第二章康复医学运动学基础

1、第二章 康复治疗的运动学根底运动学是研究人体活动的科学，所涉及的根底内容主要包括生物力学和生理学。生物力 学是应 用力学的原理来分析人体运动规律的科学，运动生理学那么是研究运动中人体主要系统 和脏器功能生 理效应规律的科学，两者均是康复治疗学的重要理论根底。正确认识各运动器 官的力学特性及其在 运动中的相互作用和生理功能，对创伤和疾病的预防、治疗和康复都极 为重要。一、运动力学根底一人体生物力学的概念1、人体力的种类 力学是研究物体间相互作用的力与物体发生位移运动之间关系的物理学分支。自然界常见的力有重力、引力、压力等，这些力作用于物体使之发生位置或状 态的改变，物 体之间发生位置变化的过程称

2、之为运动。与人体运动有关的力主要有内力和外 力两种。1内力 是指人体内部各种组织器官相互作用的力。其中最重要的首先是肌肉收缩所产生的主动拉力，是维持人体姿势和产生运动的动力；其次是各种组织器官的被动阻力，包 括肌肉、骨、 软骨、关节囊、韧带、筋膜等受压力或拉力作用时对抗变形的阻力，躯体的惯 性力和内脏器官间的 摩擦力及其固定装置 如腹膜、肠系膜、大血管等 的阻力等。2外力 是指外界环境作用于人体的力，包括重力、器械的阻力、支撑反作用力、摩擦力及流体作用力。各种外力经常被利用来作为运动训练的负荷，这种负荷要求肢体运动的 方向和力量与 之相适应，因而选择投入工作的肌群及其收缩强度，这是肌力训练的方

3、法学理 论根底。2、人体杠杆 人的躯体运动遵循杠杆原理， 各种复杂动作都可分解为一系列的杠杆运动。 杠杆 包括支点、力点和阻力点。支点到力点的垂直距离为力臂，支点到阻力点的垂直距离为 阻力臂。根 据杠杆上三个点的不同位置关系，可将杠杆分成三类：1第 1 类杠杆平衡杠杆 其支点位于力点与阻力点之间。如头颅与脊柱的连结， 支点位 于寰枕关节的额状轴上，力点 如斜方肌、肩胛提肌、头夹肌等的作用点 在支点的后 方，阻力 点 头的重心 位于支点的前方。主要作用是传递动力和保持平衡，支点靠近力点时 有增大速度 和幅度的作用，支点靠近阻力点时有省力的作用。2第 2 类杠杆省力杠杆 其阻力点位于力点和支点的之

4、间。如站立位提踵时，以 跖趾关 节为支点， 小腿三头肌以粗大的跟腱附着于跟骨上的止点为力点， 人体重力通过距骨 体形成阻力点， 在跗骨与跖骨构成的杠杆中位于支点和力点之间。这类杠杆力臂始终大于阻 力臂，可用较小的力来 克服较大的阻力，有利于作功。3第 3 类杠杆速度杠杆 其力点位于阻力点和支点的之间。如肱二头肌屈起前臂 的动作， 支点在肘关节中心， 力点肱二头肌在桡骨粗隆上的止点 在支点和阻力点 手及所持 重物的 重心 的中间。此类杠杆因为力臂始终小于阻力臂，力必须大于阻力才能引起运动，不 省力，但 可以获得较大的运动速度。人体活动大局部是速度杠杆。二运动平面和运动轴 记述人体运动通常采用根本

5、姿势位，将人体运动的方向用三个相互垂直的 平面和轴来表 示。1、根本姿势位 1根本姿势位 是人体运动的始发姿势。身体直立，面向前，双目平视，双足并立， 足尖向 前，双手下垂于身体两侧，掌心贴于体侧。2解剖学体位 是阐述人体各部位结构位置关系时采用的体位。身体直立，双眼向前 平视， 两脚跟靠拢，足尖向前，两上肢垂于躯干两侧，手掌向前。2、根本运动平面 人体可分为三个根本运动平面，即矢状面、额状面和水平面，相互间 呈垂直 状。矢状面是与人体侧面向平行的面，把人分为左右两局部；额状面是与身体前或后 面平行的面， 把身体分为前后两局部；水平面那么是与地面平行的面，把人体分为上下两局部。3、根本运动轴

