本文關(guān)鍵詞：重視運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域生物力學(xué)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

標(biāo)簽： 力學(xué)  運(yùn)動(dòng)  人體  生物  醫(yī)學(xué)   

重視運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域生物力學(xué)的研究

中國運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志 2000年第1期第19卷 新世紀(jì)專家論壇

作者：陳世益

單位：陳世益(上海醫(yī)科大學(xué)華山醫(yī)院運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)骨科及康復(fù)科　200040)

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　　生物力學(xué)是利用力學(xué)原理和方法，，研究和解決與人體及其他生命體有關(guān)力學(xué)問題的一門學(xué)科。20世紀(jì)60年代到90年代，是生物力學(xué)形成與飛速發(fā)展的一個(gè)重要時(shí)期，物理科學(xué)中固體力學(xué)、流體力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等均不同程度地介入到生命科學(xué)領(lǐng)域，形成一門獨(dú)特的新興學(xué)科--生物力學(xué)。

　　在美國，生物力學(xué)是骨科與運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷醫(yī)生、體療康復(fù)師、教練員、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練員的必修課程之一，它與運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)及康復(fù)醫(yī)學(xué)密切相關(guān)，如同生理學(xué)、病理學(xué)、生物化學(xué)等醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科，對(duì)臨床一樣重要。生物力學(xué)對(duì)運(yùn)動(dòng)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(fù)及預(yù)后諸方面密切相關(guān)。在我國，生物力學(xué)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(xué)在骨骼、關(guān)節(jié)、肌肉韌帶等運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域的研究最為活躍，尤其對(duì)臨床骨科、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)以及體育運(yùn)動(dòng)影響最大，也最直接，已取得了令人矚目的成就。在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)和骨科領(lǐng)域，隨著生物力學(xué)研究的深入，許多診斷方法和治療手段已得到改進(jìn)，人工假體、手術(shù)方法不斷創(chuàng)新與完善，臨床康復(fù)概念也在發(fā)生變化，康復(fù)器械得到不斷改進(jìn)。

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　　在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，生物力學(xué)的研究主要描述骨、關(guān)節(jié)、肌肉、韌帶的力學(xué)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(xué)機(jī)制，提出運(yùn)動(dòng)傷病防治和康復(fù)的方法與建議；在全民健身領(lǐng)域，生物力學(xué)主要研究運(yùn)動(dòng)鍛煉和不鍛煉，以及不同鍛煉方式對(duì)軟組織和硬組織的力學(xué)效應(yīng)，科學(xué)利用運(yùn)動(dòng)鍛煉手段達(dá)到增進(jìn)健康與防病治病目的，對(duì)提高人類生活質(zhì)量和促進(jìn)健康長壽，保障全民健身運(yùn)動(dòng)的健康開展，具有重要意義；在競技體育領(lǐng)域，運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的研究，為改進(jìn)技術(shù)動(dòng)作與訓(xùn)練方法，提高運(yùn)動(dòng)成績和延長運(yùn)動(dòng)壽命，促進(jìn)奧林匹克運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(gè)月的大型意外創(chuàng)傷臨床流行病學(xué)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷，發(fā)生率為22.5‰。其他研究報(bào)告也顯示：意外創(chuàng)傷與休閑體育運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷之比為6∶1。運(yùn)動(dòng)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(jì)，損傷是美國人1－44歲年齡組導(dǎo)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(jì)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(fèi)用超過590億美元，占所有疾病費(fèi)用總數(shù)的13％”。進(jìn)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(yùn)動(dòng)傷害發(fā)生率的增加，這種趨勢將進(jìn)一步擴(kuò)大。在我國發(fā)達(dá)地區(qū)也已見到這種趨勢。去年，僅上海地區(qū)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷發(fā)生率就已達(dá)到近年最高水平，甚至發(fā)生高位頸椎損傷截癱等嚴(yán)重事件。運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷防治的嚴(yán)峻性再次提醒體育管理部門的重視和運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷醫(yī)生的警覺。因此，開展運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷生物力學(xué)研究，也正是更有效預(yù)防和治療運(yùn)動(dòng)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(jìn)行，以便更多地了解損傷發(fā)生機(jī)制，制定相應(yīng)預(yù)防、治療和康復(fù)對(duì)策。其中對(duì)骨折與骨愈合力學(xué)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(dòng)運(yùn)動(dòng)（CPM）理論的研究都已經(jīng)比較深入，但對(duì)其他組織結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)的了解還很不夠。過去，大多只研究組織的準(zhǔn)靜態(tài)，很少知道組織在體或動(dòng)態(tài)狀況下的力學(xué)響應(yīng)與運(yùn)動(dòng)學(xué)變化。除了研究肌肉與骨骼系統(tǒng)急性損傷機(jī)理外，運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域生物力學(xué)的研究范圍還在擴(kuò)大，還涉足研究運(yùn)動(dòng)鍛煉對(duì)過度使用性（overuse）損傷和慢性退行性（degeneration）病變這兩大醫(yī)學(xué)難題的影響，認(rèn)識(shí)其發(fā)生機(jī)制、預(yù)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(duì)組織過度使用性損傷的研究，并聯(lián)系力學(xué)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(fù)性運(yùn)動(dòng)的允許極限，對(duì)預(yù)防腰背痛和骨關(guān)節(jié)炎將作出較大貢獻(xiàn)。

