力量素质对正脚背踢球动作腘绳肌生物力学特征的影响

目的:分析正脚背踢球动作中下肢和腘绳肌生物力学特征参数,探讨踢球动作腘绳肌拉伤危险时相,同时探究腘绳肌和股四头肌力量素质与踢球动作下肢和腘绳肌生物力学特征的关系,进一步明确踢球动作中腘绳肌拉伤机制。方法:以15名足球专项国家一级运动员为受试者,采集180(°)/s动作角速度下的等速腘绳肌向心(H_(con))、腘绳肌离心(H_(ecc))、股四头肌向心峰值力矩(Q_(con));采集受试者最大力正脚背踢球动作运动学和肌电数据,根据腘绳肌肌肉起止点和髋、膝关节中心的相对位置获得肌肉起止点坐标,从而获得腘绳肌3块双关节肌肌肉-肌腱复合体(muscle-tendon unit,MTU)长度,以MTU拉伸速度和标准化MTU长度为分析指标。采用样条插值法对各指标按踢球动作周期阶段进行3次归一化处理。结果:腘绳肌3块双关节肌在正脚背踢球动作小腿前摆阶段和触球随摆阶段处于激活状态并被拉长,进行离心收缩;触球随摆阶段3块双关节MTU拉伸速度、肌标准化MTU长度、肌肉激活程度均显著大于小腿前摆阶段(P<0.05),标准化MTU长度在触球随摆阶段中期达到峰值;Q_(con)与踢球腿髋关节最大屈角、髋关节活动范围显著相关(P<0.05),腘绳肌最大标准化MTU长度与H_(ecc)∶Q_(con)、髋关节最大屈角、髋关节活动范围显著相关(P<0.05)。结论:腘绳肌在正脚背踢球动作触球随摆阶段进行离心收缩,被拉长到最大,因而在这一阶段可能更易拉伤;H_(ecc)∶Q_(con)与腘绳肌最大肌肉长度呈正相关,可能反应了身体的一种保护机制;相比于其他力量素质指标,H_(ecc)∶Q_(con)更可能与腘绳肌拉伤有关。

前交叉韧带重建术后12个月大腿肌肉等速肌力特征

为了分析前交叉韧带(ACL)重建术后12个月患者的大腿肌肉在不同屈膝角度时的等速肌力特征,对16名ACL重建术后12个月的患者和14名健康对照者在60°/s的角速度下进行股四头肌和腘绳肌的等速向心和离心开链肌力测试,分析不同等速收缩模式下的肌力峰值及不同屈膝角度时的肌力,并计算腘绳肌与股四头肌等速向心肌力比值(Hc/Qc)、离心肌力比值(He/Qe)、腘绳肌离心与股四头肌向心肌力比值(He/Qc)和腘绳肌向心肌力与股四头肌离心肌力比值(Hc/Qe)。应用混合设计双因素方差分析方法,检验不同人群和不同侧别对大腿等速肌力特征的影响。结果表明,腘绳肌等速肌力在不同屈膝角度时的特征相似,ACL重建侧显著小于对侧,与健康对照者无显著差异。股四头肌等速肌力呈现角度特异性,屈膝40°和50°时重建侧的股四头肌等速向心肌力不仅与对侧存在差异,也与健康人群不同,是更具特异性的评估肌力特征指标。在康复过程中,不仅要关注双侧对称性,而且要关注其是否恢复到健康者的水平,强调特定角度下肌肉功能的恢复。较小屈膝角度下,双侧下肢的功能性屈伸肌力比值与健康人群均呈现差异,提示术后康复不仅要加强重建侧屈膝动作的控制训练,也要同时改善对侧的缓冲控制能力。

