体育学院理论课教案本.doc

体育学院理论课教案本 课程名称 运动生物力学 学年学期 08-09第1学期 任课教师 赵 焕 彬  系 年级 班 第 次课 时间 内 容 目 标 内容提要：生命在于运动。人体的运动的特点是，在意识控制下，一方面遵循力学的普遍规律，另一方面具有其特殊的复杂性。本章从力学结构及运动对这些运动器官的影响两个方面介绍骨、关节、肌肉的生物力学特性。 教学目标：使学生理解骨、关节、肌肉的生物力学特性。掌握运动对骨、关节、肌肉的生物力学特性影响。 教 学 重 点 重点掌握肌肉的力学特性，为正确分析人体动作奠定理论基础。 参考资料 与仪器等 讲 稿 提 纲 第三章 骨、关节、肌肉的生物力学 第一节 骨的生物力学 一、骨的生物力学特征 二、运动对骨的力学性能的影响 第二节 关节生物力学 一、关节的生物力学特征 二、运动对关节力学性能的影响 第三节 肌肉生物力学 一．骨骼肌的力学特性 二．运动对肌肉力学性能的影响 讲 稿 内 容 第三章 骨、关节、肌肉的生物力学 第一节 骨的生物力学 人体共有206块骨，其功能是对人体起支持、运动和保护的作用。骨的外部形态和内部结构不论是从解剖学还是生物力学的角度来看，都是十分复杂的。这种复杂性是由骨的功能适应性所决定的。骨的功能适应性，是指对所担负工作的适应能力。从力学观点来看，骨是理想的等强度优化结构。它不仅在一些不变的外力环境下能表现出承受负荷（力）的优越性，而且在外力条件发生变化时，能通过内部调整，以有利的新的结构的形式来适应新的外部环境。 一、骨的生物力学特征 （一）骨对外力作用的反应 1．骨对简单（单纯）外力作用的反应 （1）拉伸：拉伸载荷是自骨的表面向外施加相等而反向的载荷，在骨内部产生拉应力和拉应变。例，单杠悬垂时上肢骨的受力。 （2）压缩：压缩载荷为加于骨表面的向内而反向的载荷，在骨内部产生压应力和压应变。例，举重举起后上肢和下肢骨的受力。 （3）弯曲：使骨沿其轴线发生弯曲的载荷称为弯曲载荷。在弯曲负荷下，骨骼内不同时产生拉应力（凸侧）和压应力（凹侧）。在最外侧，拉应力和压应力最大，向内逐渐减小，在应力为零的交界处会出现一个不受力作用的“中性轴“。例，负重弯举（杠铃）时前臂的受力。 （4）剪切：标准的剪切载荷是一对大小相等，方向相反，作用线相距很近的力的作用，有使骨发生错动（剪切）的趋势（图3-1），在骨骼内部的剪切面产生剪应力。例，人体运动小腿制动时，股骨髁在胫骨平台上的滑动产生剪应力。 （5）扭转：骨骼受到外力偶的作用而受到的载荷，在骨的内部产生剪应力。例，掷铁饼出手时支撑腿的受力。 2．骨对复合（实际）外力作用的反应 在人体运动中，受到纯粹的上述某一种载荷的情况很少见，大量出现的是复合载荷。复合载荷即是同时受到上述两个或两个以上的载荷作用（分别以人行走和小跑时成人胫骨前内侧面的应力为例）。 （二）骨结构的生物力学特征 骨的结构被广泛认为通过进化过程得到了最优化的设计：即在特定的载荷环境下得到重量最轻的结构。以下从结构优化的角度分三个方面介绍骨结构的生物力学特征。 1．各向异性 由骨内部解剖结构易见骨是一种复合材料结构。复合材料结构的特点就是各向异性，即其力学性能具有较强的对成分和结构的依赖性。应该注意的是，同一块骨的不同部分的力学性能是有差别的（以股骨密度和强度的等高线为例）。 2．壳形（管形）结构 分析表明，骨以其合理的截面和外形而成为一个优良的承力结构。以长骨为例加以说明。 （1）弯曲载荷下长骨结构的优化 （2）扭转载荷下长骨结构的优化 3．均匀强度分布 骨具有强度大，重量轻的特点。如果引入比强度（极限（最高）强度除以比重）和比刚度（弹性模量除以比重）的概念，则可以见到骨的比强度接近于工程上常用的低碳钢，而骨的比刚度可达到低碳钢的三分之一。 二、运动对骨的力学性能的影响 （一）适宜应力对骨的力学性能的良好影响 1．体育锻炼对骨的力学性能的良好影响 长期坚持体育锻炼，可使骨密质增厚，骨变粗，骨面肌肉附着处突起明显，骨小梁的排列根据拉（张）应力和压应力的方向排列更加整齐而有规律。随着形态结构的变化，骨变得更加粗壮和坚固，抗弯曲、抗压缩和抗扭转载荷的能力都有提高。当体育锻炼停止后，骨所获得的变化就会慢慢消失。因此，体育锻炼应经常化，锻炼的项目要多样化。专项训练与全面训练相结合。 2．不同运动项目对骨的力学性能的影响 大量横向和纵向研究表明，负重和冲击性体育运动项目（如跑、跳、投、田径项目、网球和垒球等球类项目）均有助于增加峰值骨量。研究显示，负重运动如跑步可显著增加下肢骨密度，而对非负重的前臂则无影响。网球运动员击球臂骨投射密度增加，用定量CT