《人体运动学》第一章总论(生物力学基础)解读
人体运动学考试重点总结笔记
人体运动学考试重点总结笔记人体运动学考试重点第一章总论.人体动力学概念(8)：是运用力学的原理与方法研究人体在运动状态下各器官系统形态结构与功能活动变化规律及其影响的一门学科。
是多门学科之间相互交叉与渗透的科学。
是研究人体活动科学的领域。
是通过位置、速度、加速度等物理量描述和研究人体和器械的位置随时间变化的规律或在运动过程中所经过的轨迹，而不考虑人体和器械运动状态改变的原因。
.人体重心：人体重心一般在身体正中面上第三骶椎上缘前方7cm 处。
由于性别、年龄、体型不同，人体重心略有不同。
一般男子中心比女子高，自然站立时，男子重心高度大约是身高的56%，女子大约是身高的55%，这是因为女子骨盆较大的原因。
.人体解剖参考轴与面(14)：轴：冠状横轴，垂直纵轴，矢状轴面：水平面，与地面平行，把人体分成上下两部分冠状面，把人体分成前后两部分矢状面，把人体分成左右两部分.人体关节的运动形式（15）：屈曲与伸展，主要以横轴为中心，在矢状面上的运动内收与外展，主要以矢状轴为中心，在冠状面上的运动内旋与外旋，主要以纵轴为中心，在水平面上的运动（前臂和小腿有旋前和旋后运动，足踝部还有内翻和外翻运动）6、杠杆的分类（17）：三类第1类杠杆，又称平衡杠杆，支点位于力点和阻力点中间第2类杠杆，又称省力杠杆，其阻力点在力点和支点的中间，可用较小的力来克服较大的阻力第3类杠杆，又称速度杠杆，力点在阻力点和支点之间，如使用镊子.骨骼肌肉系统运动学*第一节骨运动学.骨运动学概念（22）：正常成年人人体共有206块骨2、骨的功能（27）：（疑问答题）.力学功能a 支撑功能，骨是全身最坚硬的组织，对肢体起着支撑作用，并负荷身体自身的重量及附加的重量，如脊柱、四肢b 杠杆功能，运动系统的各种机械运动都是在神经系统的支配下，通过骨骼肌的收缩、牵拉骨围绕关节产生的。
骨在运动中发挥着杠杆功能和承重作用c 保护功能，某些骨按一定的方式互相连接围成体腔或腔隙来保护内在组织和器官，如颅腔保护脑2）生理学功能a 钙磷储存功能与物质代谢功能b 造血功能和免疫功能第二节*肌肉运动学1、肌肉的组成、类型及特征：（40）肌肉的组成：完整的肌肉由肌束组成，肌束由肌纤维组成，每个肌纤维又由肌小结组成。
正常人体运动学第一章总论
康复的概念康复(rehabilitation)一词最早来源于中世纪的拉丁语，“re”是“重新”、“恢复”。
Rehabilitation有“重新获得能力”、“复原”、“恢复原来的良好状态”、“恢复原来的地位、权利、身份、财产、名誉、健康及正常生活”之意。
在第一次世界大战中，re-habilitation首次具有“对身心残疾者进行治疗，使其重返社会”的含义。
到了第二次世界大战，将“康复”的用法才确定下来。
康复的概念综合、协调地应用各种措施，预防或减轻病、伤、残者身心、社会功能障碍，以达到和保持生理、感官、智力精神和社会功能的最佳水平，使病、伤、残者能提高生存质量和重返社会。
0.采用综合手段（医学/教育/社会/职业）1.以功能障碍为核心2.强调功能训练和再训练3.以提高生存质量、回归社会为最终目标康复医学的概念康复医学(rehabilitation medicine)是指针对残疾人及功能障碍者的康复，具有独立理论基础、功能测评方法、治疗技能和规范的医学应用学科。
