導語：如何才能寫好一篇生物力學研究方法，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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1、對途中跑擺動腿技術過程的分析

1．1 擺腿動作效果影響。在支撐階段，身體其余環節所作的快速擺動動作，必須使擺動環節的重心產生加速和位移，同時使身體總重心也產生相應的加速度和位移，并且會對支撐腿產生一個擺動的附加作用力，此作用力的力值與擺動部分的質量和加速度的乘積成正比，與擺動的加速度方向相反。據此得知，短跑時當支撐腿著地瞬間，擺腿動作有利于減小人體與地面的沖擊作用。在緩沖階段，擺動腿動作能使人體總重心迅速前移，有利于縮短緩沖時間和增加支撐腿內蹬地力量，當支撐腿進入蹲伸時，擺腿動作有利于提高支撐腿的蹲伸速度，途中跑中擺動腿動作的好壞對短跑的途中跑有著相當大的影響。

1．2 蹬地角、著地角、屈膝角、大角對短跑跑速影響。蹬地角是后蹬腿蹬地將要結束時，與地面之間的夾角。資料表明，蹬地角在55度左右最為理想。著地角反映運動員擺動腿著地動作完成是否合理。著地角大，標志跑的過程中，身體處于支撐狀態時腿的“剪跤”動作緩慢，擺動腿不壓，趴地動作則消極，腳著地點高，身體重心投影較遠，這樣身體必然會受到制動力量，前一步后蹬所獲得水平速度將受到極大的削弱，從而影響跑速的發揮。屈膝角是大腿支撐階段，膝關節的支撐角度，當屈膝角加大時，股四頭肌的拉力減小，阻力臂加大，使膝關節的伸肌群在完成動作時，感到阻力加大，這樣使本來“爆發式”收縮后蹬動作變得“柔和”，降低了蹬地速度，縮短了步長。

1．3 擺動腿的擺動方向。在跑的過程中，每條腿都必須經過支撐和擺動過程，一條腿的蹬地正是一條腿擺動動作形成跑的開始姿勢，蹬和擺的協調配合是正確完成蹬高地面，快速交換腿和積極落地的先決條件。正確的擺動腿方向是當膝關節移至人體重心的垂直點后，擺動腿要迅速向人體前上方擺動以大腿與地面平行為上，膝關節要有向前上方“頂”的視覺，才是合理的擺動方向。

2、擺動腿技術的練習方法

原地支撐送髖，單腿支撐跑，擺動腿負重擺動，橡皮帶擺動腿原地前擺，負重弓步跳或弓步走等皆為改善短跑途中跑技術的有效訓練方法。

2．1 “以髖為軸”的擺動練習。交換腿擺動。借助練習器，用前臂、肘支撐身體（懸垂），成騰空弓步，雙換作前后快速擺動練習。要求髖部放松，擺動時大腿帶動小腿，大腿前擺至接近水平位時積極作下扒后擺，后擺結束后小腿積極主動向大腿折疊準備作下一次的前擺。練習中要強調交換擺動的幅度、速度和動作的規范，突出“以髖為軸”的特點。訓練目的：提高和強化擺動腿在短跑中騰空動作的擺動技術動作的規范、幅度、快速的擺動，加強髖關節的力量、靈活性、柔韌性，從而縮短跑動中騰空的時間，達到提高運動成績的目的。每次訓練課安排練習10組，每組每腿擺動在50～80次。間隔時間5min／組。

2．2 “以伸髖下扒為主”的擺動練習。擺動腿拉橡皮筋擺動。方法一：橡皮筋前、前下牽拉擺動腿作快速擺動練習。方法二：橡皮筋后牽拉擺動腿作快速擺動練習。練習時預先將橡膠帶系在踝關節處，雙手支撐在1．2m高左右的肋木架上，身體與地面成45至60度角左右，腳跟提起，兩種方法都采用兩腿輪換進行蹬與擺的練習，前擺時支撐腿伸直，擺動腿擺動至水平位高，小腿下垂，然后快速地做下壓扒地動作，在擺動腿處于垂直階段時，支撐腿可作微屈膝的動作。訓練目的：方法一中前牽拉是加強擺動腿的前擺伸髖的意識、速度、幅度和后擺的力量及強度；左右前下牽拉是加快前擺伸髖后及時快速下扒的動作（防止前拋小腿）以達到縮短擺動時間的目的。方法二中后牽拉是加強擺動腿的后擺意識、速度、幅度和前擺的力量及強度。每次訓練6～8組，每腿練習在50～60次，并且控制在15～20s／腿。間隔5min／組。

3、結論

3．1 加強下肢擺動伸髖和積極下扒著地訓練，能有效提高短跑運動成績和身體素質。

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關鍵詞：植物生態學；數學理論；方法

中圖分類號：G648 文獻標識碼：B 文章編號：1672-1578（2014）07-0002-01

1.植物群落物質組織水平與結構的數學理論與方法應用

群落生態優勢、群落均勻度、生物多樣性指數是最多的植物群落物種組織水平與結構反映的數學方法。Abp指數、PIE指數、香農-維納指數為生物多樣性指數，其中效果較好的為香農-維納指數，公式為：或者

計算群落均勻度的公式為：

辛普森指數可計算出群落生態優勢：

通過現實中的森林群落運用，群落物質組織水平與結構可通過上述幾個式子求得，群落間的不同生境也可由測定值得到。以上三中數學方法測得的環境梯度值可用來評價環境值質地。此外群落演替表征可在測定植物群落各層次的多樣性結構實現，群落多樣性若為發展期，呈由上到下的指數增加；如果是衰退期，則相反。趨于一致的各層次多樣性多出現在群落的穩定特征。

2.種群生態學測定

測定種間關系是種群生態學的重點，其計算可由下式得到：

種群分布格局是種群生態學的主要研究內容，自身特性、環境因素與種間關系效益會影響種群分布格局。格局規模分析、頻度X2的預期與實測、方差/均值比率與負二項式等為種群分布格局測度模型。但是，站在方法學角度，面積大小制約樣地取樣法，無樣地取樣法則不受限制，但對熱帶亞熱帶森林中的高度物種多樣性而言，樣地取樣法更具優勢，當然，這要在無生態學原理制約的基礎上。

3.定量分析植被與群落

聚類分析、排序技術在定量分析植被與群落上較為廣泛，但其以環境坐標、梯度為依據，從理論上對植物群落進行定位與排列，同時對其相似度在n維空間反映；也可通過相似的群落距離實現聚合成類。變異植被體系、主導植被變化因子、植被結構組成等都可通過這兩種技術建立、反映與分析。煮坐標分析、位置向量排序組平均法、追分量分析以及極點排序等是常用的聚類分析與排序技術。但線性排序法是主要排序方法，非線性為生態學過程特征，所以，以低維空間現實排序結果，信息會大量損失。

4.群落演替、穩定性中數學理論方法應用

在群落演替、穩定性的研究上，實現了離散描述演變為定量研究的過度。以系統分析為出發點，把演替階段看做是子系統或者狀態，系統則是植物群落的演替過程，群落的階段演替即為系統的轉移狀態。子系統、狀態就是群落演替系統的一部分。馬爾科夫模型可對此過程做定量解釋。以S（X）為系統，滿足疊加原理，那么：

效應強度為E，在群落邊緣相鄰位置存在的群落數量為m，定量的群落種群結構與數量為Y，某個群落的指標為yi。在不同的指標下，可以擬合yi與Y，比如和香農-維納指數的擬合可得：，應用該式測定森林群落中的物種邊緣強度，效果佳，邊緣相鄰位置的效應強度可通過測定值比較得到，也能明確正負效應，比如，1測定值，為負效應。

5.結語

數學生態學科研究范圍較為，層次分明。比如，數學理論與方法在生態學研究上的適應程度是第一層，第二層是研究應用數學方法、模式和應用結果。前者被稱作是生態數學，后者在于以數學為手段分析生態學，促進生態學理論進步，可以叫做是數學生態學。二者是矛盾的統一體，相互聯系，本文立在講述后者的應用。

