人体运动学总论.ppt

,第一章 人体运动学总论,第一节 运动学概念第二节 人体运动的形式和原理第三节 人体运动的动力学第四节 人体运动的静力学第五节 人体转动力学,第一节 运动学概念,学习目标,1.掌握人体运动学、功能解剖学、生物力学、运动生物力学，质点、刚体，轨迹、位移、路程的定义；直线运动和曲线运动，人体运动的速度和加速度，平动、转动和复合运动等基本概念。熟悉时程、速率、角加速度、角位移等概念。了解速度与速率的区别，运动的量的特点。2.掌握运动的相对性的原理，人体运动的三个面和三个轴，和康复医学中人体运动的始发姿势。熟悉两种参考系的定义，自由度的概念。3.了解人体运动学发展简史。4.熟悉人体运动学的内容、方法、与康复治疗学的关系和意义。,运动学（kinesiology）是理论力学的一个分支学科，它是运用几何学的方法来研究物体的运动，主要研究质点和刚体的运动规律。运动学为动力学、机械原理(机械学)提供理论基础，也包含有自然科学和工程技术等多个学科所必需的基本知识，包括物体的运动在空间和时间等方面的差异。,人体运动学概念,是研究人体活动科学的领域。是通过位置、速度、加速度等物理量描述和研究人体和器械的位置随时间变化的规律或在运动过程中所经过的轨迹，而不考虑人体和器械运动状态改变的原因。本书所讲的人体运动学，主要指人体的功能解剖学、生物力学和部分运动生物力学的内容。,研究运动器官的结构是如何适应其生理功能的学科，为功能解剖学。研究生物体机械运动的规律，以及力与生物体的运动、生理、病理之间关系的学科为生物力学。研究运动中人体和器械运动力学规律的学科，为运动生物力学。,在研究人体运动时，是以牛顿力学理论为基础的。在运动生物力学中，把人体简化为质点、质点系、刚体和多刚体系等力学模型，而使研究的问题大大简化。但是人体是生命体，因此在研究人体运动学时，还要尽可能地考虑人的生命特征，才能正确地研究人体的运动。,运动学基本概念,只有大小没有方向的物理量叫标量。如温度、时间。其运算是简单的代数运算。既有大小又有方向的物理量叫矢量。力、位移、速度等力学中的大多数物理量都是矢量。其计算有自己的规律。矢量的合成遵循平行四边形法则。矢量的乘积有点积和差积：点积的结果是标量，数值大小等于两个矢量大小的积乘以它们夹角的余弦值，即AB=ABCos。差积的结果是矢量，大小等于两个矢量大小的积乘以它们夹角的正弦值：ABSin，方向由右手法则判断。所以矢量的差积又叫矢量的矢积。,运动的独立性,若运动同时参与几个分运动，则每个分运动不受其他分运动的影响。物体的运动是由各个彼此独立的分运动叠加而成。人体运动的合成和分解，其理论基础就是运动的独立性原理。人体运动学中量的特性：瞬时性，矢量性、相对性和独立性。,描述人体运动时间的物理量,时刻是人体位置的时间量度，用于运动的开始、结束和运动过程中许多重要位相的瞬间。时间是人体运动持续时间的量度，是指人体运动从某时刻到另一时刻所经过的时间间隔。描述人体的运动在时间方面的概念主要包括运动的次序、持续时间、速度和加速度。,描述人体运动空间的物理量,1.质点 是指具有质量、但可以忽略其大小、形状和内部结构而视为几何点的物体，是由实际物体抽象出来的力学简化模型。质点的运动包括直线运动和曲线运动。直线运动又分为匀速直线运动和变速直线运动，后者在运动中比较多见。曲线的运动方向始终在变化，具有矢量性。曲线运动又常分为圆周运动和斜抛物体运动：斜抛物体作为质点，在运动中形成的轨迹是一条抛物线。,2.刚体,是由相互间距离始终保持不变的许多质点组成的连续体，它有一定形状、占据空间一定位置，是由实际物体抽象出来的力学简化模型。在运动生物力学中，把人体看作是一个多刚体系统。,人体的运动形式,（1）平动：指运动过程中，身体上的任意两点的连线始终保持等长和平行。其运动轨迹是直线或曲线，人体平动时，身体上各点的位移、速度和加速度都一致，可简化成质点处理。,（2）转动：指运动过程中，身体上的各点都围绕同一直线（即轴）作圆周运动，称转动。转动时人体各点距离轴的距离不同，所以其线速度也不同，只能简化成刚体来处理。,（3）复合运动：人体的绝大部分运动包括平动和转动，两者结合的运动称为复合运动。如骑自行车时，躯干可近似地看作平动，下肢各关节围绕关节轴进行多级转动。研究中通常把复合运动分解为平动和转动，使问题大大简化。人体的机械运动都是在一定的空间和时间中进行的。,人体平动的空间物理量,轨迹：质点运动的路径。