雷兵兵

中圖分類號：G80-05 文獻(xiàn)標(biāo)識：A 文章編號：1009-9328（2016）12-021-01

摘 要 肌肉的主動收縮和舒張控制之下動物會產(chǎn)生各種不同的運(yùn)動形態(tài)，這屬于肌肉力矩的主動改變而肢體運(yùn)動又會反作用于肌肉力矩。在不斷的進(jìn)化中人類逐漸形成自身完善的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)負(fù)責(zé)自身運(yùn)動的控制與協(xié)調(diào)。除了主動的肌肉力矩之外，接觸力矩、重力力矩以慣性力矩也會對肢體運(yùn)動的具體方式和表現(xiàn)產(chǎn)生影響，生物力學(xué)是研究人類運(yùn)動控制機(jī)制的基礎(chǔ)，因而本文就生物力學(xué)在運(yùn)動控制與協(xié)調(diào)研究中的作用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 生物力學(xué) 運(yùn)動 控制協(xié)調(diào) 應(yīng)用

人體運(yùn)動需要在多個部分的共同協(xié)調(diào)配合下完成，而單純運(yùn)動學(xué)角度只針對物體的運(yùn)動效果以及其他外作用力的影響進(jìn)行研究，無法對人體肢體運(yùn)動控制和協(xié)調(diào)的具體機(jī)制作出判斷。生物力學(xué)從關(guān)節(jié)力矩的角度并結(jié)合運(yùn)動動力學(xué)方法可以對肢體運(yùn)動的產(chǎn)生方式和作用機(jī)制進(jìn)行科學(xué)合理的分析，推動人體運(yùn)動控制機(jī)制理論研究的發(fā)展。

一、生物力學(xué)與運(yùn)動控制的關(guān)系分析

肌肉的收縮是人類肢體運(yùn)動最直接的動力，人體神經(jīng)系統(tǒng)可以對不同部位的新陳代謝速率和能量釋放方式進(jìn)行調(diào)整，從而起到控制骨骼肌腱可控張力的效果，肌腱又將動力傳給關(guān)節(jié)、韌帶以及骨骼等，最終實現(xiàn)對各個運(yùn)動單位的控制。神經(jīng)肌肉骨骼系統(tǒng)包括肌肉運(yùn)動單位與神經(jīng)元之間的突觸連接、運(yùn)動單位疊加與肌腱上的合力、肌肉骨骼系統(tǒng)的整合以及關(guān)節(jié)力矩整合協(xié)作四個層次。人體的骨骼、肌肉結(jié)構(gòu)都十分復(fù)雜，因而神經(jīng)中樞系統(tǒng)很難直接對每個運(yùn)動單位進(jìn)行控制，目前猜測中樞神經(jīng)系統(tǒng)對運(yùn)動目標(biāo)協(xié)作實現(xiàn)方式或者是關(guān)節(jié)水平運(yùn)動方式進(jìn)行控制，再由該環(huán)節(jié)傳達(dá)至各個運(yùn)動單元。

二、運(yùn)動控制的生物力學(xué)研究技術(shù)

（一）生物傳感器技術(shù)

目前生物傳感器技術(shù)在科學(xué)研究中的應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，包括力量、肌電圖、加速度以及位移傳感器等等，這些技術(shù)相關(guān)專業(yè)的教科書以及很多文獻(xiàn)中都有涉及到。隨著研究的深入和技術(shù)的發(fā)展三維陀螺儀運(yùn)動測量技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，在生物力學(xué)測量中可以對物體的運(yùn)動速度、不同時間點的方位、角度等數(shù)據(jù)進(jìn)行測量和記錄，因而可以應(yīng)用于疾病診斷和治療康復(fù)中，該技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛。

