學生存在顯著性差異。

在達到垂直位置前的緩沖階段支撐腿出現屈膝和屈髖，屈膝和屈髖的程度說明了身體重心下降的程度，也可以用此指標來評價支撐腿退讓性工作的效果。屈膝角最大的出現在體操專項學生中，較田徑組高14.4°和較摔跤組高10.4°。這是由于他們消極放腿的原因引起。最終導致了重心起伏較大。這樣體操組與摔跤組學生重心起伏超過8cm，明顯高于田徑組學生。消極的放腿還導致了緩沖階段退讓性工作的效果，延長了支撐時間，因此田徑組學生支撐時間顯著性（р < 0.05）短于體操組（0.118 с）與摔跤組（0.152 с）。然而雖然支撐時間與緩沖時間田徑組短于實驗組，但是蹬地距離（53.04 см）卻明顯的長于體操組47.4 см.與摔跤組45.4cm。

表1 不同專項大學生跑的生物力學特征

3.2 體操專項大學生實驗前后跑的技術的變化

由于體操專項的學生特點是消極著地支撐，這導致了緩沖距離延長，降低了垂直位置時的身體重心，也相應的增加了對運動支撐器官的負荷。因此他們被施加了能提高主動積極著地，使著地點靠近身體重心的練習。主要練習如下：肩倒立做蹬自行車運動、身體前傾和積極放腿的大步走、小步跑、直腿跑、高抬腿跑、積極落地的單足跳、兩人練習等。

教學實驗后證明對于減小運動支撐器官承受的負荷方面的指標教學實驗是有效的，著地角實驗前（69，8 ±0，6）°，實驗后（72，2 ±0，3）°，增加了2.4°。這表明學生在跑時更加積極主動的在接近垂直的位置放腿，這種著地方式使緩沖距離減少了8.4厘米。實驗后身體重心下降程度變小，屈膝角和屈髖角均顯著性增大，其中屈膝角由原來（133，0±2，0）°到（142，0±1，2）°增加9°，屈髖角增加3°。緩沖距離也有了顯著性的減少，減少了8.4cm。

3.3田徑專項大學生實驗前后跑的技術變化

田徑專項大學生在本實驗中作為對照組，采用常規教學方法教學，實驗結果表明田徑專項大學生所有跑的技術指標均有好轉。減小了蹬地角和騰起角，減低了重心起伏，屈髖角有所增加但屈膝角由于蹬地角和騰起角變小而變小，但是經檢驗無顯著性變化。在總體好轉的趨勢下田徑專項學生跑的技術的緩沖距離和蹬地距離沒有變化。可能的原因為一是田徑專項學生的跑的技術已經定型，很難在短時間改變。二是缺少有效的教學手段來減少消極用力的緩沖距離。

3.4不同專項大學生實驗后跑的生物力學特征對比

不同專項的大學生實驗后在反映運動支撐器官所受負荷的指標上已經沒有顯著性的區別，見表2。著地角全部增大。減小了緩沖階段的制動作用。3組學生的騰起角均變小，減小了跑動中的重心起伏，減低了對運動支撐器官的沖擊。其中體操組和摔跤組具有顯著性區別。在實驗前體操組與摔跤組與田徑組在騰起角這一指標上具有顯著性差異，但是在實驗后各組之間已經沒有了顯著性差異，尤其是摔跤組騰起角下降了2.1°。在垂直點支撐腿屈膝角和屈髖角明顯變大，并且在不同專項學生之間不再具有顯著性差別。體操組學生屈膝角增加了9°，而摔跤組學生則在屈髖角這一指標增加了9°。這表明這表明試驗者更加主動的放腿著地支撐，使著地點接近身體重心投影點。在這種情況下在到達垂直位置之前因退讓性工作儲備了更多的彈性勢能，促進了蹬地時肌肉的有效工作。

