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人体运动链鞭打动作生物力学特征的研究

人体运动链鞭打动作生物力学特征的研究

作者：秦春河北师范大学

学位级别：硕士

人体运动是运动链的多关节运动,所有动作都是通过人体环节之间相互作用来完成的。人体环节运动链是探索人体运动时骨骼、关节和肌肉的相互作用及功能转化规律的科学模式,对运动链运动学和动力学规律的探索研究不仅可揭示有关生命运动机... 详细信息

人体运动是运动链的多关节运动,所有动作都是通过人体环节之间相互作用来完成的。人体环节运动链是探索人体运动时骨骼、关节和肌肉的相互作用及功能转化规律的科学模式,对运动链运动学和动力学规律的探索研究不仅可揭示有关生命运动机理的奥秘,也为其他科学研究和技术发展提供极强的推动作用。鞭打动作是许多体育技术动作的重要组成部分,目的是使末端环节获得最适宜速度,通常情况下是使末端速度达到最大,并且整个过程中人体各环节协调配合以确保动作质量。目前对鞭打动作的研究多数只是简单的动作分析或者对单一关节或某一肌群的研究,忽视了整个运动系统的关联性及运动性,缺乏整体系统模型和置换模型的建立。从人体环节运动链的角度对全身鞭打动作的生物力学特征进行梳理,对相关肌肉在鞭打动作过程中的作用进行定量化研究,有助于我们更好的认识人体的运动机制,精确的指导运动员训练,使技术动作更加合理有效。本研究通过运动图像解析得出排球运动员扣球和足球运动员正脚背踢球动作的运动学参数,结合肌电测试和传感器测试的方法比较全身肌肉在动作不同时相中所起作用的异同,以期找出鞭打动作过程中关节角度、角速度变化等生物力学特征,探索鞭打动作中人体运动链的工作规律。研究结论如下: (1)足球的下肢鞭打动作和排球的上肢鞭打动作都是典型的全身性鞭打动作,其中排球的鞭打动作每个环节都参与了能量和动量的直接传递,而足球的鞭打动作仅是躯干和下肢参与了能量和动量的直接传递,上肢的随挥有较大的个人差异,但仍然对维持身体平衡,保证动作质量起一定作用。 (2)上肢鞭打和下肢鞭打在有无支撑,关节运动形式的复杂性和角速度变化的频繁性上有所差别,这是与项目特点和上下肢关节解剖学构造息息相关的。 (3)影响排球鞭打动作完成质量的主要因素有躯干扭转的时机,引臂阶段水平外展,击球阶段上臂内旋和水平内收的时机,肘关节伸展动作的时机和击球时肘关节角。影响足球鞭打动作完成质量的影响因素有小腿上摆的幅度,小腿下摆的时机,大腿制动的时机以及大腿前屈拮抗肌的放电量。 (4)鞭打动作是最能体现人体链式运动的动作,需要全身各环节主动肌和拮抗肌积极协调配合,尤其要在训练中重视躯干的枢纽作用。

关键词：运动链鞭打动作生物力学特征肌电传感器

视觉剥夺下单侧功能性踝关节不稳者落地动作的生物力学特征研究

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视觉剥夺下单侧功能性踝关节不稳者落地动作的生物力学特征研究

作者：孔林焘苏州大学

学位级别：硕士

研究目的:视觉作为感觉信息输入的一种重要方式,在维持人体姿势的稳定中不可或缺。然而,在视觉忽略或缺失的情况下,人体在进行落地动作时,下肢关节的力学特征还尚不清楚,尤其是踝关节功能性不稳者。因此,本研究旨在通过比较踝关节功能... 详细信息

