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运动生物力学发展概况

来源:www.daxuelw.org  发布时间:2016-12-20  
早在公元前,生物体的运动便引起希腊哲学家Aristotle的兴趣,随着力学和医学发展,19世纪中业,俄国科学家耳M.ce职HoB提出对人体运动要从生理学和生物力学角度进行研究分析。加世纪初,德国科学家B找山Lne和Fihser用解剖尸体的实验方法测定人体各部分的相对质量和质心位置。20世纪30年代,英国生理学家珑U对肌肉力学的研究获得诺贝尔奖。1967年,第一届国际生物力学学术讨论会在瑞士苏黎世召开。

       1959 年,我国成立了运动生物力学研究组,标志着我国正式开始生物力学的研究。运动生物力学的研究方法,现在大体有两种:第一种是应用多体理论建立动力学模型,其代表是美国力学专家K劝e;模型中的刚体数目可根据具体的研究对象进行灵活的选取。第二种是人体仿真研究方法,其代表是南非力学专家Hazte;他利用弹性肌元,阻尼器,内能源等力学原件来模拟整个人体系统,并以此来建立人体运动过程中的动力学解析式,并且依据这个理论模型的计算结果与实际数据进行比较,来寻找人体运动的最佳途径。与本课题相关的研究有Mliier建立的4刚体人体模型应用于潜水运动; Passerrll。和Huston建立的10刚体人体模型应用于人体的空间运动:H民跳e提出的17刚体人体模型研究跳远起跳,并考虑了神经,肌肉的作用;Pnady和zajac提出的跳高运动中的4刚体肌肉一骨骼模型。国内研究起步比较晚,1980年12月成立了中国运动生物力学协会,标志着我国对生物力学研究的全面展开。近年来,运动生物力学课题是国内体育学术领域热衷的新兴课题。但运动生物力学研究者所涉及的领域和理论研究还不足。

       例如,运动生物力学的理论研究方法中,对于抽象人体运动学的数学模型方法在我国尚未得到广泛应用。国内对生物力学的研究一般都采用传统的研究方法来研究,研究的对象也比较局部或者简单。现在,国内外的运动生物力学研究逐步向精确化、同步化、模型化和电脑化纵深方向发展,其应用领域也不仅仅局限于体育学和医学。近几年,国内的王西十、白瑞蒲一直在从事人体生物动力模型的研究并发表了“一个解剖人体下肢的生物动力模型”。单大卯发表的关于人体(下肢)肌肉功能模型简介[2]的文章较为全面的总结介绍人体下肢肌肉功能模型的国内外发展现状和以后的发展趋势[3]。人体艘关节运动生物力学模型研究 经过国内外学者几十年的努力,运动生物力学取得长足的进步,人体关节模型研究也形成许多成熟的理论。人体关节的力学模型的建立可以分为三步:第一,肌肉力学模型研究;第二,关节周围肌肉简化和关节肌骨力学模型建立;第三,模型调试和模型验证。肌肉张力一长度特性和肌肉张力一速度特性是肌肉收缩的两个重要关系,二者相互制约相互影响。

       1938年,实验得出经典的Hlil方程,得到了肌肉张力一速度的变化关系。此后,Huxlye通过横桥和肌动蛋白理论从微观上给出了肌肉的横桥模型[6l,得到了肌肉张力一速度的变化关系。其变化关系与HIU方程所反映的关系在一定范围内十分相似,这种肌肉张力·速度特性在后来学者的研究中同样得到验证。肌肉张力一长度特性有两种表现形式:1.肌肉是动作的主动肌肉2.肌肉不是动作的主动肌肉,在运动过程中被动拉伸。1964年,Ge月免n首先报道了大白鼠中排肠肌在等长和等张条件下的肌肉张力一长度曲线不同v[],1994年,vnace等对这一结论给予确认,发现等张条件下肌肉张力一长度曲线中最大作用力比较大,对应的肌肉长度比较长[81;在运动载荷相同的条件下获得的肌肉张力一长度曲线中的最大力与同样情况下用等长条件获得的最大力相比有相当大的减少;研究还发现不能将骨骼肌不同工作条件下获得的数据进行合成。 1997年,国内学者潘汇炬就肌肉张力一长度关系研究从微观上给予了新的解释[91。总的来说,目前的研究仍停留在将肌肉张力一长度特性和肌肉张力一速度特性分开研究的层面上,还没有一个完整肌肉张力一长度一速度模型可以利用,这为以后的关节的肌骨模型的建立带来了不少困难。



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