生物力学论文（共12篇）
生物力学论文 篇1
一、运动生物力学的发展过程
1. 运动生物力学的启蒙阶段。
公元前384—322年, 古希腊的哲学家和科学家亚里士多德就注意观察在日常生活中人和动物运动的力学问题。15世纪末, 意大利科学家列奥纳尔德·达·芬奇 (Leonaardo David) 用人的尸体研究解剖学, 并在此基础上借助力学研究人体的各种姿势和运动, 指出人体的运动服从于力学定律, 运动生物力学的雏形。
2. 运动生物力学的初步形成。
20世纪, 德国的布拉温 (Braune) 和菲舍尔 (Fisher) 利用解剖尸体的实验方法测定人体各部分相对重量和重心位置, 并开始用动力学的方法研究人体运动。20世纪30年代, 英国生理学家希尔 (Hill) 取青蛙的离体缝匠肌进行实验, 得出著名的Hill方程, 即肌肉收缩的力速方程, 并由此获得诺贝尔奖, 从而奠定了肌肉力学的基础。
3. 运动生物力学的快速发展阶段。
1972在美国宾夕法尼大学召开的第四届国际生物力学会议上将运动生物力学从生物力学中划分出来。近三十年运动生物力学得到了迅速的发展, 20世纪80年代到达鼎盛时期。运动生物力学除了与解剖学、生理学结合较多外, 与医学、康复结合也逐渐密切, 研究成果的水平有了很大的提高。现在摄影测量已发展到三维高速录像 (如美国Pea5系统) , 测力系统已发展到6分量测力台 (如瑞士Kistler系统) 、关节肌力矩测量系统 (如美国Cybex系统) 等, 已基本形成了相对完善并互相支持的运动学、动力学和肌电测量三大系统[1,2]。研究内容已经由为奥运战略服务向竞技体育上扩展, 对人体的研究, 已由对人体整体运动的研究, 逐渐发展到不同环节和结构的深入研究;由对人体运动的描述性研究, 发展到探讨运动时神经肌肉的控制以及运动系统和感觉系统的整合。
二、运动生物力学研究方法的分类
从研究的形式上, 可分为理论研究方法和实验研究方法两大类, 实验研究方法又分实验室测量法和运动测量法。从研究的领域上, 可分为物理学研究方法、生物学研究方法和系统研究方法。从研究材料的来源上可分为原始资料数据的采集整理和资料分析方法。研究运动项目主要以运动学和动力学研究方法为主, 生物学的研究方法为辅, 综合运用多种实验手段[3]。
美国的理查德·C.尼尔森把运动生物力学的研究方法大致概括为如下五种: (1) 研究特定的运动项目或其中的某一环节的生物力学, 这种主要对于运动员、尤其是只对某一运动专项感兴趣的教练员非常有用。 (2) 研究多个运动项目中共同包含的运动动作 (如着地、起跑等动作) 的生物力学。最大好处是建立一种一般性的理论, 这个理论是建立在经典力学定律之上, 或是建立在共同的神经控制模式之上。 (3) 被称为运动生物力学的评定方法, 如从能耗观点去评价运动技术的优劣等。 (4) 指对某一专项运动所涉及的生理学、运动学、动力学以及专项特点等有关方面进行综合考虑。 (5) 讨论在运动中人体器官的生物力学。
中国的周里将研究的方法分为高速摄影 (二维与三维) 、录像、测力、肌电、肌力测试系统、同步测试、理论分析和CT、核磁共振其他方法[4]。
三、运动生物力学研究方法的现状分析
1. 理论研究方法。
运动生物力学理论研究方法的关键是建立人体运动的力学模型。理论研究方法主要是探索人体运动的规律, 它的研究对象、研究目的、研究方法和研究成果均不同于实验方法。理论研究方法的研究对象是抽象的人体模型, 目的是揭示运动规律, 核心是经典数学力学的推导运算, 结论是揭示运动的内在机理。人体运动数学模型方法是理论研究常用的主要方法。自20世纪80年代后, 数学模型方法有了许多新的突破和进展, 但人体运动数学模型方法在中国尚未得到广泛应用[5]。
目前运动生物力学主要是研究人体内部运动器系和表现于外部的人体整体机械运动特征。为了便于研究, 运动生物力学理论方法的关键是建立人体运动的模型来描述运动。大体有两种方法:第一种方法是人体系统仿真研究方法, 其代表人物是南非的力学专家Haze;第二种方法是应用多刚体系统动力学理论建立力学模型, 代表人物是美国力学专家Kane。在运动生物力学研究中, 大多数力学系统的运动都受牛顿运动定律控制, 所以建立的模型都是牛顿力学系统的数学形式。但牛顿力学对于活体显然是不适合或不完全适合, 这已被理论或实践所证实。因而牛顿力学对肌肉、骨骼、关节系统的力学特征及在解决人体运动器系和整体运动之间的因果关系, 把握人体运动行为生物力学规律的体质方面还有相当困难。模型建构是指对数学力学分析所研究问题的模型建构。建构模型的基本标准是代表性、简单性和实效性。模型按其功能可分三个层次:描述性模型、解释性模型和预测性模型[5]。数学模型目前有 (1) Hanavan的人体测量数学模型; (2) Santschiw L等的环节集合分布模型; (3) Zatsiorsky的数学模型; (4) 中国人体模型; (5) 邱亚君和李建设建立的人体二维转动惯量数学模型。
2. 实验研究方法。
比较成熟的测量方法有两种:一种是在实验室条件下, 采用各种类型的测力计和先进的多功能肌力测量系统, 对与运动有关的主要肌群进行定量测量, 此法可简称为“实验室测量法”。另一种是在运动场上通过训练器械或反映运动员专项力量的训练手段, 测定运动员的专项力量训练水平, 此法可称为“运动测量法”。实验研究方法与理论研究方法相比较略显成熟, 主要有以下特点: (1) 在检测手段上随着工程技术的进步, 手段越来越多样化。从“传统”的摄影技术发展到三维立体摄影, 已经能更精确反映事物的运动特征, 而且许多新的现代化技术装备也被应用到运动生物力学研究上, 例如激光瞄准测试分析系统、爱捷运动图像分析系统、六维测力平台SAEMS-T、四导遥测肌电仪、万能材料试验机等。 (2) 实验室测量方法与运动场测量方法相结合[6]。
四、运动生物力学研究方法的发展趋势
未来数年运动生物力学的研究方法发展趋势可归纳为:
1. 竞技体育技术测试研究方法的发展趋势, 是向着适合
于各个运动项目需要的、能现场及时反馈测试分析结果的仪器设备与方法和提供详细测试分析报告的仪器设备与方法两条并行的途径发展。 (1) 三维跟踪摄像、摄影测量方法的推广; (2) 摄像、摄影精度逐步提高; (3) 三维摄像、摄影测量逐步普及; (4) 影像测量点识别、采集的自动化; (5) 足底压力分布测试三维化; (6) 运动技术测试仪器专项化、反馈快速化; (7) 数学力学模型和人体运动仿真使用化等[6];以后主要是对经典力学分析、力学模型研究、运动技术最佳化、人体运动仿真、肌肉力学模型等方面进行重点研究, 使研究方法和测量手段进一步向科学化和合理化发展[7]。
2. 关于模型参数的选择和确定, 取决于参数的功能, 即区
分敏感参数和常规参数, 并且使这些参数定量化和具有可比性。关于数据采集, 首先是数据采集的标准化, 然后是对数据进行力学分析和评价, 更重要的是对所采集的数据进行模型模拟, 因为模型模拟可以产生有关自变量对应变量影响的系列信息, 并建立两类变量之间的数—力关系, 从而为技术分析、技术控制和技术最佳化提出预测, 为运动损伤、康复手段的选择提供方案[8~9]。
3. 运动器系的力学负荷、负荷分布和负荷能力以及运动器官、组织和系统的材料力学是预防生物力学的基础。
重力、支持力、相互作用力、介质阻力以及摩擦力可作为对运动器系的负荷。通常使用但并未充分证明是否可靠的指标有最大力、最大加速度、最大力矩、最大力梯度以及冲量、角冲量和它们的持续时间。所谓“最大”值也只是相对极限值。人体机能代偿能力的储备性决定了绝对最大值是不可计测的。近年来关于运动器械, 包括鞋、服装方面的生物力学研究已引起人们的重视, 这将是一个很有吸引力且富有商业价值的领域[10]。
4. 测量技术、遥测技术和肌肉动力学测量技术 (包括离体
或在体肌肉动力学测量过程) 将成为今后发展的重点, 实验方法与理论模型相结合的综合研究日趋增加, 主要趋向是遥测无线部分数据发射与数据采集装置的小型化和测量过程及结果分析的快速化。
5. 运动损伤的研究将是生物力学新的研究领域。
成都体育学院周继和教授针对运动性急性损伤或慢性损伤的腕关节, 采用INSTRON 8874生物力学测试系统进行人体腕关节软骨盘“压缩—扭转”试验, 观察其组织结构的变化, 有助于了解损伤的机制, 并提出有效的防治方法。南京体育学院钱竞光教授撰写的“股骨颈受载的计算机模拟及其骨折的生物力学机理研究”通过计算机模拟方法研究不同颈干角在相同骨质条件、相同载荷下, 其股骨颈的应力变化规律, 探讨颈干角、骨密度与股骨颈骨折的关系。
随着运动竞技水平和运动训练科学化程度的提高, 运动生物力学研究的方向也将从简单的对人体动作技术分析深入到对内在机理的探讨, 随着医学科学和康复科学的发展骨科生物力学、临床生物力学、康复生物力学以及生物工程中的生物力学等将得到迅速发展, 逐渐成为国际运动生物力学的主要研究领域。
摘要：采用文献资料法、逻辑分析法, 对运动生物力学研究方法及测量手段进行回顾总结。根据现代运动生物力学发展的规律与特点, 对现代运动生物力学研究方法及测量手段进行一定层次的归纳分类, 并对今后运动生物力学研究方法的发展进行展望。
关键词：运动生物力学,研究方法,测量手段
参考文献
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生物力学论文 篇2