表2不同專項大學生實驗后跑的生物力學特征對比

此外應該注意到這樣一個事實，身體重心起伏程度在不同專項的學生中都有了下降，尤其是實驗組。在實驗后與田徑組已經沒有顯著性差異。這表明實驗組的學生的跑的技術已經更為經濟和有效。

實驗組在跑速下降的緩沖距離明顯下降（р < 0.05），在這一指標上實驗后與田徑組已經很接近，經檢驗沒有顯著性差異。而田徑組則基本沒有變化。經過對跑的技術指標進行對比分析后認為實驗組的學生進步更為明顯。在反映對運動支撐器官所承受的的負荷的指標上與田徑組已經很接近 ，證明試驗的教學方法有效。

4. 結論與建議

4.1 決定運動支撐器官受到的負荷的跑的技術指標是身體重心起伏程度、緩沖距離和著地方式。

4.2 高等院校體育院系學生跑的技術受先前專項影響。對于體操專項學生來說消極放腿和著地點遠離身體重心投影點。而對于摔跤專項學生來說特點是以后腳跟著地和重心起伏過大。

4.3 完善跑的技術首先要系統的評價這些指標：騰起角、重心起伏程度、緩沖距離、著地方式等。與跑的運動過程中運動損傷關系最大的是著地放腿方式。

參考文獻：

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第7篇：運動生物力學特征范文

骨性偏頜畸形是由于上下頜骨左右不對稱形成的顏面部畸形，以上下頜側方關系不調，牙中線不一致，頦部偏斜為主要臨床特征的一類復雜畸形。它嚴重影響患者容貌、咀嚼、發音功能，給患者生理及心理造成巨大的壓力，而且常造成患者雙側顏面不對稱及關系紊亂［1］。顳下頜關節(temporomandibularjoint，TMJ)是人體最復雜的關節之一，對它的研究一直是口腔醫學專業的熱點。由于研究方法和手段的限制，對TMJ生物力學行為的認識一直未取得令人滿意的成果。隨著有限元理論分析方法在這一領域的應用，對TMJ的應力分布及其變化規律有了初步認識。然而，至今尚未見到有關于骨性偏頜患者顳下頜關節力學分析的報道。本研究利用三維有限元模型進行了骨性偏頜患者顳下頜關節生物力學的分析。

1材料和方法

1．1實驗對象和三維影像的獲取選取臨床1例因偏頜求治的女性患者，21歲。患者無頜面部外傷史，無系統疾病史，無正畸史。面部不對稱，頦部偏右約3mm。拍攝頭顱后前位片和側位片，以及進一步的三維計算機斷層掃描重建(圖1)，發現患者右側升支相對左側較短;上頜平面和下頜平面圍繞矢狀軸旋轉，導致平面傾斜(左低右高)。對患者進行CT和MRI檢查，獲取三維影像。通過螺旋CT掃描裝置(SiemensSomatomPlus2，SiemensAG．，Munich，Germany;120kV，175mA)獲取患者CT數據。CT掃描間的距離為0．60mm，平面分辨率0．32mm/像素，總共得到了219層圖像。通過1．5特斯拉的磁共振成像掃描儀(SiemensMagnetomVisionPlus，Germany)獲取患者的MRI數據。MRI掃描的參數是T1加權自旋回波序列、800ms的重復時間，層面厚度為4mm，而且層面間沒有間距。

1．2建立包含顳骨、下頜骨和關節盤三維有限元模型將CT的數據通過Mimics軟件中進行組織分離，得到各層影像上頜骨和下頜骨包括牙齒的基本輪廓，并生成相關的．stl格式的點云文件。采用達索公司生產的CADTIA軟件，運用逆向工程的方法，擬合出實體的三維結構模型，并確定坐標軸(圖2)。將模型導入Ansysworkbench軟件中，網格劃分得到有限元模型。髁突模型表面向外擴展用來填充髁突的邊緣和靠髁突的顳窩區域的邊緣的間隙，通過模型間布爾運算的方法，得到關節盤模型。這樣就得到了包括顳骨、下頜骨和關節盤的有限元模型，模型的基本信息為節點總數165050，單元總數102342，單元類型是四面體單元(圖3)。