●应用医学科学及其有关技术（非药物治疗为主）●最大程度恢复和发挥潜在能力和残存功能（功能为核心）●以重返社会为基本目标第一章人体运动学总论第一节人体运动学概念人体运动学概念：人体运动学是研究人体活动的科学，它运用力学方法和原理来观察研究人体节段运动和整体运动所产生的各种活动功能，以及生理、生化和心理的改变，并阐述其变化的原理、规律和结果，是康复医学中的重要理论组成部分。
康复医学概念：康复医学是针对各种原因（含先天性因素）引起的损伤和疾病所致的功能障碍，应用一切可以利用的手段（包括医学、教育、职业和社会等），经过训练和再训练，达到以恢复功能、重返社会为目的的一门应用性学科。
康复医学的治疗：康复医学与临床医学治疗方法的不同之处是前者较少应用药物和手术，较多应用运动和物理因子的方法，其中又以运动为主要方法。
人体运动学所要学习的内容●正常人体运动学●运动生物力学●运动生理学●运动生物化学●运动心理学●运动障碍学正常人体运动学●这部分内容不同于解剖学，但又是在解剖学的基础上，阐述各主要关节运动时涉及的关节、肌群结构及其功能运动生物力学是采用力学原理分析各主要关节活动中出现的力学现象。
《人体运动学》第一章总论(生物力学基础)解读
时间-空间参数
时间-空间参数是步行中髋、膝、踝关节运动 规律(角度变化或位移、速度、加速度等)、身 体重心的位置变化规律、骨盆的位置变化规律 的反映。
常用的有步态周期中不同时相的关节角度参数、 关节角度曲线、角度-角度图。
单一的角度数值变化意义不大。
动力学指标
(1)足-地接触力 (2)踝关节力 (3)身体重心的加速度
身体重心的加速 度
行走时人体重心不仅在水平方向，而且在 垂直方向上不断改变着位置和速度。其中 身体重心在垂直方向的速度变化与各关节 及其活动肌肉的力学状况有密切关系。
例如：分析一侧膝关节在行走期间的关节 内力时，需要分析膝关节以上身体各部分 重心的位置和加速度变化，有关的参数值 是进行下肢膝关节受力分析时必不可少的 基础数据。
空间参数
行走时左右足跟(或趾尖)间的纵间距离称为步长， 而同侧足跟(或趾尖)两次着地间的距离称为步周 长或周期跨距。
步长与身高显著相关,中国青年男性的步长约为 55.0～77.5cm，女性约为50.0～70.0cm。身高相 同的男、女性，其步长无显著性差异,且步长随 着年龄的增大而下降。健康成年人正常步态行走 时，身体质心上下起伏的幅度约为44cm。
踝关节力
Bresler和Frankel于1950年曾估算踝关节 力超过2倍体重。Selreg等在1975年采用数学模 型 方 法 ， 测 定 踝 关 节 反 作 用 力 为 5.2 倍 体 重 。 Stauffer等在1977年测算的踝关节反作用力约 为 5 倍 体 重 。 Walker 于 1977 年 估 算 踝 关 节 力 在 3.59～6倍体重之间。汤荣光等对单肢负重期踝 关节力进行了测定，测得在单肢负重期踝关节 力出现最大值，约4.67倍体重。因此可以确定 人体踝关节力约为5倍体重。比较男、女性踝关 节力，经检验无显著性差异。
人体运动学第一章 总论生物力学基础
垂直于截面的应力称为“正应力” (Normal Stress )
lim ? ?
ΔN dN ?
ΔA? 0 ΔA dA
p
?
?