摘要：从长期被石油污染的土壤中分离了一株优势菌,经鉴定为铜绿假单胞菌,研究了该菌株对蒽的降解性能,结果发现该菌株对蒽有良好的.降解效果.经过147h的降解,蒽的浓度从100 mg/L降至27.5 mg/L,降解了72.5 mg/L,降解率达72.5%,显示了极强的降蒽能力.同时,进行了动力学分析,结果表明蒽的残留浓度Y(mg/L)与时间t(h)符合方程Y=90.4322e(-0.0098)x.作 者：魏明宝 王纪军 刘海员 张腾 WEI Ming-bao WANG Ji-jun LIU Hai-yuan ZHANG Teng 作者单位：魏明宝,张腾,WEI Ming-bao,ZHANG Teng(郑州轻工业学院材料与化工学院,郑州,450002)
王纪军,WANG Ji-jun(郑州市市政工程勘测设计研究院,郑州,450023)
刘海员,LIU Hai-yuan(郑州中法供水有限公司,郑州,450002)
生物力学论文 篇3
【关键词】途中跑 生物力学分析
1.前言
途中跑的技术是短跑技术训练的重要部分，而途中跑最大速度阶段中技术的掌握则是短跑技术训练的核心，途中跑下肢摆动技术是途中跑技术的关键环节，它直接影响跑的技术效果。现代短跑技术的特点突出表现为快跑中髋部伸展的意义、速度、幅度和摆腿下扒着地的积极性、速度、方法、距离及效果等，在支撑阶段摆动腿的摆动和腾空阶段的摆动效果，是影响短跑技术的关键之一。
2.短跑途中跑技术特点
快速蹬伸技术，快速蹬伸技术是现代短跑技术的主要特点之一蹬伸动作要注意蹬伸速度的迅速、蹬伸程度合理性和蹬伸方向更加有效性，适宜的蹬伸程度可以取得更快的蹬伸速度和更合理的蹬伸方向。摆动腿积极快摆技术摆动腿快速有力、大幅度的前摆技术，更加完善了“摆动式”跑法，有效地促进身体迅速向前移动，加大了后蹬的力量和速度。同时加快了摆动腿的速率，缩短跑动周期，提高了跑的频率。前蹬支撑技术通过摆动腿积极下压，鞭打扒地动作和退让肌工作能力的训练，减小前蹬支撑时的阻力，缩短前蹬支撑时间，使重心移动的速度在前蹬支撑阶段的损耗减少，从而提高了跑的速度。
3.1途中跑摆动阶段生物力学分析
短跑时当支撑腿着地瞬间，摆腿动作有利于减小人体与地面的冲击作用。在缓冲阶段，摆动腿动作能使人体总重心迅速前移，有利于缩短缓冲时间和增加支撑腿内蹬地力量，当支撑腿进入蹲伸时，摆腿动作有利于提高支撑腿的蹲伸速度，途中跑中摆动腿动作的好坏对短跑的途中跑有着相当大的影响。蹬地角是后蹬腿蹬地将要结束时，与地面之间的夹角。人体向前跑主要是由于后蹬作用力的推动，后蹬腿的效果直接影响跑速，蹬地角加大时，重心抛物线上升，腾空时间长，这样虽然能增大步长，但步频相应下降，跑动时重心起伏明显，因此蹬地角要适中，在55°左右最为理想。着地角反映运动员摆动腿着地动作完成是否合理。
3.2途中跑着地缓冲阶段的生物力学分析
在肌肉力学中，将肌肉分为三个部分：收缩元、串联弹性元、并联弹性元。肌肉收缩时，先是收缩元收缩产生张力，此时在肌肉的外部端末还测不到力的增长。然后，已经缩短了的收缩元将串联弹性元拉长。只有到串联弹性元被拉长到足够的长度，才能在肌肉末端测到力的变化。研究已证明：腿部屈肌（如腓肠肌）在脚着地前15-20 ms便已出现电活性，这表明运动神经元向肌肉发出的脉冲早于着地时刻，然而在这段时间内肌肉还来不及收缩，受到激活的肌肉长度小于平衡长度。脚在落地瞬间受到的地面反作用力是阻力，但这个过程对完成整个动作起积极的作用。途中跑中各技术环节是密不可分的，后蹬是前进动作之本，后蹬的发力应是前摆着地用力的延续，而缓冲是蹬地的前奏，缓冲实质上就是身体向支撑方向运动的制动，且缓冲可以预先伸长肌肉，直至最佳初长度，从而储存弹性能，为后蹬做准备。
综上所述，积极的扒地技术并不能产生短跑的动力，没有拉引的作用，但伸髋高摆扒地技术对短跑成绩的提高有重要的意义。高摆后大腿主动下压，带动小腿积极地向后下方扒地以增大下肢各环节的角速度；腾空摆动过程中的伸髋可以加大大腿的摆动半径，从而有利于积极摆动充分发挥速度水平，合理的利用着地缓冲并积极摆动下肢，提高跑速。
3.3途中跑摆臂技术的生物力学分析
摆臂可以增加后蹬力量。实验证明：人在固定上肢使其失去摆动能力后，人体就产生了使身体不摔倒的保护性抑制，尽管受试者努力奔跑并用肩部扭动来维持身体平衡以求达到高速，由于力学规律的作用迫使仍难以达到理想的蹬地能力。摆臂可以维持人体平衡。人体站立不动时是平衡的，当一步迈出时平衡就破坏了。正是因为向前迈腿时骨盆横轴围绕人体做转动产生动量矩，人在赛跑中角速度越大，动量矩就越大。摆臂可以提高跑速。在保持一定的摆臂频率的基础上还要相应地增加摆臂的幅度，使摆动腿相应地前提高抬，使髋关节前送充分，左右移动，加大步幅，使上、下肢从脊柱纵轴为旋转轴做相同运动，避免重心左右大幅度移动，头要正，并保持身体在跑动中的平衡。
4.结论建议
在短跑专项技术训练中应高度重视摆动腿的摆动技术。摆动腿高抬大腿摆动动作的70%是在缓冲过程完成的。摆动技术应与合理的缓冲技术相配合，才能够最大限度的发挥摆动腿的摆动作用，合理改善着地缓冲时的缓冲距离、缓冲时间和缓冲幅度。较长的缓冲距离、缓冲时间和较大的缓冲幅度，使小腿绕支撑点的前旋更加积极，有助于小腿前倾角的减小，从而减小后蹬角，增大后蹬阶段向后的水平分力，缩短腾空时间和距离，提高后蹬效果，最终改善途中跑步幅结构。转变观念，确立正确的现代短跑技术训练指导思想，以速度为核心，创新技术训练的方法与手段，在技术训练中突出高速度、快节奏的训练思路和方法，提高动作速度和加快动作节奏。
【参考文献】
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骨盆环损伤的生物力学研究 篇4
1 材料与方法
1.1 一般材料
选取实验室用一年内尸体标准6具, 其中男4具, 女2具;死亡年龄35~54岁, 平均 (42.5±8.3) 岁。所用标本经X线摄片均未有骨质疏松等骨骼相关疾病。取标本包括腰四及股骨近端三分之一之间的完整骨盆模型, 除去皮肤、肌肉、结缔组织, 只保留髋关节囊、骨间韧带、耻骨联合及骨盆后方诸韧带。
1.2 方法
1.2.1 单纯垂直作用力
将制作好的模具放入夹具内, 模拟人体正常站立。以应变花布置测试点, 如图1所示, 选取20个观察点 (骶髂关节两侧) 。将模具置于力学实验机上, 以10 N/S的垂直作用力作用于模具上, 应用应变仪分别记录模具在耻骨联合正常、耻骨联合分离1 cm、2 cm、2.5 cm时模具承受依次100 N/S、200 N/S、300 N/S、400 N/S、500 N/S作用力时的应变值。每个模具实验过程重复三次取平均值。
1.2.2 垂直作用力结合扭转作用力
在对模具施以垂直作用力同时, 向模具逆时针方向加以10~80 N/S的力, 同时采集相应的应变值。
1.3 统计学处理
应用SPSS 16.0统计软件进行数据分析, 正态分布的各统计指标均以均数±标准差 (±s) 表示, 不同耻骨联合分离数据作用于同一位点产生的数值比较应用t检验, P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 单纯垂直作用
(1) 耻骨联合未分离:点1~3、6、7、9、10、13、14、17~19处随垂直作用力加大时应变值变化逐步增大 (P<0.05) 。其余各点应变值稍有变化, 但是差异无统计学意义 (P>0.05) 。 (2) 耻骨联合分离从1 cm逐步增大至2 cm时, 点1~5、8~10、12、15~19处应变值也随之增大 (P<0.05) , 而点6、7处应变值则随之减小 (P<0.05) 。其余各点差异无统计学意义 (P>0.05) 。 (3) 耻骨联合分离从2cm增大到2.5cm时, 点6~8、13、14应变值变小 (P<0.05) , 点11先增大后减小 (P<0.05) , 其余各点差异无统计学意义 (P>0.05) 。
2.2 垂直作用结合扭转作用
随着扭转力增大, 点1~3、13、14压应变值差异无统计学意义 (P>0.05) , 拉应变值逐步增大 (P<0.05) 。点4~7压应变值逐步增大, 而拉应变值逐步减小 (P<0.05) 。
2.3 前后环损坏与固定
耻骨联合分离后, 导致模具前环不稳;而破坏骶髂关节、关节囊、切断韧带, 模具后环不稳。应用钢板固定耻骨联合可稳定前环 (P<0.05) , 对后环影响不确 (P>0.05) 。
3 讨论
在所有骨盆环损伤患者中, 高处坠落伤占绝大部分, 患者在下肢着地骨盆环不仅仅承受来自垂直作用的作用力, 往往带有旋力[3,4]。故本研究除了选择垂直作用的外力外, 还加有逆时针扭转作用力。在垂直作用力较小时, 由于骨盆的结构复杂性及牢固性, 可以将垂直作用力均匀分散, 故本研究在耻骨联合未分离时, 除了个别观察点, 几乎所有观察点应变值随着作用力的增加而增大, 且主要体现在骨盆后环处 (1~3、6、7、9、10、13、14) 。前人研究骨盆后环承受大概60%的作用力[3], 本实验结果与其吻合。耻骨联合分离即“开书型分离”, 主要是由于强烈的外旋暴力, 所造成的危害是破坏了骨盆的正常结构, 故易行成各类并发症, 本研究分离耻骨联合后发现, 点1~5、8~10、12、15~19处应变值也随之增大, 而点6、7处应变值则随之减小, 说明分离后由于增大了骨盆环面积导致骶棘韧带紧张, 进而骶髂关节缝隙增大[5,6,7,8,9,10,11,12]。而随着耻骨联合分离到2.5 cm, 骶髂关节缝隙进一步增大, 当韧带断裂时, 两侧受力开始减小。故盆腔前环损伤可以引起骶髂关节功能障碍。而垂直结合外旋作用时, 骶髂关节髂骨侧 (点4~7) 受压力逐渐增大, 骶骨侧收拉力减小, 易发生挫裂。
