生物力学研究方法范文
时间：2023-11-13 17:50:06
导语：如何才能写好一篇生物力学研究方法，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
1、对途中跑摆动腿技术过程的分析
1．1 摆腿动作效果影响。在支撑阶段，身体其余环节所作的快速摆动动作，必须使摆动环节的重心产生加速和位移，同时使身体总重心也产生相应的加速度和位移，并且会对支撑腿产生一个摆动的附加作用力，此作用力的力值与摆动部分的质量和加速度的乘积成正比，与摆动的加速度方向相反。据此得知，短跑时当支撑腿着地瞬间，摆腿动作有利于减小人体与地面的冲击作用。在缓冲阶段，摆动腿动作能使人体总重心迅速前移，有利于缩短缓冲时间和增加支撑腿内蹬地力量，当支撑腿进入蹲伸时，摆腿动作有利于提高支撑腿的蹲伸速度，途中跑中摆动腿动作的好坏对短跑的途中跑有着相当大的影响。
1．2 蹬地角、着地角、屈膝角、大角对短跑跑速影响。蹬地角是后蹬腿蹬地将要结束时，与地面之间的夹角。资料表明，蹬地角在55度左右最为理想。着地角反映运动员摆动腿着地动作完成是否合理。着地角大，标志跑的过程中，身体处于支撑状态时腿的“剪跤”动作缓慢，摆动腿不压，趴地动作则消极，脚着地点高，身体重心投影较远，这样身体必然会受到制动力量，前一步后蹬所获得水平速度将受到极大的削弱，从而影响跑速的发挥。屈膝角是大腿支撑阶段，膝关节的支撑角度，当屈膝角加大时，股四头肌的拉力减小，阻力臂加大，使膝关节的伸肌群在完成动作时，感到阻力加大，这样使本来“爆发式”收缩后蹬动作变得“柔和”，降低了蹬地速度，缩短了步长。
1．3 摆动腿的摆动方向。在跑的过程中，每条腿都必须经过支撑和摆动过程，一条腿的蹬地正是一条腿摆动动作形成跑的开始姿势，蹬和摆的协调配合是正确完成蹬高地面，快速交换腿和积极落地的先决条件。正确的摆动腿方向是当膝关节移至人体重心的垂直点后，摆动腿要迅速向人体前上方摆动以大腿与地面平行为上，膝关节要有向前上方“顶”的视觉，才是合理的摆动方向。
2、摆动腿技术的练习方法
原地支撑送髋，单腿支撑跑，摆动腿负重摆动，橡皮带摆动腿原地前摆，负重弓步跳或弓步走等皆为改善短跑途中跑技术的有效训练方法。
2．1 “以髋为轴”的摆动练习。交换腿摆动。借助练习器，用前臂、肘支撑身体（悬垂），成腾空弓步，双换作前后快速摆动练习。要求髋部放松，摆动时大腿带动小腿，大腿前摆至接近水平位时积极作下扒后摆，后摆结束后小腿积极主动向大腿折叠准备作下一次的前摆。练习中要强调交换摆动的幅度、速度和动作的规范，突出“以髋为轴”的特点。训练目的：提高和强化摆动腿在短跑中腾空动作的摆动技术动作的规范、幅度、快速的摆动，加强髋关节的力量、灵活性、柔韧性，从而缩短跑动中腾空的时间，达到提高运动成绩的目的。每次训练课安排练习10组，每组每腿摆动在50～80次。间隔时间5min／组。
2．2 “以伸髋下扒为主”的摆动练习。摆动腿拉橡皮筋摆动。方法一：橡皮筋前、前下牵拉摆动腿作快速摆动练习。方法二：橡皮筋后牵拉摆动腿作快速摆动练习。练习时预先将橡胶带系在踝关节处，双手支撑在1．2m高左右的肋木架上，身体与地面成45至60度角左右，脚跟提起，两种方法都采用两腿轮换进行蹬与摆的练习，前摆时支撑腿伸直，摆动腿摆动至水平位高，小腿下垂，然后快速地做下压扒地动作，在摆动腿处于垂直阶段时，支撑腿可作微屈膝的动作。训练目的：方法一中前牵拉是加强摆动腿的前摆伸髋的意识、速度、幅度和后摆的力量及强度；左右前下牵拉是加快前摆伸髋后及时快速下扒的动作（防止前抛小腿）以达到缩短摆动时间的目的。方法二中后牵拉是加强摆动腿的后摆意识、速度、幅度和前摆的力量及强度。每次训练6～8组，每腿练习在50～60次，并且控制在15～20s／腿。间隔5min／组。
3、结论
3．1 加强下肢摆动伸髋和积极下扒着地训练，能有效提高短跑运动成绩和身体素质。
篇2
关键词：植物生态学；数学理论；方法
中图分类号：G648 文献标识码：B 文章编号：1672-1578（2014）07-0002-01
1.植物群落物质组织水平与结构的数学理论与方法应用
群落生态优势、群落均匀度、生物多样性指数是最多的植物群落物种组织水平与结构反映的数学方法。Abp指数、PIE指数、香农-维纳指数为生物多样性指数，其中效果较好的为香农-维纳指数，公式为：或者
计算群落均匀度的公式为：
辛普森指数可计算出群落生态优势：
通过现实中的森林群落运用，群落物质组织水平与结构可通过上述几个式子求得，群落间的不同生境也可由测定值得到。以上三中数学方法测得的环境梯度值可用来评价环境值质地。此外群落演替表征可在测定植物群落各层次的多样性结构实现，群落多样性若为发展期，呈由上到下的指数增加；如果是衰退期，则相反。趋于一致的各层次多样性多出现在群落的稳定特征。
2.种群生态学测定
测定种间关系是种群生态学的重点，其计算可由下式得到：
种群分布格局是种群生态学的主要研究内容，自身特性、环境因素与种间关系效益会影响种群分布格局。格局规模分析、频度X2的预期与实测、方差/均值比率与负二项式等为种群分布格局测度模型。但是，站在方法学角度，面积大小制约样地取样法，无样地取样法则不受限制，但对热带亚热带森林中的高度物种多样性而言，样地取样法更具优势，当然，这要在无生态学原理制约的基础上。
3.定量分析植被与群落
聚类分析、排序技术在定量分析植被与群落上较为广泛，但其以环境坐标、梯度为依据，从理论上对植物群落进行定位与排列，同时对其相似度在n维空间反映；也可通过相似的群落距离实现聚合成类。变异植被体系、主导植被变化因子、植被结构组成等都可通过这两种技术建立、反映与分析。煮坐标分析、位置向量排序组平均法、追分量分析以及极点排序等是常用的聚类分析与排序技术。但线性排序法是主要排序方法，非线性为生态学过程特征，所以，以低维空间现实排序结果，信息会大量损失。
4.群落演替、稳定性中数学理论方法应用
在群落演替、稳定性的研究上，实现了离散描述演变为定量研究的过度。以系统分析为出发点，把演替阶段看做是子系统或者状态，系统则是植物群落的演替过程，群落的阶段演替即为系统的转移状态。子系统、状态就是群落演替系统的一部分。马尔科夫模型可对此过程做定量解释。以S（X）为系统，满足叠加原理，那么：
效应强度为E，在群落边缘相邻位置存在的群落数量为m，定量的群落种群结构与数量为Y，某个群落的指标为yi。在不同的指标下，可以拟合yi与Y，比如和香农-维纳指数的拟合可得：，应用该式测定森林群落中的物种边缘强度，效果佳，边缘相邻位置的效应强度可通过测定值比较得到，也能明确正负效应，比如，1测定值，为负效应。
5.结语