在數學生態學研究過程中，應該有機統一數學與生態學。比如，關于排序結果中排序軸有何必要性，要與生態學理論相結合方發現其內涵，理論定位才沒有白費。再如，各聚類級在聚類分析中的生態學必要性，也離不開生態學理論。所以，數學生態學的進步，不能將數學、生態學脫離，同等重要。數學的忽視則定量分析無效，生態學的忽視則存在"只有數字，沒有植物"結局。

參考文獻：

[1] 李嵩，鄭新軍，唐立松等.基于異速生長理論的準噶爾盆地荒漠灌叢形態研究[J].植物生態學報，2011，35（5）：471-479

[2] 劉春花，茍清明.考慮病毒感染的營養-浮游植物模型的Hopf分支和全局性態[J].四川師范大學學報（自然科學版），2012，35（6）：738-745

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關鍵詞：地方入伍研究生管理 科學發展觀 面向對象雙重管理

近年來，軍校研究生分配到基層部隊的比例逐年上升，從反饋的情況來看，人才培養質量與部隊用人要求仍然不完全匹配，主要表現為軍事素質不過硬、軍人養成不合格、訓練場上拿不出、戰士管不住、服不了。而從地方大學考入軍校的研究生由于缺乏本科四年的磨練和熏陶，這些缺點表現得更為突出。

鑒于這些問題，有必要采取面向對象的管理模式，根據地方入伍研究生的特點，運用科學發展觀的精神，按照《軍隊基層建設綱要》，以人才培養為目標，采取科學合理的管理方法，促進學員的全面發展，使他們更好的適應部隊對新型軍事人才的需求。

1、地方入伍研究生的特點

1.1入伍動機多樣化

很多學員熱愛軍營，渴望軍旅生涯，有的學員拒絕了地方企業的高薪聘請，堅定地投身軍隊；有的甚至因為來到軍校，實現了攜筆從戎的理想而幾天幾夜睡不著覺。但還有一部分是因為地方就業壓力太大，部隊待遇越來越好而選擇軍營。總體說來，軍校研究生學習是為祖國和軍隊做貢獻的動機較少，奉獻意識較為淡泊。據調查，只有20%的軍校研究生學習的動機是為祖國為軍隊做貢獻，較多的是考慮個人的現實利益。在這樣的情況下，如何打牢思想基礎，筑牢研究生獻身軍營、服從分配的意識值得深思。

1.2思想狀況

地方入伍學員思想積極上進，很多在大學期間就已經入黨，而且黨員比例逐年上升，有的已經達到96%以上。這說明他們的思想基礎很好，這是進行思想轉變的有利條件。

但是由于他們在地方大學四年人生觀世界觀已經基本定型，習慣了自由的生活，思想比較活躍，紀律意識和服從觀念較差，個人主義比較嚴重，不理解軍隊嚴格的制度，對嚴格的管理有逆反心理，不認同部隊一些規章制度，如早集合、晚點名，帶隊上課，集體收看新聞聯播等，認為“沒必要”、“傻”、“浪費時間”。

1.3軍事技能

新入伍的軍校研究生在體能上底子比較差，讀研階段主要工作是學習和科研，鍛煉的時間更少，總體上體能素質不及一般戰士，難以勝任基層指揮官的要求；軍事理論接觸較少，對軍事知識缺乏全面的了解；軍隊基層管理方法沒有機會系統地學習，對政治工作的要領和意義缺乏必要的掌握；研究生生活“軍味”較淡，不利于新入伍學員養成良好的軍人作風和從骨子里透出來的軍人意識。在一些方面不像個兵。

2、科學管理，在促進轉變上下功夫

針對地方入伍研究生的這些特點，在對他們的管理上要加強思想隊伍建設，注重思想意識的轉變，突出軍人作風的培養，筑牢軍魂、打牢獻身國防的信念。

2.1加強隊風建設，注重環境影響

軍隊院校具有強制的管理特點，特別強調令行禁止，整齊劃一，通過嚴格的日常制度來培養學員的優良作風，提高學員的管理能力和自我管理能力，以適應軍隊工作的需要。地方入伍學員一開始對嚴格的管理不適應，這時要通過建立有章可循的制度，依照條令條例進行管理，形成團結上進、嚴肅守紀的隊風。通過堅定的政治立場，威武雄壯的隊列，嚴格的紀律，整齊的內務，端莊的舉止，周全的禮節禮貌來影響和同化學員。尤其要利用非新入伍學員的影響、幫助和教育促進新入伍學員思想上的轉變，使他們在嚴謹上進的隊風中獲得歸屬感，增強集體榮譽感，盡快適應部隊的生活規律并融入其中。

2.2加強條令學習，注重作風養成

條令是我軍幾十年建軍實踐經驗的總結，是我軍的治軍法寶，條令規范了我軍各方面的工作，具有非常強的政治性、思想性和操作性。熟記條令條例的內容，將紀律要求融入思維方式里，轉變為下意識的行動是良好的軍人養成的保證。要在政治教育中貫穿條令的學習，聯系工作生活實際闡述條令的科學性和可行性，結合實例講解觸碰紀律這根高壓線的后果，避免政治學習流于空談。更為迫切的是地方入伍學員之前接受的保密教育較少，保密意識不強，對便利的互聯網已經習慣甚至依賴，研究生期間在教研室可能涉及機密內容，失泄密的可能性更大，必須著重加強保密教育，使保密意識溶入學員的血液里，轉變為自覺的行動。

2.3加強柔性管理，注重示范引導

地方入伍研究生經歷的人和事都比較多，不會被聲色俱厲嚇住也不會被虛情假意感動，在管理中要真情帶兵，真正站在被管理者的角度想問題，用愛心、細心和責任心搭起官兵溝通的橋梁，充分考慮學員的心理需要和情感訴求，既要做他們的管理者，也要成為學員隊良師益友。學員犯錯誤時，不能一味斥責而要耐心引導；學員遇到失敗時，不能不聞不問而要真誠鼓勵。管理中要突出以人為本的精神，摸清學員的個性差異和特點，由重共性、輕個性向共性、個性協調發展轉變；發揚“端盤子”、“搭梯子”的功能，以身作則，勤奮工作，對學員喊破嗓子不如做出樣子，讓學員感受到領導的人格魅力而心悅誠服，自覺進步。

3、以人為本，促進學員全面發展

人才培養是院校教育的中心工作，必須注重研究生創新能力的培養，加強學員隊與教研室雙重管理，促進學員全面發展。

3.1發揮學員特長，促進學員全面發展

地方入伍研究生本科時自由地發展了多方面的能力，擅長演講、主持、舞蹈、音樂、繪畫、書法的大有人在；參加過各類競賽，獲過各種大獎的也比比皆是，這些都為部隊注入了新的活力。應當充分發揮學員們的特長，為學員們提供鍛煉的機會和展示自己的舞臺；鼓勵學員參與科研項目，參加學科競賽，不斷提高自主創新能力，提高人才培養質量。

3.2 突出雙重管理，學員隊與教研室共同育人

雙重管理教育工作是對現在的研究生管理教育形式的一種創新，固化了系所教研室、導師與學員大隊的聯系溝通，明確各級各部門職責，加強了管理教育力度，將管理教育延伸到研究生學習工作生活的各個方面，提高了研究生的創新能力和自我管理能力，有效地做到了“橫向管理到邊，縱向管理到底”。學員隊管理中加強與教研室的溝通，發揮導師的思想引導作用，可以很好的實現學員隊與教研室共同育人。

參考文獻:

[1]趙琳.軍校研究生心理管理研究,2005.