当把人体转化成质点来描述其运动时，把代表人体或器械的质点在一定时间内用坐标值确定的位置点连接起来，就是人体或器械某质点的运动轨迹。路程：是指物体从一个位置移动到另一个位置时的实际运动路线的长度，也是质点运动轨迹的全长。路程是标量，只有数值的大小，没有方向。,位移：大小等于质点运动的起点到终点的直线距离，方向由起点指向终点。位移是矢量，同时表明运动的长度和运动的方向。位移一般小于路程。人体的机械运动表现为人体某一部分相对身体另一部分的空间、时间位移；人体整体相对外界环境的空间、时间位移；由人体局部位移而造成器械的空间位移。,人体平动的时空物理量,速率指路程与通过这段路程所经历的时间之比。速度指位移与通过这段位移所经历的时间之比，是矢量。瞬时速度指物体在某一时刻或通过运动轨迹上某一点的速度。加速度是描述速度的时间变化率的物理量。它是一个矢量，有大小和方向。可以为正值、负值和0。加速度也有平均加速度和瞬时加速度。位移、速度和加速度都可以合成和分解，遵循平行四边形法则。,人体转动的空间物理量,角位移：人体整体或环节围绕某个轴转动时转过的角度叫角位移。它是矢量，大小为转过角度的大小，方向由物理学中的“右手法则”判定。通常规定逆时针转动的角位移为正，顺时针转动的角位移为负值。角位移的单位以弧度表示。,人体转动的时空物理量,角速度、线速度和角加速度等内容如后述。,二、人体运动的相对性、坐标系和始发姿势,宇宙万物处于永恒的运动状态，从哲学的观点看，运动是绝对的。机械运动是物体间相对位置的变化，要描述某物体的运动情况，一般需要选定一个或多个物体作参考，观察要描述的物体与这些参考物体相对位置的变化情况。如果相对位置变化了，称物体是运动的，如果没有变化，称物体是静止的。可见，判断一个物体是运动还是静止是相对而言的。从这个角度观察运动，运动又是相对的。物体的运动取决于参考物体选取的性质叫运动的相对性。,运动的参考系的分类,描述物体运动时选择作为参考的物体或物体群叫参考系（或参照系）。在描述人体某环节运动时，多选用人体总重心或邻近环节作为参考系。根据选定的参考系，可以定性地描述物体的运动情况。分为两种：惯性参考系：把相对于地球静止的物体或相对于地球作匀速直线运动的物体作为参考系叫惯性参考系。非惯性参考系：把相对于地球作变速运动的物体作为参考标准的参考系叫非惯性参考系。在描述人体运动的局部肢体的运动状态时，多需要这种参考系。,人体的面与轴,人体的运动有三个面:水平面：与地面平行的面，把人体分为上下两部分；额状面：与身体前或后面平行的面，把人体分成前后两部分；矢状面：与身体侧面平行的面，把人体分为左右两部分。人体的运动有三个轴：横轴（与地面平行且与额状面平行的轴）纵轴（额状面与矢状面相交叉形成的、上下贯穿人体正中的轴）矢状轴（与地平面平行且又与矢状面平行的轴，在水平方向上前后贯穿人体）,在康复医学中，为人体运动的始发姿势，即：身体直立，面向前，双目平视，双足并立，足尖向前，双上肢下垂于体侧，掌心贴于体侧。其中手的姿势（又名中立位）是手的掌心贴于躯干两侧，是唯一有别于解剖学中的人体基本姿势的，应提起注意。,人体运动的始发姿势,自由度,关节面的形态及结构决定了关节可能活动的轴，自由度与关节活动轴有关，关节轴有几个活动方向，就有几个自由度。例如，髋关节可作屈伸、内收外展、内旋外旋三个轴的运动，有三个自由度。凡具备两个以上自由度的关节均可产生环绕动作。肢体一般环绕关节轴来进行旋转活动。关节轴（即活动轴）可反映肢体活动范围和运动方式。,三、发展简史,古代人通过对地面物体和天体运动的观察，逐渐形成了物体在空间中位置的变化和时间的概念。中国战国时期在墨经中已有关于运动和时间先后的描述。公元前，称为“人体运动学之父”的亚里士多德首次对肌的作用进行了描述，并且分析了步行的复杂过程，以及重心的作用、运动定律和杠杆原理，为运动学的发展奠定了基础。随后，阿基米德和盖伦在有关重力、杠杆原理及肌收缩领域取得了进一步的成就。,达芬奇对与动作有关的人体结构，重心与平衡的关系及阻力中心进行了研究，阐述了身体在站立、上下坡、从坐位起立、以及跳跃时的力学原理。是第一个记载人体步态的科学数据的人。伽利略建立了加速度的概念，运动/速度合成的平行四边形法则，为质点的运动学奠定了基础。惠更斯在对摆的运动和牛顿在对天体运动的研究中，各自独立地提出了离心力的概念，从而发现了向心加速度与速度的二次方成正比、同半径成反比的规律。