数学生态学科研究范围较为，层次分明。比如，数学理论与方法在生态学研究上的适应程度是第一层，第二层是研究应用数学方法、模式和应用结果。前者被称作是生态数学，后者在于以数学为手段分析生态学，促进生态学理论进步，可以叫做是数学生态学。二者是矛盾的统一体，相互联系，本文立在讲述后者的应用。
在数学生态学研究过程中，应该有机统一数学与生态学。比如，关于排序结果中排序轴有何必要性，要与生态学理论相结合方发现其内涵，理论定位才没有白费。再如，各聚类级在聚类分析中的生态学必要性，也离不开生态学理论。所以，数学生态学的进步，不能将数学、生态学脱离，同等重要。数学的忽视则定量分析无效，生态学的忽视则存在"只有数字，没有植物"结局。
参考文献：
[1] 李嵩，郑新军，唐立松等.基于异速生长理论的准噶尔盆地荒漠灌丛形态研究[J].植物生态学报，2011，35（5）：471-479
[2] 刘春花，苟清明.考虑病毒感染的营养-浮游植物模型的Hopf分支和全局性态[J].四川师范大学学报（自然科学版），2012，35（6）：738-745
篇3
关键词：地方入伍研究生管理 科学发展观 面向对象双重管理
近年来，军校研究生分配到基层部队的比例逐年上升，从反馈的情况来看，人才培养质量与部队用人要求仍然不完全匹配，主要表现为军事素质不过硬、军人养成不合格、训练场上拿不出、战士管不住、服不了。而从地方大学考入军校的研究生由于缺乏本科四年的磨练和熏陶，这些缺点表现得更为突出。
鉴于这些问题，有必要采取面向对象的管理模式，根据地方入伍研究生的特点，运用科学发展观的精神，按照《军队基层建设纲要》，以人才培养为目标，采取科学合理的管理方法，促进学员的全面发展，使他们更好的适应部队对新型军事人才的需求。
1、地方入伍研究生的特点
1.1入伍动机多样化
很多学员热爱军营，渴望军旅生涯，有的学员拒绝了地方企业的高薪聘请，坚定地投身军队；有的甚至因为来到军校，实现了携笔从戎的理想而几天几夜睡不着觉。但还有一部分是因为地方就业压力太大，部队待遇越来越好而选择军营。总体说来，军校研究生学习是为祖国和军队做贡献的动机较少，奉献意识较为淡泊。据调查，只有20%的军校研究生学习的动机是为祖国为军队做贡献，较多的是考虑个人的现实利益。在这样的情况下，如何打牢思想基础，筑牢研究生献身军营、服从分配的意识值得深思。
1.2思想状况
地方入伍学员思想积极上进，很多在大学期间就已经入党，而且党员比例逐年上升，有的已经达到96%以上。这说明他们的思想基础很好，这是进行思想转变的有利条件。
但是由于他们在地方大学四年人生观世界观已经基本定型，习惯了自由的生活，思想比较活跃，纪律意识和服从观念较差，个人主义比较严重，不理解军队严格的制度，对严格的管理有逆反心理，不认同部队一些规章制度，如早集合、晚点名，带队上课，集体收看新闻联播等，认为“没必要”、“傻”、“浪费时间”。
1.3军事技能
新入伍的军校研究生在体能上底子比较差，读研阶段主要工作是学习和科研，锻炼的时间更少，总体上体能素质不及一般战士，难以胜任基层指挥官的要求；军事理论接触较少，对军事知识缺乏全面的了解；军队基层管理方法没有机会系统地学习，对政治工作的要领和意义缺乏必要的掌握；研究生生活“军味”较淡，不利于新入伍学员养成良好的军人作风和从骨子里透出来的军人意识。在一些方面不像个兵。
2、科学管理，在促进转变上下功夫
针对地方入伍研究生的这些特点，在对他们的管理上要加强思想队伍建设，注重思想意识的转变，突出军人作风的培养，筑牢军魂、打牢献身国防的信念。
2.1加强队风建设，注重环境影响
军队院校具有强制的管理特点，特别强调令行禁止，整齐划一，通过严格的日常制度来培养学员的优良作风，提高学员的管理能力和自我管理能力，以适应军队工作的需要。地方入伍学员一开始对严格的管理不适应，这时要通过建立有章可循的制度，依照条令条例进行管理，形成团结上进、严肃守纪的队风。通过坚定的政治立场，威武雄壮的队列，严格的纪律，整齐的内务，端庄的举止，周全的礼节礼貌来影响和同化学员。尤其要利用非新入伍学员的影响、帮助和教育促进新入伍学员思想上的转变，使他们在严谨上进的队风中获得归属感，增强集体荣誉感，尽快适应部队的生活规律并融入其中。
2.2加强条令学习，注重作风养成
条令是我军几十年建军实践经验的总结，是我军的治军法宝，条令规范了我军各方面的工作，具有非常强的政治性、思想性和操作性。熟记条令条例的内容，将纪律要求融入思维方式里，转变为下意识的行动是良好的军人养成的保证。要在政治教育中贯穿条令的学习，联系工作生活实际阐述条令的科学性和可行性，结合实例讲解触碰纪律这根高压线的后果，避免政治学习流于空谈。更为迫切的是地方入伍学员之前接受的保密教育较少，保密意识不强，对便利的互联网已经习惯甚至依赖，研究生期间在教研室可能涉及机密内容，失泄密的可能性更大，必须着重加强保密教育，使保密意识溶入学员的血液里，转变为自觉的行动。
2.3加强柔性管理，注重示范引导
地方入伍研究生经历的人和事都比较多，不会被声色俱厉吓住也不会被虚情假意感动，在管理中要真情带兵，真正站在被管理者的角度想问题，用爱心、细心和责任心搭起官兵沟通的桥梁，充分考虑学员的心理需要和情感诉求，既要做他们的管理者，也要成为学员队良师益友。学员犯错误时，不能一味斥责而要耐心引导；学员遇到失败时，不能不闻不问而要真诚鼓励。管理中要突出以人为本的精神，摸清学员的个性差异和特点，由重共性、轻个性向共性、个性协调发展转变；发扬“端盘子”、“搭梯子”的功能，以身作则，勤奋工作，对学员喊破嗓子不如做出样子，让学员感受到领导的人格魅力而心悦诚服，自觉进步。
3、以人为本，促进学员全面发展
人才培养是院校教育的中心工作，必须注重研究生创新能力的培养，加强学员队与教研室双重管理，促进学员全面发展。
3.1发挥学员特长，促进学员全面发展
地方入伍研究生本科时自由地发展了多方面的能力，擅长演讲、主持、舞蹈、音乐、绘画、书法的大有人在；参加过各类竞赛，获过各种大奖的也比比皆是，这些都为部队注入了新的活力。应当充分发挥学员们的特长，为学员们提供锻炼的机会和展示自己的舞台；鼓励学员参与科研项目，参加学科竞赛，不断提高自主创新能力，提高人才培养质量。
3.2 突出双重管理，学员队与教研室共同育人
双重管理教育工作是对现在的研究生管理教育形式的一种创新，固化了系所教研室、导师与学员大队的联系沟通，明确各级各部门职责，加强了管理教育力度，将管理教育延伸到研究生学习工作生活的各个方面，提高了研究生的创新能力和自我管理能力，有效地做到了“横向管理到边，纵向管理到底”。学员队管理中加强与教研室的沟通，发挥导师的思想引导作用，可以很好的实现学员队与教研室共同育人。
参考文献:
[1]赵琳.军校研究生心理管理研究,2005.