M
位于截面内的应力称为“切应力” (Shearing Stress )
摆动动作
身体某一部分完成“主要”动作（如踏跳动作）时，身 体的另一部分（如两臂及摆动腿） 配合“主要”动作 进行加速摆动的动 作形式称摆动。
躯干扭转
在身体各部分完成动作时，躯干上下 两端同时绕躯干纵轴的反向转动称躯干的 扭转运动形式。
相向运动
人体处于无支撑的腾空状态完成动作 时，由于人体两端均无约束，因此身体某 一部分向某一方向活动（转动）时，身体 的另一部分会同时产生相反方向的活动 （转动），这种身体两部分相互接近（或 远离）的运动形式称相向运动。
P/A=C（1-e-D δ /L）
C=a constant, D=equivalent modulus e=natural log base （自然对数的底）
比如一些生物材料：软骨或骨属于这种情况
黏弹性
黏弹性材料：力学性质既具有弹性材料 的力学性质，又具有黏性材料的力学性质。
生物固体材料如骨、软骨、肌肉、血管 壁、皮肤等都是黏弹性材料。
平衡杠杆
阻力 点
阻力点
动力点
支点
省力杠杆
动力点 支点
阻力点
速度杠杆
2.关节活动顺序性原理
大关节最先产生运动，然后依据关节的大小出现一 定的先后顺序。
上下肢各关节的肌肉生理横断面（cm2）
《人体运动学》第一章 总论(基础与概念)
肉骨骼和心血管系统并发症。
心理活动对人体生理运动的影响
人体运动的基本形式、规律及其生理 意义
呼吸与体液循环 肌骨系统运动 运动的生理效应
制动与卧床对机体的影响
制动对心血管系统的影响很大； 局部制动对肌肉和骨关节系统的影响严重； 对呼吸道的影响； 长期制动会产生感觉剥夺和心理的社会剥夺感； 长期卧床及病痛对精神和情绪的影响，可影响消
第一础与概念 第二节 运动学基础 第三节 动力学基础 第四节 静力学平衡 第五节 生物力学基础 第六节 人体运动的能量代谢 第七节 人体运动的效果评价
第一节 人体运动学基础与概念
1 人体运动的基本形式、规律及其生理意义
2
制动与卧床对机体的影响
3
心理活动对人体生理运动的影响
人体运动力学
(4)剪切 剪切载荷作用时，载荷施加方向与骨表面平行或垂直
，且在骨内部产生剪切应力和剪应变。骨剪切载荷时其内 部发生角变形。通过对骨进行剪切实验的结果表明，骨密 质的剪切强度要大于骨松质的剪切强度，垂直于骨纤维方 向的剪切强度要明显大于顺纤维方向的剪切强度。
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第一节 运动生物力学概述
一、运动生物力学概念 （一）生物力学：研究生物体机械运动规律。 一般生物力学、人类工程生物力学、医用生物力学、 康复生物力学、运动生物力学、生物力学研究方法
（二）运动生物力学：运动生物力学是用静力学、运动学 和动力学的基本原理结合解剖学、生理学等研究人体运动的 学科。用理论力学的原理和方法研究生物是个开展得比较早 、比较深入的领域。
运动生物力学是研究体育运动中人体运动规律的科学。 运动生物力学把体育运动中各项动作技术的研究课题，赋
予生物学和力学的观点及方法，使复杂的体育动作技术奠基 于最基本的生物学和力学的规律之上，并以数学、力学、生 物学及运动技术原理的形式加以定量描述。
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二、运动形式 简单的、低级的运动形式 复杂的、高级的运动形式 三、人体运动的复杂性 人体是个开放的系统 四、人体的机械运动 （一）人体机械运动的表现方式
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4. 耐冲击力和持续力差 不同载荷作用时，若在骨中所引起的张力分布一样，但
效果不一样，两者相等时，冲击力在骨中引起的变化较大， 也就是说，骨对冲击力的抵抗比较小。另一方面，骨的耐持 续性能比较差，同其他材料相比，抗疲劳性能亦差。
5．机械力对骨结构的影响 在骨承受载荷的限度内，成人骨对机械力的反应是由应
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第一章 人体运动的力学原理.
华中科技大学同济医学院附属梨园 医院康复中心 程凯
第一章 人体运动的力学原理
力→人体→平衡 （equilibrium） 生物力学（biomechanics ） 运动（movement） 力：静力（static）维持人体平衡 的力 动力（dynamic）使人体运动 的力 人体生物力学：人体运动静力学 人体运动运动学
1.一个自由度铰链关节 一个自由度是指这个关节只有一个活动 轴。 如屈戊（hingo）关节—指间关节。 尺桡 关节 —前臂旋前，旋后。 2.两个自由度是指该关节具有两个活动轴 如髁状关节—掌指关节 ＼可作环绕动作 拇指鞍状关节—掌指关节／ 3.三个自由度是指具有三个活动轴的关节 球窝关节（ball and socket）→髋 、肩。 应注意：活动轴和活动方向是两回事。
9.下列哪种杠杆既产生力,又产生速度? #A.支点在重点和力点之间 B.支点在一端,重臂大于力臂 C.支点在一端, 力臂大于重臂 10.下列哪项可提高杠杆机械效率? #A.增加力臂 B.增加重臂 C.增加作用力 D.增加重力
问答题: 1.什么是开链和闭链?请各举一例. 开链是指远端是自由的运动链—如人体四肢和躯干。 闭链是指运动链的远端组合成环状---如骨盆带，胸腔→ 活动范围极小. 2.人体有哪三类杠杆?请各举一例,并说出各类杠杆的特 点. 第一类杠杆： 支点位于重点、力点之间 如，环枕关 节,又有力又有速度. 第二类杠杆：支点在一端，力臂>重臂 .如，小腿三头 肌做踮脚.产生力. 第三类杠杆:支点在一端，重臂 >力臂。四肢关节均属 此类。产生速度,移动较长距离.
