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运动生物力学概念范文1
关键词：生物力学 体育教学 健康第一
一、运用生物力学知识，提高教学效率
我们以排球扣球动作为例来讲述: 首先，做出扣球动作示范，然后讲述扣球技术的鞭打原理:一端先做加速运动，在制动过程中其动量向游离端传递，使末端产生极大的运动速度。鞭打动作的关键技术首先是大环节带动小环节的快速运动，然后是大环节至小环节依次突然制动。扣球时，当腾空到最大高度时，身体成反弓姿势，同时开始做相向运动。这一动作包括收腹褶体和屈曲大腿的动作，更重要的是以肩关节为轴，以上臂带动前臂和手，向前上方伸臂的击球动作，这就是鞭打式的击球动作。
第一，根据动量定理：F.ΔT=M(V2一V1) ①
由①得出V2-VI=FT/M ②
这时通过②式得知要获得最快速度V，一是我们打击球的力量F要大，二是击球时间T要快。获得最大击球力量F，因为我们是以肩关节为轴进行扣球，根据转动力学:
转动定律M=Iβ ③
M=RF ④
由③、④式得F=Iβ／R。要想获得最大力——F，就得减小半径R，这就是我们扣球时先曲臂的原因。
第二，讲清楚这个问题之后，开始讲述扣球时为什么边挥臂边伸肘。根据V线=ωR，在转动角速度ω保持较大值的条件下，加大半径R从而增大上肢末端手掌的线速度V线。上臂甩的越直，挥动半径越大，线速度越快，扣球越有力。
第三，利用动量矩的转移。由于是以肩关节为轴转动，因此，按动作的要求可以通过调节各环节的运动形式，实现动量矩的传递和转移。动量矩在身体内的传递主要是利用身体环节的突然制动，从而使这些环节原有的动量矩向相邻环节传递和转移。
至此，学生已经明白了各个环节突然制动是为了获得最大的动量矩，使手指及碗关节产生最大的运动速度。
通过以上力学方面的讲解、分析，把这一较难掌握的技术动作在学生头脑中建立起来清晰的概念。加上合理的引导与适当的鼓励，消除了他们对扣球的心理障碍，增加了信心，提高了学习兴趣，从而使教学质量得到提高。
二、有利于学生理解并掌握技术动作
运用生物力学原理分析动作技术特征，突出动作环节的难点和重点，学生很容易理解，并能有意识地按力学原理完成动作练习，这样掌握动作既快又规范。
例如，在讲解篮球原地投篮技术动作时，按照教学步骤——蹬伸、顶肘、压碗、拨球这四个环节讲授完后，练习时学生为了尽快进球，大部分都是用力向前推球，而忽略了向上顶肘。这时可以简单地进行力学分析：抛物线与入篮角投篮的球出手后，在空间飞行过程中受重力影响，成弧形运行轨迹，通常称之为抛物线。所谓入篮角，是球进入篮圈前一瞬间，运行轨迹的曲线合在该点的切线与平面形成的夹角。抛物线的高与低，决定球入篮角的大小，而入篮角是否适宜，则是影响投篮命中率的关键。抛物线过高，球在空间飞行的时间和路线过长，容易受重力和空气阻力影响，使球飞行的方向改变，从而影响命中率。抛物线过低，球飞行入篮的弧线接近水平，篮圈暴露在球下的范围较小，就不易取得应有的入篮角，也难以命中。实践表明，中等抛物线是比较理想的，容易投篮命中。经过这样简单的讲解，突出顶肘的重要性，学生就能很快地掌握投篮技术动作。
三、促使学生完成体育技术动作的规范化
运用生物力学原理，能帮助学生区分正确动作与错误动作，明确动作完成的顺序，使动作规范化。在教学中，常常发现学生自以为已掌握了动作，其实并没有。教师运用运动生物力学分析正确动作和错误动作的区别，能强化学生对正确动作的理解，从而及时纠正自己的错误。
四、提高学生的学习能力
如果上课时经常运用生物力学知识讲解动作的要点与难点，经常提问学生某一动作为什么这样做，学生就会养成积极思考的好习惯。教师在指导分析技术动作的基础上，可以选择一些较简单的动作，让学生独立思考。这样学生即掌握了运用生物力学原理分析动作的方法，又学会了动作，从而达到提高学习能力的目的。
五、让学生深刻认识体育的科学性
运动生物力学概念范文2
关键词：有限元 医学 仿真实验
Research of experimental of medical's Finite Element Analysis（FEA） simulation
Niu Xiaodong， Lu Lirong
Shanxi Changzhi medical college， Changzhi， 046000， China
Abstract： It will solve many complex problems if apply FEA to medical research， and these problems are difficult to solve but need to be solved in the physics of medical applications. So that it can provides theoretical guidance and scientific foundation for medical research and clinical treatment. Have the experimental course of medical’s FEA simulation， medical colleges have a very important significance for student’s study， teacher’s teaching and research， cooperation of college and affiliated hospitals.