篇4
摘要 根据篮球球运动专项力学特点，结合运动生物力学研究的现状、发展趋势、以及篮球运动教学发展的实际需求，对运动生物力学在篮球运动教学中应用和发展趋势进行分析。希望运动生物力学与篮球运动的特点紧密结合，更好地为篮球教学提供帮助。
关键词 运动生物力学 篮球运动 教学 应用分析
近年来，篮球运动受NBA和CBA的影响，很受学生的欢迎，大家都愿意参与这种集体带有趣味的运动。可在教学中可以看到一些学生由于身体的先天条件，动作做起来比较难受，不合理。怎样帮助每个孩子都能掌握这门技术。我想通过运动生物力学的原理去分析学生的特点，通过分析给他们制定不同的水准，不能集体都按统一的标准，这样会使学生感到篮球运动的艰难，我们降低难度就是要使不同的学生体验到成功的乐趣，因材施教使学生在快乐中学习。如何做到这些，我们就要借助于科技的力量和手段，更加全面地、深刻地认识篮球运动的规律。更好的在教学中利用为学生服务。
一、运动生物力学在篮球运动中的应用领域分析
从运动生物力学角度来看，篮球运动要求人体上下肢的协调配合，很好的应用人的手部动作去接球，做蹬地加速的动作，如何在这个过程中做到合理就必须了解学生的生理结构，肌肉力量的相互作用。什么角度的运动适合此阶段性的学习。用多大力能满足他们的可接受的力量范围，针对不同的学生应该采用不同的方法手段加强学生的学习，切不可让学生做过多大于自己身体不能做的力量训练。帮助他们在自己合理的技术动作内做到自己最适合的动作。对于动作的要求不可统一要求，要区别对待，这样一方面可以鼓励学生很好的练习；另一方面要使学生不断进取不至于伤害学生的自尊心。在场地器材方面要对学生认真讲解。使他们真正认识到自己的力是如何传导的，如何在正确的用力前提下做到做好的自己。
二、运动生物力学研究方法在篮球运动中的应用分析
（一）运动生物力学研究方法分类
按研究方法划分，运动生物力学应用在篮球运动中的研究大体可分为两类：一是力学理论研究方法，二是实验研究方法。两者相辅相成，相互统一，应当紧密结合，才能使运动生物力学更好地在运动实践中应用[1]。这就要求在实践当中很好的将二者紧密结合共同应用到学科领域当中。
（二）运动生物力学的力学理论研究方法在篮球运动项目中的应用分析
该研究方法因为是通过模拟手段对人体运动仿真，一般包括五个步骤：1.确定运动特征，建立目标函数；2.选择模型确定刚体的自由度；3.建立动力学模型；4.实测已知数据并求解；5.根据求解结果解释运动规律，这一步骤是将求得的数学规律化为体育运动语言对运动技术进行合理的指导[ 2]。根据此研究方法，可以对篮球中许多问题进行研究。如对于篮球运动中学生的伤病的研究，有助于对学生在篮球运动中的损伤认识和预防。可以利用力学理论研究的方法对关节力和力矩进行推算。这实际上是为人体的运动给予科学化得定量，通过科学实验找出人体运动的范围和幅度，为更好的人类发掘自身的潜能和动作的量化提供参考依据。
（三）运动生物力学的实验研究方法在篮球运动中的应用分析
由于动力学研究方法与运动学测试在篮球运动项目中运用的较少，所用到的生物力学仪器不多。因此运动生物力学的实验研究方法在篮球运动项目中有极大的发展空间。
1.常用的生物力学仪器将在篮球项目中的广泛应用
许多已经在其他专项中运用较为广泛的生物力学仪器在篮球运动项目中尚未广泛使用。比如，肌电仪，脚垫受力分析鞋垫。脚垫受力分析可以反映地面对人体的反作用力。运动员投球的力最终是通过人体蹬地面，同时地面给人体的反作用力而实的。通过在运动员的鞋子里放上受力分析鞋垫，可以得出在移动过程中，脚底压力的分布图，可以为篮球运动员鞋子的设计提供参数。通过肌电仪可对完成某动作所参与的肌肉活动的强度和时间进行描述，确定主要的参与肌群。这样学生就可以很清楚地知道完成某动作的肌肉用力顺序是什么，哪些是主动肌，哪些是被动肌，可为力量训练提供参考。
2.多机同步测试的研究
多机同步测试研究是运动生物力学研究的发展趋势。对于篮球这项精密的运动，以往的研究多是从一维的视角来进行的，对篮球运动的生物力学的研究应朝着多维的研究视角发展。比如，将摄像系统和测力台系统同步的测试方法，综合运动学和动力学的数据对篮球运动进行更加深入、全面的研究与分析。
3.开发篮球专项化、反馈快速化的运动技术测试仪器
近年来随着其他运动项目运动学、动力学、测试仪器的质量、功能、效率不断提高，某些运动项目专用的测试仪器不断出现。其它专项的研究可为篮球专项化的测试仪器提供借鉴。随着科学技术的迅速发展，加速度传感器的体积和质量都可以做到非常小，精度可以达到很高，此仪器可以实时监控篮球鞋的速度、加速度和角速度，并可据此推算篮球鞋不同部位的受力情况，以及脚蹬地的初速度。而对篮球鞋运动情况的所做的研究较少。如果这些设想可以实现的话，将丰富这方面的研究可以防止运动者教学脚部的受伤的情况。为更好的教学服务提供保障。防止学生在运动中受伤的概率。
（四）力学理论研究方法和实验研究方法紧密结合
理论力学理论研究方法和实验研究的方法紧密结合对篮球运动进行运动生物力学的研究，将有助于从不同层面和角度更好的认识篮球运动规律，进而可使运动生物力学更好地为篮球实践服务，是运动生物力学在篮球运动中应用的发展趋势。力学理论研究方法必须辅之实验和经验，才能使它在实际应用方面的作用得以发挥，力学理论方法与实验测试方法两者应当紧密结合。前者提供了运动普遍规律，对分析有理论指导意义，后者是理论研究与实际是具体应用的桥梁，能使研究更好地为运动实际服务。实验方法和力学理论研究共同发展、相辅相成，使运动生物力学学科渐趋深入完善。
三、结束语
篮球运动教学的动作技术诊断，力学研究，学生肌肉、骨骼力学特性的研究，将有助于篮球专项测试仪器的开发，篮球运动员损伤机理和预防的研究等领域需要利用运动生物力学在篮球专项中进行全方位的研究。这样有助于在实际中解决一些教学中的学生容易受伤的难题，将生物力学的有关原理服务于学生的课堂，用科学的方法指导学生篮球训练与比赛，更好的预防学生在不同情况下的运动损失与治疗。
参考文献：
[1] 王向东，刘学贞，等.运动生物力学方法学研究现状及发展趋势[J].中国体育科技.2003（2）：15-18.
[2] 忻鼎亮.运动生物力学的力学理论研究方法[J].体育科学.1994（4）：37-40.