研究目的:视觉作为感觉信息输入的一种重要方式,在维持人体姿势的稳定中不可或缺。然而,在视觉忽略或缺失的情况下,人体在进行落地动作时,下肢关节的力学特征还尚不清楚,尤其是踝关节功能性不稳者。因此,本研究旨在通过比较踝关节功能性不稳组和对照组视觉剥夺后的落地力学特征,探讨视觉剥夺状态下落地踝关节功能性不稳组的运动生物力学特征,为功能性踝关节的损伤防治提供理论基础和实验依据。研究方法:本研究随机选取苏州大学体育学院12名单侧功能性踝关节不稳者为实验组,匹配12名无任何踝关节损伤者为对照组。采用Vicon三维运动捕捉系统和Kistler测力台对所有受试者进行30cm高度平台落地实验(无垂直方向初速度的自由落体),实验分为有视觉剥夺和无视觉剥夺两部分,在视觉剥夺时,受试者佩戴眼罩将视觉遮蔽。采集落地过程中的运动学、动力学参数,采集的数据通过双因素重复测量方差分析进行指标差异的统计学检验,检验水准ɑ=0.05。研究结果:(1)相比于无视觉剥夺状态下落地,视觉剥夺落地的触地瞬间,功能性踝关节不稳组和对照组的膝关节屈曲角度更大(P<0.05),落地阶段髋、膝、踝关节屈曲幅度减少(P<0.05),踝关节的内翻程度变大(P<0.05);下肢垂直长度变化量变小(P<0.05),下肢刚度和踝关节刚度变大(P<0.05)。(2)视觉剥夺状态下落地时,功能性踝关节不稳组和对照组所承受的地面垂直反作用力峰值要小于无视觉剥夺状态(P<0.05),且地面反作用力峰值出现时间在内-外方向的差异也有统计学意义(P<0.05),载荷率也要高于无视觉剥夺落地(P<0.05),从各个关节的力矩来看,髋、膝、踝关节在矢状面和额状面的力矩均出现不同程度的增大(P<0.05)。(3)视觉剥夺落地时,功能性踝关节不稳组相比于对照组,落地阶段膝关节和踝关节的屈曲幅度要小(P<0.05),在触地瞬间和落地阶段膝、踝关节的内翻程度的差异都有统计学意义(P<0.05)。而对照组的下肢垂直长度变化量要大于踝关节扭伤者,下肢刚度和踝关节刚度要小于踝关节扭伤者(P<0.05)。(4)视觉剥夺落地时,对照组的垂直方向、向右方向的地面反作用力峰值出现时间要迟于功能性踝关节不稳组,髋关节伸力矩和踝关节背屈力矩也要小于功能性踝关节不稳组(P<0.05)。研究结论:(1)视觉剥夺状态下落地,由于视觉信息输入受阻,无法有效的调动肌骨系统的落地策略,使得下肢髋、膝、踝关节的屈曲幅度减少、内-外翻幅度变大,关节力矩增加,从而削弱了缓冲地面反作用力的能力,降低了下肢关节的动态稳定性,减弱了运动动作的控制能力,增加了健康组和踝关节功能性不稳组的运动损伤风险。(2)功能性踝关节不稳组踝关节周围本体感觉能力下降、肌肉力量减弱等因素的影响,中枢控制能力减弱,导致其视觉剥夺状态落地时,踝关节内翻程度大于健康组,下肢关节稳定性弱于健康组。因而,更容易增加损伤的几率。

关键词：功能性踝关节不稳落地视觉剥夺生物力学特征

落地高度对单腿跳深动作中膝关节生物力学特征的影响

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落地高度对单腿跳深动作中膝关节生物力学特征的影响

作者：余诗琦南京体育学院

学位级别：硕士

目的:本研究旨在分析不同高度单腿跳深动作过程中膝关节的生物力学特征。通过分析不同高度单腿跳深动作膝关节的生物力学特征,发现潜在的膝关节损伤风险因素,为优化单腿跳深练习提供科学依据;同时,根据单腿跳深动作中的性别差异,科学设... 详细信息