,18世纪后期，欧拉研究了刚体的定轴转动和定点运动问题，提出欧拉角概念，建立了欧拉运动学方程和刚体有限转动位移定理，及刚体瞬时转动轴和瞬时角速度矢量的概念，揭示了刚体运动形式的特征，称为刚体运动学的奠基人。拉格朗日和汉密尔顿分别引入了广义坐标、广义速度和广义动量等概念，为在多维空间中用几何方法描述多自由度质点系统的运动开辟了新途径，促进了分析动力学的发展。,19世纪末以来，为了适应不同生产需要、各种机器广泛使用，机构学应运而生。机构学的任务是分析机构的运动规律，根据需要实现的运动设计新的机构和进行机构的综合。现代仪器和自动化技术的发展又促进机构学的进一步发展，提出了各种平面和空间机构运动分析和综合的问题。作为机构学的理论基础，运动学已逐渐脱离动力学而成为经典力学中一个独立的分支。,20世纪，运动学在医学领域得到了广泛的发展，关节力学、人体运动学、运动生理学等医学相关内容都融入了运动学范畴。人们依据人体的功能解剖、运动的变化规律，把生物力学原理运用到康复治疗中，形成了一整套的康复运动学治疗理论。并进一步研究出卓有成效的运动治疗方法。生物医学工程技术人员还根据人体的关节力学原理，为截肢和功能障碍的患者制作了合适的支具，大大提高了患者的生存质量。,（一）内容人体运动学，主要指人体的功能解剖学、生物力学和部分运动生物力学的内容。功能解剖学，主要研究运动器官的结构是如何适应其生理功能的学科。生物力学，主要采用力学原理分析骨骼、肌、关节运动中的力学现象，分析人体在静态和动态时，力在各部位所起的作用。运动生物力学，主要运用力学和生物学的基本理论和方法，研究运动着人体的生物和力学的规律，为进行运动治疗建立合理的训练方法和恰当的手法等提供依据。,四、内容、方法和意义,（二）方法,运动学的研究方法有多种，主要包括描述性方法和规定性方法。描述性方法主要是依据人体运动时测量出的数据，应用运动方程、图像法和表格法来描述人体运动当时的状态。规定性方法则是对测量出的数据进行分析和归纳。,运动生物力学的研究方法包括实验方法和理论分析方法。前者主要是运用CT测试结合计算机图像处理分析系统测定人体惯量参数、采用三维测力平台及计算机数据处理系统、等速测力器和肌电图仪测定人体的力参数、以及采用高速摄像图像分析系统测量人体的运动学参数，求得描述研究对象的某项运动特征的各项指标，以便提供进行该运动的必要条件。后者则是采用人体系统仿真方法/多刚体系统动力学理论建立抽象的力学模型，将运动主体和运动过程进行数学语言的描述，应用数学、力学理论和计算推导出各种人体运动的普遍规律和内在机理。,（三）人体运动学与康复治疗学的关系,康复治疗学的对象是损伤和疾病所导致的功能障碍，尤其是运动功能及与之相关的功能损害，康复治疗的目的是使患者的功能达到最大限度的恢复，能够生活自理，重返社会。康复治疗中运用药物和手术比较少，而以物理治疗、作业治疗、言语治疗、假肢矫形器装配、心理治疗等作为主要治疗手段，其中，运动治疗作为物理治疗的中心，是最为主要的治疗手段之一。,运动治疗（kinesiotherapy）,是使用器械、徒手手法或患者自身的力量，通过某些方式的运动，使患者获得全身或局部的运动、感觉功能恢复的训练方法。为了保持正常的人体运动功能，需要骨骼肌肉系统、心肺血管系统和神经系统的共同协作。骨骼与肌等是运动的基础；心肺血管系统提供运动能量，决定运动功能的容量；神经系统是运动的控制系统。当三大系统发生疾病而影响其正常功能时，人体的运动功能等就会发生障碍，需要制订科学的康复治疗方案进行康复。在这类方案中，往往是通过各类运动/活动的训练来增强上述系统的功能，恢复其运动功能和个体活动能力，以便重返社会。,人体运动学是康复治疗学专业的基础课程。学习人体运动学，通过对人体结构和机能的力学研究和运动动作的生物力学分析，掌握熟悉运动器官的结构与功能相一致的关系，可以帮助我们更深入地理解运动障碍的实质、掌握各项运动治疗的适应证/禁忌证、技巧和手法，制定运动治疗方案、选择恰当的训练手段，准确地实施运动治疗，省力又安全高效地进行训练。,通过研究不同的运动对于人体的某一局部施加的力量负荷的特点，可以采取预防措施防止治疗时给病人造成误用性综合征的可能，防止治疗师本人治疗时用力过度/不当导致自身外伤的发生，也有益于外伤后康复训练的适宜方法、强度、持续时间和间隔时间的选择。可见人体运动学是康复治疗学必不可少的重要基础课程。,人体运动学是一门基础科学，又是一门技术科学，是多种科学与工程学的基础。