篇5
【摘要】 目的 研究人髌腱密度与其生物力学的关系,寻找能于前交叉韧带重建术前检测髌腱移植物生物力学性质的方法。方法 对20例不成对人体髌腱(男10例,女10例)进行单轴拉伸试验,来研究供者性别及髌腱密度对其生物力学性质的影响, 髌腱密度根据其所测得体积和质量计算出。结果 髌腱的生物力学性质基于性别上的差异均无显着性, 而与其密度呈正相关。密度>1.68g/cm3(n=8)的髌腱的最大抗张强度比质量密度<1.68g/cm3(n=12)者明显要高。结论 髌腱密度可以用来评价该髌腱的质量, 因此,可利用术前测量活体内髌腱的密度来决定该前交叉韧带重建是用异体移植物还是自体移植物。
【关键词】 髌腱;密度;移植物质量;生物力学性质
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
自体髌腱复合体曾被作为移植重建前交叉韧带的金标准,目前仍为外科医生重建手术的首选。学者们对髌腱的生物力学性质进行了广泛研究,希望找到能于移植前有效评价移植腱质量的客观变量,为临床选择肌腱提供依据。笔者对人髌腱的密度及其生物力学性质进行研究,希望确定供体髌腱密度对其生物力学性质的影响。
1 资料与方法
1.1 一般资料 从国人新鲜尸体中获取20例不成对的膝关节(男10例,女10例),冷冻在-20℃,直到试验日为止。膝关节均在供者死亡后12h内冷冻。冷冻时间1~12个月不等。死者排除以下情况:(1)年龄>50岁;(2)骨骼未发育完全者(女性<16岁,男性<19岁);(3)有膝关节手术史;(4)有膝关节炎病史。在取髌腱标本之前,先将膝关节在室温中解冻。将髌腱连同全部髌骨和胫骨的一部分(包含有胫骨结节)从膝关节中分割出来。胫骨部分修整成楔形,取髌腱的中央部分(平均5mm宽),用手术刀沿着腱束的长轴将腱的内外侧修理成直的平面。小心操作以避免将腱束横行切断。用游标卡尺在不同截面测量髌腱的宽和厚,取其均值,并测量髌腱的长,用以计算髌腱的体积。
1.2 使用仪器 将样本安装在DCS-25T电子万能试验机(日本岛津)上,进行单轴拉伸试验,拉伸速度为30mm/min。以3033型X-Y函数记录仪(四川仪表制造厂)记录载荷―变形曲线,并进行分析,得出最大载荷、衰竭应变及弹性模量。
1.3 计算样本密度 力学测试完毕后将样本的腱性部分从骨的附着点上分离出来,称重。根据前面算出的体积计算出每个样本的密度。
1.4 统计学方法 采集所有数据,应用t检验来比较不同性别来源的髌腱的力学性质,进行相关性分析来判断髌腱密度与生物力学性质间的关系。将样本根据密度排列,再随机选择其中一个密度作为标准,将其上、下两组样本的生物力学指标用t检验分析,重复这个过程,检验是否存在一个密度值,比这个密度值大的样本与比这个密度值小的样本相比,其生物力学强度要高。
2 结果
样本的平均截面积是19.47mm2(SD 8.72),髌腱的平均长度是47.83mm(SD 3.78),男性髌腱平均长49.22mm(SD 3.42),比女性髌腱[平均46.44mm(SD 3.76)]稍长一些(P=0.05)。髌腱组织混合在一起的平均密度是1.61g/cm3(SD 0.47)。男性髌腱的密度(1.68g/cm3)和女性髌腱的密度(1.54g/cm3)之间差异无显着性(P=0.23),所测得密度范围为0.81~2.57g/cm3。
髌腱的力学性质不依赖于供体的年龄和性别。在最大抗张强度(P=0.62,)、最大应变(P=0.61)、弹性模量(P=0.57)方面基于性别上的差异均无显着性。因为性别和年龄对髌腱力学性质没有任何影响,所以将样本混合起来做密度的相关分析。样本的最大抗张强度与其密度相关(r=0.57, P<0.02)。髌腱的弹性模量也与其密度呈正相关,尽管其相关性较弱,但亦有统计学意义(r=0.44,P<0.05)。衰竭应变与其密度无相关性(r=-0.25,P>0.1)。连续采用t检验分析显示密度>1.68g/cm3(n=8)的髌腱的最大抗张强度比质量密度<1.68g/cm3(n=12)者明显要高。
3 讨论
本研究中,组织密度被作为变量进行相关性分析,通过测量其密度,就去除了组织大小对相关性分析的影响。我们发现在髌腱的生物力学性质与密度之间高度相关。较大的组织密度可能意味着较多的胶原堆积在组织中,产生较大的生物力学强度。Woo SL[1]发现经常活动的猪的伸趾肌腱质量和胶原含量增加,其最大抗张强度显着增加。但其未做肌腱生物力学和其质量的相关性研究。我们发现了髌腱组织的一个密度值(1.68g/cm3),大于这个密度的髌腱群体,其生物力学强度显着要高。因为高于或低于这个髌腱密度值的供者的平均年龄非常接近,所以年龄不会导致髌腱的生物力学的差异。这与Flahiff[2]报道的结果一致。
在以前的研究中,诸如样本大小、组织储藏方法、组织的测试条件、样本的截面积和力学测试方法等因素都被认为是很重要的因素,并且各实验间各不相同[3],因此,难以 做具体数据上的比较。文献报道[3],测试过程中对样本进行盐水浴,让液体从腱组织渗出,能产生更大的强度和硬度。一些研究人员观察了髌腱生物力学的差异,猜测可能有某些内在或外在的因素与此差异性有关。例如,Flahiff[2]认为重量、活动量、健康及饮食能影响髌腱的力学性能,虽然Beynnon[4]陈述软组织内在的未知生物学因素能导致肌腱力学性能的差异。基于我们的研究,髌腱的密度似乎是这种差异的一个原因。
本研究最有意义的成果是,髌腱密度可以用来评价该髌腱的质量。这个发现在临床上将具有重要意义。有些学者[4]认为,在重建手术进行之前预测自体移植物的生物力学性能很重要。他们报道移植物移植后有不同程度的伸长,导致手术5年后过度的膝关节前后松弛。这些研究人员也主张,因为重建术后难以立即测量移植物的伸长量,所以有一种能预测自体移植物的生物力学性质的简单指示器是非常必要的。基于我们的研究,自体移植物的密度能被用来预测包括弹性模量在内的生物力学性质。现代影像技术如CT扫描能无创测量移植组织的密度。利用一条组织密度与CT值的标准曲线就可以从CT扫描中得到组织密度。因此,可利用术前测量活体内髌腱的密度来决定该前交叉韧带重建是用异体移植物还是自体移植物为好。
这里得出的结果不能应用到异体移植物。因为重建术前异体移植物经过了射线照射和冻干处理。
【参考文献】
篇6
什么是生物力学
人们都知道自然科学中有力学和生物学，很多人并不了解还有生物力学。的确，按一般人理解，力学是研究物换星移、山崩地裂、江河奔流、机器轰鸣的非生命现象的；而生物学则是研究生命的起源、变异、遗传、进化等。两者似乎是“风马牛不相及”的。
