黃 帥

(南通大學 體育科學學院，江蘇 南通 226019)

運動生物力學對運動發(fā)展有重要意義，是運動科學發(fā)展的新興方向，運動生物力學是基于生物力學與運動科學系統(tǒng)相結合的新興學科，促進了生物力學理論、研究方法、測量和分析方面的發(fā)展。本文以 Web of Science核心合集收錄的1993—2019年國際運動生物力學研究的1766篇文獻為研究對象，結合計量學方法，從文獻發(fā)文量、國家與機構、學科、核心作者的分布情況，結合當前研究熱點與發(fā)展趨勢，利用 Cite Space V分析軟件對其進行科學計量和可視化分析，力圖揭示運動生物力學研究的熱點與演化進程。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

利用Web of Science核心合集數據庫，查找和閱讀大量文獻，了解“運動生物力學”的英文翻譯，最后，以主題 “Sports biomechanics”or“Biomechanics”為檢索對象；時間跨度選擇: 所有年份；類別選擇為“sports sciences”；文獻語種：English；文獻類型：Article，檢索時間為2019年1月10日，數據庫最后時間為2019年1月10日，合計檢索到1766篇文獻。

1.2 研究方法

1.2.1 知識圖譜分析法

知識圖譜是將信息可視化技術、圖形學、計算機科學等與科學計量學結合起來的交叉科學研究方法，能夠通過可視化圖像將科學研究包含的大量數據信息展現出來，形成直觀的學科領域總體圖景、發(fā)展態(tài)勢與結構特征等。[1]利用美國德雷克賽爾大學陳超美教授研發(fā)的用于分析和可視共現網絡的Java應用程序，對文獻進行可視化分析，幫助相關領域專家學者對其進行定量和定性的研究。在本研究中，筆者將對“共現詞”、“共被引”、網絡圖表和熱點進行深刻剖析，將其按要求繪制成可視化圖表和知識圖譜，用來描述國外運動生物力學的研究進展。

1.2.2 文獻資料法

在本研究中，以主題 “Sports biomechanics”or“Biomechanics”為檢索對象。通過在南通大學圖書館的 WOS 數據庫進行搜集，并進行整理分析。

1.2.3 歸納演繹法

根據歸納整理的相關文獻和資料，對運動生物力學研究文獻的年度、國家與機構分布、核心作者和關鍵詞、關鍵時區(qū)等熱點聚類等進行邏輯分析，演化分析其研究主題，以揭示國內外運動生物力學研究包括數量特征、研究動態(tài)相關內容在內的內在規(guī)律。

2 結果與分析

2.1 運動生物力學研究文獻的年度分布及發(fā)展趨勢

科學研究相關文獻發(fā)表的數量會隨著時間出現一定的變化，通過論文的數量變化規(guī)律可以對某一領域發(fā)展進行評價，[2]對文獻發(fā)表的時序進行全面的整理統(tǒng)計，進而繪制具有科學意義的圖表，可以有效地對該領域所處的發(fā)展階段進行評價，還能對該領域未來的發(fā)展趨勢進行合理推測。[3]圖1可知1995-2018年國際運動生物力學研究年度文獻量呈逐漸增長趨勢，這13年期間出現了兩個明顯的拐點，第一個拐點是2002年，第二個拐點是2010年?？蓪v年發(fā)文量分期三階段，1995-2002期間為萌芽發(fā)展階段，共發(fā)表107篇，占文獻總量6.1%，年平均15.3篇；2002-2010期間為緩慢發(fā)展階段，共發(fā)表452篇，占文獻總量25.6%；2010-2018期間為快速發(fā)展階段，共發(fā)表1207篇，占文獻總量68.3%。萌芽發(fā)展階段主要借助理論研究方法進行論證，從人體運動的宏觀特性研究到動作技術的結構研究。進入21世紀以來，科學技術獲得了快速發(fā)展，高端測試儀器設備的出現推動了運動生物力學的快速發(fā)展，新科學儀器不斷應用于動作技術的研究，追求動作技術結構的最佳化。2010年后運動生物力學加快與運動醫(yī)學、骨科學、人體工程學等多學科交叉研究，使其達到了快速發(fā)展階段，研究從定性研究向定量研究發(fā)展，從單一研究到多元交叉研究發(fā)展。

