“虎爬”、仿龟爬及“猫爬”爬行动作的运动生物力学研究

摘要

人类不同速度爬行时表现出不同的运动学模式，并已被证明与动物拥有相似的步态模式，这是由于人类脊髓中固有神经回路的腰骶段和颈椎段之间运动神经元相互协调的结果。基于此，本研究的目的在于通过对高、中、低三种不同重心高度爬行时的身体运动学数据、主要表面肌群肌电信号和心率数据的采集与分析，探究重心高度不同对关节活动范围、肌肉活性和身体负荷强度等特征的影响，以及与直立行走和动物对比他们之间的差异。基于以上目的，本研究主要采用的方法是:通过文献资料法规范爬行动作，通过实验法使用美国motion的三维动态捕捉系统、德国菲兹曼的BTS FREEEMG300无线表面肌电测试仪和芬兰Polar的RS400团队版运动心率监控仪分别采集8名男性受试者的生物力学和生理学数据，经后期处理和统计，获得实验结果。
　　本研究的主要结果包括以下几个方面:
　　1)人体运动学:低、中及高重心爬行的重心高度变化范围分别为0.43m-0.48m、0.49m-0.60m及0.61m-0.68m;高和中重心爬行时手的摆动比远远高于脚的摆动比，低重心爬行则相似;随着重心高度的降低，受试者逐渐趋向于对角线模式（同侧相位滞后约50％，r=-0.926）;上肢肩和肘关节随着重心降低关节活动范围逐渐减小，下肢髋、膝和踝关节随着重心降低关节活动范围逐渐增大;爬行时上肢的主要作用是吸收能量使身体减速。
　　2)肌肉活化特性:爬行时不同重心高度表现出不同的激活时序，但核心肌群激活较早（虽然不是第1个激活）;不同重心高度爬行之间上肢和核心肌群的激活过程非常类似;随着爬行时重心高度的降低，三角肌后部（r=0.697，r表示重心高度与肌电振幅的相关性;下同）、竖脊肌(r=0.684)、多裂肌(r=0.570)和臀大肌(r=0.726)的振幅逐渐降低，相反，股二头肌（r=-0.648）的振幅逐渐升高;肩和膝关节随着重心降低共激活程度逐渐升高;相反的是，肘和髋关节随着重心的降低共激活程度逐渐降低。
　　3)负荷强度特征:爬行初学者一般只能坚持约5min;所有爬行在开始的1min内心率上升明显，提高了约20％-25％最大心率;爬行时，重心高度影响了负荷强度，随着重心升高，负荷强度逐渐下降;爬行时的平均强度约为61％-74％的最大心率;然而，有氧耐力较好的受试者爬行时表现出低于平均水平一个等级的运动强度。
　　本研究的主要结论包括:
　　1)爬行时的主要关节较直立行走有更宽泛的活动范围，重心高度的不同将影响关节活动范围和各肌群的肌电活性，肌电活动与直立行走不同的主要是上肢的三角肌和肱三头肌，本研究的结果还印证了大脑皮层的神经信号覆盖了脊髓运动神经元的观点以及提供了脊髓神经信号输出分段控制肌肉的证据。
　　2)本研究的结果还表明爬行时，人类往往表现出局部肌群疲劳的特征，爬行初学者常在开始的1min内心率提升较大，这种现象可能表明初学者爬行的时间不宜过长，在4min内较为合适。爬行时的运动强度一般相当于小强度至中等强度的活动，有氧能力较好的人表现出更低的运动强度。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 爬行动作的概念与分类

1．2 爬行肌电的相关研究

1．3 爬行运动学的相关研究

1．4 爬行运动在康复领域中的应用研究

1．5 文献小结

2 研究对象与方法

2．1 研究对象

2．1．1 论文研究对象

2．1．2 实验对象

2．2 研究方法

2．2．1 文献资料法

2．2．2 实验法

2．2．3 数理统计法

3 结果与讨论

3．1 爬行动作运动学特征

3．1．1 爬行重心高度及速度特征分析

3．1．2 基本步态参数

3．1．3 关节活动范围

3．1．4 与直立行走相比

3．2 爬行动作表面肌电特征

3．2．1 原始肌电图分析

3．2．2 激活时序分析

3．2．3 周期标准化分析

3．2．4 激活程度分析

3．2．5 共激活分析

3．2．6 人类爬行的神经机制

3．3 人类爬行时的运动强度分析

3．3．1 运动区平均强度

3．3．2 运动区最高强度

3．3．3 运动区心率变化

结论与建议

参考文献

致谢

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