運動生物力學研究任務有哪些

1. 人體力學的主要研究領域

競技體育領域
（一）研究動作結構與運動功能間的關系
結構決定功能是力學的基本觀點。在人體運動中，研究人體整體與局部的動作結構、肌肉配布及活動形式、各個器官系統間的協調與發展，是研究運動功能的生物力學基礎，也是運動生物力學理論與實踐研究的基本任務。
（二）研究人體運動技術的力學規律
研究人體運動技術動作的生物力學結構和功能，研究體育教學中人體各項動作技術的生物力學原理，揭示動作結構的力學合理性和運動技術的力學規律性，更好地指導體育教學與運動訓練。
（三）研究運動技術的最佳化
通過對運動員運動技術動作的生物力學診斷，提出合理的、符合生物力學原理的技術動作結構，建立最佳的技術動作方案，並尋求改進技術動作的訓練方案，以提高運動訓練的科學化水平。
（四）研究、設計和改進運動器械
體育運動中，無論人體運動還是器械運動，都是人體與外界或運動器械相互作用的結果。因此，研究、設計和改進運動器械，使之符合生物力學原理，可為運動成績的不斷提高創造條件。此外，健身器械和體育用品的研製為運動生物力學的應用研究提供了豐富的研究課題。
（五）研究運動損傷的原因和預防措施
通過對人體運動系統的生物力學研究和對運動技術的生物力學分析，一方面可以揭示運動系統的形態結構和運動功能的統一臨床治療與康復人體功效性和相互制約性，從而建立合理的運動技術以防止運動系統發生損傷。另一方面可以揭示不同運動動作對人體局部載荷的影響，找出運動系統發生損傷的力學原因和生物學原因，從而採取合理的技術動作和預防措施，以避免運動損傷或選擇合理的生物力學康復手段。
（六）為運動員選材提供生物力學參數
研究各項運動技術的生物力學特徵，構建完成動作所必須滿足的人體形態和功能素質的要求。以人體環節慣性參數對運動功能的影響為例，跳躍運動員要求下肢相對較長，然而，在下肢長度相等的情況下，則應考慮其大、小腿長度之比，顯然，大腿較短、小腿較長更適合運動。
臨床與康復領域
（一）人體力學在臨床治療中的應用
肌骨系統是維持人體宏觀結構的重要器官，肌骨系統生物力學即研究肌骨系統在生理病理條件下運動產生的力、力矩以及相應的變形之間的關系。人體力學研究可以更加清楚地了解人體肌骨系統的生理載荷模式，幫助我們分析非正常運動模式和病理狀態下的力學異常，從而指導治療方案制定和肌骨骨科植入器械的設計。
心血管領域，各類心血管疾病的預防與治療成為全球關注的熱點問題。常見的心血管疾病如：動脈粥樣硬化、動脈瘤、急性血栓等均與人體血液循環系統內的流體力學現象有著密切的關系。生物力學，特別是藉助現代計算機模擬技術和體外細胞力學載入技術開展的研究為心血管疾病的發病機理研究、個性化治療方案制定和具有血流動力學優化特性的血管植/介入物設計提供了理論依據和技術手段。
（二）人體力學在康復工程中的應用
用工程的方法和手段使傷殘者康復，促使其功能恢復，重建或代償，是康復工程在康復醫學中的主要任務。其中，人體力學發揮著非常重要的角色。主要表現在兩個方面：
其一，身體障礙生物力學特徵的測量與分析是康復輔具設計的重要依據。為了使康復輔具達到設計目標，首先需要對障礙的特徵進行有效的測量和評價，而生物力學特徵是生理系統的重要指標之一，因此也是進行康復附件設計的重要依據。
其二，人體與輔具的生物力學交互作用是康復輔具優化設計的重要因素。為了對殘障人的身體障礙進行補償、替代或者修復，康復輔具必須和人體發生交互、生物力學因素在這種交互過程中有著重要的影響。
航空航天等特殊領域
在航空航天等特殊領域，人類面臨長期或短時間的失重或超重環境。這種特殊環境下人體力學主要研究生物體在航空航天動力環境中生理機能變化規律及其防護措施。它既屬於特殊環境生理學范疇，又屬於生物力學范疇。
（一）正加速度對人體的影響：
當殲擊機做盤旋、跟斗、半跟斗翻轉、俯沖改出等曲線飛行時，飛行員頭朝向圓心，受到由足指向頭的向心加速度作用，而慣性離心力則以相反方向作用於人體。飛行員受到持續性正加速度（+Gz）的作用。主要影響如下：
循環系統：血壓變化，心水平以上部位血壓降低，心水平以下部位血壓升高，血液分布改變等。
呼吸系統：胸廓與橫膈重量增加，呼吸肌負荷增大，吸氣費力，吸氣時間延長，以至出現呼吸暫停。肺換氣效能低，動脈血氧飽和度降低等。
視覺功能：眼水平動脈壓降低，出現視力模糊、視野縮小、中心視力喪失等。
腦功能：腦部血液循環障礙引起一時模糊甚至喪失。
（二）失重對人體的影響
失重是航天中遇到的一種特殊環境因素，對人體肌骨系統、心血管系統、免疫系統等均會產生顯著影響。
在長期和重復航天飛行時，骨和鈣代謝的進行性和積累性變化將導致骨密度下降和骨礦鹽含量的再分布。失重引起的骨質降低及鈣、磷代謝負平衡在返回後較難恢復，且可能出現骨折等損傷，影響航天員的健康。
重力負荷的消失將導致人體骨骼肌尤其是抗重力肌的明顯萎縮，並伴有肌纖維類型、代謝方式以及肌肉收縮功能的改變等。失重性肌萎縮的發生不僅影響航天員的在軌飛行時間和工作效率，也嚴重影響了航天員返回地面後的再適應能力。
失重對人體心血管系統具有廣泛的影響，主要表現為航天後立位耐力不良。血液總量減少雖是引起飛行後心血管失調變化的主要原因和必要條件，但非唯一原因，有時甚至並非必要條件。動脈系統功能的變化在航天所致航天員立位耐力不良的發生中可能起到重要作用。