本研究显示, 随着扭转力增大, 点1~3、13、14压应变值差异无统计学意义 (P>0.05) , 拉应变值逐步增大 (P<0.05) 。点4~7压应变值逐步增大, 而拉应变值逐步减小 (P<0.05) 。耻骨联合分离后, 导致模具前环不稳;而破坏骶髂关节、关节囊、切断韧带, 模具后环不稳。应用钢板固定耻骨联合可稳定前环 (P<0.05) , 对后环影响不确 (P>0.05) 。提示随着作用力加大, 相关观察点应变值随即变化。
以往对骨盆骨折的治疗往往采取保守治疗或者仅仅内固定耻骨联合, 本研究发现耻骨联合固定后仅仅对前环稳定性增强, 并不影响后环, 因此建议对于复杂骨盆骨折患者应采取前后环协同固定, 以加强骨盆的稳定性, 最大程度减少骨折后并发症。
综上所述, 本研究通过对骨盆受力研究, 加强了对骨盆损伤的认识, 对未来应用微创治疗骨盆骨折提供了理论基础。
摘要：目的:探讨骨盆环应力走向, 为骨盆环损伤提供更可靠、合理的治疗方法。方法:选取6尸体标本第四腰椎及近端股骨在内的完整骨盆, 人为应用垂直作用力及旋转作用力作用于骨盆, 观察并记录各标记点应变值。结果:随着作用力加大, 相关观察点应变值随即变化。结论:骶股弓是骨盆传导垂直负荷的主要途径, 耻骨联合分离及外旋力作用易导致骶髂关节损坏。
生物药剂学与药物动力学重点 篇5
1分布、代谢与排泄过程，阐明药物的剂型因素、机体生物因素和药物疗效三者之间相互关系的学科。
2用来描述药物在体内分布的状况，将血液中药物浓度与体内药量联系起来的比例常数，它是指假设在药物充分分布的前提下，体内全部药物按血中同样浓度溶解时所需的体液总容积。单位为L或L/kg.3肝肠循环：是指经胆汁中排入肠道的药物或其代谢物，在肠道移动期间重新被吸收，经门静脉又返回肝脏的现象。
4药物代谢：药物被机体吸收后，在体内各种酶及体液环境作用下，其化学机构可发生改变，这一过程即为药物代谢，又称生物转化。
5负荷剂量：为尽快达到有效治疗浓度，之后再按给药周期给予维持剂量，使血药浓度维持恒定，这个首次给予的较大剂量，称为负荷剂量
6生物等效性：是指一种药物的不同制剂在相同实验条件下，给以相同剂量，反应其吸收程度和速度的主要药物动力学参数无统计学差异。
7半衰期：是指药物在体内的药物量或血药浓度通过各种途径消除一半所需要的时间。8单室模型：某些药物进入全身循环后迅速向全身各部位分布，并在血液、组织与液体之间达到分布动态平衡，即动力学上的“均一状态”。这种将整个机体视为一个隔室而建立的药动学模型称为单室模型。
二、简答
1、生物利用度研究方法
（1）血药浓度法（最常用）（2）尿药浓度法（3）药理效应法
2、药物转运机理
（1）被动转运（单纯扩散、膜孔转运）（2）载体媒介转运（促进扩散、主动转运）（3）膜动转运（胞饮与吞噬、胞吐）
3、新药药物动力学实验取样时间点安排时间点确定要求？
取样点的设计应兼顾吸收相、分布相和消除相。根据研究样品的特性，取样点通常可安排9-13个点，一般在吸收相至少需要2-3个采样点，对于吸收快的血管外给药的药物，应尽量避免第一个点是Cmax；在Cmax附近至少需要3个采样点；消除相需要4-6个采样点。整个采样时间至少应持续到药物的3-5个半衰期，或持续到血药浓度为Cmax的1/20-1/10.4、药物代谢与疗效关系
（1）代谢使药物失去活性（2）代谢使药物活性降低（3）代谢使药物活性增强（4）代谢使药理作用激活（5）代谢产生毒性代谢物
5、当药物的血浆蛋白结合率（β）高时，解释为什么患者患有肝硬化时，游离药物浓度上升，而总血浆药物浓度下降
血浆蛋白结合率与血浆蛋白量、游离型药物量有关。肝硬化患者由于体内蛋白质总浓度降低，会导致药物蛋白结合率β降低，使蛋白质结合很快出现饱和现象，随剂量的增加使游离型药物浓度急剧上升，出现中毒现象，而总血浆药物浓度下降。
6眼部吸收，混悬剂为什么生物利用度高
生物力学论文 篇6
关键词推拿手法柔和性生物力学机理相关性
推拿属于中医外治法的范畴，它是通过手法作用于机体以达到预防、治疗和保健功效的一门学科。推拿手法作为这一学科的核心内容，治疗疾病的基本手段，其优秀与否直接关系到临床治疗效果。因此，手法的理论研究和临床应用，也成为推拿学发展中的一个研究主体。基于此点，本文就手法柔和原则的生物力学基础作一探讨，不当之处望同道指正。
1推拿手法的柔和原则在推拿学中的重要意义
1.1历代医家对柔和的阐述推拿学的发展已有二千多年的历史，早在《内经》中就已经确立了按摩在中医治疗学中的地位，并且记载了按、摩、推、拿、揉、切、弹、踩跷8种手法。至明代，推拿手法更加丰富多彩，对小儿推拿手法也作出了详尽的阐述。前辈们不断研究和总结，发展至今，已有了二百多种手法记载，并且归纳了手法操作的基本要求--持久、有力、均匀、柔和、深透。这就指出，推拿手法绝不是简单的技术，它是一种高级的运动形态。正如《医宗金鉴·正骨心法要旨》云："法之所施，使患者不知疾苦也。"对手法操作提出了客观的要求。而长期以来，似乎形成了一种倾向，认为推拿治病靠的是力气，甚至认为力气越大越好，明代的张介宾就曾对此作出了严肃批评，他说："今见按摩之流，不知利害，专用刚强手法，极力困人，开人关节，走人元气，莫此为甚……，多见强者致弱，弱者不起，非惟不能去病，而适以增害……。"而近代推拿名家更是注重手法的柔刚有度。杜自明、刘寿山先生皆认为手法以柔和为贵，并提出了"筋喜柔，不喜刚"的观点，已故著名推拿学家朱春*=老先生也经常提出："手法以柔和为贵，要柔中透刚"，他认为：" 人虚证虚，用柔和手法处理不待言，人虚证实，也应以柔和的手法为主，即使人实证实，也不能多用刚强的手法取快一时，如果一味蛮用刚强的手法对付实证，反而会造成气动而成的病证，甚至无形中转为痼疾，实证变为虚证。"前辈们的这些精辟论述，无论在推拿的理论研究上，还是在推拿的临床应用中都成为后人立法之总纲。
1.2柔和原则在推拿手法学中的具体应用柔和是指手法动作的稳柔灵活及力量的缓和，以使手法"轻而不浮，重而不滞"，在推拿手法学中，柔和原则对于归纳手法的性能分类，阐述手法技能的基本原则，概括手法操作的阶段和规程均有重要的指导意义。《类经》十二卷第八注云："形证有柔刚，脉象有柔刚，气味有柔刚，柔者属阴，刚者属阳，知柔刚之化者，知阴阳之妙用也，故必审而别之。"任何事物的内部都有柔刚相对属性的相互作用和发展变化，这对于归纳手法的性能类属有着具体的指导作用，曹锡珍先生就曾在《中医按摩学》一书中把古代按摩八法分为阴型柔术四法和阳型刚术四法，但推拿手法的分类不单据手法动作形态及接触面，手法作用力的性质的分解，而应在找出手法作用的共性基础上加以研究，这里不作一一阐述。《易经·上》云："柔刚相推，而生变化。"在推拿手法的具体操作中，同样也存在着柔刚的相互转变，而特别注重"柔和为贵"、"柔刚相济，柔中透刚"、"柔和当先，刚透其中"。这都是对手法力量调节的恰当概括，而"轻而不浮，重而不滞"更是阐明了单个手法具体操作时柔刚辨证运用。在使用柔和的手法时，并非用轻浮不实之力，即使施以刚强的手法，也绝非粗暴、死板之力。手法的运力应该是轻柔而扎实，刚强而灵巧。所以通俗言之，手法的柔和与否并非想当然的归纳为手法的用力大小，力量小的手法并非全是轻柔的手法，而力量大的手法也并非全是刚强、粗暴的手法，关键在于手法应用时的柔刚变化，即"柔中透刚，刚法柔使"。推拿科手法操作过程是手法基本技能的临床应用，也是手法柔刚交替、结合、转化和演变过程，在长期临床手法应用中，由于因人、因病、因部位及流派手法的不同而复杂多端，但仍有其一定的规律性，即"柔-刚-柔"三个阶段的操作规范，在手法操作的开始运用轻柔的手法，使患者之肌肤尽快适应手法的良性刺激，进而用较大刺激的手法，避免或减轻手法操作过程中产生的痛楚反应，给患者以舒适的感受，充分发挥手法的治疗效果。
2推拿手法柔和性的生物力学机制
2.1关于"柔和"的现代物理学概念《辞海》上曰："柔者，柔软，软弱；和者，和顺之意。"在现代物理学概念中，"柔和"可理解为"弹性模量"，它是指材料和物体在外力作用下产生变形的能力，若除去外力后，变形亦随即消失，恢复原有的形状和尺寸"(《辞海·物理学分册》)。变形的能力越大，柔性也越高，反之则相反。物体在受到的力的作用后，在物体的内部也产生了相应的内力，物理学上把这种物体内部单位面积上产生的力称为应力。手法的柔和性正与这种应力有关，因为手法归根到底是以力的形式作用于机体，在机体内部产生相应的内力，即应力。应力的分布以及应力的速度变化快慢，直接影响手法的柔和性。当然，手法的柔和性还与手法力的大小有关，下文中我们具体探讨。