运动学知识是骨关节疾病的正确诊断与治疗的基础，也是恢复患者运动功能的假肢、支具等的力学性质设计和正确使用的重要基础，对于康复治疗师为患者选择恰当的轮椅和支具，并训练他们学会熟练地使用，也是十分必要的。因此，掌握好人体运动学的知识，对于康复治疗学专业的学生，至关重要。,第二节 人体运动的形式和原理,学习目标,1.掌握关节运动的形式和各个关节的主要运动方向；掌握杠杆原理和关节活动顺序性原理，熟悉相关概念。2.熟悉人体运动的基本形式，推、拉、鞭打、蹬伸、缓冲的定义，掌握摆动、躯干扭转和相向运动的概念（能够举例说明）。3.了解人体简化后的主要运动形式。,一、人体运动的形式,（一）人体简化以后的运动形式人体运动的形式多种多样。如上所述，把人体简化成质点，按照质点的运动轨迹可分为直线运动和曲线运动。把人体简化成刚体，运动形式包括平动、转动和复合运动。,（二）人体关节的运动形式,屈曲(flexion),伸展(extension):主要是以横轴为中心,在矢状面上的运动。内收(adduction),外展(abduction):主要是以矢状轴为中心,在前额面上的运动。内旋(internal rotation),外旋(external rotation):主要是以纵轴为中心,在水平面上的运动。前臂和小腿有旋前和旋后运动。足踝部还有内翻(inversion)和外翻(eversion)运动。,（三）人体的基本运动形式,运动生物力学将人体看作是由上肢、头、躯干和下肢组成的多环节链状形式，它的基本运动形式如下：1.上肢的基本运动形式 由上肢各关节共同完成。（1）推：在克服阻力时，上肢由屈曲态变为伸展态的动作过程。如胸前传球。（2）拉：在克服阻力时，上肢由伸展态变为屈曲态的动作过程。如游泳。在运动中，上肢往往是推、拉动作相结合的运动形式，如划船；有时在伸直时做推拉。（3）鞭打：在克服阻力或自体位移时，上肢各环节依次加速、制动，使末端环节产生极大速度的动作形式，叫鞭打动作。如投掷。,2.下肢的基本运动形式,（1）缓冲：在克服阻力时，下肢由伸展态转为较为屈曲态的动作过程。如跳远前起跳时摆动腿的动作。（2）蹬伸：在克服阻力时，下肢由屈曲态主动转为伸展态的动作过程。如跳远前起跳时起跳腿的动作。（3）鞭打：在完成自由泳的两腿打水动作时，下肢各环节有类似上肢的鞭打动作。,3.全身基本运动形式,（1）摆动：身体某一部分完成主要动作（如一条腿的起跳）时,另一部分配合主要动作进行加速摆动（如双臂和另一条腿配合起跳的摆动）动作形式,称摆动。（2）躯干扭转：在身体各部位完成动作时,躯体上下肢沿身体纵轴的反向转动的运动形式。（3）相向运动：依据运动形式,把身体两部分相互接近或远离的运动形式称相向运动。,（2）躯干扭转,二、人体基本动作原理（一）杠杆原理,运用杠杆原理对运动进行分析，是运动力学研究的重要途径之一。1.概念 1）支点（F）是指杠杆绕着转动的轴心点，在肢体杠杆上，支点是关节的运动中心。2）力点（E）动力作用点称为力点，在骨杠杆上力点是肌肉的附着点。3）阻力点（W）阻力杠杆上的作用点称为阻力点，是指运动阶段的重力、运动器械的重力、摩擦力或弹力以及拮抗肌的张力，韧带、筋膜抵抗牵张力的力等所造成的阻力。它们在一个杠杆系统中的阻力作用点只有一个，即全部阻力的合力作用点为唯一的阻力点。,4）力臂 从支点到动力作用线的垂直距离。5）阻力臂 从支点到阻力作用线的垂直距离。6）力矩（M）是力对物体转动作用的量度。人体的各种运动多是肌肉的拉力矩作用于相应环节，使之围绕关节轴转动而实现的。肌力的测定和训练一般是就肌力矩而言。7）阻力矩 阻力和阻力臂的乘积为阻力矩。力矩和阻力矩的作用方向一律用“顺时针方向”和“逆时针方向”来表示。习惯上把顺时针方向的力矩规定为正力矩，逆时针方向的力矩规定为负力矩。规定正、负之后，几个力矩的合成就可用其代数和来计算。,2.杠杆的分类,（1）第1类杠杆 其支点位于力点和阻力点中间，主要作用是传递动力和保持平衡，它既产生力又产生速度。在人体中这类杠杆较少。（2）第2类杠杆 其阻力点在力点和支点的中间，。其力臂始终大于阻力臂，可用较小的力来克服较大的阻力，故称省力杠杆。（3）第3类杠杆 其力点在阻力点和支点的中间，如使用镊子。此类杠杆在人体上最为普遍。此类杠杆因为力臂始终小于阻力臂，动力必须大于阻力才能引起运动，但可使阻力点获得较大的运动速度和幅度，故称速度杠杆。,3.杠杆的原理在康复医学中的应用,（1）省力 要用较小的力去克服较大阻力，就要使力臂增长或缩短阻力臂。