膝关节生物力学分析问题

膝关节生物力学分析问题
膝关节是由股骨踝、胫骨平台、腓骨、髌骨、韧带、半月板、关节软骨、肌肉等共同组成的, 其运动是很复杂的。

1、膝关节承重分析
体重负荷下，胫股关节接触力随屈膝角度增大而增加。

有资料显示，人体屈膝30º，膝关节承受压力和体重相等，屈膝60º，膝关节压力为体重的4倍，屈膝90º，所承受的压力是体重的6倍。

事实上，膝关节所承受的压力不仅与屈膝角度有关，也与身体各部位（躯干、小腿等）的倾斜度有关。

试建立数学模型，分析在体重负荷、静止、双脚支撑状况下，胫股关节接触力与屈膝角度、身体各部位倾斜度的关系，确定最大胫股关节接触力及对应的屈膝角度、小腿等的倾斜度。

并说明上段说法是否正确（可在一定误差下）。

2、台阶运动对膝关节的影响
爬楼梯属于负重运动，上下台阶时下肢各关节的运动幅度、关节负荷以及肌肉活动等均与在平地上静止、行走有差异，膝关节起主要承重和缓冲作用。

有资料显示，正常人在爬楼梯时膝关节承受的压力会在瞬间增加3倍。

即，
一位体重为70公斤的人在爬楼梯时其两侧膝关节所承受的压力则高达280公斤。

同时，爬楼梯速度越快，膝关节承受的压力就越大。

考察台阶：长90 cm、宽28 cm、高18 cm，测试者：170cm、70kg，速度：96 步/分。

试建立数学模型，分析上下台阶时，胫股关节接触力与上下楼梯时腿部动作、速度等的关系。

分析上下楼梯是否有差异、上下楼梯最大膝关节压力各是多少、平均膝关节压力各是多少。

并说明上段说法是否正确。

3、运动对膝关节的影响
若时间容许的话，请选取步行（例如快步走）、武术（例如太极拳）、球类（例如篮球）、田径（例如跳远）等一个或多个运动项目，对运动对膝关节的影响进行进一步讨论。