人体运动学-肌肉动力学分析(清晰详实)
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人体运动学,骨和关节的基本结构和功能,肌肉的基本结构与功能 -回复
人体运动学,骨和关节的基本结构和功能,肌肉的基本结构与功能-回复人体运动学是研究人体运动的科学，主要涉及骨骼结构、关节功能和肌肉结构与功能等方面的知识。
本文将一步一步回答中括号内的三个主题，从骨骼结构、关节功能和肌肉结构与功能三个方面来探讨人体运动学。
第一部分：骨和关节的基本结构和功能人体的骨骼系统由骨骼、关节和肌肉组成，是人体支撑与运动的重要组成部分。
骨骼是由骨头、骨髓和骨膜组成的，主要功能有支撑体重、保护内脏器官和供给血液的作用。
骨头是骨骼系统的基本单位，人体大约有206块骨头，主要分为长骨、短骨、扁骨和不规则骨四类。
长骨主要位于四肢，如手臂和腿部，短骨主要存在于手腕和脚踝，扁骨如颅骨和肩胛骨，不规则骨如脊椎和骨盆等。
骨头有不同的形状和结构，这些形状和结构的差异赋予了骨骼系统不同的功能。
关节是连接骨头的结构，使骨头能够相对运动。
关节主要有三种类型：卧伏关节、球突关节和滑车关节。
卧伏关节使骨头能够绕一个轴心旋转，如肘关节；球突关节允许骨头在多个平面上产生移动，如肩关节；滑车关节允许两个骨头在一个平面上相互滑动，如膝关节。
不同类型的关节使人体能够以多种方式进行运动。
第二部分：肌肉的基本结构与功能肌肉是骨骼系统的重要组成部分，主要功能是连接骨头，使其能够产生运动。
肌肉主要由肌纤维组成，而肌纤维又由肌原纤维和肌原细胞构成。
肌原纤维是肌肉的基本单位，肌原细胞则是多个肌原纤维的组合。
肌原纤维内部含有许多肌单位，每个肌单位包含一对相对运动的肌丝。
肌丝分为厚丝和薄丝，当肌肉收缩时，肌丝通过交联和滑动来产生力量。
肌原纤维中的肌丝结构使其能够产生肌肉的收缩和伸展动作，从而实现人体的运动。
肌肉通过神经系统控制，神经系统与肌肉的连接点称为神经-肌肉接头或神经肌肉突触。
当神经信号到达这些接头时，会引起肌肉收缩。
每个肌肉有许多接头，这使得肌肉的控制更加精确和灵活。
肌肉的结构和功能因肌肉类型的不同而有所差异。
人体肌肉主要分为骨骼肌、平滑肌和心肌三类。
人体运动的执行体系 动作分析 PPT
１、 克制工作:又称向心收缩,肌肉的拉力矩大于阻力矩, 肌肉缩短,动点向定点靠拢,例如负重弯举的上举时期。
２、 退让工作:又称离心收缩,肌肉的拉力矩小于阻力矩, 肌肉紧张,但慢慢被拉长,动点与定点逐渐分离,例如负 重弯举下降时期。
(三)单关节肌和多关节肌
依照肌肉跨过关节的数量可分为单关节肌和多关节肌 (一)单关节肌 只跨过一个关节,一般比较短而粗,作用力集中在一个
作为原动肌当多关节肌收缩发力时,对其中一个关节发挥作用后, 对其余关节就不能充分发挥作用,这种现象称多关节肌主动不足。 如在屈腕的情况下,再屈指就会特别困难。
２、多关节肌的被动不足:
作为对抗肌当多关节肌已在其中一个关节被拉长后 ,在其余关节 就不能被充分拉长,这种现象称多关节肌“被动不足”。如当膝 关节伸直时,大腿在髋关节处屈的程度就会大幅度减小,这是骨后 肌群被动不足的缘故。
❖ 只是在运动实践中往往有这种情况,即同样是髋关节屈曲,不一
定都是髋关节屈肌在收缩用力,例如跑步时髋关节屈,是屈髋肌 在收缩用力;在落地缓冲时髋关节屈,却是伸髋肌在收缩用力。 同是髋关节屈曲,原动肌却是截然相反的两群,是由于环节受力 情况不同,因此要正确分析动作,需要掌握环节受力情况。
二)环节受力分析法 ❖ 环节运动是在力作用下产生的。作用于环节的力可分为
2、环节运动方向与外力作用方向相同:
(1) 环节运动速度快
环节运动方向
[快-同]
伸
外力
快速运动
原动肌位于环节运动方向同侧
2、环节运动方向与外力作用方向相同:
(2)环节运动速度慢
环节运动方向
[慢-反] 伸
外力 慢速运动
原动肌位于环节运动方向反侧
二、运动动作的解剖学分析
２、 退让工作:又称离心收缩,肌肉的拉力矩小于阻力矩, 肌肉紧张,但慢慢被拉长,动点与定点逐渐分离,例如负 重弯举下降时期。
(三)单关节肌和多关节肌
依照肌肉跨过关节的数量可分为单关节肌和多关节肌 (一)单关节肌 只跨过一个关节,一般比较短而粗,作用力集中在一个
作为原动肌当多关节肌收缩发力时,对其中一个关节发挥作用后, 对其余关节就不能充分发挥作用,这种现象称多关节肌主动不足。 如在屈腕的情况下,再屈指就会特别困难。
２、多关节肌的被动不足:
作为对抗肌当多关节肌已在其中一个关节被拉长后 ,在其余关节 就不能被充分拉长,这种现象称多关节肌“被动不足”。如当膝 关节伸直时,大腿在髋关节处屈的程度就会大幅度减小,这是骨后 肌群被动不足的缘故。