在人体杠杆中肌拉力的力臂一般都短，可以通过籽骨、肌在骨上附着点的隆起等来延长力臂。提重物时，使重物靠近身体可以缩短阻力臂而省力，举重的技术关键就是让杠铃尽可能贴近身体。（2）获得速度 许多动作不要求省力，而要求获得较大的运动速度和运动幅度，如投掷、踢球等。为使阻力点移动的幅度和速度增大，就要增加阻力臂和缩短力臂。人体杠杆中大多数虽是速度杠杆，但在运动中为了获得更大速度，还经常使几个关节组成一个长的阻力臂，如掷铁饼就先要伸展手臂。有时要附加延长的阻力臂，如利用击球棒和球拍的杆来延长阻力臂。,（3）防止损伤 从杠杆原理可知速度杠杆一般不能省力，而人体骨骼与肌组成的杠杆大多属于速度杠杆，所以阻力过大的时候，容易引起运动杠杆各环节，特别是其力点和支点，即肌腱、肌止点以及关节的损伤。除通过训练增强肌力以外，还应适当控制阻力及阻力矩，以保护肌杠杆。,（二）关节活动顺序性原理,运动中需要克服大的阻力/需要快的速度时，虽然运动链中各个关节同时用力，但总是大关节最先产生运动，然后依据关节的大小出现一定的先后顺序。其意义在于主动强化训练大关节，发挥其潜力，利于训练的完成。小关节是人体动作的支撑点，对动作完成后身体的平衡保持有重要作用，还可影响动作时间，提高速度。不需要克服大的阻力/需要快的速度的运动，可以不采用以上所述的顺序。,第三节 人体运动的动力学,1.掌握动力学基本概念，如力、应力和应变、强度和刚度、弹性和塑性、蠕变、应力松弛等。掌握梅脱、心脏的功能能力、运动能力和靶心率的概念。2.熟悉牛顿的三个运动定律；熟悉人体的功能关系在制定运动处方中的重要作用。3.了解人体简化后的主要运动形式，以及动量定理和动量守恒定律。,学习目标,人体运动的动力学,一、概念1.动力学 是研究人体运动与受力的关系的学科。人体受力可分为动力和制动力。如果力的方向与人体运动（速度）方向相同，就称此力为人体动力，反之则称为人体制动力。2.力 一物体作用在另一物体上的推力或拉力。如果把人体看作一个力学系统，则人体受力可分为内力、外力。二者互相作用产生适应、协调和平衡。,主要有：1）人体重力 是地球对人体的引力。是人体保持直立姿势以及活动时必须克服的负荷。人体重力的作用方向向下，大小与人体及负荷的质量相等。2）支撑反作用力 当人体对支撑点施加作用力时，支撑点对人体的反作用力叫支撑反作用力。静力支撑反作用力：其大小与人体体重相同，方向相反。动力支撑反作用力：大于人体体重。例如加速起蹲。3）摩擦力 指人体或肢体在地面或器械上运动或有运动趋势时，所受到的阻碍运动的力。其大小因人体或肢体重量及地面或器械表面的凸起程度不同而异，其方向与运动方向相反。,（1）外力,4）惯性力 指变速运动物体对施力物体的反作用力。其大小等于变速运动物体的质量与加速度的乘积，方向与加速度方向相反，作用于引起加速度的物体上。如推铅球时手对铅球的推力使得铅球产生了加速度，同时铅球对手的反作用力是其质量对加速度的阻力，即惯性力。5）流体阻力 指人体在流体中运动时所承受的流体阻力。其大小与流体密度、运动速度和人体的正面面积成正比。在水中运动的阻力比在空气中运动受到的阻力要大，但是因为水的浮力作用又抵消了人的大部分体重，故人体在水中运动比较省力。,6）器械的其他阻力 肢体推动运动器械进行训练时，除要克服器械重力外，还需要克服器械的惯性力、摩擦力或弹力所产生的阻力，其大小与肢体的推力大小相等，方向相反。各种外力经常被用来作为康复训练/治疗的负荷，这种负荷要求选择肢体中适合的投入训练的肌群及其收缩强度，以便使得肢体运动的方向和力量与负荷互相适应，这是增强肌力训练的方法学基础。,（2）内力,主要有：1）肌拉力 这种力通过其在骨骼上的附着点，可以维持人体姿势，引起人体内部各部分、各环节间的相对运动。是人体内力中最重要的主动力。2）各组织器官间的被动阻力 当一肢体做屈曲或伸展运动时，其相反方向的组织受到牵拉，由于组织内存在各种张力或粘滞力可以产生对抗牵拉的阻力，尤其是拮抗肌的张力，此时必须做相应松弛，以保证运动的完成；这些阻力的存在，又使得松弛有一定限度，保证了主要运动方向运动的适时和适度。,3）各内脏器官的摩擦力 例如胃肠蠕动时候肠袢间的摩擦力（尽管很小），心脏搏动时与肺、纵隔和胸廓间的摩擦力等。4）内脏器官和固定装置间的阻力 如胃肠蠕动与腹膜、肠系膜、大血管间的阻力，食管的蠕动与纵隔间的阻力等。5）血液淋巴液在管道内流动时产生的流体阻力，在分流时产生的湍流等。