人体运动学总论

人体运动学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。

总论

• 基础
  • 开链：如果运动链的末端环节是可以自由运动的，或者说是如果运动链中有一个环节只和其他一个环节相连接，这个运动就叫做开链。在人体运动中大多是开链，尤其是四肢的运动。
  • 闭链：如果在一个运动链的两端都被固定住，或者说运动链中每一个环节至少和其他两个环节相连就叫闭链。如在弓步压腿动作中，两腿与骨盆组成的运动链可以看做是闭链。在闭链中，关节的运动不能独立，要相互耦合运动，即：一个关节运动要牵连到其他运动关节。
• 骨与关节
  • 骨的构造
    • 骨质： 分为骨密质与骨松质。长骨的骨密质由外到内分别为外环骨板层、骨单位及内环骨板层。骨松质是由针状或片状的骨板构成，呈网状结构，形成骨小梁。
    • 骨膜： 分为骨外膜与骨内膜。骨外膜是覆盖于除关节面外的骨外表面的致密结缔组织膜。骨外膜富有血管、神经及淋巴管，对骨的营养、新生及感觉有重要 意义。骨内膜是被覆于骨髓腔及松质骨表面的薄层结构。除衬在长骨骨髓腔的骨内膜在幼年时通过破骨细胞参与骨的长粗外，骨内膜尚具有终生的生骨潜能。
    • 骨髓： 分为红骨髓与黄骨髓。红骨髓具有造血功能。成人的短骨及扁平骨的松质骨网眼中的红骨髓伴随人的终生。黄骨髓富含脂肪组织，不具有造血功能，但在应急状态下黄骨髓可转化为红骨髓而再次具有造血功能。
    • 血管和神经
  • 密质骨与松质骨不同的生物力学特征
  • 关节的主要结构和辅助结构
    • 主要结构：
      • 关节面：凸面称关节头，凹面称关节窝。有关节软骨覆盖。
      • 关节囊：外层为纤维膜，内层为滑膜。封闭关节腔。滑膜含有丰富的血管和淋巴管，能产生滑液，起到润滑关节，保证关节软骨的新陈代谢。
      • 关节腔：内有少量滑夜，且呈负压状态。
    • 辅助结构：
      • 韧带：由致密的纤维结缔组织构成，分为囊外韧带和囊内韧带。
      • 关节盘和关节唇
        • 由纤维软骨构成，位于关节腔内。
        • 关节盘：能缓解外力对关节的冲击和震荡，使两个关节面更加吻合，将关节腔分为上下两部分，使单关节变为双关节，增加了关节的活动范围。
        • 关节唇：附着在关节窝周缘，加深了关节窝，增大了关节面。
      • 滑膜襞和滑膜囊
        • 在一部分关节中，滑膜表面积大于纤维膜表面积，滑膜发生重叠褶皱并突向关节腔内形成滑膜襞，内含丰富的疏松结缔组织和血管，(脂肪垫)。由于有些关节的纤维膜缺如或者比较薄弱，滑膜可以向关节腔外膨出，充填在肌腱与骨面之间，形成滑膜囊。减少了运动时肌肉与骨面的摩擦。
• 肌肉
  • 组成：肌肉→肌束→肌纤维→肌小节→肌丝（分为粗细两种）
    • 粗肌丝主要由肌球蛋白组成，细肌丝由收缩蛋白和调节蛋白组成。
  • 类型
    • 根据肌的组织化学和功能特性分类
      • 红肌纤维 （慢肌）
        • 对刺激产生较缓慢的收缩反应，与白肌相比，具有较丰富的血液供应，能够承受长时间的连续活动。
          • 红白两肌的神经支配不同
      • 白肌纤维 （快肌）
        • 对刺激常产生快速地收缩反应，能够在短时间内产生巨大张力，即爆发力，但随后极易陷入疲劳。
    • 根据肌活检、肌的收缩特点及生化特性
      • 慢缩纤维 （I型肌纤维）SO
        • 其收缩速度仅为II型纤维的一半
        • 具有较多的线粒体和高浓度的氧化酶，可以持续地进行有氧代谢
      • 快缩纤维（II型肌纤维）
        • 具有较高糖酵解能力和收缩速率快的特点
        • 快速氧化-糖原分解型（IIa型）FOC
        • 快速-糖原分解型(IIb型)FG
  • 运动形式
    • 静力性运动： 等长运动，肌肉的收缩力与阻力相等，肌肉长度保持不变，不引起关节运动，不产生运动动作。是固定体位和维持姿势时主要的肌肉运动形式。
    • 动力性运动