6、与根本运动平面相适应，有矢状轴、额状轴和垂直轴3 个根本运动轴。 矢状轴是沿前前方向垂直通过额状面的轴；额状轴是沿左右方向垂直通过矢状面的轴；垂直 轴是沿上下方 向垂直通过水平面的轴。三骨骼的生物力学特性 骨主要由细胞、胶原纤维与羟磷灰石组成，有密质骨与松质骨之分，二 者的强度与刚度不同。成人成熟密质骨的极限应力值为：压缩拉伸剪切。影响骨骼强度与刚度的因素：1应力 肌肉收缩时产生的压应力可减少或抵消作用于骨的拉应力， 保护骨免受拉 伸骨折。2载荷速度 骨的能量储存，随着载荷速度增加而增加。骨折时所储能量要释放出 来。在 低速下能量可通过单个裂纹散失，使骨及软组织保持相对完整性；但在高速下，所储

7、 更大能量不能 通过单个裂纹散失， 故可发生粉碎性骨折及广泛的软组织损伤。3骨的大小、形状和特性 骨的横截面积 大小及骨组织在中轴周围的分布 形状均影响骨的强度。四关节的力学特性关节面的形态及结构决定了关节可能活动的轴，所有的关节运动都可以分解为环绕三个 相互垂 直的轴心，沿三个相互垂直的平面上进行运动。即环绕额状轴在矢状面上的运动，环 绕矢状轴在额 状面上的运动， 环绕垂直轴在水平面上的运动。 关节轴的活动方向就是自由度， 具有两个以上自由度的关节都可做绕环运动。1、关节的分型1单轴关节 围绕一个运动轴而在一个平面上运动， 如指间关节 滑车关节，近侧、 远 侧桡尺关节 车轴关节 的屈伸运动。

8、 2双轴关节 围绕两个互为垂直的运动轴并在两个平面上运动， 包括：桡腕关节椭 圆关节、 拇指腕掌关节鞍状关节的屈伸、收展和环转运动。3三轴关节 围绕三个互相垂直的运动轴并在三个平面上运动，可做屈伸、收展及旋转、环转等多方向的运动。包括：肩关节球窝关节 、髋关节杵臼关节 、肩锁关节平 面关节。2、关节的稳定性和灵活性 关节的运动方式和运动幅度取决于关节的形态结构，后者又 决定了 关节的功能。各关节在形态和结构上各有其特点，稳定性大的关节例如膝关节活 动度较小，灵 活性较差；而灵活性大的关节例如肩关节稳定性较差。影响关节稳定性和 灵活性的因素：构成 关节的两个关节面的弧度之差、关节囊的厚薄与松紧度

9、、关节韧带的强 弱与多少、关节周围肌群的 强弱与伸展性。骨骼和韧带对关节的静态稳定起主要作用，肌肉 对动态稳定起重要作用。 五肌肉的力学特性每块肌肉由许多肌纤维组成。每条肌纤维是一个肌细胞，外包肌膜 即细胞膜 ，内有肌 浆即细胞质 。在肌浆中含有丰富的肌原纤维，每条肌原纤维上都呈现出明暗相间的横纹， 故 骨骼肌又称横纹肌。1、肌肉的理化特性 1兴奋性和收缩性 肌肉的兴奋性和收缩性表现为在刺激作用下能发生兴奋和产生收 缩的反 应。2伸展性和弹性 肌肉的伸展性指肌肉在放松状态下，受到外力的作用时长度延伸的 能力； 肌肉的弹性是指当外力去除后，肌肉恢复原来长度的能力。2、肌力的影响因素1肌肉的生理横

10、断面 每条肌纤维横断面之和为肌肉的生理横断面，单位生理横断面 肌纤维 全部兴奋时所能产生的最大肌力，称为绝对肌力。2肌肉的初长度 指收缩前的长度。 当肌肉被牵拉至静息长度的 1.2 倍时，肌力最大。 3运动单位募集 指进行特定活动动作时，通过大脑皮质的运动程序，调集相应数量 的运动 神经元及其所支配的肌肉纤维的兴奋和收缩过程。运动单位募集越多，肌力就越大。 运动单位募集 受中枢神经系统功能状态的影响，当运动神经发出的冲动强度大时，发动的运 动单位就多；当运动神经冲动的频率高时，激活的运动单位也多。4肌纤维走向与肌腱长轴的关系：一般肌纤维走向与肌腱长轴相一致，但也有不一致的。如在一些较大的肌肉中