,4）应力 指人体结构内某一平面对外部负荷的反应，用单位面积上的力表示（N/cm2）。5）应变：指人体机构内某一点受载时所发生的变形称为应变。用变化的长度与原始长度的比表示（%）。6）强度和刚度 强度是人体承受负荷时抵抗破坏的能力。用极限应力表示。刚度是人体在受载时抵抗变形的能力。,7）弹性和弹性限度 物体受外力后发生变形，外力（在一定限度内）一旦撤去，物体能恢复原有的体积和形状的性质，叫弹性。外力的这个限度叫弹性限度。弹性材料能保持固定形状，特点是应力与应变成正比，外力作用下外力功转变成弹性能。8）塑性 物体受外力后发生变形，当外力超过弹性限度时，即使撤去外力，也不能恢复原状而保持变形的性质，即发生了永久变形，叫塑性。塑性材料变形不可恢复，特点是应力与应变呈非线性关系，外力作用下外力功转变成变形能。,9）粘弹性材料 既具有弹性材料的力学性质，又具有粘性材料的力学性质的材料，叫粘弹性材料。粘弹性是引起能量消耗的重要原因。人体的骨、软骨、肌肉、血管壁、皮肤都是粘弹性材料，其力学性质与温度、压力等外界环境的关系极为密切。,10）粘弹性材料的特点 蠕变：若令应力保持一定，物体的应变随时间的增加而增大，这种现象称为蠕变。应力松弛：当物体突然发生应变时，若应变保持一定，则相应的应力将随时间的增加而下降，这种现象称为应力松弛。滞后：若物体承受周期性的加载和卸载，则加载时的应力应变曲线常与卸载时的应力应变曲线不重合，这种现象称为滞后。,3.力的三要素,大小、方向和作用点。力是一种矢量，力的相加、相减为矢量的合成和分解，遵循平行四边形法则。,二、牛顿运动定律和动量定理、动量守 恒定律,如牛顿第一定律：物体如果不受到任何力或所受合外力为零，将保持其静止状态或匀速直线运动状态。它描述的是平动中人体和器械的惯性本质。由于保持一定的速度比改变速度省力得多，所以进行耐力训练如长途慢跑或快走的时候，提倡用稳定的速度。另一方面，在作医疗体操时，如能保持动作的连贯性也可比较容易地完成动作，以减轻患者承受不必要的负荷。,动量定理和动量守恒定律：,物体在某段时间内所受合外力与其作用时间的乘积称为力的冲量；物体质量与运动速度的乘积称为运动物体的动量。动量定理：物体在某段时间内所受合外力的冲量等于它在这段时间内动量的变化量，叫动量定理。它具有矢量性,主要用于研究运动技术。,动量守恒定律,当系统不受外力或所受外力之和为零时，系统的总动量保持不变,叫动量守恒定律。人体是由多环节组成的生物系统，各个环节的动量的矢量和等于人体的总动量。当人体整体所受外力为零时，人体内力可改变各个环节的相对位置，使环节的动量发生相互传递，但不能改变人体的总动量。在康复训练中，可考虑利用这一定律，制动某环节以提高邻近的需要加强训练环节的运动能力。,三、人体运动中的功能关系,人体运动的过程就是能量的转换过程。在运动时，肌的收缩力牵引骨杠杆发生位移，改变人体的姿势、位置和运动的速度，从而做功。即使人体静止的时候，保持一定张力的肌肉维持身体的姿势也要消耗能量。因此，掌握人体运动中的功能关系对正确认识人体运动的规律，进而恰当地安排康复训练的运动量，是十分必要的。,运动处方,指根据个体的年龄、性别、健康情况、伤病诊断、功能评定结果、运动史等，为患者或健身活动者，以处方形式制定的，包括活动内容、运动量、注意事项等内容的训练计划，称为运动处方。其中运动量中运动强度的选择对于患者训练的效果和安全性都很重要。,确定运动强度的要点,是采取的运动所消耗的能量与患者本身所具备的做功能力(负荷能力)要匹配，完成最大负荷的60%80%即可。一般采用心率作为运动强度指标的计算方法。可以按照庸氏（Jungmann）公式进行简易推算。如年龄50岁以上、有慢性病史的中老年人步行运动最高心率一般每分钟应不超过（170-年龄）。如某人55岁，步行锻炼时每分钟最高心率应不超过（170-55），即115次。,对于心血管疾病患者以及心血管疾病的高危人群则要进行运动耐量试验（使用功率自行车、跑台，或者二次阶梯试验），对心脏的功能能力（functional capacity,F.C.）进行评定以后，再确定运动强度、运动能力（exercise capacity,E.C.）和靶心率（target heart rate,THR）。,运动耐量试验相关概念：,1.梅脱（MET）能量代谢当量。每公斤体重从事1分钟活动，消耗3.5毫升的氧，其运动强度为1 MET。用公式表示为：1 MET=3.5 mlO2/Kgmin1MET的活动强度，相当于健康成年人坐位安静时的代谢水平。