圖1 運動生物力學年發(fā)文量分布圖

2.2 運動生物力學研究的國家分布

從運動生物力學研究文獻來源統(tǒng)計分析，1991年至2019年國際運動生物力學研究共有1766篇期刊文獻，共來自59個國家地區(qū)。美國發(fā)文量遠遠領先于其他國家，共計發(fā)表782篇占總數的43.6%；發(fā)文量緊隨其后的兩個國家分別是澳大利亞和英國，為207篇和182篇；加拿大、德國、法國、中國、西班牙、巴西和荷蘭分別位列其后，發(fā)文量依次為114、84、76、59、58、53、53篇。從文獻的中心性分析，美國仍以較大優(yōu)勢(0.47)位列榜首，緊隨其后的兩個國家是英國(0.34)和法國(0.24)；其次是澳大利亞、荷蘭、巴西、西班牙等國位列其后。從發(fā)文量突現值分析得知，美國仍占據第一位，最早以1993年發(fā)文量出現突增，其中澳大利亞、英國、加拿大、德國等國家分別在1996年、1998年、2001年、2002年等年份出現文獻發(fā)文量的大幅增加。綜上分析，以美國、英國、澳大利亞領銜的發(fā)達國家地區(qū)具備雄厚的科研實力，在運動生物力學領域的研究中，擁有絕對的話語權。反觀我國在運動生物力學領域的研究中第一篇發(fā)文在2007年起步較晚，發(fā)文量為53篇排名第八，中心性為0.01，在其領域中影響力不足一提。正如學者水祎舟說：由于語言、文化等方面存在差異，導致我國學者不能在國外頂級期刊上發(fā)表大量的論文。[4]因此我國在運動生物力學研究上還處于相對空白階段，這就要求我們必須盡快與國際接軌，不斷縮小自身差距，更好地促進我國運動生物力學理論的發(fā)展。

圖2 運動生物力學發(fā)文量國家分布圖

2.3 運動生物力學研究的機構分布

在Cite SpaceⅤ軟件的分析中，節(jié)點的大小、連線的粗細分別體現著機構的發(fā)文量多少和機構之間關系的親密程度。通過系統(tǒng)分析可知，一共有502個節(jié)點和689條連線，發(fā)文量超過10篇的機構共有80個，高校是主要的發(fā)文產出地，占比為48.9%。從圖3中可看出有的機構合作緊密，有的機構極少參與合作。多學科門類相互滲透已成為科學前沿研究的趨勢，機構之間應多參與合作，通過與其他機構協(xié)同參與科研，取長補短共同推動運動生物力學的研究。

圖3 運動生物力學研究的機構分布圖

2.4 運動生物力學研究學科領域分布特征

依據 Web of Science核心合集數據庫學科種類劃分，運行 Cite Space V軟件，生成運動生物力學研究學科類別共現圖譜。共有44個學科節(jié)點，66條連線，其中體育科學的節(jié)點最大骨科學節(jié)點次之，體育科學與康復學、骨科學、工程學連線最緊密。通過表1得出，體育科學(SPORT SCIENCES)發(fā)文量有1260篇，排第一位，占總量的70.1%，其次排第二的是骨科學(ORTHOPEDICS)有420篇，占比為23.4%，工程學(ENGINEERING，306篇)、康復學(REHABILITATION，187篇)、外科學(SURGERY，125篇)、神經科學(NEUROSCIENCES NEUROLOGY，119篇)、生物物理學(BIOPHYSICS，74篇)、生理學(PHYSIOLOGY，63篇)、心理學(PSYCHOLOGY，61篇)、其他社會學科(SOCIAL SCIENCES OTHER TOPICS，53篇)等學科分列其后。綜上分析，運動生物力學研究形成了以體育科學為主導的多學科交叉群，骨科學、工程學、康復學為重要支撐學科，為國際運動生物力學研究理論和方法鑒定基礎。