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摘要 根據籃球球運動專項力學特點，結合運動生物力學研究的現狀、發展趨勢、以及籃球運動教學發展的實際需求，對運動生物力學在籃球運動教學中應用和發展趨勢進行分析。希望運動生物力學與籃球運動的特點緊密結合，更好地為籃球教學提供幫助。

關鍵詞 運動生物力學 籃球運動 教學 應用分析

近年來，籃球運動受NBA和CBA的影響，很受學生的歡迎，大家都愿意參與這種集體帶有趣味的運動。可在教學中可以看到一些學生由于身體的先天條件，動作做起來比較難受，不合理。怎樣幫助每個孩子都能掌握這門技術。我想通過運動生物力學的原理去分析學生的特點，通過分析給他們制定不同的水準，不能集體都按統一的標準，這樣會使學生感到籃球運動的艱難，我們降低難度就是要使不同的學生體驗到成功的樂趣，因材施教使學生在快樂中學習。如何做到這些，我們就要借助于科技的力量和手段，更加全面地、深刻地認識籃球運動的規律。更好的在教學中利用為學生服務。

一、運動生物力學在籃球運動中的應用領域分析

從運動生物力學角度來看，籃球運動要求人體上下肢的協調配合，很好的應用人的手部動作去接球，做蹬地加速的動作，如何在這個過程中做到合理就必須了解學生的生理結構，肌肉力量的相互作用。什么角度的運動適合此階段性的學習。用多大力能滿足他們的可接受的力量范圍，針對不同的學生應該采用不同的方法手段加強學生的學習，切不可讓學生做過多大于自己身體不能做的力量訓練。幫助他們在自己合理的技術動作內做到自己最適合的動作。對于動作的要求不可統一要求，要區別對待，這樣一方面可以鼓勵學生很好的練習；另一方面要使學生不斷進取不至于傷害學生的自尊心。在場地器材方面要對學生認真講解。使他們真正認識到自己的力是如何傳導的，如何在正確的用力前提下做到做好的自己。

二、運動生物力學研究方法在籃球運動中的應用分析

（一）運動生物力學研究方法分類

按研究方法劃分，運動生物力學應用在籃球運動中的研究大體可分為兩類：一是力學理論研究方法，二是實驗研究方法。兩者相輔相成，相互統一，應當緊密結合，才能使運動生物力學更好地在運動實踐中應用[1]。這就要求在實踐當中很好的將二者緊密結合共同應用到學科領域當中。

（二）運動生物力學的力學理論研究方法在籃球運動項目中的應用分析

該研究方法因為是通過模擬手段對人體運動仿真，一般包括五個步驟：1.確定運動特征，建立目標函數；2.選擇模型確定剛體的自由度；3.建立動力學模型；4.實測已知數據并求解；5.根據求解結果解釋運動規律，這一步驟是將求得的數學規律化為體育運動語言對運動技術進行合理的指導[ 2]。根據此研究方法，可以對籃球中許多問題進行研究。如對于籃球運動中學生的傷病的研究，有助于對學生在籃球運動中的損傷認識和預防。可以利用力學理論研究的方法對關節力和力矩進行推算。這實際上是為人體的運動給予科學化得定量，通過科學實驗找出人體運動的范圍和幅度，為更好的人類發掘自身的潛能和動作的量化提供參考依據。

（三）運動生物力學的實驗研究方法在籃球運動中的應用分析

由于動力學研究方法與運動學測試在籃球運動項目中運用的較少，所用到的生物力學儀器不多。因此運動生物力學的實驗研究方法在籃球運動項目中有極大的發展空間。

1.常用的生物力學儀器將在籃球項目中的廣泛應用

許多已經在其他專項中運用較為廣泛的生物力學儀器在籃球運動項目中尚未廣泛使用。比如，肌電儀，腳墊受力分析鞋墊。腳墊受力分析可以反映地面對人體的反作用力。運動員投球的力最終是通過人體蹬地面，同時地面給人體的反作用力而實的。通過在運動員的鞋子里放上受力分析鞋墊，可以得出在移動過程中，腳底壓力的分布圖，可以為籃球運動員鞋子的設計提供參數。通過肌電儀可對完成某動作所參與的肌肉活動的強度和時間進行描述，確定主要的參與肌群。這樣學生就可以很清楚地知道完成某動作的肌肉用力順序是什么，哪些是主動肌，哪些是被動肌，可為力量訓練提供參考。

2.多機同步測試的研究

多機同步測試研究是運動生物力學研究的發展趨勢。對于籃球這項精密的運動，以往的研究多是從一維的視角來進行的，對籃球運動的生物力學的研究應朝著多維的研究視角發展。比如，將攝像系統和測力臺系統同步的測試方法，綜合運動學和動力學的數據對籃球運動進行更加深入、全面的研究與分析。

3.開發籃球專項化、反饋快速化的運動技術測試儀器

近年來隨著其他運動項目運動學、動力學、測試儀器的質量、功能、效率不斷提高，某些運動項目專用的測試儀器不斷出現。其它專項的研究可為籃球專項化的測試儀器提供借鑒。隨著科學技術的迅速發展，加速度傳感器的體積和質量都可以做到非常小，精度可以達到很高，此儀器可以實時監控籃球鞋的速度、加速度和角速度，并可據此推算籃球鞋不同部位的受力情況，以及腳蹬地的初速度。而對籃球鞋運動情況的所做的研究較少。如果這些設想可以實現的話，將豐富這方面的研究可以防止運動者教學腳部的受傷的情況。為更好的教學服務提供保障。防止學生在運動中受傷的概率。

（四）力學理論研究方法和實驗研究方法緊密結合

理論力學理論研究方法和實驗研究的方法緊密結合對籃球運動進行運動生物力學的研究，將有助于從不同層面和角度更好的認識籃球運動規律，進而可使運動生物力學更好地為籃球實踐服務，是運動生物力學在籃球運動中應用的發展趨勢。力學理論研究方法必須輔之實驗和經驗，才能使它在實際應用方面的作用得以發揮，力學理論方法與實驗測試方法兩者應當緊密結合。前者提供了運動普遍規律，對分析有理論指導意義，后者是理論研究與實際是具體應用的橋梁，能使研究更好地為運動實際服務。實驗方法和力學理論研究共同發展、相輔相成，使運動生物力學學科漸趨深入完善。

三、結束語

籃球運動教學的動作技術診斷，力學研究，學生肌肉、骨骼力學特性的研究，將有助于籃球專項測試儀器的開發，籃球運動員損傷機理和預防的研究等領域需要利用運動生物力學在籃球專項中進行全方位的研究。這樣有助于在實際中解決一些教學中的學生容易受傷的難題，將生物力學的有關原理服務于學生的課堂，用科學的方法指導學生籃球訓練與比賽，更好的預防學生在不同情況下的運動損失與治療。

參考文獻：

[1] 王向東，劉學貞，等.運動生物力學方法學研究現狀及發展趨勢[J].中國體育科技.2003（2）：15-18.

[2] 忻鼎亮.運動生物力學的力學理論研究方法[J].體育科學.1994（4）：37-40.

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    【摘要】  目的  研究人髕腱密度與其生物力學的關系,尋找能于前交叉韌帶重建術前檢測髕腱移植物生物力學性質的方法。方法  對20例不成對人體髕腱(男10例,女10例)進行單軸拉伸試驗,來研究供者性別及髕腱密度對其生物力學性質的影響, 髕腱密度根據其所測得體積和質量計算出。結果  髕腱的生物力學性質基于性別上的差異均無顯著性, 而與其密度呈正相關。密度>1.68g/cm3(n=8)的髕腱的最大抗張強度比質量密度<1.68g/cm3(n=12)者明顯要高。結論  髕腱密度可以用來評價該髕腱的質量, 因此,可利用術前測量活體內髕腱的密度來決定該前交叉韌帶重建是用異體移植物還是自體移植物。

    【關鍵詞】  髕腱;密度;移植物質量;生物力學性質

    The mechanical properties of the human patellar tendon correlated to its mass density

    【Abstract】  Objective  To study the effects of tissue mass density on the mechanical properties of the patellar tendon and find out predictors of the mechanical properties of the patellar tendon, used as grafts in anterior cruciate ligament reconstruction surgeries.Methods  Uniaxial tension tests were performed to determine the effects of donor sex and mass density of the tissue on the mechanical properties of twenty unpaired human patellar tendons(10 male and 10 female).Mass density of the patellar tendon was determined by measuring its volume and mass.Results  No evidence of sex-based differences in any of the mechanical properties of the patellar tendon was found.The mechanical properties of the patellar tendon were significantly correlated to its mass density.The tensile strength were significantly higher for those patellar tendons having a mass density greater than 1.68g/cm3.Conclusion  The mass density of the patellar tendon may be considered as an indicator of mechanical properties of the patellar tendon or graft quality.In vivo measurement of the mass density of the patellar tendon,prior to surgery,can be used to decide if a particular ACL reconstruction should be carried out with an allograft or an autograft.