❖ 只是在运动实践中往往有这种情况,即同样是髋关节屈曲,不一
定都是髋关节屈肌在收缩用力,例如跑步时髋关节屈,是屈髋肌 在收缩用力;在落地缓冲时髋关节屈,却是伸髋肌在收缩用力。 同是髋关节屈曲,原动肌却是截然相反的两群,是由于环节受力 情况不同,因此要正确分析动作,需要掌握环节受力情况。
二)环节受力分析法 ❖ 环节运动是在力作用下产生的。作用于环节的力可分为
2、环节运动方向与外力作用方向相同:
(1) 环节运动速度快
环节运动方向
[快-同]
伸
外力
快速运动
原动肌位于环节运动方向同侧
2、环节运动方向与外力作用方向相同:
(2)环节运动速度慢
环节运动方向
[慢-反] 伸
外力 慢速运动
原动肌位于环节运动方向反侧
二、运动动作的解剖学分析
生物力学课程——肌肉力学.
第二节 Hill方程
与心肌、平滑肌相比，对骨骼肌的研 究较为深入，因为有： 1. Hill方程—可描述骨骼肌的力学性质。 2. Hill模型—可描述骨骼肌的功能状态。
Hill方程是肌肉力学中最有名的方程， 是骨骼肌力学的基础。 来源：青蛙的缝匠肌实验 描述：骨骼肌在强直状态下快速释放时
张力T和缩短速率V之间的关系。
如果肌肉被拉长 超过了静息长度，张 力也逐渐下降。因为 此时肌节被拉长，肌 丝间的接触少张力会 降低。肌节的长度约 为 3.6μm 时 ， 肌 丝 间 几乎没有重叠，所以 不能产生主动张力。
如果肌纤维的长度 过短，张力开始慢 慢下降然后迅速降 低。因为肌丝过度 重叠干扰了横桥的 形成。肌节的长度 小于1.65μm时，粗 肌丝滑到了Z线，这 时张力大幅度降低。
骨骼肌：
心肌：
• 骨骼肌纤维里线粒体 和毛细血管较少。因为
• 心肌细胞含有大量的线粒体， 毛细血管也较多，大约每一心肌 纤维都有一毛细血管供给氧气和
骨骼肌可以缺氧。
营养。 心肌不可须臾不足。
• 心肌纤维呈螺旋排列。 • 骨骼肌肌纤维平行排列。
心肌与骨骼肌的不同之处（二）
骨骼肌 ： • 骨骼肌收缩可不必同步。
当负荷与肌肉产生的最大张力相等时，肌肉
缩短的速度为零，肌肉做等长收缩；
如果负荷继续增加，肌肉做离心收缩，负荷
越大肌肉伸长越快。
三. 张力与时间的关系
肌肉产生的张力与收 缩的之间成正比。收缩 的时间越长产生的张力 越大，直到达最大张力。
四. 骨骼肌结构的影响
肌肉由收缩成分即肌节组成，肌节 能产生主动张力，收缩成分的排列方式 显著影响了肌肉的收缩功能。
骨骼肌组成动物躯体的主要部分，也是动 物运动的发动机，其运动受自主神经控制。在 显微镜下，可看到骨骼肌明暗相间的条纹，故 又称横纹肌。
人体运动学-肌肉动力学分析(清晰详实)
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SPECIAL CASES
• Thumb • Pronation/supination • Hip med/lat rotation with hip flexion
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10
KINEMATIC CHAIN
kinematic chain： a series of connected segment links open kinematic chain motion 开链运动
39 cm
33
Torgue 250*0.39 420*0.10 140 Nm 优质医学 FMUSCLE 140 / 0.05 2800N
34
优质医学
动作分析的应用
优质医学
35
GAIT ANALYSIS
优质医学
36
平衡訓練
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38
优质医学
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h=肩高
39
BICYCLE ANALYSIS
优质医学
42
more Fun & Lark
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for Good or Bad
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TREADMILL
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高爾夫
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人体运动动力学.ppt
人体运动中所受到的外力在 体育运动中的运用。
