肌肉的主要生物力學(xué)特征精選(九篇)
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第1篇：肌肉的主要生物力學(xué)特征范文
【關(guān)鍵詞】皮劃艇（靜水）；項(xiàng)目特征；生物力學(xué)；研究應(yīng)用
一、前言
皮劃艇（靜水）200m作為全新納入奧運(yùn)會(huì)中的比賽項(xiàng)目。其相比較于500米以及1000米而言，距離更短，競(jìng)爭(zhēng)也相對(duì)更為激烈，因此該項(xiàng)目對(duì)于運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)以及素質(zhì)有著更高的要求，使得該項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)特征受到了大量運(yùn)動(dòng)員以及科研人員的重視。研究項(xiàng)目特征以及生物力學(xué)有著極為現(xiàn)實(shí)的意義，對(duì)我國(guó)的體育競(jìng)技水平有著極大的促進(jìn)作用。
二、項(xiàng)目特征研究
1.運(yùn)動(dòng)環(huán)境
作為水上運(yùn)動(dòng)中的一個(gè)項(xiàng)目，皮劃艇項(xiàng)目中的艇和人的重心在上面，浮力中心則在下面，一旦出現(xiàn)偏差便會(huì)出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)力矩，導(dǎo)致人艇系統(tǒng)將會(huì)持續(xù)在不平穩(wěn)狀態(tài)。該項(xiàng)運(yùn)動(dòng)要保證運(yùn)動(dòng)員在不平衡過(guò)程中可以很好的控制身體姿勢(shì)，運(yùn)用正確的劃槳?jiǎng)幼魇雇У玫剿耐苿?dòng)力[1]。若艇處于不平衡狀態(tài)中，為了使艇可以平穩(wěn)而快速的前進(jìn)，將對(duì)運(yùn)動(dòng)員的身體控制能力以及平衡力有著極高的要求。
2.運(yùn)動(dòng)屬性
該項(xiàng)目一般的比賽時(shí)間處于40s～60s間，和300米短跑所需時(shí)間相近，然而卻和短跑要克服重力進(jìn)行大肌肉群做工有所不同，皮劃艇不需要進(jìn)行承受重力，因此肌肉群的負(fù)荷較小。主要是進(jìn)行磷酸原系統(tǒng)以及乳酸糖酵解進(jìn)行供能，主要是進(jìn)行無(wú)氧供能，消耗的全部能量中僅僅有10%～20%為有氧供能，比賽全程是一種力竭性做功過(guò)程[2]。皮劃艇作為一項(xiàng)快速無(wú)氧為主進(jìn)行周期性的項(xiàng)目，運(yùn)動(dòng)員對(duì)于耐力、速度力量、乳酸耐受力和最大力量等能力都有著極高的要求。
3.競(jìng)速結(jié)構(gòu)
競(jìng)速結(jié)構(gòu)就是在皮劃艇比賽的整個(gè)過(guò)程中對(duì)各階段所需速度加以分配以及節(jié)奏安排，研究人員通常將皮劃艇全程分為起航、加速以及途中與沖刺四個(gè)部分。合理的競(jìng)速結(jié)構(gòu)能夠?qū)\(yùn)動(dòng)員所具有的生物學(xué)機(jī)制進(jìn)行最大程度的調(diào)動(dòng)。由于皮劃艇是一項(xiàng)水上運(yùn)動(dòng)，在處于靜止過(guò)程中保持平衡非常困難，在起航前將會(huì)出現(xiàn)顯著地晃動(dòng)，所以要將比賽全程分為航前準(zhǔn)備、沖刺、起航以及途中四個(gè)階段。
航前準(zhǔn)備階段是使艇保持靜止于水面上得到出發(fā)指令，但是由于皮劃艇相對(duì)較窄，一旦運(yùn)動(dòng)員重心穩(wěn)定性不佳，要想保證整體的平衡，便要調(diào)動(dòng)大量的肌肉進(jìn)行維持平衡，將會(huì)使劃槳做功的肌肉量下降，對(duì)出發(fā)后的第一漿劃行質(zhì)量造成不利影響，最終對(duì)比賽成績(jī)?cè)斐捎绊?。所以航前?zhǔn)備對(duì)于平衡能力以及中心穩(wěn)定性有著極高的要求。起航階段是由靜止不斷加速至穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)要保證一個(gè)合理的漿頻，并非是漿頻越快越好，一旦頻率過(guò)快將會(huì)對(duì)體能造成極大的消耗。途中階段此時(shí)艇速非常穩(wěn)定，此階段時(shí)間以及路程都很長(zhǎng)，只有控制好漿頻以及劃槳節(jié)奏，確保一個(gè)穩(wěn)定的途中速度，便要利用速度力量對(duì)途中速度加以不斷的維持。沖刺階段則要具有極強(qiáng)的爆發(fā)力，在確保每漿效果的基礎(chǔ)上最大限度提升漿頻，以此來(lái)取得最快速度，此時(shí)艇速呈現(xiàn)顯著地提升。
三、生物力學(xué)方法應(yīng)用和展望
運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)對(duì)于競(jìng)技體育領(lǐng)域而言，主要是將其運(yùn)用在合理的訓(xùn)練以及測(cè)試中，以技術(shù)角度實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的監(jiān)控。主要的監(jiān)控形式對(duì)運(yùn)動(dòng)員的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)技術(shù)動(dòng)力學(xué)參數(shù)以及運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)對(duì)參數(shù)做出診斷以及評(píng)價(jià)，以此作為指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)技術(shù)所學(xué)的理論基礎(chǔ)。錄像解析作為運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)獲取的主要手段，將劃槳過(guò)程中的身體、艇速、漿角以及位移等方面的角度、角速度的變化情況加以分析，以此作為訓(xùn)練的技術(shù)支撐。在皮劃艇前進(jìn)過(guò)程中流水和漿葉間存在的相互作用不僅僅是主要的動(dòng)力源，同時(shí)也是重要的阻力源，對(duì)水-漿作用力已經(jīng)成為主要的動(dòng)力學(xué)研究指標(biāo)[3]。采用三維運(yùn)動(dòng)學(xué)能夠?qū)⑵澩е兴嫔系乃械倪\(yùn)動(dòng)指標(biāo)進(jìn)行獲取，然而在皮劃艇監(jiān)控當(dāng)中，對(duì)艇運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象造成的原因解釋主要是利用水流動(dòng)力學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行正確的評(píng)價(jià)。
四、結(jié)語(yǔ)
皮劃艇運(yùn)動(dòng)相比其他運(yùn)動(dòng)而言，對(duì)運(yùn)動(dòng)員所具有的平衡力以及身體控制能力有著較高的要求。作為皮劃艇項(xiàng)目研究中最為關(guān)鍵的階段，起航準(zhǔn)備將對(duì)整個(gè)比賽成績(jī)?cè)斐芍苯拥挠绊?。皮劃艇運(yùn)動(dòng)對(duì)于運(yùn)動(dòng)員體能要求相對(duì)較高，要想提高比賽成績(jī)，便要在體能的基礎(chǔ)上對(duì)能量的利用率加以不斷的提升。而生物力學(xué)將是一種完善運(yùn)動(dòng)技術(shù)的重要方式，也將是今后研究的重點(diǎn)內(nèi)容。通過(guò)不斷的研究提升我國(guó)的皮劃艇競(jìng)技水平，使我國(guó)成為一個(gè)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)國(guó)。
參考文獻(xiàn)：
[1]趙云濤，曹妮娜.淺談在動(dòng)作和能量代謝視角下如何進(jìn)行靜水皮劃艇項(xiàng)目訓(xùn)練[J].科技展望，2016，07（07）：266+268.
第2篇：肌肉的主要生物力學(xué)特征范文
關(guān)鍵詞：網(wǎng)球運(yùn)動(dòng) 正手擊球 技術(shù)動(dòng)作 運(yùn)動(dòng)動(dòng)作形式
中圖分類(lèi)號(hào)：G845 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（a）-0218-02
1 正手技術(shù)的特點(diǎn)
正手技術(shù)是運(yùn)用最多的一種擊球技術(shù)，是比賽中進(jìn)攻得分的主要方式，是網(wǎng)球技術(shù)的基礎(chǔ)。根據(jù)網(wǎng)球的正手技術(shù)動(dòng)作的結(jié)構(gòu)，可分為準(zhǔn)備姿勢(shì)，引拍，向前揮拍，觸球、隨揮五部分。正手技術(shù)動(dòng)作要根據(jù)人體動(dòng)作的基本運(yùn)動(dòng)特征和規(guī)律，需要各肌群合理的協(xié)調(diào)運(yùn)用，充分利用好人體的協(xié)調(diào)鏈。即身體的協(xié)調(diào)配合，嚴(yán)格按照肌肉的發(fā)力順序來(lái)完成正手技術(shù)動(dòng)作，利用好人體協(xié)調(diào)鏈的體節(jié)轉(zhuǎn)換，踝、膝、髖、軀干、肩、肘、腕等關(guān)節(jié)的發(fā)力順序來(lái)完成正手技術(shù)動(dòng)作。正手威脅巨大，適用于各種戰(zhàn)術(shù)，可以打出強(qiáng)烈的上旋球和快速的平擊球。戰(zhàn)術(shù)執(zhí)行也更多的借助正手來(lái)穩(wěn)定的完成。在底線的對(duì)峙中，正手擊球范圍大，能更快的移動(dòng)到位，適合不同的來(lái)球，是最有效的進(jìn)攻和防守方式，側(cè)身正拍的經(jīng)常使用就能說(shuō)明正拍技術(shù)是首選。正拍擊球直接反映出你的技術(shù)水平的高低，對(duì)比賽的結(jié)果產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，因此，要更好的運(yùn)用正手技術(shù)來(lái)掌握主動(dòng)權(quán)。
2 正手技術(shù)動(dòng)作的肌肉工作原理
網(wǎng)球正手技術(shù)動(dòng)作是協(xié)調(diào)連貫的全身性的運(yùn)動(dòng)。任何一個(gè)動(dòng)作都是許多肌肉在神經(jīng)系統(tǒng)的支配下共同參與、相互協(xié)作完成的。肌肉的收縮會(huì)產(chǎn)生能量，工作原理是大關(guān)節(jié)帶動(dòng)小關(guān)節(jié)和大肌群帶動(dòng)小肌群，人體肌肉的對(duì)稱(chēng)性，完成每一個(gè)動(dòng)作都有不同的肌肉工作形式。正手擊球的動(dòng)作結(jié)構(gòu)涉及到人體上肢、軀干和下肢等關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)及肌肉的工作。擊球過(guò)程中，大肌肉群的發(fā)力與小肌肉群的控制相互配合，不僅依靠手臂力量，而且必須借助下肢充分蹬轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力量，全身的協(xié)調(diào)用力以獲得最大的爆發(fā)力，進(jìn)而擊出理想的球。其力量來(lái)源是下肢的蹬伸，軀干的轉(zhuǎn)動(dòng)，上肢的鞭打傳導(dǎo)到拍頭而產(chǎn)生力量。擊球時(shí)，動(dòng)作要符合大肌肉群優(yōu)先的原則，各相關(guān)肌肉在拉長(zhǎng)的條件下，首先是下肢、軀干等大肌肉的用力，然后才是各關(guān)節(jié)的小肌肉群加速用力，其順序是下肢蹬伸―軀干側(cè)轉(zhuǎn)―伸肩―伸肘―前臂內(nèi)旋―上臂轉(zhuǎn)動(dòng)―手腕屈。
3 正手技術(shù)動(dòng)作的力學(xué)原理
3.1 正手技術(shù)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理
動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征或外貌特征，包含了時(shí)間特征、空間特征、時(shí)空特征。正手擊球的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征表現(xiàn)在擊球點(diǎn)上，擊球點(diǎn)是否合適，影響著運(yùn)動(dòng)員擊球的力量、速度、角度、弧度，將決定著擊球質(zhì)量的好壞。所以擊球時(shí)要從時(shí)間節(jié)奏、空間位移和軌跡、時(shí)空上的快慢來(lái)調(diào)整動(dòng)作。所謂擊球點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)員擊球時(shí)球拍與球相接觸那一點(diǎn)的時(shí)間、空間位置。擊球點(diǎn)包括了三個(gè)方面的內(nèi)容：第一，球拍和球的接觸點(diǎn)距地面的高度；第二，接觸點(diǎn)距身體的前后距離；第三，距身體的左右距離。尤其是在移動(dòng)中擊球、面對(duì)不同的來(lái)球時(shí)，更需要從運(yùn)動(dòng)學(xué)的時(shí)間、空間、時(shí)空來(lái)調(diào)整動(dòng)作。
3.2 正手技術(shù)動(dòng)作的動(dòng)力學(xué)原理
力是物體間的相互作用，人體動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)是內(nèi)外力共同作用的結(jié)果，內(nèi)力主要是肌肉力，外力表現(xiàn)在外部介質(zhì)的作用。人體運(yùn)動(dòng)只有受到外力的作用下才會(huì)改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，正手擊球的主要外力有重力、支撐反作用力、彈性力、摩擦力、流體作用力、向心力。
動(dòng)量用以描述一定質(zhì)量的物體在一定狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)量的物理量。相同質(zhì)量的物體，運(yùn)動(dòng)速度越大動(dòng)量就越大。運(yùn)動(dòng)中增加沖量可以增加人體或物體的運(yùn)動(dòng)速度，增加沖量通常是加大施力工作距離來(lái)實(shí)現(xiàn)。其力學(xué)機(jī)制是：一方面使原動(dòng)肌充分拉長(zhǎng)和旋外，以提高肌肉的爆發(fā)式收縮力和旋內(nèi)的向心力，如正手擊球時(shí)加大引拍；另一方面可延長(zhǎng)最后用力的工作距離，則要以最快的速度完成這段工作距離，以達(dá)到提高擊球速度的目的，如觸球時(shí)，要延長(zhǎng)球和球拍向前運(yùn)行的距離，因?yàn)榍蚺挠|球時(shí)，球的速度是先減速再加速的過(guò)程，此過(guò)程的完成需要一段距離。但是要在最快的時(shí)間里完成這段距離以提高擊球速度。