确定前交叉韧带损伤概率及危险因素的随机生物力学模型与模拟

确定损伤风险因素是有效预防非接触性前交叉韧带损伤的关键。目的:建立前交叉韧带损伤随机生物力学模型,确定与损伤率有因果关系的风险因素。方法:在前交叉韧带负荷的生物力学模型基础上建立前交叉韧带损伤的随机生物力学模型,采用蒙特卡洛模拟方法预测急停起跳落地动作时前交叉韧带损伤概率,并判断影响损伤概率的风险因素。随机模型所需要的各独立变量的分布来自于19名男性和18名女性运动员的实测数据。结果:女性损伤概率是男性的4.91±0.25倍。模拟的损伤组比非损伤组的膝屈角更小、向后地面反力峰值更大。结论:模型预测的男、女损伤概率比、损伤膝角均与文献研究结果一致,证明了模型预测前交叉韧带负荷的有效性。着地瞬间的向后地面反作用力第一峰值和膝关节屈角是ACL损伤的风险因素。

膝关节肌肉力分布模拟研究

本研究建立了膝关节肌肉力分布模型。通过调整肌肉最大应力使模拟肌肉合力矩与文献关节合力矩误差最小化的数学优化方法标定肌肉参数,从而解决肌肉参数个体差异大的问题,同时,使用敏感度分析得到肌肉最优长度对肌肉力的影响。研究结果表明,通过优化计算出肌肉合力矩与文献数据高度相关,股四头肌和股后肌群预测结果的复相关系数分别为0.95和0.92;使用优化方法获得的股四头肌与股后肌群的最大应力分别为52.4N/cm2和53.8N/cm2;敏感度分析的结果表明肌肉最优长度对肌力模拟具有显著影响,因此,文献平均肌肉长度数据不适用于个体化肌肉力分布模型。

基于肌电和优化方法的关节肌力分布模型

目的:建立基于肌电信号的关节肌力分布模型来得到运动过程中膝关节的肌肉力。方法:测试9名运动员的急停起跳和变向动作,得到了人体下肢运动学、动力学数据以及膝关节周围7块肌肉的肌电。采用急停起跳动作得到肌肉最佳长度,代入变向动作中计算膝关节力矩。结果:在急停起跳动作中模拟的肌肉力矩与逆动力学得到的关节净力矩相似度很高。采用急停起跳得到肌肉最佳长度预测变向动作的肌肉力矩,精度仅轻微下降。结论:本建模方法可以估算活体运动时的肌肉力。

随机生物力学模型分析篮球运动员和普通大学生ACL损伤危险因素的差异

目的:通过建立前交叉韧带(ACL)负荷的生物力学模型分析运动水平和性别对完成侧切动作时ACL损伤概率和危险因素的影响。方法:采集男女大学生篮球运动员和普通大学生完成侧切动作时的运动学、动力学和肌电学数据,运用蒙特卡罗方法获得模拟的ACL损伤试跳数据。通过t检验确定模拟得到的损伤和未损伤动作各指标之间的差异,分析发生损伤的危险因素。采用双因素方差分析确定运动水平和性别对与ACL负荷相关指标的影响。结果:篮球运动员和普通大学生损伤概率女、男之比分别为18.36和13.04。模拟得到的损伤与非损伤试跳相比,男性篮球运动员和普通男大学生腓肠肌肌力(P=0.553,P=0.773)、女性篮球运动员膝关节旋内力矩(P=0.981)和普通男大学生垂直地面反作用力(P=0.810)均无显著性差异。其余篮球运动员和普通大学生的各项指标在损伤与非损伤试跳间均具有显著性差异(P<0.05)。另外,除压力中心到踝关节水平距离(P=0.114)、矢状面(P=0.061)和非矢状面负荷(P=0.58)在性别和运动水平间无交互作用外,其余指标均表现为显著性交互作用(P<0.01)。结论:运动水平和性别都会影响ACL损伤危险因素,且性别对危险因素的影响受运动水平的影响。整体而言,女性比男性,专业篮球运动员比无训练经验的同龄大学生产生ACL损伤的危险性更大。