目的:本研究旨在分析不同高度单腿跳深动作过程中膝关节的生物力学特征。通过分析不同高度单腿跳深动作膝关节的生物力学特征,发现潜在的膝关节损伤风险因素,为优化单腿跳深练习提供科学依据;同时,根据单腿跳深动作中的性别差异,科学设计男、女运动员的训练方案,对于运动员科学训练有着重要意义。方法:本研究选取20名高水平排球运动员进行相关研究分析。受试者分别从15cm（DJ15）、30cm（DJ30）、45cm（DJ45）高度的跳箱完成动作。受试者双手叉腰,从跳箱上无初速度自由落下,优势腿落地,紧接着尽最大努力尽快向上垂直起跳然后回落到测力台,并能保持身体平衡。实验利用三维红外运动捕捉系统、三维测力台和表面肌电同步记录受试者跳深动作过程中的全身三维运动学信号、地面反作用力信号和表面肌电信号。利用Qualisys Track Manager 2019.2数据采集系统软件中对标定反光Marker球进行识别,采用Visual 3D软件（V6.01.36,C-motion,USA）对采集的信号进行处理并计算相关指标。运用重复测量方差分析跳深过程中运动学、动力学、肌电信号等指标的变化特征。综合分析落地高度对单腿跳深动作膝关节力学特征的影响及性别差异。包括落地高度对膝关节角度、力矩、剪切力、功率、肌肉激活情况的影响及性别差异。结果:（1）膝关节最大屈曲角度随着高度增加而显著增加（P＜0.05）,男性在缓冲期和蹬伸期最大外翻、外旋角度显著小于女性（P＜0.05）。男性膝关节内外翻活动度显著小于女性（P＜0.05）。（2）缓冲期膝关节最大旋转剪切力和最大前向剪切力随高度增加而显著增加（P＜0.05）。（3）缓冲期膝关节屈曲力矩随高度增加而显著增加（P＜0.05）,男性在缓冲期屈曲力矩和蹬伸期的伸展力矩显著大于女性（P＜0.05）,女性在缓冲期和蹬伸期膝关节外翻力矩显著大于男性（P＜0.05）。（4）男性在缓冲期膝关节外翻功率显著小于女性（P＜0.05）。蹬伸期膝关节的伸展功率、外旋功率随高度增加而显著增加（P＜0.05）,男性在蹬伸期膝关节外翻功率显著小于女性（P＜0.05）。（5）缓冲期股外侧肌、股直肌、股内侧肌、半腱肌、股二头肌、腓肠肌外侧头、腓肠肌内侧头的均方根振幅随高度增加而显著增加（P＜0.05）,男性在缓冲期股内侧肌的均方根振幅显著小于女性（P＜0.05）。蹬伸期男性在蹬伸期的腓肠肌内侧头的均方根振幅显著大于女性（P＜0.05）。（6）随高度增加大腿共激活比没有统计学意义（P＞0.05）,性别之间没有统计学意义（P＞0.05）。结论:（1）不同高度单腿跳深动作运动学特征表现为:落地高度增加时,膝关节最大屈曲角度随之增加;女性呈现显著的膝关节外翻、外旋动作模式维持关节稳定。（2）不同高度单腿跳深动作动力学特征表现为:落地高度增加时,蹬伸期膝关节伸展功率随之增加;缓冲期男性矢状面和女性额状面呈现显著变化:男性屈曲力矩、屈曲功率、伸展力矩、伸展功率显著大于女性,女性外翻力矩、外翻功率显著大于男性。（3）不同高度单腿跳深动作肌肉激活特征表现为:落地高度显著影响缓冲期膝关节肌群激活程度,对蹬伸期影响较小;神经肌肉控制策略呈现显著性别差异,女性缓冲期股内侧肌激活显著,男性蹬伸期腓肠肌内侧激活显著。

关键词：落地高度单腿跳深膝关节生物力学特征

内外部注意焦点策略对动态膝外翻者纵跳落地动作生物力学特征的影响

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内外部注意焦点策略对动态膝外翻者纵跳落地动作生物力学特征的影...

作者：潘凤鹏苏州大学

学位级别：硕士

研究目的:本研究旨在探究不同注意焦点策略下动态膝外翻者单、双腿纵跳落地动作的生物力学特征,了解动态膝外翻者在不同的注意焦点策略下纵跳落地动作生物力学特征的差异,为动态膝外翻者损伤防护及体育教学和运动训练获得更好的运动表... 详细信息