    【Key words】  patellar tendon;mass density;graft quality;mechnical properties

    自體髕腱復合體曾被作為移植重建前交叉韌帶的金標準,目前仍為外科醫生重建手術的首選。學者們對髕腱的生物力學性質進行了廣泛研究,希望找到能于移植前有效評價移植腱質量的客觀變量,為臨床選擇肌腱提供依據。筆者對人髕腱的密度及其生物力學性質進行研究,希望確定供體髕腱密度對其生物力學性質的影響。

    1  資料與方法

    1.1  一般資料  從國人新鮮尸體中獲取20例不成對的膝關節(男10例,女10例),冷凍在-20℃,直到試驗日為止。膝關節均在供者死亡后12h內冷凍。冷凍時間1~12個月不等。死者排除以下情況:(1)年齡>50歲;(2)骨骼未發育完全者(女性<16歲,男性<19歲);(3)有膝關節手術史;(4)有膝關節炎病史。在取髕腱標本之前,先將膝關節在室溫中解凍。將髕腱連同全部髕骨和脛骨的一部分(包含有脛骨結節)從膝關節中分割出來。脛骨部分修整成楔形,取髕腱的中央部分(平均5mm寬),用手術刀沿著腱束的長軸將腱的內外側修理成直的平面。小心操作以避免將腱束橫行切斷。用游標卡尺在不同截面測量髕腱的寬和厚,取其均值,并測量髕腱的長,用以計算髕腱的體積。

    1.2  使用儀器  將樣本安裝在DCS-25T電子萬能試驗機(日本島津)上,進行單軸拉伸試驗,拉伸速度為30mm/min。以3033型X-Y函數記錄儀(四川儀表制造廠)記錄載荷―變形曲線,并進行分析,得出最大載荷、衰竭應變及彈性模量。

    1.3  計算樣本密度  力學測試完畢后將樣本的腱性部分從骨的附著點上分離出來,稱重。根據前面算出的體積計算出每個樣本的密度。

    1.4  統計學方法  采集所有數據,應用t檢驗來比較不同性別來源的髕腱的力學性質,進行相關性分析來判斷髕腱密度與生物力學性質間的關系。將樣本根據密度排列,再隨機選擇其中一個密度作為標準,將其上、下兩組樣本的生物力學指標用t檢驗分析,重復這個過程,檢驗是否存在一個密度值,比這個密度值大的樣本與比這個密度值小的樣本相比,其生物力學強度要高。

    2  結果

    樣本的平均截面積是19.47mm2(SD 8.72),髕腱的平均長度是47.83mm(SD 3.78),男性髕腱平均長49.22mm(SD 3.42),比女性髕腱[平均46.44mm(SD 3.76)]稍長一些(P=0.05)。髕腱組織混合在一起的平均密度是1.61g/cm3(SD 0.47)。男性髕腱的密度(1.68g/cm3)和女性髕腱的密度(1.54g/cm3)之間差異無顯著性(P=0.23),所測得密度范圍為0.81~2.57g/cm3。

    髕腱的力學性質不依賴于供體的年齡和性別。在最大抗張強度(P=0.62,)、最大應變(P=0.61)、彈性模量(P=0.57)方面基于性別上的差異均無顯著性。因為性別和年齡對髕腱力學性質沒有任何影響,所以將樣本混合起來做密度的相關分析。樣本的最大抗張強度與其密度相關(r=0.57, P<0.02)。髕腱的彈性模量也與其密度呈正相關,盡管其相關性較弱,但亦有統計學意義(r=0.44,P<0.05)。衰竭應變與其密度無相關性(r=-0.25,P>0.1)。連續采用t檢驗分析顯示密度>1.68g/cm3(n=8)的髕腱的最大抗張強度比質量密度<1.68g/cm3(n=12)者明顯要高。

    3  討論

    本研究中,組織密度被作為變量進行相關性分析,通過測量其密度,就去除了組織大小對相關性分析的影響。我們發現在髕腱的生物力學性質與密度之間高度相關。較大的組織密度可能意味著較多的膠原堆積在組織中,產生較大的生物力學強度。Woo SL[1]發現經常活動的豬的伸趾肌腱質量和膠原含量增加,其最大抗張強度顯著增加。但其未做肌腱生物力學和其質量的相關性研究。我們發現了髕腱組織的一個密度值(1.68g/cm3),大于這個密度的髕腱群體,其生物力學強度顯著要高。因為高于或低于這個髕腱密度值的供者的平均年齡非常接近,所以年齡不會導致髕腱的生物力學的差異。這與Flahiff[2]報道的結果一致。

    在以前的研究中,諸如樣本大小、組織儲藏方法、組織的測試條件、樣本的截面積和力學測試方法等因素都被認為是很重要的因素,并且各實驗間各不相同[3],因此,難以 做具體數據上的比較。文獻報道[3],測試過程中對樣本進行鹽水浴,讓液體從腱組織滲出,能產生更大的強度和硬度。一些研究人員觀察了髕腱生物力學的差異,猜測可能有某些內在或外在的因素與此差異性有關。例如,Flahiff[2]認為重量、活動量、健康及飲食能影響髕腱的力學性能,雖然Beynnon[4]陳述軟組織內在的未知生物學因素能導致肌腱力學性能的差異。基于我們的研究,髕腱的密度似乎是這種差異的一個原因。

    本研究最有意義的成果是,髕腱密度可以用來評價該髕腱的質量。這個發現在臨床上將具有重要意義。有些學者[4]認為,在重建手術進行之前預測自體移植物的生物力學性能很重要。他們報道移植物移植后有不同程度的伸長,導致手術5年后過度的膝關節前后松弛。這些研究人員也主張,因為重建術后難以立即測量移植物的伸長量,所以有一種能預測自體移植物的生物力學性質的簡單指示器是非常必要的。基于我們的研究,自體移植物的密度能被用來預測包括彈性模量在內的生物力學性質。現代影像技術如CT掃描能無創測量移植組織的密度。利用一條組織密度與CT值的標準曲線就可以從CT掃描中得到組織密度。因此,可利用術前測量活體內髕腱的密度來決定該前交叉韌帶重建是用異體移植物還是自體移植物為好。

    這里得出的結果不能應用到異體移植物。因為重建術前異體移植物經過了射線照射和凍干處理。

    【參考文獻】

篇6

什么是生物力學

人們都知道自然科學中有力學和生物學，很多人并不了解還有生物力學。的確，按一般人理解，力學是研究物換星移、山崩地裂、江河奔流、機器轟鳴的非生命現象的；而生物學則是研究生命的起源、變異、遺傳、進化等。兩者似乎是“風馬牛不相及”的。

其實不然。任何生命的發生發展都是和力的作用分不開的。因此，僅僅從生物學本身去研究生物體的結構，就會有許多問題得不到解答。于是，人們開始用力學的原理去探索各種復雜的生命現象。我國三國時代的名醫華陀曾經提倡過“五禽戲”的拳法，說明他已覺察到摹仿各種禽類動作的受力方法，可以達到增強人的體質的目的。他的徒弟程普，照此方法練身，活到九十歲，牙齒不落一顆。意大利的偉大科學家伽里略已經發現人的骨頭受力之后會變得粗壯起來。德國的生理科學家馮·海曼考察了許多生物尸骨，發現骨面微隆的骨小梁，排列的方向都很有規則。于是他拿了一塊大腿骨請力學專家做應力實驗。實驗結果使馮·海曼大吃一驚：原來這些骨小梁排列的方向和骨骼受的主應力方向竟是完全一致，說明骨小梁隆起有一定走向，是因為受到應力作用的結果。現在，科學家們幾乎把人體206塊骨頭一一研究過了，他們發現：凡是受力大的地方，總是骨骼質密而粗壯；而受力小的地方，總是骨骼質松而細小。此外，科學家們還從力學觀點，研究了人體的皮膚、肌肉、血液以及神經系統等，證明了這些組織和液體的變化發展都和它們受力的狀況有直接關系。于是這門以力學的觀點和方法研究生命現象、或者從生物體中探尋力學規律并在科學和建設中加以應用的新學科——生物力學，受到人們廣泛注意。