慣性是物體在不受外力作用時(shí)，保持其原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì)。物體質(zhì)量越大，慣性越大。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是度量轉(zhuǎn)動(dòng)物體慣性的物理量，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小與物體質(zhì)點(diǎn)系到轉(zhuǎn)軸距離的平方成正比。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與轉(zhuǎn)動(dòng)速度是相互變化的，增大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就會(huì)減小轉(zhuǎn)動(dòng)速度，增大轉(zhuǎn)動(dòng)速度就會(huì)減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。如正手擊球時(shí)，以肩為軸，直臂擊球時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，但轉(zhuǎn)動(dòng)速度??；屈臂擊球時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度快，但轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，所以正手技術(shù)動(dòng)作要保持一定的夾角，既要利用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也要利用轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
綜上，增加沖量可以增加擊球的速度，增加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)動(dòng)速度可以增加擊球速度。所以正手擊球時(shí)，要保持正確的姿勢(shì)，利用好動(dòng)力及力的轉(zhuǎn)化，加大內(nèi)外力，加大作用距離，加大沖量，加大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量同時(shí)也要加大轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)增加正手擊球的動(dòng)力速度。
3.3 正手技術(shù)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)原理
網(wǎng)球技術(shù)動(dòng)作的生物力學(xué)原理主要包括平衡、慣性、反作用力、動(dòng)量、彈性能和協(xié)調(diào)鏈這幾方面。動(dòng)量就是人體產(chǎn)生的力量（質(zhì)量乘速度）。動(dòng)量有兩種類(lèi)型：線動(dòng)量和角動(dòng)量。線動(dòng)量，即直線型運(yùn)動(dòng)，是簡(jiǎn)單的將身體重心移向你正在擊球的方向。角動(dòng)量，即在一圓周運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)量，則產(chǎn)生于髖部和上體的轉(zhuǎn)動(dòng)。人體協(xié)調(diào)鏈?zhǔn)侵浮绑w節(jié)的作用就像由一個(gè)環(huán)或身體的一部分產(chǎn)生的力量轉(zhuǎn)換成一環(huán)套一環(huán)的鏈條系統(tǒng)”（格羅佩爾，1984）。這些體節(jié)的最佳協(xié)調(diào)（時(shí)機(jī)）將允許從一個(gè)體節(jié)移至另一體節(jié)，有效地轉(zhuǎn)換為全身的加速度，先前的人體部分的速度補(bǔ)充至下一體節(jié)，該體節(jié)將自身的速度補(bǔ)充至累積的總速度，如此連續(xù)進(jìn)行直至體節(jié)順序的最后部分，此時(shí)，球拍用全部積累的速度對(duì)著來(lái)球最大限度地加速[1]。要遵循大關(guān)節(jié)帶小關(guān)節(jié)的順序性原理，才能產(chǎn)生良好的用力環(huán)節(jié)，產(chǎn)生最后的速度力量。由于人體的下肢力量大并支撐著身體，所以擊球時(shí)人體各環(huán)節(jié)按照踝、膝、髖、軀干、肩、肘、腕的順序進(jìn)行活動(dòng)。
4 正手技術(shù)動(dòng)作分析
4.1 準(zhǔn)備姿勢(shì)和引拍
下肢腿部分開(kāi)并保持平衡，引拍動(dòng)作開(kāi)始于髖部和肩部次序的向后轉(zhuǎn)動(dòng)，肩部的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)手臂引拍。低重心可以獲得啟動(dòng)的更大慣性，蹬地產(chǎn)生反作用力，重力線落在支撐面中心身體最穩(wěn)定。若是快速移動(dòng)，則重力線應(yīng)落在最可能發(fā)生運(yùn)動(dòng)的方向的支撐面邊緣。若是運(yùn)動(dòng)方向無(wú)法確定，一般將重力線移至支撐面的前方邊緣，這樣能為任何方向的快速移動(dòng)做好準(zhǔn)備。開(kāi)放式站位可以產(chǎn)生更快的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)量和更快的回?fù)羟颉?/p>
軀干和上體的向后轉(zhuǎn)動(dòng)，可以提前牽張腹部和胸部的大肌組，以便產(chǎn)生能量。肩部轉(zhuǎn)動(dòng)幅度大于髖部，這對(duì)拉長(zhǎng)肌肉組織具有一定的作用，可以增大腿部力量的傳遞，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)。
上肢肩部的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)手臂引拍，球拍和手臂離身體越近向后引拍越容易，因?yàn)闇p小了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大了轉(zhuǎn)動(dòng)速度。能量?jī)?chǔ)存在肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)。通過(guò)動(dòng)體鏈的這些部分逐漸加大力量。
4.2 向前揮拍
下肢蹬地向前轉(zhuǎn)髖轉(zhuǎn)體，軀干和上體向前移動(dòng)。此過(guò)程主要是為線動(dòng)量轉(zhuǎn)化為角動(dòng)量而獲得力量，因?yàn)榫W(wǎng)球的主流擊球方式主要是以身體軸為中心，靠轉(zhuǎn)軸點(diǎn)來(lái)形成角動(dòng)量。此時(shí)身體重心與根基邊緣的距離變寬更穩(wěn)定，蹬地伸膝就產(chǎn)生線動(dòng)量， 當(dāng)雙腿和雙腳停止向前移動(dòng)，用力蹬地促使上體轉(zhuǎn)動(dòng)，線動(dòng)量就轉(zhuǎn)換為角動(dòng)量，從而增加了角動(dòng)量產(chǎn)生擊球的力量。根據(jù)協(xié)調(diào)鏈，髖部把下肢的力量傳導(dǎo)至上肢到拍頭，起著中樞軸的作用，所以蹬地后要轉(zhuǎn)髖，產(chǎn)生力量的傳導(dǎo)。地面反作用力可以用來(lái)克服身體自然的慣性，否則身體將繼續(xù)向前移動(dòng)。
軀干和上體向前移動(dòng)，腹部肌肉、手臂肌肉收縮旋內(nèi)，產(chǎn)生爆發(fā)式收縮力增加擊球沖量，屈臂增大轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，提高線動(dòng)量轉(zhuǎn)化為角動(dòng)量。體重越大越平穩(wěn)，但移動(dòng)和停止移動(dòng)則更難，重心離根基邊緣越近越難以保持平衡。
上肢手臂的動(dòng)作要稍晚于髖和下肢動(dòng)作，頭和肩部保持平衡和相對(duì)靜止，這樣更易于保持平衡。頭部靜止，肩部放松對(duì)保持平衡很重要。
4.3 觸球
下肢的蹬伸，軀干的轉(zhuǎn)動(dòng)，上肢的鞭打，利用好人體協(xié)調(diào)鏈的體節(jié)轉(zhuǎn)換，踝、膝、髖、軀干、肩、肘、腕等關(guān)節(jié)的發(fā)力順序，按照下肢蹬伸―軀干側(cè)轉(zhuǎn)―伸肩―伸肘―前臂內(nèi)旋―上臂轉(zhuǎn)動(dòng)―手腕屈的發(fā)力順序來(lái)完成正手技術(shù)動(dòng)作。
身體軸穩(wěn)定，適度的屈膝、屈臂屈肘產(chǎn)生的沖量和轉(zhuǎn)動(dòng)速度，促使更大角動(dòng)量的形成，蹬地動(dòng)作產(chǎn)生的離心力通常會(huì)使你離開(kāi)地面。
軀干和上體的身體動(dòng)作是，正確利用身體各部分，適度握緊球拍防止擊球點(diǎn)偏離，手腕后屈防止擊球瞬間的晃動(dòng)。掌握好時(shí)機(jī)，利用身體的協(xié)調(diào)鏈，拍頭產(chǎn)生的速度作為角動(dòng)量。
頭和肩部必須保持在一條直線上以保持平衡，肩部帶動(dòng)手臂動(dòng)作。因?yàn)閾羟蜃羁斓膿]拍速度來(lái)源于肩部向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.4 隨揮
下肢蹬轉(zhuǎn)，軀干轉(zhuǎn)動(dòng)，手臂鞭打保持擊球加速度的距離，隨后再隨慣性揮拍貼近身體。鞋和地面的摩擦，摩擦力從線動(dòng)量轉(zhuǎn)移至角動(dòng)量。正確的利用協(xié)調(diào)鏈可加快拍頭速度，產(chǎn)生角動(dòng)量是提高拍頭速度的根本。球拍和手臂隨慣性減速，肌肉放松，能量釋放，就形成了任何力量的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。球拍和手臂貼近身體，正確的把握使用身體各個(gè)部分的時(shí)機(jī)。
5 結(jié)語(yǔ)
網(wǎng)球正手技術(shù)是網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)，要想打出有效果的正手，需要對(duì)正手技術(shù)動(dòng)作力學(xué)原理有一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)。動(dòng)作各環(huán)節(jié)都處于一個(gè)協(xié)調(diào)鏈中，要按照協(xié)調(diào)鏈的順序來(lái)完成擊球動(dòng)作；肌肉的牽張收縮和旋內(nèi)的向心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生力量；增加擊球沖量、增加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、增加轉(zhuǎn)動(dòng)速度，促使線動(dòng)量和角動(dòng)量的轉(zhuǎn)換形成。全身協(xié)調(diào)有序地用力，線動(dòng)量和角動(dòng)量完美結(jié)合，把體節(jié)的累積速度和全身的力量連貫地傳導(dǎo)至球拍上，在恰當(dāng)?shù)膿羟螯c(diǎn)擊出一記好球。
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第3篇：肌肉的主要生物力學(xué)特征范文
關(guān)鍵詞：初中；立定跳遠(yuǎn)；力學(xué)；學(xué)教法
一、問(wèn)題的提出
不同階段，學(xué)生的力量、速度、耐力、靈敏和柔韌等身體素質(zhì)各不相同，為此，教師必須在不同的階段，根據(jù)學(xué)生的身體素質(zhì)情況，選擇不同的體育項(xiàng)目，供學(xué)生練習(xí)、鍛煉。初中階段是學(xué)生力量素質(zhì)發(fā)展的敏感期，此時(shí)，教師必須增加力量教學(xué)和訓(xùn)練比重。各種跳躍運(yùn)動(dòng)是發(fā)展力量素質(zhì)的最好方法，立定跳遠(yuǎn)作為提高學(xué)生下肢力量、爆發(fā)力的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，沒(méi)有過(guò)多的條件約束、簡(jiǎn)便易行，是訓(xùn)練學(xué)生下肢力量及爆發(fā)力的一項(xiàng)重要運(yùn)動(dòng)，能夠有效地提高學(xué)生的身體素質(zhì)。因此，為了提高學(xué)生立定跳遠(yuǎn)的成績(jī)，本文就利用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)原理對(duì)立定跳遠(yuǎn)技術(shù)進(jìn)行了分析，以期通過(guò)理論指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐，使學(xué)生掌握正確的練習(xí)方法。
二、研究對(duì)象與方法
本文以立定跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)為研究對(duì)象，從生物力學(xué)角度談起，就其學(xué)練法進(jìn)行了一番梳理，研究過(guò)程中運(yùn)用到了文獻(xiàn)法、教學(xué)實(shí)踐法以及總結(jié)提煉法等。
三、結(jié)果與分析
（一）立定跳遠(yuǎn)成績(jī)的組成分析
如圖1所示，立定跳遠(yuǎn)的成績(jī)S=S1+S2+S3。S1是雙腳起跳離地瞬間身體重心投影點(diǎn)至起跳點(diǎn)之間的距離，S1的大小取決于三個(gè)因素：一是身高、腿長(zhǎng)，身高腿長(zhǎng)在起跳角不變的情況下，重心高則S1增大；二是對(duì)于同一練習(xí)者，起跳角a的角度越小，S1越大，角度越大，S1越小，但這并不等于說(shuō)起跳角a的角度越小，立定跳遠(yuǎn)成績(jī)會(huì)越好；三是起跳腳離地瞬間練習(xí)者髖、膝、踝三關(guān)節(jié)及趾關(guān)節(jié)蹬伸的伸展程度，蹬伸程度越充分則S1越大。S2是起跳腳離地瞬間重心在重心高度水平的拋射距離，根據(jù)拋射公式S2=V2×sin2a/g，g為重力加速度是常量，由此可見(jiàn)，S2取決于騰起初速度和拋射角度，騰起初速度越大，則S2也越大，理論上在a=45°時(shí)S2最大，但由于空氣阻力（可以忽略不計(jì)）及考慮S3，實(shí)踐中a﹤45°，理論證實(shí)a=42°時(shí)，S2+S3有最大值，這主要是因雙腳著地瞬間身體重心低于起跳腳離地瞬間身體重心之故。S3是重心回落到起跳離地重心高度水平線至雙腳著地間的距離，它由身高和落地技術(shù)動(dòng)作決定，盡可能收腹舉腿、雙臂后擺并使雙腿較大幅度前伸而又不至于身體后倒的落地技術(shù)能獲得較大的S3。
（二）立定跳遠(yuǎn)的生物力學(xué)分析
1.起跳技術(shù)分析
