本文關(guān)鍵詞：重視運動醫(yī)學領(lǐng)域生物力學的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

標簽： 力學  運動  人體  生物  醫(yī)學   

重視運動醫(yī)學領(lǐng)域生物力學的研究

中國運動醫(yī)學雜志 2000年第1期第19卷 新世紀專家論壇

作者：陳世益

單位：陳世益(上海醫(yī)科大學華山醫(yī)院運動醫(yī)學骨科及康復科　200040)

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　　生物力學是利用力學原理和方法，，研究和解決與人體及其他生命體有關(guān)力學問題的一門學科。20世紀60年代到90年代，是生物力學形成與飛速發(fā)展的一個重要時期，物理科學中固體力學、流體力學、空氣動力學、運動學等均不同程度地介入到生命科學領(lǐng)域，形成一門獨特的新興學科--生物力學。

　　在美國，生物力學是骨科與運動創(chuàng)傷醫(yī)生、體療康復師、教練員、運動訓練員的必修課程之一，它與運動醫(yī)學及康復醫(yī)學密切相關(guān)，如同生理學、病理學、生物化學等醫(yī)學基礎(chǔ)學科，對臨床一樣重要。生物力學對運動創(chuàng)傷的意義，不僅表現(xiàn)在創(chuàng)傷的發(fā)生、發(fā)展、診斷、治療，更與康復及預后諸方面密切相關(guān)。在我國，生物力學的研究始于70年代末，在80、90年代得到較大發(fā)展。生物力學在骨骼、關(guān)節(jié)、肌肉韌帶等運動系統(tǒng)領(lǐng)域的研究最為活躍，尤其對臨床骨科、運動醫(yī)學、康復醫(yī)學以及體育運動影響最大，也最直接，已取得了令人矚目的成就。在運動醫(yī)學和骨科領(lǐng)域，隨著生物力學研究的深入，許多診斷方法和治療手段已得到改進，人工假體、手術(shù)方法不斷創(chuàng)新與完善，臨床康復概念也在發(fā)生變化，康復器械得到不斷改進。

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　　在運動醫(yī)學領(lǐng)域，生物力學的研究主要描述骨、關(guān)節(jié)、肌肉、韌帶的力學性質(zhì)，揭示骨與軟組織在不同損傷力的作用下，組織破壞的力學機制，提出運動傷病防治和康復的方法與建議；在全民健身領(lǐng)域，生物力學主要研究運動鍛煉和不鍛煉，以及不同鍛煉方式對軟組織和硬組織的力學效應，科學利用運動鍛煉手段達到增進健康與防病治病目的，對提高人類生活質(zhì)量和促進健康長壽，保障全民健身運動的健康開展，具有重要意義；在競技體育領(lǐng)域，運動生物力學的研究，為改進技術(shù)動作與訓練方法，提高運動成績和延長運動壽命，促進奧林匹克運動事業(yè)的健康發(fā)展，起到積極保障作用。

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　　近10余年來全球創(chuàng)傷發(fā)病率持續(xù)增長，運動創(chuàng)傷也同樣如此。一份涉及瑞典41,000人口社區(qū)，為期12個月的大型意外創(chuàng)傷臨床流行病學調(diào)查表明，共有4926例需要醫(yī)療處理的意外創(chuàng)傷發(fā)生，其中933例是運動創(chuàng)傷（占所有意外創(chuàng)傷的18.9％）。也就是說，每1000人群中發(fā)生22.5例運動創(chuàng)傷，發(fā)生率為22.5‰。其他研究報告也顯示：意外創(chuàng)傷與休閑體育運動創(chuàng)傷之比為6∶1。運動創(chuàng)傷已成為工業(yè)化國家創(chuàng)傷的重要組成部分。據(jù)統(tǒng)計，損傷是美國人1－44歲年齡組導致死亡的第一位因素。從每年損傷發(fā)生的角度看，損傷毀掉的工作年比所有癌癥和心臟病毀掉的工作年的總數(shù)還要多。美國醫(yī)院中超過1/8的床位被創(chuàng)傷病人所占。由美國國家健康統(tǒng)計中心提供的一組數(shù)據(jù)表明，“80年代，美國每年花在肌肉與骨骼疾病方面的總費用超過590億美元，占所有疾病費用總數(shù)的13％”。進入90年代，隨著工業(yè)化國家人口老齡化，工業(yè)、交通傷害及運動傷害發(fā)生率的增加，這種趨勢將進一步擴大。在我國發(fā)達地區(qū)也已見到這種趨勢。去年，僅上海地區(qū)運動創(chuàng)傷發(fā)生率就已達到近年最高水平，甚至發(fā)生高位頸椎損傷截癱等嚴重事件。運動創(chuàng)傷防治的嚴峻性再次提醒體育管理部門的重視和運動創(chuàng)傷醫(yī)生的警覺。因此，開展運動創(chuàng)傷生物力學研究，也正是更有效預防和治療運動傷病的客觀需求。