生物力學的分支和應用

生物力學是研究生命的力學，所以有時也叫做生命力學。它研究范圍相當廣泛，凡是生物學和力學相聯系的部分，都是生物力學研究的內容。它的分支有幾十種。而生物力學研究的所有課題幾乎都和人類生活息息相關。例如：

研究骨頭、血管、肌肉、皮膚等力學特性的叫做生物材料力學。它可以為研究人體的發展變異和制造人工臟器提供重要的資料和數據。

研究人體血液、淋巴、胃液、痰、唾液、關節液等的叫做生物流體力學。這種研究對于診斷人體疾病有很重要的意義。如通過測定血液或唾液中的粘滯阻力，可以斷定是否有血液病或消化不良等。

研究人體運動時受力狀況的叫做生物運動力學。這種研究可以指導人們正確地進行體育鍛煉和體育醫療。例如打太極拳，在行云流水般的纏繞運動中，人體的皮膚、肌肉、骨頭、血管、臟器、神經都處在受力變形之中，科學測定表明，這時人體新陳代謝、血液循環加快，因此有活血化瘀之效、益壽延年之功。

篇7

摘 要 肌肉的主動收縮和舒張控制之下動物會產生各種不同的運動形態，這屬于肌肉力矩的主動改變而肢體運動又會反作用于肌肉力矩。在不斷的進化中人類逐漸形成自身完善的神經肌肉系統負責自身運動的控制與協調。除了主動的肌肉力矩之外，接觸力矩、重力力矩以慣性力矩也會對肢體運動的具體方式和表現產生影響，生物力學是研究人類運動控制機制的基礎，因而本文就生物力學在運動控制與協調研究中的作用進行了分析。

關鍵詞 生物力學 運動 控制協調 應用

人體運動需要在多個部分的共同協調配合下完成，而單純運動學角度只針對物體的運動效果以及其他外作用力的影響進行研究，無法對人體肢體運動控制和協調的具體機制作出判斷。生物力學從關節力矩的角度并結合運動動力學方法可以對肢體運動的產生方式和作用機制進行科學合理的分析，推動人體運動控制機制理論研究的發展。

一、生物力學與運動控制的關系分析

肌肉的收縮是人類肢體運動最直接的動力，人體神經系統可以對不同部位的新陳代謝速率和能量釋放方式進行調整，從而起到控制骨骼肌腱可控張力的效果，肌腱又將動力傳給關節、韌帶以及骨骼等，最終實現對各個運動單位的控制。神經肌肉骨骼系統包括肌肉運動單位與神經元之間的突觸連接、運動單位疊加與肌腱上的合力、肌肉骨骼系統的整合以及關節力矩整合協作四個層次。人體的骨骼、肌肉結構都十分復雜，因而神經中樞系統很難直接對每個運動單位進行控制，目前猜測中樞神經系統對運動目標協作實現方式或者是關節水平運動方式進行控制，再由該環節傳達至各個運動單元。

二、運動控制的生物力學研究技術

（一）生物傳感器技術

目前生物傳感器技術在科學研究中的應用已經較為廣泛，包括力量、肌電圖、加速度以及位移傳感器等等，這些技術相關專業的教科書以及很多文獻中都有涉及到。隨著研究的深入和技術的發展三維陀螺儀運動測量技術應運而生，在生物力學測量中可以對物體的運動速度、不同時間點的方位、角度等數據進行測量和記錄，因而可以應用于疾病診斷和治療康復中，該技術在醫療領域的應用也日益廣泛。

（二）生物力學建模與仿真

當人體運動時除了肢體的外部狀態，肌肉狀態、關節連接處軟組織的形狀等也會發生一定的變化，而對這種形變進行觀察和研究的難度較大，因而可以將整個人體作為一個完整的運動系統并以此為基礎建立相應的人類肢體運動動力學研究方程，也可以將其稱為生物力學模型。研究方向以及研究切入點的不同都會對最終的模型構建產生影響，一般來說任意運動的計算機模擬或者仿真需要應用正向動力學知識和技術，而對肢體運動的外力因素進行測量時則需要應用逆向運動學。

（三）運動學影像技術

影像技術在生物力學研究領域的應用由來已久，隨著科技的進步和科研領域投入的提高，更多新型的運動學影像技術開始出現。高速熒光透視技術可以對人體運動狀態下的骨骼、關節的情況進行精確的分析，拍攝速度更快且由于無侵入性對人體的傷害也更小。將該技術應用于人體醫療中將大大提高骨科檢驗的準確性。即時超聲波成像技術可以將人體運動狀態下的肌肉、肌腱等的形態包括肌纖維排列、肌肉羽狀角的情況進行成像。

三、運動控制的生物力學原理

運動控制涉及的生物力學原理較多，本文就其中幾個較為重要的原理進行分析闡述。人們在做出某個動作之前，為了提高動作的完成效果，往往會先做一個跟目標動作方向相反的動作，例如扣籃時先將手臂抬高，一方面下扣動作的幅度更大，另一方面肌肉的彈力也會有所增大，下扣的力量隨之提高，這就是反向動作最佳起始力原理的典型表現。人體神經肌肉系統功能的完善性，以及個體肌肉力量和爆發力量對于體育競賽成績有著重要的影響，在某些體育活動中，人們為了獲取運動速度的最大沖量會采取一些助力措施，例如對于跳遠運動員來說，他們在進行跳遠前都會有助跑，鐵餅投擲運動員在投擲鐵餅時，也會有身體的旋轉運動等等，以上各項體育運動都是通過延長加速度時間和距離來增加力的作用效果，這體現的是運動速度的最大沖量原理。物體之間的碰撞效果一般會受到以下兩方面因素的影響，即物體質量和速度這兩方面的影響，質量與速度的乘積稱之為動量，生物力學中有打擊碰撞動量保持原理，該原理在運動控制中的體現有：網球的擊球、拳擊等等，運動員為了提高碰撞效果在確保撞擊速度時還會提高撞擊的力度。因此，對于運動員來說，一定要掌握運動控制的生物力學原理，進而將其在際運動中得到充分運用，這對提高運動員成績來說起著非常重要的作用。

四、結束語

綜上所述，生物力學的應用可以在對關節力矩和分量進行分析的基礎上研究神經肌肉系統對肌肉收縮力矩的調節模式，主動的肌肉力矩在神經系統的控制之下對運動產生的被動力矩進行對抗，在平衡的狀態之下完成肢體運動動作要求，生物力學的應用大大降低了運動控制協調相關問題的理解難度。

參考文獻：

篇8

(1451醫院整形外科　西安710054　2.第四軍醫大學西京醫院整形外科中心　西安710032)

[摘　要]　目的:觀察皮膚伸展作用后生物力學特性和組織學的改變。方法:取4只體重20 kg左右的豬為實驗動物,采用自身對照方式進行,對伸展作用側及對照側皮膚標本分別進行拉伸斷裂強度、拉伸斷裂伸長百分率、皮膚本構關系等生物力學指標的測定及組織學的檢查。結果:伸展皮膚的粘彈性下降。組織學觀察可見伸展后表皮細胞層次增多,真皮層稍變薄。結論:皮膚伸展作用后,其生物力學性質及組織學均有明顯變化。臨床上可采用皮膚伸展術,以縮短療程,提高療效。

[關鍵詞]　皮膚伸展術　生物力學特性　組織學檢查

[中圖分類號]R622　[文獻標識碼]A　[文章編號]1008-6455(2000)09-0244-03

BIOMECHANICAL AND HISTOMORPHOLOGICAL CHANGES IN STRETCHED PIG SKIN

ZHOU Li-an　LI Zhun　GUO Shu-zhong et al

Depart.Plastic surgery,451 Hospital,(Xian　710054)

[Abstract]　Objective:The study was designed to observe the biomechanical and histomorphological changes in stretched pig skin.Methods:On 4 pigs.stretched skin was compared with non-stretched control skin from the opposite side of the animal,using a paired t-test.The biomechanical and histomorphological properties were determined in stretched and non-stretched control skin.By using tensometer,the sin was evaluated for stress strain and parameters of strength.Result:The biomechanical properties of the stretched skin were different from the control skin.Histomorphological examination revealed that the epidermis layer increase.There was thinning of dermis,the dermal collagen bundles were thicker than those of controle.Conclusion:We concluded that the biomechanical properties and histomorphological changes were different from that of the unstretched skin.It was shown that the skin stretching technique might be accepted in the practice.

