肌肉的主要生物力學特征精選(九篇)
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第1篇：肌肉的主要生物力學特征范文
【關鍵詞】皮劃艇（靜水）；項目特征；生物力學；研究應用
一、前言
皮劃艇（靜水）200m作為全新納入奧運會中的比賽項目。其相比較于500米以及1000米而言，距離更短，競爭也相對更為激烈，因此該項目對于運動員的技術以及素質有著更高的要求，使得該項目的運動特征受到了大量運動員以及科研人員的重視。研究項目特征以及生物力學有著極為現實的意義，對我國的體育競技水平有著極大的促進作用。
二、項目特征研究
1.運動環境
作為水上運動中的一個項目，皮劃艇項目中的艇和人的重心在上面，浮力中心則在下面，一旦出現偏差便會出現翻轉力矩，導致人艇系統將會持續在不平穩狀態。該項運動要保證運動員在不平衡過程中可以很好的控制身體姿勢，運用正確的劃槳動作使艇得到水的推動力[1]。若艇處于不平衡狀態中，為了使艇可以平穩而快速的前進，將對運動員的身體控制能力以及平衡力有著極高的要求。
2.運動屬性
該項目一般的比賽時間處于40s～60s間，和300米短跑所需時間相近，然而卻和短跑要克服重力進行大肌肉群做工有所不同，皮劃艇不需要進行承受重力，因此肌肉群的負荷較小。主要是進行磷酸原系統以及乳酸糖酵解進行供能，主要是進行無氧供能，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程[2]。皮劃艇作為一項快速無氧為主進行周期性的項目，運動員對于耐力、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.競速結構
競速結構就是在皮劃艇比賽的整個過程中對各階段所需速度加以分配以及節奏安排，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部分。合理的競速結構能夠對運動員所具有的生物學機制進行最大程度的調動。由于皮劃艇是一項水上運動，在處于靜止過程中保持平衡非常困難，在起航前將會出現顯著地晃動，所以要將比賽全程分為航前準備、沖刺、起航以及途中四個階段。
航前準備階段是使艇保持靜止于水面上得到出發指令，但是由于皮劃艇相對較窄，一旦運動員重心穩定性不佳，要想保證整體的平衡，便要調動大量的肌肉進行維持平衡，將會使劃槳做功的肌肉量下降，對出發后的第一漿劃行質量造成不利影響，最終對比賽成績造成影響。所以航前準備對于平衡能力以及中心穩定性有著極高的要求。起航階段是由靜止不斷加速至穩定狀態，此時要保證一個合理的漿頻，并非是漿頻越快越好，一旦頻率過快將會對體能造成極大的消耗。途中階段此時艇速非常穩定，此階段時間以及路程都很長，只有控制好漿頻以及劃槳節奏，確保一個穩定的途中速度，便要利用速度力量對途中速度加以不斷的維持。沖刺階段則要具有極強的爆發力，在確保每漿效果的基礎上最大限度提升漿頻，以此來取得最快速度，此時艇速呈現顯著地提升。
三、生物力學方法應用和展望
運動生物力學對于競技體育領域而言，主要是將其運用在合理的訓練以及測試中，以技術角度實現對運動員的監控。主要的監控形式對運動員的實時運動技術動力學參數以及運動學參數進行測定，同時對參數做出診斷以及評價，以此作為指導運動技術所學的理論基礎。錄像解析作為運動學指標獲取的主要手段，將劃槳過程中的身體、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，以此作為訓練的技術支撐。在皮劃艇前進過程中流水和漿葉間存在的相互作用不僅僅是主要的動力源，同時也是重要的阻力源，對水-漿作用力已經成為主要的動力學研究指標[3]。采用三維運動學能夠將皮劃艇中水面上的所有的運動指標進行獲取，然而在皮劃艇監控當中，對艇運動現象造成的原因解釋主要是利用水流動力學，從而實現對運動技術進行正確的評價。
四、結語
皮劃艇運動相比其他運動而言，對運動員所具有的平衡力以及身體控制能力有著較高的要求。作為皮劃艇項目研究中最為關鍵的階段，起航準備將對整個比賽成績造成直接的影響。皮劃艇運動對于運動員體能要求相對較高，要想提高比賽成績，便要在體能的基礎上對能量的利用率加以不斷的提升。而生物力學將是一種完善運動技術的重要方式，也將是今后研究的重點內容。通過不斷的研究提升我國的皮劃艇競技水平，使我國成為一個運動強國。
參考文獻：
[1]趙云濤，曹妮娜.淺談在動作和能量代謝視角下如何進行靜水皮劃艇項目訓練[J].科技展望，2016，07（07）：266+268.
第2篇：肌肉的主要生物力學特征范文
關鍵詞：網球運動 正手擊球 技術動作 運動動作形式
中圖分類號：G845 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0218-02
1 正手技術的特點
正手技術是運用最多的一種擊球技術，是比賽中進攻得分的主要方式，是網球技術的基礎。根據網球的正手技術動作的結構，可分為準備姿勢，引拍，向前揮拍，觸球、隨揮五部分。正手技術動作要根據人體動作的基本運動特征和規律，需要各肌群合理的協調運用，充分利用好人體的協調鏈。即身體的協調配合，嚴格按照肌肉的發力順序來完成正手技術動作，利用好人體協調鏈的體節轉換，踝、膝、髖、軀干、肩、肘、腕等關節的發力順序來完成正手技術動作。正手威脅巨大，適用于各種戰術，可以打出強烈的上旋球和快速的平擊球。戰術執行也更多的借助正手來穩定的完成。在底線的對峙中，正手擊球范圍大，能更快的移動到位，適合不同的來球，是最有效的進攻和防守方式，側身正拍的經常使用就能說明正拍技術是首選。正拍擊球直接反映出你的技術水平的高低，對比賽的結果產生深遠的影響，因此，要更好的運用正手技術來掌握主動權。
2 正手技術動作的肌肉工作原理
網球正手技術動作是協調連貫的全身性的運動。任何一個動作都是許多肌肉在神經系統的支配下共同參與、相互協作完成的。肌肉的收縮會產生能量，工作原理是大關節帶動小關節和大肌群帶動小肌群，人體肌肉的對稱性，完成每一個動作都有不同的肌肉工作形式。正手擊球的動作結構涉及到人體上肢、軀干和下肢等關節的運動及肌肉的工作。擊球過程中，大肌肉群的發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產生的力量，全身的協調用力以獲得最大的爆發力，進而擊出理想的球。其力量來源是下肢的蹬伸，軀干的轉動，上肢的鞭打傳導到拍頭而產生力量。擊球時，動作要符合大肌肉群優先的原則，各相關肌肉在拉長的條件下，首先是下肢、軀干等大肌肉的用力，然后才是各關節的小肌肉群加速用力，其順序是下肢蹬伸―軀干側轉―伸肩―伸肘―前臂內旋―上臂轉動―手腕屈。
3 正手技術動作的力學原理
3.1 正手技術動作的運動學原理
動作的運動學特征或外貌特征，包含了時間特征、空間特征、時空特征。正手擊球的運動學特征表現在擊球點上，擊球點是否合適，影響著運動員擊球的力量、速度、角度、弧度，將決定著擊球質量的好壞。所以擊球時要從時間節奏、空間位移和軌跡、時空上的快慢來調整動作。所謂擊球點是運動員擊球時球拍與球相接觸那一點的時間、空間位置。擊球點包括了三個方面的內容：第一，球拍和球的接觸點距地面的高度；第二，接觸點距身體的前后距離；第三，距身體的左右距離。尤其是在移動中擊球、面對不同的來球時，更需要從運動學的時間、空間、時空來調整動作。
3.2 正手技術動作的動力學原理
力是物體間的相互作用，人體動作的實現是內外力共同作用的結果，內力主要是肌肉力，外力表現在外部介質的作用。人體運動只有受到外力的作用下才會改變運動狀態，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。
動量用以描述一定質量的物體在一定狀態下運動量的物理量。相同質量的物體，運動速度越大動量就越大。運動中增加沖量可以增加人體或物體的運動速度，增加沖量通常是加大施力工作距離來實現。其力學機制是：一方面使原動肌充分拉長和旋外，以提高肌肉的爆發式收縮力和旋內的向心力，如正手擊球時加大引拍；另一方面可延長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，以達到提高擊球速度的目的，如觸球時，要延長球和球拍向前運行的距離，因為球拍觸球時，球的速度是先減速再加速的過程，此過程的完成需要一段距離。但是要在最快的時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，保持其原有運動狀態不變的性質。物體質量越大，慣性越大。轉動慣量是度量轉動物體慣性的物理量，轉動慣量的大小與物體質點系到轉軸距離的平方成正比。轉動慣量與轉動速度是相互變化的，增大轉動慣量就會減小轉動速度，增大轉動速度就會減小轉動慣量。如正手擊球時，以肩為軸，直臂擊球時的轉動慣量大，但轉動速度小；屈臂擊球時轉動速度快，但轉動慣量小，所以正手技術動作要保持一定的夾角，既要利用轉動慣量也要利用轉動速度。
