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生物力学

1、运动生物力学是干什么的?运动康复生物力学要具体回答人体完成日常各种动作时是怎样运动和为什么会运动的原因,以及运动对于组成人体各种生物材料的影响,同时也要研究影响人体运动的外界条件与运动的关系。

根据生物力学原理和人体形态、机能的特点,结合对运动场地、器材、器具的利用和改进,为运动员确定合理的动作技术,预防运动损伤,促进损伤恢复;为患者恢复正常运动功能确定合理的手术方案;研究合理、有效的运动方法,以求达到最好的健身和康复效果。

2、质点:具有质量,但可以忽略其大小形状和内部结构而视为几何点的物体。

系由实际物体抽象出来的力学简化模型。

3、刚体:由相互间距离始终保持不变的许多支点组成的连续体,是由实际物体抽象出来的力学简化模型。

4、人体运动的运动学参数:空间参数:轨迹、路程和位移时空参数:速率和速度、加速度5、力的作用效应:力的作用可使物体产生加速度和形变,这就是力的作用效应。

前者称为外效应,后者称为内效应。

6、人体在运动中所受到的外力:重力、摩擦力、弹性力、器械的其他阻力、支撑反作用力、流体作用力7、人体运动中肌力的作用:1、肌肉收缩时产生的力,这种力通过骨的附着点,根据力偶、力矩、分力、合力等力学规律和杠杆原理产生相应的运动和维持人体姿势。

2、各组织间的被动阻力。

3、各内脏器官的摩擦力。

4、血管淋巴液在管道内流动时产生的流体阻力,在分流时产生的湍流等。

8、牛顿第一定律:又称惯性定律,是指任何物体,在不受力的作用时,都保持静止或匀速直线运动。

9、牛顿第二定律:当一个物体受到的合外力不为零时,物体运动的加速度与合外力成正比,与其质量成反比,加速度的方向与合外力的方向一致。

10、动量定理:是描述物体机械运动状态变化规律的基本定理之一,物体在运动过程中,其动量的增量等于作用于物体上的元冲量。

11、动量守恒定律:任何物质系统在不受外力作用或受外力之和为0时,其总动量保持不变,这就是动量守恒定律。

12、杠杆原理在康复医学中的应用:1、省力:要用较小的力克服较大阻力,就要缩短阻力臂或延长力臂。

在人体杠杆中肌肉拉力的力臂一般都很短,人体有一些补偿机制可以使之增大。

通过籽骨能增长力臂,如髌骨就延长了股四头肌的力臂。

此外,通过肌肉在骨上附着点的隆起,延长力臂,如股骨大转子就增大了臀中肌、臀小肌的力臂,小转子则延长了髂腰肌的力臂。

2、获得速度:许多动作不要求阻力,而要求获得较大的运他动速度和幅度,如投掷物体、踢球、挥拍击球等。

为使阻力点移动距离和速度增大,就要增长阻力臂和缩短力臂。

3、防止损伤:根据杠杆原理,速度杠杆不利于负重和载荷,而人体肌肉杠杆大都属于速度杠杆,因而可以理解阻力过大容易引起运动杠杆各环节的损伤,特别是其力点和支点,即肌腱系统和肌肉止点以及关节的损伤。

为减少此类损伤,在运动训练及康复治疗中应特别强调增强肌肉锻炼,同时应适当控制阻力和阻力矩。

此外,局部或全身休息可使肌力降低,避免易损组织劳损,这也是非常重要而有效的手段。

13、人体平衡的稳定因素:1、支撑面支撑面积愈大,物体平衡的稳定性也愈大。

2、重心高低重心愈低,稳定性就愈大。

3、稳定角稳定角愈大,物体的稳定程度愈大,即物体在某方位上平衡稳定性的储备能力愈大。

4、平衡角平衡角等于某方位平面上稳定角的总和。

5、稳定系数14、老年人的跌倒问题主要与神经——肌肉控制能力、前庭感受问题、肌肉问题等方面的机能衰退有关。

15、动量矩定理:刚体动量矩的增加量等于它所受到的冲量矩,即:M(t2-t1)=Iω2-Iω116、骨的载荷有哪些,举例说明:1、拉伸或压缩2、剪切3、扭转4、弯曲17、强度是指生物材料或非生物材料组成的构件抗破坏的能力。

