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神经肌肉疲劳过程中运动鞋对冲击力、软组织振动和下肢肌-骨系统功能影响的研究
结题报告
批准号:
11302131
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
23.0 万元
负责人:
傅维杰
依托单位:
学科分类:
A1003.天然生物材料、仿生与运动生物力学
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
李立、伍勰、李海鹏、黄灵燕、文椈、李路、张燊
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中文摘要
跑跳等落地时,人体下肢所承受的过度被动冲击,以及冲击力频率(10-20Hz)与下肢软组织固有频率(5-65Hz)的重叠而引起的共振,是诱发下肢肌-骨系统损伤的重要因素。而运动鞋针对外在冲击力作为输入人体信号的影响以及疲劳所导致的内在神经肌肉调节能力的变化,均会引起下肢运动系统、软组织振动特征(振幅、频率等)和肌-骨系统激活效应的改变,并最终影响运动表现和冲击共振损伤的发展。本研究拟通过同步采集受试者在跑、跳落地冲击过程中的运动学、动力学、表面肌电、加速度信号和高速影像,探讨神经肌肉疲劳前后运动鞋对冲击力特征、软组织振动传递、下肢关节生物力学及主要肌群活化表现的影响,找寻它们之间的相互关系,在揭示人体疲劳下神经动作控制的同时,更深层次地理解疲劳与运动鞋之间可能存在的交互作用,从而建立运动鞋针对减小冲击、避免共振、优化肌-骨系统功能的新机制,并为预防运动损伤及鞋防护设计奠定理论和技术基础。
英文摘要
During running and landing, injuries or disorders of the skeletal system may theoretically be induced by repetitive impact forces loaded on human lower extremities, and resonant oscillations which are expected to occur if the frequency of the impact force (10-20Hz) is close to the natural frequencies of the lower extremity soft tissues(5-65Hz). However, the effects of athletic shoe on impact input signal and the changes in regulating the ability of the neuromuscular system induced by fatigue, could both influence the locomotor system, soft-tissue vibration characteristics (frequency and amplitude), and the activation response in the musculoskeletal system. Subsequently, sport performance and impact-related injury can be altered systematically. The purpose of this study is to examine the interaction effects of induced-fatigue and footwear on impact forces, soft-tissue vibrations, and the joint biomechanics & muscle activated patterns in lower extremity by collecting the kinematics, kinetics, EMG & acceleration data, and high-speed videos during running and landing. The findings upon this study will be used to 1) further understand the relationship between footwear and fatigue, 2) establish new mechanisms for the effects of footwear on reducing the impacts, avoiding the resonance, and optimizing the musculoskeletal function of lower-extremity, and 3) provide theoretical basis and technological supports in injury prevention and shoe design.
跑跳等落地时,人体下肢所承受的过度被动冲击,以及由此带来的冲击传递及组织振动,是诱发下肢肌-骨系统损伤的重要因素。而运动鞋针对外在冲击力作为输入人体信号的影响以及人体疲劳所导致的内在神经肌肉调节能力的变化,均会引起人体肌-骨系统力学控制的改变,并最终影响运动表现和冲击损伤的发展。本研究通过采集受试者在落地冲击过程中的运动学、动力学、表面肌电、加速度信号和高速影像,探索:1)神经肌肉疲劳对落地冲击和下肢肌-骨系统的生物力学影响;2)运动鞋在着地冲击和神经肌肉疲劳过程中的作用。并发现:1)神经肌肉疲劳会减小着地时下肢矢状面上髋/膝关节的角度,增加关节活动度和重心下降位移,提高刚触地时的伸膝力矩,降低髋/膝关节及下肢刚度,改变髋/踝关节能量吸收的贡献,并影响冲击力的频域特征。同时,在建立人体运动疲劳模型时,需要考虑不同疲劳诱导效果的差异对疲劳后下肢控制策略的影响;2)主动落地过程中,运动鞋没有显著改变冲击力作为输入信号的时、频特征,以及软组织作为输出信号的共振频率和传递性峰值;然而,在被动落地时,穿着强缓冲鞋能够显著降低冲击力和鞋跟加速度振幅,减小冲击频率和鞋跟加速度主频,明显改变下肢各主要肌群的激活特征和相应软组织振动系统的传递性,上述结果与神经肌肉疲劳后表现相似,即与对照组相比,穿强缓冲鞋明显衰减冲击力峰值及负载率第一/第二峰值等。结论:神经肌肉疲劳会诱导人体下肢肌-骨系统采用与疲劳前不同的落地控制策略。主动着地情况下,人体可以通过积极调整下肢的落地策略,降低足部所承受的冲击负荷,并进一步有效减少冲击传递下的软组织振动,增加肌肉活化的同时维持下肢稳定,进而达到有效完成动作控制和降低运动损伤风险的作用。而当机体疲劳后,神经-肌骨骼系统未(或未完全)对落地冲击做适当调节时,通过运动鞋的干预能够达到减小冲击峰值、降低输入频率以及软组织振动最小化的目的,进而有利于避免潜在的冲击伤害。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:--
期刊:医用生物力学
影响因子:--
作者:杨洋;王熙;傅维杰
通讯作者:傅维杰
DOI:10.16038/j.1000-6710.2016.06.003
发表时间:2016
期刊:中国运动医学杂志
影响因子:--
作者:李路;傅维杰;王熙;刘宇
通讯作者:刘宇
DOI:--
发表时间:2015
期刊:医用生物力学
影响因子:--
作者:傅维杰;何俊良;王熙;刘宇
通讯作者:刘宇
Acute effects of Kinesio taping on muscle strength and fatigue in the forearm of tennis players
肌内效贴布对网球运动员前臂肌肉力量和疲劳的急性影响
DOI:--
发表时间:2016
期刊:Journal of Science and Medicine in Sport
影响因子:4
作者:Pan, Jiahao;Wang, Lin;Xia, Rui;Liu, Yu
通讯作者:Liu, Yu
The effect of high-top and low-top shoes on ankle inversion kinematics and muscle activation in landing on a tilted surface.
高帮和低帮鞋对倾斜表面着陆时踝关节反转运动学和肌肉激活的影响
DOI:10.1186/1757-1146-7-14
发表时间:2014-02-18
期刊:Journal of foot and ankle research
影响因子:2.9
作者:Fu W;Fang Y;Liu Y;Hou J
通讯作者:Hou J
个体化经颅直流电刺激提升足部感觉运动功能的神经生物力学机制研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    傅维杰
  • 依托单位:
“老年人跌倒及预防”中英双边研讨会
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
  • 资助金额:
    15万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    傅维杰
  • 依托单位:
跑姿控制模式下着地冲击和跟腱载荷的生物力学机制研究
  • 批准号:
    11772201
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    傅维杰
  • 依托单位:
国内基金
海外基金