11、，局部肌纤维与肌腱形成一定的角度而呈羽状连接。羽状连接的 肌纤维越多， 成角也较大，肌肉较粗，能产生较多的力，如腓肠肌，具有较强的收缩力。而 比目鱼肌，肌纤维与 肌腱的连接很少成角， 故具有较高的持续等长收缩能力。5杠杆效率：肌肉收缩产生的实际力矩输出，受运动节段杠杆效率的影响。有报道髌骨切除后股四头肌力臂缩短，使伸膝力矩减小约 30% 。六纤维的力学特性 骨骼周围的肌腱、韧带、关节囊、皮肤，以及外伤后引起的瘢痕组织中的纤 维组织，主 要由胶原纤维构成。由于胶原纤维内的细纤维在末受载荷时呈波浪状，载荷开始后胶原 纤维 被拉直、伸长，直至屈服点，继而产生非弹性变形，直至到达极限而断裂破坏。破坏时

12、的变 形 范围为 6%8% 。1、韧带的力学特性1韧带的粘弹性 韧带在牵拉载荷的应力作用下呈现以下力学特征。 非线性应力应变关系 韧带胶原纤维并非全部平行排列，当韧带的拉伸载荷开始时， 仅与 载荷作用方向一致的纤维承受最大牵伸而被完全拉直。随着牵伸力越加越大时，越来越 多的非平行 纤维受到载荷而被拉直。载荷的不断增大，韧带进一步延长，呈现越来越大的刚 性，有利于在应力 下保持关节的稳定和牢固。 蠕变 在静力学试验时， 如载荷不再增加， 但恒定地维持下去， 韧带还可以缓慢地继 续延长。 在反复屡次牵伸后也有类似的蠕变现象， 即牵伸到达同样长度所需的载荷逐步减少。 应力松弛 在韧带受载荷牵伸而延长

13、时，如其长度被维持不变，那么韧带内因牵伸而提 高的张 力会逐步下降，称之为应力松弛现象。 2 塑性延长 肌腱在载荷牵伸下发生弹性延长和塑性延长。前者在应力去除后回缩，后者那么为持久地延长。2、肌腱的力学特性 肌腱的胶原纤维几乎完全呈平行排列， 使其能承受较高的拉伸载荷。 人体 韧带的拉伸变形范围为 6%8% 屈服点 ，腱的应变范围为 10%15% 。通常肌腱的横截面积 越 大，所能承受的载荷也越大。 健康肌腱的拉伸载荷强度极限为肌肉的 2 倍。上述特性对牵伸肌腱、韧带及粘连组织，改善关节柔韧性，矫治关节的纤维性挛缩强直 有重要意义。二、运动生理学根底一运动与骨骼肌运动通常指躯体的活动。尽管运动

14、的形式十分复杂，但每一个单一动作根本上都是由骨 骼肌在神经支配下，以骨骼肌收缩为动力，以关节为轴心，牵动骨骼所完成的杠杆运动。运动的根本类型取决于关节形态、参与运动的关节数量、肌肉分布特点和神经发放冲动的强弱、频率等。1、 运动单位由运动神经元及其所支配的肌纤维合称为运动单位。每一块肌肉可包含很多的运 动单位。运动单位的功能是按全或无定律进行。同一块肌肉的运动单位越多，动作的精细程度越高。 同样，一个运动神经元所支配的肌纤维数量越少，动作的精细程度也越高。2、骨骼肌的分型 骨骼肌纤维肌细胞由肌膜即细胞膜、肌浆即细胞质和肌原纤 维 组成。肌原纤维由粗肌丝和细肌丝组成，前者为肌球蛋白，后者由肌动蛋