稍高于基础代谢（3.3mlO2（/Kgmin）。MET是由吸氧量计算而来。使用方便，不论活动是否需要克服体重，均可用MET来表示运动强度。,2.心脏的功能能力（F.C.）,指机体在尽力活动时所能达到的最大MET值。或在有氧范围内机体所能完成的最大强度活动的最大MET值。或心脏功能容量/体力功能容量，即体力活动能力。在健康人，F.C.相当于最大吸氧量相应的MET值。计算方法：F.C.=V O2max（mlO2/kgmin）/3.5 mlO2/kgmin在年老体弱有病的人来说，F.C.只相当于没有出现，或刚刚出现异常时，所能达到的吸氧量水平的相应MET值。,3.运动能力（E.C.）即进行心脏康复训练时，应达到并保持的运动强度。它由F.C.的百分数得来，是制定处方时表示运动强度的最好方法。按不同对象，可以取F.C.的40%90%不等。4.靶心率（THR）是经过心脏功能能力评定后，确定的在康复训练时应达到和保持的心率。针对不同的疾病，可以制定具有不同训练侧重点的运动处方，如增强全身耐力（心肺功能）的运动处方、增强肌肉力量的运动处方、加大关节活动度的运动处方等。,第四节 人体运动的静力学,学习目标,1.掌握静力学的概念和作用；掌握力矩、力偶、力的平移定理，稳定角、平衡角、稳定系数和人体重心的概念，以及人体重心的位置。2.熟悉恢复力矩、倾倒力矩的概念，和保持人体平衡的条件。,人体运动的静力学,人体静力学是研究人体在外力作用下处于平衡状态下的性质和行为的力学分支。它是主要讨论人体在完成静力性动作，即处于相对静止的姿势（或称平衡状态）时的受力情况，以及获得和维持平衡的力学条件。,掌握人体运动的静力学的重要性,康复治疗对象的问题主要是运动功能障碍，其平衡功能的恢复对其身体姿势的保持、意外摔伤的预防和全身运动功能的恢复至关重要，不仅要恢复他们的坐位和立位的自动态和他动态的静态平衡，还要恢复其行走、从事各种医疗体操、健身和家务劳动等活动中的动态平衡。,一、人体平衡（一）相关概念,1.力矩 是力对物体转动作用的量度，是力和力臂的乘积。力使物体绕点或定轴转动，其效果除了取决于力的大小和方向以外，还取决于所围绕的定点或者定轴与作用线的距离。只有与轴既不平行，也不相交的力才能使物体转动，且起作用的仅仅是该力在垂直转轴平面内的分力。通常规定 从轴的正面看去，力使物体按逆时针方向转动时，力矩为正，力使物体按顺时针方向转动时，力矩为负。力矩的单位用牛顿米来表示。,人体的各种运动多是肌的拉力矩作用于相应环节，使之围绕关节轴转动而实现的。所以，肌力的测定和训练一般是就肌力矩而言。恢复力矩是使物体恢复到原来平衡位置的力矩，它等于重力乘以重力对倾倒支点的力臂。倾倒力矩为倾倒力乘以对倾倒支点力臂的乘积。,恢复力矩和倾倒力矩,2.力偶：通常把两个大小相等、方向相反、作用线互相平行、但不在同一条直线上的一对力称为力偶。它作用在刚体上，能改变刚体的转动状态。力与力偶臂的乘积称为力偶矩。使物体产生逆时针方向转动的力偶矩，取正值，反之取负值。,3.力的平移定理,刚体上的力可以平行于自身移动到任一点，但需要添加一力偶，其力偶矩等于原力对于新作用点的力矩。这样，就可以把力平移到重心上去分析，并且不需要改变对人体的作用效果；但是，必须附加上一个力偶，此力偶等于原力对重心之距。这种方法可以简化受力图，对运动的受力分析有重要意义。设有力F作用于A点，如何使力平移后与原来的力等效呢？,力的平移,现在任选O点并在这一点加反向的两个力F和F”，使其大小均等于F，作用线与F平行。由于F和F”为一平衡力系，故F、F、F”的作用与F单独的作用等效。但F和F”可视为一力偶，因此作用于A点的力F可用作用于O点的F和力偶矩M=Fd来代替。,（二）人体平衡的条件,人体平衡的力学条件是合外力为0，合外力矩为0。两个基本点条件同时满足，人体才能平衡。平衡稳定性反映了物体维持原有平衡状态和抵抗倾倒的能力，对于康复治疗对象来讲很重要。与平衡有关的因素:支撑面；重心；人体的重心垂直投影线越远离支撑面的边缘，则稳定性越大。,稳定角,是重心垂直投影线和重心至支撑面边缘相应点的连线间的夹角。稳定角是影响人体平衡稳定性的力学因素。某方向上的稳定角越大，人体在该方向上的稳定程度越大，即在某方位上平衡稳定性的储备能力越大。它综合反映支撑面积大小、重心高低和重心垂直投影线在支撑面内的相对位置对平衡稳定性的影响。,平衡角,等于某方位平面上稳定角的总和。