足球运动员在急停起跳和侧切动作中前交叉韧带损伤的生物力学特征研究

目的:确定大学生男、女足球运动员在急停起跳和侧切动作中下肢动作的运动学和动力学特点和性别差异,确定有无足球训练对急停起跳和侧切动作中的下肢运动学和动力学的影响。研究方法:对定期参加足球训练的大学生和无训练背景的普通大学生完成急停起跳和侧切动作时的下肢运动学和动力学特征进行采集与分析。结果与结论:多个与ACL负荷有关的生物力学指标在性别间、动作间和群体间存在差异。女子足球运动员完成侧切和急停起跳动作时的膝关节屈角较小,足底压力中心更靠近脚尖。足球运动员在完成侧切跑时受到了更大的地面反作用力和膝关节力矩影响。结果说明,不良的落地技术是使女性运动员ACL损伤高发的原因,而足球运动员所受外力较大可能是其ACL损伤率高于非运动员群体的主要原因。

前交叉韧带损伤预防手段研究进展

近年来随着参加体育运动人数的增加,运动损伤的发病率逐年提高,而膝关节前交叉韧带（ACL）损伤是最常见的运动损伤之一[1-4]。前交叉韧带损伤不但给受伤者造成身体上的痛苦和经济上的损失[5],还会降低损伤者损伤后的生活质量和健康水平。国内对前交叉韧带损伤运动员的调查表明,53%的运动员的训练和生活受到不同程度的影响[6]。而且,前交叉韧带损伤将造成膝关节不稳,进而导致许多慢性膝关节疾病,包括半月板和软骨表面损害以及骨关节炎。

中国健康成年人身体活动能量消耗参考值

目的:编制中国健康成年人(18~64岁)身体活动汇编(compilation of physical activities,CPA),对身体活动(physical activity,PA)进行分类并提供能量消耗参考数值。方法:计算机检索PubMed,EMbase,Scopus,Ebsco,Web of Science,WANFANG DATA和CNKI数据库,以及国家科技报告服务系统、国家人口与健康科学数据共享平台和公共卫生科学数据中心等,搜集与中国健康人群PA能量消耗相关资料,检索时限均从建库至2022年1月31日,由2位评价员独立筛选、提取、分类和汇总资料。结果:共汇编13类、241种身体活动,提供了具体PA的详细描述和代谢当量值。结论:本研究创编了中国第一版18~64岁健康成年人身体活动汇编,为经常进行体育锻炼人群、研究人员、教育工作者、健身专业人员以及卫生或商业部门提供了宝贵的资源,未来可在中国版CPA基础上针对不同年龄段开展多种PA能量消耗的测量。

排球运动员步态支撑期的足底压力特征

通过测试得到排球运动员步态中足底压力的主要特征,并比较膝关节损伤运动员与无膝关节损伤运动员的足底压力特征,尝试分析膝关节损伤对足底压力产生的变化,为排球运动员正常步态数据提供可信的参考标准。选取北京体育大学竞技体育学院排球专项学生共48人(26男、22女)作为研究对象。运用FOOTSCAN足底压力分布测量系统和QUALISYS-MCU500红外运动测试系统的6个摄像头采集足底压力及步态基本运动学参数,测量被试者赤足状态下的步态。要求被试者以自己正常的步速行走,左右脚分别测试3次。将足部分为10个解剖分区:第L趾骨(T1)、第2-5趾骨(T2-T5)、第1跖骨(M1)、第2跖骨(M2)、第3跖骨(M3)、第4跖骨(M4)、第5跖骨(M5)、足中部(MF)、足跟内侧(HM)和足跟外侧(HL)。选取各个分区的接触开始时刻、接触结束时刻、最大压强时刻、接触时间作为时间指标。根据足底压力数据,男女排球运动员在步态支撑时期不同阶段的比例分别为:着地阶段(6.2%男,6.4%女)、前足接触阶段(5.5%男,6.6%女)、整足接触阶段(43.44%男,40.4%女)、离地阶段(42.9%男,46.5%女)。膝关节损伤运动员受伤腿足中部足底压强峰值明显低于未受伤腿。

