运动生物力学复习资料

运动器官生物力学
1、影响骨拉压力学性质的因素：
a)性别和年龄：男女在骨骼弹性模量、抗拉和抗压强度极限上没有显著差
异。

b)骨的各向异性及解剖部位差异：在最常见的载荷方向上，骨骼的强度和
刚度最大。

c)加载、应变速率的影响：（加载速率是指每单位时间内载荷增长量。

每单
位时间内应变的改变为应变速率。

）研究结果表明，骨的压缩强度极限和
弹性模量随应变速增高而增大。

d）应力集中影响：由于截面尺寸改变而引起的应力局部增大的现象称为
应力集中。

在静载荷下，塑性材料与脆性材料对应力
集中的反映是不同的。

对塑性材料可不考虑应力集中
的影响；对脆性材料，应力集中将大大降低杆件强度。

2、骨骼的力学特点
1)骨骼是各向异性材料，载荷方向不同其力学性质也不同。

局部解剖位置
不同其力学性质也存在差异。

2)成熟密质骨压缩强度最高，拉伸强度次之，剪切强度最差。

顺着纤维方
向的剪切强度低于横着纤维方向的剪切强度。

松质骨的强度远远低于密
质骨的强度。

3)应力集中会使骨骼的强度降低。

4)加载速度增加，骨的强度和刚度增加，吸收能量的能力增加。

3、骨的功能适应性（Wolff定律）
骨功能的每一改变，都有与数学法则一致的确定的内部结构和外部形态的变化。

4、骨的压电效应
长骨被弯曲时，能产生压电，在凸侧
即张应力侧（拉侧）产生正电位，
在凹侧（压侧）即压应力侧产生
负电位。

5、疲劳性骨折：
1)概念：由于重复作用的较低负载引起的骨折，又叫应力性骨折、新兵骨
折、慢性骨折等。

2)发生机制：骨具有自我修复能力，只有在骨重建不足以弥补骨疲劳损伤
时才发生疲劳骨折——也就是说频繁的载荷妨碍了骨为防止骨折所进行
的重建活动。

3)影响应力性骨折的因素
a)应力大小
b)应力重复次数及负荷频率
c)负荷形式
d)骨的力学强度
e)肌肉疲劳程度
f）局部解剖结构
6、治疗的基本原则：受伤部位制动
7、肌肉活动对骨应力分布的影响：
（A）胫骨在三点弯曲状态下压应力和张应力的分布。

（B）小腿三头肌的收缩造成胫骨后侧产生压应力，抵消了胫骨后侧的张应力。

（C）当臀中肌松弛时，张应力作用于股骨颈上部骨皮质，压应力作用于下部骨皮质。

臀中肌收缩能够抵消张应力。

8、术后康复时：避免主动做折弯、旋扭、剪切、拉伸动作；给予应力刺激
9、生物软组织材料具有很高的非线性、各向异性和粘弹性等性质。

其中粘弹性又包括滞后，松弛，蠕变
10、骨可能承受的负荷形式：拉伸、压缩、剪切、扭转、弯曲、复合。

11、强度：抵抗外力破坏的能力。

刚度：抵抗外力而不产生变形的能力。

稳定性：保持平衡形态的能力。

12、外界有电刺激，骨更易愈合：电刺激骨愈合技术
13、关节软骨的功能：
（1）在广泛区域内使关节负荷分散，可减少接触关节面上的应力。

（2）可在相对关节面上发生一定活动而有最小的摩擦和耗损。

（3）富有弹性，能起到缓冲震动的作用。

（4）在受到压力时，关节软骨具有渗透性。

14、软骨的生物力学性能：
a)软骨的粘弹性
b)关节软骨的渗透性：渗透性和压应力关系：健康关节软骨的渗透性随其压力应变或压应力的增大而降低。

c)关节软骨的润滑性
润滑软骨面有两个主要的机制：界面润滑；压渗（液膜）润滑
12、过度负重——力过大或负重区域太小是造成关节软骨退变的生物力学因
素。

13、骨骼肌的三元素模型（结构力学模型）
A）收缩元：代表肌节中的肌动蛋白微丝及肌球蛋白微丝。

兴奋时可产生张力，称主动张力。

B）并联弹性元：代表肌束膜及肌纤维膜等结缔组织。

当被牵拉时产生弹力，称被动张力。

C）串连弹性元：代表肌微丝、横桥及闰盘的固有弹性。

当收缩元兴奋后，使肌肉具有弹性。

总张力：主动张力和被动张力的和。

14、静息长度：收缩元表现最大张力时的长度称肌肉的静息长度。

平衡长度：肌肉被动张力为零时，肌肉所能达到的最大长度。

15、力与速度的关系应用在施加负荷重：主动收缩与速度成反比
16、肌肉激活状态：肌肉兴奋时其收缩成分力学状态的变化。

17、肌肉收缩如何在时间上表现出顺序性
如何缩短潜伏期：预先拉长/提前激活
18、肌肉松弛：被拉长的肌肉，其张力有随着时间的延长而下降的特性。

（下蹲后立即起跳效果比停后在起跳效果好）
19、胶原组织在载荷作用下的力学特性受到三个主要因素的影响
①纤维结构的方向性；
②弹性纤维和胶原纤维的特性；
③胶原纤维和弹性纤维之间的比例。