1．3咀嚼肌的生物力學模型將MRI檢測數據導入Mimics參照Koolstra［2］的方法，以人工勾畫的方式提取出感興趣區肌肉的外形輪廓。從頭部MRI影像中提取出咀嚼肌的斷層形態，按其坐標在空間疊加，可以得到肌肉的形態。將頜骨模型和MRI得到咀嚼肌模型進行疊加和擬合，這樣就可以得到主要咀嚼肌在下頜骨的附著面和各個肌肉橫截面積及兩側比值。通過肌肉的起止點的中心，并參考肌肉形態，定出肌肉的作用方向的坐標［3］。

1．4材料特性選取下頜骨的外層單元作為皮質骨，內層單元作為松質骨。將關節窩幾何形狀稍作簡化，均作為皮質骨處理。皮質骨、松質骨、關節盤等材料常數參照Tanaka等［4］的數值(表1)。模型各部分為連續、均質、各向同性的線彈性材料。

1．5邊界條件對于該有限元模型的邊界條件，所有方向的運動被位于顳骨后緣頂部的節點所限制，而所有位于顳骨頂部的節點限制了垂直方向的運動。矢狀向的運動被顴弓和顳骨后部分的節點所限制。最后，冠狀向的運動被顳骨中部的節點所限制。咬合面視為只能壓不能拉。

2結果

在這個模型中，通過模擬牙尖交錯位來計算加載的方案。咬肌肌力參考Koolstra［5］和Korioth［6］研究。偏斜對側咬肌肌力的最大值定為100N［3］，其他肌肉的力值通過肌肉橫截面積測量轉換得出(表2)。在模擬肌肉負載狀況下，可以觀察到偏斜對側和偏斜側的關節盤處于不同的受力模式。偏斜對側的受力部位靠內側，是一種集中的方式;然而偏斜側的受力部位靠外側，是一種分散的方式(圖4)。在關節窩區也出現類似的結果(圖5)。可以發現移到偏斜對側顳骨的應力集中在顳窩前部和內側，而轉移到偏斜側顳骨的應力分散到顳窩的外側。這種不同的負荷轉移，既反映了非對稱加載，也反映了偏頜患者兩側髁突的形態變化。在冠狀面方向的斷面圖中，可以觀察到偏斜側關節窩外側(顳骨鼓室部分)受力大，偏斜對側關節窩內側受力較大(圖6)。在矢狀面方向的圖中可以看到受力部位均靠前，而且偏斜對側較偏斜側集中(圖7)。通過觀察關節盤中心區域的斷面圖，可見其應力變化和在關節窩區出現的結果類似(圖8～9)。兩側關節盤的受力和各個方向的分力見表3。

第8篇：運動生物力學特征范文

【摘要】目的 探討項韌帶鈣化與頸椎病的關系。方法 觀察210例項韌帶鈣化的X線特征,結合文獻分析與頸椎病的關系。結果 項韌帶鈣化與頸椎病的形成密切相關。結論 項韌帶鈣化單獨存在時可作為頸椎病的早期診斷。

【關鍵詞】項韌帶鈣化;頸椎病

項韌帶鈣化是項韌帶出現的一種鈣化現象,正確認識這一病理現象對預防及治療頸椎病意義重大,本文對210例項韌帶鈣化的X光四位片綜合分析,結合臨床和文獻總結出項韌帶鈣化與頸椎病的形成密切相關,項韌帶鈣化可作為頸椎病的早期診斷,報告如下。