（1）關(guān)節(jié)蹬伸速度、幅度。立定跳遠(yuǎn)的遠(yuǎn)度主要由髖、膝、踝快速蹬伸及趾關(guān)節(jié)的末端參與作用而獲得，其中各關(guān)節(jié)的蹬伸速度、蹬伸幅度及協(xié)調(diào)發(fā)力順序是決定學(xué)生立定跳遠(yuǎn)成績(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。立定跳遠(yuǎn)起跳過(guò)程可分為下蹲和蹬伸兩個(gè)環(huán)節(jié)，前一環(huán)節(jié)是后一環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備和基礎(chǔ)，動(dòng)作質(zhì)量的好壞對(duì)后一環(huán)節(jié)有著重要的影響。起跳的任務(wù)是使人體獲得最大騰起初速度及最佳騰起角。根據(jù)公式V=2H/t可知，加大起跳時(shí)工作距離H，縮短起跳時(shí)間t，可以增大騰起的初速度。良好的下蹲動(dòng)作能為蹬伸創(chuàng)造條件，而下蹲動(dòng)作能使下肢三關(guān)節(jié)處于最佳的發(fā)力角度，為蹬伸環(huán)節(jié)做好必要的準(zhǔn)備。最大下蹲時(shí)下肢三關(guān)節(jié)角度的不同，會(huì)直接影響蹬伸效果，進(jìn)而影響起跳效果。而最大下蹲過(guò)后，下肢關(guān)節(jié)在短時(shí)間內(nèi)迅速伸展，給地面以爆發(fā)性力量蹬離地面的過(guò)程稱(chēng)為蹬伸環(huán)節(jié)。此時(shí)，肌肉的工作形式經(jīng)由下蹲階段的離心收縮、等長(zhǎng)收縮、迅速轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛐氖湛s。下蹲階段伸膝肌群被動(dòng)拉長(zhǎng)，這樣，一方面大腿伸展肌群能貯存大量的彈性勢(shì)能，另一方面肌絲也有了一定的初長(zhǎng)度（如果是最適初長(zhǎng)度那當(dāng)然是最好），這就可以使起跳腳對(duì)地面施加更大的作用力，從而產(chǎn)生較大的垂直作用力。此外，適宜的下蹲幅度，也能使下肢肌處于最適初長(zhǎng)度，產(chǎn)生最快的收縮速度及最大的收縮力量，提高起跳效果。
研究資料證實(shí)，120°-140°是膝關(guān)節(jié)的最佳發(fā)力角度，立定跳遠(yuǎn)準(zhǔn)備起跳時(shí)，膝關(guān)節(jié)角度小于最佳發(fā)力角度，對(duì)于成績(jī)的提高是有利的，一般都從90°左右開(kāi)始蹬伸發(fā)力，且蹬伸過(guò)程中，膝關(guān)節(jié)的角度必須超過(guò)135°，有研究顯示“膝關(guān)節(jié)角在135°以上的范圍進(jìn)行發(fā)力時(shí)，屈膝肌群（股二頭肌、半腱肌、半膜肌、腓腸?。┓e極參與伸膝活動(dòng)，其發(fā)揮的力量較大，而且隨著膝關(guān)節(jié)角度的增加而增大”。當(dāng)然，雙腳起跳腳離地瞬間，理想的下肢姿勢(shì)是髖、膝、踝三關(guān)節(jié)完全伸直，這樣既能充分發(fā)揮三關(guān)節(jié)的肌肉力量，使力的作用點(diǎn)通過(guò)身體重心，又能增大力的做功距離，使雙腳離地瞬間有較高的身體重心。踝關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)相比是小關(guān)節(jié)，但在立定跳遠(yuǎn)項(xiàng)目中卻有著非常重要的作用?！捌鹛A段踝關(guān)節(jié)的屈伸能力決定起跳階段的蹬伸程度，踝關(guān)節(jié)在跳高起跳過(guò)程中起著關(guān)鍵作用?！滨钻P(guān)節(jié)的柔韌性和肌肉力量是影響立定跳遠(yuǎn)成績(jī)的兩個(gè)重要指標(biāo)，因此在立定跳遠(yuǎn)練習(xí)中我們應(yīng)對(duì)學(xué)生的踝關(guān)節(jié)進(jìn)行有針對(duì)性的柔韌性和力量訓(xùn)練，采用多種方法與手段以提高學(xué)生的踝關(guān)節(jié)力量與伸展幅度。下肢三關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)用力能力對(duì)立定跳遠(yuǎn)成績(jī)也起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)大關(guān)節(jié)先運(yùn)動(dòng)原理，立定跳遠(yuǎn)首先應(yīng)當(dāng)是髖關(guān)節(jié)進(jìn)行發(fā)力，其次是膝關(guān)節(jié)，最后是踝關(guān)節(jié)進(jìn)行用力。這種協(xié)調(diào)用力能力就如同加速度逐漸減小的變加速運(yùn)動(dòng)，加速度逐漸在減小，但速度卻不斷增大。三關(guān)節(jié)完全伸直后，就能使作用力通過(guò)身體重心，提高力的利用率，進(jìn)而提高起跳效果。
（2）兩臂擺動(dòng)速度及幅度。在起跳階段，當(dāng)兩臂加速上擺時(shí)，身體會(huì)產(chǎn)生一個(gè)方向向下的作用力，此力通過(guò)起跳腿傳遞到地面，從而增大了人體對(duì)地面的垂直作用力，同時(shí)地面也會(huì)給人體一個(gè)大小相等而方向相反的作用力。這樣，在起跳結(jié)束瞬間，運(yùn)動(dòng)員就可獲得一個(gè)較大的垂直速度，從而跳到更高的高度。在起跳瞬間，手臂的擺動(dòng)對(duì)起跳效果有著非常重要的作用。從生物力學(xué)角度來(lái)講，手臂的擺動(dòng)速度應(yīng)越大越好，當(dāng)雙腿下蹲緩沖時(shí)，兩臂由身后較高位置加速向下擺動(dòng)，可以減小起跳腿對(duì)地面的作用力，避免起跳腿受力過(guò)大而過(guò)度屈曲，影響起跳效果。而在起跳蹬伸階段，兩臂加速向上擺動(dòng)，會(huì)對(duì)軀干施加向下的作用力，這種作用力通過(guò)起跳腿傳至地面，進(jìn)一步增加了起跳腿對(duì)地面的垂直作用力，根據(jù)牛頓第三定律，此時(shí)地面也會(huì)給人體一個(gè)大小相等、方向相反的反作用力，與不擺臂或擺臂速度很小相比，將引發(fā)地面作用于人體更大的反作用力。這樣在運(yùn)動(dòng)員起跳結(jié)束瞬間，由于力的增加便能產(chǎn)生更大的垂直速度。另外，雙臂擺動(dòng)后上舉，也可以提高人體重心的位置。有研究顯示，雙臂及擺動(dòng)腿完全向上伸直，可以使重心提高約身高的1/10。當(dāng)起跳結(jié)束瞬間，雙臂快速制動(dòng)，其慣性力的方向是向上的，能對(duì)起跳腿起到減壓的作用，對(duì)起跳腿的三關(guān)節(jié)快速蹬伸，特別是對(duì)力量較弱的踝關(guān)節(jié)快速大幅度伸展有著重要作用，對(duì)快速拔腰、提肩，帶動(dòng)身體重心快速上升有積極作用。理想的手臂動(dòng)作，應(yīng)是下蹲結(jié)束瞬間，兩臂在體后盡可能高的位置；在蹬伸階段，兩臂應(yīng)該向下、向前和向上快速有力地?cái)[動(dòng)。在擺動(dòng)時(shí)，肘關(guān)節(jié)不應(yīng)太彎曲，理想的角度大約在90°與完全伸直之間。我們可以用雙臂向上擺動(dòng)的平均垂直速度和擺動(dòng)幅度來(lái)評(píng)定擺動(dòng)效果。在起跳過(guò)程中，雙臂擺動(dòng)的平均垂直速度當(dāng)然是越大越好，還應(yīng)有較大的擺動(dòng)幅度。這對(duì)于提肩拔腰動(dòng)作和雙腳離地瞬間的身體重心高度都有影響。需要注意的是，臂的擺動(dòng)幅度并非越大越好，但一般雙臂的肘關(guān)節(jié)不應(yīng)低于肩關(guān)節(jié)，這樣才能形成有力的擺動(dòng)和制動(dòng)，提高起跳效果。
2.騰空階段技術(shù)分析
當(dāng)雙腳離地瞬間起跳動(dòng)作完成，人體便以初速度V進(jìn)入斜拋的騰空階段。當(dāng)人體重心達(dá)到最高點(diǎn)開(kāi)始下降時(shí)，上體要積極下壓，同時(shí)雙臂也應(yīng)迅速向前下方擺動(dòng)，并同時(shí)收腹舉腿，同時(shí)為落地動(dòng)作做好積極的準(zhǔn)備。這不僅要求學(xué)生有積極的落地意識(shí)，還要求其有較強(qiáng)的腰腹肌力量。
3.落地階段技術(shù)分析
當(dāng)雙腳與地面接觸瞬間，身體各相應(yīng)關(guān)節(jié)應(yīng)進(jìn)行積極的屈曲緩沖，雙臂積極向后下方擺動(dòng)并積極制動(dòng)。當(dāng)人體通過(guò)下肢與地面相互作用時(shí)，下肢各關(guān)節(jié)肌肉雖積極收縮，但由于重力的作用，仍被拉長(zhǎng)作離心收縮，完成退讓工作。由沖量定理可知，F(xiàn)t=mv，F(xiàn)=mv /t，mg為人體體重是定量，因此若想減小人體落地時(shí)對(duì)地面的沖擊力，就必須延長(zhǎng)力的作用時(shí)間。這種緩沖動(dòng)作對(duì)于動(dòng)作的順利完成及人體保護(hù)有重要的作用。
（三）立定跳遠(yuǎn)的學(xué)、練法分析
1.踝關(guān)節(jié)的力量及柔韌性學(xué)、練
通過(guò)力學(xué)及技術(shù)分析，我們可知道踝關(guān)節(jié)雖然相對(duì)于髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)是小關(guān)節(jié)，但它的力量及柔韌性對(duì)立定跳遠(yuǎn)同樣有著非常重要的作用。
（1）僵尸跳：這主要是用來(lái)發(fā)展踝關(guān)節(jié)、小腿和足弓肌群的肌肉力量。雙手叉腰或自然下垂，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)伸直，主要以踝關(guān)節(jié)的屈伸來(lái)完成動(dòng)作。要求：兩腳左右開(kāi)立、平行向前，等于或略小于肩寬，起跳時(shí)踝關(guān)節(jié)盡最大幅度伸展，落地時(shí)用前腳掌著地屈踝緩沖，接著再跳起，每次練習(xí)50-60次，練習(xí)4-5組。
（2）單腳僵尸跳：發(fā)展小腿、腳掌和踝關(guān)節(jié)力量。上體正直，膝部伸直，單腳向上跳起。跳時(shí)主要是用踝關(guān)節(jié)的力量，用前腳掌快速蹬地跳起，離地時(shí)腳面繃直，腳尖向下。原地跳時(shí)，不規(guī)定跳的次數(shù)，以踝關(guān)節(jié)發(fā)酸為準(zhǔn)，然后換腳。每次練習(xí)重復(fù)4-5次。
（3）跪膝：此項(xiàng)練習(xí)在游泳初級(jí)訓(xùn)練中較為多用，主要用來(lái)發(fā)展踝關(guān)節(jié)柔韌性。要求雙膝、雙踝靠攏跪于地面，臀部坐于雙腳后跟之上。每次練習(xí)3-5分鐘。
2.膝關(guān)節(jié)技術(shù)、力量及擺臂配合學(xué)、練
膝關(guān)節(jié)是人體大關(guān)節(jié)，其力量的強(qiáng)弱直接影響著學(xué)生的立定跳遠(yuǎn)成績(jī)。
（1）蹲跳起：主要發(fā)展腿部肌肉和踝關(guān)節(jié)肌肉力量。雙腳左右開(kāi)立，腳尖平行，等于或略小于肩寬，屈膝向下半蹲（膝關(guān)節(jié)角度最好等于90°），肘關(guān)節(jié)角度約120°，兩臂自然后擺，起跳時(shí)兩臂迅速有力地向前上擺，肘關(guān)節(jié)不低于肩關(guān)節(jié)，當(dāng)腳尖等離地面時(shí)迅速制動(dòng)，起跳時(shí)兩腿迅速蹬伸，使髖、膝、踝三個(gè)關(guān)節(jié)充分伸展，身體成一直線，最后用腳尖蹬離地面向上跳起，落地時(shí)用前腳掌著地屈膝、曲踝緩沖，接著再跳起。每次練習(xí)25—30次，重復(fù)3—4組。
（2）連續(xù)蛙跳：主要發(fā)展下肢肌肉力量、起跳技術(shù)及上下肢的協(xié)調(diào)蹬擺能力。雙腳左右開(kāi)立，腳尖平行，等于或略小于肩寬，屈膝向下半蹲，當(dāng)膝關(guān)節(jié)下蹲至90°時(shí)開(kāi)始蹬伸發(fā)力準(zhǔn)備起跳，肘關(guān)節(jié)角度約120°，下蹲時(shí)兩臂自然后擺，起跳時(shí)兩臂迅速有力地向前上擺，擺動(dòng)幅度為肘關(guān)節(jié)不低于肩關(guān)節(jié)，當(dāng)腳尖蹬離地面時(shí)迅速制動(dòng)，起跳時(shí)兩腿迅速蹬伸，使髖、膝、踝三個(gè)關(guān)節(jié)充分伸展，身體成一直線，最后用腳尖蹬離地面向上跳起，落地時(shí)用全腳掌著地屈膝、曲踝緩沖，當(dāng)膝關(guān)節(jié)緩沖到90°時(shí)，雙臂擺至身體后下方，接著再跳起。每次練習(xí)10跳，重復(fù)3組。開(kāi)始對(duì)遠(yuǎn)度不提出過(guò)多要求，主要以練習(xí)上下肢的協(xié)調(diào)技術(shù)為主，因?yàn)閯?dòng)作技能的形成是一個(gè)復(fù)雜的、鏈鎖的、本體感受的過(guò)程，只有在技能形成后，才能逐漸提高強(qiáng)度，打破動(dòng)作平衡，重新建立動(dòng)作平衡。
（3）跳伸練習(xí)：主要發(fā)展大腿肌肉退讓性工作能力。雙腳平行站立于約50cm的臺(tái)階上，向前下方跳出，雙腳落于小墊子上屈膝緩沖，當(dāng)膝關(guān)節(jié)被動(dòng)屈曲至90°時(shí)雙臂由前上方擺至身體后下方，同時(shí)快速蹬伸、擺臂向前上方跳出，要求下肢三關(guān)節(jié)完全伸直，肘關(guān)節(jié)擺至肩關(guān)節(jié)上方，突然制動(dòng)。每次練習(xí)6—8次，重復(fù)3—4組。膝關(guān)節(jié)這種退讓性工作能力增強(qiáng)，可以提高起跳時(shí)下蹲的速度，使退讓性工作肌群產(chǎn)生更大的彈性勢(shì)能，縮短起跳時(shí)間，從而獲得更大的初速度，提高學(xué)生立定跳遠(yuǎn)成績(jī)。
（4）啞鈴擺臂：主要發(fā)展上肢及肩帶力量。手持啞鈴肘關(guān)節(jié)成120°，雙腳成左右前弓步前后擺臂，要求擺動(dòng)幅度要大，每組練習(xí)50—60次，重復(fù)4—5組；兩腳尖平行等于或略小于肩寬左右開(kāi)立，雙手持啞鈴從體側(cè)至雙臂水平再至兩臂肩上舉，每組練習(xí)30次，重復(fù)3組。
（5）手持啞鈴雙腳左右開(kāi)立跳：主要發(fā)展踝關(guān)節(jié)、肩帶力量及上下肢協(xié)調(diào)能力。兩腳開(kāi)立至少大于肩寬，開(kāi)立時(shí)雙臂擺至水平，并攏時(shí)擺至體側(cè)，要求動(dòng)作連貫，節(jié)奏感強(qiáng)。每次練習(xí)30—40次，重復(fù)3—4組。
3.起跳角度及落地技術(shù)練習(xí)
圖2
實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生起跳角度幾乎沒(méi)有過(guò)大而都是偏小，為了糾正學(xué)生的這一錯(cuò)誤動(dòng)作，教師可利用小墊子來(lái)提高學(xué)生的起跳角度，如圖2所示。小墊子斜面與地面成42°角，要求起跳時(shí)身體成一直線與墊子平面平行，當(dāng)身體重心達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)收腹舉腿，積極準(zhǔn)備落地動(dòng)作。為了能夠更好地完成收腹舉腿動(dòng)作及意識(shí)，我們應(yīng)盡量讓學(xué)生采用跳遠(yuǎn)中的滑坐式落地方式，有小墊子的保護(hù)，這種落地方式已成為可能。
四、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)立定跳遠(yuǎn)的生物力學(xué)分析，我們得知影響立定跳遠(yuǎn)成績(jī)的主要因素是下肢三關(guān)節(jié)肌肉力量及蹬伸幅度、起跳角度及上肢擺臂技術(shù)。有了理論指導(dǎo)，我們便可以有針對(duì)性地進(jìn)行學(xué)、練，從而提高練習(xí)效果。
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第4篇：肌肉的主要生物力學(xué)特征范文
[關(guān)鍵詞]下頜角截骨整形;三維有限元;生物力學(xué)
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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.