2.2柔和性与弹性变形机体在遭受暴力和扭转力的作用，或者由于长期积累性的劳损而导致了软组织的损伤，软组织是由胶原组织(包括胶原纤维、弹性纤维和网状纤维)构成的高粘弹性体，它们能抵抗变形，亦能产生形变。软组织在损伤性外力的作用下，必定要发生形变，其内部亦相应的产生弹力，这是软组织形变所产生的一种反抗力，软组织产生形变后，由于机械力的作用，必然会导致组织液的渗出，继而粘连，产生无菌性炎症，笔者认为，这就是损伤的生物力学机制，而推拿手法的治疗正是恢复这种形变，也即消除无菌性炎症。软组织遭受不同程度的损伤性外力作用，而产生不同程度的形变，软组织内部也相应具备了方向与恢复软组织原状趋向一致的弹力，手法操作的力的大小正与这种弹力的大小有关。临床上，我们会观察到一些损伤轻微的病例，不经过任何的手法处理，或者经过1～2次的治疗，就能痊愈，正是因为这种弹力的自行恢复趋势。所以手法的柔和并不取决于刺激量的大小，前文中我们已经提出，轻浮无力并不是柔和，而刺激量大的手法也并非全是粗暴的手法，它是以获取疗效为前提的据症而施法。上述我们只从力量的大小论述手法的柔和性原则，手法作用于机体后，患者必然会产生酸、胀、麻、痛等反应，但手法的柔和原则要求手法"轻而不浮，重而不滞"，在手法取得临床疗效的前提下既能达到恢复形变所需的作用力，又能尽量减少病人的痛楚，同样力量的手法施于机体到底怎么样才能使患者更舒适呢?我们从生物力学的角度来分析其机理：
2.2.1应力的均匀分布：在日常生活中，也许我们都有这样一种体验；当我们长时间坐在硬板凳上时，臀部会产生酸胀感，而坐在沙发上时则这种感觉相应会减轻，这是因为当人坐在板凳上时臀部与板凳只是左右坐骨结节为支点接触，而人坐在沙发上时则会大大的增加接触面积，使重力作用所产生的内应力均匀的分布，故而会减少痛楚。同样，手法的作用也一样，我们以滚法为例，当我们以指掌关节为支点进行滚动时，病人就会酸楚，甚至会产生疼痛，这是因为这种方法操作时，医者的手与患者接触的面积小，应力集中于某一点(或某一条线)上，这样如果手法刺激量大，其相应的应力会更大，但人体各部分组织的塑变性是有一定限度的，所以应力再大，它使局部组织产生的形变也是有一定限度的，相反只会损伤局部组织，并且由于应力过大，患者会产生保护性的肌肉痉挛，更不利于手法的深透、形变的恢复。而当我们以小指指间关节为支点，进行腕关节的屈曲和前臂旋转运动时，并用紧滚慢移，相应的会增加手法的接触面积，而减少应力大小，并且使应力在患部均匀的分布，这样不仅有利于患部形变的恢复，还会使患者有舒适感。
2.2.2应力的变化速度快慢：我们知道，手法操作时，任何顶压和跳动的动作都是错误的操作方法，患者也会产生生硬、不适宜的感觉，其自然称不上为手法，更谈不上柔和。为什么顶压和跳动的手法会使患者产生不舒适的感觉呢?我们可以从应力的变化快慢来考虑，我们知道，软组织的强度随着载荷变化的速率增快而增强(这与骨组织相同)，当手法作用时，如应力(即载荷)变化的速度快，则软组织会产生较强的强度，这样容易使局部的软组织紧张、痉挛，不利于形变的恢复，顶压和跳动的动作都会使应力的变化速度加快，必定会产生上述情况。事实上，在临床上我们也会常常发现用这种手法或用大刺激量但作用周期短的手法，患者会有疼痛的感觉，且有保护性痉挛出现，但是应力的变化速度也是相对的，它是相对于某一种手法的频率而言，在这里我们不再阐述。
3小结推拿手法是推拿治病的关键之一，中医推拿历来重视手法在治疗中的作用。《内经》曾云："手毒者，可使试按龟于器下，而按其上，五十日死。手甘者，复生如故也。"在二千多年中医推拿的发展史中，古代医家早就认识到推拿手法的二重性--柔和性和深透性，提出了推拿手法的五个基本要求。手法的柔和性原则在推拿手法学中具有重要的地位，它对于指导手法学的理论研究和临床应用上都有重要的指导作用，对于归纳手法的性能属性，阐述手法技能的基本准则，概括手法操作的阶段和规程均有具体的指导作用。运用生物力学的理论研究手法，早在五十年代就有人对此作了大量的工作，并且对一些经典的手法作了专题研究，但是还少有对于手法普遍性原则的研究报道，本文从这个角度探讨了柔和性原则的内在机制。我认为：手法的柔和性与软组织的形变有密切的关系，它取决于手法的应力分布均匀性及应力变化的速度快慢。当然，本文只能运用生物力学的一些基本的原理和概念，但是运用生物力学的原理研究推拿手法及具推拿作用的基本原理等方面，以指导推拿学的发展，将存在着美好的前景。例如本文关于柔和与弹性形变，能否客观化地表述损伤后的形变程度及状况，以便更省力而又能提高手法运用的疗效，这些都将需作进一步的研究。本文也是以此点出发，旨在使更多的推拿医生从多种途径研究、探讨手法，使推拿学的研究出现新的局面。
参 考 文 献
［1］VICOR H.FRANKEL，等主编.黄庆森等译.骨骼系统基本生物力学.天津：科技出版社.
［2］曹仁发主编.推拿手法学.上海：上海中医学院出版社.
［3］李业甫主编.中国推拿手法.上海：上海中医学院出版社.
网球发球技术的生物力学分析 篇7
1、抛球技术的相关研究
在准备动作的基础上, 用大拇指、食指以及中指指肚的位置将球托住, 无名指和小指辅助球的右侧后方, 持球手由下向上缓缓的将球托起, 并在眼睛附近的高度将手伸展, 手臂继续的向上伸展, 直到手臂伸直为止。抛球的位置应该在一点钟的方向, 不同的击球技术, 对待抛球位置也有所不同, 抛球的最低高度, 应该保证持拍手臂是伸直的状态下, 不宜过高, 太高导致球下降的速度加快, 不宜正确的击打来球。优秀运动员的抛球落差在50cm左右, 有些甚至在20cm, 国际优秀运动员的击球点高度是身高的1.50倍。
2、挥拍击球技术的相关研究
下肢快速有力的蹬伸、髋部的转动以及手臂内旋等技术动作共同构成了网球技术的击打动作, 技术动作之间的有效衔接和适度的屈伸也是影响击球动作质量的主要因素。
2.1、膝关节的动作特征
下肢的膝关节运动是网球发力的起点, 适当的膝关节屈曲的有利于储备弹性势能, 膝关节屈曲的太大或太小都不能产生最佳的蹬地力量。下肢蹬地力量是整个网球发力的源泉, 使力量依次从下向上进行传递。下肢的蹬伸运动, 也有利于躯干的向上运动, 并对上肢产生一定的超越现象, 这种超越有利于增加球拍的运行轨迹, 增加击球的力量和速度。从生物力学分析, 认为发球技术动作属于一个协调链。发球所产生的力量并不是单单依靠躯干和手臂的爆发力, 而是将力量有序的链接起来, 膝关节的适度屈伸是发球技术动作传导的开始, 并将其力量传递到整个链条系。
2.2、髋部的动作特征
髋是整个用力加速过程的枢纽, 能将下肢蹬伸产生的线动量转换为躯干角动量, 保证了击球瞬间身体仍处于上升状态, 躯干的转动对于保持身体的平衡也起到一定的作用。同时髋轴在下肢力量作用下向前旋转, 躯干在髋关节处伸展, 增大躯干背弓弧度。这些动作都有利于上臂击球的鞭打动作。
2.3、挥拍臂的内旋动作特征
当扭转躯干和肩以及髋轴用力发力时, 身体有一个明显向内旋转的状态, 这样大幅度的扭转会对击球造成一定的困难, 很难把握住球拍的运动方向, 这时就需要手臂产生一个与躯干和髋轴相反的力量, 使手臂有一个内旋的动作, 来抵制身体动作产生方向上的偏差, 在当今的网球发球技术中, 躯干和肩轴都有明显的转动动作, 因此挥拍臂在击球前瞬间的内旋动作已成为必不可少的技术环节。
2.4、屈肘和抖腕动作特征
在击球时, 有效的屈肘和抖腕技术动作能起到很好的加速作用。抖腕可以使腕关节速度有明显差异。但是屈肘和抖腕的动作幅度不宜过大, 大幅度的屈肘和抖腕技术动作会使球的下降的速度过快, 容易造成下网, 导致失误。同时在球拍向前挥时, 手腕应该处于竖起的状态, 在击球时刻, 持拍的手腕带动小臂有一个向内击打的动作, 这也是发力的重要环节。这一阶段的适度紧张, 可以使力量传到球拍上, 增加击球的球速, 使击球质量得到提高。从运动系统角度看, 主要是各关节起动的早、晚, 和主动肌、对抗肌收缩的顺序、时间是否协调。腕关节的运动, 应该先是屈腕肌快速用力屈腕, 速度达到最大后, 伸腕肌用力, 形成制动, 最终将力量作用于球拍之上, 提高球速。
3、跟进动作技术的相关研究
发球后人体的重心有向前的转移, 特别是上体有向前屈的趋势, 迈下肢向前的一种自然动作, 这样做的目的可以使身体的力量作用在球的上面, 更好的增加击球效果, 同时向前跟进, 也可以很好的跟上网技术结合起来, 减少了随球上网的时间, 能够更好的来到网前。占取有利的位置。用力学观点来阐述随挥技术动作的意义:由牛顿力学定理可知, 球拍作用于球上的力F与作用的时间t的乘积称为冲量。球的冲量表达为:F·t=mv-mv。 (m为球的质量, V为球的初速度, V为t时刻球的速度) 在发球时, 球在垂直下落时被球拍打中的, 这时球在最高点时没有速度, 处于静止状态, 初速度为0, 所以得出:F·t=mv, 表明球拍在拍子上停留的时间越长, 球的速度V也会越快 (m为常量) 。
结论:在发球技术动作中, 我们不仅要把每一个关键的技术环节做好, 做的到位, 同时还要将各个环节有效的链接起来, 使之成为一个整体。即整个发球动作要协调、连贯。从生物力学分析, 我们应该把整个的发球过程看成是一个生物运动协调链, 很多人发球发不好的问题就出在有的链条断了, 不连续, 不协调, 这是一环扣一环很连续的动作, 最后才能为加速击球做准备, 整个发球的发力过程为下肢的蹬伸→转髋→转体→上肢手臂的挥动→手腕的旋内→随挥动作。发球的时候适当的放松对于提高发球的效率也起到了积极的作用。
参考文献
[1]杨沛, 滑勇.浅谈网球发球技术动作[J].成功 (教育) , 2009, (06) .[1]杨沛, 滑勇.浅谈网球发球技术动作[J].成功 (教育) , 2009, (06) .
[2]刘卉.网球大力发球技术的运动生物力学原理[J].北京体育大学学报, 2000:23.[2]刘卉.网球大力发球技术的运动生物力学原理[J].北京体育大学学报, 2000:23.