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　　過去大部分的研究工作都集中在正常的組織方面。90年代以來，部分研究已在模擬病理組織和人體上進行，以便更多地了解損傷發(fā)生機制，制定相應預防、治療和康復對策。其中對骨折與骨愈合力學特性、膝關(guān)節(jié)十字韌帶損傷、髕股關(guān)節(jié)疾病、側(cè)副韌帶損傷和關(guān)節(jié)持續(xù)被動運動（CPM）理論的研究都已經(jīng)比較深入，但對其他組織結(jié)構(gòu)力學性質(zhì)的了解還很不夠。過去，大多只研究組織的準靜態(tài)，很少知道組織在體或動態(tài)狀況下的力學響應與運動學變化。除了研究肌肉與骨骼系統(tǒng)急性損傷機理外，運動醫(yī)學領(lǐng)域生物力學的研究范圍還在擴大，還涉足研究運動鍛煉對過度使用性（overuse）損傷和慢性退行性（degeneration）病變這兩大醫(yī)學難題的影響，認識其發(fā)生機制、預防和治療措施。前者如末端病和慢性腰背痛，后者如骨關(guān)節(jié)炎和骨質(zhì)疏松癥等。對組織過度使用性損傷的研究，并聯(lián)系力學環(huán)境和組織重建及愈合過程之間的關(guān)系，以確定長期從事重復性運動的允許極限，對預防腰背痛和骨關(guān)節(jié)炎將作出較大貢獻。

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　　人體運動創(chuàng)傷的預測、評價和防治，主要運用變形體生物力學，包括生物材料力學、生物結(jié)構(gòu)力學、計算力學、斷裂力學、粘彈性力學、損傷力學等邊緣學科，側(cè)重研究肌肉骨骼系統(tǒng)的生物力學特性。骨骼、關(guān)節(jié)、肌肉、韌帶運動損傷的發(fā)生，絕大部分與異常力學因素有關(guān)。人體運動系統(tǒng)各種組織材料，均有各自的材料力學性質(zhì)，同一組織由不同成份組成，故材料力學表現(xiàn)為各向異性。傳統(tǒng)上用應力－應變曲線表達生物材料力與變形的關(guān)系，即一定的應力范圍內(nèi)產(chǎn)生可復性形變，超過限定的張力或壓力，材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生微損傷，可復性受到影響。應力進一步發(fā)展，材料結(jié)構(gòu)斷裂，組織破壞不可恢復。如韌帶斷裂、骨折、肌肉拉傷等。除此，運動實踐中更要考慮應力速度與結(jié)構(gòu)損傷的關(guān)系，因此有了速度－應變關(guān)系的研究。高速暴力主要損傷骨骼，慢速應力則多損傷軟硬結(jié)合處的組織結(jié)構(gòu)。作用于膝關(guān)節(jié)的前后暴力和扭轉(zhuǎn)暴力造成交叉韌帶損傷，側(cè)方暴力造成側(cè)副韌帶損傷。下肢的過度使用和應力集中造成各種疲勞性骨折。急性的跟腱斷裂往往與足踝特殊發(fā)力角度、跟腱應力過大有關(guān)；對足跟疼痛和跟腱末端病，如果改變鞋形與鞋底力學結(jié)構(gòu)，增加足跟緩沖，可能會達到治愈和防止再傷的目的。而肌肉的損傷往往在肌肉疲勞、張力過高或彈性應變下降時發(fā)生。關(guān)節(jié)的高應力或低應力狀態(tài)都會造成關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨的退行性改變。髕股關(guān)節(jié)疾病常與髕股對位對線不良、股四頭肌Q角異常、高位髕骨或低位髕骨、脛骨扭轉(zhuǎn)畸形等因素有關(guān)。

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　　肌肉與骨骼系統(tǒng)的許多治療方法實際上是力學方法，因而其治療效果也可用力學手段來評價。許多傷病，在很大程度上，是由力學原因引起的，對運動的力學研究也許能使我們對它們有更多的了解，從而可能預防和阻止傷病的發(fā)生與發(fā)展。等長、等張和等速肌力訓練和測試方面的研究，為提高肌肉訓練效果，加快運動損傷后的康復提供了更多更有效的手段。

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　　展望未來，在整個體育運動領(lǐng)域，生物力學的研究具有極大潛力和發(fā)展前景，并有可能對社會的健康福利作出更大貢獻。例如關(guān)節(jié)炎這種影響老年人的慢性退行性疾病，總是引起運動狀態(tài)的異常。對這些運動狀態(tài)的評價，并將它與骨關(guān)節(jié)炎的治療相聯(lián)系，就能提高療效，改善病人生活質(zhì)量。綜觀新世紀在生物力學領(lǐng)域的研究課題，可概括為五大方面：

　　其一，系統(tǒng)地研究與確定運動對人體各種組織和細胞的力學影響程度，并運用于運動實踐，以進行科學的鍛煉與訓練，這對指導全民健身運動和競技體育運動的完善，將具有十分重要的作用。

　　其二，從預防運動損傷的觀點出發(fā)，對各種體育/娛樂活動進行生物力學分析，找出致傷因素，并設(shè)計出相應預防與治療措施。

　　其三，提供有針對性的系統(tǒng)的力學方法，確立臨床中損傷程度及治療效果的客觀評價體系。

　　其四，提高與完善生物力學模擬技術(shù)，“量體裁衣”，根據(jù)個體解剖力學的缺陷或不足，設(shè)計矯形護具或外科手術(shù)，以更有效地治療運動傷病，并對每個患者可能的結(jié)果作出預測。

　　其五，建立在不同運動中不造成損傷所能承受的載荷極限指標體系。從應用角度看，真正需要開發(fā)的是一種用以驗證運動優(yōu)化技術(shù)的程序。運動優(yōu)化技術(shù)就是為各個特定對象根據(jù)個體解剖和生理特點確定運動負荷的量和動作方式，以使運動損傷的風險降至最低，而動作發(fā)揮最理想，并達至最佳運動成績。■

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