其实不然。任何生命的发生发展都是和力的作用分不开的。因此，仅仅从生物学本身去研究生物体的结构，就会有许多问题得不到解答。于是，人们开始用力学的原理去探索各种复杂的生命现象。我国三国时代的名医华陀曾经提倡过“五禽戏”的拳法，说明他已觉察到摹仿各种禽类动作的受力方法，可以达到增强人的体质的目的。他的徒弟程普，照此方法练身，活到九十岁，牙齿不落一颗。意大利的伟大科学家伽里略已经发现人的骨头受力之后会变得粗壮起来。德国的生理科学家冯·海曼考察了许多生物尸骨，发现骨面微隆的骨小梁，排列的方向都很有规则。于是他拿了一块大腿骨请力学专家做应力实验。实验结果使冯·海曼大吃一惊：原来这些骨小梁排列的方向和骨骼受的主应力方向竟是完全一致，说明骨小梁隆起有一定走向，是因为受到应力作用的结果。现在，科学家们几乎把人体206块骨头一一研究过了，他们发现：凡是受力大的地方，总是骨骼质密而粗壮；而受力小的地方，总是骨骼质松而细小。此外，科学家们还从力学观点，研究了人体的皮肤、肌肉、血液以及神经系统等，证明了这些组织和液体的变化发展都和它们受力的状况有直接关系。于是这门以力学的观点和方法研究生命现象、或者从生物体中探寻力学规律并在科学和建设中加以应用的新学科——生物力学，受到人们广泛注意。
生物力学的分支和应用
生物力学是研究生命的力学，所以有时也叫做生命力学。它研究范围相当广泛，凡是生物学和力学相联系的部分，都是生物力学研究的内容。它的分支有几十种。而生物力学研究的所有课题几乎都和人类生活息息相关。例如：
研究骨头、血管、肌肉、皮肤等力学特性的叫做生物材料力学。它可以为研究人体的发展变异和制造人工脏器提供重要的资料和数据。
研究人体血液、淋巴、胃液、痰、唾液、关节液等的叫做生物流体力学。这种研究对于诊断人体疾病有很重要的意义。如通过测定血液或唾液中的粘滞阻力，可以断定是否有血液病或消化不良等。
研究人体运动时受力状况的叫做生物运动力学。这种研究可以指导人们正确地进行体育锻炼和体育医疗。例如打太极拳，在行云流水般的缠绕运动中，人体的皮肤、肌肉、骨头、血管、脏器、神经都处在受力变形之中，科学测定表明，这时人体新陈代谢、血液循环加快，因此有活血化瘀之效、益寿延年之功。
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摘 要 肌肉的主动收缩和舒张控制之下动物会产生各种不同的运动形态，这属于肌肉力矩的主动改变而肢体运动又会反作用于肌肉力矩。在不断的进化中人类逐渐形成自身完善的神经肌肉系统负责自身运动的控制与协调。除了主动的肌肉力矩之外，接触力矩、重力力矩以惯性力矩也会对肢体运动的具体方式和表现产生影响，生物力学是研究人类运动控制机制的基础，因而本文就生物力学在运动控制与协调研究中的作用进行了分析。
关键词 生物力学 运动 控制协调 应用
人体运动需要在多个部分的共同协调配合下完成，而单纯运动学角度只针对物体的运动效果以及其他外作用力的影响进行研究，无法对人体肢体运动控制和协调的具体机制作出判断。生物力学从关节力矩的角度并结合运动动力学方法可以对肢体运动的产生方式和作用机制进行科学合理的分析，推动人体运动控制机制理论研究的发展。
一、生物力学与运动控制的关系分析
肌肉的收缩是人类肢体运动最直接的动力，人体神经系统可以对不同部位的新陈代谢速率和能量释放方式进行调整，从而起到控制骨骼肌腱可控张力的效果，肌腱又将动力传给关节、韧带以及骨骼等，最终实现对各个运动单位的控制。神经肌肉骨骼系统包括肌肉运动单位与神经元之间的突触连接、运动单位叠加与肌腱上的合力、肌肉骨骼系统的整合以及关节力矩整合协作四个层次。人体的骨骼、肌肉结构都十分复杂，因而神经中枢系统很难直接对每个运动单位进行控制，目前猜测中枢神经系统对运动目标协作实现方式或者是关节水平运动方式进行控制，再由该环节传达至各个运动单元。
二、运动控制的生物力学研究技术
（一）生物传感器技术
目前生物传感器技术在科学研究中的应用已经较为广泛，包括力量、肌电图、加速度以及位移传感器等等，这些技术相关专业的教科书以及很多文献中都有涉及到。随着研究的深入和技术的发展三维陀螺仪运动测量技术应运而生，在生物力学测量中可以对物体的运动速度、不同时间点的方位、角度等数据进行测量和记录，因而可以应用于疾病诊断和治疗康复中，该技术在医疗领域的应用也日益广泛。
（二）生物力学建模与仿真
当人体运动时除了肢体的外部状态，肌肉状态、关节连接处软组织的形状等也会发生一定的变化，而对这种形变进行观察和研究的难度较大，因而可以将整个人体作为一个完整的运动系统并以此为基础建立相应的人类肢体运动动力学研究方程，也可以将其称为生物力学模型。研究方向以及研究切入点的不同都会对最终的模型构建产生影响，一般来说任意运动的计算机模拟或者仿真需要应用正向动力学知识和技术，而对肢体运动的外力因素进行测量时则需要应用逆向运动学。
（三）运动学影像技术
影像技术在生物力学研究领域的应用由来已久，随着科技的进步和科研领域投入的提高，更多新型的运动学影像技术开始出现。高速荧光透视技术可以对人体运动状态下的骨骼、关节的情况进行精确的分析，拍摄速度更快且由于无侵入性对人体的伤害也更小。将该技术应用于人体医疗中将大大提高骨科检验的准确性。即时超声波成像技术可以将人体运动状态下的肌肉、肌腱等的形态包括肌纤维排列、肌肉羽状角的情况进行成像。
三、运动控制的生物力学原理
运动控制涉及的生物力学原理较多，本文就其中几个较为重要的原理进行分析阐述。人们在做出某个动作之前，为了提高动作的完成效果，往往会先做一个跟目标动作方向相反的动作，例如扣篮时先将手臂抬高，一方面下扣动作的幅度更大，另一方面肌肉的弹力也会有所增大，下扣的力量随之提高，这就是反向动作最佳起始力原理的典型表现。人体神经肌肉系统功能的完善性，以及个体肌肉力量和爆发力量对于体育竞赛成绩有着重要的影响，在某些体育活动中，人们为了获取运动速度的最大冲量会采取一些助力措施，例如对于跳远运动员来说，他们在进行跳远前都会有助跑，铁饼投掷运动员在投掷铁饼时，也会有身体的旋转运动等等，以上各项体育运动都是通过延长加速度时间和距离来增加力的作用效果，这体现的是运动速度的最大冲量原理。物体之间的碰撞效果一般会受到以下两方面因素的影响，即物体质量和速度这两方面的影响，质量与速度的乘积称之为动量，生物力学中有打击碰撞动量保持原理，该原理在运动控制中的体现有：网球的击球、拳击等等，运动员为了提高碰撞效果在确保撞击速度时还会提高撞击的力度。因此，对于运动员来说，一定要掌握运动控制的生物力学原理，进而将其在际运动中得到充分运用，这对提高运动员成绩来说起着非常重要的作用。
四、结束语
综上所述，生物力学的应用可以在对关节力矩和分量进行分析的基础上研究神经肌肉系统对肌肉收缩力矩的调节模式，主动的肌肉力矩在神经系统的控制之下对运动产生的被动力矩进行对抗，在平衡的状态之下完成肢体运动动作要求，生物力学的应用大大降低了运动控制协调相关问题的理解难度。
参考文献：
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(1451医院整形外科 西安710054 2.第四军医大学西京医院整形外科中心 西安710032)