18、刚度是指钢构件抵抗变形的能力。

19、运动康复中涉及的应力。

许用应力:构件工作时所能允许的应力最高值,这个最大的允许应力称为许用应力。

预应力:构件组成时,在构建中已经产生的应力叫预应力。

应力集中:如果在板件上钻一个空,在通过该孔截面突变的附近,局部小范围内应力数值急剧增加,而离开这个区域稍远,应力则大为下降。

这种现象称为应力集中。

20、体育运动对骨的影响:1、促进骨的生长发育2、使骨增粗和提高骨的机械性能。

21、影响关节稳定性的因素:1、关节面相应关节面的吻合及其差异程度,可影响着关节的稳定性。

2、韧带韧带不仅仅是骨与骨之间的连接结构,而且是动态活动关节的重要稳定结构。

韧带对关节在一定方向的加固与制约作用,使关节的活动保持在正常的生理范围内有着重要的意义。

3、肌肉肌肉收缩产生关节加固分力肌肉工作的协同与控制对关节的稳定与预防关节损伤有着重要的实际意义。

4、关节负压22、颈干角:股骨颈与股骨体之间所形成的角度23、前倾角:下肢在中闰位时股骨头与股骨干不在同一个冠状面上,股骨头居前,股骨颈向前倾斜,与冠状面形成一个角度,称为前倾角。

24、举重或提重物时增加腰椎负荷与以下三个方面有关:1、物体的重心与脊柱运动中心的距离2、脊柱的弯曲和旋转的程度3、物体的性质、大小、形态、重量和密度,如将物体由远移近身体,可以缩短腰椎的转动力矩从而使负荷减轻。

搬重物时采用挺腰屈膝,然后伸膝的方法并缩短转动力矩可以减轻腰部负荷。

25、影响关节运动幅度的因素:1、相对关节的两关节面积差相差越大关节活动幅度也越大,但关节稳固性会相应下降2、关节囊厚薄与松紧度薄而松弛则关节运动幅度大,反之相反3、关节周围韧带的多少与强弱关节韧带越多、越强厚则关节越稳固,运动幅度相应减少。

4、关节周围的骨结构关节周围的骨突常阻碍关节的运动,影响关节的运动幅度,如髋关节的关节窝较深,关节窝周围的环形突起就会影响髋关节的活动幅度。

5、关节周围骨骼肌强弱、体积、伸展度、弹性程度关节周围肌肉的伸展性和弹性好,关节的活动幅度就大,反之则运动幅度小。

6、年龄7、性别8、体育运动9、气温26、软组织的力学特征:1、非线性生物软组织的应力—应变关系一般不服从胡克定律。

2、加载试验时预调的必要性3、粘弹性一般来说,粘弹性具有应力—应变曲线滞后、应力松弛和蠕变三个特点。

27、骨骼肌纤维类型的分布特点:人体骨骼肌均由不同类型的肌纤维混合组成,快肌与慢肌纤维的分布混杂,但每一运动单位只含有同一类型肌纤维。

人类肌纤维类型组成的百分比与功能、性别、年龄、遗传等因素有关。

1、在功能方面,以维持身体姿势为主的骨骼肌中,慢肌纤维所占百分比较高。

2、在性别方面,研究表明女性慢肌纤维比男性多。

3、在年龄方面,一般认为青少年时期肌纤维类型的百分比组成无太大差异20-29岁以后,随着年龄的增长,慢肌纤维百分比增加,快肌纤维百分比下降。

4、在遗传方面,研究表明骨骼肌纤维的百分比组成配布可能是由先天遗传决定的。

28、体育运动对骨骼肌的影响:1、使肌肉体积增大、重量增加、肌力提高2、肌组织中结构成分变化3、肌纤维周围毛细血管增多4、肌肉中结缔组织增厚5、运动终板增多、增大6、肌肉的化学成分发生变化29、步态周期:行走过程中,从一侧足跟着地开始到该足跟再次着地构成一个步态周期。