3.1.2 关于内外力之间关系
在跑、跳等动作中，人们一般都知道要跑得跟 快、跳得更高更远就必须加大蹬地力量，实际 上人体所获得的动力并不是人的蹬地力，而是 地面对人的反作用力，这就是人向后下用力而 身体却向前上方运动的原因。
要获得较大的反作用力作为人体运动的动力，必须加大人的蹬地 力，这又取决于人体肌肉活动引起的对地面作用力的大小。肌肉 活动是主动的，为了提高人体运动效果，最重要的是提高肌肉收 缩的力量（内力），以加大蹬地力从而得到一个大的反作用力 （外力），使人体运动状态发生变化。
I Ft 单位：牛顿.秒（N. s）
冲量的几何含义：
S=F*t
F S
t
2. 动量定理
物体在运动过程中，在某段时间内动量的 改变，等于所受所受合外力在这段时间内的冲 量。即：
K I
F t mvt v0
动量定理的矢量性。 例题：P73
3、动量定理在体育运动中的应用
1．在投掷项目中，为了增加器械的出手速度，即增加器 械的出手动量，应增加在最后用力阶段对器械的冲量。 这要求在发挥最大力量的同时，延长力的作用时间。
2．若要减少对人体的冲力，就得延长力作用的 时间，各种落地缓冲动作就是典型的例子。
3．运用动量定理还可以计算人体运动中的一些力 学参数。
在跳跃项目中，用测力台测出踏跳力随时间的 变化曲线，就可以求出人体所受的冲量，运用 动量定理，则可求出人体腾空的速度。
在另一些情况下，在动作的电影图片上可以计 算出人体或器械的运动速度。反过来，也可以 计算出相应的平均冲力大小。
第三运动定律在体育运动中的应用
当人们进行各种运动时，作用力与反作用 力问题是普遍存在的。弄清它们的关系， 才能正确分析体育运动中各力的特点，结 合牛顿第二运动定律进行深入研究。
3.1.2 关于内外力之间关系
在跑、跳等动作中，人们一般都知道要跑得跟 快、跳得更高更远就必须加大蹬地力量，实际 上人体所获得的动力并不是人的蹬地力，而是 地面对人的反作用力，这就是人向后下用力而 身体却向前上方运动的原因。
要获得较大的反作用力作为人体运动的动力，必须加大人的蹬地 力，这又取决于人体肌肉活动引起的对地面作用力的大小。肌肉 活动是主动的，为了提高人体运动效果，最重要的是提高肌肉收 缩的力量（内力），以加大蹬地力从而得到一个大的反作用力 （外力），使人体运动状态发生变化。
I Ft 单位：牛顿.秒（N. s）
冲量的几何含义：
S=F*t
F S
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2. 动量定理
物体在运动过程中，在某段时间内动量的 改变，等于所受所受合外力在这段时间内的冲 量。即：
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动量定理的矢量性。 例题：P73
3、动量定理在体育运动中的应用
1．在投掷项目中，为了增加器械的出手速度，即增加器 械的出手动量，应增加在最后用力阶段对器械的冲量。 这要求在发挥最大力量的同时，延长力的作用时间。
2．若要减少对人体的冲力，就得延长力作用的 时间，各种落地缓冲动作就是典型的例子。
3．运用动量定理还可以计算人体运动中的一些力 学参数。
在跳跃项目中，用测力台测出踏跳力随时间的 变化曲线，就可以求出人体所受的冲量，运用 动量定理，则可求出人体腾空的速度。
在另一些情况下，在动作的电影图片上可以计 算出人体或器械的运动速度。反过来，也可以 计算出相应的平均冲力大小。
第三运动定律在体育运动中的应用
当人们进行各种运动时，作用力与反作用 力问题是普遍存在的。弄清它们的关系， 才能正确分析体育运动中各力的特点，结 合牛顿第二运动定律进行深入研究。
人体运动学 肌肉的基本结构和功能
（2）肌肉的协同作用
姿势协同动作通过下肢和躯干肌以固定的 组合、固定的时间顺序和强度进行收缩的 运动模式从而达到保护站立平衡的目的。
姿势协同动作的运动模式 踝关节协同动作模式 髋关节协同动作模式 跨步动作模式
二、肌肉的运动适应性
1. 肌肉训练的结构基础
功能蛋白合成、糖酵解增强 毛细血管、线粒体增多。 反应时缩短、弹性增加、力量与耐力
在竞技体育领域，如肌电刺激在优秀马拉松和 举重等耐力和力量/快速力量型运动员中的应用 。
肌电刺激原理
肌电刺激是如何激活随意运动，如何提高 训练强度，促进更大肌力发展？ 1.肌对电刺激的适应性反应
神经因素影响：神经适应。 2.激发较大运动神经元，动员更多的运动
单位。 3.增加氧化酶和糖元合成酶，提高肌耐力
2.肌肉的类型及特性
（1）根据肌的组织化学和功能特性分类
红肌纤维 （慢肌）
白肌纤维 （快肌）
（2）根据肌活检、肌的收缩特点及生化特性
慢缩纤维 （I型肌纤维）