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷進(jìn)步,有限元法逐漸成為力學(xué)研究中最為重要的分析方法之一,并廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域,近年來(lái)在生物力學(xué)研究中也得到廣泛的應(yīng)用。由于生物體在幾何形狀和材料性質(zhì)上的特殊性和復(fù)雜性,快速、準(zhǔn)確地建立生物組織結(jié)構(gòu)的三維有限元模型是生物力學(xué)有限元研究的難題,同時(shí)也是進(jìn)行三維有限元分析的基礎(chǔ)。以往的生物力學(xué)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種軟件結(jié)合方式針對(duì)單一組織結(jié)構(gòu)建立具有共性的有限元模型。隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的進(jìn)步計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的發(fā)展,使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化影像文件結(jié)合單一軟件建立三維有限元模型成為可能。本文應(yīng)用薄層CT掃描技術(shù),采用DICOM標(biāo)準(zhǔn)格式導(dǎo)入Mimics軟件處理,最終應(yīng)用Ansys有限元軟件快速有效建成無(wú)牙下頜骨和TMJ三維有限元模型。
1材料和方法
1.1 樣本來(lái)源:選擇顱頜系統(tǒng)發(fā)育正常的健康女性青年志愿者,I類(lèi)磨牙關(guān)系,牙周健康,無(wú)TMJ 疾患。
1.2 試驗(yàn)設(shè)備:①CT掃描機(jī):采用飛利浦Brilliance 64排螺旋CT 掃描機(jī);②試驗(yàn)所用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件配置:CPU Core 2 雙核2.8G,4G DDR2內(nèi)存,640G硬盤(pán);③試驗(yàn)用計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng):Windows XP Professional Sp3;④試驗(yàn)用軟件:Mimics12.0(Materialise's Interactive Medical Image Control System):Ansys12.0(Analysis System)。
1.3 方法
1.3.1 CT掃描:頭顱固定架對(duì)患者頭顱進(jìn)行固定,進(jìn)行顱頜面(全顱)的軸向斷層掃描,連續(xù)無(wú)間隔掃描。掃描基準(zhǔn)線平行于眶-耳平面。層厚0.67mm,掃描參數(shù)為120kV,230mas,掃描矩陣512×512。顳下頜關(guān)節(jié)區(qū)及下頜骨連續(xù)進(jìn)行170 層掃描。所得圖像經(jīng)聯(lián)機(jī)工作站處理DICOM格式數(shù)據(jù)文件,刻錄存盤(pán)。
1.3.2 CT圖像的處理:CT掃描所獲得DICOM格式數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入Mimics12.0軟件。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求通過(guò)對(duì)蒙罩(Mask)的分割(segementation)操作,在CT圖像上確定需要進(jìn)行三維成像的組織結(jié)構(gòu)邊界,提取出不含下牙列的下頜骨和顳下頜關(guān)節(jié)窩,設(shè)定參數(shù)后重建三維圖像。得到的三維模型是原始三維表面模型,表面粗糙,直接利用其進(jìn)行表面網(wǎng)格劃分將會(huì)產(chǎn)生單元形狀畸形,單元數(shù)量過(guò)多等問(wèn)題,影響到后續(xù)力學(xué)計(jì)算的速度和結(jié)果分析精確性。因此必須利用Mimics的Remesh模塊對(duì)三維模型的表面進(jìn)行平滑(smooth),見(jiàn)圖1。再通過(guò)Remesh模塊對(duì)模型表面的三角形面片數(shù)量和質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化。表面三角形數(shù)量由126178減少到18008個(gè),且三角形底邊與高之比均大于0.3,符合有限元分析要求,見(jiàn)圖2。
1.4 三維有限元模型建立:將優(yōu)化好的表面網(wǎng)格輸出為Ansys12.0軟件可以識(shí)別的Ansys element文件,在Ansys12.0導(dǎo)入該文件,選擇10節(jié)點(diǎn)四面體單元Solid92進(jìn)行三維網(wǎng)格劃分,生成實(shí)體模型,共生成161788單元189057節(jié)點(diǎn)。
材料力學(xué)參數(shù):下頜骨的皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨及其他組織(髁突軟骨、關(guān)節(jié)盤(pán)等)均為各向同性、均勻連續(xù)的線彈性材料。骨組織力學(xué)參數(shù)由下頜骨CT值計(jì)算得出。利用頜骨CT值、表觀密度和骨彈性模量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,根據(jù)構(gòu)成骨的像素的灰度值(CT值)來(lái)進(jìn)行插值計(jì)算,得到此骨的表觀密度,并由表觀密度推算出它的彈性模量[1]。
在本模型中,骨表觀密度由CT值(Hounsfield)導(dǎo)出。根據(jù)以下公式計(jì)算出單元的表觀密度 :
骨組織彈性模量由以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:
由已知水的CT值和表觀密度,皮質(zhì)骨平均CT值和表觀密度,取已知皮質(zhì)骨最大彈性模量,公式(2)簡(jiǎn)化為:
則得,k =4249 GPa(g/cm3)-3,
由于不同部位下頜骨皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的CT值有一定變化,所以測(cè)量下頜骨五個(gè)部位,求得皮質(zhì)骨最大CT值平均為1600HU,松質(zhì)骨最大CT值平均為600HU,導(dǎo)入公式(1)和(3)計(jì)算出該模型皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的彈性模量分別為14963.78 MPa和1179.75MPa。
將Ansys前處理模塊中生成的實(shí)體模型導(dǎo)回,在Mimics的FEA模塊中根據(jù)下頜骨各單元CT值分別賦材料性質(zhì)。
1.5 模型的邊界約束設(shè)計(jì):對(duì)咀嚼肌、下頜韌帶采用桿單元模擬其約束,桿單元材料定義為只受拉不受壓的非線性材料,單元橫截面積與各自模擬的肌肉和韌帶截面積相同。根據(jù)Spronsen等[5-6]的研究結(jié)果獲得咀嚼肌的有關(guān)參數(shù)(見(jiàn)表1)。參考周學(xué)軍等[7]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,獲得關(guān)節(jié)韌帶的參數(shù)(表2),并采用“面-面接觸對(duì)” 模擬牙合面和關(guān)節(jié)窩之間的連接。
2結(jié)果
建立了一個(gè)包括下頜骨、顳下頜關(guān)節(jié)、肌肉和韌帶的下頜骨三維有限元總體模型,可根據(jù)實(shí)驗(yàn)不同需要調(diào)用,見(jiàn)圖3。
3討論
與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)性應(yīng)力分析相比,有限元技術(shù)具有更多的優(yōu)點(diǎn)。但有限元方法分析結(jié)果受諸多因素的影響。例如:模型的相似性,單元?jiǎng)澐值拇旨?xì)程度,載荷情況及邊界條件與真實(shí)情況的差異等,均影響分析結(jié)果的精確性[8]。提高有限元分析結(jié)果的可靠性,模型精確程度及邊界條件設(shè)置等都是十分重要的。由于牙頜組織中的牙齒、牙周膜、牙槽骨、頜骨以及修復(fù)體的結(jié)構(gòu)外形多樣性、不規(guī)則性、受力的復(fù)雜性,如何準(zhǔn)確獲取上述結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)并將其計(jì)算機(jī)數(shù)字化,建立完整準(zhǔn)確的下頜骨三維有限元模型是有限元分析能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。
生物體三維有限元建模方法經(jīng)歷了數(shù)代演進(jìn),主要包括:①磨片、切片法[9-10];②三維測(cè)量法[11-12];③CT圖像處理法;④DICOM數(shù)據(jù)直接建模法等[13]。磨片、切片法是破壞性建模方法并且磨切片厚度難以控制,圖像的拍攝處理,邊緣提取等環(huán)節(jié)都可能產(chǎn)生誤差,因此該方法目前很少采用。三維掃描測(cè)量的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的成本高,數(shù)據(jù)采集后處理的時(shí)間長(zhǎng),生成CAD模型后還要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后才能供有限元建模使用,且測(cè)量只能得到表面數(shù)據(jù),不能夠區(qū)分結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)的變化,更適用于實(shí)物的測(cè)量反求。CT圖像處理方法需要人工把CT膠片上的每一張圖像掃描轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的位圖格式,并且使用圖像處理軟件中人工定位配準(zhǔn)。不僅需要花費(fèi)大量的人力、物力,而且在通過(guò)膠片掃描傳遞數(shù)據(jù)的過(guò)程中容易丟失很多信息;配準(zhǔn)精度也直接影響著所建立模型精確性[13-15]。
本實(shí)驗(yàn)采用DICOM數(shù)據(jù)直接建模法其過(guò)程為:①CT掃描輸出DICOM格式數(shù)據(jù)文件;②DICOM數(shù)據(jù)的讀入專(zhuān)用軟件。分割圖像,生成3D模型,優(yōu)化表面網(wǎng)格;③通過(guò)與有限元分析軟件的良好的數(shù)據(jù)接口,直接導(dǎo)入有限元分析軟件前處理模塊生成體網(wǎng)格;④根據(jù)各單元的CT值給單元賦材料性質(zhì);⑤最后將賦完材料性質(zhì)的實(shí)體導(dǎo)入有限元分析軟件進(jìn)行裝配,完成建模。
DICOM格式數(shù)據(jù)文件直接建模,可以直接讀取數(shù)據(jù)并處理,避免反復(fù)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出,文件格式的轉(zhuǎn)換造成的數(shù)據(jù)失真或丟失,大大提高了模型的精確度。本研究將DICOM數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入Mimics軟件直接生成三維模型,再通過(guò)Ansys element文件接口將模型導(dǎo)入Ansys12.0,由表面單元直接生成體單元,避免了過(guò)去由面生成體以后再劃分體單元,造成的體單元質(zhì)量下降。利用DICOM文件中包含的CT值信息,根據(jù)模型每個(gè)單元密度賦材料性質(zhì),使數(shù)據(jù)得到最大限度的利用。避免了過(guò)去建模中將皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨進(jìn)行分割,分別建模的繁瑣,同時(shí)極大提高了模型的精度。
三維有限元模型的幾何相似性、單元的大小、形狀、數(shù)目、載荷情況、邊界條件與真實(shí)情況的差異等,均影響應(yīng)力分析結(jié)果。目前根據(jù)不同研究需要已建立的下頜骨三維有限元模型[7, 16-18],邊界約束設(shè)計(jì)也各不相同,周學(xué)軍等[7]考慮到肌肉的柔索性質(zhì),即只能限制物體沿著柔索伸長(zhǎng)方向的運(yùn)動(dòng),而不能限制物體在其他方向的運(yùn)動(dòng)[19],采用纜索元模擬肌肉約束,更符合分析下頜骨經(jīng)矯形力作用下的受力情況。史真等建立了下頜牽張成骨三維有限元模型[20],李勇等正常人下頜升支矢狀截骨術(shù)的三維有限元模型[21]李慧超建立了下頜角整形手術(shù)術(shù)前術(shù)后模型[22],Frivo等建立了單側(cè)TMJ有限元模型[23]。柳大烈等建立了咬肌牽動(dòng)的顴骨復(fù)合體三維有限元模型用于研究顴骨縮小整形手術(shù)的生物力學(xué)[24]。因此,本實(shí)驗(yàn)在ANSYS軟件中采用只受拉的Link10單元模擬咀嚼肌及韌帶的約束。此外,與以往主要研究咬合力的有限元模型不同的是,在研究下頜角整形手術(shù)時(shí),必須考慮顳下頜關(guān)節(jié)及其韌帶作用,本實(shí)驗(yàn)在模擬嚼肌、顳肌、翼內(nèi)肌和翼外肌約束的同時(shí),模擬了顳下頜關(guān)節(jié)韌帶包括顳下頜韌帶、莖突下頜韌帶、蝶下頜韌帶對(duì)顳下頜關(guān)節(jié)的約束,提高了模型的生物和力學(xué)相似性。為進(jìn)一步研究下頜截骨整形手術(shù)提供了基礎(chǔ)。
