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基于机器学习的运动损伤预警模型

中国组织工程研究 2025年第2期29卷 409-418页

作者：魏梦力钟亚平桂辉贤周易文关烨明余绍华武汉体育学院体育大数据研究中心湖北省武汉市430079 湖北省运动与健康创新发展研究中心湖北省武汉市430079

背景:运动医学界广泛呼吁采用机器学习技术高效处理庞大、冗杂的运动数据资源,构建智能化的运动损伤预警模型,以实现运动损伤的精准预警。对此类研究成果进行综合归纳与评述,对把握预警模型改进方向,指导中国损伤预警模型构建工作均具... 详细信息

背景:运动医学界广泛呼吁采用机器学习技术高效处理庞大、冗杂的运动数据资源,构建智能化的运动损伤预警模型,以实现运动损伤的精准预警。对此类研究成果进行综合归纳与评述,对把握预警模型改进方向,指导中国损伤预警模型构建工作均具有重要意义。目的:系统梳理基于机器学习技术的运动损伤预警模型相关研究,为中国运动损伤预警模型构建工作提供借鉴。方法:对中国知网、Web of Science和EBSCO数据库进行文献检索,主要检索机器学习技术和运动损伤相关文献,最终纳入61篇运动损伤预警模型相关文献进行分析。结果与结论:①在纳入文献的外部风险特征指标中,缺乏比赛场景类指标,后续需进一步完善相关特征指标的纳入工作,以进一步丰富模型训练的数据集维度;此外,运动损伤预警模型的纳入特征权重方法以过滤法为主,需强化嵌入法及包裹法等权重方法的运用,以增强多风险因素交互效应的分析。②在模型主体训练方面,模型主体训练算法多以监督式学习算法为主,此类算法对样本标注信息的完整度有较高要求,应用场景易受限,后期可增加无监督式与半监督式算法的应用。③在模型性能评估优化方面,现研究主要采用了HoldOut交叉与k-交叉两种验证方式评估模型性能,模型的AUC值范围(0.76±0.12),灵敏度范围(75.92±11.03)%,特异度范围(80.03±4.54)%,F1分数值范围(80.60±10.63)%,准确度范围(69.96±13.10)%,精确度范围(70±14.71)%,数据增强与特征优化为最常见的模型优化操作。当前运动损伤预警模型准确度及精确度均约为70%,预警效果良好,但模型优化操作较单一,多采用数据增强方法提升模型性能,需强化对模型算法、超参数的调整,以进一步提升模型性能。④在模型特征提取方面,纳入的内部风险特征指标多以人体测量学、训练负荷、训练年限和损伤史等指标为主,缺乏运动恢复类指标与身体机能类指标。

关键词：运动损伤损伤预警损伤预防智能预警机器学习深度学习人工智能体育运动

前交叉韧带重建患者步行时患侧腿部肌肉协同特征与步态稳定性的相关性

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中国组织工程研究 2025年第14期29卷 2899-2906页

作者：魏梦力钟亚平于婷婷谭茜琳曹偲佳武汉体育学院体育大数据研究中心湖北省武汉市430079 湖北省运动与健康创新发展研究中心湖北省武汉市430079

背景:现有研究初步总结了前交叉韧带重建患者步行时患侧腿肌肉活动与步态稳定性的潜在关联,然而存在观测肌肉类别不全、观测步行动作阶段不完整、未考量多块肌肉间协同作用等问题,亟待进一步完善该研究。目的:监测前交叉韧带重建患者步... 详细信息

背景:现有研究初步总结了前交叉韧带重建患者步行时患侧腿肌肉活动与步态稳定性的潜在关联,然而存在观测肌肉类别不全、观测步行动作阶段不完整、未考量多块肌肉间协同作用等问题,亟待进一步完善该研究。目的:监测前交叉韧带重建患者步行时患侧腿部肌肉协同信息,分析肌肉协同信息与步态稳定性的关联。方法:招募24例男性前交叉韧带重建患者,年龄(21.66±4.09)岁,采集受试者步行时患肢的肌电数据与压力中心数据,采用非负矩阵分解算法提取患肢的肌肉协同元参与数量、肌肉协同元峰值激活用时及肌肉相对权重指标,并与压力中心指标进行相关性分析。结果与结论:①累计解析出6类肌肉协同元参与步行活动,其中肌肉协同元参与数量与患者步态压力中心横向位移距离、横向位移速度无显著相关性。在肌肉协同元峰值激活用时方面,主导步态承重反应期的协同元3峰值激活用时与患者步态压力中心横向位移距离、横向位移速度均呈显著负相关(r=-0.413,P=0.045;r=-0.470,P=0.020),其余类型协同元的峰值激活用时与患者步态稳定性指标无显著相关性。在肌肉相对权重方面,主导步态承重反应期的协同元1的股直肌与患者步态压力中心横向位移距离、横向位移速度均呈显著负相关(r=-0.592,P=0.005;r=-0.529,P=0.014);主导承重反应期的协同元3的股二头肌的相对权重与患者步态压力中心横向位移距离呈显著负相关(r=-0.428,P=0.037)。②结果表明,前交叉韧带重建患者的中枢系统会系统调节步行时患肢肌肉协同活动以提升步态稳定性,具体表现为:延长主导承重反应期肌肉协同元激活时间,增强股四头肌的激活程度,以增强患侧腿落地时膝关节离心收缩控制能力,提升膝关节稳定性;增强承重反应期股二头肌激活程度,以增加患侧腿落地时膝关节屈曲程度,增强下肢落地缓冲功能。