Key words： FEA； medical； experimental of simulation
有限元分析是一种广泛应用于工程科学技术的数学物理方法，用于模拟并解决各种工程力学、热学、电磁学等物理场问题。1956年Turner等人提出有限元（Finite Element，FE）的概念。有限元的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。
随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到越来越广泛的重视，已经成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航天飞机大多数设计制造已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、生物医学研究等各个领域的广泛应用已使设计水平发生了质的飞跃。
1 医学有限元国内外研究现状分析
有限元方法最早应用于骨科研究，开始于脊柱生物力学[1]。几十年来其在解决生物力学问题上得到了广泛应用，尤其近年来，随着数字及计算机技术的不断进步，有限元法本身已不再是相对独立地研究生物力学性质，它越来越多地与各种动力学模型、参数优化选择、临床放射学与实物测量、有机化学、组织学与免疫组化等方法巧妙结合，使结果更加准确可靠，成为生物力学研究中的一种重要工具。有限元方法在医学上的研究主要包括以下四个方面。
1.1 有限元模型的建立
有限元模型的建立，直接影响有限元仿真实验结果的精度、计算机计算过程、计算时间的长短，且模型建立的优劣与建模人员的专业素质和有限元知识分不开。现有研究的模型包括：人眼[2]、牙齿及矫正器[3]、脊柱[4]、颅脑骨骼[5]、胃[6]等人体骨骼及器官的三维有限元模型。
1.2 力学实验仿真
A.Pandolfi，F.Manganiello对所建立的人眼角膜模型进行了力学分析[7]。Tammy L HD等对建立的胫股关节三维有限元模型分析了骨骼变形对关节面接触行为的影响以及约束关节运动对接触应力的影响等[8]。
脊柱生物力学仿真是有限元法在生物力学中研究最早、分析最多、临床上应用最广泛的领域。杜东鹏等则对腰椎间盘膨隆的力学机制与腰椎疲劳骨折分别进行了探讨[9]。
头颅及颞下关节也是有限元在生物力学中研究的重点。吕长生等对建立的足部骨组织模型进行有限元分析，为运动损伤或运动鞋的评价等提供了依据[10]。王芳等建立并验证中国人全颈椎有限元模型，用于挥鞭样损伤分析[11]。米那瓦尔・阿不都热依木采用有限元方法，对颌面外科手术术后的颜面软组织形态变化进行预测[12]。
1.3 医疗器械的力学性能评价及优化设计
牙科是有限元法在临床应用中的一大领域，相应的各种牙科固定器材得以研制开发，这些器材的力学性能又是研制过程中重点解决的问题。蔡玉惠等研究了RPA卡环在游离端义齿应用中支持组织的应力分布状况，对RPA卡环的临床应用具有力学上的指导作用[9]。
在内固定钢板方面，张美超等从临床应用出发，利用有限元法对颈前路蝶型钢板进行生物力学模拟分析，得到了与其一致的易断裂部位预测[9]。
在人工关节方面，Heegaard JH等建立了髌骨的计算模型，并且模拟了在人工膝关节中去掉股骨假体对髌骨活动的影响[13]。王永书等对患者胸腰椎爆裂性骨折节段（T12～L2）部位利用有限元进行手术模拟，均与标本模型及术后CT扫描基本相符[14]。
1.4 血流动力学CFD应用
Tarbell JM用FIDAP和Fluent软件进行了血管壁中组织液流动的数值研究[15]。乔爱科等利用有限元分析方法得出冠状动脉搭桥术中对称双路搭桥比单路搭桥具有更合理的血流动力学，可以避免动脉粥样硬化的危险性血流动力学因素，从而减少手术再狭窄的发生[16]。杨金有应用CFD计算流体力学软件进行人体主动脉内血流数值模拟分析，为阐明血管疾病的发病机理提供理论依据[17]。姚伟用计算流体力学软件Fluent计算人体小腿骨间膜组织间隙中蛋白质非均匀分布情况下组织液流动[18]。
2 医学有限元仿真实验方法
通过上述医学有限元研究可得医学仿真实验的方法主要分为四步：（1）通过螺旋CT技术，采集大量的样本图像。运用现有医用物理实验室计算机对样本图像进行建模处理，并进行相关的有限元分析。（2）通过查阅相关国内外资料，针对所需建立模型的生理、物理等参数特性，在几种常用图像处理软件（Mimcs，Proe等）中选取较为合理准确的有限元建模软件。（3）在常用有限元分析软件（ANSYS，Fluent等）中选取较为合理准确的软件对模型进行有限元分析。（4）将有限元分析结果与实际测量数据进行对比，分析有限元模型的准确性。
3 有限元法在医学研究中的优势
有限元法在医学研究中具有四个方面的突出优势：（1）可根据需要产生各种各样的标本，对模型进行实验条件仿真，模拟拉伸、弯曲、扭转等各种力学实验，可以在不同实验条件下模拟任意部位变形、应力/应变分布、内部能量变化、极限破坏分析等情况。（2）标本也可以进行修正以模拟任何病理状态。同一个标本在虚拟计算中可进行无数次加载或组合而不会被损坏。（3）其结果不受实验条件的影响，也排除了实验条件造成的误差，而且可以重复计算，节约成本。（4）利用有限元法进行的模拟实验具有实验时间短、费用少、可模拟复杂条件、力学性能测试全面及可重复性好等优点。
4 医学院校开展医学有限元仿真实验的意义
在医学院校开展医学有限元仿真实验，可以使学生将相关医学、物理、生物等课程的知识综合应用于仿真实验中，给生物医学工程专业学生的毕业设计提供更为广阔的范围，使研究具有更高的水平；激发学生的创新思维和热情，使学生在自主科研创新的基础上，设计相关仿真实验加以验证、研究。同时，开展仿真实验要求教师不仅需要对本专业知识做到“了如指掌”，而且需要教师具有仿真实验相关的医学、物理学、生物学等非本专业学科的专业知识，还要求教师必须掌握螺旋CT扫描技术，Mimics，ANSYS等建模、仿真软件的计算机应用技术。这些知识对于教师实验教学、科研水平的提高具有十分重要而深远的意义。在开展医学仿真实验的基础上，建设医学仿真实验室，不仅可以为学生提供毕业实习条件，加强实习基地建设，而且与医院相关科室进行合作，可以在生物力学基础上预测手术中、长期效果，对医生手术具有较为科学的指导，加强了学校与医院的合作。
5 结束语
建立医学有限元实验有两个关键的问题：（1）医用有限元模型快速准确的建立。模型的快速准确建立可以减少仿真实验所需时间、降低费用、增加仿真的准确性和可信性。（2）建立通用的有限元模型库，为进一步的实验教学和科研打下坚实的基础。因此需要在具体实验实践中逐步探索和积累。
将工程有限元分析同医学结合开设实验课，属于多学科之间的交叉领域，不仅可以提高学生对所学专业知识的综合运用能力，增强学生就业与学习深造的竞争力，而且可以加强多学科教师的教学和科研合作，提高教师的教学科研水平。同时提高相关实验室的利用率，为学生自主开展创新实验提供平台，加强学校和附属医院的教学科研合作，为医学院校提供更为广阔的教学和科学研究领域。
参考文献
[1] Brekelmans WAM，Rybicki EF， Burdeaux BD. A new method to analysis the mechanical behavior ofskeletal parts[J].Acta Ortho Scand，1972，43（5）：301-317.