綜上，增加沖量可以增加擊球的速度，增加轉動慣量和轉動速度可以增加擊球速度。所以正手擊球時，要保持正確的姿勢，利用好動力及力的轉化，加大內外力，加大作用距離，加大沖量，加大轉動慣量同時也要加大轉動速度來增加正手擊球的動力速度。
3.3 正手技術動作的運動生物力學原理
網球技術動作的生物力學原理主要包括平衡、慣性、反作用力、動量、彈性能和協調鏈這幾方面。動量就是人體產生的力量（質量乘速度）。動量有兩種類型：線動量和角動量。線動量，即直線型運動，是簡單的將身體重心移向你正在擊球的方向。角動量，即在一圓周運動中的動量，則產生于髖部和上體的轉動。人體協調鏈是指“體節的作用就像由一個環或身體的一部分產生的力量轉換成一環套一環的鏈條系統”（格羅佩爾，1984）。這些體節的最佳協調（時機）將允許從一個體節移至另一體節，有效地轉換為全身的加速度，先前的人體部分的速度補充至下一體節，該體節將自身的速度補充至累積的總速度，如此連續進行直至體節順序的最后部分，此時，球拍用全部積累的速度對著來球最大限度地加速[1]。要遵循大關節帶小關節的順序性原理，才能產生良好的用力環節，產生最后的速度力量。由于人體的下肢力量大并支撐著身體，所以擊球時人體各環節按照踝、膝、髖、軀干、肩、肘、腕的順序進行活動。
4 正手技術動作分析
4.1 準備姿勢和引拍
下肢腿部分開并保持平衡，引拍動作開始于髖部和肩部次序的向后轉動，肩部的轉動帶動手臂引拍。低重心可以獲得啟動的更大慣性，蹬地產生反作用力，重力線落在支撐面中心身體最穩定。若是快速移動，則重力線應落在最可能發生運動的方向的支撐面邊緣。若是運動方向無法確定，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做好準備。開放式站位可以產生更快的轉動動量和更快的回擊球。
軀干和上體的向后轉動，可以提前牽張腹部和胸部的大肌組，以便產生能量。肩部轉動幅度大于髖部，這對拉長肌肉組織具有一定的作用，可以增大腿部力量的傳遞，產生轉動效應。
上肢肩部的轉動帶動手臂引拍，球拍和手臂離身體越近向后引拍越容易，因為減小了轉動慣量增大了轉動速度。能量儲存在肩關節、肘關節和腕關節。通過動體鏈的這些部分逐漸加大力量。
4.2 向前揮拍
下肢蹬地向前轉髖轉體，軀干和上體向前移動。此過程主要是為線動量轉化為角動量而獲得力量，因為網球的主流擊球方式主要是以身體軸為中心，靠轉軸點來形成角動量。此時身體重心與根基邊緣的距離變寬更穩定，蹬地伸膝就產生線動量， 當雙腿和雙腳停止向前移動，用力蹬地促使上體轉動，線動量就轉換為角動量，從而增加了角動量產生擊球的力量。根據協調鏈，髖部把下肢的力量傳導至上肢到拍頭，起著中樞軸的作用，所以蹬地后要轉髖，產生力量的傳導。地面反作用力可以用來克服身體自然的慣性，否則身體將繼續向前移動。
軀干和上體向前移動，腹部肌肉、手臂肌肉收縮旋內，產生爆發式收縮力增加擊球沖量，屈臂增大轉動的速度，提高線動量轉化為角動量。體重越大越平穩，但移動和停止移動則更難，重心離根基邊緣越近越難以保持平衡。
上肢手臂的動作要稍晚于髖和下肢動作，頭和肩部保持平衡和相對靜止，這樣更易于保持平衡。頭部靜止，肩部放松對保持平衡很重要。
4.3 觸球
下肢的蹬伸，軀干的轉動，上肢的鞭打，利用好人體協調鏈的體節轉換，踝、膝、髖、軀干、肩、肘、腕等關節的發力順序，按照下肢蹬伸―軀干側轉―伸肩―伸肘―前臂內旋―上臂轉動―手腕屈的發力順序來完成正手技術動作。
身體軸穩定，適度的屈膝、屈臂屈肘產生的沖量和轉動速度，促使更大角動量的形成，蹬地動作產生的離心力通常會使你離開地面。
軀干和上體的身體動作是，正確利用身體各部分，適度握緊球拍防止擊球點偏離，手腕后屈防止擊球瞬間的晃動。掌握好時機，利用身體的協調鏈，拍頭產生的速度作為角動量。
頭和肩部必須保持在一條直線上以保持平衡，肩部帶動手臂動作。因為擊球最快的揮拍速度來源于肩部向內轉動。
4.4 隨揮
下肢蹬轉，軀干轉動，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，摩擦力從線動量轉移至角動量。正確的利用協調鏈可加快拍頭速度，產生角動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動力矩。球拍和手臂貼近身體，正確的把握使用身體各個部分的時機。
5 結語
網球正手技術是網球運動基礎，要想打出有效果的正手，需要對正手技術動作力學原理有一個完整的認識。動作各環節都處于一個協調鏈中，要按照協調鏈的順序來完成擊球動作；肌肉的牽張收縮和旋內的向心運動產生力量；增加擊球沖量、增加轉動慣量、增加轉動速度，促使線動量和角動量的轉換形成。全身協調有序地用力，線動量和角動量完美結合，把體節的累積速度和全身的力量連貫地傳導至球拍上，在恰當的擊球點擊出一記好球。
參考文獻
[1] 中國網球協會中級教練員手冊.中國網球協會審定.2010.
[2] 全國體育學院教材委員會.運動生物力學[M].北京：人民體育出版社，2008.
[3] 馬艷輝.網球正手擊球過程中觸球動作的生物力學分析[J].競技論壇，2011，（3）：24-26.
第3篇：肌肉的主要生物力學特征范文
關鍵詞：初中；立定跳遠；力學；學教法
一、問題的提出
不同階段，學生的力量、速度、耐力、靈敏和柔韌等身體素質各不相同，為此，教師必須在不同的階段，根據學生的身體素質情況，選擇不同的體育項目，供學生練習、鍛煉。初中階段是學生力量素質發展的敏感期，此時，教師必須增加力量教學和訓練比重。各種跳躍運動是發展力量素質的最好方法，立定跳遠作為提高學生下肢力量、爆發力的運動項目，沒有過多的條件約束、簡便易行，是訓練學生下肢力量及爆發力的一項重要運動，能夠有效地提高學生的身體素質。因此，為了提高學生立定跳遠的成績，本文就利用運動生物力學原理對立定跳遠技術進行了分析，以期通過理論指導學生實踐，使學生掌握正確的練習方法。
二、研究對象與方法
本文以立定跳遠運動為研究對象，從生物力學角度談起，就其學練法進行了一番梳理，研究過程中運用到了文獻法、教學實踐法以及總結提煉法等。
三、結果與分析
（一）立定跳遠成績的組成分析
如圖1所示，立定跳遠的成績S=S1+S2+S3。S1是雙腳起跳離地瞬間身體重心投影點至起跳點之間的距離，S1的大小取決于三個因素：一是身高、腿長，身高腿長在起跳角不變的情況下，重心高則S1增大；二是對于同一練習者，起跳角a的角度越小，S1越大，角度越大，S1越小，但這并不等于說起跳角a的角度越小，立定跳遠成績會越好；三是起跳腳離地瞬間練習者髖、膝、踝三關節及趾關節蹬伸的伸展程度，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，根據拋射公式S2=V2×sin2a/g，g為重力加速度是常量，由此可見，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S2最大，但由于空氣阻力（可以忽略不計）及考慮S3，實踐中a﹤45°，理論證實a=42°時，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動作決定，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能獲得較大的S3。
（二）立定跳遠的生物力學分析
1.起跳技術分析
（1）關節蹬伸速度、幅度。立定跳遠的遠度主要由髖、膝、踝快速蹬伸及趾關節的末端參與作用而獲得，其中各關節的蹬伸速度、蹬伸幅度及協調發力順序是決定學生立定跳遠成績的關鍵技術。立定跳遠起跳過程可分為下蹲和蹬伸兩個環節，前一環節是后一環節的準備和基礎，動作質量的好壞對后一環節有著重要的影響。起跳的任務是使人體獲得最大騰起初速度及最佳騰起角。根據公式V=2H/t可知，加大起跳時工作距離H，縮短起跳時間t，可以增大騰起的初速度。良好的下蹲動作能為蹬伸創造條件，而下蹲動作能使下肢三關節處于最佳的發力角度，為蹬伸環節做好必要的準備。最大下蹲時下肢三關節角度的不同，會直接影響蹬伸效果，進而影響起跳效果。而最大下蹲過后，下肢關節在短時間內迅速伸展，給地面以爆發性力量蹬離地面的過程稱為蹬伸環節。此時，肌肉的工作形式經由下蹲階段的離心收縮、等長收縮、迅速轉變為向心收縮。下蹲階段伸膝肌群被動拉長，這樣，一方面大腿伸展肌群能貯存大量的彈性勢能，另一方面肌絲也有了一定的初長度（如果是最適初長度那當然是最好），這就可以使起跳腳對地面施加更大的作用力，從而產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度，產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，120°-140°是膝關節的最佳發力角度，立定跳遠準備起跳時，膝關節角度小于最佳發力角度，對于成績的提高是有利的，一般都從90°左右開始蹬伸發力，且蹬伸過程中，膝關節的角度必須超過135°，有研究顯示“膝關節角在135°以上的范圍進行發力時，屈膝肌群（股二頭肌、半腱肌、半膜肌、腓腸肌）積極參與伸膝活動，其發揮的力量較大，而且隨著膝關節角度的增加而增大”。