15、白、原肌球蛋白和肌钙蛋白构成，兴奋时通过肌膜传播动作电位，钙离子释放入肌浆网，与肌钙蛋白结合，启动肌动蛋白激活肌球蛋白上的 ATP肌丝的滑行引起收缩。人类骨骼肌存在三种不同功能的肌纤维 ：型慢缩纤维，又称红肌，即缓慢一氧化型肌 纤维SO, Ha型快速氧化一糖原分解型纤维FOG 和Hb型快缩纤维，又称白肌，即快速一 糖原分解型肌 纤维FG。各型骨骼肌纤维的特征如表 2-1所示。表2-1骨骼肌纤维的类型及其特征肌纤维特征I 型(SO)H a 型(FOG)H b 型(FG)能量供给形式氧化磷酸化氧化磷酸化糖酵解线粒体多多少肌红蛋白含量高高低毛细血管数致密致密稀疏肌肉颜色红红白糖原贮备少多多糖酵解酶活

16、性低中等高肌球蛋白ATP酶活性少多多收缩速度慢快快耐疲劳能力高中等低肌纤维大小小最大大3、肌肉的收缩形式1等张收缩 肌力大于阻力时产生的加速度运动和小于阻力时产生的减速度运动。运动时肌张力大致恒定，故称等张收缩。因引起明显的关节运动，故也称动力收缩。等张收缩又分向心收缩肌肉的止点和起点互相靠近的肌肉收缩，如上楼梯时的股四头肌收缩和离心收缩肌力低于阻力，使原先缩短的肌肉被动地延长，如下楼梯时股四头肌收缩。2等长收缩当肌肉收缩力与阻力相等时，肌肉长度不变，也不引起关节运动，称等长收缩 或静力收缩，如半蹲位时的股四头肌收缩。此时肌张力恒定，在对抗固定物件作等长 收缩时，肌肉 的张力视主观用力程度而定

17、。3等速收缩 肌肉收缩的速度保持一定。这不是人类肌肉的自然收缩形式，而是人为地借助于等速肌力训练器将其收缩速度限制在一定的范围之内，以便测定关节活动度及处于 任意关节角度 时的肌力，并进行训练。4、肌肉的协同 肢体的每一动作都需要多组肌肉恰当地通力合作才能完成。 1 原动肌 直接完成动作的肌群称原动肌。其中起主要作用者称主动肌，协助完成动作或仅在动作的某一阶段起作用者称副动肌。2 拮抗肌 与原动肌作用相反的肌群。原动肌收缩时，拮抗肌应协调地放松或作适当的离心收缩，以保持关节活动的稳定性及增加动作的精确性， 并能防止关节损伤。3固定肌 为了发挥原动肌对肢体运动的动力作用，需要参加固定作用的肌群。

18、4中和肌 其作用为抵消原动肌收缩时所产生的一局部不需要的动作。5、不同运动形式对骨骼肌的影响表 22二运动时心血管的调节 运动时心血管系统为了满足运动肌群的代谢性需要自动进行复杂的功能 调节，其调节程 度取决于运动的强度。这种调节主要表现为局部的自动调节 auto regulation 和 神经性调 节 neurogenic control ,前者为组织提供氧的需求和去除代谢废物，后者参与血压的维持。1、肌肉血流的自动调节由于肌肉系统中血管的总容量极大，假设完全扩张，那么可超过全身总血容量。因此，在作功肌肉血管开放的同时，其它脏器血管相应收缩，使血液重新分 配。在 正常安静情况下，内脏器官 心

19、、肝、肾、脾、胃肠 接受的血流量约为 3.0L min ， 而皮肤 为0.25L/min，肌肉1.0 L/min。运动中，内脏除心脏外的血流量均减少，皮肤血 管那么先收缩后 扩张，便于散热。这样可使作功肌肉获得较多的血流，以摄取较安静时高达 5075 倍的氧量。运动 前后各脏器的血流量分布如表 23 所示。表 2-2 不同运动形式对骨骼肌代谢和功能的影响运动类别主要刺激主要适应耐力运动在相对低强度下1、增加线粒体量和质，能量释的反复收缩放酶三羧酸循环酶和长链脂肪酸氧化酶和电子传送能力提咼；2、少见无氧代谢途径的改变；3、肌纤维稍有增粗；4、以红肌纤维改变为主，并增加肌肉的血液循环每一肌横断面积