[3]陈万军, 郭开强, 邢哓圆, 焦雪华.优秀网球运动员发球技术特征分析[J].湖北体育科技, 2006, (05) .[3]陈万军, 郭开强, 邢哓圆, 焦雪华.优秀网球运动员发球技术特征分析[J].湖北体育科技, 2006, (05) .
生物力学论文 篇8
关键词：扒地,相对速度,前蹬阻力
0 引言
短跑运动, 是最古老的体育运动及竞技项目之一, 亦是衡量一个国家体育水平的重要指标。被誉为一切体育运动项目基础的短跑, 对其动作技术的研究在我国具有较实际的研究价值。在平时的教学与训练中要注重短跑动作技术的教学, 纠正错误的动作技术, 促成正确的技术, 以便更好、更快的提高运动员的运动成绩。理想的“扒地”动作技术可使运动员跑动时既加大了步幅又加快步频。因此, 我们应该对“扒地式”短跑的动作及技术原理进行一些有益的探讨和研究。
1 研究方法
1.1 文献资料法:
查阅有关文件, 研究论文。
1.2 生物力学分析法:
从运动学、动力学和转动力学对扒地式跑进行生物力学分析
2 为什么短跑要强调“扒地式”动作技术
跑的着地支撑可分为前蹬、垂直支撑和后蹬3个阶段, 如图1所示。前蹬过程, 脚的支撑点在身体质心投影点前方, 地面对人的作用力起减速作用。若步幅大, 前蹬阻力就可能大, 必然影响人体跑动的连贯性, 且要消耗更多的能量, 不能取得应取的成绩。有研究资料前支撑表明, 若着地缓冲时, 脚尖落在身体质心投影点前7cm, 就会产生“杀车”现象。若步幅过大, 三步并两步跑, “杀车”现象就严重, 要消耗更多的能量, 易疲劳, 所以跑的不快。后蹬过程, 脚的支撑点在身体质心投影点后方, 地面对人的作用力起加速作用。地面对人的作用力是人体向前跑动的主动力。
跑的速度大小等于步长与步频的乘积。通常到了青年时期步频增长几乎到了顶点, 速度的提高主要靠步长的加大, 也就是说短跑成绩的提高主要靠步长的加大。步频太快有2个毛病:1) 腿拉不开, 即腿还未抬到一定高度就得开始下压前蹬, 影响步幅的加大;2) 步频快, 肌肉收缩的频率快, 肌肉容易疲劳。所以如何实现加大步幅的同时又能减少前蹬阻力是短跑训练的重要课题。
在短跑过程中, 运动员在脚着地前蹬时主动伸髋伸小腿, 并压大腿带动小腿和脚的扒地动作, 可减少前蹬阻力, 加大跑动步幅的同时, 使动作连贯, 且消耗较少能量。
3 短跑“扒地”动作技术的力学分析
理想的“扒地”动作要求运动员下肢各关节及使各关节运动的肌群具有好的协调放松能力, 在小腿自然而积极的后摆时, 要压大腿伸小腿, 大腿带动小腿和脚扒地, 这是取得成功G的一个重要因素。理想的“扒地”技术体现在腾空时, 运动员主动N压大腿伸小腿, 大F腿带动小f腿和脚扒的动作。理想的“F扒地”技术的优越性主要体现在支撑时, 能有效地减小前蹬制动阻力并缩短支撑时间, 以加大步幅的同时加f快步频, 使跑动动作快速连贯。若过于追求“扒地”, 即小腿后摆过快, 虽可减小前蹬制动阻力, 但脚会过F早着地, 加快了步频却缩短V了步长;若小腿过于前甩, 虽可增加腾空时间增大步幅, 但脚前蹬着地时会加大前蹬制动阻力, 加加大了步幅却减少了步频。理想的“扒地”动作技术体现在落地时加大了步幅的同时加快步频的运动效果。因此, 运动员应加强腾空时主动压大腿伸小腿, 大腿带动小腿和积极脚扒的动作训练。
4结论
1) 理想的“扒地”动作要求运动员下肢各关节及使各关节运动的肌群具有好的协调放松能力, 在小腿自然而积极的后摆时, 要积极下压大腿伸小腿, 大腿带动小腿和脚扒地, 这是取得成功的一个重要因素。理想的“扒地”技术体现在腾空时, 运动员主动压大腿伸小腿, 大腿带动小腿和脚扒的动作。理想的“扒地”技术的优越性主要体现在支撑时, 能有效地减小前蹬制动阻力并缩短支撑时间, 在加大步幅的同时加快步频, 使跑动动作快速连贯。若过于追求“扒地”, 即小腿后摆过快, 虽可减小前蹬制动阻力, 但脚会过早着地, 加快了步频却缩短了步长;若小腿过于前甩, 虽可增加腾空时间增大步幅, 但脚前蹬着地时会加大前蹬制动阻力, 加大了步幅却减少了步频。理想的“扒地”动作技术体现在落地时加大了步幅的同时加快步频的运动效果。因此, 运动员应加强腾空时主动压大腿伸小腿, 大腿带动小腿和积极脚扒的动作训练。只有有机的结合好步频与步幅的关系才能充分的提高运动员的训练水平在比赛中取得优异的成绩从而获得成功, 达到奋斗的目标。
2) 错误的技术动作是不可取的, 而且是万万不敢要的它不仅影响运动员训练成绩的提高, 而且还大大提高了运动损伤发生的机率。因此, 在教学与训练中应特别注重促成正确技术的掌握, 特别是在教学与训练的初期。
3) 扒地式技术的专门练习, 在训练中不能与跑的技术脱节, 否则达不到预期的目标。任何运动技术教学都要符合动作的合理性和动作的经济性。扒地式技术完全符合以上的两点要求。
参考文献
[1]李建设.短跑“扒地式”落地技术的力学分析[J].浙江体育科学, 1985 (4) :33-34.
[2]冯国伟.跨栏跑起跨腿技术训练初探—重视起跨腿下压扒地技术的训练[J].田径, 2004 (6) :20-21.
口腔种植义齿生物力学研究进展 篇9
关键词：种植体,生物力学,表面涂层,即刻负载
人工种植牙与传统固定、可摘修复相比,有着其独特的优越性:舒适,美观,耐用,不损伤邻牙等,更加符合患者的生理及美观要求,目前,已被广泛应用于牙列缺损和缺失的修复治疗。但是,个别病例早期或远期的失败亦是无法避免,这与生物力学因素紧密相关。一个成功的种植体要与骨组织直接接触,形成良好的生物力学相容性。所以,近年来许多学者将研究重点致力于此,从各个方面进行分析,如:种植体形态,颌骨骨质,种植临床设计,种植体表面处理等。方法多采用二维、三维有限元以及光弹分析。
1 种植体自身
1.1 种植体材料
早期种植体多采用鈷铬合金,但其与骨的结合形成纤维-骨性界面。后来随着骨结合理论的提出,钛种植体由于弹性模量与骨组织相近,具有良好的生物学相容性,得到了广泛应用,并且经受住了时间的考验,目前临床应用的种植体中钛质种植体为主流。近年来,一些学者尝试用生物陶瓷作为种植材料,其中氧化锆陶瓷因其优良的强度、韧性和生物相容性,得到了研究者的青睐,其细胞培养与动物实验表明成骨细胞在氧化锆种植体表面直接接触,种植体-骨结合界面稳定[1,2]。但其长期的临床应用效果尚需试验证明。
1.2 种植体表面结构
尽管钛种植体临床应用已经很成熟,但是其表面处理一直是学术界关注的焦点。目前一致观点认为粗糙的种植体表面有利于新骨生长,且粗糙度存在一个适宜的范围,使得种植体-骨结合界面能够发挥良好的生物力学性能。刘长虹[3]认为粗糙度在10nm~10μm时,其数量级恰为及细胞大小,有利于大分子和细胞的黏附。目前粗糙表面处理方法有喷砂技术、涂层表面处理技术等。刘慧颖等[4]用氟离子注入钛表面改性,发现含氟的钛表面改性层可促进成骨细胞黏着斑的形成。覆盖有羟基磷灰石(HA)涂层的钛种植体植入狗股骨中,进行生物力学测试,表明HA涂层可以显著提高骨组织与种植体的界面结合强度[5]。然而亦有学者指出,HA属于非金属陶瓷结构,其和金属钛种植体之间本身就存在界面结合问题。研究者发现TiO2涂层化学组成上与钛基底相似,随着纳米材料优势的体现,学者们开始将目光转向纳米级TiO2涂层。贺刚等[6]用在钛表面构建了纳米级TiO2涂层,发现纳米级TiO2涂层具有良好的晶体结构和均匀的纳米级表面形貌,与钛基底结合牢固,体外成骨细胞培养显示其具有良好的生物活性。
1.3 种植体大小
种植体长度和直径对骨界面应力分布有着重要的影响,大部分学者们认为,随种植体尺寸增大,骨内应力明显降低,至于具体是种植体长度还是直径对界面应力分布影响大,尚未统一意见[7,8]。原则上在骨量足够、不损伤神经的前提下,特别是后牙区,还是尽量选择尺寸相对较大的种植体,增加种植体表面积提高种植体初期稳定性,提高种植牙的承载能力。
2 即刻负载
传统种植理论要求种植体植入后需要有3~6个月无负重愈合期,以便产生稳定的骨结合。而即刻负载理论认为,种植体早期负重可刺激应力集中区新骨形成,临床上以便及时满足患者的美观和咀嚼要求。选择即刻负载之前,应充分评估受植区的周围骨密度,II级、III级骨合适,同时要保证在骨愈合初期种植体微动在可接受范围之内,多单位种植义齿应尽量采用夹板修复方式,分散应力,减少微动,降低过载的风险[9]。植入扭矩>30~35 Ncm通常被认为是有良好的初期稳定性,是即刻负载的条件[10]。丁熙等[11]通过建立下颌骨三维有限元模型,分析不同直径种植体对即刻负载种植体骨界面应力应变的影响,得出采用即刻负载技术的螺纹种植体大小至少要4.1mm×10mm以上,而且要尽量避免受到非轴向力。帅李娅等通过对23例已行种植体即刻负载患者随访1~6年,发现临床成功率为97.96%,从而认为即刻负载具备可行性,指出病例的选择应为牙槽嵴丰满的中青年患者,以确保种植体周围有足够的骨壁来实现种植体的初期稳定性[12]。
3 适应证选择
种植手术的成功除了依赖良好的种植材料与医生的临床技术,也很大程度上取决于适应证的选择。下面将就颌骨骨质和糖尿病两方面进行探讨。
3.1 颌骨骨质对骨界面应力的影响
种植区域牙槽骨的骨密度与骨宽度与弹性模量直接相关,因此骨质对于种植体的骨整合和稳定性具有非常重要的意义。应用三维有限元法,研究不同厚度的骨皮质对种植体骨界面应力分布的影响,发现随着骨皮质厚度的增加,种植体骨界面骨皮质内的应力逐步减小,认为种植区骨皮质厚度至少应≥2mm,以保证其生物力学的相容[13]。
3.2 糖尿病
