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。 第五节 人体运动的静力学

* 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

第五节 人体运动的静力学

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？ 第五节 人体运动的静力学 第五节 人体运动的静力学

* 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=F﹣d来代替。

第五节 人体运动的静力学 * （二）人体平衡的条件

1.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。

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2.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: ①.支撑面； ②.重心；

③.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。

第五节 人体运动的静力学 * 平衡角

1.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， 2.通常称为稳度，即物体失去平衡的难易程度。

第五节 人体运动的静力学

* 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。

第五节 人体运动的静力学

* 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

1.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%。

2.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。

第五节 人体运动的静力学

* 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。

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* 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。

第五节 人体运动的静力学

* 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。 *

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。

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

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* 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，表示外力矩对转动物体作用于时间上的累积效用。 （三）肢体的转动作用

* 人的肢体在运动时，大多是围绕关节轴的转动。当肌力矩大于阻力矩时，肢体向肌拉力的方向转动；当阻力矩大于肌力矩时，肢体向阻力方向转动；当肌力矩等于阻力矩时，肢体平衡，肌肉作静态的等长收缩。

* 为了增加肢体的转动角速度，训练关节的活动度和灵活程度，可以增大肌力矩，主要通过增强肌力来实现。另一方面，当肌力矩一定时，减小转动惯量也可提高转动的角速度。可以在完成动作时，尽量使肢体靠近关节轴，从而加大肢体的转动速度。

* 例如跑步时的摆臂摆腿动作，可以采用屈肘摆臂，从而减小上肢的转动惯量；小腿后摆时，尽量靠近大腿做折叠动作，减小下肢围绕髋关节的转动惯量，以便提高摆动的角速度。

第一节 骨的结构与功能解剖

* 1.人体共有206块骨,其功能是对人体起支持、运动和保护的作用.

* 骨的外部形态和内部结构不论是从解剖学还是生物力学的角度来看,都是十分复杂的.

* 这种复杂性是由骨的功能适应性所决定的.骨的功能适应性,是指对所担负工作的适应能力.

* 2.骨按形状可分为长骨、短骨、扁骨和不规则骨等.

* 长骨(long bone)呈长管状，分布于四肢，分一体两端。 生理学角度：体又称骨干，内有空腔称髓，容纳骨髓。

体表面有 l～2个血管出入的孔，称滋养孔。

两端膨大称骺，有一光滑的关节面，与相邻关节面

构成关节。

骨干与骺相邻的部分称干骺端，幼年时保留一片软 骨，称骺软骨，骺软骨细胞不断分裂繁殖和骨化， 使骨不断加长。成年后，骺软骨骨化，骨干与骺融 为一体，其间遗留一骺线。

从力学角度：长骨是最佳工程设计——①轻；②抗弯曲；③抗扭曲。

短骨(short bone)形似立方体，多成群分布于连结牢固且稍灵活的部位，如腕骨。①多个关节面；②承受压力是拱桥结构；③运动形式复杂；④仅表面为骨密质，内部多为骨松质。

扁骨(flat bone)呈板状，主要构成颅腔、胸腔和盆腔的壁，起保护作用，如颅盖骨和肋骨。

不规则骨(irregular bone)形状不规则，如椎骨。有些不规则骨内有腔洞，称含气骨 ，如上颌骨。

* 3.结构

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