表1 1991—2018年國際運動生物力學研究學科排名前10位研究方向

2.5 運動生物力學研究的核心作者分析

目前在國際上對于Web of Science核心合集來源的期刊是具有較高評價的，一般而言一名研究者如果能在上面發(fā)表一定數量的文章，其學術、科研能力都具有一定保障。[5]根據作者在Web of Science核心合集來源期刊上的分布情況，可以及時了解相關研究領域研究的最新動態(tài)。表2為根據相關文章發(fā)布的數量進行排序得到的前10位學者。其中MYER GD博士是辛辛那提大學教授，發(fā)表論文最多，共計39篇，主要的研究領域為生物力學、體育訓練、運動損傷、預防醫(yī)學、物理治療和兒科運動等領域。[6]HEWETT TE博士是俄亥俄州立大教授，發(fā)文量為37篇，排名第二，主要研究方向為生物力學、運動傷害、運動表現、功能分析、矯形康復、重返運動等。[7]Hewett博士的研究團隊旨在了解傷害的機制，以便識別危險的個人和創(chuàng)建傷害預防干預。他的研究在臨床上轉化為運動膝關節(jié)損傷的治療、診斷和預防方面有極大的影響。FORD KR博士是美國高點大學康登健康科學學院物理治療系的教授，發(fā)文量共計35篇，排名第三， 其研究領域主要為生物力學、骨科學、物理治療、臨床力學等。排在其后的學者分別是GARRETT WE教授、GUSKIEWICZ KM教授、MIHALIK JP教授、GREENWALD RM教授、MARSHALL SW教授和ROWSON S教授，其發(fā)文量分別為20篇、20篇、19篇、18篇、17篇和16篇。通過國籍可以看出，美國學者的發(fā)文量遙遙領先且所在單位都是各大高校，這說明，在運動生物力學領域美國學者的學術研究占據主導地位。

表2 1991—2018年國際運動生物力學研究排名前10位學者

2.6 運動生物力學研究的熱點分析

在文獻中，關鍵詞與主題詞是對文章主要思想的概括，因此對它們進行知識圖譜的共項分析，可以用來預測該研究領域的未來走向與發(fā)展動態(tài)。[8]通過使用Cite Space V 軟件對相關文獻進行統(tǒng)計，使用計算機編程語言對相應的關鍵詞和主題詞進行分析，可以描繪其可視化圖譜。[9]通過可視化圖譜學者們則可以直觀地了解該研究領域的熱點問題，還可深入探索其內在的研究結構演變等重要規(guī)律。[10]

2.6.1 關鍵詞共現分析

利用Cite SpaceⅤ軟件進行研究熱點的分析，統(tǒng)計關鍵詞或者主題詞詞頻之間共現頻次，同時以可視化的方式將其頻次高低和聚類關系清晰地展示出來。本研究中，運用Cite SpaceⅤ軟件對運動生物力學研究的關鍵詞共現進行知識圖譜統(tǒng)計分析，得出運動生物力學研究熱點的知識圖譜(圖4)，從圖4可知，運動生物力學研究熱點由182個節(jié)點共有402條線連接而成的關鍵詞共項網絡知識譜圖，圖中的“十”字節(jié)點代表關鍵詞，關鍵詞所代表的“十”字節(jié)點表示其出現的頻率，出現頻率越高，“十”字也就越大。而“十”字之間的連線意味著關鍵詞之間相互作用的關系。本研究以“Sports biomechanics”為關鍵詞進行檢索，實際分析中“biomechanics”生物力學和“Sports”體育運動兩個關鍵詞出現頻數最高，其節(jié)點也最大，出現的頻數依次為625和522，很顯然，比其他關鍵詞高得多。本研究為了確保準確性，在分析過程中合并了相同或相近的關鍵詞。

表3 體育社會學研究部分高頻關鍵詞(前15位)

表3顯示，關鍵詞Injury(損傷)出現的頻次最高，排第一位，側面看出運動損傷在運動生物力學研究領域中是一個熱點問題。多數研究顯示，運動生物力學的研究可以揭示運動技術動作的內在規(guī)律，指導運動員合理的運動，對運動員的運動損傷預防有重大意義。而在這個議題上，更多的學者旨在調查生物力學/生理結果(即中間風險因素)的干預措施來預防運動損傷。Shrier等人研究認為目前運動損傷交叉研究設計的減少和隨著時間的推移而增加，運動損傷預防的研究設計發(fā)生了轉變，且運動損傷設備干預研究在下降培訓干預研究在增加。[11]McIntosh在其研究中認為生物力學考慮運動損傷的危險因素是在正常的機械負荷允許下降低機械負荷，以生物力學為導向的損傷干預措施改善外部負載運用于身體，從而減少損傷風險。[12]排在中心性第1位的關鍵詞是Exercise(體育鍛煉)，但其頻次僅排第8位，側面反應出體育鍛煉在運動生物力學研究中有其重要作用，運動生物力學主要以體育鍛煉的形式進行的。針對運動員體育鍛煉中的運動生物力學問題研究，大多數學者對運動員運動鍛煉生物力學進行分析，主要研究是在基準線上表現相似的活躍參與者(即健康的、高中低水平的運動員)，對其運動著陸、方向變化或快速減速的生物力學分析。運動損傷和體育鍛煉是運動生物力學研究的重要方向，多數學者將運動損傷生物力學研究對象對準專業(yè)運動員，對于業(yè)余體育愛好者的研究卻涉及較少。對于業(yè)余愛好者、殘疾人等群體的損傷生物力學研究應作為今后需要關注的研究范圍。

