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单词 肌肉拉力作用线
释义

【肌肉拉力作用线】
 

拼译:muscle line of action
 

是指一块肌肉中全部肌纤维的合力作用线。人体运动机制和运动规律的研究中关于人体肌肉拉力和关节受力的研究,一直是生物力学的研究课题之一。推算肌肉拉力,肌力臂是不可缺少的重要因素。肌肉拉力作用线相对于关节运动轴的位置,则是推算肌力臂的依据。而肌肉起止点位置的定量资料是确定肌肉拉力作用线的基础。

1965年索比尔(Sorbie)等研究了人体行走过程各个阶段中髋关节周围各肌群功能间的相互关系,他在一个骨架上进行肌肉起止点位置的标定,并用弹性线连结起止点中心以代表肌肉拉力作用线。1973年赛雷格(Seireg)等在建立下肢肌骨系统数学模型的研究中,引用了布劳斯(Braus)(1954年)所提供的下肢29个肌肉起止点坐标。1978年哈德(Hardt)确定了正常人体行走过程中小腿肌力的“最优化”方法,他所引用的肌肉起止点坐标资料,亦为布劳斯所提供。1976年Pedotti等进行了人体运动过程中肌肉发力最佳顺序的研究,他们通过肌肉起止点近似中心来确定肌肉拉力作用线,但关于肌肉起止点坐标数据是如何获得的则未见报道。1978年科诺尼施尔德(Crowninshield)等在人体正常行走、上下楼梯、坐位站起3种状态下,对髋关节进行了生物力学分析。研究中首先建立了髋关节的力学模型,并在干骨标本上标记了肌肉起止点位置,由此作为确定肌肉拉力作用线的依据。上述学者的研究中,标记肌肉起止点的方法都脱离了实际尸体标本,所获得的肌肉拉力作用线定量数据的精度较低。另外,在建立以肌肉起止点坐标定量资料为依据而推算肌肉拉力作用线的肢体力学模型中,大多数研究者仅从机械学角度出发,而忽视了模型应具有的生物学或形态学特点,这些模型往往只从一个解剖平面进行分析,其应用范围也就受到一定影响。

1981年多斯特(Dostal)为了弥补前人的不足,从生物学角度建立了髋关节肌肉的三维生物力学模型。在7个干骨标本的同侧肢体上标记了与髋关节运动有关的肌肉起止点,并取其平均值,将这些肌肉起止点标定于3具尸体的同一侧肢体,最终换算出27个肌肉起止点的三维坐标。但其研究仅限于髋关节肌肉的探讨,对整个下肢而言,尚欠全面分析。

1975年詹森(Jensen)等在《关于髋关节肌肉拉力作用线的研究》一文中,提出了关于确定肌肉拉力作用线的与众不同的理论,并做了大量实验。他们认为:以肌肉形心线(或称面心线)作为肌拉力线最为理想。设想垂直于肌肉纵轴方向将肌肉进行横切,将这个切面的形心视为该面全部肌纤维的拉力之合力作用点。如果测定了肌肉全部可能的横切面形心,则这些形心点的连线即为肌肉形心线,此线可视为该肌肉全部肌纤维合力作用线。詹森等在3块下肢肌肉(缝匠肌、肌直肌、臀中肌)上进行了确定肌肉形心线的工作,做了大量肌肉横切面标本,测定每个切面的形心,并求出各个形心在绝对坐标系里的位置。研究表明:肌肉形心线不能视为直线。然而有些学者对肌肉形心线理论提出了异议:(1)肌肉形心线的设想是假设肌肉横断面上单位面积上的力绝对肌力在肌肉所有各段上都是相同的,也就等于假设,把具有不同机能特性的肌纤维均匀地“混合”起来;(2)若寻找肌肉形心线,仅一块肌肉就需要大量切面,实验的工作量大且实验过程复杂,不易普及;(3)不规则形状的肌肉(如臀大肌、大收肌等)和那些非直线走向的肌肉(如闭孔肌、髂腰肌等),更难切取横切面;(4)肌肉形心线位置对于环节位置的变化是十分敏感的,可随环节位置的改变而产生较大变化;(5)来自于肌肉尸体资料的肌肉形心线,不可能精确地代表活体资料。活体状态下,肌肉紧张时肌肉拉力作用更有可能不是曲线。为此,许多学者提出并以实验证明:肌肉沿着从起点到止点的直线而作用于关节和骨。詹森也经实验证明:计算肌力臂用直线作为肌肉拉力作用线和用肌肉形心线做为肌肉拉力作用线两者所产生的差异很小。肌肉拉力作用线直线理论是成立的,具有实用价值。

确定肌肉拉力线的关键在于肌肉起止点位置的确定,并获得其定量资料。有关肌肉起止点和肌肉拉力作用线的定量资料之研究,以布朗德(Brand)等人(1982)的研究最为全面细致。他们提出了标记各类肌肉起止点的原则和方法,并取3具尸体(2男1女)下肢,进行了下肢肌肉起止点的标记;采用X光三维拍摄技术,推算出下肢所有跨过髋、膝、踝3个关节的肌肉起止点三维坐标。介绍了一种用于换算活体肌肉起止点坐标的方法,并分析了肌肉起止点坐标值所存在的误差(生理误差和标记误差)以及这些误差对推算肌力臂产生的影响。他们首次提出了肌肉代起止点的确定和应用。对于非直线走向的肌肉,其代起止点的选取更能反映肌肉拉力作用线真实情况,对推算肌力臂更有意义。然而,布朗德等人的报告中未提供肌肉起止点坐标值的数据资料以及解算坐标值所用的方法;亦未提供标本测量时的定位资料,并未建立足的坐标系;其实验中标记误差较大,肌肉起止点的标记方法有待进一步完善;在换算活体肌肉起止点坐标值的方法中,对于某一方向上(X、Y、Z)的肌肉起止点坐值,仅选用了一个人体测量学参数依据。故这一方法的应用价值有待于进一步探讨。另外,实验样本较小,而且测量手段复杂,不易普及。

正如扎齐奥尔斯基(1981)所论述的那样,为了进行生物力学计算,必须具备各项准确的定量资料。如形态学测量的数据,目前明显地感觉到这方面资料不足,因而阻碍着生物力学的发展。有关人体形态参数的研究已有近两百年的历史,(例如人体重心位置、各环节质量、各环节质心位置、各环节的转动惯量、回转半径等)但有关肌肉起止点空间位置的研究则刚刚起步,人体形态参数在人体工程学方面(如机器人模拟人体)、在医学方面(如假肢的制造)都是不可缺少的资料,因此有关研究有待继续进行,进一步完善。

【参考文献】:

1 Braus,et al.J.Anatomiedes Menschen,1954,3:67~80

2 Sorbie,et al.J.Symposium on Biomechanics and Relate Bioengineering Topics,1965,2:54~65

3 Seireg,et al.J.Biomechancs,1973,6:313~326

4 Jensen,et al.J.Biomechanics,1975,8:103~110

5 Pedotti,et al.J.Mathematical Bioscrences,1976,53:57~76

6 Hardt.J.Biomechanical Engineering,1978,10:72~78

7 Crowninshield,et al.J.Biomechanics,1978,11:75~85

8 Dostal,et al.J.Biomechanics,1981,14:803~821

9 扎齐奥尔斯基著.人体运动器官生物力学.吴忠贯译.北京:人民体育出版社,1981.77~92

10 Brand,et al.J.Biomechanical Engineering,1982,104:304~310

(上海体育学院单大卯硕士撰;魏文仪审)

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