关键词：前交叉韧带重建步态分析步态稳定性肌肉协同模式非负矩阵分解压力中心

巨噬细胞的胞葬作用:肥胖相关代谢性疾病治疗的新靶向

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中国组织工程研究 2025年第2期29卷 430-440页

作者：杨风英赵玉晴油惠娟张鹏翼陈岩王清路刘莹莹山东体育学院运动与健康学院山东省济南市250102 空军特色医学中心航天医学研究中心北京市100142

背景:巨噬细胞胞葬作用障碍引起的局部和系统炎症损害与多种肥胖相关代谢性疾病有关,且以胞葬作用为靶向的化合物表现出良好的治疗效果。目的:通过综述肥胖对巨噬细胞胞葬作用各个阶段的影响结果分析肥胖抑制胞葬作用的关键机制,总结以... 详细信息

背景:巨噬细胞胞葬作用障碍引起的局部和系统炎症损害与多种肥胖相关代谢性疾病有关,且以胞葬作用为靶向的化合物表现出良好的治疗效果。目的:通过综述肥胖对巨噬细胞胞葬作用各个阶段的影响结果分析肥胖抑制胞葬作用的关键机制,总结以胞葬作用为靶向的化合物治疗代谢性疾病的研究现状,以进一步阐明胞葬作用及其与肥胖相关代谢性疾病的关系,为疾病防治策略提供新思路。方法:以“efferocytosis,metabolism,obesity,obese,atherosclerosis,non-alcoholic steatohepatitis,neurodegeneration,tumor,osteoarthritis,diabetes,compound,medicine,treatment”为英文检索词在PubMed和Web of Science数据库检索英文文献,以“胞葬作用”为中文检索词,在中国知网、万方和维普数据库检索中文文献。经严格筛选最终纳入99篇文献进入综述分析。结果与结论:①参与巨噬细胞胞葬作用“寻我”“食我”过程的因子中含有大量凋亡细胞源性因子,因此“寻我”“食我”过程主要受凋亡细胞调控;参与骨架重组和消化过程的胞葬因子主要来源于巨噬细胞,对巨噬细胞胞葬作用活性具有决定性作用。此结果提示,“寻我”“食我”过程的因子表达水平主要反映细胞凋亡情况,在评价巨噬细胞胞葬作用活性时,选择骨架重组和消化阶段的胞葬因子的表达更具科学性。②肥胖抑制巨噬细胞胞葬作用,但肥胖对多数“寻我”“食我”因子及骨架重组因子具有应激性激活作用,对多数消化因子具有抑制作用。此结果进一步说明,消化阶段对胞葬作用活性的决定性意义,并提示部分研究以“寻我”“食我”胞葬因子表达增加作为胞葬作用增强的依据不可靠;且提示未来在探讨以巨噬细胞胞葬作用为靶向的干预策略时,靶向消化阶段胞葬因子可能更有效。③巨噬细胞胞葬作用激活物对多种代谢性疾病治疗有效,但肿瘤组织巨噬细胞胞葬作用抑制物表现出良好的抗癌效果,说明应根据组织炎症特点合理评价胞葬作用的意义。④胞葬作用是2003年提出的一个较新概念,研究历程较短,胞葬因子复杂,目前关于肥胖对胞葬作用影响的研究仅涉及冰山一角并且大部分处于粗浅水平,对其更深入的机制探讨仍需大量科学实验的进一步验证。