      • 向心运动：也称向心收缩，指肌肉收缩时，肌肉的长度缩短，两端附着点相互靠近。肌肉的向心运动是促发主动的肌肉收缩。
      • 离心运动：也称离心收缩，指肌肉收缩时，使原先收缩的肌肉被缓慢拉长，呈延长收缩。
        • 肌肉的离心运动的作用是促发拮抗肌的收缩，以稳定关节，控制肢体动作，或肢体坠落的速度。
  • 功能状态指标
    • 肌力： 肌力，又称最大力量是肌收缩时所表现出来的能力，以肌最大兴奋时所能负荷的重量来表示。肌力体现肌主动收缩或对抗阻力的能力，反映肌最大收缩水平。
    • 快速力量：
      • 快速力量是肌或肌群在一定速度下所能产生的最大力量的能力。
        • 启动力量 爆发力量（通常称爆发力） 制动力量
    • 肌耐力： 又称力量耐力，是指肌在一定负荷条件下保持收缩或持续重复收缩的能力，反映肌持续工作的能力，体现肌对抗疲劳的水平。
    • 肌张力：
      • 肌张力异常：①增强：肌痉挛、肌强直；②减弱：肌软瘫
      • 肌张力是肌在安静时所保持的紧张度。
        • 肌张力与脊髓牵张反射有关，受中枢神经系统的调控。肌张力常通过被动运动感知处于放松状态的肌的阻力程度进行评测。以评判主动肌群与拮抗肌群收缩与舒张活动有无失衡。
  • 温度对骨骼肌肉运动影响：肌在不同的温度条件下的兴奋性不同，短暂的冷刺激或热刺激均可使肌的兴奋性和收缩功能增强，随着刺激时间的延长，则表现为肌对环境温度变化的适应。
• 运动生理及生化
  • 心血管
    • 心脏对运动的反应与适应
      • 运动时心脏产生以下反应：
        • （1）每搏输出量(SV)、心输出量（CO）增加
        • （2）心率加快：
          • ①最高心率（HR max）：极量运动时，心率增加所达到的极限值。
          • ②靶心率（THR)：运动中，应达到和保持的适宜心率。
          • ③心率储备：最高心率与静息心率之间的差值。
      • 长期运动，心脏在功能和形态上产生适应：
        • （1）搏输出量(SV)与心输出量（CO）的变化
          • ①左心室收缩末容积（LVESV）减少
          • ②左心室舒张末期容积（ LVEDV）增加
          • ③射血分数（EF)增大
          • ④心力储备增加
        • （2）心率的变化：心脏适应的典型表现，也是评价运动训练效果的金标准。
        • （3）心脏形态的变化
          • ①心脏形态重构：
            • a.左心室内径增加，左心室容积增大
            • b.左室流出道增宽，伴心腔扩大
            • c.左心室壁和室间隔厚度增加
          • ②心肌组织重塑：
            • a. 心肌细胞肥大，肌原纤维数量增多和体积增大
            • b. 心肌组织中毛细血管数量和密度增加
    • 血管对运动的反应与适应
      • 运动时，血管产生以下反应：
        • （1）主动脉、大动脉舒张，收缩压升高不明显
        • （2）小动脉和毛细血管变化
          • ① 运动组织如骨骼肌小动脉舒张、毛细血管开放数量增多，血流加速
          • ② 不运动组织如内脏组织小动脉和毛细血管收缩、血流减少
          • ③ 动静脉短路开放，回心血流加快
        • （3）冠状动脉舒张，心肌血流灌注增加
        • （4） 静脉收缩，回心血量增加
      • 长期运动，血管产生适应性改变：
        • （1）主动脉和大动脉弹性和顺应性增加
        • （2）运动组织新生毛细血管增多，毛细血管数量增加
        • （3）心肌中冠状毛细血管增生、冠脉侧支血管形成，以缺血区最明显
        • （4）静脉血管张力提高，静脉顺应性降低
    • 运动对血压的影响
      • 运动时，血压变化与运动方式、强度、时间等因素有关