當然，雙腳起跳腳離地瞬間，理想的下肢姿勢是髖、膝、踝三關節完全伸直，這樣既能充分發揮三關節的肌肉力量，使力的作用點通過身體重心，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。踝關節與髖關節和膝關節相比是小關節，但在立定跳遠項目中卻有著非常重要的作用。“起跳階段踝關節的屈伸能力決定起跳階段的蹬伸程度，踝關節在跳高起跳過程中起著關鍵作用。”踝關節的柔韌性和肌肉力量是影響立定跳遠成績的兩個重要指標，因此在立定跳遠練習中我們應對學生的踝關節進行有針對性的柔韌性和力量訓練，采用多種方法與手段以提高學生的踝關節力量與伸展幅度。下肢三關節的協調用力能力對立定跳遠成績也起著至關重要的作用。根據大關節先運動原理，立定跳遠首先應當是髖關節進行發力，其次是膝關節，最后是踝關節進行用力。這種協調用力能力就如同加速度逐漸減小的變加速運動，加速度逐漸在減小，但速度卻不斷增大。三關節完全伸直后，就能使作用力通過身體重心，提高力的利用率，進而提高起跳效果。
（2）兩臂擺動速度及幅度。在起跳階段，當兩臂加速上擺時，身體會產生一個方向向下的作用力，此力通過起跳腿傳遞到地面，從而增大了人體對地面的垂直作用力，同時地面也會給人體一個大小相等而方向相反的作用力。這樣，在起跳結束瞬間，運動員就可獲得一個較大的垂直速度，從而跳到更高的高度。在起跳瞬間，手臂的擺動對起跳效果有著非常重要的作用。從生物力學角度來講，手臂的擺動速度應越大越好，當雙腿下蹲緩沖時，兩臂由身后較高位置加速向下擺動，可以減小起跳腿對地面的作用力，避免起跳腿受力過大而過度屈曲，影響起跳效果。而在起跳蹬伸階段，兩臂加速向上擺動，會對軀干施加向下的作用力，這種作用力通過起跳腿傳至地面，進一步增加了起跳腿對地面的垂直作用力，根據牛頓第三定律，此時地面也會給人體一個大小相等、方向相反的反作用力，與不擺臂或擺臂速度很小相比，將引發地面作用于人體更大的反作用力。這樣在運動員起跳結束瞬間，由于力的增加便能產生更大的垂直速度。另外，雙臂擺動后上舉，也可以提高人體重心的位置。有研究顯示，雙臂及擺動腿完全向上伸直，可以使重心提高約身高的1/10。當起跳結束瞬間，雙臂快速制動，其慣性力的方向是向上的，能對起跳腿起到減壓的作用，對起跳腿的三關節快速蹬伸，特別是對力量較弱的踝關節快速大幅度伸展有著重要作用，對快速拔腰、提肩，帶動身體重心快速上升有積極作用。理想的手臂動作，應是下蹲結束瞬間，兩臂在體后盡可能高的位置；在蹬伸階段，兩臂應該向下、向前和向上快速有力地擺動。在擺動時，肘關節不應太彎曲，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的平均垂直速度和擺動幅度來評定擺動效果。在起跳過程中，雙臂擺動的平均垂直速度當然是越大越好，還應有較大的擺動幅度。這對于提肩拔腰動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，臂的擺動幅度并非越大越好，但一般雙臂的肘關節不應低于肩關節，這樣才能形成有力的擺動和制動，提高起跳效果。
2.騰空階段技術分析
當雙腳離地瞬間起跳動作完成，人體便以初速度V進入斜拋的騰空階段。當人體重心達到最高點開始下降時，上體要積極下壓，同時雙臂也應迅速向前下方擺動，并同時收腹舉腿，同時為落地動作做好積極的準備。這不僅要求學生有積極的落地意識，還要求其有較強的腰腹肌力量。
3.落地階段技術分析
當雙腳與地面接觸瞬間，身體各相應關節應進行積極的屈曲緩沖，雙臂積極向后下方擺動并積極制動。當人體通過下肢與地面相互作用時，下肢各關節肌肉雖積極收縮，但由于重力的作用，仍被拉長作離心收縮，完成退讓工作。由沖量定理可知，Ft=mv，F=mv /t，mg為人體體重是定量，因此若想減小人體落地時對地面的沖擊力，就必須延長力的作用時間。這種緩沖動作對于動作的順利完成及人體保護有重要的作用。
（三）立定跳遠的學、練法分析
1.踝關節的力量及柔韌性學、練
通過力學及技術分析，我們可知道踝關節雖然相對于髖關節和膝關節是小關節，但它的力量及柔韌性對立定跳遠同樣有著非常重要的作用。
（1）僵尸跳：這主要是用來發展踝關節、小腿和足弓肌群的肌肉力量。雙手叉腰或自然下垂，髖關節和膝關節伸直，主要以踝關節的屈伸來完成動作。要求：兩腳左右開立、平行向前，等于或略小于肩寬，起跳時踝關節盡最大幅度伸展，落地時用前腳掌著地屈踝緩沖，接著再跳起，每次練習50-60次，練習4-5組。
（2）單腳僵尸跳：發展小腿、腳掌和踝關節力量。上體正直，膝部伸直，單腳向上跳起。跳時主要是用踝關節的力量，用前腳掌快速蹬地跳起，離地時腳面繃直，腳尖向下。原地跳時，不規定跳的次數，以踝關節發酸為準，然后換腳。每次練習重復4-5次。
（3）跪膝：此項練習在游泳初級訓練中較為多用，主要用來發展踝關節柔韌性。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3-5分鐘。
2.膝關節技術、力量及擺臂配合學、練
膝關節是人體大關節，其力量的強弱直接影響著學生的立定跳遠成績。
（1）蹲跳起：主要發展腿部肌肉和踝關節肌肉力量。雙腳左右開立，腳尖平行，等于或略小于肩寬，屈膝向下半蹲（膝關節角度最好等于90°），肘關節角度約120°，兩臂自然后擺，起跳時兩臂迅速有力地向前上擺，肘關節不低于肩關節，當腳尖等離地面時迅速制動，起跳時兩腿迅速蹬伸，使髖、膝、踝三個關節充分伸展，身體成一直線，最后用腳尖蹬離地面向上跳起，落地時用前腳掌著地屈膝、曲踝緩沖，接著再跳起。每次練習25—30次，重復3—4組。
（2）連續蛙跳：主要發展下肢肌肉力量、起跳技術及上下肢的協調蹬擺能力。雙腳左右開立，腳尖平行，等于或略小于肩寬，屈膝向下半蹲，當膝關節下蹲至90°時開始蹬伸發力準備起跳，肘關節角度約120°，下蹲時兩臂自然后擺，起跳時兩臂迅速有力地向前上擺，擺動幅度為肘關節不低于肩關節，當腳尖蹬離地面時迅速制動，起跳時兩腿迅速蹬伸，使髖、膝、踝三個關節充分伸展，身體成一直線，最后用腳尖蹬離地面向上跳起，落地時用全腳掌著地屈膝、曲踝緩沖，當膝關節緩沖到90°時，雙臂擺至身體后下方，接著再跳起。每次練習10跳，重復3組。開始對遠度不提出過多要求，主要以練習上下肢的協調技術為主，因為動作技能的形成是一個復雜的、鏈鎖的、本體感受的過程，只有在技能形成后，才能逐漸提高強度，打破動作平衡，重新建立動作平衡。
（3）跳伸練習：主要發展大腿肌肉退讓性工作能力。雙腳平行站立于約50cm的臺階上，向前下方跳出，雙腳落于小墊子上屈膝緩沖，當膝關節被動屈曲至90°時雙臂由前上方擺至身體后下方，同時快速蹬伸、擺臂向前上方跳出，要求下肢三關節完全伸直，肘關節擺至肩關節上方，突然制動。每次練習6—8次，重復3—4組。膝關節這種退讓性工作能力增強，可以提高起跳時下蹲的速度，使退讓性工作肌群產生更大的彈性勢能，縮短起跳時間，從而獲得更大的初速度，提高學生立定跳遠成績。
（4）啞鈴擺臂：主要發展上肢及肩帶力量。手持啞鈴肘關節成120°，雙腳成左右前弓步前后擺臂，要求擺動幅度要大，每組練習50—60次，重復4—5組；兩腳尖平行等于或略小于肩寬左右開立，雙手持啞鈴從體側至雙臂水平再至兩臂肩上舉，每組練習30次，重復3組。
（5）手持啞鈴雙腳左右開立跳：主要發展踝關節、肩帶力量及上下肢協調能力。兩腳開立至少大于肩寬，開立時雙臂擺至水平，并攏時擺至體側，要求動作連貫，節奏感強。每次練習30—40次，重復3—4組。
3.起跳角度及落地技術練習
圖2
實踐中我們發現，學生起跳角度幾乎沒有過大而都是偏小，為了糾正學生的這一錯誤動作，教師可利用小墊子來提高學生的起跳角度，如圖2所示。小墊子斜面與地面成42°角，要求起跳時身體成一直線與墊子平面平行，當身體重心達到最高點時收腹舉腿，積極準備落地動作。為了能夠更好地完成收腹舉腿動作及意識，我們應盡量讓學生采用跳遠中的滑坐式落地方式，有小墊子的保護，這種落地方式已成為可能。
四、結語
通過立定跳遠的生物力學分析，我們得知影響立定跳遠成績的主要因素是下肢三關節肌肉力量及蹬伸幅度、起跳角度及上肢擺臂技術。有了理論指導，我們便可以有針對性地進行學、練，從而提高練習效果。
參考文獻：
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第4篇：肌肉的主要生物力學特征范文
[關鍵詞]下頜角截骨整形;三維有限元;生物力學
[中圖分類號]R782.2[文獻標識碼]A[文章編號]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.