现代社会,糖尿病是一种常见病和多发病,对于糖尿病患者的缺失牙可否行种植义齿修复,存在着争议。部分研究者认为糖尿病患者在血糖控制良好的条件下,可接受牙种植术,亦有研究者表示,糖尿病影响了种植体与周围骨组织形成骨结合,表现为种植体周围骨形成减少且愈合延迟等[14,15]。目前国内外对糖尿病患者的人工牙种植修复治疗的研究虽然获得了一定的进展,但尚处于起步阶段,许多具体机制并不明了,因此对于糖尿病患者的种植修复治疗必须持谨慎态度。
4 天然牙-种植体联合固定桥
天然牙齿存在牙周膜,故在生理状态下有一定的动度,而牙种植体与骨是刚性结合,组织结构的差异决定了它们在力学性能上的不同。目前,国内外学者关于是否将天然牙-种植体共同支持式固定义齿作为一种修复方式的问题仍存在争议,而且争议的焦点主要集中在生物力学相容性的问题上,具体表现在载荷强度,基牙分布,桥体长度以及连接方式等[16,17]。
5 总结与展望
生物力学论文 篇10
关键词：北京,射箭,运动生物力学,测试,分析
1 前言
射箭是一项非周期性、非对称性的技能类运动,运动员的技术能力对比赛成绩有着直接的影响,射箭技术动作包含许多方面的环节,某一环节出现问题都将对整个动作的完成质量产生影响。目前在射箭运动训练过程中,对运动员技术动作的反馈,主要依靠教练员的经验以及运动员自我感受对技术动作进行评定,属于主观、定性评价。射箭动作看似简单,其实不然。射箭时,运动员身体各部分的位移变化非常小,技术动作环环相扣而且肌肉用力复杂。主观、定性的评价方法,已经很难满足训练要求。
选用先进的运动生物力学仪器特别是肌电测试系统对北京市射箭队运动员进行多方位的测试。分析射箭过程中肌电的活动情况,了解与研究射箭运动员肌肉用力大小与各部位肌肉的协作关系,以便对技术动作进行研究。
2 研究对象和方法
2.1 研究对象
北京市射箭队运动员12人。
2.2 研究方法
2.2.1 肌电测试
肌电测试系统,研究射箭运动员肌肉用力大小与各部位肌肉的协作关系,对分析射箭运动员的技术动作是否达到规范提供依据。
2.2.2 数理统计
对访谈、问卷调查和实验所获得的数据采用spss15.0软件统计包和Miscrosoft Office Excel 2007进行统计处理。
3 研究结果
3.1 拉弓臂指浅屈肌
图1为韩国射箭运动员肌电趋势图(引自Kisik Lee《TOTAL ARCHERY》),是韩国射箭理论推荐技术与常见技术拉弓臂指浅屈肌肌电趋势比较,通过分析我们可以发现,推荐技术在举弓阶段拉弓臂指浅屈肌开始紧张,在开弓以及固势阶段肌电幅值上升较快,但强度较小,而且下降的趋势也比较平缓,但撒放瞬间急速下降。而常见技术在开弓与固势阶段,肌电幅值上升强度较大,而且撒放瞬间并没有立即下降。这样就可看出,用推荐技术发射时,钩弦指的紧张程度要小得多,它将使撒放更为干净利落,减少运动员动作的变型。
分析参加测试射箭运动员拉弓臂指浅屈肌肌电趋势图发现两种变化类型:图2为第一种类型(5人),开弓阶段肌电幅值不断增加直到撒放动作后急剧下降。表明从开弓到撒放拉弓臂指浅屈肌持续紧张,虽然肌电幅值在撒放后急剧下降,这是被动的下降,不是主动的放松。从整个动作过程角度讲这一类型运动员射箭技术动作不合理,动作僵硬、不协调。图3为第二种类型(7人),举弓环节拉弓臂指浅屈肌紧张程度不断增加,开弓环节有所下降但在撒放前又开始紧张,撒放后肌电幅值下降缓慢,这表明撒放动作依然是在紧张的情况下完成的。拉弓臂指浅屈肌的放松对于撒放动作具有重要的作用。钩弦手拉弓臂指浅屈肌快速放松最有利与弓弦的回弹。开始撒放动作后,“当指间关节大约90度时,弓弦开始从钩弦指上滑移,约伸展到105-120度时,弓弦离开指尖,动作过程约15毫秒……在撒放过程中,弓弦并非沿发射线的方向移动,实际上弓弦是沿着尚处于屈曲状态的钩弦手指指面滑移的是向左前方移动的”。由此可见,钩弦手指放松迅速越彻底,弓弦在指面上摩擦就越轻,射箭也越短,“离手角度”(弓弦向左前方滑移与箭的发射线方向形成的夹角)就越小。这时,手指对弓弦的影响是最小的,有利于弓弦回弹的速度、稳定性以及推动箭飞行的稳定性。反之撒放时若勾弦手指不能迅速放松,就会与弓弦在指面上发生强烈摩擦。同时“离手角度”加大,使弓弦回弹的“S”形轨迹也相应加大,导致弓弦稳定性降低而影响箭的直线飞行,并且很容易导致“打臂”现象发生,危害极大。
3.2 拉弓臂三角肌后部
图4是韩国射箭理论推荐技术与常见技术拉弓臂三角后部肌电趋势图比较,通过分析我们可以发现,推荐技术从开弓动作开始,拉弓臂三角肌后部肌电幅值快速的增加,强度较大,而且在波峰持续时间较长,从波峰下降速度较快,“坡度”较陡。由此我们可以判定,拉弓臂三角肌后部是开弓动作的原动肌。与常见技术相比,在开弓阶段肌肉参与做功较早,不但强度大而且下降速度快,背肌用力特点明显。
分析参加测试射箭运动员拉弓臂三角肌后部肌电趋势图,发现三种类型:图5为第一种类型(2人),拉弓臂三角肌后部肌电幅值举弓阶段增长趋势不明显,从开弓阶段开始快速增长,然后开始缓慢回落,值得注意的是撒放后又出现一次小的波峰。图6为第二种类型(7人),拉弓臂三角肌后部肌电幅值从举弓阶段就开始缓慢增长,开弓阶段增长的速度明显加快直到顶峰开始急剧的下落,下落到最低点并以这种状态完成撒放动作。这种类似的测试运动员最多,占到60%多。这种肌电趋势图表明测试运动员的拉弓臂三角肌力量非常差,尤其是力量耐力。射箭技术动作从运动生物力学以及解剖学角度分析,拉弓动作是上臂做内旋后伸,同时肩胛骨做内收动作靠近脊柱。三角肌后部在近固定时可使上臂后伸,相对于其他同等功能的肌肉(背阔肌、斜方肌)又具有较大力量,所以在开弓阶段三角肌后部应该承担最大的负荷,这一点通过韩国肌电图也可以得到验证。图7为第三种类型(3人),拉弓臂三角肌后部肌电幅值从开弓阶段缓慢增长,这种趋势持续到撒放动作开始快速拉升,撒放后急剧下降,在动作暂留阶段还非常紧张。这种类型肌电趋势图表明三角肌后部持续紧张直到撒放,背肌用力不明显,技术动作不合理。
3.3 拉弓臂斜方肌中部
图8是韩国射箭理论推荐技术与常见技术拉弓臂斜方肌中部肌电趋势图比较,推荐技术拉弓臂斜方肌中部从开弓到撒放阶段肌电趋势比较平缓,而且强度较低。总体分析激活水平较低,因此全面的紧张程度较低。
分析参加测试射箭运动员拉弓臂斜方肌中部肌电趋势图,发现两种类型:图9为第一种类型(6人),从开弓阶段开始持续缓慢增长,从开弓动作的不断加大,拉弓臂斜方肌中部激活水平也在不断加大,直至撒放前开始下降。图10为第二种类型(6人),从开弓阶段肌电幅值开始增长,并且强度大,峰值较早出现,然后呈快速开始回落趋势。与韩国肌电趋势图相比这两种肌电趋势图共同特征是,肌肉参与做功的强度大,表明在这种动作技术中斜方肌中部是主要肌肉。
3.4 拉弓臂斜方肌后部
图11是韩国射箭理论推荐的技术与常见的技术拉弓臂斜方肌下部部肌电趋势图比较,从举弓到开弓动作,更强有力的拉弓臂斜方肌下部更多和更早地参与了工作。在通过信号片的关键的推弓阶段,紧张程度快速提高。撒放后这种状况急剧地延续,表明撒放后的结束动作正确。
分析参加测试射箭运动员拉弓臂斜方肌下部肌电趋势图发现两种类型:图12为第一种类型(5人),从开弓阶段肌电幅值开始快速增长,短时间内达到峰值并开始急剧下落。图13为第二种类型(7人),也是从开弓阶段肌电幅值开始增长,直到持续加力阶段开始出现峰值,峰值的出现时间比第一种类型晚。但两种类型只是在峰值出现的时间有所区别,与韩国肌电趋势相比有两点不同:一是肌电幅值的不同,测试运动员肌电幅值比较低,也就是说激活程度较低。第二是撒放动作结束后没有出现更高的峰值。撒放后的结束动作实际上是撒放的一部分,而且不是一个分开的动作,撒放后合理的紧张状态需控制一两秒钟。在撒放后的整个结束动作中,连续地挤压肩胛骨将产生一种更好的肩背肌紧张感。
4 结论与建议
综合分析拉弓臂斜方肌中部及下部肌电趋势图,可以发现韩国斜方肌中部肌电幅值较小,整体趋势比较平缓,表明肌肉激活程度不高。而斜方肌下部肌电幅值大,且更早的出现峰值,表明肌肉激活程度高。能够体现韩国射箭“背肌发力”的特点。所谓背肌发力是使肩胛骨向脊椎移动,使肩胛骨成为非常重要的关键部位。而且在背肌发力的过程中使用斜方肌的下部也是非常重要的,因为斜方肌的下部收缩能够产生很强的力,同时由于使用斜方肌的下部,肩胛骨就容易固定。由于开弓时使用了斜方肌的下部,斜方肌的上部和中部就会相对放松,撒放动作就会更加固定。
与韩国拉弓臂斜方肌中部及下部肌电趋势图比较,发现测试射箭运动员斜方肌中部的激活水平高,肌电幅值的变化幅度大,而斜方肌下部整体趋势以及肌电幅值的变化都不如斜方肌中部明显。这也与我国的射箭训练理论有着直接的关系,我国射箭训练理论认为“开弓时,拉弓臂的斜方肌中部及菱形肌,必须以强力的加固性收缩,保证肩胛骨固定在合理的位置。”而且我国射箭训练理论强调“直线用力”,直线用力是指持弓臂向用力方向(靶心方向)前撑和拉弓臂靠后背肌群(主要是菱形肌和斜方肌中部)的积极牵引向相反的方向运动,从而形成了两个力量相等、方向相反,并作用在一条直线上的力。从这种细节我们就能发现两国有关射箭训练理论以及对射箭运动的认识是有所不同的,究竟哪种理论更合理,还需要大量的实证研究予以证明。
参考文献
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[2]Brook,G.et al.(2000).Exercise physiology:Human bioenergetics and Its applecations.Mountin CA:Mayfield,Mountain View.