[Key words]　Skin stretching technique　Biomechanical property　Histomorphological examination

皮膚伸展術始于1976年,Barrer[1]等采用了固位橋裝置用于關閉傷口,它是通過施加于皮緣的直接外力,線性牽引創面兩側的皮膚組織,使之產生皮膚增量,達到關閉創面的目的,作者對此已進行部分臨床及實驗研究[2-7],該方法近年來在國外受到普遍關注,認為是一種"有把握的關閉"(Sure-closure)[4]方法。但也有學者提醒使用該方法應防止用力過大造成真皮纖維的斷裂等并發癥[8]。

因此皮膚伸展術中的安全性仍是人們關心的問題,真皮決定著皮膚的生物力學性質,反之生物力學的變化也反映真皮的結構特征[9]。

本研究對伸展作用后的皮膚及對側正常皮膚進行了生物力學特性的對比測試并觀察了相應的組織形態學變化。

1　材料與方法

1.1　實驗動物　選取4只體重20kg左右白色乳豬(第四軍醫大學實驗動物中心提供),雌雄不限,3%戊巴比妥鈉(美國Sigma公司)30mg/kg肌注麻醉后,側胸、腹及背部肥皂水刷洗,剃毛,放置于牽引臺架上,術區皮膚常規消毒。

1.2　皮膚伸展方法　在胸背中央畫7cm×3.5cm標準面積,長軸為首尾方向,將兩根長針插入短邊真皮層,兩端露于皮外,U型雙鉤緊貼長針外緣插入皮膚鉤住對側的長針,連接測力計及秤砣盤,并使作用力與皮面保持在同一水平。兩側同時往秤砣盤加載,至短邊接觸,由測力計讀出皮膚此時所承受的應力為11.5kg,將長針用鐵絲固定保持短邊對合,以達到對假設創面兩側伸展的目的。

1.3　皮膚標本的制備

伸展作用5天后,在伸展作用區及相應的正常對照側,采用自制的切割裝置切取0.6×10cm的皮膚標本,中央修成0.3×1cm的雙凹形,切取方向保持一致,剪掉標本上的部分皮下組織,共制備8個皮膚試件。同時取實驗及對照側皮膚,固定包埋后,切片用HE和van　Gieson染色,光鏡下觀察。

2　結果

2.1　測試方法與分析

2.1.1　生物力學指標的測試

所有的測試標本均采用Instron1122萬能強力機(英國產),測試溫度為15℃,相對濕度40%,夾距10mm,拉伸速度50mm/min。

2.1.2　統計分析采用配對t檢驗,(第四軍醫大學統計教研室完成)。

2.2　測試分析結果

2.2.1　離體豬皮膚的拉伸斷裂強度(g/mm2)

二種皮膚的最大拉伸斷裂強度分別為:對照組為2508.20±36.60g/mm2　實驗組為1974.86±20.22g/mm2表明伸展作用后的皮膚強度下降,下降幅度20.6%,相差非常顯著(t=55.7,P

2.2.2　離體豬皮膚拉伸斷裂伸長百分率

伸展作用后皮膚的拉伸斷裂伸長百分率為71.7%±2.5%,較對照組83.5%±2.6%降低。實驗組斷裂伸長百分率下降幅度為14.3%,相差非常顯著(t=47.0,P

2.2.3　離體豬皮膚的本構關系及曲線

典型的實驗組與對照組豬皮膚的本構關系及曲線見附表及圖5。可以看出,在相同的應力作用下,對照組的應變能力大于實驗組

附表　實驗組和對照組豬皮膚本構關系(g/mm2)

兩種離體豬皮膚本構關系曲線

2.2.4　組織學檢查

伸展作用后表皮層厚度保持不變或稍增厚,表皮細胞層次增多,上皮釘突和真皮嵴變鈍。真皮層稍變薄,內含有大量平行且排列緊密的膠原纖維束,纖維束粗大、致密。成纖維細胞數量增多且體積增大、胞漿豐富。真皮層血管數量略有增加,主要在真皮層。

3　討論

伸展作用的皮膚生物力學特性是否能發生有意義的改變,從實驗結果可見皮膚經伸展作用后,各項生物力學指標均發生了變化。皮膚軟組織的拉伸斷裂強度是生物軟組織粘彈性指標之一,是通過將試件加載至斷裂前的瞬間應力值來表示,由實驗結果表明,伸展作用后的皮膚粘彈性下降,降幅為20.6%(P

因此在活體正常皮膚很難出現真皮纖維的斷裂,這與伸展力的廣泛均勻分布有關。因此能充分保證皮緣血運良好的伸展力不會導致纖維斷裂。皮膚軟組織的本構關系更能全面反映皮膚在不同應力的作用下組織變形的能力,它也是生物軟組織粘彈性的指標之一。同樣的應力作用下,變形越大,表明其粘彈性越強。[10]。

從本構曲線的變化趨勢可以看出,伸展作用后的皮膚在同一應力的作用下其變形程度下降,這一指標也提示伸展皮膚的粘彈性呈下降的趨勢。組織學研究顯示,伸展作用后表皮層厚度不變或稍增厚,表皮細胞層次增多。在皮膚擴張術的研究中也證實表皮細胞層增厚,細胞有絲分裂活動增加,作者認為可能是為了恢復表皮細胞的密集狀態,抑制有絲分裂[9、11、12]。伸展作用后真皮層稍變薄,內含大量平行且排列緊密的膠原纖維束,纖維束粗大、致密,成纖維細胞數量增多且體積增大,胞漿豐富。擴張術中真皮厚度也變薄[13]。雖已證實成纖維細胞被激活,但去除擴張器后擴張皮膚2年后才能逐漸恢復正常[9、14],因此無論是伸展術還是皮膚軟組織擴張術所致的皮膚增加,主要來自皮膚的機械蠕變,而不是生物蠕變。并且伸展皮膚生物力學性質的變化與皮膚快速擴張后的改變相似,說明兩種方法作用方式雖然不同,卻有著相同的結果[15]。皮膚伸展術一般不行皮下潛行分離,因此不形成皮下創面和纖維包膜,及其中存在的激活的炎性細胞[9、11]。伸展作用后的皮膚,其生物力學特性及組織學變化的恢復是否比軟組織擴張術更迅速有待進一步研究。

[參考文獻]

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4　查元坤,周黎安.皮膚伸展術進展.中華整形燒傷外科雜志,1997;13(6):449

5　周黎安,郭樹忠,李諄等.皮膚伸展術伸展皮膚的來源及創面閉合的實驗研究.中國修復重建外科雜志,1998;12(3):193

6　周黎安,郭樹忠,李諄等.皮膚應力檢測系統及皮膚伸展對皮緣血運影響的研究.實用美容整形外科雜志,1999;10(2):105

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9　Timmenga EJF,Schoorl R,Klopper J.Biomechamical and histomorphological changes in expanded rabbit skin.Br J plast Surg,1990;43:101-106

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13　Johnson PE,kernahan D A,Bauer B S.Dermal and epidermal response to soft tissue expansion in the pig.Plast Reconstr Surg.1988;81:390-450

