描述人体的生物力学参数有哪些

‘壹’ 人体力学的主要研究领域

竞技体育领域
（一）研究动作结构与运动功能间的关系
结构决定功能是力学的基本观点。在人体运动中，研究人体整体与局部的动作结构、肌肉配布及活动形式、各个器官系统间的协调与发展，是研究运动功能的生物力学基础，也是运动生物力学理论与实践研究的基本任务。
（二）研究人体运动技术的力学规律
研究人体运动技术动作的生物力学结构和功能，研究体育教学中人体各项动作技术的生物力学原理，揭示动作结构的力学合理性和运动技术的力学规律性，更好地指导体育教学与运动训练。
（三）研究运动技术的最佳化
通过对运动员运动技术动作的生物力学诊断，提出合理的、符合生物力学原理的技术动作结构，建立最佳的技术动作方案，并寻求改进技术动作的训练方案，以提高运动训练的科学化水平。
（四）研究、设计和改进运动器械
体育运动中，无论人体运动还是器械运动，都是人体与外界或运动器械相互作用的结果。因此，研究、设计和改进运动器械，使之符合生物力学原理，可为运动成绩的不断提高创造条件。此外，健身器械和体育用品的研制为运动生物力学的应用研究提供了丰富的研究课题。
（五）研究运动损伤的原因和预防措施
通过对人体运动系统的生物力学研究和对运动技术的生物力学分析，一方面可以揭示运动系统的形态结构和运动功能的统一临床治疗与康复人体功效性和相互制约性，从而建立合理的运动技术以防止运动系统发生损伤。另一方面可以揭示不同运动动作对人体局部载荷的影响，找出运动系统发生损伤的力学原因和生物学原因，从而采取合理的技术动作和预防措施，以避免运动损伤或选择合理的生物力学康复手段。
（六）为运动员选材提供生物力学参数
研究各项运动技术的生物力学特征，构建完成动作所必须满足的人体形态和功能素质的要求。以人体环节惯性参数对运动功能的影响为例，跳跃运动员要求下肢相对较长，然而，在下肢长度相等的情况下，则应考虑其大、小腿长度之比，显然，大腿较短、小腿较长更适合运动。
临床与康复领域
（一）人体力学在临床治疗中的应用
肌骨系统是维持人体宏观结构的重要器官，肌骨系统生物力学即研究肌骨系统在生理病理条件下运动产生的力、力矩以及相应的变形之间的关系。人体力学研究可以更加清楚地了解人体肌骨系统的生理载荷模式，帮助我们分析非正常运动模式和病理状态下的力学异常，从而指导治疗方案制定和肌骨骨科植入器械的设计。
心血管领域，各类心血管疾病的预防与治疗成为全球关注的热点问题。常见的心血管疾病如：动脉粥样硬化、动脉瘤、急性血栓等均与人体血液循环系统内的流体力学现象有着密切的关系。生物力学，特别是借助现代计算机仿真技术和体外细胞力学加载技术开展的研究为心血管疾病的发病机理研究、个性化治疗方案制定和具有血流动力学优化特性的血管植/介入物设计提供了理论依据和技术手段。
（二）人体力学在康复工程中的应用
用工程的方法和手段使伤残者康复，促使其功能恢复，重建或代偿，是康复工程在康复医学中的主要任务。其中，人体力学发挥着非常重要的角色。主要表现在两个方面：
其一，身体障碍生物力学特征的测量与分析是康复辅具设计的重要依据。为了使康复辅具达到设计目标，首先需要对障碍的特征进行有效的测量和评价，而生物力学特征是生理系统的重要指标之一，因此也是进行康复附件设计的重要依据。
其二，人体与辅具的生物力学交互作用是康复辅具优化设计的重要因素。为了对残障人的身体障碍进行补偿、替代或者修复，康复辅具必须和人体发生交互、生物力学因素在这种交互过程中有着重要的影响。
航空航天等特殊领域
在航空航天等特殊领域，人类面临长期或短时间的失重或超重环境。这种特殊环境下人体力学主要研究生物体在航空航天动力环境中生理机能变化规律及其防护措施。它既属于特殊环境生理学范畴，又属于生物力学范畴。
（一）正加速度对人体的影响：
当歼击机做盘旋、跟斗、半跟斗翻转、俯冲改出等曲线飞行时，飞行员头朝向圆心，受到由足指向头的向心加速度作用，而惯性离心力则以相反方向作用于人体。飞行员受到持续性正加速度（+Gz）的作用。主要影响如下：
循环系统：血压变化，心水平以上部位血压降低，心水平以下部位血压升高，血液分布改变等。
呼吸系统：胸廓与横膈重量增加，呼吸肌负荷增大，吸气费力，吸气时间延长，以至出现呼吸暂停。肺换气效能低，动脉血氧饱和度降低等。
视觉功能：眼水平动脉压降低，出现视力模糊、视野缩小、中心视力丧失等。
脑功能：脑部血液循环障碍引起一时模糊甚至丧失。
（二）失重对人体的影响
失重是航天中遇到的一种特殊环境因素，对人体肌骨系统、心血管系统、免疫系统等均会产生显着影响。
在长期和重复航天飞行时，骨和钙代谢的进行性和积累性变化将导致骨密度下降和骨矿盐含量的再分布。失重引起的骨质降低及钙、磷代谢负平衡在返回后较难恢复，且可能出现骨折等损伤，影响航天员的健康。
重力负荷的消失将导致人体骨骼肌尤其是抗重力肌的明显萎缩，并伴有肌纤维类型、代谢方式以及肌肉收缩功能的改变等。失重性肌萎缩的发生不仅影响航天员的在轨飞行时间和工作效率，也严重影响了航天员返回地面后的再适应能力。
失重对人体心血管系统具有广泛的影响，主要表现为航天后立位耐力不良。血液总量减少虽是引起飞行后心血管失调变化的主要原因和必要条件，但非唯一原因，有时甚至并非必要条件。动脉系统功能的变化在航天所致航天员立位耐力不良的发生中可能起到重要作用。