（二）生物力學(xué)建模與仿真

當(dāng)人體運(yùn)動時除了肢體的外部狀態(tài)，肌肉狀態(tài)、關(guān)節(jié)連接處軟組織的形狀等也會發(fā)生一定的變化，而對這種形變進(jìn)行觀察和研究的難度較大，因而可以將整個人體作為一個完整的運(yùn)動系統(tǒng)并以此為基礎(chǔ)建立相應(yīng)的人類肢體運(yùn)動動力學(xué)研究方程，也可以將其稱為生物力學(xué)模型。研究方向以及研究切入點的不同都會對最終的模型構(gòu)建產(chǎn)生影響，一般來說任意運(yùn)動的計算機(jī)模擬或者仿真需要應(yīng)用正向動力學(xué)知識和技術(shù)，而對肢體運(yùn)動的外力因素進(jìn)行測量時則需要應(yīng)用逆向運(yùn)動學(xué)。

（三）運(yùn)動學(xué)影像技術(shù)

影像技術(shù)在生物力學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用由來已久，隨著科技的進(jìn)步和科研領(lǐng)域投入的提高，更多新型的運(yùn)動學(xué)影像技術(shù)開始出現(xiàn)。高速熒光透視技術(shù)可以對人體運(yùn)動狀態(tài)下的骨骼、關(guān)節(jié)的情況進(jìn)行精確的分析，拍攝速度更快且由于無侵入性對人體的傷害也更小。將該技術(shù)應(yīng)用于人體醫(yī)療中將大大提高骨科檢驗的準(zhǔn)確性。即時超聲波成像技術(shù)可以將人體運(yùn)動狀態(tài)下的肌肉、肌腱等的形態(tài)包括肌纖維排列、肌肉羽狀角的情況進(jìn)行成像。

三、運(yùn)動控制的生物力學(xué)原理

運(yùn)動控制涉及的生物力學(xué)原理較多，本文就其中幾個較為重要的原理進(jìn)行分析闡述。人們在做出某個動作之前，為了提高動作的完成效果，往往會先做一個跟目標(biāo)動作方向相反的動作，例如扣籃時先將手臂抬高，一方面下扣動作的幅度更大，另一方面肌肉的彈力也會有所增大，下扣的力量隨之提高，這就是反向動作最佳起始力原理的典型表現(xiàn)。人體神經(jīng)肌肉系統(tǒng)功能的完善性，以及個體肌肉力量和爆發(fā)力量對于體育競賽成績有著重要的影響，在某些體育活動中，人們?yōu)榱双@取運(yùn)動速度的最大沖量會采取一些助力措施，例如對于跳遠(yuǎn)運(yùn)動員來說，他們在進(jìn)行跳遠(yuǎn)前都會有助跑，鐵餅投擲運(yùn)動員在投擲鐵餅時，也會有身體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動等等，以上各項體育運(yùn)動都是通過延長加速度時間和距離來增加力的作用效果，這體現(xiàn)的是運(yùn)動速度的最大沖量原理。物體之間的碰撞效果一般會受到以下兩方面因素的影響，即物體質(zhì)量和速度這兩方面的影響，質(zhì)量與速度的乘積稱之為動量，生物力學(xué)中有打擊碰撞動量保持原理，該原理在運(yùn)動控制中的體現(xiàn)有：網(wǎng)球的擊球、拳擊等等，運(yùn)動員為了提高碰撞效果在確保撞擊速度時還會提高撞擊的力度。因此，對于運(yùn)動員來說，一定要掌握運(yùn)動控制的生物力學(xué)原理，進(jìn)而將其在實際運(yùn)動中得到充分運(yùn)用，這對提高運(yùn)動員成績來說起著非常重要的作用。

四、結(jié)束語

綜上所述，生物力學(xué)的應(yīng)用可以在對關(guān)節(jié)力矩和分量進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上研究神經(jīng)肌肉系統(tǒng)對肌肉收縮力矩的調(diào)節(jié)模式，主動的肌肉力矩在神經(jīng)系統(tǒng)的控制之下對運(yùn)動產(chǎn)生的被動力矩進(jìn)行對抗，在平衡的狀態(tài)之下完成肢體運(yùn)動動作要求，生物力學(xué)的應(yīng)用大大降低了運(yùn)動控制協(xié)調(diào)相關(guān)問題的理解難度。

參考文獻(xiàn)：

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