关键词：肥胖巨噬细胞胞葬作用胞葬因子炎症代谢性疾病化合物治疗

轻度认知障碍老人与认知正常老人在不同单双任务下姿势控制能力的差异性

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中国组织工程研究 2025年第8期29卷 1643-1649页

作者：张雨馨于聪张翠丁建军陈岩山东体育学院山东省济南市250102 山东省体育科学研究中心山东省济南市250102 山东体育学院运动与健康学院山东省济南市250102

背景:老年人由于轻度认知障碍而引起姿势控制能力下降,导致跌倒风险增高。双任务是在接近真实生活场景下评估认知与姿势控制能力关系的主要研究范式,站立时足底压力中心位移样本熵可代表姿势控制的复杂程度。目的:基于压力中心位移样本... 详细信息

背景:老年人由于轻度认知障碍而引起姿势控制能力下降,导致跌倒风险增高。双任务是在接近真实生活场景下评估认知与姿势控制能力关系的主要研究范式,站立时足底压力中心位移样本熵可代表姿势控制的复杂程度。目的:基于压力中心位移样本熵分析轻度认知障碍老年人与认知正常老年人在姿势控制-空间工作记忆任务中姿势稳定性特征及控制策略的差异,探究认知功能损伤对站立姿势控制能力影响。方法:筛选出符合条件的16名轻度认知障碍老年人和17名认知正常老年人为研究对象,老年人分别完成5种测试任务,包括空间工作记忆、双脚平衡站立、Romberg站立、双脚平衡站立-空间工作记忆双任务、Romberg站立-空间工作记忆双任务,每个任务有效完成3次。使用Kistler三维测力台采集足底压力中心数据,测试指标包括认知行为学指标(认知得分与反应时长)、动力学指标(压力中心位移及样本熵)。结果与结论:①轻度认知障碍老年人在执行空间工作记忆任务时认知得分最大、反应时间最短,双脚平衡站立-空间工作记忆双任务居中,Romberg站立-空间工作记忆双任务认知得分最小、反应时长最长,任务间比较差异均有显著性意义(P中心前后、内外方向位移显著更大,压力中心前后、内外方向位移样本熵值显著更小(P0.05);在两种双任务下,与认知正常老年人相比,轻度认知障碍老年人的认知得分更小、反应时长更长(P中心前后、内外方向位移更大,压力中心前后、内外方向位移样本熵值更小(P<0.05);④结果表明:与认知正常老年人相比,轻度认知障碍老年人在执行双任务时姿势控制复杂度降低,系统适应性较差,自动调控能力下降,更容易受到空间工作记忆干扰,跌倒风险增大。

关键词：轻度认知障碍老年人空间工作记忆姿势控制双任务样本熵

运用兴趣教学法改善中学生对中长跑的畏惧心理

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搏击(体育论坛) 2013年第10期5卷 78-81页

作者：段晓涛太谷县体育运动中心

文章以中学生生理与心理的基本特征和中长跑项目特点为依据,分析了中学生在中长跑项目学习过程中所出现的生理、心理障碍,并通过运用兴趣教学法逐步提高他们对中长跑的学习兴趣。调查证明,兴趣法能不同程度的提高每个学生的学习兴趣和... 详细信息

文章以中学生生理与心理的基本特征和中长跑项目特点为依据,分析了中学生在中长跑项目学习过程中所出现的生理、心理障碍,并通过运用兴趣教学法逐步提高他们对中长跑的学习兴趣。调查证明,兴趣法能不同程度的提高每个学生的学习兴趣和体育成绩,特别是对提高学生的身体素质和教学效果大有益处。

关键词：兴趣教学法中长跑中学生畏惧心理

Anybody仿真太极不同步法时股骨及下肢骨主要关节的应力特征

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中国组织工程研究 2025年第15期29卷 3121-3128页

作者：都志豪朱宇童李浩杰翟丰李飞鱼中国矿业大学体育学院江苏省徐州市221116 中国矿业大学运动与健康研究中心江苏省徐州市221116 吉首大学体育科学学院湖南省吉首市416000 北京师范大学体育与运动学院北京市100875 国家体育总局体育科学研究所北京市100061

背景:Anybody骨肌建模系统,使用数学建模技术模拟人体骨骼、肌肉和环境的关系,可对人体的逆向动力学进行研究,得出下肢关节力等指标。目的:分析练习太极拳动作时下肢骨主要关节的应力分布规律,为其科学训练和锻炼价值提供依据。方法:在... 详细信息