快缩纤维 （Ⅱ型肌纤维）
快速氧化-糖原分解型Ⅱa 快速-糖原分解型Ⅱb
肌纤维类型与运动项目
力量性运动项目（快缩纤维） 举重 篮球 足球 曲棍球
耐力性运动项目（慢缩纤维） 中、长跑 游泳
运动单位肌纤维结构特点
排列形式
平行 串联 交错组合
作用结果
力叠加 位移叠加 力和位移的变化
肌肉的特性
01 物理特性 02 生理特性
伸展性
弹性
物理
特性
粘滞性
兴奋性
传导性
生理
特性
收缩性
（二）肌肉的功能及运动形式
1. 肌肉的功能
运动 支撑 维持姿势 保护身体 产热
运动学——04肌肉运动学详解
实际中整块肌肉做等长或强直收缩时，长 度—张力关系必须考虑产生张力的主动成分， 被动成分。
被动张力的产生是由肌肉长度超过静息长度 时，并联和串联的弹性成分产生。
大多数单关节的肌肉并没有被牵拉到被动 张力起主要作用的程度。
多关节肌相反，如屈膝时腘绳肌产生的张 力显著降低，相反，屈髋伸膝关节时，腘 绳肌被动牵拉，产生的被动张力之高足以 肌肉被过度拉长。
2）等速收缩
定义：肌肉收缩时所发生的运动速度是恒定 的
不使用特殊的机器（等速测力）就不会发生 在活体中。
伴随阻力的调节，运动速度相等。
（三）肌力的产生及影响因素
1.肌力的产生---肌纤维的力学模型
收缩成分：肌动蛋白和肌球蛋白横桥结构 并联的弹性成分：肌肉结缔组织，如肌外膜，
（2）负荷—速度关系
肌肉向心收缩和离心收缩的速度与恒定的负荷 之间存在一定的关系 向心收缩时缩短的速度与所受外界负荷呈反 比例关系；
当外界负荷为0时，肌肉缩短速度最快 当负荷与肌肉的最大张力相等时，肌肉缩短的
速度为0，这时作等长收缩。
离心收缩时负荷—速度关系呈正比例关系；
（3）张力—时间关系
肌肉运动学
一、骨骼肌的结构
肌肉类型
横纹特征 随意收缩 例
骨骼肌 是
是
四肢肌
心肌
是
否
心脏
平滑肌 否
否 内脏器官
（一）概述
1.骨骼肌的一些基本信息
人体最丰富的组织，占总体重的40-45％； 骨骼肌600多块； 大约不到80对骨骼肌即可完成大多数动
作；
（二）骨骼肌的组织结构
1.骨骼肌组织结构
固定肌：将原动肌定点所附着的骨固定的肌， 稳定相关关节的近端部分
第三章 第二节 肌肉的生物力学特性
下肢肌(羽状肌较多 ) b：上肢肌(羽状肌较少)
模型的串联
肌肉的长度增加。 肌肉收缩速度增加。
模型的并联
肌肉的生理横断面增加。 肌肉收缩力增加。
2、肌肉收缩力
速度特性
希尔方程： T——张力 V——速度
( a + T )(V + b) = b(TO + a )
V = b
图2—3 外部阻力增大时肌肉收缩的基本特征的变化
缩缩短短程程度度
小负荷
中负荷
大负荷
时间（从开始激发起算）
跑动作技术的生物力学 跑动中上、下肢摆动幅度大而有力是现代短 跑技术明显的特征。世界记录保持者 贝利 跑时上 跑技术明显的特征。世界记录保持者贝利 贝利跑时上 臂前后摆动的幅度达 125° 。大腿前后的摆动幅度 臂前后摆动的幅度达125 为105° 左右。
单肌节力学模型 并 联 弹 性 成 分 收 缩 成 分 串联弹性成分
肌肉力学模型 串联弹性成分 并联 弹性 成分 并联 弹性 成分 串联弹性成分
单肌节力学模型 并 联 弹 性 成 分 收 缩 成 分 串联弹性成分
肌肉力学模型
串联弹性成分 并 联 弹 性 成 分 并 联 弹 性 成 分 串联弹性成分
肌肉放松
激活状态
收缩
(1)
(2)
(3)
肌肉受激发时的力学效应的顺序性
思考题：
短跑的起跑为什么采用 “蹲踞式”起跑？
2、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。 原因 ：由弹性成分粘弹性体的特性决 肌肉松弛 肌肉松弛原因 原因：由弹性成分粘弹性体的特性决 定的。
（三） 载荷对肌肉收缩力学特性的影响 当载荷增大时，肌肉收缩力学特性的变化 如下： 1、 动作潜伏期延长； 2、 收缩幅度减小； 3、收缩速度下降。
模型的串联
肌肉的长度增加。 肌肉收缩速度增加。
模型的并联
肌肉的生理横断面增加。 肌肉收缩力增加。
2、肌肉收缩力
速度特性
希尔方程： T——张力 V——速度
( a + T )(V + b) = b(TO + a )
V = b
图2—3 外部阻力增大时肌肉收缩的基本特征的变化
缩缩短短程程度度
小负荷
中负荷
大负荷
时间（从开始激发起算）
跑动作技术的生物力学 跑动中上、下肢摆动幅度大而有力是现代短 跑技术明显的特征。世界记录保持者 贝利 跑时上 跑技术明显的特征。世界记录保持者贝利 贝利跑时上 臂前后摆动的幅度达 125° 。大腿前后的摆动幅度 臂前后摆动的幅度达125 为105° 左右。