[3]徐开才.中国体育教练员岗位培训教材-射箭[M].北京:人民体育出版社,2001.
[4]李晓宇.韩国射箭运动强大的秘密和基本因素[J].日本射箭杂志,1995(11):40.
[5]朴敬来.举弓动作和肩胛骨[J].中国射击射箭,2005,(1):22-25.
[6]郭蓓.射箭项目制胜规律探讨[J].体育科研,2006,27(4):64-74.
生物力学论文 篇11
[关键词]咏春拳；撑掌；上肢三关节；角度；运动学
实验法：实验选取测试的角度
左肩胸角：左肘与左肩连线—左肩与右肩连线之间的夹角
左肩角：左肘与左肩连线—左肩与左髓连线之间的夹角
左肘角：左腕与左肘连线—左肘与左肩连线之间的夹角
左腕角：左手与左腕连线—左腕与左肘连线之间的夹角
咏春拳的发力分为长桥发力和短桥发力，所谓‘‘桥’’即指前臂。肘部伸展使桥手到达身体的远端即长桥；肘部保持弯曲，桥手在身体近侧运动叫短桥。无论长桥或短桥均需练习”肘底力”，所撑掌也不例外。撑掌平时应用可以与日字冲拳封挡直拳同时进行连消带打，在发劲情况下可以做到守中用中，连消带打原理，同时单一出撑掌也可以逼退敌手，对其重心施加压力。
一、咏春拳撑掌运动学结果与分析
1.咏春拳撑掌关节角度变化与特征
咏春拳撑掌以腰马劲力催发到二桐手（上臂）再到前锋手（前臂），最后注力于掌心，动作不需要转马与转腰，基本只有上身做动作。这个过程中主要活动位置是上三关（肩、肘、腕），下三关（髋、膝、踝）位置略用，至于给关节速度变化特征与重心位移变化。我们通过运动学分析软件对撑掌关节角度变化与特征与咏春拳拳决结合进行一一叙述。
（1）撑掌肩关节运动特征
从测试得出的数据显示，左肩关节角度由小到大，出掌时候肩关节离身体幅度最大。当准备期两拳拳放置在自己身体的第五根肋骨下一寸的准备期左肩关节度为58.615°， 出掌时掌心朝胸内为竖指立腕，掌心向45°斜前方击出，斜45°角切入可以减低接触受力面积摩擦力等起到卸力作用。在胸部边缘出时，左二桐手（左上臂）左肩关节角度由大变小，因为握拳曲肘时候肩关节是负角度，当0.325秒左右上臂与躯干基本重合角度接近0，之后撑掌打出时候左上臂基本贴着左躯干时候最小值为17.95°，撑掌完成时候为最大值66.684°。左撑掌肩关节角到达最大值时是击打力点最大的时候，手掌位置与胸齐时，可以防御直拳或在柔道防御立技进攻时候防止对方抓衣襟。守中用中原理不但在咏春拳在柔道里面也是合理的。“守中用中”原则即咏春“问手”时守住人体中线，基本要求是手、肘向中线靠拢，守住自己的中线，不仅能保护自己的要害，让对手无法反击同时也为自己攻击对手的中线创造了有利的经济条件。为了确定测试者是否能做到这点，本研究以左肩胸夹角来确定受试者左臂是否“守中”。
在测试者准备期，双拳置于胸部略下一寸，双拳不能贴着身体，肘内夹，所以左肩胸角会产生最小值17.95°，当出掌是握拳立即立腕竖掌击打出去， 左肩胸关节达到最大值191.708°，此时撑掌打击力度也是最大。
从测试者左肩胸夹角可以看到，其最小右肩胸夹角出现在0.1543 s，为18.492°，此时左臂向身体中线靠得最近。最大右肩胸夹角出现在0.329s，为67.58°，此时左臂离身体中线最远。最大与最小夹角相差49.09度，左肩胸夹角的均值为36.8327。所以测试者胸角整个动作过程中处于一个动态的变化之中。
咏春拳除了要求埋肘，埋肘好处作者归纳两点一、保护上体两肋要害，二、不论离桥还是黏手在使用扣手与捺内帘手防守的时候埋肘，肘子可以贴着上体借助骨架的支撑力发劲，好像跆拳道比赛垂臂保护甲两肋位置一样可见埋肘的重要性。咏春拳防守时要求“不动肘”，即肘关节靠近身体中线，以肘关节为轴，利用前臂防护身体各个要害，这也是“守中用中”原则的应用，因此本研究以右肩角来考察右臂是否贴近身体，来检验受试者咏春拳水平。由于肩关节是三轴型关节，关节不同的运动时，分别对垂直轴、矢状轴、额状轴产生力矩，在做撑掌时，要贴着躯干边缘出掌，这就要肩关节向内夹，上臂对矢状轴产生力矩，同时向前冲掌，上臂屈伸，对额状轴产生力矩，所以，对右肩角进行分析时，需结合右肩胸角进行分析。
左肩胸夹角从测试的数据得出，由出掌前静止到击打到中线处，左肩胸夹角越来越小。证明左肩关节越来越贴近中线，所以角度必定减少。当数据越来越大时候，上臂比现代搏击出拳更接近于身体，充分做到守中用中，连消带打的作用。
（2）撑掌肘关节运动特征
不动肘原理，以肘子为中心，归肘以肘底为发力点，撑掌打出后肘关节角度由最小值向最大值改变，最小值为握拳准备时，最大值为出掌时，撑掌力量达到峰值时候为最大值156.459°，出掌时候以肘带腕，俗称说“肘底力”。
（3）撑掌腕关节角度特征
腕关节是撑掌发劲运力的最后一个关节，最小值与最大值之间的相差70.143，说明在整个撑掌过程中左腕关节的变化很明显，这不同于我们平常所见的搏击拳法，在出掌过程中腕关节要求一直保持竖腕立掌。当最小值16.789。
二、结论
当咏春拳发劲时候，通过左肩胸角与左肩角确定撑掌有没有做到守中用中，当撑掌出击时可以为后手创做机会也可以同时出拳。肩关节、肘关节与腕关节变化角度特征依次递减也是咏春拳师傅常说的三关发劲大关节大动量原因，关节角度变化越大力量传递也是越大。
参考文献：
[1]Hooper DM， Morrisey MC， Drechsler W， Morrissey D， King J. Open and Closed Kinetic Chain Exercises in the Early Period After Anterior Cruciate Ligament Reconstruction. Am J Sport Med， 2016； 29： 167-174.
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牡丹江师范学院研究生学术科技创新重点项目项目号：yjsxscx2015-08mdjnu
生物力学论文 篇12
运动鞋鞋底结构一般包括外底和中底, 外底的功能一是保护脚底, 使其不受地面利物的损伤;二是起到制动、防滑等多种作用来满足不同项目的特定要求。常用的运动鞋外底材料有全 (橡) 胶、全塑 (料) 、橡塑并用及聚氨酯等。中底主要的作用是减震、存储能量以及能量的返还。
网球鞋鞋底除了具有一般运动鞋底的功能外, 还应有自己的独特性能, 主要表现在底部件的设计上。从网球运动特性可知, 网球鞋外底前掌是主要受力部位, 应有很好的制动效果, 其外底花纹在左右和前后方向要有较强的抗滑移能力, 后跟部位也要有必要的防滑效果, 以避免运动中的重心不稳, 影响运动成绩, 达不到运动保护的目的。另外, 网球运动过程中有较多的迅速止滑运动, 鞋外底花纹与地面摩擦后, 纹峰易磨损, 摩擦系数降低, 止滑性减弱。因此, 耐磨也就成了防滑的前提。要求鞋底前掌外侧和后跟部位耐磨性好。另外, 在侧身击球时, 要求鞋具有良好的翻转控制功能。
从功能方面, 由于网球运动场地大, 运动员跑动距离长, 在一场比赛中需要3~400次的能量释放, 特别是运动员从静止状态或制动后的爆发式启动, 更需要运动员满负荷的能量释放。所以, 专业网球鞋的弹性、即能量回归的功能显得尤为重要, 运动鞋释放出的反作用力能为穿用者节省更多的体力。另外, 高强度的步法移动和跳跃势必给运动员膝、踝关节带来冲击, 要求鞋底前尖和后跟部位硬度小一些。因此, 网球鞋的减震功能也是设计者必须考虑的。
鞋的质量大小亦对运动成绩产生影响。鞋是人体本身以外的附加体, 鞋的质量越大, 在运动全过程中消耗的能量累积效应也越大。假设跑动的距离为s, 每只鞋的质量为m, 则人体在每只跑鞋上所消耗的能量约为1.5 mgs (J) 。这表明随着距离的增大, 其能量积累效应也将越来越明显[1]。鞋子每增加0.1 kg质量, 人体需要多消耗约1%的能量[2]。由于网球运动强度大, 运动员体能消耗较大, 要求尽量减少体重外的负荷, 鞋成了主要考虑因素, 要在确保牢固的前提下减小鞋底及整鞋的重量。
网球运动中足部有一定的屈挠和弯曲, 是网球鞋的底部件易达到疲劳极限, 易在外表层产生细小裂纹, 最终导致底部断裂, 所以网球鞋的耐屈挠性很重要。网球鞋前跷较低的设计, 可使人体具有较好的稳定性。
网球鞋鞋底的总体设计要求是耐磨、耐屈挠、止滑性、减震性、弹性好, 稳定性好, 质轻。而防滑性和弹性 (能量回归) 是对专业网球鞋鞋底最重要、最基本的性能要求, 也是本研究从生物力学角度所要探讨的问题。
2 实验研究
2.1 大底止滑性实验
2.1.1 实验原理
运动鞋的止滑性能是指在人运动过程中鞋底的防滑性, 其值可以用鞋底与运动场地面的动摩擦系数和静摩擦系数的大小来表示, 摩擦系数越大, 止滑性能越好。因此在研究鞋底止滑性能的大小时, 采取的方法一般都是利用各种摩擦力测试仪测量实验鞋底在定的垂直压力下, 以一定的速度在实验路面上滑动时所产生的摩擦力, 用测得的摩擦力除以垂直压力就是摩擦系数值。如前所述, 鞋底止滑性能的影响因素非常多, 并且各因素之间的关系复杂, 这不仅影响了实验结果的准确度, 还增加了实验结果分析的难度。为了尽量减少实验误差和不同因素的干扰, 提高实验结果的置信度, 本实验固定了其它的实验条件和因素 (止滑测试仪的行程, 滑动速度, 法向载荷等, 如下所述) 。