2. 運動生物力學在競技體育中的任務和作用

運動生物力學是一門新興的邊緣性學科，其發展歷史並不長。運動生物力學作為學科的統一名稱是1973年8月在美國召開的第四屆國際生物力學會議上決定採用的。該學科涉及力學、解剖學、生理學、體育學、工程學等多個學科，理論體系還不完善、實驗方法也不成熟，該學科目前還只是處於一個框架需要完善、內涵需要豐富、外延需要擴展的發展時期。
力學是較早發展起來的學科之一，研究領域從尺度上來講范圍很廣，大到宏觀上的天體，小到微觀粒子都是力學的研究范疇；生物力學是力學與生物學交叉、滲透、融合而形成的一門邊緣性學科，研究內容涉及生物體與力學有關的所有問題；運動生物力學是生物力學的一個分支，主要研究人體運動的規律性。盡管運動生物力學作為一門學科的形成時間並不長，但是人類注意、觀察、分析、研究運動的歷史卻非常悠久。早在15世紀末義大利著名畫家列奧納多·達·芬奇(Leonardo Da Vinci》就提出了人體的運動必須服從於力學定律的觀點。他認為：力學之所以比其他學科更為重要和實用，那是因為所有一切能夠運動的生物體都遵循力學的定律而運動。但事實並非如此簡單。隨著人們對人類活動特別是競技體育運動的廣泛關注和深人研究，人們逐漸發現人體在運動過程中存在著一些與力學定律看起來不太相符的現象。譬如，人在跳遠時為什麼不能採用45°的騰起角?在跑步時後蹬腿的膝關節為什麼不應伸直?這些現象看起來與力學定律相悖，是不是力學定律出現了盲區、錯誤?答案是否定的。原因是人體運動不僅要遵守力學定律，還要受生物特點的制約，對人體運動這種有意識參與的復雜、高級的運動形式，不能僅從一般力學出發來考慮，還應考慮人體的生理特點。因此，要想探索人體運動的真正規律並非易事，需要付出艱巨的努力。
運動生物力學是一門實踐性很強的學科，它的研究領域非常廣泛，既有對人體自身器官，如對人體骨骼、肌肉生物力學特性的研究，也有對人體整體運動，如對各種項目動作技術的診斷；既有對人體模型的力學分析，又有對人體運動的實驗測試。近些年來，隨著現代科學技術的日新月異，尤其是電子學、機械學、材料學、光學、激光技術、感測器技術、計算機技術等相關學科的飛速發展以及社會需求的不斷增長，運動生物力學的研究領域也在不斷拓展，如對人與體育儀器器材關系的研究正朝著又一個新興的邊緣學科——體育工程學發展。人們不僅關注競技體育，也開始重視全民健身，這為運動生物力學的發展提供了一個良好的機緣。在本書中，作者力求瞄準學科前沿、把握學術動態，注重實踐性、系統性，從應用的角度審視現代運動生物力學的理論與方法。