单肌节力学模型 并 联 弹 性 成 分 收 缩 成 分 串联弹性成分
肌肉力学模型 串联弹性成分 并联 弹性 成分 并联 弹性 成分 串联弹性成分
单肌节力学模型 并 联 弹 性 成 分 收 缩 成 分 串联弹性成分
肌肉力学模型
串联弹性成分 并 联 弹 性 成 分 并 联 弹 性 成 分 串联弹性成分
肌肉放松
激活状态
收缩
(1)
(2)
(3)
肌肉受激发时的力学效应的顺序性
思考题：
短跑的起跑为什么采用 “蹲踞式”起跑？
2、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。 原因 ：由弹性成分粘弹性体的特性决 肌肉松弛 肌肉松弛原因 原因：由弹性成分粘弹性体的特性决 定的。
（三） 载荷对肌肉收缩力学特性的影响 当载荷增大时，肌肉收缩力学特性的变化 如下： 1、 动作潜伏期延长； 2、 收缩幅度减小； 3、收缩速度下降。
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人体功效学之人体模拟系统
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20 cm 42Kg
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REFERENCE
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Cardinal planes of motion
Planes of Motion
Transverse Plane Frontal Plane Sagittal Plane
优质医学 (YZ plane)
(XY plane)
(XZ plane)
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NAMING MOVEMENTS AT JOINTS
(electrogoniometer) • 外力
• 力量感測器(Loadcell) • 肢段空間位置
• 動作擷取系統 (Vicon) • 地面反作用力
• 測力板 (AMTI)
• 肌電訊號
• 肌電訊號(EMG)
• 加速度
• 加速規(Accelerometer) • 資料收集
• 資料收集盒(Datalogger)
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使用動作量測分析系統的目 的
了解人體動作，肢幹間的相關性 • 運動學，動力學參數
設計、提升與評估人體運動、手工具、運動器材與醫療輔具等的功 能與成效
优质医学
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動作量測分析系統包含
動作量測分析系統 • 電子量角器(electrogoniometer) • 力量感測器(Loadcell) • 動作擷取系統 (Vicon) • 測力板 (AMTI) • 肌電訊號(EMG) • 加速規(Accelerometer) • 資料收集盒(Datalogger)
RFR A
REL B
RW RA
RSH ORAS I NhomakorabeaLSH O
CL AV
STR N
LAS I
LWR A
LUP A
LEL B
LFRA
LWR B
RT HI
RK NE
RTI B
RA NK RM T5
RT OE
LFIN
LT HI LK NE
LTI LBA NK LM T5
LTOE
LBH D
RBH D
C7
RBA K
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APPLICATION OF HUMAN MOTION MEASURE AND ANALYSIS SYSTEM
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使用人體動作量測分析系統的目的 人體動作量測分析系統 進階人體動作分析--人體動作分析模擬系統 人體動作分析系統之應用
• 步態分析(gait analysis) • 平衡訓練 • 輔具科技 • 下背痛分析 • 運動器材 • 體育技術 • ……
• the joint motion with the distal segment moves free in space, e.g. raising lower leg or throwing a ball