20、范1、肌纤维增粗横断面积增围内增加力的负荷大1 ,以白肌纤维为主；即募集增多和或2、蛋白合成能力增强，分解降频率增加低;3、可能使线粒体数量相对减少,氧化能力无改变，无氧代谢能每一肌横断面积力1、增强；肌纤维增粗；范围内很慢增加2、保持氧化能力并有所增强；力的负荷3、快酵解纤维向快氧化酵解型纤维转变力量运动*代偿性过负荷慢性代偿性肥对肌功能的影响1、增加肌耐力；2、运动中可节省糖原的利用；3、作功中乳酸形成相 对较少1、增强肌力；2、 单位时间内爆发力 增强，相应肌群中协调能 力改善；3、可能耐力下降1、增加机械功；2、增强维持肌张力的 能肢体制动每一肌横断面积肌萎缩;围内减少力的负2、线粒体

21、减少，氧化能力下降，荷，减少收缩频率无氧代谢能力也减退;力；3、不易疲劳1、降；力量和耐力均下2、抗应激能力减退3、肌内血流量减少器官肺消化器心肾骨脑皮肤肌肉安静L/min5.01.250.251.250.250.750.251.00占每搏出量%10025525525520中等运动L/min15.00.750.750.750.150.7512.012.0占每搏出量100343141271代偿性过负荷是指机体内肌或肌群受到损伤后，相邻肌产生代偿性功能，因而出现过负荷现象表2-3安静和运动中各脏器的血流分布2、神经性调节 运动中血流分布的改变主要由于交感神经和激素的调节作用所致。交感神经分布广泛，

22、对脾、肾、肠管和皮肤血管的作用强烈，对脑、骨骼肌和心脏的作用相对较 弱。运动时交 感神经兴奋，使得血液重新分配，以适应运动中的代谢需要；同时也会引起静 脉血管的收缩，增加 回心血量。肾上腺髓质分泌的肾上腺素和去甲肾上腺素作用于心血管系统，去甲肾上腺素促进末梢 血管的 收缩，肾上腺素的少量分泌可以扩张血管。 肾素 -血管紧张素可以引起动静脉血管的收 缩，参与运 动时的血压调节，同时抑制肾脏的水和钠的排出，增加循环血量。运动中，还通过腔静脉压力感受器的加压反射和通过主动脉弓、颈动脉窦压力感受器的 减压反 射调节血管活动。3、局部因素的调节 在安静状态下，由于骨骼肌中血管平滑肌具有较高的张力 (血管

23、 收缩)，血 液流经每克肌肉的流量极低。运动中，这种肌张力很快减弱，即使在刚开始运动后 的数秒钟内就已 出现，因而血管很快舒张。自主神经无疑起着主导作用外，局部作用的调节 更为重要。局部作用的 因素包括：局部组织的氧张力降低；二氧化碳张力提高；乳酸 堆积；因ATP水解，细胞内 X、组织胺和腺苷等释放。由于活动肌肉中氧耗增加，使组织中的氧张力低下，扩大了血液和组织间的氧梯度，并 因二氧 化碳增多和乳酸的堆积，血液中血红蛋白氧别离曲线右移，因而即使组织中的氧张力 不变，仍可使 肌细胞获得更多的氧，其结果扩大了动静脉之间的氧分压差。由于血液是人体 内环境中主要的物质 载体，不仅提供给作功肌以较多的氧

24、和营养物质，而且由于酶、激素、无机盐、免疫物的运送，对全身均产生强烈的调节作用。4、运动中的循环调节(1) 心率和心搏出量 在运动中，心脏每分输出量的增加或维持，可通过增快心率或 增加搏出 量或二者均增加来到达。心率的变化是受神经和体液的调节。影响心搏出量的主要 因素有：心室收 缩力、心室流出道和血管的阻力、回心血量。(2) 心输出量 运动中必须保持较高的心输出量，以保证肌肉、呼吸和全身脏器的需 要。安静 仰卧时，成人每分输出量是 45 L, 站立时略有减少，运动中心输出量增加，健康 人每分输出量可增 至 20L 左右。其计算公式是：心输出量 =每搏出量 x 心率 =每分摄氧量 / 动静脉氧分