二.以身体平面的运动术语 中立位 解剖位 （常用来描述运动的起始点）
三.关节运动的术语： 体段运动 关节运动 前臂上引＼ 体位上引— 屈肘 拉 锯 ／ 小腿抬高＼ 蹲 — 立— 伸膝 坐 —立 ／ 1.屈曲—伸展 2.外展—内收 3.外旋—内旋
1.4.第一章 总论 第四节 生物力学基本原理
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识 1.力2 与载荷
力是物体之间的相互作用； 载荷是作用在物体上的外加力。 两者都是物质间的作用，但力是互相间的作用， 载荷3有施加者和承受者的区别。
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识 2.应2 力与应变
物体由于外因(受力、湿度、温度场变化等)而 变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力， 以抵3抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的 位置回复到变形前的位置。
物体受力变形时，体内各点变形程度一般不同。 某一点变形程度的力学量称为该点的应变，即： 结构内某一点受载时所发生的变形，称应变。 3应变用ε表示，ε= L/L0，L是变形量，L0是初 始长度。 应变的物理意义是外力作用后产生变形的能力。
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识
3.力2 -位移曲线和应力-应变曲线 用变形的位移为横坐标，相应的受力为纵坐标得
运动生物力学研究生物体的运动规律。
3
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识
2 生物力学基础知识：基本概念、基本物理量、计
算方法、计量单位及其物理意义。 基本指标如下：力与载荷、应力与应变、量、应力 3
松弛与蠕变
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识 1.力2 与载荷
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识 4.强2 度与刚度
刚度指受外力作用的抵抗变形的能力。 用K表示，K=F/L, F是所受的力，L是F对应的 变形值。刚度的单位为：N/m2或Pa。力-位移曲线 中线3 性段的斜率即为材料的线性刚度。 刚度是材料产生单位变形所需的外力值。
一、生物力学概述
（二）生物力学基础知识 5.弹2 性模量
相对于地球作变速运动的参考系叫非惯性参考 系。又称动参考系，或动系。
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应变ε 滞后现象
二、运动生物力学
（一）人体解剖参考面
（二）人体关节的运动形式
1．屈曲(flexion)与伸展(extension)：主要是 以横轴为中心,在矢状面上的运动。 2．内收(adduction)与外展(abduction)：主要 是以矢状轴为中心,在前额面上的运动。 3．内旋(internal rotation)与外旋(external rotation)：主要是以纵轴为中心,在水平面上的 运动。
lim
ΔT dT
ΔA0 ΔA dA
应变（Strain）
对于构件任一点的变形，只有线变形和角变形 两种基本变形，分别由线应变和角应变来度量。
线应变
线应变 —— 即单位长度上的变形量，无量纲， 其物
形量
理意义是构件上一点沿某一方向变
的大小
角应变 切应变 ——即一点单元体两棱角直角的改变量，
另外，前臂和小腿还有旋前(pronation)和 旋后(supernation)运动；足踝部还有内翻
（三）人体的基本运动形式 推
上肢 拉 鞭打 缓冲
人体运动 下肢 蹬伸 鞭打 摆动
全身 躯干扭转 相向运动
上肢推
在克服阻力时上肢由屈曲状态变为伸 展状态的动作过程称为推的基本运动形式。
上肢拉
在克服阻力时上肢由伸展状态变 为屈曲状态的动作过程成为拉的基本 运动形式。
人体上肢环节的开链系统
人体运动链 左边图示bam（一个开链）和ABCDE与dff1d1（闭链）。右边图示 一个闭链的运动，其关节角运动是耦合的。 引自V.M. Zatsiorsky 《Kinematics of Human Motion》