[2] 杨浩.人眼球物理建模及结合青光眼的生物力学分析初探[D].厦门：厦门大学，2006.
[3] 傅晓峰.上颌牙列及MBT直丝弓矫治器三维有限元模型的建立[J].口腔医学，2006，26（5）：354-355.
[4] 刘耀升.腰椎L4～L5活动节段有限元模型的建立与验证[J].第二军医大学学报，2006，27（6）：665-669.
[5] 何叶松.利用快速成型技术制造仿真人颅脑骨骼模型[J].中国医科大学学报，2008，37（6）：828-830.
[6] 李悦溪.人体胃部三维有限元模型的建立[D].浙江：浙江大学，2007.
[7] A.Pandolfi，F.Manganiello.A model for the human cornea：constitutive formulation and numerical analysis[J]. Biomechan Model Mechanobiol（2006） DOI10.1007/s10237-005-0014-x.
[8] Tammy L HD，Hull M L. A finite element model of the human knee joint for the study of tibia： femoral contact[J].Journal of Biomechanical Engineering，2002，124（3）：273-280.
[9] 张美超.国内生物力学中有限元的应用研究进展[J].解剖科学进展，2003，9（1）：53-56.
[10] 吕长生.计算机辅助活体足建模生物力学方法研究[J].光学技术，2008（34）：236-237.
[11] 王芳.挥鞭样仿真全颈椎有限元模型的建立和验证[J].生物医学工程与临床，2008，12（1）：13-16.
[12] 米那瓦尔・阿不都热依木.计算机辅助颌面外科手术患者的面部软组织有限元模型研究[D].新疆：新疆医科大学，2008.
[13] Heegaard J H， Leyvraz P E， Hovey C B. A computer model to simulate patellar biomechanics following total knee replacement：the effects of femoral component alignment[J].Clinical Biomechanics， 2001，16（5）：415-423.
[14] 王永书.严重胸腰椎三柱损伤后路270°减压内固定术的数字三维可视化手术模型研究[J].浙江创伤外科，2009，14（1）：1-3.
[15] Tada S， Tarbell JM. Internal elastic lamina affects the distribution of macromolecules in the arterial wall： a computational study[J].American J Physiology-heart and Circulatory Physiology，2004，287（2）：905-913.
[16] 乔爱科.单路和双路CABG中血流动力学的比较[J].生物医学工程学杂志，2006，23（2）：295-299.
运动生物力学概念范文3
摘 要 原地单手肩上投篮是篮球运动的基本动作，然而对该技术动作的内部结构理解却并不深入，常常会产生偏差。虽然有固定的技术要领和动作步骤，但教练员和运动员由于主观认识不同，他们眼中的原地单手肩上投篮各有概念，导致不同的理解形成略有差别的动作外观。本文从运动生物力学这个客观角度来分析该动作的力学规律，通过建立最贴近动作过程的力学模型分析动作过程，从一个新的角度重新认识原地单手肩上投篮动作，力求客观真实地模拟出符合人体结构和力学原理的动作概念，该概念将有利于动作的掌握和理解。
关键词 原地单手 投篮动作 力学
一、原地单手肩上投篮动作力学模型
（一）原地单手肩上投篮动作过程
以右手投篮为例。右手手指自然分开，掌心空出持球，手腕与小臂，小臂与大臂分别成接近直角，持球于右肩上方，左手扶球左侧下方。两脚前后，右脚在前，微侧身面框，前脚掌着地，屈膝站立，重心落于两脚之间。投篮时，下肢发力，伸展腰腹，同时右肘上抬，前臂向前上方充分伸展，左手离球，手腕前屈，手指拨球使球从食、中二指指端后旋转飞出，身体重心随球上升，脚跟提起。
（二）原地单手肩上投篮动作力学分析
去除微观动作细节和其他身体协调部分动作，原地单手肩上投篮的动作主要部分可简化为一个抛射动作，符合弹道模型原理。投篮手臂作为“发射架”提供将篮球“发射”出去的动力，为篮球获得合理初速度。能提供这种初速度的根本原因是肌肉的收缩用力使投篮臂预先加速，在速度达到合理时通过手指传递给篮球，篮球离开指尖的瞬时速度就是篮球飞行的初速度。
（三）原地单手肩上投篮动作力学模型的建立