2.1.2 实验目的
止滑性能是网球鞋的重要指标, 而耐磨性是止滑性的前提。本实验通过测试三双实验用鞋的静摩擦力、动摩擦力及相同条件下的鞋底磨损情况, 从而评价采用不同花纹和材料组合对鞋底的止滑性及耐磨性的影响。
2.1.3 实验内容
运用电脑式鞋子止滑试验机两次对鸿星尔克“灵足”网球鞋、NIKE AIR COURT网球鞋、ADIDAS BARRICADE网球鞋进行止滑性试验。并通过鞋底磨耗质量, 判定鞋底耐磨性 (如表1) 。
2.1.4 实验仪器和设备
PK-227A电脑式鞋子止滑试验机、电子天平。
2.1.5 实验过程
测试实验用鞋在表面光滑的干态混凝土表面上的静摩擦力和动摩擦力。在测试前后分别称单只鞋重, 取平均值。
2.1.6 法向载荷的选定
同样, 在已经选定的速度和行程两个水平的基础上, 选取负载为10 kg、20 kg、30 kg三个水平进行测试。测试结果表明, 法向载荷为30 kg时, 摩擦系数折线的曲率最平稳, 因此选定30 kg为本实验的法向载荷。
2.1.7 滑动速度和摩擦行程的选定
本实验所用止滑仪的最大速度为290 mm/min, 为了使实验外其他方面因素的影响程度降低, 选取了几个速度进行测试, 选择测试数据重现性好的速度值作为正式实验条件。与行程的测定方法相同, 在已经选定的行程 (250 mm) 和相同的负载 (30 kg) 下, 选取290 mm/min, 280 mm/min, 260 mm/min, 195 mm/min, 135 mm/min五个水平进行实验和分析。滑行速度为290 mm/min时摩擦系数折线的曲率最平稳, 因此本实验最后选取的速度为290 mm/min。
室温条件下, 选取以速度290 mm/min, 负载30kg的鞋底在干态混凝土表面上进行实验, 行程分为100 mm、150 mrn、200 mm、250 mm四个水平, 每个水平进行3次, 根据实验所得数据和图形, 选择数据重现性较好和摩擦系数曲率比较平稳的行程水平作为正式实验的行程。实验行程为100 mrn和250 mm时, 折线曲率比较平稳。但因行程为100 mm时摩擦力仍然在增大, 没有达到稳定平稳的状态, 因此本次实验行程选择了250 mrn。
2.1.8 实验结果
表2显示, 三双网球鞋中蹬伸效果最好的是鸿星尔克, 其次是阿迪, 耐克最差;鞋底止滑性最好的是阿迪、鸿星尔克次之、耐克最差。但三种网球鞋鞋底蹬伸效果和止滑性均不存在显著差异。
表3显示, 耐克网球鞋底耐磨性最好, 阿迪次之, 鸿星尔克最差;且耐克和阿迪之间不存在显著差异。
2.2 中底能量回归之实验肌电实验 (肌肉工作状态)
2.2.1 实验目的
网球鞋能量回归的目的是减少身体能量消耗, 而肌电能够通过对肌肉活动的监测来评价肌肉做功和能量消耗, 因而本研究希望通过表面肌电来研究和分析穿不同鞋时的肌肉做功, 进而研究运动鞋的能量回归功效, 为网球鞋能量回归设计提供参考。
2.2.2 实验内容
运用芬兰Mega ME6000 8通道肌电仪, 对6名青少年男性大学生分别穿着鸿星尔克“灵足”网球鞋、NIKE AIR COURT网球鞋、ADIDAS BARRICADE网球鞋, 在网球场底线中点处开始, 交替以交叉步跑向两个单打场地底角, 并迅速将各点的球拿回底线中点处, 同时采集左右下肢各4块不同肌肉做功的平均数据。对平均数据的各通道做功与负荷以及下肢肌肉总做功进行分析, 比较3款不同网球鞋之间的差异。
2.2.3 实验对象
(1) 实验受试者。
注:P<0.05时, 差异显著。本文其它表格也以此为标准。
体育学院男生6名, 身体健康, 无临床病史, 足部形态功能正常, 无足病和运动性障碍, 经过技术培训并经过预实验, 动作稳定性好、测量数据可靠性高。
(2) 实验用鞋购置于大型百货商店品牌特许零售商专柜 (如表4) 。
2.2.4 测试肌肉筛选及其依据
测试肌肉为下肢左右各4块肌肉, 分别为:腓肠肌内侧头、胫骨前肌、股四头肌和股二头肌。测试肌肉的选择基于一定的标准。首先这4块肌肉连接了下肢髋、膝、踝三个关节, 是文献中广为采用的, 这些肌肉也是下肢运动中主要做功肌肉。其次腓肠肌能屈踝关节和屈膝关节, 在站立时, 能固定踝关节和膝关节, 以防止身体向前倾斜;胫骨前肌可使足内翻;股四头肌是全身体积最大的肌肉, 是膝关节强有力的伸肌, 还有屈大腿的作用;股二头肌可以屈膝关节, 伸大腿 (如表5) 。
2.2.5 实验过程
在受试者测试肌肉表面贴上电极片, 连接肌电仪, 随机着三款不同的网球鞋在在网球场底线中点处开始, 交替以交叉步跑向单打场地两个底角, 并迅速将拿回底线中点处, 每次拿一球, 并以节拍器控制时间, 5秒内完成一次往返跑。每次实验间隔15分钟, 让被试充分休息。
2.2.6 表面肌电信号的采集
利用芬兰Mega ME6000 8通道肌电采集盒, 用记录模式分别采集穿3款不同网球鞋时的SEMG信号, 信号的采样频率为1000 Hz, 采样时间35秒, 肌电信号采集采用双电极引导法。
2.2.7 肌电图的分析处理
取运动开始稳定后连续一分钟的肌电图进行分析处理。取平均数据的各通道做功、总做功两项指标。结合SPSS 12.0统计软件包对数据进行多元统计分析。显著性水平P<0.05 (*) , P<0.01 (**) 。
2.2.8 实验结果
(1) 下肢各通道肌肉做功分析。
表6显示:T检验统计量对应的双尾概率P>0.05, 说明差异不显著。
(2) 下肢肌肉总做功分析。
表7显示:在稳定慢跑连续一分钟的肌肉总做功上, 穿鸿星尔克网球鞋时的平均做功为364 035.4 (u Vs) , 穿耐克网球鞋时平均做功为345 337.0 (u Vs) , 穿阿迪达斯网球鞋时的平均做功为342 409.0 (u Vs) 。
穿耐克和阿迪达斯网球鞋时下肢肌肉总做功有显著线性相关, 相关系数高达0.975, 且概率P<0.01。
T检验统计量对应的双尾概率P>0.05, 认为穿三双网球鞋时下肢总做功不存在显著差异。
3 实验分析与结论
3.1 鞋底止滑性实验
3.1.1 鞋底止滑性
前掌静摩擦力从大到小依次为鸿星尔克、阿迪、耐克, 动摩擦力从大到小依次为阿迪、鸿星尔克、耐克。虽无显著差异, 却据因此判定鸿星尔克的独特底纹设计具备良好的止滑性。
3.1.2 鞋底耐磨性
鸿星尔克网球鞋鞋底磨耗质量远大于其他两双网球鞋, 原因与特殊底纹增大了与地面的摩擦接触面以及大底材料选择有关。
3.2 肌肉工作状态
3.2.1 下肢肌肉总做功
其平均值从小到大依次为阿迪、耐克、鸿星尔克。从肌肉做功指标分析, 阿迪能量网球鞋可以更好地减少能耗, 可以认为有一定的能量回归功效, 但比较其它两款运动鞋而言, 这种差异并不显著。
3.2.2 下肢肌肉总做功的相关系数及检验
阿迪和耐克相关系数较高。结合平均值, 说明在肌肉做功上阿迪和耐克相近。因此阿迪达斯和耐克在减少能量消耗的功能上比鸿星尔克稍好, 但差异不显著。
3.2.3 下肢各通道肌肉做功
穿耐克网球鞋时通道1做功差异显著其它各通道做功差异不显著。说明下肢各通道肌肉做功差异不显著。
4 网球鞋设计的生物力学建议
4.1 提高鞋与足系统的整合性
鞋足系统的整合性对能量回归率有很大的影响, 在网球鞋能量回归设计时, 结合鞋楦和鞋底结构设计, 使鞋足系统达到高度整合, 提高运动鞋能量回归率。
4.2 能量存储释放周期与步态的一致性
网球鞋能量回归设计时, 把能量回归系统结构的能量存储与释放周期与不同运动项目的步频和步态周期相结合, 使得能量回归与步态协调一致, 实现真正意义上的能量回归。
4.3 减轻运动鞋自身重量
网球鞋能量回归设计时, 在不改变能量回归结构性能的前提条件下, 尽量使用轻质材料, 去除多余设计以减轻运动鞋质量。
4.4 鞋底设计建议 (如图1)
(1) 1和5硬度小, 耐磨, 减震性好。
(2) 2弹性好, 防滑移性能好。
(3) 3翻转控制性能好。
摘要：本研究运用PK-227A止滑试验机测试三种不同鞋底花纹设计的止滑性;并试图通过称取鞋底磨耗质量以判定三种网球鞋鞋底的耐磨性;运用Mega ME6000 8通道肌电仪, 分别对6名男性穿三种不同网球鞋时的下肢主要肌肉做功测量和分析, 试图通过实验研究并结合理论分析, 对网球鞋的能量回归实际功效给予评价, 并探讨网球鞋能量回归的影响因素, 从而为网球鞋的能量回归设计提供生物力学依据。
关键词：网球鞋鞋底,止滑性,能量回归,肌电
参考文献
[1]潘慧炬.力学原理与跑鞋创新设计[J].北京体育大学学报, 2001 (1) .