（五）人体基本运动原理 1.杠杆原理
寰枕 关节
斜方肌
动力点
摆动动作
身体某一部分完成“主要”动作（如踏跳动作）时，身 体的另一部分（如两臂及摆动腿） 配合“主要”动作 进行加速摆动的动 作形式称摆动。
躯干扭转
在身体各部分完成动作时，躯干上下 两端同时绕躯干纵轴的反向转动称躯干的 扭转运动形式。
相向运动
人体处于无支撑的腾空状态完成动作 时，由于人体两端均无约束，因此身体某 一部分向某一方向活动（转动）时，身体 的另一部分会同时产生相反方向的活动 （转动），这种身体两部分相互接近（或 远离）的运动形式称相向运动。
第一章 总论
内容
第一节 人体运动学基础与概念 第二节 运动学基础 第三节 动力学基础 第四节 静力学平衡 第五节 生物力学基础 第六节 人体运动的能量代谢 第七节 人体运动的效果评价
第五节 生物力学基础
1
材料力学相关概念2运动生物力学应力与应变➢应力
为了引入应力的概念，参照下图，首先围绕K点取
支点
平衡杠杆
阻力 点
阻力点
动力点
支点
省力杠杆
动力点 支点
阻力点
速度杠杆
2.关节活动顺序性原理
大关节最先产生运动，然后依据关节的大小出现一 定的先后顺序。
上下肢各关节的肌肉生理横断面（cm2）
关节
上肢
下肢
性别 肩关节 肘关节 腕关节 髋关节 膝关节 踝关节
P/A=C（1-e-D δ /L）
C=a constant, D=equivalent modulus e=natural log base （自然对数的底）
比如一些生物材料：软骨或骨属于这种情况
黏弹性
黏弹性材料：力学性质既具有弹性材料 的力学性质，又具有黏性材料的力学性质。
生物固体材料如骨、软骨、肌肉、血管 壁、皮肤等都是黏弹性材料。
（四）人体运动链
三个或三个以上环节通过关节相连，组成运动 链(kinematic chain)，关节运动链是研究人 体运动的基础，在关节康复治疗中具有重要的 运动学与生物力学意义。
运动链分为开链（open kinematic chain， OKC）和闭链（closed kinematic chain，CKC）
无量纲
弹性模量
P/A
E= δ/L
E=Constant，modulus of elasticity /elastic modulus(弹性模量）
P/A E1 E2
E3 δ/L
Linear elastic material
代表材料刚度
P/A D1 D2
D3
δ /L Nonlinear elastic material
闭链
如果一个运动链的两端都被固定住，或者说运 动链中每一个环节至少和其他二个环节相连就 叫闭链。
B 1 ω
A
C 2
3
D
四杆机构的闭链
开链
如果运动链的末端环节是可以自由运动的，或者说 如果运动链中有一个环节只和其他一个环节相连接， 这个运动链就叫开链。
在人体运动中大多是开链，尤其是四肢的运动。
微小面积，有分布内力的合力，应力定义为：
p ΔP ΔA
K
K
应力是一个矢量 平均应力——某个范围内，单位面积上的内力的平均集度
K点的应力——当面积趋于零时，平均应力的大小
和方向都将趋于一定极限，得到
lim p
P dP
A0 A dA
应力即单位面积上的内力——某截面处内力的密集程度 应力的国际单位为N/m2
上肢鞭打
在克服阻力或自体位移过程中，上肢 诸环节依次加速与制动，使末端环节产 生极大速度的动作形式称鞭打动作。
下肢缓冲
在抵抗外力作用过程中，下肢由伸 展的状态转为较为屈曲的状态的动作 过程称下肢的缓冲运动。
下肢蹬伸
在克服阻力过程中，下肢由屈曲状态，进 行积极伸展的动作过程称为下肢的蹬伸动作。
下肢鞭打
1N/m2 = 1Pa（帕斯卡） 1MN/m2 = 1MPa = 106 N/m2 = 106Pa 1GPa = 1GN/m2 = 109Pa
垂直于截面的应力称为“正应力” (Normal Stress)
lim
ΔN dN
ΔA0 ΔA dA
p
M
位于截面内的应力称为“切应力”(Shearing Stress)
黏弹性材料的特点
（1）当物体突然发生应变时，若应变保持一 定，则相应的应力将随时间的增加而下降， 这种现象叫做应力松弛。
应 力 σ
时间t 应力松弛曲线
（2）若令应力保持一定，物体的应变随时间的 增加而增大，这种现象称为蠕变。
应 变 ε
时间t 蠕变曲线
（3）对物体作周期性的加载和卸载，则加载 时的应力-应变曲线同卸载时的应力-应变曲 线不重合，这种现象称为滞后。