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。

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。

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。

速度节奏对链球成绩的影响:优秀运动员案例研究

目的:球头旋转节奏是影响链球出手速度和投掷成绩的重要因素,通过对一名优秀女子链球运动员实际比赛中球头速度与成绩之间的相关分析和随机模拟分析,确定球头每圈旋转最低点的速度与投掷成绩的关系,并通过比赛中球头速度变化和成绩变化验证分析的结果。方法:采集一名优秀女子链球运动员2019年3次全国比赛中所有成功试投动作的三维运动学数据。应用前2次比赛数据确定球头低点速度和投掷成绩(均小于75 m)的相关关系,并通过随机模拟确定提高成绩到75 m以上所需要的球头低点速度。第3次比赛的数据用来验证。结果:该名运动员的球头低点速度和出手速度均与成绩相关(R2≥0.6858,P≤0.011,高度相关,Power≥0.756)。第2低点球头速度与成绩相关最高(R2=0.8480,P=0.001,高度相关,Power=0.949)。当第2低点球头速度增加到23.50 m/s时,随机模拟每1000次试投中成绩在75 m以上试投的概率为0.168。验证表明,第3次比赛中成绩为76.26 m的试投中的低点球速、出手速度和成绩均在相应的模拟值加减一个标准差的范围内。结论:1)适当改变速度节奏可以提高链球投掷成绩。2)在体能和其他条件不变的情况下,生物力学随机模型可以预测改变速度节奏对成绩的影响。