美国运动生物力学的研究现状，本文主要内容关键词为：美国论文,力学论文,现状论文,生物论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
前言
运动生物力学是一门新兴的学科。迄今为止，各种刊物已经发表了数以百计的有关该学科的研究文章。运动生物力学专家们在不断探讨新领域的同时，对该学科的一些旧的领域也开始在细节上进行更深入的研究，并且定期召开各种国际性和地区性的大会、专题讨论会。这标志着运动生物力学作为一个完整的科学体系已经逐步走向成熟。
然而，意义重大的运动生物力学专著目前几乎没有，回顾性文章很少，甚至对研究最充分的那些分支领域也没有进行过回顾性地综述，致使运动生物力学的发展受到很大制约。鉴于此，我们作为特邀编辑，针对美国运动生物力学的研究现状，开始了我们的工作。
1 研究方法
运动生物力学的研究方法大致可概括为如下五种：第一种方法是研究特定的运动项目（如田径）或其中的某一环节（如100m跑中的起跑、游泳中的转身）的生物力学。这种研究对于运动员，尤其是只对某一运动专项感兴趣的教练员非常有用。第二种方法是研究多个运动项目中共同包含的运动动作（如着地、起跑等动作）的生物力学。这种方法的最大好处是建立一种一般性的理论，而这种一般性的理论或者是建立在经典力学定律之上，或者是建立在共同的神经控制模式之上。第三种研究方法可被称为运动生物力学的评定方法。譬如从能耗观点去评价运动技术的优劣等。第四种方法是指对某一专项运动所涉及的生理学、运动学、动力学以及专项特点等有关方面进行综合考虑。第五种方法是讨论在运动中人体器官的生物力学。上述五种研究方法每一种都有它自身的优点和针对某一类读者，譬如，教练员主要是对某一专项运动的生物力学感兴趣，而矫形医生则是对有关的人体器官的生物力学感兴趣。
2 肌肉特性研究
对人体骨胳肌力的直接测量法，是肌肉生物力学研究中很重要的研究方向。从过去50年的研究可以看到，在单块肌肉的生物力学方面已经取得了巨大进展。例如：肌肉收缩的“肌丝滑动理论”、兴奋—收缩藕联、运动单位募集的数量原则等，而对几块肌肉的相互配合乃至整个骨胳肌的工作原理还不十分清楚。在此仅举一例：肌肉冗余。众所周知，在人体上肌肉的块数远远超过独立关节运动的数目（运动自由度），从数学角度来看，冗余意味着未知量（肌力）的数目超过方程的数目（对应的关节自由度），方程组不能解出。对于肌肉冗余，关键在于估计肌力。估计按两个步骤进行，并且建立在两组数学模型的基础上。
步骤1， 输入变量：人体环节的运动学量（尤其是加速度）和质量一惯性特征曲线。输出变量：关节力矩。
步骤2，输入变量：关节力矩和肌肉形态测量学数据（肌力臂、 截面积等）。输出变量：肌肉力量估计值。
用来获得肌力的数学模型，根据所得假设可分为三组：（1 ）各单块肌肉的活动是相关的，肌肉按群组合。在数学上，未知量的数目减少到方程的数目。（2）加上额外的约束。 即方程数目增加到与未知量的数目相同。（3）当调动肌肉参与运动时，开始使用最佳化程序。
总的来说，这个研究思路建立在很多的假设之上，这些假设不能通过实验确认有效，因此就要求直接记录肌力。目前尽管已经出现了用可嵌入式传感器直接测量肌力的方法，但该法有其很大的局限性。
3 能量消耗与转换
运动生物力学的一个很重要的研究领域，是研究从能量消耗、功、功率等指标去分析人体运动的效率。人体代谢能转换成机械能和热能，对这个问题已经研究了一个多世纪，尽管如此，对于人体的能量消耗与转换的研究至今还不能令人满意。
在运动中人体所消耗的能量，首先是用来使人体环节加速和减速，其次是克服外力的抵抗作用，诸如空气阻力、摩擦力等。这个次序并不是固定不变的，象滑水、自行车等运动项目，消耗的机械能大部分用于克服外力而不是用于改变人体环节的动能，可以比较简单地写出并检验其功率方程。而在那些能量主要用来使人体环节加速和减速、诸如走、跑等项目中，其功率方程的写出就比较困难。要研究清楚这些问题，首先要注意以下三点：
一是严格依据经典力学的定义，避免任何模糊的、笼统的关于“功率”和“功”的讨论。应当明确是“力的功”和“力的功率”，很多争论无实际意义，原因仅仅是因为研究者计算了不同力的功与功率。
二是考虑到尽管用一个相同的力系去替代另一个力系不改变运动，但可能会改变机械功和功率的值。
三是应严格依据力学模型来确定力的功和功率。而建立一个更为符合实际情况的精确模型目前仍是一个急待解决的课题。
4 创伤预防与恢复
运动创伤的预防与恢复，是运动生物力学研究的主要目标之一。想要用一个严格的科学方式来论述这个问题，几乎是不可能的。因为很难在运动员身上进行直接的实验，而间接的实验又有其很大的局限性。要做好运动创伤的预防与恢复，目前大多采用对尸体和动物进行实验，对有关材料进行实验，以期获得行之有效的研究结果。
例如：在体育运动中头部损伤是较多的，美国五年中有4800多例与自行车运动有关的死亡，竟有62%与头部损伤有关，而在骑自行车期间戴保护头盔可把大脑损伤的危险性减少88%，因此，要求运动员在骑自行车期间戴头盔是非常必要的，而进一步提高头盔的碰撞性能更应当引起高度重视。在拳击中，情况就更为复杂。严重的和累加的头部损伤往往造成拳击运动员致命的创伤。遗憾的是，损伤模型仍然有待于继续完善拳击手套的厚度、头盔的硬度等一系列问题还没有完全解决。目前，拳击的生物力学对专家们仍然是一个难题。
在过去的十年中，专家们已经详细地研究过用于恢复的各种不同类型的设备和练习技巧，而有关这方面的文献综述却尚未出现。直到现在，运动生物力学知识在促进受伤后有效恢复方面仍未得到充分应用。
据估计，要成为一个优秀的世界级体操运动员，男子应掌握1200个技术动作，女子应掌握大约800个技术动作，也就是说， 体操的生物力学是要研究1000多个具体技术动作的生物力学；有关走和跑（人类研究最好的运动项目）的生物力学研究文章的数目目前已远远超过1000篇。
李世明、林大荣、孙高峰、 刘金玲译自（美）《体育科学评论》1994年.3（2）:1-7