30、对指定的下肢而言,一个步态周期的活动可分为支撑时相和摆动时相。

支撑时相占整个步态周期的60%——65%。

31、影响步态的六大因素:1、髋部旋转2、髋部侧面下降3、支撑阶段的膝关节弯曲4、踝关节的滚动运动5、下肢在平面中的转动6、膝内收32、步态分析的临床应用:1、功能评定步态分析的生物力学研究是步行功能测量的重要组成部分,它以生物体的移动状态为研究对象,测量参数具有自主控制的成分。

根据步态分析所得的运动学、动力学参数可以推测步行的对称性和波动性。

根据步速、步频、步行持续距离可判断其速度、节奏和持久性。

2、疗效评定步态分析为疗效评定提供了客观手段,如股四头肌肌力不足的病人,足接触地面有明显的异常,行走中膝反屈,同时健侧下肢支撑相延长,给患者施以手术,如果手术有效,可以发现上述情况好转。

3、步态分析在假肢、支具和矫形器等康复器械中的应用正常步态是指健康人用自我感觉最自然、最舒服的姿势进行的步态。

然而假肢、支具、矫形器的使用者,由于受到种种限制,以及心理因素的影响,其步态与正常人步态有较大区别。

要想获得理想的装配效果,必须由康复医师、治疗室、装配技师和患者三方面合作,同时再辅助以定量步态分析手段。

33、常见试验方法及仪器有哪些?1、影像解析方法是用摄影机或者摄像机拍摄记录下人体运动的过程,再通过对影像中人体关节、器械等运动点的测量计算,获得运动学数据,对动作技术进行分析研究,指导运动员改进动作、预防损伤、提高运动水平,帮助患者进行康复训练,恢复运动能力。

仪器:数字化、高清晰度、高速度的摄像机和录像解析系统仪器;红外拍摄技术的运动分析系统,如瑞典产的Qualisys三维运动分析系统,加拿大产的NDI OPtotrak三维运动测量系统2、测力平台系统是动力学参数测定的重要手段,经常使用的仪器有测力台和压力分布测量平板如瑞士Kister测力台3、关节力量测试方法该方法采用各种力的传感装置来测出人体关节力量数值,通过这些数据分析运动员训练程度、练习效果、技术优劣,以及完成某些动作的可行性等,还可以对患者肌力情况进行测量和评价,制定运动处方,检验康复训练的效果。

仪器:Cybex和Biodex系统4、肌电测量方法是采用肌电仪测出受试者在运动过程中,有关肌群生物电的变化曲线和数值,从而分析运动员各肌群在动作过程中的活动状态,研究其动作技术的方法。

仪器:肌电仪5、综合性多机同步测试34、股骨的两组骨小梁:正常情况下,一方面股骨头主要承受压缩应力,骨小梁由股骨头周边沿压缩合力的方向下行,汇合至内侧骨皮质,形成最大的一组骨小梁,称为主要抗压缩骨小梁。

另一方面,由于股骨头和股骨颈亦承受剪应力,从而在颈上方产生张力,因而有一个骨小梁由外侧骨皮质沿张力方向延伸至内侧皮质,称为主要抗张力骨小梁。

两组骨小梁约呈60°交叉,两组交叉之间承受应力最小,此区称为Ward三角。

35、体育运动对骨的影响:1、促进骨的生长发育在体育活动中,骨承受各种运动负荷的刺激,可促使骺软骨细胞的正常增殖,利于骨的增长。

同时,在进行体育活动中,血液循环加快,保证了骨的营养供给及新陈代谢,从而促进骨的生长发育。

2、使骨增粗和提高骨的机械性能经常参加体育锻炼,可使骨表面的隆起更为显著,骨密质增厚,管状骨增粗,骨小梁配布更符合力学规律。

骨形态结构的良好变化,使骨的抗压、抗弯、抗折断和抗扭转等机械性能得到提高。

36、Wolff定律:骨功能的每一改变,都有与数学法则一致和确定的内部结构及外部形态的变化。

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