研究目的:本研究旨在探究不同注意焦点策略下动态膝外翻者单、双腿纵跳落地动作的生物力学特征,了解动态膝外翻者在不同的注意焦点策略下纵跳落地动作生物力学特征的差异,为动态膝外翻者损伤防护及体育教学和运动训练获得更好的运动表现提供实验依据和理论参考。研究方法:本研究以单腿深蹲为测试动作,通过视频分析动态膝外翻角度,筛选出15名动态膝外翻者（外翻角度:17.9°±4.5°）作为实验的受试者。动态膝外翻者根据随机发出的内部注意焦点策略和外部注意焦点策略指令,完成单腿纵跳和双腿纵跳动作。通过Vicon红外动作捕捉系统和Kistler测力台对受试者的下肢运动学和动力学指标进行采集,分析动态膝外翻者在不同注意焦点策略下单、双腿纵跳落地动作的生物力学特征差异。研究结果:（1）动态膝外翻者在外部注意焦点策略下单、双腿纵跳高度大于内部注意焦点策略,差异具有统计学意义（P＜0.05）。（2）动态膝外翻者在双腿纵跳落地动作中触地瞬间膝关节屈曲、髋关节屈曲、膝关节外翻角度和落地缓冲阶段膝关节屈曲、髋关节屈曲、髋关节内收角度和各个方向的地面反作用力峰值等指标在内、外部注意焦点策略间的差异具有统计学意义（P＜0.05）。（3）动态膝外翻者在单腿纵跳落地缓冲阶段髋关节屈曲、膝关节屈曲、髋关节内收、膝、踝关节外翻角度和髋关节与膝关节在矢状面和额状面角度的变化量及单腿纵跳落地在垂直方向、向内方向、向外方向、向后方向的地面反作用力及向后方向地面反作用力峰值对应时间在内、外部注意焦点策略间的差异存在统计学意义（P＜0.05）。（4）动态膝外翻者在内部注意焦点策略下单腿纵跳落地与双腿纵跳落地动作中,在触地瞬间髋关节屈曲、膝关节屈角度和落地缓冲阶段髋关节屈曲、膝关节屈曲、膝关节外翻角度及落地缓冲阶段垂直方向、向前方向、向内方向的地面反作用峰值及其各方向上的对应时间在单腿和双腿纵跳落地动作间的差异具有统计学意义（P＜0.05）。动态膝外翻者在外部注意焦点策略下单腿与双腿纵跳落地动作中,触地瞬间髋关节屈曲、膝关节屈曲角度和落地缓冲阶段髋关节屈曲、膝关节屈曲、髋关节内收、膝关节外翻角度及落地缓冲阶段垂直方向、向前方向、向内、向后方向上的地面反作用峰值及其各方向上的对应时间在单腿和双腿纵跳落地动作间的差异具有统计学意义（P＜0.05）。研究结论:（1）注意焦点策略是影响运动表现的重要因素,动态膝外翻者在外部注意焦点策略下的纵跳高度优于内部注意焦点策略。（2）外部注意焦点策略下动态膝外翻者完成单、双腿纵跳动作落地阶段表现出更大的动态膝关节外翻角度,膝关节损伤的风险增加。（3）外部注意焦点策略下动态膝外翻者双腿纵跳相比于单腿纵跳,表现出更大的膝、髋关节屈曲角度、较小的膝外翻角度以及地面反作用力。

关键词：注意焦点策略动态膝外翻纵跳生物力学特征

功能性踝关节不稳者未预期侧切动作的下肢生物力学特征

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功能性踝关节不稳者未预期侧切动作的下肢生物力学特征

作者：韩花花苏州大学

学位级别：硕士

研究目的:本文主要通过对单侧功能性踝关节不稳组和无踝关节损伤组,在预期与未预期模式下侧切动作的研究。对比两组受试者在侧切动作中的下肢生物力学特征,探讨两组受试者在预期和未预期两种模式下侧切动作中存在的下肢生物力学差异,分... 详细信息