25、压差。(3) 血压和血管阻力 运动时，心输出量增多和血管阻力因素可以引起相应的血压增 高。但在 运动中由于骨骼肌血管床的扩张，总外周血管阻力明显下降，这样有利于增加心输 出量，并减少输 送氧给作功肌的阻力。 在血管反响良好的人体， 动力性、 耐力性和大肌群参 与的运动工程 (如跑步、 骑自行车等)，剧烈运动时收缩压可以增高，舒张压仅轻微升高或不 变或稍下降。在无氧、等长收 缩及仅有小肌群参与的大强度运动时，虽可明显增加心输出量， 但由于此时局部血管扩张机制的作用较少，总外周血管阻力没有相应的下降，舒张压升高明显，心室的后负荷加大4静脉血回流运动时，因骨骼肌血管床扩张而引起大量血流灌注，假设没有

26、相应的代偿机制常可阻碍静脉血回流。因为静脉管壁较薄，且有静脉瓣，故可阻止血液逆流。当肌肉收缩时，可使静脉受挤压，迫使血液向心脏流动；当下一次肌肉舒张可使静脉重新充盈。这样反复挤压，会产生“按摩效应，可防止血流的淤积。同样，运动时的呼吸动作也促使肢体的静脉血回流入胸腹腔。另外，交感神经可使容量血管收缩，使静脉系统中血流量减少，也是保证回心血量增加的重要因素。三对呼吸系统的影响肺的功能在于进行气体交换、调节血容量及分泌某些内分泌激素。每分通气量是潮气量和呼吸频率的乘积。潮气量又分两局部。一局部气体进入肺泡进行气体交换，称为肺泡通气量；另一局部气体并不进入肺泡，只存在于呼吸道解剖无效腔内，称为死腔通

27、气量。死腔通气量和潮气量的比值表示肺泡通气效率。1、运动中摄氧量的变化在摄氧量V02能够满足需氧量的轻或中等强度运动，只要运动强度不变，即能量消耗恒定时， 摄氧量便能保持在一定水平，被称为“稳定状态"。但在运动刚开始的短时间内，因呼吸、循环的调节较为缓慢，氧在体内的运输滞后，致使摄氧量水平不能立即到位，而是呈指数函数曲线样逐渐上升，此即进入工作的非稳态期，或“进入工作状态，通常是从无氧供能开始，逐渐增加有氧成分，呈特定的摄氧动力学变化。“稳定状态是完全的有氧供能，而“进入工作状态"这一阶段的摄氧量与根据稳定状态推断的需氧量相比，其缺乏局部即无氧供能局部，那么传统地被称为&q

28、uot;氧亏"。当运动结束进入恢复期时，摄氧量也并非从高水平立即降至安静时的水平，而是通过快、慢两个下降曲线逐渐移行到安静水平。这一超过安静状态水平多消耗的氧量，那么传统地被称为“氧债， 并认为“氧债与总的“氧亏等量。2、最大摄氧量运动时消耗的能量随运动强度加大而增加。随着运动强度的加大，摄氧量到达最大而不再能增加的值，称为最大摄氧量VQmax 。3、运动对呼吸的影响 健康人大运动量后对呼吸的影响如表2 4所示表2-4健康人运动前后呼吸各指标的变化呼吸指标安静大运动量后呼吸频率次/min 1050潮气量L/min 0.63.2每分通气量L6160吸氧量L0.254.57二氧化碳排出量L0.200.52呼吸商0.791.21通气氧耗值ml/L ? min6120肺泡通气率0.30.12肺血流量L/min426肺动脉平均压kPa1.873.60肺泡-动脉氧压力梯度kPa1.334.00四对代谢的影响1、运动中的能量代谢 能量的产生有无氧代谢过程和有氧代谢过程两种机制。1无氧代谢过程 非乳酸性能量的产生：腺嘌吟激酶反响：ATP ADP + Pi ; 2ADP ATP+ AMP肌酸激酶反响：CP + ADP ATP + Cr ADP + Pi + Cr ; ATP + Cr ADP +