      • （1）全身性耐力运动，收缩压轻度升高，舒张压无明显变化或轻度降低
      • （2）抗阻运动或力量性运动，收缩压和舒张压明显升高，运动中若屏气则升高胸腔内压，减少回心血量，导致心输出量降低， 收缩压反而降低。
  • 呼吸系统
    • 呼吸系统对运动的反应
      • （1）运动时肺通气功能增强
        • ① 潮气量增加、呼吸频率增加、肺通气量增加
        • ② 呼吸当量
      • （2）运动时换气功能的变化
        • ① 组织换气的变化：组织细胞和血液之间气体交换面积增大， 组织换气过程加速，换气量加大，静脉血PO2下降、PCO2上升。
        • ② 肺换气的变化：呼吸膜的表面积增大，肺泡与血液之间O2气体交换速率增快，交换量增大。
      • （3）运动时呼吸的调节
        • ①神经调节：条件反射、大脑皮质运动中枢和本体感受性反射。人在准备运动时，呼吸活动即开始增强，运动开始后肺通气量剧增。
        • ②体液调节： 血液中CO2、O2和H+的改变刺激外周或中枢化学感受器，引起呼吸增强。
    • 呼吸系统对运动的适应
      • （1）肺通气的适应性变化
      • （2）呼吸肌耐力的增强
  • 物质代谢
    • （1） 运动与糖代谢：
      • 葡萄糖是机体主要能源物质
      • 运动增加骨骼肌对血中葡萄糖摄取和利用
      • 长时间（30～60min）、中等强度运动，可使骨骼肌摄取葡萄糖作用大幅提高，导致血糖浓度降低。降低血糖。
    • （2）运动与脂肪代谢：
      • 脂肪在体内储量较大，是长时间运动主要能源。
      • 脂肪氧热价比葡萄糖和蛋白质高
      • 运动增强脂肪代谢，降低甘油三酯、胆固醇和低密度脂蛋白，增加高密度脂蛋白，减少脂肪在体内堆积和胆固醇在血管中沉积。
    • （3）运动与蛋白质代谢：
      • 蛋白质主要功能是实现组织细胞的自我更新，或用于合成激素、酶等生物活性物质。
      • 不作为主要的供能物质。
      • 运动通过促进甲状腺激素、生长激素、胰岛素和肾上腺激素释放，促进运动后骨骼肌内蛋白质合成。
  • 能量代谢的影响
    • 磷酸原系统
      • ATP是细胞唯一能直接利用的能量形式。运动时，ATP水解生成腺二磷酸(ADP)和磷酸，同时释放出能量供机体利用。ATP在骨骼肌中储量很少，当ATP被消耗时，CP迅速分解，把高能磷酸键转移给ADP，ADP磷酸化成为ATP，及时补充ATP。ATP和CP供能的优点是：供能速度极快，不需要氧气、也不产生乳酸。缺点是：细胞内储量少，供能时间短。做高强度剧烈运动时，骨骼肌内储存的ATP和CP供能仅维持6～8秒。但可以通过糖酵解和有氧代谢系统合成ATP，及时补充细胞内ATP。
    • 糖酵解系统
      • 葡萄糖经无氧代谢生成乳酸，并释放出能量，使ADP磷酸化成ATP，这一供能系统称为糖酵解系统。在剧烈运动时，细胞处于缺氧状态，葡简稍经无氧醉解能快速补充ATP。虽然糖用解提供的能量较少，Imol葡萄糖无氧代谢后仅生成2~3molATP，但能显释放快，一般能持续1～2分钟，为高强度运动提供短时能量供应，也是高强度运动初期主要的能量来源。然而，无氧条件生成的乳酸，长时间无氧运动会造成骨骼肌中乳酸堆积，引起肌肉酸痛与疲劳。 在氧气充足情况下，葡萄糖、脂肪和蛋白质通过有氧氧化生成H.0和CO，并释放出能量使ADP磷酸化成ATP，这一供能系统称为有氧代谢系统。
    • 有氧代谢系统
      • 有氧氧化是人体获得能量的主要方式。在长时间运动中，在运动早期，葡萄糖被用于供能，随着运动时间延长，脂肪成分合成ATP的主要能量来源。lmol葡萄糖经有氧代谢生成38mol ATP，而1mol脂肪经有氧代谢生成22molATP。因此，葡萄糖供能优于脂肪。蛋白质仅在某些特殊情况下(如长期不能进食或体力极度消耗时)才参与供能。
  • 评价运动强度的指标
    • 最大心率百分比
    • 最大摄氧百分比
    • 代谢当量（也叫MET）
    • 主观强度感觉