中外优秀男子铅球运动员旋转投掷技术对比

目的对比中国和世界优秀男子铅球运动员使用的旋转投掷技术,为中国铅球运动员提高运动表现水平和国际比赛成绩提供科学依据。方法获得中国男子铅球运动员在实际比赛中的三维运动学数据,计算并比较中国和世界优秀男子铅球运动员在右脚离地、左脚离地、右脚落地、左脚落地、铅球出手5个关键时刻的铅球速度、髋-肩超越角,以及在第1单支撑阶段、腾空阶段、第2单支撑阶段、最后用力阶段的时间和铅球运动距离。结果与世界优秀男子铅球运动员相比,使用旋转投掷技术中国男子铅球运动员的垂直出手速度显著低,腾空阶段显著长,左脚离地和左脚落地时刻髋-肩超越角显著小,腾空阶段铅球运动距离显著长,最后用力阶段铅球运动距离显著短。结论下肢力量体能差异是中国与世界优秀男子铅球运动员在运动表现上的主要原因。中国与世界优秀男子铅球运动员的技术差异主要表现在时间节奏和铅球在不同技术阶段运动距离的差异上。

前交叉韧带易伤动作的下肢运动生物力学分析

对31名(13男,18女)普通大学生完成急停起跳、侧切和垂直落地前冲动作下肢运动学和动力学指标进行测试与分析,以了解不同前交叉韧带危险动作和性别对下肢力学指标的影响。应用红外光点运动测试系统和测力台对受试者完成动作过程中膝关节三维角度和地面三维反作用力进行测量。研究结果表明,3个动作着地阶段的力学指标有显著不同,证明3种运动形式在前交叉韧带损伤机制上存在差异。与急停起跳和垂直落地前冲动作相比,完成侧切动作将受到较高的水平方向地面反作用力,产生较小的膝关节屈角和较大的膝关节外展角。3个动作着地阶段中的力学差异不受性别影响。

空气动力学距离对标枪运动员运动表现的影响:优秀女子标枪运动员吕会会投掷技术的个案研究

目的:确定空气动力学因素对我国优秀标枪运动员吕会会运动表现的影响。方法:通过三维摄像方法采集吕会会2018年4次全国比赛的生物力学数据,分析空气动力学距离对其成绩以及动作技术对其空气动力学距离的影响,通过计算机模拟估算空气动力学距离对投掷成绩的影响,并于2019年春季第一次全国比赛中再次采集研究对象的生物力学数据,验证分析结果和训练效果。结果:1)研究对象的空气动力学距离与真空飞行距离显著线性相关(R2=0.7964,P=0.001),当两者相关系数的平方降低到0.1时,研究对象投出67 m以上成绩的概率增加到17%。2)研究对象的空气动力学距离与出手速度显著线性相关(R2=0.7076,P=0.001),与侧弯角显著线性相关(R2=0.6655,P=0.001),与攻角无显著相关(R2=0.0438,P=0.353)。3)真空飞行距离与出手速度显著线性相关(R2=0.8497,P=0.001),与出手角度和高度无显著相关(R2=0.0121,P=0.644;R2=0.0043,P=0.783)。4)研究对象标枪出手时的侧弯角与出手速度显著线性相关(R2=0.7302,P=0.001)。5)在2019年春季第一次全国比赛中,研究对象的空气动力学距离与出手速度无显著相关(R2=0.0809,P=0.897),5次试投投出一次67.72 m的成绩,概率为20%,与预期结果相似。结论:1)真空飞行距离与空气动力学距离之间的负相关是限制标枪投掷运动表现的因素之一;2)减小真空飞行距离与空气动力学之间的负相关能增加高水平标枪投掷的概率;3)全力投掷中向左拉枪增加标枪出手时的侧弯角和飞行中的侧向震动,会增加真空飞行距离和空气动力学距离的相关性而影响标枪投掷成绩。