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　　人體運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷的預(yù)測、評(píng)價(jià)和防治，主要運(yùn)用變形體生物力學(xué)，包括生物材料力學(xué)、生物結(jié)構(gòu)力學(xué)、計(jì)算力學(xué)、斷裂力學(xué)、粘彈性力學(xué)、損傷力學(xué)等邊緣學(xué)科，側(cè)重研究肌肉骨骼系統(tǒng)的生物力學(xué)特性。骨骼、關(guān)節(jié)、肌肉、韌帶運(yùn)動(dòng)損傷的發(fā)生，絕大部分與異常力學(xué)因素有關(guān)。人體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)各種組織材料，均有各自的材料力學(xué)性質(zhì)，同一組織由不同成份組成，故材料力學(xué)表現(xiàn)為各向異性。傳統(tǒng)上用應(yīng)力－應(yīng)變曲線表達(dá)生物材料力與變形的關(guān)系，即一定的應(yīng)力范圍內(nèi)產(chǎn)生可復(fù)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(fù)性受到影響。應(yīng)力進(jìn)一步發(fā)展，材料結(jié)構(gòu)斷裂，組織破壞不可恢復(fù)。如韌帶斷裂、骨折、肌肉拉傷等。除此，運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中更要考慮應(yīng)力速度與結(jié)構(gòu)損傷的關(guān)系，因此有了速度－應(yīng)變關(guān)系的研究。高速暴力主要損傷骨骼，慢速應(yīng)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(yīng)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(yīng)力過大有關(guān)；對(duì)足跟疼痛和跟腱末端病，如果改變鞋形與鞋底力學(xué)結(jié)構(gòu)，增加足跟緩沖，可能會(huì)達(dá)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(yīng)變下降時(shí)發(fā)生。關(guān)節(jié)的高應(yīng)力或低應(yīng)力狀態(tài)都會(huì)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(duì)位對(duì)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(shí)際上是力學(xué)方法，因而其治療效果也可用力學(xué)手段來評(píng)價(jià)。許多傷病，在很大程度上，是由力學(xué)原因引起的，對(duì)運(yùn)動(dòng)的力學(xué)研究也許能使我們對(duì)它們有更多的了解，從而可能預(yù)防和阻止傷病的發(fā)生與發(fā)展。等長、等張和等速肌力訓(xùn)練和測試方面的研究，為提高肌肉訓(xùn)練效果，加快運(yùn)動(dòng)損傷后的康復(fù)提供了更多更有效的手段。

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　　展望未來，在整個(gè)體育運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域，生物力學(xué)的研究具有極大潛力和發(fā)展前景，并有可能對(duì)社會(huì)的健康福利作出更大貢獻(xiàn)。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(yùn)動(dòng)狀態(tài)的異常。對(duì)這些運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的評(píng)價(jià)，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(jì)在生物力學(xué)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(yùn)動(dòng)對(duì)人體各種組織和細(xì)胞的力學(xué)影響程度，并運(yùn)用于運(yùn)動(dòng)實(shí)踐，以進(jìn)行科學(xué)的鍛煉與訓(xùn)練，這對(duì)指導(dǎo)全民健身運(yùn)動(dòng)和競技體育運(yùn)動(dòng)的完善，將具有十分重要的作用。

　　其二，從預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)各種體育/娛樂活動(dòng)進(jìn)行生物力學(xué)分析，找出致傷因素，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)預(yù)防與治療措施。

　　其三，提供有針對(duì)性的系統(tǒng)的力學(xué)方法，確立臨床中損傷程度及治療效果的客觀評(píng)價(jià)體系。

　　其四，提高與完善生物力學(xué)模擬技術(shù)，“量體裁衣”，根據(jù)個(gè)體解剖力學(xué)的缺陷或不足，設(shè)計(jì)矯形護(hù)具或外科手術(shù)，以更有效地治療運(yùn)動(dòng)傷病，并對(duì)每個(gè)患者可能的結(jié)果作出預(yù)測。

　　其五，建立在不同運(yùn)動(dòng)中不造成損傷所能承受的載荷極限指標(biāo)體系。從應(yīng)用角度看，真正需要開發(fā)的是一種用以驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)優(yōu)化技術(shù)的程序。運(yùn)動(dòng)優(yōu)化技術(shù)就是為各個(gè)特定對(duì)象根據(jù)個(gè)體解剖和生理特點(diǎn)確定運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的量和動(dòng)作方式，以使運(yùn)動(dòng)損傷的風(fēng)險(xiǎn)降至最低，而動(dòng)作發(fā)揮最理想，并達(dá)至最佳運(yùn)動(dòng)成績�！�

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