隨著計算機技術不斷進步,有限元法逐漸成為力學研究中最為重要的分析方法之一,并廣泛應用于工程設計制造領域,近年來在生物力學研究中也得到廣泛的應用。由于生物體在幾何形狀和材料性質上的特殊性和復雜性,快速、準確地建立生物組織結構的三維有限元模型是生物力學有限元研究的難題,同時也是進行三維有限元分析的基礎。以往的生物力學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合方式針對單一組織結構建立具有共性的有限元模型。隨著醫學影像技術的進步計算機軟件系統的發展,使用統一標準的數字化影像文件結合單一軟件建立三維有限元模型成為可能。本文應用薄層CT掃描技術,采用DICOM標準格式導入Mimics軟件處理,最終應用Ansys有限元軟件快速有效建成無牙下頜骨和TMJ三維有限元模型。
1材料和方法
1.1 樣本來源:選擇顱頜系統發育正常的健康女性青年志愿者,I類磨牙關系,牙周健康,無TMJ 疾患。
1.2 試驗設備:①CT掃描機:采用飛利浦Brilliance 64排螺旋CT 掃描機;②試驗所用計算機系統硬件配置:CPU Core 2 雙核2.8G,4G DDR2內存,640G硬盤;③試驗用計算機操作系統:Windows XP Professional Sp3;④試驗用軟件:Mimics12.0(Materialise's Interactive Medical Image Control System):Ansys12.0(Analysis System)。
1.3 方法
1.3.1 CT掃描:頭顱固定架對患者頭顱進行固定,進行顱頜面(全顱)的軸向斷層掃描,連續無間隔掃描。掃描基準線平行于眶-耳平面。層厚0.67mm,掃描參數為120kV,230mas,掃描矩陣512×512。顳下頜關節區及下頜骨連續進行170 層掃描。所得圖像經聯機工作站處理DICOM格式數據文件,刻錄存盤。
1.3.2 CT圖像的處理:CT掃描所獲得DICOM格式數據文件導入Mimics12.0軟件。根據實驗設計要求通過對蒙罩(Mask)的分割(segementation)操作,在CT圖像上確定需要進行三維成像的組織結構邊界,提取出不含下牙列的下頜骨和顳下頜關節窩,設定參數后重建三維圖像。得到的三維模型是原始三維表面模型,表面粗糙,直接利用其進行表面網格劃分將會產生單元形狀畸形,單元數量過多等問題,影響到后續力學計算的速度和結果分析精確性。因此必須利用Mimics的Remesh模塊對三維模型的表面進行平滑(smooth),見圖1。再通過Remesh模塊對模型表面的三角形面片數量和質量進行優化。表面三角形數量由126178減少到18008個,且三角形底邊與高之比均大于0.3,符合有限元分析要求,見圖2。
1.4 三維有限元模型建立:將優化好的表面網格輸出為Ansys12.0軟件可以識別的Ansys element文件,在Ansys12.0導入該文件,選擇10節點四面體單元Solid92進行三維網格劃分,生成實體模型,共生成161788單元189057節點。
材料力學參數:下頜骨的皮質骨、松質骨及其他組織(髁突軟骨、關節盤等)均為各向同性、均勻連續的線彈性材料。骨組織力學參數由下頜骨CT值計算得出。利用頜骨CT值、表觀密度和骨彈性模量之間的對應關系,根據構成骨的像素的灰度值(CT值)來進行插值計算,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)導出。根據以下公式計算出單元的表觀密度 :
骨組織彈性模量由以下經驗公式計算:
由已知水的CT值和表觀密度,皮質骨平均CT值和表觀密度,取已知皮質骨最大彈性模量,公式(2)簡化為:
則得,k =4249 GPa(g/cm3)-3,
由于不同部位下頜骨皮質骨和松質骨的CT值有一定變化,所以測量下頜骨五個部位,求得皮質骨最大CT值平均為1600HU,松質骨最大CT值平均為600HU,導入公式(1)和(3)計算出該模型皮質骨和松質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體模型導回,在Mimics的FEA模塊中根據下頜骨各單元CT值分別賦材料性質。
1.5 模型的邊界約束設計:對咀嚼肌、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Spronsen等[5-6]的研究結果獲得咀嚼肌的有關參數(見表1)。參考周學軍等[7]的實驗結果,獲得關節韌帶的參數(表2),并采用“面-面接觸對” 模擬牙合面和關節窩之間的連接。
2結果
建立了一個包括下頜骨、顳下頜關節、肌肉和韌帶的下頜骨三維有限元總體模型,可根據實驗不同需要調用,見圖3。
3討論
與傳統實驗性應力分析相比,有限元技術具有更多的優點。但有限元方法分析結果受諸多因素的影響。例如:模型的相似性,單元劃分的粗細程度,載荷情況及邊界條件與真實情況的差異等,均影響分析結果的精確性[8]。提高有限元分析結果的可靠性,模型精確程度及邊界條件設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、頜骨以及修復體的結構外形多樣性、不規則性、受力的復雜性,如何準確獲取上述結構的幾何形態并將其計算機數字化,建立完整準確的下頜骨三維有限元模型是有限元分析能否實現的關鍵。
生物體三維有限元建模方法經歷了數代演進,主要包括:①磨片、切片法[9-10];②三維測量法[11-12];③CT圖像處理法;④DICOM數據直接建模法等[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,邊緣提取等環節都可能產生誤差,因此該方法目前很少采用。三維掃描測量的方法進行數據采集的成本高,數據采集后處理的時間長,生成CAD模型后還要進行數據轉換后才能供有限元建模使用,且測量只能得到表面數據,不能夠區分結構材料性質的變化,更適用于實物的測量反求。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換為計算機能識別的位圖格式,并且使用圖像處理軟件中人工定位配準。不僅需要花費大量的人力、物力,而且在通過膠片掃描傳遞數據的過程中容易丟失很多信息;配準精度也直接影響著所建立模型精確性[13-15]。
本實驗采用DICOM數據直接建模法其過程為:①CT掃描輸出DICOM格式數據文件;②DICOM數據的讀入專用軟件。分割圖像,生成3D模型,優化表面網格;③通過與有限元分析軟件的良好的數據接口,直接導入有限元分析軟件前處理模塊生成體網格;④根據各單元的CT值給單元賦材料性質;⑤最后將賦完材料性質的實體導入有限元分析軟件進行裝配,完成建模。
DICOM格式數據文件直接建模,可以直接讀取數據并處理,避免反復的數據導入、導出,文件格式的轉換造成的數據失真或丟失,大大提高了模型的精確度。本研究將DICOM數據直接導入Mimics軟件直接生成三維模型,再通過Ansys element文件接口將模型導入Ansys12.0,由表面單元直接生成體單元,避免了過去由面生成體以后再劃分體單元,造成的體單元質量下降。利用DICOM文件中包含的CT值信息,根據模型每個單元密度賦材料性質,使數據得到最大限度的利用。避免了過去建模中將皮質骨和松質骨進行分割,分別建模的繁瑣,同時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、數目、載荷情況、邊界條件與真實情況的差異等,均影響應力分析結果。目前根據不同研究需要已建立的下頜骨三維有限元模型[7, 16-18],邊界約束設計也各不相同,周學軍等[7]考慮到肌肉的柔索性質,即只能限制物體沿著柔索伸長方向的運動,而不能限制物體在其他方向的運動[19],采用纜索元模擬肌肉約束,更符合分析下頜骨經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的三維有限元模型[21]李慧超建立了下頜角整形手術術前術后模型[22],Frivo等建立了單側TMJ有限元模型[23]。柳大烈等建立了咬肌牽動的顴骨復合體三維有限元模型用于研究顴骨縮小整形手術的生物力學[24]。因此,本實驗在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時,必須考慮顳下頜關節及其韌帶作用,本實驗在模擬嚼肌、顳肌、翼內肌和翼外肌約束的同時,模擬了顳下頜關節韌帶包括顳下頜韌帶、莖突下頜韌帶、蝶下頜韌帶對顳下頜關節的約束,提高了模型的生物和力學相似性。為進一步研究下頜截骨整形手術提供了基礎。