[摘 要] 目的:观察皮肤伸展作用后生物力学特性和组织学的改变。方法:取4只体重20 kg左右的猪为实验动物,采用自身对照方式进行,对伸展作用侧及对照侧皮肤标本分别进行拉伸断裂强度、拉伸断裂伸长百分率、皮肤本构关系等生物力学指标的测定及组织学的检查。结果:伸展皮肤的粘弹性下降。组织学观察可见伸展后表皮细胞层次增多,真皮层稍变薄。结论:皮肤伸展作用后,其生物力学性质及组织学均有明显变化。临床上可采用皮肤伸展术,以缩短疗程,提高疗效。
[关键词] 皮肤伸展术 生物力学特性 组织学检查
[中图分类号]R622 [文献标识码]A [文章编号]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
皮肤伸展术始于1976年,Barrer[1]等采用了固位桥装置用于关闭伤口,它是通过施加于皮缘的直接外力,线性牵引创面两侧的皮肤组织,使之产生皮肤增量,达到关闭创面的目的,作者对此已进行部分临床及实验研究[2-7],该方法近年来在国外受到普遍关注,认为是一种"有把握的关闭"(Sure-closure)[4]方法。但也有学者提醒使用该方法应防止用力过大造成真皮纤维的断裂等并发症[8]。
因此皮肤伸展术中的安全性仍是人们关心的问题,真皮决定着皮肤的生物力学性质,反之生物力学的变化也反映真皮的结构特征[9]。
本研究对伸展作用后的皮肤及对侧正常皮肤进行了生物力学特性的对比测试并观察了相应的组织形态学变化。
1 材料与方法
1.1 实验动物 选取4只体重20kg左右白色乳猪(第四军医大学实验动物中心提供),雌雄不限,3%戊巴比妥钠(美国Sigma公司)30mg/kg肌注麻醉后,侧胸、腹及背部肥皂水刷洗,剃毛,放置于牵引台架上,术区皮肤常规消毒。
1.2 皮肤伸展方法 在胸背中央画7cm×3.5cm标准面积,长轴为首尾方向,将两根长针插入短边真皮层,两端露于皮外,U型双钩紧贴长针外缘插入皮肤钩住对侧的长针,连接测力计及秤砣盘,并使作用力与皮面保持在同一水平。两侧同时往秤砣盘加载,至短边接触,由测力计读出皮肤此时所承受的应力为11.5kg,将长针用铁丝固定保持短边对合,以达到对假设创面两侧伸展的目的。
1.3 皮肤标本的制备
伸展作用5天后,在伸展作用区及相应的正常对照侧,采用自制的切割装置切取0.6×10cm的皮肤标本,中央修成0.3×1cm的双凹形,切取方向保持一致,剪掉标本上的部分皮下组织,共制备8个皮肤试件。同时取实验及对照侧皮肤,固定包埋后,切片用HE和van Gieson染色,光镜下观察。
2 结果
2.1 测试方法与分析
2.1.1 生物力学指标的测试
所有的测试标本均采用Instron1122万能强力机(英国产),测试温度为15℃,相对湿度40%,夹距10mm,拉伸速度50mm/min。
2.1.2 统计分析采用配对t检验,(第四军医大学统计教研室完成)。
2.2 测试分析结果
2.2.1 离体猪皮肤的拉伸断裂强度(g/mm2)
二种皮肤的最大拉伸断裂强度分别为:对照组为2508.20±36.60g/mm2 实验组为1974.86±20.22g/mm2表明伸展作用后的皮肤强度下降,下降幅度20.6%,相差非常显著(t=55.7,P
2.2.2 离体猪皮肤拉伸断裂伸长百分率
伸展作用后皮肤的拉伸断裂伸长百分率为71.7%±2.5%,较对照组83.5%±2.6%降低。实验组断裂伸长百分率下降幅度为14.3%,相差非常显著(t=47.0,P
2.2.3 离体猪皮肤的本构关系及曲线
典型的实验组与对照组猪皮肤的本构关系及曲线见附表及图5。可以看出,在相同的应力作用下,对照组的应变能力大于实验组
附表 实验组和对照组猪皮肤本构关系(g/mm2)
两种离体猪皮肤本构关系曲线
2.2.4 组织学检查
伸展作用后表皮层厚度保持不变或稍增厚,表皮细胞层次增多,上皮钉突和真皮嵴变钝。真皮层稍变薄,内含有大量平行且排列紧密的胶原纤维束,纤维束粗大、致密。成纤维细胞数量增多且体积增大、胞浆丰富。真皮层血管数量略有增加,主要在真皮层。
3 讨论
伸展作用的皮肤生物力学特性是否能发生有意义的改变,从实验结果可见皮肤经伸展作用后,各项生物力学指标均发生了变化。皮肤软组织的拉伸断裂强度是生物软组织粘弹性指标之一,是通过将试件加载至断裂前的瞬间应力值来表示,由实验结果表明,伸展作用后的皮肤粘弹性下降,降幅为20.6%(P
因此在活体正常皮肤很难出现真皮纤维的断裂,这与伸展力的广泛均匀分布有关。因此能充分保证皮缘血运良好的伸展力不会导致纤维断裂。皮肤软组织的本构关系更能全面反映皮肤在不同应力的作用下组织变形的能力,它也是生物软组织粘弹性的指标之一。同样的应力作用下,变形越大,表明其粘弹性越强。[10]。
从本构曲线的变化趋势可以看出,伸展作用后的皮肤在同一应力的作用下其变形程度下降,这一指标也提示伸展皮肤的粘弹性呈下降的趋势。组织学研究显示,伸展作用后表皮层厚度不变或稍增厚,表皮细胞层次增多。在皮肤扩张术的研究中也证实表皮细胞层增厚,细胞有丝分裂活动增加,作者认为可能是为了恢复表皮细胞的密集状态,抑制有丝分裂[9、11、12]。伸展作用后真皮层稍变薄,内含大量平行且排列紧密的胶原纤维束,纤维束粗大、致密,成纤维细胞数量增多且体积增大,胞浆丰富。扩张术中真皮厚度也变薄[13]。虽已证实成纤维细胞被激活,但去除扩张器后扩张皮肤2年后才能逐渐恢复正常[9、14],因此无论是伸展术还是皮肤软组织扩张术所致的皮肤增加,主要来自皮肤的机械蠕变,而不是生物蠕变。并且伸展皮肤生物力学性质的变化与皮肤快速扩张后的改变相似,说明两种方法作用方式虽然不同,却有着相同的结果[15]。皮肤伸展术一般不行皮下潜行分离,因此不形成皮下创面和纤维包膜,及其中存在的激活的炎性细胞[9、11]。伸展作用后的皮肤,其生物力学特性及组织学变化的恢复是否比软组织扩张术更迅速有待进一步研究。
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关键词 生物力学 步态 最新进展 应用领域
中图分类号：R743 文献标识码：A
步行是人们在日常生活中最基本的运动方式，而步态是指人类步行的行为特征。步态生物力学研究是运用力学方法和技术，并基于人体机能解剖学和生理学的基本理论对人体行走功能状态进行测量、分析、评价的应用研究。吴剑等（2002）在“步态生物力学研究进展”中对2002年之前的研究进展进行了论述，随着科学技术的发展和三维步态分析仪器开发利用，国内外对步态研究的进程也呈现出逐步加快的趋势，但目前在众多的研究成果中，还没有对新时期步态生物力学的研究进展进行的研究，因此本文通过对步态生物力学的研究进行分析，旨在为促进步态生物力学的研究进程，为以后的研究奠定基础。
1步态的一般生物力学研究进展
1.1步态周期