速度是矢量，有大小，有方向，可分解，也可合成。从直观上看，篮球的飞行路线是一条抛物线，其飞行初速度可分解为垂直速度和水平速度。垂直速度保证抛物线的高度，水平速度保证抛物线的远度。因此，投篮动作也可看作为两个动作的合成：使球获得垂直速度的动作和使球获得水平速度的动作。投篮手臂的“发射架”结构也相应由两个部分组成，执行三个方面的功能。提供动力，产生加速度的肢体环节称为“击发装置”，对速度大小和方向进行调节的部分称为“调整装置”。一个弹道发射装置模型就完整呈现出来。
人体与器械相互关系是人体相关运动环节通过肌肉的收缩作用和骨的杠杆作用率先产生加速度，并通过人体与器械的接触部位将速度传递给器械。这种传递同样包含了大小和方向两个方面。在篮球运动中，投篮手臂与篮球的速度传递也遵循该原理。
二、原地单手肩上投篮力学模型说明
（一）垂直速度获得原理
从图可以看出，伸膝、展体、抬上臂三个动作环节在骨骼肌的收缩作用，骨杠杆的放大作用下，使篮球垂直向上运动了一段距离，获得一个向上速度。从力的角度而言，该分力决定了篮球上的趋势，反映到动作中就决定了投篮的弧度，篮球飞行抛物线轨迹的高度。投篮弧度对篮球入框角度起决定性作用，良好的入框角度可大大提高命中率。实践证明，入框角度大，命中率高。当然实际情况中，过高的弧度也增加了球飞行路线的长度，增大了动作的难度，这就需要因人而异地区别对待。
（二）水平速度的获得原理
用MB-Ruler软件在图中测量，发现篮球离手时球与脸部的距离是举球动作完成时球与脸部距离的3.58倍，说明在投篮动作过程中，篮球在向上运动的同时也在向前运动，产生了水平速度。水平分力的大小直接决定了投篮准确度，是运动员对距离感觉和肌肉力量精确控制的关键。
（三）手指调整原理
手指的调整功能分为对速度的调整和对球飞行状态的调整两个方面：
1.拨指动作对速度的调整
主要通过手指拨球速度的快慢调整水平速度的大小，使球飞行距离合适。通过球指分离时机的控制调整垂直速度的方向，使球飞行抛物线的高度恰当。
2.拨指动作对球飞行状态的调整
手指朝球飞行抛物线的切线方向拨球，可使球产生向正后方的旋转，该旋转可使篮球飞行更加稳定，并且在着筐的情况下减少冲量可使球垂直向上弹起，增加入筐可能性。
从以上模型可以看出，通过对水平分力、垂直分力和手指微调三环节，发射部分和微调部分两个装置的协调配合，可使篮球的飞行抛物线得到合理修正，使篮球沿着最柔和的线路进框。
三、原地单手肩上投篮力学模型的应用
该投篮力学模式有助于加深对投篮动作的深刻理解，从力学角度再回顾教学中动作要领的讲述，对师生都能产生更加清晰的理解思路。动作要领是操作过程，该力学模型是动作实质，两者关系是形与质的关系。在动作要领掌握清晰之后，在动作巩固提高阶段引入该模型能对动作的进一步修正带来意想不到的效果。同时两者又是互相映照的关心，能从动作学习的两个面相互对应，互相解释，对动作的理解更加立体。
基金项目：湖南大众传媒职业技术学院课题，篮球运动中团队精神与个人主义辩证关系研究11YJ19。
参考文献：
[1] 张文锁.单手肩上投篮技术动作的解剖学分析[J].湖北师范学院学报(自然科学版).2008.11.28.3期.
运动生物力学概念范文4
关键词：腰椎；椎板切除；椎板回植：钛板固定；有限元目前，对于椎管内肿瘤，完整切除肿瘤，恢复脊柱的稳定性已经成为脊柱脊髓外科治疗的两项基本原则[1-2]。国内外对腰椎椎管内肿瘤多采用全椎板切除及固定治疗，虽然对于肿瘤的切除较完整，但是术后腰椎的活动度降低，腰椎功能明显下降[3]。因此有学者提出了包括钛钢板固定在内的椎板成形术，即能完整摘除肿瘤，又保留了脊柱的稳定性和椎管的完整性，同时避免了医源性椎管狭窄症的发生[4-5]。然而国内外均缺少腰椎椎板切除后复位钛钢板内固定对脊柱稳定性影响的生物力学研究。本文为此通过有限元分析进行生物力学系统研究，为临床手术提供基础理论依据。
1资料与方法
1.1一般资料①根据国人解剖学数值选取一个有代表性的健康成年男性志愿者，35岁,身高175cm，体重73kg；②General Electrics 64层螺旋CT机；③计算机工作站；④图像处理软件Mimics10.0(Materialise's interactive medicalimage control system 10.0)；⑤有限元分析软件MSC.PATRAN 2005、ABAQUS。
1.2方法与步骤
1.2.1建立T12-L4椎体三维模型包括螺旋CT扫描、CT图像处理及保存和胸腰段三维图像的重建。正常脊柱胸腰段三维有限元模型已经建立起来。完整的脊柱胸腰段三维有限元模型包括共424244个四面体单元，6212个六面体单元，658个杆单元，总计共95191个结点。
1.2.2椎板切除及回植钛板固定的几何模型和有限元模型的建立在正常椎体模型的基础上模拟临床手术情况，分别建立L1-L2-L3椎板切除和回植钛板固定的椎体实体模型，并在此基础上建立有限元模型.