背景:Anybody骨肌建模系统,使用数学建模技术模拟人体骨骼、肌肉和环境的关系,可对人体的逆向动力学进行研究,得出下肢关节力等指标。目的:分析练习太极拳动作时下肢骨主要关节的应力分布规律,为其科学训练和锻炼价值提供依据。方法:在北京体育大学武术学院选取8名太极拳健将级运动员进行7组步法动作和右腿股骨CT的数据采集。使用BTS红外捕捉系统、Kistler三维测力台采集太极(八法五步)7组步法动作的运动和力学数据,利用Anybody 7.2骨肌模型的多体动力学仿真技术计算下肢关节动力学参数,结合Workbench 19.2对股骨进行应力计算分析。结果与结论:①利用Workbench软件分析得出了7组步法动作的股骨应力结果,7组动作的应力峰值由大至小顺序是:退步捋势(22.00 MPa)、退步採势(19.379 MPa)、左右移步挤按(9.35 MPa)、左右移步肘靠(6.30 MPa)、进步掤势(4.68 MPa)、进步挒势(2.57 MPa)、中定独立势(0.31 MPa)。②在7组步法动作中2种向后退步动作股骨应力最大(P运动过程中的股骨最大应力位置均不同。③上述结果证实,在太极(八法五步)7种步法动作练习时,股骨应力阈值和最大应力位置会随着5种方向(7组动作)运动不同而变化,通过连续训练能够全面地刺激股骨体,进步动作对于股骨体正面和外侧上端影响较大,退步动作对股骨体后面和内侧影响较大,左右横向步法动作主要是股骨体两侧对称受力。④初学者要根据不同步法动作的受力特点来进行针对训练,进步动作和退步动作训练时要注重太极拳的旋转用力以及左右横移步法动作训练时的内侧对抗用力,根据自身薄弱问题,对太极拳训练步法有所侧重,进而达到更好的锻炼效果。

关键词：太极八法五步股骨 Anybody骨肌模型有限元分析生物力学关节受力下肢骨

基于《国际功能、残疾和健康分类》评价中国智能化辅盲设备的补偿功能

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中国组织工程研究 2025年第17期29卷 3650-3656页

作者：卜楠杨祎铖宋贝贝柏开祥杜芸芸武汉体育学院湖北省武汉市430079 运动健康智能装备湖北省工程研究中心湖北省武汉市430079

背景:辅盲设备及技术的应用是当今视力障碍人群常用的干预手段,可提高日常生活活动的参与及工作学习能力,帮助其回归家庭、回归社会。数字信息和智能化时代下辅盲设备的形式、技术和功能各有不同,其分类目前暂未能得到有效统一的讨论和... 详细信息

背景:辅盲设备及技术的应用是当今视力障碍人群常用的干预手段,可提高日常生活活动的参与及工作学习能力,帮助其回归家庭、回归社会。数字信息和智能化时代下辅盲设备的形式、技术和功能各有不同,其分类目前暂未能得到有效统一的讨论和评价。目的:基于《国际功能、残疾和健康分类》评价国内视力障碍人群智能化辅盲设备的补偿功能。方法:通过计算机检索中国知网、维普和万方数据库2013-01-01/2023-12-31收录的相关文献。基于《国际功能、残疾和健康分类》理论模式和框架结构,应用术语结构和编码程序归纳相关视力障碍评估类目,整理与分析国内视力障碍的智能化辅盲设备补偿功能研究与分类。结果与结论:①共纳入197篇文献:其中身体功能1篇,包含b2(b210);身体结构1篇,包含s2(s220);活动与参与共119篇,包含d1(10篇,d110、d115、d120、d140、d166),d3(4篇,d315、d325、d345、d360),d4(102篇,d465、d470),d8(3篇,d820、d825);环境因素共76篇,包含e1(72篇,e115、e120、e125、e130、e140、e150、e155、e160),e2(4篇,e210、e240);②基于《国际功能、残疾和健康分类》的视力障碍智能化辅盲设备补偿功能研究分类包含4个部分、8个分类、25个类目,领域涉及身体补偿类、生活用品类、教育学习类、出行导盲类、布局规划类。

关键词：国际功能、残疾和健康分类视力障碍辅盲设备智能化人工智能功能分类评价

认知功能损伤对双任务站立影响的中枢机制:功能性近红外脑成像系统分析

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中国组织工程研究 2025年第17期29卷 3579-3587页

作者：董志文于聪陈岩丁建军山东体育学院运动与健康学院山东省济南市250102 山东体育学院国家足球学院国家篮球学院山东省日照市275900

背景:轻度认知障碍老年人由于认知功能下降,姿势控制能力下降,易发生跌倒。双任务范式由于更贴近日常生活,常被用于评估姿势控制能力,但以往对于轻度认知障碍老年人的认知与姿势控制双任务研究主要探讨姿势控制的外在表现特征,中枢神经... 详细信息