步态周期是指从一侧足跟着地到该足跟再次着地所构成的周期。一个步态周期分为支撑相与摆动相2个相位。支撑相在整个步态周期中约占60%；摆动相约占40%。而跑动时支撑相约占整个步态周期的65%，摆动相约占35%。一条腿在一个完整的步态周期中经历的状态依次为：足跟着地、足放平、支撑、足尖离地、腿弯曲摆动、腿伸直向外摆动、然后足跟着地，进入新的步态周期。前4个状态是支撑相，后3个状态是摆动相。步态周期与身高的差异不显著。
1.2步长与跨步长
步长是指同侧足跟或足尖到迈步后足跟或足尖之间的距离，正常成人的步长值约为150―160cm。跨步长是指行走时一侧足跟到对侧足跟之间的最大距离，正常成年人的跨步长约为127cm，正常成年人随着年龄的增长，其跨步长与年龄成负相关，与身高成正相关，另外跨步长与步频也有相关关系。
1.3步频与步速
步频是指行走时每分钟迈出的步数，步频=60（s）/步长平均时间（s）。步速是指步行的平均速度（m/s）。对20-39岁、40-59岁、60-79岁三个年龄段的正常成人进行步态分析表明：20-39岁年龄段的正常成人的步频为1.9412，步速为1.2616；40-59岁年龄段的步频为1.8117，步速为1.0514；60-79岁年龄段的步频为1.7621，步速为0.9524 。
1.4身体质心起伏
人起步时，虽然地面作用于人的脚底的静摩擦力对人这一质点组不做功，但这一静摩擦力对人的质心做功，正因为这个功使人的质心动能增大，人才得以起步运行。另一方面，质心动能的获得，是以人体各质点克服静摩擦力相对于质心做功为代价的。这一代价来源于人体各质点间相互作用的非保守力的功。对于一个健康的成人，当其正常行走时，质心起伏的幅度约为4.4cm。
1.5关节角度
人体下肢步态运动可以简化为一个四刚体模型（包括躯干）。对于髋关节和膝关节，围绕静止站立位有曲屈和伸展两个方向，定义伸展为角度负向，弯曲为角度正向；对于踝关节有背屈和跖屈两个方向，定义背屈为角度负方向，跖屈为角度正方向。Grabiner等认为膝关节必须在支撑期完全伸直，在摆动期屈曲大约60是教谋匾跫？
2步态生物力学研究的应用
2.1功能检测与评定
步态生物力学的研究对象为生物体的移动状态，测量参数具有自主控制成分。步行的对称性和圆滑性可以根据步态分析所得的参数（包括：运动学、步态时间―距离参数和动力学参数）进行推测，稳定性和波动性可根据重心位移和力的作用点进行判断，其速度、节奏和持久性的判断则是根据步速、步频和步行的持续距离。从已有的研究中，主要对妊娠期妇女、老年人、“三瘫一截”（脑瘫、截瘫、偏瘫、截肢）的残疾者、肥胖人群的行走人群进行功能检测与评定。
邱纪方等对20例痉挛型脑瘫患儿及青年，连续进行了步态的评测（包括运动分析），其测量指标分别为：屈髋畸形（改良托马斯试验）、膝关节伸展、绳肌长度（角）、比目鱼肌长度、腓肠肌长度等。其结果表明：所有指标均与CCC具有良好的一致性（0.67～0.96）；观测者间一致性随测量指标的改变而有较大改变，CCC为0.34～0.87。髋外伸展的CCC左髋是0.34，右髋为0.42。
李艳霞等采用比利时Footscan USB2平板式足底压测试系统对体质量指数>28 kg/m2的肥胖学生进行动态足底压力测试，以此探索肥胖人群足底压力参数的分布规律。
周有礼等通过对的动力学分析，解决了孕妇完整人体检测资料缺乏的困境，为发现妊娠妇女步态研究奠定了基础，但是缺乏具体的评价指标。
王琳等采用横向比较性研究设计法对中国青春期前BMI（体重指数）小于30 kg/ m2的男性肥胖儿童和体重正常的男性儿童在步态和姿势控制方面是否存在差别进行了研究，结果显示：肥胖儿童在步态的稳定性和姿势控制上均不如正常儿童的稳定。
2.2疾病的预防
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种植义齿是口腔科领域中发展最快，最令人兴奋的一个分支，已成为与高速涡轮牙机、全景X线机、高分子粘固材料并列的20世纪牙科发展的四项重大突破之一。一个成功的人工种植体应该和骨组织直接结合，形成良好的生物力学相容性，将咀嚼压力均匀分布到周围骨组织，应力过大或过小，都无益于种植牙周骨组织的重建，都将导致种植牙的失败。据此，本文特将人工种植牙的生物力学研究进展作一概述。
1 应力分布研究方法的发展
在20世纪70年代以前，生物力学研究和应力分布的检测多采用电测法和光弹法，电测法和光弹法属于实验应力分析法。电测法是实验应力分析方法中最基本的方法之一，它的灵敏度与精确度较高，可用于现场测定，用于各种复杂环境下测量多种力学参数，但电测法只能逐点测量物件表面的应变，且仅能获得应变片所在位置的应变平均值，不能直观得出构件应力分布的全貌，在环境条件恶劣时误差较大。光弹应力分析法具有直观性和全场性的优点，可用以分析各种形状的复杂构件和表面应力，也是口腔生物力学常采用的研究方法，但光弹法不能把材料力学和弹性理论联系起来，如不能计算出模型内任意处的应力值和位移值。自从1973年Theresher和Farah几乎同时将有限元法（finite element method，FEM）应用于口腔医学领域，FEM已成为一种有效的数学工具，在口腔生物力学研究中得到广泛应用。FEM具有以下优点：可以准确地表达复杂的几何形状；可以在同一模型上对不同性质的材料进行力学分析；可以进行复杂载荷条件下的应力分析；模型的转换较为简便；对应力的内部状态及其它力学性能定量测定的代表性好，同时FEM在应用中自身也不断得到完善，其中从二维到三维是FEM发展的一个飞跃。1976年Weinstein等应用二维FEM分析了多孔圆柱种植体界面的应力分布，将FEM引入了口腔种植领域，从此，有关种植义齿生物力学的研究进入了一个新的阶段。Meijer等［1］将二维有限元法和三维有限元法进行了比较，认为后者的模型相似性好，可客观反映被分析受力结构的信息，但是有限元法的单元在大小、形状、数目、载荷情况、假设条件与真实情况差异及边界条件等均影响结果。因此，为使结果更加真实可信，有限元法的研究手段不断完善，目前已从静态研究发展到动态研究，并有向非线性发展的趋势。
2 种植体材料对应力分布的影响