下頜角截骨整形的一種方法是通過沿截骨線進行鉆孔后鑿斷。目前用有限元法模擬下頜截骨整形手術的研究還鮮見報道。Remmler等[25]用有限元法建立預測模型,進行顱面部牽張成骨的術前分析,認為有限元法能以數學形式反映顱面組織的材料特征、物理特征和反應特性,可以模擬多種外科手術、生理活動和頭部外傷。利用本模型的下一步實驗,擬通過布爾運算模擬下頜角截骨,在下頜角部根據實驗手術設計改變工況和邊界條件,加載沖擊載荷,模擬手術操作過程,分析不同條件下下頜骨及相關結構的生物力學變化。同時還可以模擬不同體積的下頜角骨組織截除后正常咬合時和下頜骨受到撞擊時生物力學性能的變化。
需要強調的一點是,由于有限元需要對復雜的實體中的一些次要結構和因素進行簡化,再加上一些實驗條件假設,所以,有限元的計算結果的絕對值很難代表人體的真實值,而且生物體的個體差異也無法考慮到實驗模型中。目前尚無法達到完全模擬復雜的人體生物力學環境建立計算模型。
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第5篇：肌肉的主要生物力學特征范文
關鍵詞 鞭打動作 體育項目 應用
中圖分類號：G804.66 文獻標識碼：A
0引言
人體在結構上是由關節將身體各環節相連，在體育動作中，當希望環節鏈末端產生最大的速度和力量時，肢體的運動形式往往表現為由近端環節到遠端環節依次加速與制動，各環節的速度也表現為由近端到遠端的依次增加，把這種動作形式稱為鞭打動作。人體四肢結構類似于鞭子，它們近端環節的質量大，末端環節的質量小，因此在作鞭打動作時，鞭根近端環節先加速揮動，獲得動量，然后制動，在制動過程中，動量向鞭梢末端環節傳遞，因此獲得極大的運動速度。人體鞭打動作在體育運動技術中有著舉足輕重的作用，它幾乎滲透到各項體育運動技術動作中，所有的投擲項目無一例外的都與鞭打技術有關，如：標槍、棒球和壘球，其中標槍的鞭打技術最為復雜，再如排球的扣球、乒乓球、羽毛球及網球的扣殺動作，無一例外首先要解決好鞭打的技術，足球運動員的大力踢球、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有關。
鞭打動作的分類，主要分為上肢鞭打動作和下肢鞭打動作，其中上肢鞭打動作又可以分為投擲性鞭打動作（例如：投擲標槍、壘球等）和打擊性鞭打動作（例如：排球扣球、發球，乒乓球和羽毛球的扣殺等），下肢鞭打動作常在足球、體操、武術技術中運用，足球中射門、傳球和武術中的鞭腿都是下肢鞭打動作的典型范例。另外，也有人提出全身鞭打，但由于最后的發力是通過肢體末端，也可以歸到下肢鞭打動作（例如：蝶泳等）。
1上肢鞭打動作
在上肢鞭打中“力的曲線”呈現出規律性的變化，首先人體上肢環節的反向運動使肢體的肌肉預先拉長，緊接著肌肉由離心收縮轉向向心收縮，力的曲線出現了第一次波峰，由于軀干的制動和身體的另一部分的固定，使力的曲線出現了一個小小的波谷，最后在鞭打動作即將結束時，力的曲線出現了第二次波峰，達最大值。人體各環節的曲線圖，呈現出規律性的變化，肩關節首先出現速度峰值，接著開始減速，肘關節出現速度峰值。接著開始減速，最后腕關節出現速度峰值，以上說明鞭打動作的一個特點，即每一個環節最大運動速度是在前一個環節達到最大速度后，獲得的近端環節制動的同時遠端環節做加速運動，遠端環節速度是由近端環節動量傳遞和速度依次疊加而成的，使遠端獲得最大的角速度和線速度。當然，動量傳遞只是肢體鞭打動作快速有力的一個方面，在這一過程中，使遠端環節在鞭打方向上加速的原動肌也發揮著較大的作用肢體各關節依次發力，使各環節的動量逐步積累，末端環節手或足的運動速度是由其各近側環節的運動速度的依次疊加而成，這是另一個重要方面。排球的扣球、發球等均為上肢打擊性鞭打中的無器械鞭打動作形式，打擊性鞭打動作，其運動規律與投擲性鞭打動作相仿，其特點是在做動作之前，各關節的肌肉更加放松被拉長，以保證肢體完成鞭打動作的速度和幅度。
2下肢鞭打動作
下肢鞭打動作角速度特征為：后擺時表現為大腿逐漸減速，小腿加速――最大角速――減速的特點；前擺時表現為大腿加速――最大角速度――減速，小腿持續加速的特點。髖關節的屈肌力矩，膝關節的伸肌力矩，踝關節的背屈力矩在下肢鞭打動作前擺階段起主導作用。髖關節的內收，外展力矩起定向作用。髖關節旋內、旋外力矩，膝關節旋內、旋外力矩以及踝關節內翻力矩的主要作用是對腳的方位及傾斜程度進行調整。股直肌、股內肌、股外肌、脛骨前肌在下肢鞭打動作前擺階段起主導作用。小腿加速前擺的初期伸膝肌群產生的伸膝力矩在起支配作用，后期是伸膝力矩與來自大腿角動量的傳遞共同在起作用。
3結論與建議
鞭打動作中，肢體的反向動作，給原動肌一個最適宜的初長度，同時也提高了原動肌的爆發式收縮力，盡可能延長了肌力工作距離。鞭打過程中，各環節的依次加速與制動，最終近端獲得最大的角速度與線速度。鞭打效果的好壞，不僅與動量的傳遞有關，而且與原動肌加速有關，同時與動量的逐步積累和依次疊加有著密切關系。
因此，教師在教學過程中應該注意強調發力順序，注重對學生動作的規范性。學生自己在學習過程中應該勤于思考多加練習，注重對自己發力的體會，注重各項目間的相通性，學會發現規律并應用于實踐中。
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第6篇：肌肉的主要生物力學特征范文
【摘要】 目的 觀察中藥復方對尾部懸吊模擬失重大鼠骨密度(BMD)、骨生物力學強度及組織形態計量學的影響。方法 50只Wistar大鼠按隨機區組實驗設計法分成正常對照組、模型組及懸吊中藥低劑量組、中劑量組、高劑量組，每組10只，實驗周期21 d。實驗結束后，取右側股骨和第4腰椎，用雙能X線骨密度儀測量股骨、腰椎BMD；三點彎曲實驗法及腰椎壓縮實驗法分別測定股骨和腰椎生物力學指標；取第3腰椎，制作不脫鈣切片測量骨形態計量學指標。結果 與正常對照組相比，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)。結論 中藥復方能促進骨的形成和礦化過程，增加BMD以及增強骨力學強度，從而達到防治骨丟失的作用。
【關鍵詞】 中藥；模擬失重；骨密度；骨生物力學；骨組織形態計量學
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
失重性骨丟失是長期航天飛行中最危險的因素之一，因而探討和尋求有效的對抗失重骨丟失的有效措施一直是航天醫學界的難題，但至今仍無切實有效的防護措施。我們將中醫藥理論應用于航天醫學研究，研制了以滋補肝腎、健脾益氣、活血化瘀、強筋健骨等治法為依據組成的中藥復方，并利用尾部懸吊模擬失重動物模型，對其藥理、藥效和機理進行了全面系統的研究。本實驗是該方對骨代謝影響系列研究的一個組成部分，重點探討該方對模擬失重大鼠骨密度(BMD)、骨生物力學強度及組織形態計量學的影響，為研究中醫藥對抗模擬失重骨丟失措施及探討中藥對抗模擬失重骨丟失機理的研究奠定基礎。
1 實驗材料
1.1 動物
Wistar大鼠，雄性，體重(150±10)g，北京維通利華公司提供，合格證號：SCXK(京)2002-0003。適應環境7 d后進行實驗。
1.2 藥物
中藥復方由刺五加、黃芪、當歸、補骨脂等藥按一定比例組成。全部藥材經北京中醫藥大學中藥教研室鑒定，按傳統工藝煎煮，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20061010)，北京益利精細化學品有限公司；鄰苯二甲酸二丁酯(批號040401)，北京化學試劑公司；過氧化苯甲酰(批號20040610)，北京金龍化學試劑有限公司。
1.4 儀器