在体股后肌群最优长度的测算方法

目的建立测算在体股后肌群最优长度的方法,并与其他间接反映最优长度的指标进行对比。方法通过同步采集屈膝过程的力矩和运动学数据,建立下肢骨骼肌肉模型,获得股后肌群的力量及肌肉长度,进而计算股后肌群各肌肉的最优长度。结果最大屈膝力矩时膝屈角显著大于股后肌群最大收缩力时膝屈角,两者相关系数为0.741;股后肌群各双关节肌最优长度显著大于站立时的肌肉长度,且两者相关系数较低。结论所建在体股后肌群最优长度的测算方法,为今后明确股后肌群损伤机制和致伤危险因素的相关研究提供参考。在一定程度上,最大屈膝力矩时的膝屈角可以间接代表股后肌群最优长度。不建议将站立时股后肌群长度代替股后肌群最优长度来使用。

鞋跟高度对青年女性下楼梯步态的影响

目的研究鞋跟高度对青年女性下楼梯步态的影响,分析女性穿高跟鞋下楼梯时的风险因素。方法利用红外高速运动捕捉系统测试17名青年女性穿4种不同鞋跟高度皮鞋下楼梯的步态,计算受试者的步态时空参数和下肢关节角度。结果与穿平跟鞋相比,穿3、5、7 cm高跟鞋下楼梯时步态周期增大,支撑相和双支撑相所占步态周期比例减小,步宽显著减小。与穿平跟鞋相比,穿5、7 cm高跟鞋下楼梯时踝关节矢状面内关节活动幅度均较小,穿3、5、7 cm高跟鞋时踝关节水平面内关节活动幅度均较大。穿3、5 cm高跟鞋时膝关节矢状面内关节活动度显著小于穿平跟鞋,穿3、5、7 cm高跟鞋时膝关节水平面内关节活动幅度显著大于穿平跟鞋。穿5、7 cm高跟鞋时髋关节最大屈曲角度显著大于穿平跟鞋,穿3、5、7 cm高跟鞋时髋关节最小屈曲角度显著大于穿平跟鞋。结论随着鞋跟高度的增加,下楼梯时摆动期占步态周期百分比和步态周期都增大,而支撑相占步态周期百分比、双支撑相(后期)占步态周期百分比和步宽都减小,增加了下楼梯时跌倒的危险;同时,踝、膝关节矢状面内的关节活动幅度逐渐减小,水平面内的关节活动幅度增大。研究结果有助于深入了解鞋跟高度对穿着者下楼梯步态的影响特征和规律,为分析下楼时可能出现的损伤危险提供依据。

不同压力弹力袜对青年女性穿高跟鞋步行时下肢关节负荷及肌肉疲劳的影响

目的:了解弹力袜压力对青年女性穿高跟鞋正常步行时下肢关节负荷与肌肉疲劳的影响。方法:选取10例健康青年女性,穿着高跟鞋在跑台行走30min。利用红外光点运动捕捉系统、测力台测量30min行走前后连续纵跳高度、步态的运动学数据,并计算步行时膝、踝关节的负荷。运用重复测量双因素方差分析法检验不同压力和疲劳前后对穿高跟鞋步行下肢关节运动和关节负荷的影响。结果:不同压力弹力袜对穿高跟鞋步行时膝关节角度有显著影响(屈曲P=0.024、内收P=0.033、外展P=0.025、内旋P=0.027、外旋P=0.014),穿弹力袜行走时膝踝关节关节负荷有显著增加(膝P<0.001、踝P=0.041),而疲劳前后纵跳高度差明显减小(P=0.018);但弹力袜压力大小对关节负荷和纵跳高度差影响不显著。结论:合适的(中低压力)弹力袜可以减轻穿高跟鞋导致的膝关节角度的过度变化,压力的施加会增大穿高跟鞋步行时膝踝关节负荷。一定压力(中级压力)的弹力袜可以延缓穿高跟鞋步行后的疲劳程度。弹力袜可以减轻疲劳对步态的不良影响,缓解穿高跟鞋步行疲劳时膝关节角度的过度改变,减缓疲劳后膝踝关节负荷的增大。