1 臨床資料

1.1 一般資料本組210例,其中男121例,女89例,年齡41～79歲,平均年齡51.2歲。

1.2 臨床表現頸部僵硬105例,頸后疼痛91例,上肢麻木131例,頭痛39例,眩暈101例。

2 結 果

本組210例項韌帶鈣化者,其中193例頸椎椎體前后緣、鉤椎關節等處有不同程度的骨質增生現象,47例有生理曲度的改變,89例伴有頸部不同程度的椎間盤膨出、突出表現,僅有2例為單純的項韌帶鈣化,此2例年齡均為41歲,臨床均以頸部僵硬一月以內為主訴就診,其余208例患者均有一月以上病史,伴隨有不同程度的頸椎病。

3 討 論

3.1 項韌帶的功能及鈣化的意義項韌帶有協助頸部肌肉支持頭頸的作用,并有對抗頸椎屈曲保持頸椎挺直的作用,其主要功能為限制脊柱前屈。當項韌帶受到拉伸負荷時,韌帶變長;當拉伸解除后,膠原纖維在其周圍彈力纖維的牽拉下,恢復其原有的彎曲結構。膠原纖維本身的伸展性較差,而項韌帶內膠原纖維與彈力纖維有著微妙的比例關系,這樣既允許椎骨間有一定的活動度,又參與了脊柱的穩定作用。多數學者認為:項韌帶鈣化可理解為項韌帶超負荷的一種表現[1,2]。

3.2 項韌帶鈣化的病因及病理多數學者們認為項韌帶鈣化與創傷有關[3],外傷性的急性牽拉,頭部過度前屈、持久低頭工作或睡眠時枕頭過高均可牽拉項韌帶引起疲勞性損傷,肌輕微撕裂、出血、滲出、水腫,在不斷損傷和修復的過程中,肌與肌、肌與韌帶間發生粘連、攣縮、瘢痕、變形、硬化、局部微循環發生障礙,從而使大量的軟骨細胞增生,甲苯胺藍染色使膠原纖維及軟骨細胞呈強陽性,強異染物質系酸性粘多糖,其主要成分是硫酸軟骨素,研究表明其與鈣鹽的沉著密切相關。此外,軟骨細胞具有合成堿性磷酸酶的能力,這也是基質鈣化所必須的。項韌帶鈣化的上述病理改變表明它最終是朝著骨化的方向演變。

3.3 項韌帶鈣化與頸椎病的關系頸椎病是中老年的常見病和多發病,是由于頸椎椎體、椎間盤、鉤椎關節、關節突關節及頸部軟組織發生退行性改變而壓迫或刺激頸部血管、神經根和脊髓引起的一系列臨床癥狀。隨著年齡的增長,頸椎發生退行性變、側彎、旋轉、椎間關節紊亂、失穩等狀態下,此時頸椎的運動功能及生物力學特性發生了變化,椎體承受力量不均勻,項韌帶負荷過重,受損傷的機會也增加,進一步加劇頸椎骨骼-肌肉系統的退變。頸椎生物力學失衡是引起頸椎病的重要原因。項韌帶的代償性拉長及剝離,打破了生物力學的平衡及協調的肌群,而導致頸椎的不穩定和序列紊亂,進一步加劇頸椎病的發生。目前普遍認為頸椎生物力學失衡是引起頸椎病的外因,頸椎病的發展可視為正常頸椎生物力學平衡的破壞,而項韌帶在頸椎穩定性中起著重要的作用。以上所述均說明項韌帶損傷、鈣化與頸椎病有著密切的關系,是引起頸椎病的一個因素或是頸椎病的早期形成[1-3]。

總之,當頸椎椎間盤及頸椎關節發生退行性變化時,則出現頸椎關節節段性失穩,于是破壞了頸椎正常的生物力學平衡,并有椎體側彎或關節突關節移位、滑脫,在相當于該段水平的項韌帶可發生鈣化。人們長期前傾或低頭工作引起項韌帶肌肉痙攣、勞損,久之肌力減弱,使動力平衡破壞影響了靜力平衡,從而促使頸椎病的發生。作者認為在項韌帶鈣化單獨存在時,應視為頸椎病的早期診斷依據,此階段是治療及預防頸椎病的最有利時機。