它可以说明物体在某方位上总的稳定程度，通常称为稳度，即物体失去平衡的难易程度。,一个物体是否失去平衡，取决于该物体重心垂直投影线是否落在支撑面内。物体开始倾斜时，随着物体的倾斜，重力产生一个使物体恢复到原来平衡位置的恢复力矩，它等于重力乘以重力对倾倒支点的力臂。倾倒力矩为倾倒力乘以对倾倒支点力臂的乘积。倾倒过程中，如恢复力矩大于倾倒力矩，即重力作用线在支撑面内，则恢复力矩使物体恢复到原位置。,倾倒过程中，如倾倒使得重力作用线通过支点时，则恢复力矩为0，重力矩起着加剧倾倒的作用。稳定系数为倾倒力开始作用时稳定力矩与倾倒力矩的比值。当稳定系数大于1时，物体本身重力产生的恢复力矩足以对抗倾倒，当稳定系数小于1时，物体恢复力矩对抗不了倾倒力矩，物体倾倒，平衡破坏。所以，物体越重，其稳定力矩越大，抗倾倒的能力越强。,二、人体重心,整个人体所受重力的合力的作用点，叫人体重心。它位于身体正中面上第三骶椎上缘前方7厘米处，大约在身高的55%56%。重心移动的幅度取决于身体移动的幅度和移动部分的质量。如上肢上伸时重心上移，下蹲时重心下移，大幅度体前屈或作“桥式动作”可以引起重心移出体外。,人体重心,为了训练平衡功能差的患者的平衡能力，开始训练时，可以先练习坐位（重心低支撑面较大）平衡，完成后练习立位平衡时，可先分开双腿以加大支撑面使重心比较低，练习静态和动态平衡，达到一定效果后，再逐渐过渡到并足训练。,三、人体平衡的特点,由于人体的呼吸和循环的存在，肌张力也不恒定，重心在一定范围内波动，因此人体平衡是相对的静态平衡。,当人体重心偏移时，人体能借助补偿动作来抵消和中和重心的不适宜移动，如果还不足以维持平衡时，则可借助恢复动作/改变支撑面来获得新的平衡。即人体可以通过视觉和本体感觉，在大脑皮质的控制下，通过肌肉收缩造成平衡的力学条件，恢复和维持平衡。,因此，人的平衡离不开肌的收缩。肌力主要起固定关节、调节控制人体平衡的作用，其活动需消耗生理能量。如果保持平衡的时间太长，能量消耗增多，肌肉疲劳，会使人体控制平衡的能力降低。紧张、疲劳、注意力不集中及突然的声、光刺激都会影响平衡的稳定性。人体平衡还受心理的影响。所以对患者进行平衡训练时，除了注意适宜技术的使用，还要进行鼓励，解除患者平衡训练时心理上的恐惧感。,第五节 人体转动力学,学习目标,1.掌握人体转动的力学条件，和肢体围绕关节转动的力学条件。2.熟悉康复治疗中所评测和训练肌力中肌力概念的实质。3.了解转动定律、动量矩和冲量矩的内容。,第五节 人体转动力学,人体各个环节的运动都是围绕关节轴的转动,走、跑、跳等动作是通过关节的转动来实现的。所以，转动是人体运动的基础。在康复医学中所讲的关节活动度的测定和训练，都是指肢体围绕关节轴所进行的转动。,一、转动运动学,1.角速度 人体/肢体在单位时间内转过的角度叫角速度。它是矢量，其方向与角位移方向相同。采用等速训练器进行患者的等速肌力训练时，“等速”是指肢体围绕关节轴转动时的角速度是相等的。2.线速度 是质点围绕一点转动或者人体围绕某个轴转动时，质点或者人体上各点的瞬时速度。它具体描述转动的人体或器械上各个点转动的快慢。3.角加速度 指单位时间内角速度的变化量。它也是矢量。在描述匀变速运动时，其特点是角加速度恒定。4.角位移 人体整体或环节围绕某个轴转动时转过的角度叫角位移。,二、转动动力学,人体的转动包括肢体在肌力的作用下牵引骨围绕关节轴的转动和人体整体的转动。人体转动的力学条件是作用在人体上的外力对某一转轴的力矩的矢量和不为零。肢体绕关节轴转动的条件是阻力矩与肌力矩之和不为零。对多轴关节的转动，要对每个轴做力矩的合成，正确判定阻力和肌力对于相应轴的力矩。如上臂作肩关节的屈伸时，其阻力与肌力对额状轴产生力矩，而上臂作肩关节的内收外展时，其阻力与肌力对矢状轴产生力矩。,（一）转动定律,物体的转动惯量是物体转动惯性的大小。由于人体的质量分布不均匀，其转动惯量的计算很困难。通常采用人体力学模型，将人体简化成15个刚体，通过铰链联结形成刚体系统，然后分别计算各个刚体的转动惯量。人体运动时，随着姿势的变化转动惯量也会发生变化，因此对一种姿势算出的转动惯量只是说明一瞬间的情况。这种可变性可以使人根据训练目的，调节姿势以改变转动惯量，达到自我控制的目的。转动定律：刚体绕固定轴转动时，转动惯量与角加速度的积等于作用在刚体上的合外力矩。,（二）动量矩,转动惯量与转动的角速度的乘积，叫动量矩。反映了刚体的转动状态。冲量矩是力矩和时间的乘积，表