人工牙种植体的研究和应用已有30多年的历史，但迄今为止，只有少数几种材料的种植体为人们所接受，其中应用历史最长、也最广泛的是钛质种植体，金属钛具有良好的生物相容性，与骨组织形成紧密、牢固的结合，而且其弹性模量与骨很接近，与骨结合所形成的界面是动态的，在适当负荷的刺激下，种植体与骨的接触程度在一年后会从53％增加到74％［2］，所以说钛是一种理想的种植材料。Mailath（1989）等［3］用有限元法对种植体材料进行了研究得出结论，种植体材料的弹性模量至少为110，000N／mm2（1．1×10MPa）。Clelland（1991）等［4］用三维有限元法研究了Screwvent骨内种植体及支持组织应力分布情况，这种商业纯钛种植体最大应力区是在种植体的颈部，这些应力比商业纯钛的疲劳极限（259，90MPa）低18倍，骨内最大压力值（19．57MPa）是在颈部的舌侧区，而且Screwvent种植体近远中应力（最大为0．38MPa）比种植体颊、舌侧低得多。这一点和以前放射照片研究的骨吸收发生在种植体的近远中不同。为了更快的形成骨整合，人们还从种植体的表面涂层入手。尤其是羟基磷灰石喷涂（hydroxyapatite，HA）研究最多，但还是有很大争议，生物活性材料的涂层，可以改善与骨的结合方式，从生化角度上看，对种植牙长期成功是有益的，但从生物力学角度是否有明显的改善并不清楚［5］。Rieger（1989）进行了研究认为：骨结合界面与骨适应界面比较，从生物力学上看种植牙周围骨内的应力分布比较并没有明显的改善，这还有待于进一步研究。最近Meijer（1997）等［6，7］使用柔韧高分子生物材料（polyactiv，PL）即聚丁烯对二苯酸盐（酯）聚合物（polyethyleneoxide polybutylenete rephthalate（PEO：PBT）copolymer）和硬性HA穿龈种植体进行动物（狗）实验研究，从组织学上和临床方面作一比较，PL设有三种（一种密集型，两种多孔型）6个月加载，PL和HA种植体周围骨组织在第6周有骨吸收（高度失去1mm），第12周可见重建，18周后恢复到原来的水平，结果PL比HA引起密度上较少的降低。这个结果显示：柔韧种植材料更有利于应力向周围骨组织传导。临床方面PEO：PBT和陶瓷、生物玻璃、钛、和其他材料相比较，结果：PEO：PBT是一种柔韧材料，能降低穿龈种植体颈部应力峰值，致密型PL功能合适，运动性能与天然牙相近似，表现出最好的临床功能，也能减少种植体周围应力峰值。从组织学观察得出结论：柔韧的骨结合，种植体更能较好地把应力传导到周围骨组织，因此它可能是硬性种植体有前途的替代物。
3 种植体形态结构对应力分布的影响
成功的种植体不仅取决于种植体材料的生物学性质及手术技术，种植体的表面形态也十分重要。近年来，国外学者围绕着种植体以什么样的形态结构才具有最佳的生物力学相容性，作了大量的研究。关于口腔种植体宏观形态基本上认为以单个旋转对称为最佳，所以新近出现的或改良的种植体系列极少看到过去传统的锚状或翼状形态。对种植体表面微观形态，自70年代以来也是人们研究的热门，在这个问题上虽然还有不同看法，但有一点是比较一致的，即粗糙的种植体表面更利于新骨生长，形成更广泛骨种植体结合区。Mailath（1989）使用有限元法研究了骨内种植体形状与应力分布的关系得出结论，圆柱形种植体比圆锥形种植体更可取，因为它降低了应力在骨皮质上的峰值。Rieger（1990）等［8］应用二维有限元法，对6种种植牙（Branemark，CoreVent，Denar，Miter，Stryker和一种实验用种植牙—RBT411）进行定量分析，结果表明：所有6种种植牙都有根尖冲击应力的存在，Denar种植牙应力最大，Denar、Miter和Stryker种植牙可出现牙槽嵴部病理性骨吸收，Miter和实验用RBT411种植牙应力分布最好。Hurson（1994）［9］对3．25mm和3．8mm螺纹种植体进行了工程力学分析，阐述了螺纹设计原则，材料的强度，力学疲劳分析，提出了螺纹设计的标准。Binon（1996）［10］评价了六角形种植体（hexagonal implants）力学性质，与基台相连的抗扭强度及适合的装置，建议生产商应该提高种植体的耐受性、精确性、逼真性和坚固性。Arpinar（1996）等［11］用有限元法对两种硬性种植体设计进行研究，结果为：中空螺旋种植体（ITI1）在顶点区域产生高和应力集中，而实心螺旋种植体（ITI2）应力的分散转移要比中空好得多。1996年黄辉等［12］对螺纹顶角角度对柱状螺旋根管内种植体应力分布进行了研究，结果表明：螺纹顶角角度的改变，可以导致种植体在支持组织的应力分布水平的变化，螺纹顶角为60度的种植体应力分布较合理，为种植体设计、应用提供理论依据。
4 种植体的长度和直径对应力分布的影响
对于种植体长度和直径与种植体周围骨面应力反应的关系，目前国外研究报告的观点不一致。Mailath（1989）等［3］用有限元法对不同直径的种植体进行生物力学研究，结果发现大直径种植体产生有利的应力分布效果。Block（1990）［13］通过动物试验证明，种植体从骨中拉出力与其长度关系极大，而与其直径关系不大。Lum（1991）［14］发现骨界面应力主要集中于种植体颈部的牙槽嵴顶而非整个种植体周围，并据此推论使用短种植体可能对骨界面应力集中值影响不大。Lum（1992）［15］用工程统计学方法，分析了轴向力和水平力作用下种植体力的传导，结果发现，在轴向力作用下，仅仅长度为10mm，直径为4mm的种植体，能传导平均最大咬合力，支持骨受到张力在正常生理限度内。在水平力作用下长度大于12mm时，再增加长度对力的传导无显著差异。Meijer（1992）等［16］使用短种植体对其周围的应力无太大影响。邹敬才（1996）等[17］应用二维有限方法，对3mm，4mm，5mm三种不同直径的螺旋型种植体进行对比分析，结果表明：螺旋型种植体直径增加，对骨界面的总体应力分布规律影响不大，但随着直径的增加，对骨界面应力降低，种植体与骨界面的相对位移运动也相应减小，有利于骨界面的应力分布。提示临床尽可能选择直径稍粗的一些种植体。Tuncelli（1997）［18］等应用有限元法，比较了ITI中空圆柱两段式种植体不同直径（3．5mm，4．5mm，6mm）应力分布。结果发现：相对较大的直径种植体更有利于下颌后部区域（应力分布好）。张少锋（1997）等［19］用有限元法研究了种植体长度和直径对种植全口义齿应力的影响，得出结论：种植体周围骨界面应力的大小与种植体长度密切相关，呈负相关关系。种植体直径在临床常用范围内变化时，仅引起自身应力集中值的改变，而对种植全口义齿的其它结构和组织应力状况影响不大。
5 种植体上部结构的连接装置对应力分布的影响
人们为了去模仿天然牙牙周膜的缓冲作用，一些学者用一些具有粘弹性的材料如聚甲醛制成内动部件，连接种植体和附着体。McClumphy（1989）在种植牙上用聚甲醛材料设计了一个具有弹性的内连接体，并用钛制作一相同的内连接体作对照，用光弹应力分析法对两者进行了应力分布的对比研究，结果：在骨界面上应力分布两者没有显著差异。van rossen（1990）等［20］通过二维有限元法，对不同弹性连接体弹性模量和不同外形的内连接体在单个种植体上进行分析，结果：内弹性连接体弹性模量的改变对周围骨应力分布没有影响。Chapman（1990）等［21］设计一种内部减震器（shockabsor＿ber），把种植体与义齿相连接，用钛制作对比，结果：两者有显著性差别，可减少咬合力。elChkawi hG（1990）在种植体上部结构下面使用一层弹性材料，种植体不动，而上部结构可动，结果发现这种改进使应力和位移分布和天然牙相类似。Kraut（1993）等［23］设计了一种弹性内动连接系统，结果表明这套系统能吸收应力，减少达到种植体和周围骨的应力值。