下頜角截骨整形的一種方法是通過(guò)沿截骨線進(jìn)行鉆孔后鑿斷。目前用有限元法模擬下頜截骨整形手術(shù)的研究還鮮見(jiàn)報(bào)道。Remmler等[25]用有限元法建立預(yù)測(cè)模型,進(jìn)行顱面部牽張成骨的術(shù)前分析,認(rèn)為有限元法能以數(shù)學(xué)形式反映顱面組織的材料特征、物理特征和反應(yīng)特性,可以模擬多種外科手術(shù)、生理活動(dòng)和頭部外傷。利用本模型的下一步實(shí)驗(yàn),擬通過(guò)布爾運(yùn)算模擬下頜角截骨,在下頜角部根據(jù)實(shí)驗(yàn)手術(shù)設(shè)計(jì)改變工況和邊界條件,加載沖擊載荷,模擬手術(shù)操作過(guò)程,分析不同條件下下頜骨及相關(guān)結(jié)構(gòu)的生物力學(xué)變化。同時(shí)還可以模擬不同體積的下頜角骨組織截除后正常咬合時(shí)和下頜骨受到撞擊時(shí)生物力學(xué)性能的變化。
需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是,由于有限元需要對(duì)復(fù)雜的實(shí)體中的一些次要結(jié)構(gòu)和因素進(jìn)行簡(jiǎn)化,再加上一些實(shí)驗(yàn)條件假設(shè),所以,有限元的計(jì)算結(jié)果的絕對(duì)值很難代表人體的真實(shí)值,而且生物體的個(gè)體差異也無(wú)法考慮到實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?。目前尚無(wú)法達(dá)到完全模擬復(fù)雜的人體生物力學(xué)環(huán)境建立計(jì)算模型。
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第5篇：肌肉的主要生物力學(xué)特征范文
關(guān)鍵詞 鞭打動(dòng)作 體育項(xiàng)目 應(yīng)用
中圖分類(lèi)號(hào)：G804.66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
0引言
人體在結(jié)構(gòu)上是由關(guān)節(jié)將身體各環(huán)節(jié)相連，在體育動(dòng)作中，當(dāng)希望環(huán)節(jié)鏈末端產(chǎn)生最大的速度和力量時(shí)，肢體的運(yùn)動(dòng)形式往往表現(xiàn)為由近端環(huán)節(jié)到遠(yuǎn)端環(huán)節(jié)依次加速與制動(dòng)，各環(huán)節(jié)的速度也表現(xiàn)為由近端到遠(yuǎn)端的依次增加，把這種動(dòng)作形式稱(chēng)為鞭打動(dòng)作。人體四肢結(jié)構(gòu)類(lèi)似于鞭子，它們近端環(huán)節(jié)的質(zhì)量大，末端環(huán)節(jié)的質(zhì)量小，因此在作鞭打動(dòng)作時(shí)，鞭根近端環(huán)節(jié)先加速揮動(dòng)，獲得動(dòng)量，然后制動(dòng)，在制動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)量向鞭梢末端環(huán)節(jié)傳遞，因此獲得極大的運(yùn)動(dòng)速度。人體鞭打動(dòng)作在體育運(yùn)動(dòng)技術(shù)中有著舉足輕重的作用，它幾乎滲透到各項(xiàng)體育運(yùn)動(dòng)技術(shù)動(dòng)作中，所有的投擲項(xiàng)目無(wú)一例外的都與鞭打技術(shù)有關(guān)，如：標(biāo)槍、棒球和壘球，其中標(biāo)槍的鞭打技術(shù)最為復(fù)雜，再如排球的扣球、乒乓球、羽毛球及網(wǎng)球的扣殺動(dòng)作，無(wú)一例外首先要解決好鞭打的技術(shù)，足球運(yùn)動(dòng)員的大力踢球、散打中的鞭腿、游泳中的打水，以及體操中的腿鞭打都與鞭打技術(shù)有關(guān)。
鞭打動(dòng)作的分類(lèi)，主要分為上肢鞭打動(dòng)作和下肢鞭打動(dòng)作，其中上肢鞭打動(dòng)作又可以分為投擲性鞭打動(dòng)作（例如：投擲標(biāo)槍、壘球等）和打擊性鞭打動(dòng)作（例如：排球扣球、發(fā)球，乒乓球和羽毛球的扣殺等），下肢鞭打動(dòng)作常在足球、體操、武術(shù)技術(shù)中運(yùn)用，足球中射門(mén)、傳球和武術(shù)中的鞭腿都是下肢鞭打動(dòng)作的典型范例。另外，也有人提出全身鞭打，但由于最后的發(fā)力是通過(guò)肢體末端，也可以歸到下肢鞭打動(dòng)作（例如：蝶泳等）。
1上肢鞭打動(dòng)作
在上肢鞭打中“力的曲線”呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化，首先人體上肢環(huán)節(jié)的反向運(yùn)動(dòng)使肢體的肌肉預(yù)先拉長(zhǎng)，緊接著肌肉由離心收縮轉(zhuǎn)向向心收縮，力的曲線出現(xiàn)了第一次波峰，由于軀干的制動(dòng)和身體的另一部分的固定，使力的曲線出現(xiàn)了一個(gè)小小的波谷，最后在鞭打動(dòng)作即將結(jié)束時(shí)，力的曲線出現(xiàn)了第二次波峰，達(dá)最大值。人體各環(huán)節(jié)的曲線圖，呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化，肩關(guān)節(jié)首先出現(xiàn)速度峰值，接著開(kāi)始減速，肘關(guān)節(jié)出現(xiàn)速度峰值。接著開(kāi)始減速，最后腕關(guān)節(jié)出現(xiàn)速度峰值，以上說(shuō)明鞭打動(dòng)作的一個(gè)特點(diǎn)，即每一個(gè)環(huán)節(jié)最大運(yùn)動(dòng)速度是在前一個(gè)環(huán)節(jié)達(dá)到最大速度后，獲得的近端環(huán)節(jié)制動(dòng)的同時(shí)遠(yuǎn)端環(huán)節(jié)做加速運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)端環(huán)節(jié)速度是由近端環(huán)節(jié)動(dòng)量傳遞和速度依次疊加而成的，使遠(yuǎn)端獲得最大的角速度和線速度。當(dāng)然，動(dòng)量傳遞只是肢體鞭打動(dòng)作快速有力的一個(gè)方面，在這一過(guò)程中，使遠(yuǎn)端環(huán)節(jié)在鞭打方向上加速的原動(dòng)肌也發(fā)揮著較大的作用肢體各關(guān)節(jié)依次發(fā)力，使各環(huán)節(jié)的動(dòng)量逐步積累，末端環(huán)節(jié)手或足的運(yùn)動(dòng)速度是由其各近側(cè)環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)速度的依次疊加而成，這是另一個(gè)重要方面。排球的扣球、發(fā)球等均為上肢打擊性鞭打中的無(wú)器械鞭打動(dòng)作形式，打擊性鞭打動(dòng)作，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律與投擲性鞭打動(dòng)作相仿，其特點(diǎn)是在做動(dòng)作之前，各關(guān)節(jié)的肌肉更加放松被拉長(zhǎng)，以保證肢體完成鞭打動(dòng)作的速度和幅度。
2下肢鞭打動(dòng)作
下肢鞭打動(dòng)作角速度特征為：后擺時(shí)表現(xiàn)為大腿逐漸減速，小腿加速――最大角速――減速的特點(diǎn)；前擺時(shí)表現(xiàn)為大腿加速――最大角速度――減速，小腿持續(xù)加速的特點(diǎn)。髖關(guān)節(jié)的屈肌力矩，膝關(guān)節(jié)的伸肌力矩，踝關(guān)節(jié)的背屈力矩在下肢鞭打動(dòng)作前擺階段起主導(dǎo)作用。髖關(guān)節(jié)的內(nèi)收，外展力矩起定向作用。髖關(guān)節(jié)旋內(nèi)、旋外力矩，膝關(guān)節(jié)旋內(nèi)、旋外力矩以及踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻力矩的主要作用是對(duì)腳的方位及傾斜程度進(jìn)行調(diào)整。股直肌、股內(nèi)肌、股外肌、脛骨前肌在下肢鞭打動(dòng)作前擺階段起主導(dǎo)作用。小腿加速前擺的初期伸膝肌群產(chǎn)生的伸膝力矩在起支配作用，后期是伸膝力矩與來(lái)自大腿角動(dòng)量的傳遞共同在起作用。
3結(jié)論與建議
鞭打動(dòng)作中，肢體的反向動(dòng)作，給原動(dòng)肌一個(gè)最適宜的初長(zhǎng)度，同時(shí)也提高了原動(dòng)肌的爆發(fā)式收縮力，盡可能延長(zhǎng)了肌力工作距離。鞭打過(guò)程中，各環(huán)節(jié)的依次加速與制動(dòng)，最終近端獲得最大的角速度與線速度。鞭打效果的好壞，不僅與動(dòng)量的傳遞有關(guān)，而且與原動(dòng)肌加速有關(guān)，同時(shí)與動(dòng)量的逐步積累和依次疊加有著密切關(guān)系。
因此，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該注意強(qiáng)調(diào)發(fā)力順序，注重對(duì)學(xué)生動(dòng)作的規(guī)范性。學(xué)生自己在學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)該勤于思考多加練習(xí)，注重對(duì)自己發(fā)力的體會(huì)，注重各項(xiàng)目間的相通性，學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)規(guī)律并應(yīng)用于實(shí)踐中。
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第6篇：肌肉的主要生物力學(xué)特征范文
【摘要】 目的 觀察中藥復(fù)方對(duì)尾部懸吊模擬失重大鼠骨密度(BMD)、骨生物力學(xué)強(qiáng)度及組織形態(tài)計(jì)量學(xué)的影響。方法 50只Wistar大鼠按隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法分成正常對(duì)照組、模型組及懸吊中藥低劑量組、中劑量組、高劑量組，每組10只，實(shí)驗(yàn)周期21 d。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，取右側(cè)股骨和第4腰椎，用雙能X線骨密度儀測(cè)量股骨、腰椎BMD；三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)法及腰椎壓縮實(shí)驗(yàn)法分別測(cè)定股骨和腰椎生物力學(xué)指標(biāo)；取第3腰椎，制作不脫鈣切片測(cè)量骨形態(tài)計(jì)量學(xué)指標(biāo)。結(jié)果 與正常對(duì)照組相比，模型組大鼠股骨、腰椎BMD明顯降低(P＜0.05)，股骨最大載荷、彈性載荷、最大撓度、彈性撓度明顯降低(P＜0.05)；腰椎最大載荷、彈性載荷明顯降低(P＜0.05)；腰椎骨小梁體積百分比、骨小梁形成表面百分比、活性生成表面百分比、骨小梁礦化率明顯降低(P＜0.05)。與模型組相比，中藥中劑量組可明顯增加模擬失重大鼠股骨BMD和腰椎最大載荷、彈性載荷和腰椎骨小梁體積百分比、骨小梁形成表面百分比、活性生成表面百分比、骨小梁礦化率(P＜0.05)。結(jié)論 中藥復(fù)方能促進(jìn)骨的形成和礦化過(guò)程，增加BMD以及增強(qiáng)骨力學(xué)強(qiáng)度，從而達(dá)到防治骨丟失的作用。
【關(guān)鍵詞】 中藥；模擬失重；骨密度；骨生物力學(xué)；骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)
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
失重性骨丟失是長(zhǎng)期航天飛行中最危險(xiǎn)的因素之一，因而探討和尋求有效的對(duì)抗失重骨丟失的有效措施一直是航天醫(yī)學(xué)界的難題，但至今仍無(wú)切實(shí)有效的防護(hù)措施。我們將中醫(yī)藥理論應(yīng)用于航天醫(yī)學(xué)研究，研制了以滋補(bǔ)肝腎、健脾益氣、活血化瘀、強(qiáng)筋健骨等治法為依據(jù)組成的中藥復(fù)方，并利用尾部懸吊模擬失重動(dòng)物模型，對(duì)其藥理、藥效和機(jī)理進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究。本實(shí)驗(yàn)是該方對(duì)骨代謝影響系列研究的一個(gè)組成部分，重點(diǎn)探討該方對(duì)模擬失重大鼠骨密度(BMD)、骨生物力學(xué)強(qiáng)度及組織形態(tài)計(jì)量學(xué)的影響，為研究中醫(yī)藥對(duì)抗模擬失重骨丟失措施及探討中藥對(duì)抗模擬失重骨丟失機(jī)理的研究奠定基礎(chǔ)。