1.2.3赋予各结构材料学参数：其中各部位的弹性模量及泊松比选择文献公认的资料。
1.2.4模型的约束和加载计算采取固定L4腰椎底面所有结点平移自由度，终板和椎体骨之间采用tie约束，保证椎体骨和终板不分离，椎体骨的力通过终板和椎间盘传递，在T12胸椎上表面施加均匀分布的垂直向下的人体上身重力，约260N，模拟人体中立位时的工况，并在中立位的基础上，施加10Nm的力矩，模拟椎体前屈、后伸、左弯、右旋运动，分析胸腰段椎骨骼的位移和应力传导情况。
2结果
本文根据有限元计算结果首先提取了正常、L1-L2-L3椎板切除、椎板回植钛板固定术后的胸腰段中立位、前屈、后伸、左弯、右旋的位移数据，作为术后椎体稳定性的对比分析，位移越小，表明术后椎体的刚度越大。另外对于各种固定器械及椎体的受力分布及最大应力同样做对比分析，比较各种固定方式的应力传导和应力遮挡情况，为临床手术固定后效果的评定提供参考。
2.1椎体的位移分析不同固定方式的椎移分布见图1，图中椎体的颜色对用图左上侧的数值，颜色越偏向红色一方，说明此处位移越大，相反，椎体颜色越偏向蓝色一侧，说明此处位移越小。各种固定方式的最大位移值见表1。
2.2统计分析方法获取位移图中位移较大区域即红色区域中的10个单元的位移值，求其平均值，从结果可知，椎板切除后的椎体整体刚度最小，正常椎体的刚度最大，椎体回植后刚度处于他们之间，其中椎板切除后对于前屈、后伸以及旋转动作的影响较大。
2.3应力分析 对椎板切除及回植固定后的椎体进行分析见图2，图3，图中椎体的颜色对用图左上侧的数值，颜色越偏向红色一方，说明此处应力值越大，相反，椎体颜色越偏向蓝色一侧，说明此处应力越小。
对椎体和钛板的应力进行分析，因椎体骨偏脆性材料，故采用工程常用的最大主应力进行分析，而钛板为韧性材料，故采用Mises应力进行分析。从结果中可知，回植后椎体应力增加，而钛板偏关节突关节处的部分比偏椎板的部分应力要大。
3讨论
椎管内肿瘤约占神经系统肿瘤的10%~15%。脊柱脊髓外科手术治疗不仅仅需要完整切除肿瘤，还要恢复脊柱的稳定性。为了充分暴露并达到肿瘤的完整切除，手术通常需要切除全椎板，切除韧带，棘上韧带及棘间韧带，咬除两侧的椎板，有时还需要咬除部分关节突关节，因此传统脊髓肿瘤切除后，必然留下较大的骨性结构的缺损。
由于腰椎在三维空间活动中，会产生相应节段的应变，位移，转角或扭角。如果后部结构破坏较多，势必导致相应节段力学指标的变化，增大了腰椎移位，使脊柱处于失稳状态。由于腰椎后部结构的切除，使得腰椎前部结构只能绕髓核而运动，就象球轴承关节一样发生随意的倾斜，扭转，椎体平滑剪切等，更进一步造成腰椎的不稳定，引发腰椎滑脱。因此大量破坏脊柱的后路结构，将导致脊柱出现过度或异常运动，术后脊柱稳定性将明显下降。
但就临床而言，行椎板切除是从后方显露硬膜囊，切除椎管内肿瘤的必要条件。有报道椎板切除后脊柱不稳定的发生率成人20%，儿童更是高达45%。手术后远期的“鹅颈畸形”，腰椎滑脱等更将导致脊髓神经的功能障碍。因此如何保持脊柱生物力学的稳定性，已经成为神经外科和骨科医生关注的焦点。
有些学者考虑通过坚强的后路内固定，甚至前后联合固定达到稳定脊柱，保护神经的目的。但是内固定后固定节段活动度下降，脊柱退变增加，后期并发症也较多。因此为了即维持脊柱的稳定性，又保证脊柱的正常活动度，根据Denis的脊柱三柱理论概念，目前国内外均主张在切除肿瘤的同时，必须还纳取下的椎板并进行恰当的植骨内固定。
McCormick PC等研究认为颈椎椎板切除术后椎板复位，用钛板钛钉固定的椎板成形术能有效增强脊柱的稳定性。由于关节、韧带能很好的保留，椎板又复位，所以脊柱的稳定性得到维持，对后期脊柱的稳定性和脊柱功能保留较好。因此在颈椎椎管成形的手术中，国内外研究者较多采用钛板钛钉固定的椎板成形术，而且术后效果满意。
对于腰椎椎管内肿瘤国内外多采用后路全椎板切除，然而术后出现椎管内疤痕增生对神经形成的再压迫，并造成了二次手术的困难；术后出现脊柱不稳，脊柱畸形等并发症。因此为了预防这些并发症的发生，各种椎管成形术应运而生。尤其是其中受颈椎椎板成形术的启发利用钛板钛钉固定椎板的椎板回植成形术得到了初步的应用，并且临床随访发现该术式既保留了脊柱原有的后路结构和椎管的完整性，又避免了因疤痕增生而导致的医源性椎管狭窄症的发生，同时又能防止脊柱不稳和脊柱畸形的发生。
然而目前国内外研究者仅是通过临床的随访来证实该术式的优点，但却缺乏相应的生物力学测试。
本生物力学实验结果表明，随着全椎板的逐节切除，椎板切除越多，最大位移就越大，椎体所受最大主应力也越大，势必引起腰椎失稳。同时实验结果提示，采用椎板回植，钛钢板固定能使椎移，所受最大主应力部分恢复到正常标本生物力学性能水平，而且钛板回植后发现钛板偏关节突关节处的部分比偏椎板的部分应力要大。实验证明，该椎板回植钛板固定有助于提高脊柱的稳定性，有助于提高脊柱抗压，抗弯，抗剪和抗旋转能力，有助于临床症状的改善和脊柱功能的恢复。
但本研究仍有待于进一步的理论分析，尤其是钛板形态的再设计，有利于应力的进一步分散，避免内固定的断裂失效。
参考文献：
[1]Love JG:Laminectomy for the removal of spinal cord tumors[J].J Neurosurg,1966,25:116121.