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第9篇：運動生物力學特征范文

隨著脊柱外科經后路內固定手術普遍開展，各種椎弓根螺釘固定系統已廣泛應用于臨床，但Esses等[1]通過臨床應用調查這些固定器械發現沒有哪一種椎弓根螺釘固定比較完善，大量病例的遠期隨訪表明并發癥多。主要是螺釘松脫、斷釘、內固定不牢固、矯正度丟失、椎體間融合形成假關節、脫位術后復發、椎弓根斷裂等。Wittenberg[2]認為椎弓根螺釘固定產生并發癥多的原因是螺釘內固定疲勞的結果。內固定器械受周期性負荷而導致疲勞。結合國內外在椎弓根螺釘內固定疲勞生物力學方面的研究綜述如下：

1 椎弓根螺釘疲勞指標

Yamgata等[3]認為要研究椎弓根螺釘內固定生物力學疲勞特性，應從下面3個方面確定：①螺釘強度——疲勞次數關系：就是測定螺釘植入后其強度與周期性負荷次數（疲勞次數）關系；②測定螺釘旋入/出力矩。這具指標能表明螺釘固定疲勞前后的力矩變化，代表期疲勞程度；③螺釘最大軸向拔出力，表示釘一骨界面緊握力牢固性。Wittenberg等也研究了強度一疲勞次數關系，并發現螺釘固定強度隨疲勞次數增加而下降。Zdeblick等[3]研究螺釘旋入/出力矩與疲勞次數關系，并指出力矩隨疲勞總人數增加下降。軸向拔出力也下降；釘一骨界面軸向拔出力也隨疲勞次數增加而下降。

材料選擇，Smith[5]認為椎弓根螺釘內固定生物力學體外試驗標本材料有3個來源：①人尸體脊柱標本，最佳是人新鮮尸體脊術，但來源有限；②人工摹擬脊柱，人工按脊柱椎體骨質等特點仿造出脊柱標本，在制造過程中可人為設計安置各種電子測定元件，有利于試驗記錄測量，但與人體脊柱質、量等各方面相差大；③動物新鮮脊柱標本，目前常用是牛的脊柱，Eilke等[6]應用小牛的胸6至腰6脊柱段與人胸腰椎脊柱段進行體外比較生物力學試驗，得出試驗結果進行統計分析無差異，所以他認為在體外生物力學試驗可用小牛脊柱代替人脊柱當試驗材料。人活體內研究因條件及醫學倫理限制，很少研究。

椎弓根螺釘內固定疲勞試驗研究方法及儀器：椎弓根螺釘內固定試驗是摹擬內固定器械在體內受脊柱三維六自由度周期負荷作用下生物力學疲勞變化規律。研究較復雜，儀器測試要求高。目前沒有規范的標準。Goel等[7]認為一種標準體外疲勞試驗一定要做到對椎弓根螺釘內固定器械進行摹擬在體測試，獲得不同負荷周期性作用下測出強度-疲勞次數關系曲線。疲勞試驗80年代前大都是沒有內固定器下的單純標本人工機械試驗。隨著電子技術發展，90年代后自動化的試驗機器完全代替人工機械方法，他介紹了美國明尼蘇達州制造的雙軸液壓伺服生物材料測試系統即MTS試驗機。該機優點能摹擬人體脊柱在維六自由度運動，即能旋轉、拉伸、周期性加載荷，測定過程全自動化計算機控制，減少人為誤差，同時測定強度一疲勞次數曲線、拔出力和力矩，被認為是目前先進的生物力學試驗系統。 smith[5]也持相同觀點而且建議體外生物力學試驗研究程序化：試驗原理度量科學化試驗目的試驗儀器選擇負荷加載選定（目前沒有具體標準）標本固定安裝測度系統準備收集試驗資料統計分析、討論。另外Yamagata等[3]介紹日本京都制造通用疲勞試驗機。該機也是電子程控測試，但僅測出強度-疲勞次數關系單項指標。還有方法僅測出力矩，或僅側剛度，或僅測拔出力等單項指標。