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篇9

關鍵詞 生物力學 步態 最新進展 應用領域

中圖分類號：R743 文獻標識碼：A

步行是人們在日常生活中最基本的運動方式，而步態是指人類步行的行為特征。步態生物力學研究是運用力學方法和技術，并基于人體機能解剖學和生理學的基本理論對人體行走功能狀態進行測量、分析、評價的應用研究。吳劍等（2002）在“步態生物力學研究進展”中對2002年之前的研究進展進行了論述，隨著科學技術的發展和三維步態分析儀器開發利用，國內外對步態研究的進程也呈現出逐步加快的趨勢，但目前在眾多的研究成果中，還沒有對新時期步態生物力學的研究進展進行的研究，因此本文通過對步態生物力學的研究進行分析，旨在為促進步態生物力學的研究進程，為以后的研究奠定基礎。

1步態的一般生物力學研究進展

1.1步態周期

步態周期是指從一側足跟著地到該足跟再次著地所構成的周期。一個步態周期分為支撐相與擺動相2個相位。支撐相在整個步態周期中約占60%；擺動相約占40%。而跑動時支撐相約占整個步態周期的65%，擺動相約占35%。一條腿在一個完整的步態周期中經歷的狀態依次為：足跟著地、足放平、支撐、足尖離地、腿彎曲擺動、腿伸直向外擺動、然后足跟著地，進入新的步態周期。前4個狀態是支撐相，后3個狀態是擺動相。步態周期與身高的差異不顯著。

1.2步長與跨步長

步長是指同側足跟或足尖到邁步后足跟或足尖之間的距離，正常成人的步長值約為150―160cm。跨步長是指行走時一側足跟到對側足跟之間的最大距離，正常成年人的跨步長約為127cm，正常成年人隨著年齡的增長，其跨步長與年齡成負相關，與身高成正相關，另外跨步長與步頻也有相關關系。

1.3步頻與步速

步頻是指行走時每分鐘邁出的步數，步頻=60（s）/步長平均時間（s）。步速是指步行的平均速度（m/s）。對20-39歲、40-59歲、60-79歲三個年齡段的正常成人進行步態分析表明：20-39歲年齡段的正常成人的步頻為1.9412，步速為1.2616；40-59歲年齡段的步頻為1.8117，步速為1.0514；60-79歲年齡段的步頻為1.7621，步速為0.9524 。

1.4身體質心起伏

人起步時，雖然地面作用于人的腳底的靜摩擦力對人這一質點組不做功，但這一靜摩擦力對人的質心做功，正因為這個功使人的質心動能增大，人才得以起步運行。另一方面，質心動能的獲得，是以人體各質點克服靜摩擦力相對于質心做功為代價的。這一代價來源于人體各質點間相互作用的非保守力的功。對于一個健康的成人，當其正常行走時，質心起伏的幅度約為4.4cm。

1.5關節角度

人體下肢步態運動可以簡化為一個四剛體模型（包括軀干）。對于髖關節和膝關節，圍繞靜止站立位有曲屈和伸展兩個方向，定義伸展為角度負向，彎曲為角度正向；對于踝關節有背屈和跖屈兩個方向，定義背屈為角度負方向，跖屈為角度正方向。Grabiner等認為膝關節必須在支撐期完全伸直，在擺動期屈曲大約60是教謀匾跫？

2步態生物力學研究的應用

2.1功能檢測與評定

步態生物力學的研究對象為生物體的移動狀態，測量參數具有自主控制成分。步行的對稱性和圓滑性可以根據步態分析所得的參數（包括：運動學、步態時間―距離參數和動力學參數）進行推測，穩定性和波動性可根據重心位移和力的作用點進行判斷，其速度、節奏和持久性的判斷則是根據步速、步頻和步行的持續距離。從已有的研究中，主要對妊娠期婦女、老年人、“三癱一截”（腦癱、截癱、偏癱、截肢）的殘疾者、肥胖人群的行走人群進行功能檢測與評定。

邱紀方等對20例痙攣型腦癱患兒及青年，連續進行了步態的評測（包括運動分析），其測量指標分別為：屈髖畸形（改良托馬斯試驗）、膝關節伸展、繩肌長度（角）、比目魚肌長度、腓腸肌長度等。其結果表明：所有指標均與CCC具有良好的一致性（0.67～0.96）；觀測者間一致性隨測量指標的改變而有較大改變，CCC為0.34～0.87。髖外伸展的CCC左髖是0.34，右髖為0.42。

李艷霞等采用比利時Footscan USB2平板式足底壓測試系統對體質量指數>28 kg/m2的肥胖學生進行動態足底壓力測試，以此探索肥胖人群足底壓力參數的分布規律。

周有禮等通過對的動力學分析，解決了孕婦完整人體檢測資料缺乏的困境，為發現妊娠婦女步態研究奠定了基礎，但是缺乏具體的評價指標。

王琳等采用橫向比較性研究設計法對中國青春期前BMI（體重指數）小于30 kg/ m2的男性肥胖兒童和體重正常的男性兒童在步態和姿勢控制方面是否存在差別進行了研究，結果顯示：肥胖兒童在步態的穩定性和姿勢控制上均不如正常兒童的穩定。

2.2疾病的預防

篇10

種植義齒是口腔科領域中發展最快，最令人興奮的一個分支，已成為與高速渦輪牙機、全景X線機、高分子粘固材料并列的20世紀牙科發展的四項重大突破之一。一個成功的人工種植體應該和骨組織直接結合，形成良好的生物力學相容性，將咀嚼壓力均勻分布到周圍骨組織，應力過大或過小，都無益于種植牙周骨組織的重建，都將導致種植牙的失敗。據此，本文特將人工種植牙的生物力學研究進展作一概述。

1　應力分布研究方法的發展

在20世紀70年代以前，生物力學研究和應力分布的檢測多采用電測法和光彈法，電測法和光彈法屬于實驗應力分析法。電測法是實驗應力分析方法中最基本的方法之一，它的靈敏度與精確度較高，可用于現場測定，用于各種復雜環境下測量多種力學參數，但電測法只能逐點測量物件表面的應變，且僅能獲得應變片所在位置的應變平均值，不能直觀得出構件應力分布的全貌，在環境條件惡劣時誤差較大。光彈應力分析法具有直觀性和全場性的優點，可用以分析各種形狀的復雜構件和表面應力，也是口腔生物力學常采用的研究方法，但光彈法不能把材料力學和彈性理論聯系起來，如不能計算出模型內任意處的應力值和位移值。自從1973年Theresher和Farah幾乎同時將有限元法（finite element method，FEM）應用于口腔醫學領域，FEM已成為一種有效的數學工具，在口腔生物力學研究中得到廣泛應用。FEM具有以下優點：可以準確地表達復雜的幾何形狀；可以在同一模型上對不同性質的材料進行力學分析；可以進行復雜載荷條件下的應力分析；模型的轉換較為簡便；對應力的內部狀態及其它力學性能定量測定的代表性好，同時FEM在應用中自身也不斷得到完善，其中從二維到三維是FEM發展的一個飛躍。1976年Weinstein等應用二維FEM分析了多孔圓柱種植體界面的應力分布，將FEM引入了口腔種植領域，從此，有關種植義齒生物力學的研究進入了一個新的階段。Meijer等［1］將二維有限元法和三維有限元法進行了比較，認為后者的模型相似性好，可客觀反映被分析受力結構的信息，但是有限元法的單元在大小、形狀、數目、載荷情況、假設條件與真實情況差異及邊界條件等均影響結果。因此，為使結果更加真實可信，有限元法的研究手段不斷完善，目前已從靜態研究發展到動態研究，并有向非線性發展的趨勢。

