运动生物力学学科概述

第一章运动生物力学学科概述,内容提要,介绍运动生物力学的学科演变阐述本学科特性提出本学科任务描述本学科展望,第一节运动生物力学学科演变,运动生物力学是一门比较年轻的交叉学科，其理论和方法基本借助于力学、数学、解剖学和生理学等基础学科。从学科演变的历史考察，大致可分为三个时期。,一、运动生物力学学科的萌芽时期,公元前384-前322年，古希腊“运动学之父”Aristotles开始认识人体重心的作用和杠杆原理。,公元130-200年医生克盖仑证实了脑发出冲动，使肌肉紧张而产生关节运动，并区别了原动肌和对抗肌，首先使用了动关节与不动关节的机能解剖学术语。,达芬奇指出“一切能够运动的活体都遵循力学的定律而行动”，并叙述了站立、上坡和下坡、坐姿起立和跳跃等身体运动的力学原理。,伽利略的学生阿鲍里利将人体在空间的主动位移动作分三种。蹬离支点（走、跑、跳）、推离它体（游泳）、拉引（攀岩）著论动物的运动，被誉“现代运动解剖学和生物力学之父”,生物电的发现,伽伐尼发现电刺激可引起肌肉收缩，完成论文论肌肉运动中的电力。1841年莱芒德确定了肌电测量方法，肌电图仪的发明、肌电测量与分析已广泛用于肌肉工作及功能的评价。,梅布里奇杰出贡献奖的设立,用24只固定照相机拍摄一匹马奔跑状态并测量马的步长和四足腾空现象，其后又拍摄人的走和跑等基本动作连续照片。1901年，发表运动中的人体的图像集。奠定了运动生物力学参数摄影分析测量的方法基础。,人体惯性参数的测量,20世纪初德国解剖学家菲舍尔(Fischer)采用尸体解剖测量了人体环节惯性参数,基于此建立了人体质量分布模型,奠定了人体运动定量分析的基础。,苏联现代生物力学的奠基人谢切诺夫在著作人体功能运动概论中提出“人体运动装置的结构是骨杠杆，产生杠杆运动的是肌肉张力及其神经支配”。,20世纪30年代英国生理学家希尔(Hill)测量了肌肉收缩张力与速度的关系,建立了希尔方程。希尔关于肌肉收缩的经典性工作,奠定了肌肉力学的理论基础。,二、运动生物力学学科的形成时期,采用高速摄影机记录和分析动作的运动学参数；采用三维测力台和动态应变仪记录和分析动力学参数；利用肌电图记录肌肉电活动，分析和评价肌肉的功能；利用射线扫描技术和CT技术测定活体的环节质量和质心位置。,1967年国际体育和教育理事会召开的第一届国际生物力学讨论会标志此学科的形成，每两年开展一次。我国第一次参加是在1981年日本名古屋召开的第八届讨论会上。,三、运动生物力学学科的发展时期,时间：20世纪90年代后特征：1.研究方法系统化2.测量仪器电子化3.分析技术数字化,研究方法、测量、分析技术方面,高速数字解析技术取代摄影解析测力台从合力测量到分布测量，逐步精细化肌电测量从单一的有创测量向多肌肉、无创表电极和遥测发展,第二节运动生物力学学科特征,研究对象的复杂性研究方法的综合性测量技术的先进性研究内容的实践性,一、研究对象的复杂性,人体是个开放的系统人体机械运动的表现方式人体机械运动的特点,二、研究方法的综合性,多学科的交叉融合决定了其研究方法的综合性以牛顿力学方法体系为主，同时受人体参数的拒测性、人体动作的随机性和人体功能的代偿性制约。,三、测量技术的先进性,高速影像系统获取运动学参数，应用三维测力系统获取动力学参数，采用肌电图法记录肌肉产生的电信号等。李建设,王立平.足底压力测量技术在生物力学研究中的应用与进展J北京体育大学学报，2005，28（2）：191-193试论运动技术诊断方法学的发展特征，体育科学研究，2005年第1期肌电测量技术的应用，中国临床康复，2006年第41期,四、研究内容的实践性,对动作技术作出生物力学诊断对特殊人群进行健康促进和健身指导设计和改进运动装备预防损伤和功能康复方面,第三节运动生物力学学科任务,研究人体结构与运动功能之间的相互关系研究人体技术动作的规律研究运动技术的最佳化研究、设计和改进运动器械研究运动损伤的原因和预防措施为运动选材提供生物力学参数,研究人体结构与运动功能间的关系,研究人体运动器系的生物力学特性，以及人体基本活动形式的特征是运动生物力学理论研究的基本任务。,研究人体技术动作的规律,运动技术规律是指完成某项动作技术的具有共性特点的一般规律通过对优秀运动员的技术分析，运用生物力学原理，提炼合理的动作结构，指导运动训练。,研究运动技术的最佳化,运动技术规律是共性的东西，而最佳运动技术是个性特征。它是高水平运动员提高运动成绩的重要辅助手段。,研究、设计和改进运动器械,为提高运动成绩提供条件如：刘翔征战雅典奥运会时的跑鞋撑杆跳项目的撑杆泳衣水立方,研究运动损伤的原因和预防措施,确立合理的技术动作防止运动器系损伤损伤后，选择合理的生物力学康复手段如：教材所述（掷标枪）,为运动选材提供生物力学参数,肌纤维类型、关节运动幅度、小腿肌腱和韧带长度以及人体结构比例，是判断运动员所适合项目的依据。,第四节运动生物力学的发展趋势,基础研究应用研究方法学及测试手段的研究,基础研究,研究走、跑、跳、投等基本体育动作的生物力学原理研究人体运动器系的生物力学机理研究肌电与肌力关系及肌电对肌力的评价,应用研究,对优秀运动员各项动作技术的技术分析运动技术的最佳化测量分析技术在训练中的应用运动过程中各肌群（原动肌、对抗肌）的工作特点运动器系损伤的力学机制及物理康复