Kinematics(運動學)和Kinetics(動力學)在關鍵詞頻次中排第3和第4位，說明目前國外運動生物力學研究領域在運動學和動力學兩個模塊研究中比較集中，都指向于運動的內在規(guī)律研究。包括下肢運動時能量的吸收、肌肉激活的時序、膝蓋關節(jié)、足部在運動中的內在影響因素進行全面的分析，對象多數指向于青少年及運動員，較少涉及到傷殘等弱勢群體。Anterior Cruciate Ligament(前十字韌帶)、Knee(膝蓋)和Cruciate ligament injury(十字韌帶損傷)關鍵詞中排名中分別位于第5位、6位和10位，三個關鍵詞同屬于下肢運動重要部位，說明運動生物力學對膝蓋方面的研究比較多，也從側面反映出在運動過程中下肢運動最多，損傷的概率較大,學者們對它的關注較多。Lloyd教授團隊在運動中膝關節(jié)運動學和動力學影響中，探討不同訓練對運動動作及膝蓋應用瞬間的影響，以及降低前十字韌帶負荷的可能性。認為平衡訓練減少了峰值空翻和內旋矩，降低了運動動作中的十字韌帶損傷風險。力量訓練傾向于增加應用的膝蓋負荷，已知給十字韌帶帶來壓力，而自由重量組也減少了膝蓋屈曲量。[13]

2.6.2 關鍵詞時區(qū)分析

對運動生物力學研究熱點及研究動態(tài)進行分析，可以有效地發(fā)現運動生物力學領域在不同時區(qū)下研究動態(tài)。[14]采用Cite SpacV繪制 1993—2019年國際運動生物力學研究熱點時區(qū)圖(圖5)，其中的主題詞和關鍵詞代表運動生物力學相應時區(qū)的研究熱點。通過對圖5的分析及關鍵詞的梳理可以看出，運動生物力學從90年代初運動生物逐漸開始豐富起來，20世紀以來運動生物力學的發(fā)展進入一個新時期，其研究領域從運動醫(yī)學、生物醫(yī)學工程、體育運擴展到細胞生物學、結構生物學、生物技術、生物化學工程、人體保健力學研究領域。最初主要關注生物力學(biomechanics)、運動損傷(sport Injury)的研究等逐漸向運動生物力學研究方法手段過渡，Kinematics(運動學)、Kinetics(動力學)、靜力學(Statics)、轉動力學(Transformation Dynamics)、流體力學(Fluid mechanics)等主要研究方法。隨著研究的深入，運動生物力學研究的重心向生理學、醫(yī)學和解剖學領域轉移，由對骨骼肌 ( skeletal muscle)、Knee(膝蓋)、Anterior Cruciate Ligament(前十字韌帶)、Cruciate ligament injury(十字韌帶損傷)、Concussion(腦震蕩)等領域進行深入研究。到21世紀初，運動生物力學與運動損傷Rehabilitation(康復)的研究逐漸引起學者們的關注，成為這一時段的研究熱點。而近些年，運動技術診斷、科學健身、訓練與康復等更為細化的研究引起關注。根據研究熱點時區(qū)分布情況顯示，學科之間的交叉融合是其研究發(fā)展的新方向。此外從運動生物力學研究熱點的時間發(fā)展來看，未來研究將更加側重于是研究的細分性、多學科交叉性。

圖5 國際運動力學研究熱點時區(qū)圖

2.7 運動生物力學研究主題演化分析

根據聚類特征，可以把運動生物力學的相關研究的文獻劃分為 3個知識聚類群，不同的知識群聚類可以反映不同的研究方向，[15]對相應的關鍵高頻文獻進行深入分析可以有效演化國際運動生物力學研究的發(fā)展路徑。