研究目的:本文主要通过对单侧功能性踝关节不稳组和无踝关节损伤组,在预期与未预期模式下侧切动作的研究。对比两组受试者在侧切动作中的下肢生物力学特征,探讨两组受试者在预期和未预期两种模式下侧切动作中存在的下肢生物力学差异,分析功能性踝关节不稳者在侧切动作中易损伤的原因,为侧切动作的正确执行提供理论参考和实验依据。研究方法:本研究根据坎伯兰踝关节不稳量表(CAIT),结合抽屉试验等方法,选取12名右侧单侧功能性踝关节不稳者作为实验组(FAI组),根据FAI组的形态学指标及从事体育运动的年限等,匹配12名无踝关节损伤的受试者作为对照组。运用Vicon红外运动捕捉与分析系统和Kistler三维测力台分别对两组受试者在预期与未预期模式下45°侧切过程中的运动学(时刻、角度)和动力学(垂直地面反作用力、力矩)指标进行采集。预期模式下,受试者助跑上测力台后直接进行45°侧切;未预期模式下,当受试者助跑通过红外感应装置时触发红外感应器,此时与之相连接的45°侧切指示灯、及干扰项45°横切指示灯和径直跑指示灯会随机亮起其中一盏,受试者按照亮起的指示灯完成对应动作。对所采集到的运动学和动力学数据采用2×2[组别(FAI组和对照组)×模式(预期和未预期)]双因素重复测量方差分析,检验水准α=0.05。研究结果:(1)与预期相比,未预期侧切动作中表现出支撑期、缓冲期延长(P<0.05);(2)侧切触地瞬间,FAI组的踝关节背屈角度、踝关节内翻角度、踝关节外旋角度、膝关节外旋角度均小于对照组(P<0.05);未预期模式下髋关节屈曲角度大于预期模式、髋关节内旋角度小于预期模式(P<0.05);(3)VGRF第一峰值时刻,FAI组的膝关节外旋角度、踝关节背屈角度、踝关节内翻角度均小于对照组(P<0.05);未预期模式下髋关节屈曲角度小于预期模式、髋关节外展角度大于预期模式、膝关节内翻角度的大于预期模式(P<0.05);(4)VGRF第二峰值时刻,FAI组膝关节内旋角度、踝关节内翻角度、踝关节外旋角度均小于对照组(P<0.05);未预期模式下髋关节屈曲角度小于预期模式(P<0.05);(5)足趾离地时刻,FAI组的膝关节屈曲角度、内翻角度均大于对照组,踝关节内翻角度、外旋角度均小于对照组(P<0.05);未预期模式下膝关节屈曲角度大于预期模式(P<0.05);(6)未预期模式下的VGRF第一峰值、VGRF第二峰值均小于预期模式(P<0.05);(7)FAI组髋关节和踝关节在矢状面所受到的峰值力矩均大于对照组(P<0.05);未预期模式下膝关节矢状面所受到的峰值力矩大于预期模式(P<0.05)。研究结论:(1)未预期侧切过程中,受试者会调整自己的着地策略,采取髋关节主导的运动策略。主要表现为侧切缓冲期延长,髋关节屈曲角度增大,膝踝关节均不能够处于侧切运动的最佳位置、受力不均,增大损伤风险;(2)功能性踝关节不稳者在侧切动作中采取相对保守的运动策略。主要表现为踝关节的活动受限,侧切支撑期脚踝的能量吸收不足,踝关节峰值力矩增大,对踝关节的稳定性产生威胁。加上未预期侧切过程中踝关节处于不利位置,踝关节复发性扭伤几率增加。

关键词：功能性踝关节不稳预期未预期侧切生物力学特征

乒乓球反手中远台拉冲技术的生物力学特征分析

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南京体育学院学报 2018年第5期1卷 44-56,63页

作者：蒋津君姚家新孟庆华天津体育学院天津300389

同步运用Qualisys三维运动采集与分析系统以及表面肌电测试系统对11名优秀男乒乓球运动员的反手中远台拉冲技术动作进行测试,对比分析相应数据后发现:反手中远台拉冲时腕、肘、肩、髋、膝、背等各环节都参与协同发力,甩腕、伸肘、挥前臂... 详细信息

同步运用Qualisys三维运动采集与分析系统以及表面肌电测试系统对11名优秀男乒乓球运动员的反手中远台拉冲技术动作进行测试,对比分析相应数据后发现:反手中远台拉冲时腕、肘、肩、髋、膝、背等各环节都参与协同发力,甩腕、伸肘、挥前臂(以大臂为轴转动前臂)这三个环节是反手拉冲技术中提高挥拍速度的关键环节;大臂和前臂的最大正向发力是在引拍结束刚向前挥动的时刻,甩腕的最大发力相对稍晚,击球前的甩腕是最后的发力环节;击球瞬间球拍顶点的合速度正好处于最大值时刻,球拍向前的最大速度出现在击球时或击球稍前,而向上的最大速度出现在击球稍后;下肢各受试肌肉开始放电和最大放电时刻都稍早于上肢肌肉,且非持拍手侧下肢的最大发力整体上相对稍早于持拍手侧;挥拍击球过程中,非持拍手侧腿部发力为主导,持拍手侧辅助协调,非持拍手侧腿蹬地稍向持拍手侧转移重心;反手中远台拉冲时可适当增加引拍时身体的侧向拧转幅度,从而更好地发挥转腰和挥大臂的作用,以提高击球质量。