[2]Wiedemayer H,Sandalcioglu IE,Aalders M,et al.Reconstruction of the laminar roof with miniplates for a posterior approach in intraspinal surgery: technical considerations and critical evaluation of follow-up results[J].Spine,2004,29:E333E342.
[3]McGirt MJ,Garcés-Ambrossi GL,Parker SL,et al.Short-term progressive spinal deformity following laminoplasty versus laminectomy for resection of intradural spinal tumors:analysis of 238 patients[J].Neurosurgery,2010,66(5):1005-1012.
运动生物力学概念范文5
[关键词]后手翻教学 专选班 影响因素 对策
[中图分类号]G643.2 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2015）02-0106-01
一、研究对象和研究方法
本文运用文献资料法、问卷调查法、观察法，以泰山学院体育科学系2009级体操专选学生，共计30人为研究对象，其中男生15人，女生15人。
二、结果与分析
（一）后手翻动作的技术分析
后手翻动作先由直立姿势，两臂前平举开始;梗头、两膝自然弯曲半蹲，同时两臂下摆至体后，身体重心后移。甩臂、倒肩、蹬地顶髋、挑腰，身体充分后屈。翻转后接两手撑地，手臂保持紧张的弯曲，髋关节充分地打开，经短暂的背弓手倒立。推手顶肩，收腹贯腿，屈髋立腰后脚跟落地站立。根据后手翻动作的技术分析可以将后手翻动作的整个过程概括为：甩、蹬、绷、挑、撑、推、站、抬。
技术要点、难点：屈膝重心后移时肩关节不要超过膝盖;蹬地时膝关节不要往前拱，这样会抵消一部分向后摆动的惯性力;挑腰身体充分后屈，抬头挺胸充分;甩臂要充分，想着要尽量手去触脚;后倒的方向要正;积极推手、贯腿。
（二）后手翻动作的力学及肌肉应用情况分析
通过查阅相关资料文献并咨询了相关学术的专家对其力学特征做一下总结。在完成原地后手翻的过程中，屈膝实际上是为了储存很大的弹性位能，便于能充分蹬地。双腿在起跳过程中的主要任务是为重心提供最大程度的向心力，使重心由水平运动急速转为斜上方的速度。运动员的起跳都是在0.12秒内完成。起跳过程中，积极向上摆臂，摆臂的反作用力可增加对地面的压力，摆至头上后急剧制动，可产生向上的惯性力，有助于身体腾空。所以，起跳时摆臂很重要，根据生物力学研究材料表明仅靠两臂的摆动可使重心升高2.8―3.6厘米。从生物力学分析完成后手翻人体重心应在腰以上，低于腰部会出现动作失败。
依据运动解剖学分析，上肢部的尺侧腕伸肌、指伸肌、桡侧腕伸肌、拇短伸肌、拇长伸肌;肩部的斜方肌、三角肌等;胸腰腹部的背阔肌、前锯肌、胸大肌、竖脊肌等;下肢部的股四头肌、胫骨前肌、比目鱼肌、趾长屈肌、[屈肌等都要加强锻炼，完成该动作需要这些肌肉群的协同用力。要想更好地掌握后手翻动作需要深入认识其肌肉群的应用情况，便于辅助教学。
（三）影响后手翻教学质量的因素
1.身体素质欠缺。后手翻的技术结构包括甩臂、蹬地、抬头挺胸、挑腰、推手、贯腿等。对力量、速度、爆发力、柔韧性、协调性等身体素质要求高。60%的学生因力量差，出现蹬地无力，这样就不会产生完成动作必要的向后翻转的速度。只有20%的学生柔韧性还可以，柔韧性差，挑腰跳不起来，髋关节没有充分打开，做不出背弓。蹬地方向不对，出现向上“冒”的情况。
2.害怕心理。后手翻动作的技术结构比较复杂，出现翻转、倒立的动作。有些同学就会对这类动作感到恐惧，身体会出现防御性反射，进行自我保护。这样不仅会导致动作失败，还容易导致扭伤脖子、撞伤肩部、挫伤腕部等。
3.动作概念模糊。在调查的30位同学中有23.3%的人认为自己对后手翻动作的概念比较模糊。因为后手翻动作各环节之间联系紧密，不利于分解讲解示范。同时该动作属于动力性动作，不利于学生对动作结构的理解。
4.教学方法不得当。经调查有3.3%的同学因脱手保护过早出现动作完成不理想，造成惧怕心理，导致动作学习失败。分析原因可能是学生人数较多教师保护比较累，应该理解，同学们应积极和老师一起帮助教学内容的完成。同时在练习过程中有一名同学急于想做成动作而出现受伤的情况。
三、结论
后手翻是体操专选课的必学内容之一，因动作结构稍复杂，故在后手翻的教学过程中容易出现很多问题。如蹬地无力，后倒方向不正，挑腰不充分，往前“卷”，向上“冒”，等等。可以归结为以下几点：一是身体素质欠缺，力量不足、身体柔韧性和协调性差都不利于后手翻的学习;二是做动作时心理恐惧，不敢做或犹豫;三是空间感知能力差，出现翻腾、倒立动作时头脑空白，分不清方向，身体不受控制;四是动作概念模糊，不利于学生掌握动作技术要领，不能很好的理解动作会阻碍对动作的学习;五是缺乏学习兴趣;六是教学方法不恰当，在没有形成稳定的动力定型时，脱手保护太早或急于求成，会导致动作变形。
四、建议
要全面发展身体素质，包括基本身体素质的锻炼和专项素质的发展，为学习动作奠定良好的身体基础。提高心理素质，重视对恐惧心理的疏导如积极地心理暗示或表象训练。
【参考文献】
[1]吴仁英.后手翻教学方法之我见[J].铜仁学院学报，2009.