2.7.1 C1知識聚類: 運動生物力學運動損傷和康復研究

在運動生物力學研究中，從人體運動的生物力學特點結合體育運動規(guī)律，對人體結構和機能的生物學、力學研究，對預防運動損傷和制定損傷康復計劃有重要的意義。在C1聚類中被引頻次最高的是Weiss發(fā)表的“Biomechanics Associated with Patellofemoral Pain and ACL Injuries in Sports”中通過對幾種不同的研究設計進行評估，觀察高風險運動時的膝蓋損傷，我們能夠獲得與pfps和acl損傷相關的生物力學的整體視角。通過研究不同的生物力學研究方法，評估損傷的機理發(fā)現生物力學的共性(特別是，在受傷和未受傷的參與者受傷前、受傷時和受傷后，改變膝蓋的正面平面力學和改變膝蓋和臀部的矢狀平面力學，以更好地了解pfps和acl受傷的潛在原因。制定預防康復計劃時，應著重糾正高風險演習時在三個時間點所觀察到的這些機制，有助于降低acl傷害和pfps的流行率。這些方案側重于神經肌肉訓練，且側重于高風險機動過程中糾正機械的技能訓練，對預防工作有最大的好處。未來的研究應考慮累積負荷對膝蓋損傷風險的影響。此外，需要有更好的技術來評估比賽中的機制，以促進傷害預防和篩選策略。

2.7.2 C2知識聚類: 骨骼、肌肉和關節(jié)運動生物力學研究

骨骼、肌肉和關節(jié)都是人體運動器官的重要組成部分，其力學規(guī)律是運動生物力學研究的重點。Souza在其研究中采用橫斷面設計的受控實驗室研究。對髕股痛癥(pfp)的女性是否表現出髖部運動學、髖部肌肉力量和髖部肌肉激活模式的差異。結果在pfp組中，觀察到的女性髖關節(jié)內旋轉的峰值增加伴隨著髖部肌肉力量的下降。在pfp的個體中，臀肌極大值的激活程度的增加受測者為了髖關節(jié)穩(wěn)定激活虛弱肌肉。

2.7.3 C3知識聚類: 動作技術運動生物力學研究

運動訓練實踐需運動生物力學理論與方法的指導，提高體育教學質量和運動訓練水平。如運動生物力學研究中側重對優(yōu)秀運動員比賽動作技術進行運動生物力學參數測試及研究，運用生物力學理論、方法為基礎并結合體育運動的特點和規(guī)律，總結動作技術的基本特征，完善技術動作原理，并建立運動技術模式。

3 結論與建議

3.1 結論

1)運動生物力學研究的主要成果來源于59個國家，以歐美等發(fā)達國家為代表。在研究演進過程中，德國、加拿大和法國等國家，雖然文獻發(fā)行的數量有限，但在運動生物力學發(fā)展中起到了舉足輕重的作用。研究機構主要分布于美國、澳大利亞、英國和西班牙等高等知名院校。我國運動生物力學科研實力在國際上排名第7，但與美國相比還存在較大差距。

2)運動生物力學文獻共涵蓋 33 個學科，其涵蓋的運動醫(yī)學、運動生理學、解剖學和社會科學類其主題、康復學、骨科和一般及內科學是國際有氧運動研究關注的熱門學科。

3)運動生物力學研究領域學術影響力較大的核心作者，主要有美國的 MYER GD博士、HEWETT TE博士、FORD KR博士。他們的學術成果有利于推動國際運動生物力學的進一步飛躍。

4)國際運動生物力學研究主題主要集中在運動生物力學預防運動員運動損傷及損傷康復、骨骼、肌肉和關節(jié)運動生物力學研究著重對膝蓋、前十字韌帶、踝關節(jié)等方面的研究。

3.2 建議

1)清楚地認識我國與國際運動生物力學研究的差距，增強國際間合作交流，積極鼓勵和引導科研人員參與各種學術會議。

2)在國際運動生物力學研究領域，重點強調學科之間的交叉融合，通過引入成熟的多學科理論，來更好地指導運動生物力學的發(fā)展，為學科的發(fā)展研究提供理論保障。

3)加強國際學術團隊的建設，不僅有利于探索運動生物力學研究的前沿領域，增強科研成果的產出能力，而且還能提高運動生物力學研究在國際學術界的地位。

4)在研究演進過程中前十字韌帶、力量訓練、運動強度、風險控制、人體運動損傷題、創(chuàng)傷性腦損傷、步態(tài)分析、隨機對照實驗逐漸成為國際運動生物力學研究領域的新趨勢。