2 影響椎弓根螺釘內固定生物力學疲勞特性的因素

①椎體骨密度（BMD） 椎弓根及椎體骨密度對其螺釘固定疲勞生物力學是主要影響因素。Halvorson等[8]用雙光子骨密度測定儀測定標本椎體骨密度，分成正常組：1.17±0.08g/cm2；骨質疏松組：0.818±0.05g/cm2。發現正常骨質密度組平均軸向挨出力為1540±361N；而骨質疏松組為206±159N。即螺釘軸向拔出力與椎體骨密度呈正相關。Okuyama等[9]認為BMD每降低10mg/ml。螺釘最在拔出力約減少60N。Kumano等[10]認為Ⅲo骨質疏松螺釘軸向拔出力100N以下，很容易松動脫出，所以建議Ⅲo骨質疏松不要直接用椎弓根螺釘固定。其它研究也證明骨密度對螺釘固定力矩、強度等有重要影響，且呈正相關[11-14]。

②椎弓根螺釘橫截面積大小和螺釘形態、長度、固定深度 Brantley等[21]研究指出椎弓根螺釘橫截面積大小對椎弓根橫截面積占有70%以上才有足夠的固定強度；少于這個比例的螺釘則易疲勞松脫。但是當螺釘截面積增大到占椎弓根橫截面積90%時，再增加螺釘直徑，沒有明顯增加固定強度，反面易使椎弓根爆裂骨折。由于椎弓根橫截面積有限，所以螺釘大小其橫截面積為椎弓根橫截面積的0.7-0.9之間為好。螺釘長度增加，固定深度加深也有增強固定強度、防止疲勞作用。但固定深度椎體大小和椎弓根長度的限制。他指出當固定深度為螺釘進入椎弓根穿刺點到椎弓根軸線與椎體前緣交點連線距離80%深度時（原則是螺釘尖端不要穿過椎體前緣皮質）螺釘固定強度已足夠，再增加固定深度無明顯增加其固定強度。所以增加固定深度亦有限。還指出螺釘大小、長度、深度對中度以上骨質疏松者沒有增加固定強度。Zdeblik等[4]研究螺釘大小對扭力矩強度有正相關，即螺釘直徑加大，扭力矩可相應增加。Kwok等[15]在人尸體上研究比較柱形螺釘和錐形螺釘旋入力矩和軸向拔出力。發現錐形螺釘能增強旋入力矩。柱形釘無此作用。但兩者軸向拔出力無差別。

③椎弓根長、寬、高 Mckinley等用人工脊柱摹擬椎弓根長、寬、高，并研究長、寬、高對螺釘負荷彎力矩作用，結果發現螺釘負荷彎力矩與椎弓根高成負相關，與椎弓根長度正相關，寬度對螺釘負荷彎力矩無明顯作用。

④螺釘孔道準備方法及固定方向 George等[17]用鉆頭準備孔道和用定位探子打出孔道方法，并比較2種方法準備孔道后螺釘固定軸向拔出力，結果兩者無統計學差異，但指出用鉆頭鉆法準備釘孔道定位不準，易造成椎弓根撕裂，而降低固定強度。Ronderos等[18]研究用擊打和非擊打2種方法準備進行螺釘固定測其釘-骨界面拔出力。還有Halrorson等[8]用比螺釘直徑小1mm或相等的兩種攻絲準備孔道，測螺釘軸向拔出力，結果發現用小的攻絲錐準備的孔道螺釘軸向拔出力要大于用與螺釘直徑等大的攻絲錐備成的孔道螺釘向拔出力。

