肌肉力学特性研究进展及其若干问题

对肌肉的力学特性研究工作中有关肌肉本体力学模型、肌力与肌肉形态指标、肌肉力学特性与生物信号(肌电)以及数学—力学模型4个方面的研究进展进行了系统的综述和评价。提出了4个研究领域中亟待解决的9个问题。

分子马达集体运行机制及肌小节动态力学模型

分子马达的集体协作运行机制尚未有效揭示清楚,本文以骨骼肌中的肌小节为研究对象,利用非平衡态统计力学方法分析肌球蛋白分子马达的集体运行特性,构建肌小节系统的动力学方程和概率密度函数的Fokker-Planck方程,推导出肌小节主动收缩力学模型.根据分子马达的实际状态对模型进行化简,利用状态跃迁速率计算分子马达位移变量的概率密度分布,重点讨论了[ATP]和负载力对概率密度、主动收缩力以及收缩速度的影响,分析可知随着[ATP]的增大,收缩力和收缩速度也逐渐增大,在[ATP]饱和后,肌小节的收缩力和收缩速度保持不变;收缩速度随着负载力的增大逐渐减小到零;收缩力与肌小节的长度关系和粗细肌丝的有效作用长度有关,随着有效长度减小而减小.以上分析与Hill描述的肌肉宏观特性比较吻合,验证了模型的有效性.

希尔:运动生理学的先驱

在生理学上，希尔通过对肌肉生热现象的实验分析。为探明肌肉能量供应的完整化学图景开辟了道路，其工作迄今影响着肌肉生理学和运动生理学的发展。

驾驶员腰部负载的计算求解与验证

驾驶员腰部的肌肉力、关节力等负载与驾驶舒适性密切相关,但难以直接测量。本文中建立了驾驶员肌肉骨骼生物力学模型,提出了一种基于Matlab-OpenSim联合仿真的驾驶员与座椅界面接触力和摩擦力计算求解方法,并通过人椅接触压力测试和接触界面摩擦力与腰椎关节压力仿真对上述模型和方法进行验证。结果表明,本文中提出的驾驶员肌肉骨骼生物力学模型和人椅界面接触负载的计算方法可有效解决行驶工况下驾驶员腰部负载的定量评估问题,对驾驶室空间布局和舒适性设计具有重要工程应用价值。

腰靠支撑对驾驶人腰部负载影响的研究

为提高驾驶人的乘坐舒适性,本文中对汽车座椅腰靠进行研究。基于驾驶人肌肉骨骼生物力学模型,对坐姿驾驶人在第三腰椎部位处3种不同凸出量(0,2和4cm)的腰靠支撑条件下,仿真求解了腰部椎间关节力和肌肉负载。结果表明,4cm凸出量的腰靠支撑下,驾驶人腰部的椎间关节力平均下降8%、肌肉负载平均下降15%,而2cm凸出量的腰靠支撑却使腰部椎间关节力和肌肉负载均略有升高。本文从腰部载荷的角度解释了腰靠凸出量对改善乘坐舒适性影响的内在机理,所提出的仿真方法可实现不同腰靠支撑下腰部载荷的定量评估,为座椅腰靠的舒适性设计提供指导。