关键词：乒乓球反手中远台拉球生物力学特征

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基于运动生物力学特征的足球鞋研究综述

中国皮革 2024年第4期53卷 77-81,85页

作者：王力西安思源学院陕西西安710038

足球运动深受世界各地的欢迎,极具影响力与感染力。其激烈的对抗性明确要求足球装备与场地必须符合运动生物力学特征。足球鞋作为足球运动的主要装备,在不同场地需选用不同类型的足球鞋,以减少损伤。其中,作为与场地直接接触的部分,鞋... 详细信息

足球运动深受世界各地的欢迎,极具影响力与感染力。其激烈的对抗性明确要求足球装备与场地必须符合运动生物力学特征。足球鞋作为足球运动的主要装备,在不同场地需选用不同类型的足球鞋,以减少损伤。其中,作为与场地直接接触的部分,鞋钉应就不同场地需求具备相应的生物力学变化特征;作为保障运动员舒适性的鞋面材质、鞋底、质量与设计等因素均会直接影响运动员的运动表现。因此,为满足足球鞋的功能性需求,在确保运动员技术动作充分表现的同时避免一定的运动损伤,本文以运动生物力学特征为载体从鞋钉、鞋面、场地等影响因素视角对足球鞋相关研究进行了综述。

关键词：足球鞋鞋钉鞋面运动表现生物力学特征

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PFN和DHS治疗股骨转子间骨折的生物力学特征及疗效研究

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世界最新医学信息文摘 2017年第23期 55-55页

作者：付斌贵州退休医师医院骨外科

目的对治疗股骨转子间骨折的PFN和DHS两种内固定术的生物力学特征以及疗效进行研究。方法选取10根新鲜尸体股骨,分为两组进行生物力学特征比对。选取2015年7月至2016年7月来我院治疗的200位股骨转子间骨折患者,随机分入PFN和DHS两组进... 详细信息

目的对治疗股骨转子间骨折的PFN和DHS两种内固定术的生物力学特征以及疗效进行研究。方法选取10根新鲜尸体股骨,分为两组进行生物力学特征比对。选取2015年7月至2016年7月来我院治疗的200位股骨转子间骨折患者,随机分入PFN和DHS两组进行对比。结果 800N载荷下刚度差异比较,在EvansⅠ型骨折中并无明显差异,P>0.05,无统计学意义。在EvansⅢA型骨折中PFN组效果优于DHS组,具有统计学意义(P<0.05)。PFN组在EvansⅠ型骨折和EvansⅢA型骨折中的扭转力矩,显著高于DHS组,具有统计学意义(P<0.05)。两组患者在术中一般情况术、后并发症比较,PFN组显著优于DHS组,具有统计学意义,P<0.05。结论 PFN治疗股骨转子间骨折效果更佳,值得临床推广。

关键词：股骨转子间骨折生物力学特征疗效

从膝关节生物力学特征分析24式简化太极拳的教学

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中国校外教育 2011年第6期 152-152,155页

作者：梁小文广东商学院华商学院体育教学部

24式简化太极拳作为一种很好的健身手段受到广大习练者得青睐,且在广大高校体育教学中逐渐得到了推崇和普及。由于习练中对膝关节的要求很高,如果教学中不注意太极拳的技法和体育锻炼的原则和教学原则,很可能照成膝关节的损伤,产生不同... 详细信息

24式简化太极拳作为一种很好的健身手段受到广大习练者得青睐,且在广大高校体育教学中逐渐得到了推崇和普及。由于习练中对膝关节的要求很高,如果教学中不注意太极拳的技法和体育锻炼的原则和教学原则,很可能照成膝关节的损伤,产生不同程度的疼痛,导致膝骨性关节炎。所以本文通过查阅文献资料,从膝关节的生物力学特征的角度论证了可能造成膝关节损伤的原因,为24式简化太极拳的教学提供参考。

关键词：太极拳教学膝关节生物力学特征

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