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Biomechanical principles NSCA Certification Commission 生物力学原理 体能训练的基本问题 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 生物力学术语 • 功能解剖 -肌肉骨骼系统的结构和功能（而不是心血 管系统、呼吸系统、消化系统等的解剖和 生理） • 运动学 -肌肉骨骼系统相互作用的运动机制，对外 表现为工作和产生移动 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 功能解剖 Biomechanical principles 图1 解剖位置 • 解剖位置 -竖直站立 -眼睛、头和脚趾指向前 方 -指尖朝下，掌心向前 -脚跟随脚趾指向前方 NSCA Certification Commission NSCA Certification Commission Biomechanical principles 运动平面 • 矢状面 - 把身体分为左右两部分的平面 - 运动（图2） 四肢 - 屈、伸 躯干 - 屈、伸（向前向后弯曲身体） NSCA Certification Commission Biomechanical principles 运动平面 • 额状面 - 把身体分为前后两部分的平面 - 运动（图2） 四肢 - 外展、内收 躯干 - 左、右侧弯 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 运动平面 • 横切面/水平面 - 把身体分为上下两部分的平面 - 运动（图2） 四肢 - 旋内、旋外 躯干 - 左右环转 Biomechanical principles 图3 神经系统 • 运动单位 - 运动 （细微/总体） - 类型 - 示例 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 图4 神经系统 • 本体感受器 - 肌梭 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 图5 神经系统 • 本体感受器 - 高尔基小体 （GTO） NSCA Certification Commission NSCA Certification Commission Biomechanical principles 骨骼系统 • 中轴骨 - 颅骨 - 脊柱 - 胸骨 - 肋骨 • 四肢骨 - 肩带 - 骨盆带 - 上肢 - 下肢 Biomechanical principles NSCA Certification Commission 肌肉连接装置 • 起点 - 肌肉附着在骨骼的近端连接组织 • 止点 - 肌肉附着在骨骼的远端连接组织 Biomechanical principles 图7 肌肉功能 主动肌 拮抗肌 协同肌 稳定肌 NSCA Certification Commission NSCA Certification Commission Biomechanical principles 功能性运动 • 多向运动 - 功能性运动不仅仅发生在一个平面 - 运动训练需要在多平面进行运动 • 肌肉功能 -肌肉不是独立发挥作用的 -几块/多块肌肉功能联合产生互补动作完成任务 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 运动学 Biomechanical principles 图8 NSCA Certification Commission 杠杆系统 • 轴（支点） • 动力(移动或肌肉力量)；动力臂 • 阻力；阻力臂 Biomechanical principles 图9 第一杠杆 • 肌力和阻力作用 在支点相对的两 边 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 图10 第二杠杆 • 肌力和阻力作 用在支点的同 一边，但是阻 力作用点离支 点较近 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 图11 第三杠杆 • 肌力和阻力都 作用在支点同 一边，但肌力 作用点离支点 较近 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 图12 力矩 • 力矩 - 力的旋转效应 - 力矩=力×力臂 - 力矩在运动过程 中不断变化 NSCA Certification Commission Biomechanical principles NSCA Certification Commission 力学优势（MA） • 动力臂÷阻力臂 - 大于1 动力效应比阻力强 - 小于1 动力效应比阻力弱 Biomechanical principles 图13 NSCA Certification Commission 肘关节和MA Biomechanical principles 图14 NSCA Certification Commission 膝关节和MA NSCA Certification Commission Biomechanical principles 力量 Biomechanical principles NSCA Certification Commission 力量的贡献因素 • 神经 • 肌肉 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 神经因素 • 运动单位募集 • 运动单位冲动发放率 • 要想增加力量： - 增加运动单位数量 - 募集更大的运动单位 - 增加运动单位冲动发放率 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 肌肉因素 • • • • • • 长度-张力关系 力量-速度关系 力量-时间关系(作者没有提及) 肌纤维构造 横截面积（CSA） 关节角度 Biomechanical principles 图15 NSCA Certification Commission 长度-张力关系 • 主动的力量-长度关系 -力量随肌球-肌动蛋白的 重叠而变化 • 被动的力量-长度关系 -象橡皮绳，拉的越长产 生力量越大 Biomechanical principles 图16 NSCA Certification Commission 力量-速率关系 • 向心性运动速率与产 生的力量成反比 • 在近似等速情况下可 产生较大的力量 • 在高速情况下仅产生 很小的力量 Biomechanical principles 图17 NSCA Certification Commission 力量-时间关系 • 力量基于时间和持续时间而变化 - 启动力量：肌肉运动开始时产生力量的能力(第一个 星号) -力量发展效率：肌肉运动开始达到最大肌力的能力 （第二个星号） Biomechanical principles 图17 NSCA Certification Commission 力量-时间关系 -最大肌力：运动员的力量潜力 可以叫做“最大等量收缩”或者“绝对力 量”（第三个星号） Biomechanical principles 图17 NSCA Certification Commission 力量-时间关系 -力量耐力：保持肌肉长时间运动的能力 （第四个星号） 静力性：长时间保持一个既定姿势 动力性：长时间保持一个既定强度的运动 爆发性：重复爆发性运动 -减速力量：回到安静状态 需要的力量（第五个星号） Biomechanical principles 图18 NSCA Certification Commission 肌肉纤维结构 • 三种成分模型 -CC -SEC -PEC Biomechanical principles 图19 NSCA Certification Commission 肌肉纤维结构 • 收缩性结构（CC） NSCA Certification Commission Biomechanical principles 肌肉纤维结构 • 串联弹性成分 （SEC） • 结构 • 功能 -肌肉离心运动时储存 的力量 -收缩即刻释放的力量 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 肌肉纤维结构 • 并联弹性成分 （PEC） • 结构 • 功能 随非刺激性肌肉拉伸 产生被动力量 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 肌肉纤维结构 • 储存弹性能量 的原理 • 肌腱储存弹性能量 可以： -减少能量消耗 -增加肌肉效率 • 关节依赖 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 羽状肌 • 纤维排列的变化与拉力线有关 -每平方英寸横截面积的肌肉组织产生23.2 到145磅的力量 -一块肌肉内的肌纤维排列不同可以产生力 量变化 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 羽状肌 • 与力量产生轴平行的肌纤维将所有力量都 传递到肌腱 • 在远端羽状角，有一部分力量产生能力的 丧失 • 较大的羽状角允许更多数量的纤维聚集在 一个特定的肌肉体积内 Biomechanical principles 图20 羽状肌 NSCA Certification Commission Biomechanical principles NSCA Certification Commission 横截面积（CSA） • 肌肉产生的力量与横截面积相关性比肌肉 体积更大 • 较大的CSA相当于能产生更大的肌肉力量 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 关节角度 • 运动中由于关节角度发生变化可以导致肌 肉力量发生变化,会影响力量产生能力 - 长度-张力关系 - 关节运动角度之外杠杆的变化 Biomechanical principles 图21 NSCA Certification Commission 关节角度和力矩的产生 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 力量类型 • 重力 • 由于在垂直方向的重量 产生阻力；重量等于质 量乘以当地重力加速度 • 重心（c.o.g.） -身体质量平均分配点 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 力量类型 • 地面反作用力 • 对作用力产生反应 的力 • 地面作用在脚上的 力 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 力量类型 • 张力 • 拉伸时的阻力 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 力量类型 • 压力 • 挤在一起的阻力 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 力量类型 • 剪切力 • 一边到另一边的力量 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 力量类型 • 轴负重 • 沿骨骼长轴起作用的力量 - 随同张力和压力产生 • 以一定角度作用在骨骼长轴 的剪切负荷 • 举例 Biomechanical principles 图22 功率 • 功率-时间关系 - 功率的产生随时间的 延长而降低 • 基于训练模式的应 用 - 变向运动 - 举重 - 加速/全速训练 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 图23 NSCA Certification Commission 超等长运动 • 包括提前拉伸或反向运动的快速运动,能够 激活延长的收缩周期（SSC） NSCA Certification Commission Biomechanical principles 举重 • 挺举；抓举（及其变化形式） NSCA Certification Commission Biomechanical principles 加速训练 • 合理利用这一模式增加功率 - 包括延长收缩周期 - 需要速度-力量（如全速训练） NSCA Certification Commission Biomechanical principles 全速训练 • 全速训练类型 - 技术训练 优化动作和纠正错误 头、躯干和腿的姿势 腿的动作和胳膊的动作 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 全速训练 • 全速训练类型 - 全速助跑训练 通过全速助跑训练可以明显提高步频 速度训练比自发训练更有效 举例 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 全速训练 • 全速训练类型 - 抗阻全速跑 支撑阶段通过增加地面反作用力帮助增加步 长和速度力量 举例 Biomechanical principles 图24 NSCA Certification Commission 运动的动力链 • 闭环动力链 - 关节“链”的远端止点 固定 - 举例 - 多关节≠闭环链 - 重量支撑≠闭环链 Biomechanical principles 图25 NSCA Certification Commission 运动的动力链 • 开放的动力链 - 关节“链”的 近端止点固定 - 举例 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 运动的动力链 • 重要性 - 肌肉功能 - 运动移动 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 运动的动力链 • 闭合动力链活动增加关节相似性，一致性和 稳定性 • 但是本质上不会更“实用” • 应用举例 - 全速跑 No：闭合链 Yes：开环链抗阻训练更合适（例子） NSCA Certification Commission Biomechanical principles 生物力学的应用 • 对所给予以的负荷需求的特殊代偿原 则（SAID） - 基于动力链 - 基于活动范围 - 基于移动速度 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 自由重量运动 • 动力链 - 运动实例 - 运动/功能应用 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 自由重量运动 • 活动范围 -运动实例 -运动/功能应用 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 自由重量运动 • 移动速度 -运动实例 -运动/功能应用 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 变化的抗阻运动 • 关节度变化 - 由于运动过程中阻力臂发生变化，移动关节或 运动需要不同的肌肉力矩 • 变化的阻力力学目的 - 为了使运动时阻力的变化适应身体的肌肉力矩 （如凸轮机械） Biomechanical principles 图26 NSCA Certification Commission 变化的抗阻运动 • 凸轮式运动机械 - 变化的阻力臂长度 - 适应动力矩设计 - 举例：肱二头肌屈曲 Biomechanical principles 图27 NSCA Certification Commission 变化的抗阻运动 • 枢轴式运动器械 - 变化的动力臂长度 - 减少的机械优势 Biomechanical principles NSCA Certification Commission 变化的抗阻运动 • 弥补凸轮式或枢轴式机械缺陷的机械类型 - 目标是运动不同部分的活动范围 - 训练运动不同部分活动范围的较弱部位 NSCA Certification Commission Biomechanical principles 变化的抗阻运动 • 机械和人体力量曲线等同吗？ - 大部分个体不匹配 - 是为一般人群设计的 肢体长度 肌肉附着点 Biomechanical principles NSCA Certification Commission