雙能X線骨密度儀，美國LUNAR公司；WD-1型電子萬能試驗機，長春第二試驗機廠；WDW-5型微機控制電子萬能試驗機，長春市朝陽試驗儀器有限公司；Reicheit-Jung 2040切片機，德國。
2 實驗方法
2.1 尾部懸吊模型的建立
采用陳氏等[1]改進的鼠尾懸吊法。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。
2.2 分組及給藥
Wistar大鼠按隨機區組實驗設計法分成正常對照組(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，實驗周期21 d。造模前7 d懸吊中藥3個劑量組給予中藥復方(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個劑量組尾部懸吊，K組大鼠籠中自由活動。繼續每日灌胃1次，每周稱重1次，按重量調整給藥劑量，連續灌胃14 d。
2.3 標本處理及檢測
2.3.1 大鼠股骨、腰椎骨密度的測定
實驗第21日處死大鼠，取右側股骨和第4腰椎骨，去凈附著結締組織，分別用生理鹽水紗布包裹后即刻保存于-70 ℃冰箱中，并盡快進行BMD測定。測定前取出上述樣本，室溫下復溫，然后將各樣本分別置于有機玻璃板上，固定位置，以全長的1/2交界處為測量點，應用雙能X線骨密度儀作骨橫越掃描，熒光屏顯示測量圖像，自動打印測量結果。
2.3.2 股骨、腰椎生物力學的測定
實驗前取出冰箱保存的大鼠股骨，室溫下復溫，進行三點彎曲試驗，跨距20 mm，加載速度2 mm/min，同時記錄載荷-變形曲線；第4腰椎體進行壓縮試驗，加載速度為2 mm/min，同時記錄載荷-變形曲線，2組樣本均計算最大載荷和彈性載荷、最大撓度和彈性撓度。
2.3.3 腰椎組織形態計量學的測定
在實驗動物處死前14、3 d分別皮下注射鹽酸四環素30 mg/kg。大鼠處死后，迅速取出第3腰椎。剔凈骨周圍肌肉及軟組織，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脂后，梯度乙醇至水，甲苯胺藍染色；10 μm切片直接用于熒光觀察。主要參數包括：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 統計學方法
所測定指標均采用x±s表示，BMD和生物力學指標使用SPSS12.0統計軟件中的方差分析(ANOVA)進行檢驗，骨組織形態劑量學使用Student-Newman方法進行檢驗，P＜0.05表示差異有統計學意義。
4 結果
(見表1～表3)表1 中藥復方對模擬失重大鼠腰椎骨組織形態計量學的影響(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 中藥復方對模擬失重大鼠股骨、腰椎BMD的影響((x±s，g/cm2)表3 中藥復方對模擬失重大鼠股骨、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
我們的前期動物實驗研究表明，尾部懸吊后大鼠出現了明顯骨代謝異常，而在本實驗中模型組大鼠股骨、腰椎BMD以及最大載荷、彈性載荷均顯著減少，這與國內外的相關報道一致[2-3]，說明應用尾部懸吊大鼠的模型是成功的。
BMD是反映骨皮質厚度、骨小梁結構和骨量的重要指標，也是間接評價骨丟失程度的指標之一。本實驗中，與正常對照組比較，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。說明尾部懸吊模擬失重時，后肢去負荷后肌肉萎縮、骨應力刺激消失、骨骼血液供應不足等引起大鼠承重骨骨礦鹽大量丟失，給與中藥干預后有可能增加骨骼血液供應以及刺激成骨細胞活性或抑制破骨細胞活性而促進大鼠的骨礦鹽沉積，促進骨的礦化，增強BMD。但中藥復方對股骨和腰椎BMD的藥效有差異，可能與藥物劑量、給藥時間以及作用途徑有關。
由于單純骨礦鹽含量測定不能表現骨結構和材料特征的變化，因此結合骨力學指標測定可以更全面評價骨質量，反映骨骼抗骨折能力。最大載荷和彈性載荷反映骨結構力學特性，他們的變化反映骨小梁質量、結構連續性和皮質厚度的改變[4]。撓度是骨骼柔韌性指標，其數值的大小與骨基質膠原蛋白含量高低有關。對于受試骨骼來說，單獨考慮撓度并不能說明受試骨骼的質量，應根據具體的情況來綜合分析。失重及模擬失重下骨骼力學特性(如硬度、強度、柔韌性、彈性及扭轉力)皆有下降，尤其是扭轉力的下降最為顯著。Cosmos飛行發現大鼠股骨和脊柱的力學性能下降[5]。馬氏等[6]于尾吊大鼠模型模擬失重90 d后測量長骨的生物力學性能發現，股骨的強度、硬度、剛度各項參數均較對照顯著下降。在本實驗中，模型組大鼠股骨、腰椎力學強度均降低，中藥中劑量組可明顯增加腰椎最大載荷和彈性載荷。提示中藥復方通過增加BMD，增強骨力學強度而有效防止骨折發生，而對最大撓度和彈性撓度沒有顯著影響，可能與中藥復方對骨基質膠原蛋白含量影響不明顯有關。
在本實驗中，中藥復方中劑量組比低劑量組和高劑量組更明顯增加BMD和骨力學強度，因此，我們選擇中藥復方中劑量組，從骨組織形態計量學方面進一步考察了該方的療效。骨組織形態計量學是新近發展起來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轉化為數量資料，從而得出較多的定量結構信息，可從組織和細胞水平了解骨結構的變化情況。而骨組織的力學特征不僅決定于骨質的密度，還與骨小梁的微觀結構有著非常密切的關系。目前有關骨形態及結構的研究證明，失重狀態下骨結構的變化包括骨小梁變薄、數目減少、成骨細胞的數目和活動減少等[7]。本實驗結果表明，模型組大鼠骨小梁結構及其形態發生明顯改變，骨小梁明顯變細，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，失去原來的三維網架結構，導致松質骨的整體力學強度下降。提示模擬失重可抑制大鼠松質骨類骨質的形成和礦化，對骨吸收影響不大，表明模擬失重使骨形成減少而導致骨的丟失。經中藥治療后，骨小梁數目增加、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，表明中藥復方能明顯的促進模擬失重大鼠類骨質的形成和礦化，改善骨的顯微結構，從而增加了骨量和提高了骨的強度。
綜上，中藥復方可以有效改善失重性骨丟失，有效促進骨的形成和礦化過程，增加BMD以及增強骨力學強度，從而達到防治骨丟失的作用。表明該中藥復方對防治失重性骨丟失方面具有一定的應用意義，有待于細胞水平和分子水平的深入研究。
參考文獻
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第7篇：肌肉的主要生物力學特征范文
【中圖分類號】R681.5【文獻標識碼】A【文章編號】1007-8517(2009)06-0133-01
目前，人體生物力學已被廣泛地應用于中醫推拿、正骨、整脊和中風康復等臨床治療，是現代醫學理論在傳統中醫臨床實踐中的應用，是中西醫結合的大趨勢。本文討論人體脊柱生物力學的動態平衡特性，以及在該理論指導下形成的調曲牽引手法及其臨床實踐。
1脊柱的動態平衡與力學特性描述
脊柱的運動是一個動態平衡的過程。脊柱整體的力學特性，就象一根具有彈性的曲桿，由前后左右的相對主動或相對拮抗的肌群保持其動態平衡。當頸曲弧度改變腰曲也會相應地發生改變，當脊柱上段出現側彎時，其下段必有代償性的反方向的側彎，這是脊柱動態平衡特性自動調節的結果。脊柱的運動幅度主要由關節突關節的定向和椎間盤的承載彈性所決定的。當頸椎或腰椎前屈時，椎間隙的形態由前寬后窄變成接行，椎問盤髓核被向后擠壓，增大了椎間盤后部纖維環的張應力，同時椎曲也隨之變直，由于重力線的前移，背側拮抗肌相應緊張。長期的前屈，既可導致背部肌群的勞損，也可使頸曲腰曲變直，從而產生臨床癥狀。有學者研究表明，脊柱的椎曲變化對椎管的長度和寬度和椎間孔與脊神經的毗鄰關系，以及椎問盤髓核運動內應力都有著很大的相應的影響。而造成椎曲改變的核心原兇是椎體的板塊移動因素。進一步說，造成椎體板塊移動的原因有外傷、勞損、退化、椎間盤突出等。脊柱是一個具有四個生理曲度的骨鏈性中軸體系統。頸曲和腰曲的力學特性和生理功能的統一性，對推拿臨床具有實際的指導意義。