1 實(shí)驗(yàn)材料
1.1 動(dòng)物
Wistar大鼠，雄性，體重(150±10)g，北京維通利華公司提供，合格證號(hào)：SCXK(京)2002-0003。適應(yīng)環(huán)境7 d后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
1.2 藥物
中藥復(fù)方由刺五加、黃芪、當(dāng)歸、補(bǔ)骨脂等藥按一定比例組成。全部藥材經(jīng)北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥教研室鑒定，按傳統(tǒng)工藝煎煮，制成1 g原藥材/mL濃度的口服液。
1.3 試劑
甲基丙烯酸甲酯(批號(hào)20061010)，北京益利精細(xì)化學(xué)品有限公司；鄰苯二甲酸二丁酯(批號(hào)040401)，北京化學(xué)試劑公司；過(guò)氧化苯甲酰(批號(hào)20040610)，北京金龍化學(xué)試劑有限公司。
1.4 儀器
雙能X線骨密度儀，美國(guó)LUNAR公司；WD-1型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，長(zhǎng)春第二試驗(yàn)機(jī)廠；WDW-5型微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，長(zhǎng)春市朝陽(yáng)試驗(yàn)儀器有限公司；Reicheit-Jung 2040切片機(jī)，德國(guó)。
2 實(shí)驗(yàn)方法
2.1 尾部懸吊模型的建立
采用陳氏等[1]改進(jìn)的鼠尾懸吊法。將大鼠在懸吊籠中尾部懸吊，后肢離地，使軀干與地面成300°角，前肢著地可以自由活動(dòng)。
2.2 分組及給藥
Wistar大鼠按隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法分成正常對(duì)照組(K組)、模型組(M組)及懸吊中藥低劑量組(D組)、中劑量組(Z組)、高劑量組(X組)共5組，每組10只，均用懸吊籠單籠飼養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)周期21 d。造模前7 d懸吊中藥3個(gè)劑量組給予中藥復(fù)方(10 mL/kg)灌胃，K組、M組給予蒸餾水灌胃(10 mL/kg)，每日灌胃1次。第8日灌胃1 h后，M組與懸吊中藥3個(gè)劑量組尾部懸吊，K組大鼠籠中自由活動(dòng)。繼續(xù)每日灌胃1次，每周稱(chēng)重1次，按重量調(diào)整給藥劑量，連續(xù)灌胃14 d。
2.3 標(biāo)本處理及檢測(cè)
2.3.1 大鼠股骨、腰椎骨密度的測(cè)定
實(shí)驗(yàn)第21日處死大鼠，取右側(cè)股骨和第4腰椎骨，去凈附著結(jié)締組織，分別用生理鹽水紗布包裹后即刻保存于-70 ℃冰箱中，并盡快進(jìn)行BMD測(cè)定。測(cè)定前取出上述樣本，室溫下復(fù)溫，然后將各樣本分別置于有機(jī)玻璃板上，固定位置，以全長(zhǎng)的1/2交界處為測(cè)量點(diǎn)，應(yīng)用雙能X線骨密度儀作骨橫越掃描，熒光屏顯示測(cè)量圖像，自動(dòng)打印測(cè)量結(jié)果。
2.3.2 股骨、腰椎生物力學(xué)的測(cè)定
實(shí)驗(yàn)前取出冰箱保存的大鼠股骨，室溫下復(fù)溫，進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，跨距20 mm，加載速度2 mm/min，同時(shí)記錄載荷-變形曲線；第4腰椎體進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，加載速度為2 mm/min，同時(shí)記錄載荷-變形曲線，2組樣本均計(jì)算最大載荷和彈性載荷、最大撓度和彈性撓度。
2.3.3 腰椎組織形態(tài)計(jì)量學(xué)的測(cè)定
在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物處死前14、3 d分別皮下注射鹽酸四環(huán)素30 mg/kg。大鼠處死后，迅速取出第3腰椎。剔凈骨周?chē)∪饧败浗M織，用生理鹽水擦洗干凈，置于10%福爾馬林中固定24 h，然后制作5 μm和10 μm的縱向不脫鈣骨切片。5 μm切片用二甲苯溶掉樹(shù)脂后，梯度乙醇至水，甲苯胺藍(lán)染色；10 μm切片直接用于熒光觀察。主要參數(shù)包括：骨小梁體積百分比、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、骨小梁礦化率。
3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法
所測(cè)定指標(biāo)均采用x±s表示，BMD和生物力學(xué)指標(biāo)使用SPSS12.0統(tǒng)計(jì)軟件中的方差分析(ANOVA)進(jìn)行檢驗(yàn)，骨組織形態(tài)劑量學(xué)使用Student-Newman方法進(jìn)行檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
4 結(jié)果
(見(jiàn)表1～表3)表1 中藥復(fù)方對(duì)模擬失重大鼠腰椎骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)的影響(略)注：與K組比較，#P＜0.05；與M組比較，*P＜0.05；與Z組比較，ΔP＜0.05(下同)表2 中藥復(fù)方對(duì)模擬失重大鼠股骨、腰椎BMD的影響((x±s，g/cm2)表3 中藥復(fù)方對(duì)模擬失重大鼠股骨、腰椎最大載荷、最大撓度、彈性載荷、彈性撓度的影響(x±s)
5 討論
我們的前期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明，尾部懸吊后大鼠出現(xiàn)了明顯骨代謝異常，而在本實(shí)驗(yàn)中模型組大鼠股骨、腰椎BMD以及最大載荷、彈性載荷均顯著減少，這與國(guó)內(nèi)外的相關(guān)報(bào)道一致[2-3]，說(shuō)明應(yīng)用尾部懸吊大鼠的模型是成功的。
BMD是反映骨皮質(zhì)厚度、骨小梁結(jié)構(gòu)和骨量的重要指標(biāo)，也是間接評(píng)價(jià)骨丟失程度的指標(biāo)之一。本實(shí)驗(yàn)中，與正常對(duì)照組比較，模型組大鼠股骨、腰椎BMD明顯降低，中藥中劑量組可明顯增加股骨BMD。說(shuō)明尾部懸吊模擬失重時(shí)，后肢去負(fù)荷后肌肉萎縮、骨應(yīng)力刺激消失、骨骼血液供應(yīng)不足等引起大鼠承重骨骨礦鹽大量丟失，給與中藥干預(yù)后有可能增加骨骼血液供應(yīng)以及刺激成骨細(xì)胞活性或抑制破骨細(xì)胞活性而促進(jìn)大鼠的骨礦鹽沉積，促進(jìn)骨的礦化，增強(qiáng)BMD。但中藥復(fù)方對(duì)股骨和腰椎BMD的藥效有差異，可能與藥物劑量、給藥時(shí)間以及作用途徑有關(guān)。
由于單純骨礦鹽含量測(cè)定不能表現(xiàn)骨結(jié)構(gòu)和材料特征的變化，因此結(jié)合骨力學(xué)指標(biāo)測(cè)定可以更全面評(píng)價(jià)骨質(zhì)量，反映骨骼抗骨折能力。最大載荷和彈性載荷反映骨結(jié)構(gòu)力學(xué)特性，他們的變化反映骨小梁質(zhì)量、結(jié)構(gòu)連續(xù)性和皮質(zhì)厚度的改變[4]。撓度是骨骼柔韌性指標(biāo)，其數(shù)值的大小與骨基質(zhì)膠原蛋白含量高低有關(guān)。對(duì)于受試骨骼來(lái)說(shuō)，單獨(dú)考慮撓度并不能說(shuō)明受試骨骼的質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)具體的情況來(lái)綜合分析。失重及模擬失重下骨骼力學(xué)特性(如硬度、強(qiáng)度、柔韌性、彈性及扭轉(zhuǎn)力)皆有下降，尤其是扭轉(zhuǎn)力的下降最為顯著。Cosmos飛行發(fā)現(xiàn)大鼠股骨和脊柱的力學(xué)性能下降[5]。馬氏等[6]于尾吊大鼠模型模擬失重90 d后測(cè)量長(zhǎng)骨的生物力學(xué)性能發(fā)現(xiàn)，股骨的強(qiáng)度、硬度、剛度各項(xiàng)參數(shù)均較對(duì)照顯著下降。在本實(shí)驗(yàn)中，模型組大鼠股骨、腰椎力學(xué)強(qiáng)度均降低，中藥中劑量組可明顯增加腰椎最大載荷和彈性載荷。提示中藥復(fù)方通過(guò)增加BMD，增強(qiáng)骨力學(xué)強(qiáng)度而有效防止骨折發(fā)生，而對(duì)最大撓度和彈性撓度沒(méi)有顯著影響，可能與中藥復(fù)方對(duì)骨基質(zhì)膠原蛋白含量影響不明顯有關(guān)。
在本實(shí)驗(yàn)中，中藥復(fù)方中劑量組比低劑量組和高劑量組更明顯增加BMD和骨力學(xué)強(qiáng)度，因此，我們選擇中藥復(fù)方中劑量組，從骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)方面進(jìn)一步考察了該方的療效。骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)是新近發(fā)展起來(lái)的一種骨組織定量研究方法，它將骨組織切片中二維圖像展示的骨組織形態(tài)轉(zhuǎn)化為數(shù)量資料，從而得出較多的定量結(jié)構(gòu)信息，可從組織和細(xì)胞水平了解骨結(jié)構(gòu)的變化情況。而骨組織的力學(xué)特征不僅決定于骨質(zhì)的密度，還與骨小梁的微觀結(jié)構(gòu)有著非常密切的關(guān)系。目前有關(guān)骨形態(tài)及結(jié)構(gòu)的研究證明，失重狀態(tài)下骨結(jié)構(gòu)的變化包括骨小梁變薄、數(shù)目減少、成骨細(xì)胞的數(shù)目和活動(dòng)減少等[7]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，模型組大鼠骨小梁結(jié)構(gòu)及其形態(tài)發(fā)生明顯改變，骨小梁明顯變細(xì)，骨小梁體積百分比、骨小梁形成表面百分比、活性生成表面百分比、骨小梁礦化率明顯降低，部分骨小梁中斷而逐漸被吸收，骨小梁之間的距離變寬，骨小梁的連接遭到破壞，失去原來(lái)的三維網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致松質(zhì)骨的整體力學(xué)強(qiáng)度下降。提示模擬失重可抑制大鼠松質(zhì)骨類(lèi)骨質(zhì)的形成和礦化，對(duì)骨吸收影響不大，表明模擬失重使骨形成減少而導(dǎo)致骨的丟失。經(jīng)中藥治療后，骨小梁數(shù)目增加、變粗、間隙減小，骨小梁體積百分比和形成表面百分比及礦化率等明顯增加，表明中藥復(fù)方能明顯的促進(jìn)模擬失重大鼠類(lèi)骨質(zhì)的形成和礦化，改善骨的顯微結(jié)構(gòu)，從而增加了骨量和提高了骨的強(qiáng)度。
綜上，中藥復(fù)方可以有效改善失重性骨丟失，有效促進(jìn)骨的形成和礦化過(guò)程，增加BMD以及增強(qiáng)骨力學(xué)強(qiáng)度，從而達(dá)到防治骨丟失的作用。表明該中藥復(fù)方對(duì)防治失重性骨丟失方面具有一定的應(yīng)用意義，有待于細(xì)胞水平和分子水平的深入研究。
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第7篇：肌肉的主要生物力學(xué)特征范文
【中圖分類(lèi)號(hào)】R681.5【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1007-8517(2009)06-0133-01
目前，人體生物力學(xué)已被廣泛地應(yīng)用于中醫(yī)推拿、正骨、整脊和中風(fēng)康復(fù)等臨床治療，是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)理論在傳統(tǒng)中醫(yī)臨床實(shí)踐中的應(yīng)用，是中西醫(yī)結(jié)合的大趨勢(shì)。本文討論人體脊柱生物力學(xué)的動(dòng)態(tài)平衡特性，以及在該理論指導(dǎo)下形成的調(diào)曲牽引手法及其臨床實(shí)踐。
1脊柱的動(dòng)態(tài)平衡與力學(xué)特性描述