⑤醫生手術熟練程度及技術水平 Stauber等[19]認為椎弓根定位不準確常使螺釘固定穿出椎弓根，破壞了椎弓根骨床質量，降低了固定強度，也易造成神經損傷。因此有應用光纖內窺鏡來探查螺釘孔道定位情況，以提高螺釘固定定位的準確性。

⑥螺釘質量螺釘質量（包括所選用合金材料種類的好壞、剛度強度大小、生產工藝高低等）對其椎弓根固定穩定性、牢固性很重要。發現經椎弓根螺釘固定后螺釘彎曲或折斷，Esses等[1]認為是與螺釘機械強度不夠、剛度達不到內固定的要求、質量不合格有關。Matsuzaki等認為發生斷釘是螺釘質量不過關的典型表現，他認為一定要對每一種螺釘等器械應用于臨床前進行材料生物力學檢測，質量合格后才能應用。

⑦負荷大小、周期性次數 Goel等[7]指出疲勞試驗研究基本特征是在人為條件下，施加一定量的預負荷于標本，在一定的頻率下周期性作用于內固定器械來研究其疲勞反應及其變化規律。但目前不同試驗研究的預負荷、頻率、周期性負荷次數都不統一。Cunningham.等[21]研究結果表明：①在400N水平VSP、LSOLA、TSRH、加壓CD棒系統疲勞次數超過100萬次；②在500N水平VSP、ISOLA、TSKH、加壓CD棒系統疲勞次數達60萬次時出現疲勞；③在600N水平，4種器械內固定系統平均20萬次即出現疲勞反應。可見椎弓根螺釘內疲勞與其受力、疲勞次數、頻率均有關。Myers等[13]用MTS對單根螺釘固定進行疲勞試驗，測其軸向拔出力，表明疲勞次數增加，拔出力下降。在相同疲勞條件下，Wittenberg等[2]AO螺釘平均73300次出現疲勞，VSP螺釘平均20800次出現疲勞，強度-疲勞次數關系，結果發現螺釘固定強度隨疲勞次數增加而下降，但不是線性相關。疲勞次數低于4000次時，各螺釘固定強度無統計學差異。

3 預防椎弓根螺釘固定疲勞的措施

預防椎弓根螺釘固定目的是要獲得牢固穩定的內固定以達到臨床治療目的。因此防止預防椎弓根螺釘固定產生疲勞問題又成為人們研究的熱點。提高骨密度，防止骨質疏松是經椎弓根螺釘固定穩定牢固的基礎[12]。Pfeiffer等[12]對Ⅲo骨質疏松者準備螺釘孔道后，用適量PMMA骨水泥填入孔道再擰入螺釘固定，結果可以提高螺釘軸向拔出力，固定更牢靠穩定，從而防止疲勞。Chiba等[22]研究通過附加椎板鉤輔助固定可能減少椎弓根螺釘負荷而減少疲勞發生。Stovall等[23]研究腰骶椎融合術時也應用附加椎板鉤輔助固定，也明顯增強內固定牢固性。Dick等[24]研究在椎弓根螺釘骨固定器械兩側縱行板或棍間用橫桿連結裝置可以提高其固定強度，有利于防止疲勞。Lim[25]又研究了橫桿連結裝置最佳位置，認為雙橫桿最佳位置是近側端桿位于縱行板或棍1/4處作用最大；遠側橫桿應位于縱桿1/8處起作用大。另外，提高外科醫生手術技術水平、技巧、熟練程度，對椎弓根螺釘內固定牢固穩定、降低疲勞也是一項重要措施。

4 椎弓根螺釘疲勞研究存在問題

雖然椎弓根螺釘疲勞生物力學研究做了許多工作，但有些方面有待進一步研究，主要有：①不同年齡段疲勞指標正常參考值沒有確立；②疲勞與螺釘受力方向的關系沒有報道；③中國人應用椎弓根螺釘的疲勞生物力學研究。 5 參考文獻

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