2調曲牽引實踐簡介
牽引是中西醫傷科廣泛應用的外治療法，目前多采用兩點成一線的牽引方法，此法是以犧牲椎曲為代價的。會使患者椎曲度消失。筆者基于對上述脊柱動態平衡觀和椎曲力學特性的認識，進行了脊柱調曲牽引的實踐，現作簡要介紹。
2.1頸椎調益牽引實踐筆者建議：在調曲牽引之前，應以手法充分放松牽引部位的相關肌群，有利于提高牽引的療效。
2.1.1仰臥位調曲牽引法
操作方法：患者仰臥位，在患者項下部墊一個較硬的圓枕，直徑為10～12cm，力支點在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，拉力視患者體質而定，拉力最大應≤6kg。歷時15～20min。
力學原理：在頸椎段C4是力的交叉點，在縱向牽引力的基礎上，外加一點向頸前部的項力，此時頸椎段上就有了一個向頭頂上方和向前復合力。這個復合力，既能擴大頸椎間隙，又能增大頸椎曲度。臨床應用：本法適用于大多頸椎病。因前凸過度而導致的頸椎病禁用。
2.1.2徒手調曲牽引泫
操作方法：患者仰臥位，醫者坐于床頭，以雙手四指托于患者項后部，向患者的解剖位的前上方提拉頸椎，也可以根據頸椎側曲的情況使手力向左或向右偏轉，手指的著力點可據患者頸部痛點所在處設定，每次提拉1～2min。反復8～10次。
力學原理：本法以患者病痛點為應力支點，在向外兩端牽引的同時，附加向前或向左向右的項力，有利于局部頸椎曲度變直或側彎恢復。臨床應用：適用于年輕的頸椎病患者。
2.2腰椎調曲牽引實踐
2.2.1腰椎懸吊調曲牽引法
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≤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，患者體質越健壯者提吊力越大。牽引歷時20～30min。
力學原理：腰椎段L3是腰椎運動的中心點，是腰椎應力的交叉點，也是腰曲的頂點。在此點形成一個向前和向后上與向后下的合力，可以同時改善腰椎曲度、增大椎間隙和擴大椎問孔，還原脊神經根與周圍組織的固有的毗鄰關系，消除臨床癥狀。臨床應用：適用于腰椎間盤突出癥，椎管狹窄癥，退行性腰骶痛等。
2.2.2腰椎背伸調曲牽引法操作方法：患者俯臥，在胸部墊一個軟枕，，將牽引帶托綁于嗦關節部向上提吊，使大腿略離床面，腰椎曲度隋之增大。牽引歷時20～30min。
力學原理：本法是利用患者自身體重和膝部的向上牽拉力的作用關系，使力矩自然傳導至腰曲，能得到增加腰椎曲度的目的。本法尚有一個特點，因為沒有縱向拉力，腰部的肌肉和韌帶沒有向專的束力，所以對神經壓迫不明顯的輕度的腰椎間盤突出癥患者更為適宜。其力學原因是，椎間盤是由黏彈性材料構成，具有蠕變、松弛、滯后的特性。在調曲牽引力的作用下，腰椎椎間隙接近原有前寬后窄的形態，椎間盤上的負荷減小的同時其中的張應力也隨之減小，椎間盤在一個稍長的時段內，其形態會發生松弛狀態下的滯后效應，逐漸蠕變復原，并且突出的髓核也會有相對的回縮，有利于消除纖維環及髓核對硬膜囊的壓迫。臨床應用：適用于輕度腰椎間盤突出癥，退行性腰骶痛，腰曲反弓證，椎管狹窄癥等。
3結語
第8篇：肌肉的主要生物力學特征范文
關鍵詞：右歸飲； 去勢大鼠；骨形態發生蛋白－2；骨質疏松
中圖分類號：R-33 文獻標識碼：A 文章編號：1673-7717（2008）04-0830-02
骨質疏松癥(Osteopoorosis OP)是一種以低骨量和骨組織微結構破壞為特征，導致骨骼脆性增加，易發生骨折的全身性疾病。其特點為單位體積內的骨量減少,骨密度減低,骨組織顯微結構異常,致骨折危險度明顯增加。本實驗采用右歸飲治療骨質疏松癥大鼠,探討其對骨密度與骨生物力學的影響。
1材料與方法
1.1實驗藥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有限公司生產,批號：(95)衛藥準字J-10號,水溶液濃度0.005μg/mL。③氯氨酮:上海第一生化藥業有限公司。
1.2實驗動物取12周齡的雌性Wistar大鼠32只,體重約200g(由浙江中醫學院實驗動物中心提供),隨機分為A組(模型組)、B組(治療組)、C組(陽性對照組)、D組(正常對照組)4組,分8籠以常規飼料喂養,自由飲水。飼養室保持良好通風,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)麻醉條件下,打開A、B、C組大鼠腹腔,去除雙側卵巢,逐層縫合;D組大鼠予以單純剖腹后立即關閉。術后3天每只每天青霉素4萬U肌肉注射,預防感染。
1.4飼養與給藥造模術后將大鼠分8籠予以常規飼料喂養12周,第13周起開始每天給藥,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,整個灌胃過程持續12周。
1.5觀察指標采用放射免疫分析法,測定骨鈣素(BGP)、降鈣素(CT)水平;采用美國HOLOGIG公司QDR-2000型雙能X線吸收儀測定大鼠右股骨上干骺端骨密度;采用三點彎曲實驗,將大鼠左股骨置于萬能材料實驗機上,最大載荷為20kg,兩端跨距為20mm,加載速度為每分鐘5mm,檢測過程由計算機自動描記股骨的載荷―變形曲線(L為兩支點間股骨長度)。
1.6數據處理采用SPSS10.0統計軟件包進行統計。各組數據采用±s表示,組間數據比較用t檢驗。以P
2結果
2.1去勢大鼠血清激素水平測定結果右歸飲組大鼠血清BGP、CT含量明顯高于模型組(P0.05)。
2.2去勢大鼠股骨上端骨密度測定結果右歸飲治療組、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)。見表2。
2.3去勢大鼠股骨生物力學測定結果右歸飲治療組、西藥組、正常組的去勢大鼠骨的最大應力明顯優于模型組(P
3討論
祖國醫學對“骨痿”的描述與骨質疏松癥頗為相似。《素問》中有“腎之合骨也”,“腎藏骨髓之氣也”。說明骨為髓之主。若腎精腎氣充足,骨骼化生有源,則身健力強;若腎氣不足,腎精虧虛,骨髓失充,骨骼失養,則脆弱乏力。中醫藥在OP防治中具有副作用小、遠期療效較佳的優勢,這一點已得到較一致的認可，篩選出有效的中藥方劑并闡明其作用機理,仍然是目前中醫藥治療OP研究的主要內容之一。
本實驗中雌性大鼠的卵巢切除以后,松質骨的骨量減少,骨強度下降。這些松質骨骨丟失是伴隨骨轉換增強而進行的,這種特性較好地模仿了人正常絕經時高轉換型骨質疏松發生時的骨丟失狀態。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)根據中醫腎主骨的理論,認為腎虛是原發性骨質疏松癥的發病之根本,故從補腎入手,補腎壯骨,強筋活血，“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肝;山藥、甘草補中養脾;杜仲補腎壯骨;附子、肉桂溫補腎陽;龜板、黃精以益腎精補陰血,健腎填髓;桑寄生、川斷、巴戟天溫陽益腎,壯骨強筋;仙茅、仙靈脾補腎強骨。現代藥理學研究發現附子、肉桂能增強腎上腺皮質分泌功能,枸杞、山茱萸等能廣泛作用于內分泌、免疫系統［1］。全方有良好的防止骨丟失作用,改善骨質疏松癥的臨床癥狀,也可延緩骨質疏松的發展。
研究表明，BMP－2為一酸性多肽[2-3],它的表達下降,會使骨髓中許多可被其誘導成骨的干細胞的增殖分裂明顯減少,形成新骨減少,骨小梁減少,認為體內BMP－2含量的減少是OP發生的重要原因之一[4]。本實驗發現,經過12周的右歸飲灌胃治療,通過免疫組化染色發現在胞漿中有BMP－2的棕色深染,染色程度明顯高于模型組與正常對照組(P
中華中醫藥學刊研究結果表明,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，右歸飲對骨密度、骨生物性能的影響,可能是通過提高血清激素BGP和CT水平來實現的。但這還需要通過成骨細胞體外培養實驗等來作進一步驗證。同時右歸飲成分復雜，其有效作用成分及作用機理也有待于進一步拆方研究。