脊柱的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程。脊柱整體的力學(xué)特性，就象一根具有彈性的曲桿，由前后左右的相對(duì)主動(dòng)或相對(duì)拮抗的肌群保持其動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)頸曲弧度改變腰曲也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生改變，當(dāng)脊柱上段出現(xiàn)側(cè)彎時(shí)，其下段必有代償性的反方向的側(cè)彎，這是脊柱動(dòng)態(tài)平衡特性自動(dòng)調(diào)節(jié)的結(jié)果。脊柱的運(yùn)動(dòng)幅度主要由關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的定向和椎間盤(pán)的承載彈性所決定的。當(dāng)頸椎或腰椎前屈時(shí)，椎間隙的形態(tài)由前寬后窄變成接行，椎問(wèn)盤(pán)髓核被向后擠壓，增大了椎間盤(pán)后部纖維環(huán)的張應(yīng)力，同時(shí)椎曲也隨之變直，由于重力線的前移，背側(cè)拮抗肌相應(yīng)緊張。長(zhǎng)期的前屈，既可導(dǎo)致背部肌群的勞損，也可使頸曲腰曲變直，從而產(chǎn)生臨床癥狀。有學(xué)者研究表明，脊柱的椎曲變化對(duì)椎管的長(zhǎng)度和寬度和椎間孔與脊神經(jīng)的毗鄰關(guān)系，以及椎問(wèn)盤(pán)髓核運(yùn)動(dòng)內(nèi)應(yīng)力都有著很大的相應(yīng)的影響。而造成椎曲改變的核心原兇是椎體的板塊移動(dòng)因素。進(jìn)一步說(shuō)，造成椎體板塊移動(dòng)的原因有外傷、勞損、退化、椎間盤(pán)突出等。脊柱是一個(gè)具有四個(gè)生理曲度的骨鏈性中軸體系統(tǒng)。頸曲和腰曲的力學(xué)特性和生理功能的統(tǒng)一性，對(duì)推拿臨床具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。
2調(diào)曲牽引實(shí)踐簡(jiǎn)介
牽引是中西醫(yī)傷科廣泛應(yīng)用的外治療法，目前多采用兩點(diǎn)成一線的牽引方法，此法是以犧牲椎曲為代價(jià)的。會(huì)使患者椎曲度消失。筆者基于對(duì)上述脊柱動(dòng)態(tài)平衡觀和椎曲力學(xué)特性的認(rèn)識(shí)，進(jìn)行了脊柱調(diào)曲牽引的實(shí)踐，現(xiàn)作簡(jiǎn)要介紹。
2.1頸椎調(diào)益牽引實(shí)踐筆者建議：在調(diào)曲牽引之前，應(yīng)以手法充分放松牽引部位的相關(guān)肌群，有利于提高牽引的療效。
2.1.1仰臥位調(diào)曲牽引法
操作方法：患者仰臥位，在患者項(xiàng)下部墊一個(gè)較硬的圓枕，直徑為10～12cm，力支點(diǎn)在C4棘突處，以頜枕帶向人體縱軸線與床面下偏成5。夾角方向牽拉，拉力視患者體質(zhì)而定，拉力最大應(yīng)≤6kg。歷時(shí)15～20min。
力學(xué)原理：在頸椎段C4是力的交叉點(diǎn)，在縱向牽引力的基礎(chǔ)上，外加一點(diǎn)向頸前部的項(xiàng)力，此時(shí)頸椎段上就有了一個(gè)向頭頂上方和向前復(fù)合力。這個(gè)復(fù)合力，既能擴(kuò)大頸椎間隙，又能增大頸椎曲度。臨床應(yīng)用：本法適用于大多頸椎病。因前凸過(guò)度而導(dǎo)致的頸椎病禁用。
2.1.2徒手調(diào)曲牽引泫
操作方法：患者仰臥位，醫(yī)者坐于床頭，以雙手四指托于患者項(xiàng)后部，向患者的解剖位的前上方提拉頸椎，也可以根據(jù)頸椎側(cè)曲的情況使手力向左或向右偏轉(zhuǎn)，手指的著力點(diǎn)可據(jù)患者頸部痛點(diǎn)所在處設(shè)定，每次提拉1～2min。反復(fù)8～10次。
力學(xué)原理：本法以患者病痛點(diǎn)為應(yīng)力支點(diǎn)，在向外兩端牽引的同時(shí)，附加向前或向左向右的項(xiàng)力，有利于局部頸椎曲度變直或側(cè)彎恢復(fù)。臨床應(yīng)用：適用于年輕的頸椎病患者。
2.2腰椎調(diào)曲牽引實(shí)踐
2.2.1腰椎懸吊調(diào)曲牽引法
操作方法：患者仰臥，分別在腋下和股骨髁上部加綁牽引帶，同時(shí)用腰托以第三腰椎為受力中心向上懸吊腰椎，脊柱縱向拉力應(yīng)≤60kg。向上提吊力視腰曲變直程度與患者承受度而定，一般情況，曲度越小提吊力越大，患者體質(zhì)越健壯者提吊力越大。牽引歷時(shí)20～30min。
力學(xué)原理：腰椎段L3是腰椎運(yùn)動(dòng)的中心點(diǎn)，是腰椎應(yīng)力的交叉點(diǎn)，也是腰曲的頂點(diǎn)。在此點(diǎn)形成一個(gè)向前和向后上與向后下的合力，可以同時(shí)改善腰椎曲度、增大椎間隙和擴(kuò)大椎問(wèn)孔，還原脊神經(jīng)根與周?chē)M織的固有的毗鄰關(guān)系，消除臨床癥狀。臨床應(yīng)用：適用于腰椎間盤(pán)突出癥，椎管狹窄癥，退行性腰骶痛等。
2.2.2腰椎背伸調(diào)曲牽引法操作方法：患者俯臥，在胸部墊一個(gè)軟枕，，將牽引帶托綁于嗦關(guān)節(jié)部向上提吊，使大腿略離床面，腰椎曲度隋之增大。牽引歷時(shí)20～30min。
力學(xué)原理：本法是利用患者自身體重和膝部的向上牽拉力的作用關(guān)系，使力矩自然傳導(dǎo)至腰曲，能得到增加腰椎曲度的目的。本法尚有一個(gè)特點(diǎn)，因?yàn)闆](méi)有縱向拉力，腰部的肌肉和韌帶沒(méi)有向?qū)５氖?，所以?duì)神經(jīng)壓迫不明顯的輕度的腰椎間盤(pán)突出癥患者更為適宜。其力學(xué)原因是，椎間盤(pán)是由黏彈性材料構(gòu)成，具有蠕變、松弛、滯后的特性。在調(diào)曲牽引力的作用下，腰椎椎間隙接近原有前寬后窄的形態(tài)，椎間盤(pán)上的負(fù)荷減小的同時(shí)其中的張應(yīng)力也隨之減小，椎間盤(pán)在一個(gè)稍長(zhǎng)的時(shí)段內(nèi)，其形態(tài)會(huì)發(fā)生松弛狀態(tài)下的滯后效應(yīng)，逐漸蠕變復(fù)原，并且突出的髓核也會(huì)有相對(duì)的回縮，有利于消除纖維環(huán)及髓核對(duì)硬膜囊的壓迫。臨床應(yīng)用：適用于輕度腰椎間盤(pán)突出癥，退行性腰骶痛，腰曲反弓證，椎管狹窄癥等。
3結(jié)語(yǔ)
第8篇：肌肉的主要生物力學(xué)特征范文
關(guān)鍵詞：右歸飲； 去勢(shì)大鼠；骨形態(tài)發(fā)生蛋白－2；骨質(zhì)疏松
中圖分類(lèi)號(hào)：R-33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-7717（2008）04-0830-02
骨質(zhì)疏松癥(Osteopoorosis OP)是一種以低骨量和骨組織微結(jié)構(gòu)破壞為特征，導(dǎo)致骨骼脆性增加，易發(fā)生骨折的全身性疾病。其特點(diǎn)為單位體積內(nèi)的骨量減少,骨密度減低,骨組織顯微結(jié)構(gòu)異常,致骨折危險(xiǎn)度明顯增加。本實(shí)驗(yàn)采用右歸飲治療骨質(zhì)疏松癥大鼠,探討其對(duì)骨密度與骨生物力學(xué)的影響。
1材料與方法
1.1實(shí)驗(yàn)藥①右歸飲組成：熟地、山藥、吳茱萸、枸杞、甘草、杜仲、肉桂、制附子等。中藥由本院中藥房提供，藥物煎劑由本院制劑室制劑，水煎濃縮后含生藥1g/mL。②配制α-D3膠丸水溶液:α-D3膠丸為色列梯瓦制藥工業(yè)有限公司生產(chǎn),批號(hào)：(95)衛(wèi)藥準(zhǔn)字J-10號(hào),水溶液濃度0.005μg/mL。③氯氨酮:上海第一生化藥業(yè)有限公司。
1.2實(shí)驗(yàn)動(dòng)物取12周齡的雌性Wistar大鼠32只,體重約200g(由浙江中醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供),隨機(jī)分為A組(模型組)、B組(治療組)、C組(陽(yáng)性對(duì)照組)、D組(正常對(duì)照組)4組,分8籠以常規(guī)飼料喂養(yǎng),自由飲水。飼養(yǎng)室保持良好通風(fēng),室溫控制在（22±1）℃,濕度60%,噪音
1.3造模方法腹腔注射氯氨酮(5μg/100g)麻醉?xiàng)l件下,打開(kāi)A、B、C組大鼠腹腔,去除雙側(cè)卵巢,逐層縫合;D組大鼠予以單純剖腹后立即關(guān)閉。術(shù)后3天每只每天青霉素4萬(wàn)U肌肉注射,預(yù)防感染。
1.4飼養(yǎng)與給藥造模術(shù)后將大鼠分8籠予以常規(guī)飼料喂養(yǎng)12周,第13周起開(kāi)始每天給藥,A、D組以蒸餾水10mL/kg灌胃;B組以10mL/kg的右歸飲灌胃;C組以α-D3膠丸水溶液10mL/kg灌胃,整個(gè)灌胃過(guò)程持續(xù)12周。
1.5觀察指標(biāo)采用放射免疫分析法,測(cè)定骨鈣素(BGP)、降鈣素(CT)水平;采用美國(guó)HOLOGIG公司QDR-2000型雙能X線吸收儀測(cè)定大鼠右股骨上干骺端骨密度;采用三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn),將大鼠左股骨置于萬(wàn)能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)上,最大載荷為20kg,兩端跨距為20mm,加載速度為每分鐘5mm,檢測(cè)過(guò)程由計(jì)算機(jī)自動(dòng)描記股骨的載荷―變形曲線(L為兩支點(diǎn)間股骨長(zhǎng)度)。
1.6數(shù)據(jù)處理采用SPSS10.0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。各組數(shù)據(jù)采用±s表示,組間數(shù)據(jù)比較用t檢驗(yàn)。以P
2結(jié)果
2.1去勢(shì)大鼠血清激素水平測(cè)定結(jié)果右歸飲組大鼠血清BGP、CT含量明顯高于模型組(P0.05)。
2.2去勢(shì)大鼠股骨上端骨密度測(cè)定結(jié)果右歸飲治療組、西藥組、正常組的骨礦含量(BMC)、骨密度(BMD)明顯高于模型組(P0.05)。見(jiàn)表2。
2.3去勢(shì)大鼠股骨生物力學(xué)測(cè)定結(jié)果右歸飲治療組、西藥組、正常組的去勢(shì)大鼠骨的最大應(yīng)力明顯優(yōu)于模型組(P
3討論
祖國(guó)醫(yī)學(xué)對(duì)“骨痿”的描述與骨質(zhì)疏松癥頗為相似?！端貑?wèn)》中有“腎之合骨也”,“腎藏骨髓之氣也”。說(shuō)明骨為髓之主。若腎精腎氣充足,骨骼化生有源,則身健力強(qiáng);若腎氣不足,腎精虧虛,骨髓失充,骨骼失養(yǎng),則脆弱乏力。中醫(yī)藥在OP防治中具有副作用小、遠(yuǎn)期療效較佳的優(yōu)勢(shì),這一點(diǎn)已得到較一致的認(rèn)可，篩選出有效的中藥方劑并闡明其作用機(jī)理,仍然是目前中醫(yī)藥治療OP研究的主要內(nèi)容之一。
本實(shí)驗(yàn)中雌性大鼠的卵巢切除以后,松質(zhì)骨的骨量減少,骨強(qiáng)度下降。這些松質(zhì)骨骨丟失是伴隨骨轉(zhuǎn)換增強(qiáng)而進(jìn)行的,這種特性較好地模仿了人正常絕經(jīng)時(shí)高轉(zhuǎn)換型骨質(zhì)疏松發(fā)生時(shí)的骨丟失狀態(tài)。課題采用的右歸飲(主要成分熟地、山藥、吳茱萸、枸杞、甘草、杜仲、肉桂、制附子等)根據(jù)中醫(yī)腎主骨的理論,認(rèn)為腎虛是原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病之根本,故從補(bǔ)腎入手,補(bǔ)腎壯骨,強(qiáng)筋活血，“腎主骨,生髓”。方中熟地滋腎填精為主藥;山茱萸、枸杞子助主藥滋腎養(yǎng)肝;山藥、甘草補(bǔ)中養(yǎng)脾;杜仲補(bǔ)腎壯骨;附子、肉桂溫補(bǔ)腎陽(yáng);龜板、黃精以益腎精補(bǔ)陰血,健腎填髓;桑寄生、川斷、巴戟天溫陽(yáng)益腎,壯骨強(qiáng)筋;仙茅、仙靈脾補(bǔ)腎強(qiáng)骨?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)附子、肉桂能增強(qiáng)腎上腺皮質(zhì)分泌功能,枸杞、山茱萸等能廣泛作用于內(nèi)分泌、免疫系統(tǒng)［1］。全方有良好的防止骨丟失作用,改善骨質(zhì)疏松癥的臨床癥狀,也可延緩骨質(zhì)疏松的發(fā)展。
研究表明，BMP－2為一酸性多肽[2-3],它的表達(dá)下降,會(huì)使骨髓中許多可被其誘導(dǎo)成骨的干細(xì)胞的增殖分裂明顯減少,形成新骨減少,骨小梁減少,認(rèn)為體內(nèi)BMP－2含量的減少是OP發(fā)生的重要原因之一[4]。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)12周的右歸飲灌胃治療,通過(guò)免疫組化染色發(fā)現(xiàn)在胞漿中有BMP－2的棕色深染,染色程度明顯高于模型組與正常對(duì)照組(P
中華中醫(yī)藥學(xué)刊研究結(jié)果表明,模型組大鼠股骨干骺端處BMC和BMD均顯著低于正常組(P
綜上所述，右歸飲對(duì)骨密度、骨生物性能的影響,可能是通過(guò)提高血清激素BGP和CT水平來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但這還需要通過(guò)成骨細(xì)胞體外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)等來(lái)作進(jìn)一步驗(yàn)證。同時(shí)右歸飲成分復(fù)雜，其有效作用成分及作用機(jī)理也有待于進(jìn)一步拆方研究。
參考文獻(xiàn)
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第9篇：肌肉的主要生物力學(xué)特征范文
