下肢关节刚度对自由操落地冲击负荷的影响

目的:探讨下肢关节刚度对运动员下肢关节负荷的影响,为降低下肢损伤风险提供依据。方法:通过2台高速摄像机(300 Hz)采集男子自由操团身后空翻两周转体720°(后团720旋)落地站稳动作,利用SIMI解析(8 Hz)获取三维运动学数据,使用BRG.Life MODTM分别创建14环节人体刚体模型和自由操落地垫模型,模拟了人体不同下肢关节刚度条件下落地动作。结果:后团720旋落地,水平GRF分量约为2.5 BW,且膝、踝关节外展/外翻角速度较大,峰值负荷率约219.5 BW/s,峰值负荷率衰减为88.6 BW/s;膝、踝关节刚度增加40%,膝关节伸肌力矩峰值增加11.6%,屈肌力矩峰值降低5.2%;膝、踝关节刚度降低40%,膝关节伸肌力矩峰值降低21.9%。结论:后团720旋落地施加于膝、踝关节较大的横向作用力,冠状面关节力矩较大。增加膝、踝关节刚度,会增加膝关节伸肌力矩峰值,降低外展力矩峰值。

体操自由操落地双侧下肢生物力学对称性研究

创建19环节三维多刚体模型调查体操自由操落地双侧下肢生物力学对称性。采用运动学(三维运动捕捉、高速摄像)和动力学(三维测力平台)方法采集40 cm和80 cm高度自由落地动作,获得下肢关节角度和地面反作用力,用于验证所创建的三维多刚体模型。然后使用高速摄像系统采集体操团身后空翻一周(后团)落地动作,数字化解析获得运动学数据,驱动三维多刚体模型完成计算机仿真,计算双侧下肢动力学参数。对比实验测量,模型仿真获得的地面反作用力峰值最大差值为3.8%,运动学和动力学复相关系数为0.92~0.97。尽管体操运动员采用双脚同时落地方式,下肢关节运动学角度呈现相似性,但两侧下肢动力学参数,如水平地面反作用力、下肢关节力矩、关节肌肉做功等呈现明显的不对称性。所创建的19环节三维多刚体模型可用于调查确定体操自由操落地下肢生物力学特征;体操运动员下肢动力学特征呈现非对称性;双侧不对称的动力学参数可能是体操落地下肢高损伤率的重要因素。