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第9篇：肌肉的主要生物力學特征范文
摘 要 斜坡跑是提高短跑速度的有效方法之一，被廣泛運用到提高短跑成績的訓練中，本文基于生物力學原理對斜坡跑訓練方法現有研究成果進行綜述和探討。研究表明：影響速度的因素很多，就斜坡跑訓練方法而言，對跑速產生影響的直接因素步長和步頻這兩個參數的變化上影響效果明顯，科學合理的運用斜坡跑訓練方法對提高短跑速度具有積極意義。
關鍵詞 斜坡跑 訓練方法 步長 步頻
一、前言
斜坡跑是提高短跑速度的有效方法之一，被廣泛運用到提高短跑成績的訓練中。國內外對斜坡跑進行廣泛的研究，有學者認為，斜坡跑對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，還能讓運動員體驗超過自己速度能力的動作感受，改善運動員的加速疾跑能力，從而增大步幅和縮短支撐階段時間，幫助運動員掌握加速跑的技術。
二、斜坡跑訓練方法的運動生物力學原理
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，在阻力增加的情況下增加訓練強度，獲得無氧練習的效果，從而改善心血管的機能。上坡跑加強了股四頭肌、臀大肌等下肢肌群的力量，有利于提高步長。下坡跑是一種神經系統適應性訓練，下坡跑是人們有意識地利用自然的或人工的斜坡，根據勢能與動能轉換的原理進行訓練，有利于提高步頻。
影響步長的因素主要有：一是腿部的肌力，腿部的肌力越大，產生的后蹬反作用力相對越大，跑的步幅則越大；二是腿長和髖關節的靈活性與柔韌性，下肢越長、髖關節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腿擺動的方向，從理論上講，擺動腿與后蹬腿的角度與方向直接影響步幅越大小。對于跑的步頻而言，其影響因素有兩個：一是肌肉中快肌纖維百分比和肥大程度。二是神經過程的靈活性，大腦皮層運動中樞興奮與擬制的轉換速度是影響位移速度的重要因素。另外，跑動時兩腿擺動情況和騰空時與支撐時的相對時間（比值）對步長和步頻也有影響。
三、成果研究現狀
近年來大量文獻資料和研究報道表明，有關短跑技術和速度訓練方法的研究選題，多集中在短跑運動員步長、步頻訓練方法與運動員的中樞神經系統機能的改善及其專項肌肉力量的訓練手段方面。對于斜坡跑的原理和訓練方法雖然，前人曾做過一些表述和研究，但大多文獻報道僅限于對斜坡跑手段應用方式的定性分析與斜坡跑的坡度問題。盡管國內外大多學者均十分肯定斜坡跑訓練對提高絕對速度的作用，且認為斜坡跑對改進運動員的步頻與步長技術具有積極效果。其相關的論述與見解多散見于各類短跑和速度方面的文獻資料和研究報道之中。
（一）關于斜坡跑與步長步頻的訓練問題
閆春華在《百米速度結構分析及有關技術訓練手段研究》（博士論文，2004）一文中提出：斜坡跑作為一種超速訓練的方法被廣泛使用，超速訓練的目的是通過強迫運動員完成超出自身能力水平的練習，來增加步頻和步長。在經過4-8周的超速訓練后，被試者的步頻和步長都得到了提高。這說明斜坡跑作為一種訓練方法對步頻、步長和短跑跑速的提高具有積極的作用。
下坡跑時，當運動員動作速率發揮到最高值時，控制并穩定速度是很困難的。這是由于下坡重力所產生的慣量。這種慣量隨距離的延長而增大，這種逼迫速率的加快運動現象，也正是下坡跑能提高頻率的所在。如果在練習中不對運動員的跑動動作提出任何技術要求，或讓運動員在一定距離范圍內堅持正確的動作要求，斜坡跑的練習效果會受到影響[2-4]。還有研究表明，下坡跑步頻沒有任何增加，只有步幅加大。步幅的增長意味著展髖的幅度加大和髖部轉動角速度加快，同時對髖部的伸髖速度和力量起積極作用；上坡跑對改善或提高運動員的快速力量、速度耐力和增大步長是非常有效的訓練手段（昆茲、考夫曼1997）。
（二）關于斜坡跑與神經―肌肉控制機理的研究
美國學者弗拉基米爾M?扎齊奧爾斯基在其主編的《運動生物力學》（2004）一書中指出：步長和步頻的可變性表明，中樞神經系統的靈活性（CNS）在控制這些參數方面起到了重要的作用。最高速度跑是人體調動各種能力，并使其充分發揮的集中體現，他對人體能量的消耗以及神經系統的興奮和擬制的轉換頻率的要求是很高的。因此，在最高速度之后，肌體實現第二次調節其重要性和必要性同第一次調節具有同等的意義[5]。有作者還提出，構成跑速的兩個主要因素――步長、步頻是互為影響和相互制約的。對于步長和步頻兩個變量的作用來說，提高或改進其中任何一個變量都可提高跑速，同時這兩個變量之間又呈現一定函數關系[6]。步長和步頻的可變性表明，中樞神經系統（CNS）在靈活控制這些參數方面必然起到了一定的作用[7]。伊托等人的研究（1983）表明，助力訓練能進一步發展神經肌肉系統對肌肉拉長――收縮周期運動的控制能力，提高短跑運動員支撐階段的動作效果，從而提高跑速。
有作者在《現代100米跑技術的生物力學分析及放松技術再探析》一文中認為，步頻的發展取決于大腦皮質運動中樞神經系統的支配，斜坡跑獲得的助力作用可以使運動員感受放松速跑的肌肉用力情況、體驗“放松快跑”的方法和好處。上坡跑要求運動員著力體會以髖為軸的大腿前擺和髖關節的積極前送與踝關節及腳的快速趴地，不要刻意后蹬，這種跑法既符合現今短跑技術的要求，又有利于下肢肌肉用力的放松與控制。通過上坡跑還能切實有效地實現短跑所需的“快速力量”訓練。就是說上坡跑不僅可以改進、掌握正確的跑的技術，還可以同時發展短跑所需的專門力量。由于步長和步頻相對獨立，表明步長和步頻受兩種不同的神經系統控制方式調節――步頻的頻數調節和步長的幅度調節（羅新建2003）。Bonnard和Pailhous（1993）認為，神經系統對步長和步頻控制的方式不同。步頻的改變與擺動階段下肢的整體剛性有關，與支撐階段無關。這表明改變擺動期間下肢肌肉的緊張性可以改變頻率。大部分或整個腿部肌肉緊張性的改變，都將改變下肢繞髖關節擺動的相對頻率。Bonnard和Pailhous進一步指出，步長的短暫變化與腿部肌肉的相位活動有關。Patla等（1989）研究表明，步長的短暫增加，實際上是一些肌肉的活動相位增加，而另一些肌肉的活動相位減少造成的。在無約束的走路或跑步時，雖然步長和步頻可相對固定，但如果需要的話，中樞神經系統有能力分離步長和步頻。Hogan（1984）提出了這種分離的生理機制。當關節周圍對抗肌同時活動時，凈關節力矩與對抗肌的肌力之間差異有關，關節的剛性則與所有肌力的總和有關。如果中樞神經系統積極調節對抗肌的協同作用，那么步長和步頻能在有限的范圍內各自獨立變化。
在各種提高跑速的訓練手段中，斜坡跑以其獨特的方法和顯著效用，引起了專業和非專業運動隊的普遍重視，斜坡跑正在被廣泛運用到提高短跑成績的訓練中。有學者對斜坡跑對短跑速度的影響進行廣泛的研究，這些作者共同認為：斜坡跑對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，還能幫助運動員掌握加速跑的技術動作，改善運動員的加速疾跑能力；斜坡跑能讓運動員體驗超過自己能力的速度，可以是步幅增大和縮短支撐階段時間[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，是跑動阻力增加的情況下獲得無氧效果，從而改善心血管的機能，增強下肢股四頭肌、臀大肌這兩塊重要的肌群，同時提高步長；下坡跑是一種神經系統適應性的訓練，就是有意識地設置自然的或人工的斜坡，根據勢能與動能轉換的原理進行訓練，同時提高步頻。
四、結論
（一）對于步長和步頻兩個變量的作用來說，步長和步頻的可變性表明，中樞神經系統（CNS）在靈活控制這些參數方面必然起到了一定的作用[7]。助力訓練能進一步發展神經肌肉系統對肌肉拉長――收縮周期運動的控制能力，提高短跑運動員支撐階段的動作效果，從而提高跑速。
（二）斜坡跑道的坡型對練習進行組合，以控制斜坡跑的練習強度和負荷，從而改善跑的步長和步頻。
基金項目：年陜西省教育廳專項科研計劃項目（編號：11JK0464）。
參考文獻：
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