摘 要 斜坡跑是提高短跑速度的有效方法之一，被廣泛運(yùn)用到提高短跑成績(jī)的訓(xùn)練中，本文基于生物力學(xué)原理對(duì)斜坡跑訓(xùn)練方法現(xiàn)有研究成果進(jìn)行綜述和探討。研究表明：影響速度的因素很多，就斜坡跑訓(xùn)練方法而言，對(duì)跑速產(chǎn)生影響的直接因素步長(zhǎng)和步頻這兩個(gè)參數(shù)的變化上影響效果明顯，科學(xué)合理的運(yùn)用斜坡跑訓(xùn)練方法對(duì)提高短跑速度具有積極意義。
關(guān)鍵詞 斜坡跑 訓(xùn)練方法 步長(zhǎng) 步頻
一、前言
斜坡跑是提高短跑速度的有效方法之一，被廣泛運(yùn)用到提高短跑成績(jī)的訓(xùn)練中。國(guó)內(nèi)外對(duì)斜坡跑進(jìn)行廣泛的研究，有學(xué)者認(rèn)為，斜坡跑對(duì)提高短跑速度有比較明顯的作用；斜坡跑除了能提高速度耐力、力量和心肌功能外，還能讓運(yùn)動(dòng)員體驗(yàn)超過(guò)自己速度能力的動(dòng)作感受，改善運(yùn)動(dòng)員的加速疾跑能力，從而增大步幅和縮短支撐階段時(shí)間，幫助運(yùn)動(dòng)員掌握加速跑的技術(shù)。
二、斜坡跑訓(xùn)練方法的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)原理
斜坡跑包括上坡跑和下坡跑，上坡跑是一種抗阻力性速度力量練習(xí)，在阻力增加的情況下增加訓(xùn)練強(qiáng)度，獲得無(wú)氧練習(xí)的效果，從而改善心血管的機(jī)能。上坡跑加強(qiáng)了股四頭肌、臀大肌等下肢肌群的力量，有利于提高步長(zhǎng)。下坡跑是一種神經(jīng)系統(tǒng)適應(yīng)性訓(xùn)練，下坡跑是人們有意識(shí)地利用自然的或人工的斜坡，根據(jù)勢(shì)能與動(dòng)能轉(zhuǎn)換的原理進(jìn)行訓(xùn)練，有利于提高步頻。
影響步長(zhǎng)的因素主要有：一是腿部的肌力，腿部的肌力越大，產(chǎn)生的后蹬反作用力相對(duì)越大，跑的步幅則越大；二是腿長(zhǎng)和髖關(guān)節(jié)的靈活性與柔韌性，下肢越長(zhǎng)、髖關(guān)節(jié)的靈活性與柔韌性越好，跑的步幅則越大；三是后瞪的角度與擺動(dòng)腿擺動(dòng)的方向，從理論上講，擺動(dòng)腿與后蹬腿的角度與方向直接影響步幅越大小。對(duì)于跑的步頻而言，其影響因素有兩個(gè)：一是肌肉中快肌纖維百分比和肥大程度。二是神經(jīng)過(guò)程的靈活性，大腦皮層運(yùn)動(dòng)中樞興奮與擬制的轉(zhuǎn)換速度是影響位移速度的重要因素。另外，跑動(dòng)時(shí)兩腿擺動(dòng)情況和騰空時(shí)與支撐時(shí)的相對(duì)時(shí)間（比值）對(duì)步長(zhǎng)和步頻也有影響。
三、成果研究現(xiàn)狀
近年來(lái)大量文獻(xiàn)資料和研究報(bào)道表明，有關(guān)短跑技術(shù)和速度訓(xùn)練方法的研究選題，多集中在短跑運(yùn)動(dòng)員步長(zhǎng)、步頻訓(xùn)練方法與運(yùn)動(dòng)員的中樞神經(jīng)系統(tǒng)機(jī)能的改善及其專(zhuān)項(xiàng)肌肉力量的訓(xùn)練手段方面。對(duì)于斜坡跑的原理和訓(xùn)練方法雖然，前人曾做過(guò)一些表述和研究，但大多文獻(xiàn)報(bào)道僅限于對(duì)斜坡跑手段應(yīng)用方式的定性分析與斜坡跑的坡度問(wèn)題。盡管?chē)?guó)內(nèi)外大多學(xué)者均十分肯定斜坡跑訓(xùn)練對(duì)提高絕對(duì)速度的作用，且認(rèn)為斜坡跑對(duì)改進(jìn)運(yùn)動(dòng)員的步頻與步長(zhǎng)技術(shù)具有積極效果。其相關(guān)的論述與見(jiàn)解多散見(jiàn)于各類(lèi)短跑和速度方面的文獻(xiàn)資料和研究報(bào)道之中。
（一）關(guān)于斜坡跑與步長(zhǎng)步頻的訓(xùn)練問(wèn)題
閆春華在《百米速度結(jié)構(gòu)分析及有關(guān)技術(shù)訓(xùn)練手段研究》（博士論文，2004）一文中提出：斜坡跑作為一種超速訓(xùn)練的方法被廣泛使用，超速訓(xùn)練的目的是通過(guò)強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)員完成超出自身能力水平的練習(xí)，來(lái)增加步頻和步長(zhǎng)。在經(jīng)過(guò)4-8周的超速訓(xùn)練后，被試者的步頻和步長(zhǎng)都得到了提高。這說(shuō)明斜坡跑作為一種訓(xùn)練方法對(duì)步頻、步長(zhǎng)和短跑跑速的提高具有積極的作用。
下坡跑時(shí)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作速率發(fā)揮到最高值時(shí)，控制并穩(wěn)定速度是很困難的。這是由于下坡重力所產(chǎn)生的慣量。這種慣量隨距離的延長(zhǎng)而增大，這種逼迫速率的加快運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，也正是下坡跑能提高頻率的所在。如果在練習(xí)中不對(duì)運(yùn)動(dòng)員的跑動(dòng)動(dòng)作提出任何技術(shù)要求，或讓運(yùn)動(dòng)員在一定距離范圍內(nèi)堅(jiān)持正確的動(dòng)作要求，斜坡跑的練習(xí)效果會(huì)受到影響[2-4]。還有研究表明，下坡跑步頻沒(méi)有任何增加，只有步幅加大。步幅的增長(zhǎng)意味著展髖的幅度加大和髖部轉(zhuǎn)動(dòng)角速度加快，同時(shí)對(duì)髖部的伸髖速度和力量起積極作用；上坡跑對(duì)改善或提高運(yùn)動(dòng)員的快速力量、速度耐力和增大步長(zhǎng)是非常有效的訓(xùn)練手段（昆茲、考夫曼1997）。
（二）關(guān)于斜坡跑與神經(jīng)―肌肉控制機(jī)理的研究
美國(guó)學(xué)者弗拉基米爾M?扎齊奧爾斯基在其主編的《運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)》（2004）一書(shū)中指出：步長(zhǎng)和步頻的可變性表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的靈活性（CNS）在控制這些參數(shù)方面起到了重要的作用。最高速度跑是人體調(diào)動(dòng)各種能力，并使其充分發(fā)揮的集中體現(xiàn)，他對(duì)人體能量的消耗以及神經(jīng)系統(tǒng)的興奮和擬制的轉(zhuǎn)換頻率的要求是很高的。因此，在最高速度之后，肌體實(shí)現(xiàn)第二次調(diào)節(jié)其重要性和必要性同第一次調(diào)節(jié)具有同等的意義[5]。有作者還提出，構(gòu)成跑速的兩個(gè)主要因素――步長(zhǎng)、步頻是互為影響和相互制約的。對(duì)于步長(zhǎng)和步頻兩個(gè)變量的作用來(lái)說(shuō)，提高或改進(jìn)其中任何一個(gè)變量都可提高跑速，同時(shí)這兩個(gè)變量之間又呈現(xiàn)一定函數(shù)關(guān)系[6]。步長(zhǎng)和步頻的可變性表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）在靈活控制這些參數(shù)方面必然起到了一定的作用[7]。伊托等人的研究（1983）表明，助力訓(xùn)練能進(jìn)一步發(fā)展神經(jīng)肌肉系統(tǒng)對(duì)肌肉拉長(zhǎng)――收縮周期運(yùn)動(dòng)的控制能力，提高短跑運(yùn)動(dòng)員支撐階段的動(dòng)作效果，從而提高跑速。
有作者在《現(xiàn)代100米跑技術(shù)的生物力學(xué)分析及放松技術(shù)再探析》一文中認(rèn)為，步頻的發(fā)展取決于大腦皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的支配，斜坡跑獲得的助力作用可以使運(yùn)動(dòng)員感受放松速跑的肌肉用力情況、體驗(yàn)“放松快跑”的方法和好處。上坡跑要求運(yùn)動(dòng)員著力體會(huì)以髖為軸的大腿前擺和髖關(guān)節(jié)的積極前送與踝關(guān)節(jié)及腳的快速趴地，不要刻意后蹬，這種跑法既符合現(xiàn)今短跑技術(shù)的要求，又有利于下肢肌肉用力的放松與控制。通過(guò)上坡跑還能切實(shí)有效地實(shí)現(xiàn)短跑所需的“快速力量”訓(xùn)練。就是說(shuō)上坡跑不僅可以改進(jìn)、掌握正確的跑的技術(shù)，還可以同時(shí)發(fā)展短跑所需的專(zhuān)門(mén)力量。由于步長(zhǎng)和步頻相對(duì)獨(dú)立，表明步長(zhǎng)和步頻受兩種不同的神經(jīng)系統(tǒng)控制方式調(diào)節(jié)――步頻的頻數(shù)調(diào)節(jié)和步長(zhǎng)的幅度調(diào)節(jié)（羅新建2003）。Bonnard和Pailhous（1993）認(rèn)為，神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)步長(zhǎng)和步頻控制的方式不同。步頻的改變與擺動(dòng)階段下肢的整體剛性有關(guān)，與支撐階段無(wú)關(guān)。這表明改變擺動(dòng)期間下肢肌肉的緊張性可以改變頻率。大部分或整個(gè)腿部肌肉緊張性的改變，都將改變下肢繞髖關(guān)節(jié)擺動(dòng)的相對(duì)頻率。Bonnard和Pailhous進(jìn)一步指出，步長(zhǎng)的短暫變化與腿部肌肉的相位活動(dòng)有關(guān)。Patla等（1989）研究表明，步長(zhǎng)的短暫增加，實(shí)際上是一些肌肉的活動(dòng)相位增加，而另一些肌肉的活動(dòng)相位減少造成的。在無(wú)約束的走路或跑步時(shí)，雖然步長(zhǎng)和步頻可相對(duì)固定，但如果需要的話(huà)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)有能力分離步長(zhǎng)和步頻。Hogan（1984）提出了這種分離的生理機(jī)制。當(dāng)關(guān)節(jié)周?chē)鷮?duì)抗肌同時(shí)活動(dòng)時(shí)，凈關(guān)節(jié)力矩與對(duì)抗肌的肌力之間差異有關(guān)，關(guān)節(jié)的剛性則與所有肌力的總和有關(guān)。如果中樞神經(jīng)系統(tǒng)積極調(diào)節(jié)對(duì)抗肌的協(xié)同作用，那么步長(zhǎng)和步頻能在有限的范圍內(nèi)各自獨(dú)立變化。
在各種提高跑速的訓(xùn)練手段中，斜坡跑以其獨(dú)特的方法和顯著效用，引起了專(zhuān)業(yè)和非專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)隊(duì)的普遍重視，斜坡跑正在被廣泛運(yùn)用到提高短跑成績(jī)的訓(xùn)練中。有學(xué)者對(duì)斜坡跑對(duì)短跑速度的影響進(jìn)行廣泛的研究，這些作者共同認(rèn)為：斜坡跑對(duì)提高短跑速度有比較明顯的作用；斜坡跑除了能提高速度耐力、力量和心肌功能外，還能幫助運(yùn)動(dòng)員掌握加速跑的技術(shù)動(dòng)作，改善運(yùn)動(dòng)員的加速疾跑能力；斜坡跑能讓運(yùn)動(dòng)員體驗(yàn)超過(guò)自己能力的速度，可以是步幅增大和縮短支撐階段時(shí)間[6-7]。斜坡跑包括上坡跑和下坡跑，上坡跑是一種抗阻力性速度力量練習(xí)，是跑動(dòng)阻力增加的情況下獲得無(wú)氧效果，從而改善心血管的機(jī)能，增強(qiáng)下肢股四頭肌、臀大肌這兩塊重要的肌群，同時(shí)提高步長(zhǎng)；下坡跑是一種神經(jīng)系統(tǒng)適應(yīng)性的訓(xùn)練，就是有意識(shí)地設(shè)置自然的或人工的斜坡，根據(jù)勢(shì)能與動(dòng)能轉(zhuǎn)換的原理進(jìn)行訓(xùn)練，同時(shí)提高步頻。
四、結(jié)論
（一）對(duì)于步長(zhǎng)和步頻兩個(gè)變量的作用來(lái)說(shuō)，步長(zhǎng)和步頻的可變性表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）在靈活控制這些參數(shù)方面必然起到了一定的作用[7]。助力訓(xùn)練能進(jìn)一步發(fā)展神經(jīng)肌肉系統(tǒng)對(duì)肌肉拉長(zhǎng)――收縮周期運(yùn)動(dòng)的控制能力，提高短跑運(yùn)動(dòng)員支撐階段的動(dòng)作效果，從而提高跑速。
（二）斜坡跑道的坡型對(duì)練習(xí)進(jìn)行組合，以控制斜坡跑的練習(xí)強(qiáng)度和負(fù)荷，從而改善跑的步長(zhǎng)和步頻。
基金項(xiàng)目：年陜西省教育廳專(zhuān)項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：11JK0464）。
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