[2]莫涛.后手翻教法运用初探[J].南方论刊，2005.
运动生物力学概念范文6
【关键词】 颈肌劳损；颈肌改变；颈椎病；研究进展
随着社会、经济的发展，人们的生活工作方式的改变，颈椎病的发病率呈现出年轻化、普遍化的趋势，越来越受到广大医务工作者的重视，真正意识到颈椎病研究的重要性了。人们对颈椎病的认识是一个漫长的过程，从单一的认为与骨性改变和软组织改变转变为与颈部肌群的改变有密切关系。颈椎病其原因和机制尚未明确，但一般认为是多因素造成的结果，也有不少研究认为颈椎病是由于颈椎相关肌肉损伤或病变后痉挛导致颈椎的椎间盘和颈椎的相邻组织相对位置发生改变引起的综合征，颈部肌肉的发展和治疗对颈椎病的发展都有密切关系。针灸学的研究为颈肌改变与颈椎病的关系研究提供了客观证据。笔者通过学习有关文献，对颈肌改变和颈椎病的关系研究做如下综述。
1 颈椎病的认识
1.1 颈椎病的定义和发病原因 颈椎病的病因有外伤、劳损及解剖变异等，劳损是其主要原因。首先，颈椎病的发病与颈椎长期受到异常应力有十分密切关系。因颈椎间盘变性、颈椎骨质增生所引起的临近组织受继发性改变多的刺激或压迫，而引发的一系列症状和体征，临床表现有颈肩臂背痛，头晕头痛，上肢麻木，恶心，耳聋耳鸣，视物不清，四肢活动不良，麻木不适，胸闷，心慌，血压升高，椎动脉扭曲实验征均阳性。头枕部或上肢痉挛，严重者出现双下肢痉挛，行走困难，甚至四肢瘫痪[1]。发病机制复杂，以椎间盘及椎间关节的退变为基础，软组织和骨组织的损伤退变、生物力学和生物化学平衡失调有关，彼此相互联系，互为因果。颈椎病的发生常因工作姿势、睡眠姿势不良、颈部风寒，导致颈部肌群斜方肌、提肩胛肌、菱形肌等不同程度的静力性损伤，颈椎静力平衡失调，导致颈椎与椎间盘错位，如果椎间盘纤维环破裂，髓核突出，则直接引发颈椎病[2]。
1.2 颈椎病的发病机制
1.2.1 传统认识-骨性学说 众所周知，传统观点认为颈椎病属于退行性的疾病，从椎间盘退变到椎间隙变窄、椎结失稳，导致椎间隙内部压力升高和分布均匀，髓核发生移位、突出甚至脱出，从而压迫了脊髓、脊神经根、窦椎神经、椎骨内血管，引发各种症状，椎间韧带损伤、松弛，引起椎体不稳，椎体骨膜受到牵拉和挤压，产生局部微血管破裂与出血、血肿，随着血肿的激化和钙盐沉着，最终形成骨赘，产生对交感神经、脊髓、窦椎神经等的压迫和刺激[3]。总之，传统观点认为是椎间盘的退变、椎体移位、椎间隙变窄、骨赘形成等骨性改变有关，故称之为“骨性学说”。
1.2.2 现代认识-颈肌学说 近年来，学者逐渐发现骨性学说难以解释颈椎病发病率低龄化的趋势、颈椎病的临床表现与影像学表现不符、颈型颈椎病等现象，然而软组织和颈肌角度却解释的很通畅。因此，学者认识逐渐转变，认为颈椎病与椎周围的肌肉改变关系密切。脊柱的平衡依靠椎体、椎间盘、附件及韧带的内源性静力，但也需要周围肌肉的外源性动力来维持。通常情况下脊柱的动态平衡和静态平衡都是由肌肉的收缩和松弛来达到的，肌肉的适应性变位来完成人体日常活动和工作所需要的姿势和的平衡及稳定[4]。静力平衡和动力平衡始终处于动态平衡，任何一方失衡均可导致脊柱受力不均，破坏脊柱结构的稳定性。生物力学研究也认为生物力学的失衡是颈椎病发生的直接原因和关键因素，生活方式的改变，增加了曲颈的频率和时间，是颈椎动静力失衡，引发颈椎病变[5]。
2 对颈肌的医学认识
解剖学认为椎体与椎间盘间是没有主动力学关系的，颈肌才是其运动的动力，颈椎的运动和姿势需要肌群的支持。颈肌分为头-颈肌、头-肩肌、-颈肌、颈-肩肌四部分组成，不同部位有不同的肌肉群，具体功能也不尽相同[6]。颈肌的高度复杂、协调而灵活的肌群，具有典型的生理特性。①灵活而耐力差：颈肌因其腹长，肌腱短，且缺乏有力的致密肌肌腱，但其机动灵活，收缩自如，但耐力差，不可长时间的超负荷工作。②灵敏而肌力小：颈肌的肌束小而薄，对风湿炎症却反应敏感。③协同但易失衡：颈肌分布呈多层次立体交叉式，任何动作均需靠两侧的屈肌和伸肌的协调完成，任何局部损伤，都可导致失衡[7]。④多重神经支配：颈肌受脊髓神经、窦椎神经、交感神经多重神经共同支配，颈肌的改变可直接压迫邻近的神经和血管，影响神经功能[8]。
3 颈肌改变与颈椎病发病中的作用