‘贰’ 影响人体生物力学的因素有

影响人体生物力学的因素有以下

1.神经控制

神经控制已证实肌影响肌肉最大力量的输出，多少运动单位参与肌肉收缩（募集），以及运动单位的激活速率。

一般来说，以下三种情况会产生较大的肌肉力量：a.一次收缩中包含较多的运动单位；b.刺激较大的运动单位；c.较快的刺激频率。 大部分于阻力训练前几周肌力的提升，属于神经肌肉适应，大脑学习如果收缩肌肉组织产生更多的力量。

2.肌肉横截面积

当所有条件相等时。肌肉可施加的力量与横截面积有关，并非肌肉力量。

3.肌纤维的排列方式

研究发现，肌肉最大收缩可使每平方公分肌肉截断面积产生23-145磅的力量。这个产生力量范围，部分可以以肌肉纤维的排列方式说明之。羽状肌肉是指肌纤维与肌腱倾斜排列，产生羽毛状的排列。羽状角度被定义为肌纤维与肌肉起点至终点直线的角度；0度对应于非羽状。

4.肌肉长度

当肌肉处于休息长度时，肌动蛋白何肌凝蛋白纤维将会出现最大潜在横桥空间。因此，在休息长度时肌肉能产生最大力量。当肌肉收缩超过休息长度时，肌动蛋白与肌凝蛋白互相重叠的比例减少。因为横桥潜在空间较少，肌肉无法产生与休息长度时相同的力量。当肌肉收缩短于休息长度时，肌动蛋白重叠及横桥空间减少，因此产生力量的能力降低。

5.关节角度

因为所有的身体动作，即使是直线运动，皆以关节旋转的方式发生，所以肌肉的力量产生是以力矩表示（注意，高力矩是表示更多的力量施加于肢段或身体的关节部位）；因此，我们会说力矩与关节角度，并非力量与关节角度。

整体关节活动范围，特定身体关节可施加的力矩亦有所不同，主要原因是力量与肌肉长度的关系，以及肌肉.肌腱与内部结构的动态几何形状所带来的杠杆作用。

6.肌肉收缩速度

A.V.Hill针对动物肌肉的经典实验表示，增加肌肉收缩的速度，会降低肌肉力量的产生。这种关系是非线性的；在较低的动作速度范围中，力量下降的速度是最快的。人体动作技术可以来描述此类关系。例如：垂直跳起始，手臂向上摆动，使肩部施予向下的力量予身体，减缓身体向上，并迫使伸髋及伸膝的收缩变慢，使得长时间产生更大的力量。

7.关节角速度

肌肉作用而产生力量使肌肉终端相互垃圾，假如因为外力的关系而没有发生此状况，则肌肉作用有三种基本类型。肌肉作用一词比肌肉收缩更为合适，因为后者是指（缩短），并不能准确的描述肌肉三种作用中的两种方法。

肌肉向心作用：收缩的力量大于阻力，肌肉缩短。肌肉作用产生的力量及缩短大于外在伸展肌腱的力量。

离心肌肉动作：收缩力量小于阻力，肌肉缩短。肌肉作用产生的力量及缩短小于外在伸展肌腱的力量（这将增增加疼痛和受伤的风险）。发生于阻力运动向下的阶段。于标准阻力训练中，肌肉离心收缩维持向下重力加速度的负荷。因此，离心收缩时须将符合稳定的下降，而非快速的放下和冲击地板或运动员的身体。

肌肉等长作用：收缩的力量与阻力相等，肌肉长度不变。肌肉作用产生的力量及缩短相当于外在伸展肌腱的力量。仰卧起坐时躯干保持挺直，此时腹肌等长收缩以维持躯干打直，而髋部屈肌进行仰卧起坐动作。相对的，卷腹运动向上阶段和向下阶段，肌肉作用分别为向心收缩与离心收缩。

8.肌力与质量之比

在短跑或跳跃体育活动中，动作到身体部分质量被加速，所参与的肌肉力量比是重要的。因此，肌力与质量比，直接反应了运动员身体加速的能力。如果在训练后，运动员增加了15%的身体质量，但仅增加了10%的力量，因此肌力与质量比及运动员身体加速的能力则降低。短跑或跳跃选手，可以透过测量肌肉质量来确定最高肌力与质量比，以提升最佳表现。

9.身体的体积

长久以来观察，在所有条件相等的情况下，体型小的运动员比体型大的运动员更强壮。原因是，肌肉的最大收缩力量与横截面面积成比例。因此，随着体型的增加，身体质量比肌肉力量增加的更快。维持身体比列，体型小的运动员比体型大的运动员具有更高的肌力与质量比。