影响标枪空气动力学距离技术因素的配对对比研究

目的确定实际比赛试投中与空气动力学有关的技术参数对标枪投掷空气动力学距离和成绩的影响。方法通过三维摄像方法获得22名中国和美国优秀女子标枪运动员每人在1次比赛中获得最长、最短空气动力学距离试投的生物力学数据,对比长、短空气动力学距离试投中与空气动力学有关的技术参数。结果与短空气动力学距离试投相比,长空气动力学距离试投的真空飞行距离显著短,但成绩显著长;长空气动力学距离试投出手速度显著低,标枪出手时的攻角和侧弯角显著小,水平方向角更偏向右侧。长、短空气动力学距离试投中右脚和左脚落地时标枪的仰角和水平指向角无显著差异。结论女子标枪运动员适当减小最后的用力程度有利于控制与空气动力学有关的出手参数,从而有利于获得空气动力学距离,并取得比较好的成绩。女子标枪运动员获得比较长的空气动力学距离需要减小标枪出手时的攻角,并且向右侧5°左右投出标枪。

越野滑雪运动经济性影响因素研究综述

越野滑雪项目中运动员滑雪经济性越好,越易取得好的成绩。本文回顾并总结近年来国内外关于越野滑雪经济性影响因素的研究,发现技术类型与特定地形的匹配、滑雪动作周期特征、装备等是影响越野滑雪经济性的重要因素,滑雪的周期特征可能是影响运动经济性的直接因素。在水平地形选择使用同时推进技术滑行,有利于减少耗氧量;比赛或训练中,增加滑行周期的长度、回杆时间、支撑期冲量,减小质心在垂直方向的运动,增大身体前倾角,利用力量训练提高上肢输出功率,以及使用长杆(长于自选杆)等方法,也可改善滑雪经济性。实验环境等客观条件可能对结果产生影响,性别、年龄等个体差异对经济性的影响尚不确定。

不同减小运动学和动力学数据误差的方法对下蹲跳运动仿真结果的影响

探究不同方法处理运动学和动力学数据对运动仿真计算结果的影响,进而减小数据误差以提高运动仿真计算结果的准确性。采集1名普通男性在校大学生的一次下蹲跳(CMJ)测试的运动学和地面反作用力(GRF)数据,分别使用直接计算方法(DK)和逆向运动学方法(IK)计算关节运动学数据;对原始GRF数据(RF)分别进行10 Hz(SF)和50 Hz(HF)的Butterworth 4阶低通滤波处理。应用Open Sim 3. 3软件结合不同方式处理的运动学和GRF数据进行CMJ运动仿真,计算CMJ过程中下肢肌肉-肌腱长度变化和下肢各关节力矩。采用复相关系数(CMC)和平均绝对变化值(MAV)来评价结果的相似性。结果显示:(1)DK和IK计算的CMJ过程的关节角度曲线相似度高,CMC值为0. 93～1. 00,但两种方法计算的髋关节内收外展角及旋转角结果间差异较大,MAV值分别为4. 40°和4. 81°;(2)DK计算的下肢环节长度最大变化量达48 mm,IK计算的下肢环节长度在CMJ过程中保持不变;(3)两种方法计算的肌肉-肌腱长度相似度与各关节角度结果相关;(4)RF、SF和HF计算所得的下肢关节力矩结果相似,但落地缓冲阶段结果差异较大。所得结论如下:(1)使用IK方法处理运动学数据更有利于减小运动学数据误差,提高运动仿真结果的准确性;(2)不同截断频率低通滤波GRF数据对关节力矩计算结果的准确性有影响。建议根据运动特征,选择不同的截断频率处理GRF数据。

力量训练对中长跑运动员跑步经济性影响的研究进展

目的对相关已发表的研究进行全面检索,系统评价不同力量训练对中长跑运动员跑步经济性(RE)等结果指标的影响,为教练员或中长跑运动员提供合理和科学的训练指导方案;方法于CKNI、PubMed、Web of Science和SPORTDiscus数据库进行文献检索,根据纳入和排除标准,由2名有经验的评价员独立完成文献的初筛。