2　種植體材料對應力分布的影響

人工牙種植體的研究和應用已有30多年的歷史，但迄今為止，只有少數幾種材料的種植體為人們所接受，其中應用歷史最長、也最廣泛的是鈦質種植體，金屬鈦具有良好的生物相容性，與骨組織形成緊密、牢固的結合，而且其彈性模量與骨很接近，與骨結合所形成的界面是動態的，在適當負荷的刺激下，種植體與骨的接觸程度在一年后會從53％增加到74％［2］，所以說鈦是一種理想的種植材料。Mailath（1989）等［3］用有限元法對種植體材料進行了研究得出結論，種植體材料的彈性模量至少為110，000N／mm2（1．1×10MPa）。Clelland（1991）等［4］用三維有限元法研究了Screwvent骨內種植體及支持組織應力分布情況，這種商業純鈦種植體最大應力區是在種植體的頸部，這些應力比商業純鈦的疲勞極限（259，90MPa）低18倍，骨內最大壓力值（19．57MPa）是在頸部的舌側區，而且Screwvent種植體近遠中應力（最大為0．38MPa）比種植體頰、舌側低得多。這一點和以前放射照片研究的骨吸收發生在種植體的近遠中不同。為了更快的形成骨整合，人們還從種植體的表面涂層入手。尤其是羥基磷灰石噴涂（hydroxyapatite，HA）研究最多，但還是有很大爭議，生物活性材料的涂層，可以改善與骨的結合方式，從生化角度上看，對種植牙長期成功是有益的，但從生物力學角度是否有明顯的改善并不清楚［5］。Rieger（1989）進行了研究認為：骨結合界面與骨適應界面比較，從生物力學上看種植牙周圍骨內的應力分布比較并沒有明顯的改善，這還有待于進一步研究。最近Meijer（1997）等［6，7］使用柔韌高分子生物材料（polyactiv，PL）即聚丁烯對二苯酸鹽（酯）聚合物（polyethyleneoxide polybutylenete rephthalate（PEO：PBT）copolymer）和硬性HA穿齦種植體進行動物（狗）實驗研究，從組織學上和臨床方面作一比較，PL設有三種（一種密集型，兩種多孔型）6個月加載，PL和HA種植體周圍骨組織在第6周有骨吸收（高度失去1mm），第12周可見重建，18周后恢復到原來的水平，結果PL比HA引起密度上較少的降低。這個結果顯示：柔韌種植材料更有利于應力向周圍骨組織傳導。臨床方面PEO：PBT和陶瓷、生物玻璃、鈦、和其他材料相比較，結果：PEO：PBT是一種柔韌材料，能降低穿齦種植體頸部應力峰值，致密型PL功能合適，運動性能與天然牙相近似，表現出最好的臨床功能，也能減少種植體周圍應力峰值。從組織學觀察得出結論：柔韌的骨結合，種植體更能較好地把應力傳導到周圍骨組織，因此它可能是硬性種植體有前途的替代物。

3　種植體形態結構對應力分布的影響

成功的種植體不僅取決于種植體材料的生物學性質及手術技術，種植體的表面形態也十分重要。近年來，國外學者圍繞著種植體以什么樣的形態結構才具有最佳的生物力學相容性，作了大量的研究。關于口腔種植體宏觀形態基本上認為以單個旋轉對稱為最佳，所以新近出現的或改良的種植體系列極少看到過去傳統的錨狀或翼狀形態。對種植體表面微觀形態，自70年代以來也是人們研究的熱門，在這個問題上雖然還有不同看法，但有一點是比較一致的，即粗糙的種植體表面更利于新骨生長，形成更廣泛骨種植體結合區。Mailath（1989）使用有限元法研究了骨內種植體形狀與應力分布的關系得出結論，圓柱形種植體比圓錐形種植體更可取，因為它降低了應力在骨皮質上的峰值。Rieger（1990）等［8］應用二維有限元法，對6種種植牙（Branemark，CoreVent，Denar，Miter，Stryker和一種實驗用種植牙—RBT411）進行定量分析，結果表明：所有6種種植牙都有根尖沖擊應力的存在，Denar種植牙應力最大，Denar、Miter和Stryker種植牙可出現牙槽嵴部病理性骨吸收，Miter和實驗用RBT411種植牙應力分布最好。Hurson（1994）［9］對3．25mm和3．8mm螺紋種植體進行了工程力學分析，闡述了螺紋設計原則，材料的強度，力學疲勞分析，提出了螺紋設計的標準。Binon（1996）［10］評價了六角形種植體（hexagonal implants）力學性質，與基臺相連的抗扭強度及適合的裝置，建議生產商應該提高種植體的耐受性、精確性、逼真性和堅固性。Arpinar（1996）等［11］用有限元法對兩種硬性種植體設計進行研究，結果為：中空螺旋種植體（ITI1）在頂點區域產生高和應力集中，而實心螺旋種植體（ITI2）應力的分散轉移要比中空好得多。1996年黃輝等［12］對螺紋頂角角度對柱狀螺旋根管內種植體應力分布進行了研究，結果表明：螺紋頂角角度的改變，可以導致種植體在支持組織的應力分布水平的變化，螺紋頂角為60度的種植體應力分布較合理，為種植體設計、應用提供理論依據。

4 種植體的長度和直徑對應力分布的影響

對于種植體長度和直徑與種植體周圍骨面應力反應的關系，目前國外研究報告的觀點不一致。Mailath（1989）等［3］用有限元法對不同直徑的種植體進行生物力學研究，結果發現大直徑種植體產生有利的應力分布效果。Block（1990）［13］通過動物試驗證明，種植體從骨中拉出力與其長度關系極大，而與其直徑關系不大。Lum（1991）［14］發現骨界面應力主要集中于種植體頸部的牙槽嵴頂而非整個種植體周圍，并據此推論使用短種植體可能對骨界面應力集中值影響不大。Lum（1992）［15］用工程統計學方法，分析了軸向力和水平力作用下種植體力的傳導，結果發現，在軸向力作用下，僅僅長度為10mm，直徑為4mm的種植體，能傳導平均最大咬合力，支持骨受到張力在正常生理限度內。在水平力作用下長度大于12mm時，再增加長度對力的傳導無顯著差異。Meijer（1992）等［16］使用短種植體對其周圍的應力無太大影響。鄒敬才（1996）等[17］應用二維有限方法，對3mm，4mm，5mm三種不同直徑的螺旋型種植體進行對比分析，結果表明：螺旋型種植體直徑增加，對骨界面的總體應力分布規律影響不大，但隨著直徑的增加，對骨界面應力降低，種植體與骨界面的相對位移運動也相應減小，有利于骨界面的應力分布。提示臨床盡可能選擇直徑稍粗的一些種植體。Tuncelli（1997）［18］等應用有限元法，比較了ITI中空圓柱兩段式種植體不同直徑（3．5mm，4．5mm，6mm）應力分布。結果發現：相對較大的直徑種植體更有利于下頜后部區域（應力分布好）。張少鋒（1997）等［19］用有限元法研究了種植體長度和直徑對種植全口義齒應力的影響，得出結論：種植體周圍骨界面應力的大小與種植體長度密切相關，呈負相關關系。種植體直徑在臨床常用范圍內變化時，僅引起自身應力集中值的改變，而對種植全口義齒的其它結構和組織應力狀況影響不大。

5 種植體上部結構的連接裝置對應力分布的影響

人們為了去模仿天然牙牙周膜的緩沖作用，一些學者用一些具有粘彈性的材料如聚甲醛制成內動部件，連接種植體和附著體。McClumphy（1989）在種植牙上用聚甲醛材料設計了一個具有彈性的內連接體，并用鈦制作一相同的內連接體作對照，用光彈應力分析法對兩者進行了應力分布的對比研究，結果：在骨界面上應力分布兩者沒有顯著差異。van rossen（1990）等［20］通過二維有限元法，對不同彈性連接體彈性模量和不同外形的內連接體在單個種植體上進行分析，結果：內彈性連接體彈性模量的改變對周圍骨應力分布沒有影響。Chapman（1990）等［21］設計一種內部減震器（shockabsor＿ber），把種植體與義齒相連接，用鈦制作對比，結果：兩者有顯著性差別，可減少咬合力。elChkawi hG（1990）在種植體上部結構下面使用一層彈性材料，種植體不動，而上部結構可動，結果發現這種改進使應力和位移分布和天然牙相類似。Kraut（1993）等［23］設計了一種彈性內動連接系統，結果表明這套系統能吸收應力，減少達到種植體和周圍骨的應力值。