3.1 颈肌改变 颈肌改变主要分为颈肌劳损和颈肌退变，颈肌劳损是一种慢性损伤，主要由日常超负荷地学习与工作有关，引起肌肉收缩蛋白分解，导致肌肉收缩结构改变，引发肌肉的慢性或急性劳损。颈肌劳损可导致出血、渗液、肌纤维断裂，释放致痛物质，刺激肌肉痉挛，引起骨骼移位。颈肌退变是指随着人体的发育成熟，椎间盘开始退变，维持人体颈椎的肌肉退变，颈肌体积缩小，肌肉纤维萎缩，脂肪含量增加，运动效力下降，肌肉收缩力量和速度均降低，肌肉呈现松弛状态。颈肌退变的有关因素可能包括[9]：一是肌肉持续收缩，钙离子吸收不完全；二是肌肉松弛状态局部血液供氧、供血不足；三是肌肉收缩致使氧自由基及脂质过氧物等聚集。
3.2 颈肌改变与颈椎病的关系 有研究显示，颈肌的退变或损失，可引起颈椎动力平衡失调，引起颈椎影像学出现不同程度的弯曲，且陈立君[10]等使用家兔试验也证明颈椎动力失衡可导致椎间隙狭窄、椎间孔变小、关节面硬化等变化。颈肌改变可致使椎间盘间的胶原酶活性提高，丝氨酸酶活性升高，椎间盘中蛋白多糖的含量减少，也可破坏椎间盘的生理结构[11]。此外，颈肌改变致使颈椎动力失衡，关节突的关节应力会重新分布，牵拉关节囊，致使松弛，然后异常增生，钙化软骨层增厚，移行层完整性丢失。颈肌改变的动力失衡会导致韧带呈玻璃样的变性，韧带纤维变细，粘连，失去功能结构，反复牵扯韧带可能是韧带间隙出血、渗液、硬化形成骨赘，引发颈椎病。通过对颈椎病的颈肌变化研究发现，颈椎病患者的颈肌多呈现肌纤维边界模糊，纤维萎缩，粗细不均，间隙变宽，肌节模糊，明暗带消失，颈肌的血流量和颈肌细胞的酶活性也有所改变[13]，血流量显著减少，自由基清除酶降低，钙离子-ATP酶活性也降低[12]。大部分颈椎病患者的颈肌发生了生物力学变化，收缩力下降，失去动力平衡。
4 小结与展望
综述所述，颈肌改变可能在颈椎病的发病过程中起关键作用，颈椎病的颈肌变化也推知颈肌改变与颈椎病存在密切关系。目前研究主要集中在颈肌的生物力学性能的改变、颈肌血流量、纤维变化、细胞酶活性等改变，且肌肉的整体性能是由肌细胞和细胞外的结缔组织共同影响，尚未发现与肌肉结缔组织相关的颈椎病研究。颈椎病的机制研究为颈椎病的治疗和预防提供有利的客观依据，也为临床研究指明方向。通过阅读文献综述发现，在工作中定时改变姿势，作颈部轻柔活动及上肢运动，有利于颈、肩肌肉弛张的调节和改善血循环。在睡眠时，宜于平板床，枕头高度适当，不让颈部过伸或过屈。只有人们合理安排生活与工作，避免超负荷工作，养成健康的生活习惯，才可有效的避免颈肌劳损，降低颈椎病的发病率，减缓颈椎病低龄化的趋势。
参考文献
[1] 贾连顺.颈椎病的现代概念[J].脊柱外科杂志，2004（2）：123-126.
[2] 张意琪，吉岩忠，程丽.浅析颈部肌群与颈椎病的关系[J].中外医学研究，2011（10）：114-116.
[3] 张义，郭长青.颈肌改变与颈椎病关系的研究进展[J].现代中西医结合杂志，2012（18）：2045-2047.
[4] 冯金升，李勇枝，敬红平，等.颈肌退变与颈椎病[J].局解手术学杂志，2005（3）：189-190.
[5] Butler J S，Oner F C，Poynton A R，et al.Degenerative cervical spondylosis： natural history，pathogenesis，and current management strategies[J].Adv Orthop，2012：916-987.
[6] 姜淑云，房敏，左亚忠，等.颈部肌群与颈椎病[J].颈腰痛杂志，2006（3）：235-238.
[7] Presciutti S M，Deluca P，Marchetto P，et al.Mean subaxial space available for the cord index as a novel method of measuring cervical spine geometry to predict the chronic stinger syndrome in American football players[J].J Neurosurg Spine，2009，11（3）：264-271.
[8] 王永红，段俊峰，宁俊忠.颈肌与颈椎病关系浅析[J].颈腰痛杂志，2004（1）：46-47.
[9] 张建波，张英俊.颈肌劳损与交感型颈椎病的相关性研究[J].现代中西医结合杂志，2012（10）：1027-1028.
[10] 陈立君，王永春，孙喜庆，等.通过重复+Gz暴露建立实验性家兔颈椎病模型[J].第四军医大学学报，2005，26（20）：1911-1914.
[11] 武震，孙树椿，唐东昕，等.颈肌因素在颈椎病发病中的意义[J].贵阳中医学院学报，2006（3）：9-11.