20、韧带的力学性能：
（1）韧带的（形状）和（大小）以及（加载速度）是决定载荷作用下韧带强度的主要因。

（2）韧带的(截面面积)影响韧带的强度。

与载荷方向一致的纤维数目越多，这些纤维越宽越厚、则韧带的强度就越大。

（3）和骨一样，(若加载速度增加，则韧带的强度和刚度也增加)。

（4）在膝关节韧带的拉伸试验中发现加载速度是原来的4倍时，则破坏载荷比原来增加50％。

21、肌肉与腱的生物力学性能对运动的影响
b)增加动作的力和速度
c)提高动作的经济性
d)对冲击载荷和振动载荷的缓冲
22、在相等程度的激发下，肌肉张力的大小决定于三个因素
（1）该瞬间肌肉的长度
（2）长度变化的速度
（3）距离开始激发时刻所经历的时间
23、载荷对肌肉收缩力学特性的影响
1）动作潜伏期延长
2) 收缩幅度减小
3）收缩速度下降
24、肌肉爆发力的评价指标：功率
25、肌肉重建——废用和固定的影响
●肌肉耐力和力量减退，肌肉萎缩（肌纤维的数量和体积减少）。

●肌肉被固定在拉长位置时对肌肉的有害影响较小。

●人或者动物肌肉损伤或手术后尽早进行活动能够预防肌萎缩。

关节生物力学
力臂减小。

也就是说体重(除从上述可以看出，要减少外展肌力，也可以使d
G
去支持腿)重心尽可能靠向病腿髋关节。

例如当外展肌受损或麻痹时，不能提供平衡用肌力，此时病人只好把人体重心(除去支持腿)置于股骨头中心的正上方，在这种情况下，就显出所谓：“馈病”步态，即将身体倾斜到肌肉受损的一边。

长期处于这种“馈病”步态，由于股骨头承受垂直向下的力，从而引起骨端软骨板的位移，骨将向上方生长，形成“外反股”病态，为了避免这种情况，可借用手杖来减小外展肌力。

造成半月板损伤必须有三个条件：膝关节半屈位、挤压和旋转。

生物力学原理
1、大关节首先产生活动原理(大关节带动小关节活动)
当需要克服大阻力，或需要表现出大的运动速度时，运动链中各关节的肌肉虽然同时用力，但其中大关节总是首先产生活动，并依据关节的大小，表现出一定的先后顺序。

从而依据关节大小表现出大关节首先产生活动的顺
序性原理。

2、活动顺序性的实际意义
在完成运动技术过程中，主动加强大关节作用，充分发挥大关节的潜力，有利于动作技术的完成。

3、小关节活动的重要性
1).小关节是人体支撑点
2).影响动作时间
3).调节作用
4、关节活动顺序性的专项特点
有些动作并不需要克服大的阻力，或产生极大的运动速度。

因此依据不同运动项目需要，关节活动顺序性并非以大关节带动小关节的原理进行。

5、鞭打动作的定义
在克服阻力和自体位移过程中，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。

6、鞭打动作的目的
鞭打动作可以使末端环节获得极大的速度
7、鞭打动作的原理
●符合关节（肌肉）活动顺序性原理
●远端环节“后摆”使肌肉在向心收缩前做离心收缩，增加了肌力
●增加力的作用距离和作用时间
●转动惯量最小化
●动量（矩）从近端向远端传递：在做鞭打动作时，鞭根（近端环节）
先加速挥动，获得角动量。

然后制动，在制动过程中，角动量向鞭梢
（远端环节）传递。

由于鞭梢质量较小，因此获得较大的运动速度。

8、缓冲动作的意义
（1）减少外力作用
（2）缓冲动作是完成动作技术的重要技术环节
（3）准备性动作
（4）非代谢能的利用
9、摆动动作的作用
●提高重心相对高度
●增加起跳力
10、什么叫人体相向运动
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。

11、人体相向运动产生的原因（动量矩守恒）
12、投掷项目助跑的作用
1）.增大投掷时器械的初速度。

2）.提高肌肉的弹性势能。

3).为人体动量向器械转移创造条件。

13、.跳跃项目助跑的作用
1）.助跑速度是起跳后人体腾起速度的重要组成部分。

2）.为缩短起跳时间及增大起跳力创造条件。

3）.提高肌肉的弹性势能
14、起跳的目的：使人体保持一定水平速度的情况下，获得尽可能大的
垂直速度和适宜的角动量
15、如何增大起跳重心上升的高度
●缓冲阶段腿的屈曲下蹲动作，是身体重心下降，从而增加起跳过程中身
体重心垂直位移的高度
●身体的摆动动作可大幅提高身体重心高度
●起跳腿的提踵（伸展踝关节）对提高身体重心高度有重要作用
16、背跃式助跑的优点：降低重心
优秀的运动员起跳后并不过早的倒向横杆，两臂以及摆动腿向正上方摆动腾起瞬间身体质心在起跳点正上方的动作技术更为合理。