背景:轻度认知障碍老年人由于认知功能下降,姿势控制能力下降,易发生跌倒。双任务范式由于更贴近日常生活,常被用于评估姿势控制能力,但以往对于轻度认知障碍老年人的认知与姿势控制双任务研究主要探讨姿势控制的外在表现特征,中枢神经机制的直接证据依然缺乏。目的:探讨轻度认知障碍老年人在执行站立姿势控制-空间工作记忆双任务时大脑躯体感觉运动皮质激活特征。方法:采用蒙特利尔认知量表(MoCA-B)筛选受试者,共纳入轻度认知障碍老年人16人、认知功能正常老年人17人,进行5种任务测试,分别为空间工作记忆(SIT)、双足平衡站立(SD)、Romberg站立(SR)、双足平衡站立-空间工作记忆双任务(DD)、Romberg站立-空间工作记忆双任务(DR);同时使用功能性近红外脑成像系统和三维测力台收集躯体感觉运动皮质(20个通道)的血液动力学、足底压力中心(COP)摆动轨迹数据。结果与结论:①在Romberg站立、双足平衡站立-空间工作记忆双任务、Romberg站立-空间工作记忆双任务下,轻度认知障碍老年人前后、内外方向足底压力中心位移均显著大于认知功能正常老年人(P运动皮质/辅助运动区)的氧合血红蛋白变化量值显著大于认知功能正常老年人(P运动皮质/辅助运动区)的氧合血红蛋白变化量值均显著大于认知功能正常老年人(P中心位移与15通道的氧合血红蛋白变化量存在显著正相关(r=0.659,P中心位移与15通道的氧合血红蛋白变化量存在高度正相关(r=0.840,P运动皮质与辅助运动区激活水平更高,更多的脑资源用于侧向姿势控制,可能是轻度认知障碍老年人认知衰退导致站立姿势控制能力变弱的大脑补偿机制。

关键词：轻度认知障碍姿势控制空间工作记忆前运动皮质辅助运动区功能性近红外光谱

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运动员的肠道菌群特征

中国组织工程研究 2025年第14期29卷 3051-3060页

作者：张秋萍徐倩田华君褚羽丹何俊良马国强邱俊上海体育科学研究所(上海市反兴奋剂中心) 上海市200030 国家体育总局“竞技运动能力综合评定重点实验室” 上海市200030

背景:了解运动员肠道菌群的特征及影响因素有助于确定相关运动项目的最佳肠道微生物组成,寻求提高运动表现和恢复的有效途径,并为个性化营养方案提供独特视角。目的:总结运动员的肠道菌群特征,从运动训练和饮食摄入两方面阐述影响运动... 详细信息

背景:了解运动员肠道菌群的特征及影响因素有助于确定相关运动项目的最佳肠道微生物组成,寻求提高运动表现和恢复的有效途径,并为个性化营养方案提供独特视角。目的:总结运动员的肠道菌群特征,从运动训练和饮食摄入两方面阐述影响运动员肠道菌群特征的重要因素。方法:检索PubMed、ScienceDirect、中国知网、万方和维普数据库2004-2024年发表的文献,英文检索词为“microbiota,microbiome,athlete,exercise,training,diet,nutrition,dietary fiber,protein,ketogenic,fat”,中文检索词为“肠道菌群,肠道微生物,运动员,训练,比赛,饮食,营养”。排除研究质量较差及内容不相关的文献后,最终纳入65篇文献进行综述分析。结果与结论:①与普通人群相比,精英运动员的肠道菌群以α多样性增加、厚壁菌门/拟杆菌门比值升高、健康有益菌丰度增加、有助于运动表现的功能途径富集为主要特征;②项目类型和训练负荷与运动员肠道菌群物种结构及功能表达密切相关;③由代谢物介导的宿主与肠道微生物间的双向交流,是运动影响肠道菌群的重要机制;④阶段训练通常能够引发肠道微生物群产生适应性变化,并且菌群在结构或功能上的改变具有持续效应;⑤宏量营养素的种类、数量及组合形式能够显著影响肠道菌群结构和功能,并与运动训练发挥协同叠加或削弱抵消的作用;⑥未来应持续加强对运动员肠道菌群的相关探索,明确因果关系,建立运动训练干预新靶点。

关键词：肠道菌群运动员运动训练饮食肠道微生物综述