closed kinematic chain motion 闭链运动 • the joint motion with the distal segment is fixed, e.g. standing up or squatting down
LPSI
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RFI N
LHE E
RHE E
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2. 測力板 (AMTI)
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force
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transducer
amplifier A/D PC
測力板(COP)
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3. 肌電訊號(EMG)
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動作量測分析系統
• 電子量角器
• 關節角度
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電子量角器 (ELECTROGONIOMETER)
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力量感測器(LOADCELL)
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力量感測器(LOADCELL)
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動作分析系統
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1. 動作擷取系統 (VICON)
Vicon 460
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Ploygon
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RFH D
LFHD
RW RB
人体运动学-功能性活动分析
KINESIOLOGY APPLICATION IN FUNCTIONAL ACTIVITIES
周晶 南方医科大学康复医学院
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KINESIOLOGY
优质医学
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PURPOSE OF STUDYING CLINICAL KINESIOLOGY
The purpose of studying clinical kinesiology is to understand the forces acting on the human body and to manipulate these forces in treatment procedures so that human performance may be improved and further injury may be prevented 了解动作 了解作用在人体的力量 优化运动效能 避免和预防运动损伤
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KINEMATIC CHAIN
kinematic chain： a series of connected segment links open kinematic chain motion 开链运动
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动作分析的应用
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WHAT KIND OF KINEMATIC CHAIN IS PERFORMED AS
chin-up (引體向上)? one-legged squatting?
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BASIC ARTHROKINEMATIC JOINT MOTIONS
(1) rolling or rocking, (2) sliding or gliding, (3) spinning