人体中的杠杆

人体中的杠杆

协作学习第组：

目的：探索人体中的各种杠杆的原理及作用方法

摘要：人体的骨骼和肌肉可以组成各种不同的杠杆以便利人体的运动。骨骼可以起到杠杆臂的作用,骨头之间的关节通常是杠杆围绕其转动的支点,而肌肉则可提供使杠杆转动的作用力。[1] 本文针对杠杆原理在人体中的体现以及在康复治疗中的应用将展开进行综述。

第一部分杠杆的原理研究

杠杆是指在外力作用下能绕着杆上一固定点或固定轴转动的简单机械，杠杆的受力点称为力点，固定点称为支点，克服阻力的点称为重点。

身体中的大多数机械都是由肌肉和骨骼组成的。每做一个动作，都要用到肌肉。骨骼和肌肉是由人体内强劲的连接组织——韧带连接在一起的。韧带和肌肉牵动骨骼，使它像杠杆一样工作。韧带与骨骼相连的地方——关节就相当于杠杆的支点，肌肉则产生动力。[2]力臂是关节中心到肌肉拉力线的垂直距离,阻力臂是从关节中心到阻力作用线的垂直距离。

在人体中，骨在肌拉力作用下围绕关节轴转动，它的作用和杠杆相同，称为骨杠杆。人体的骨杠杆运动有三种形式：

1．平衡杠杆：支点在力的作用点和重力作用点之间。杠杆的动力臂等于阻力臂，平衡时动力等于阻力。这样的杠杆既不省力，也不省距离。如颅进行的仰头和俯首运动。

2．省力杠杆：重力作用点在支点和力的作用点之间。杠杆的动力臂大于阻力臂，平衡时动力小于阻力，这样的杠杆省力但费距离。如行走时提起足跟的动作，这种杠杆可以克服较大的体重。当把脚尖翘起来的时候，是脚跟后面的肌肉在起作用，脚尖是支点，体重落在两者之间。这是一个省力杠杆，肌肉的拉力比体重要小。而且脚越长越省力。

3．速度杠杆：力的作用点在重力作用点和支点之间。杠杆的动力臂小于阻力臂，平衡时动力大于阻力，这样的杠杆不省力但省距离。人体中的杠杆大部分都是费力的，如肘关节的活动，这种活动必须以较大的力才能克服较小的重力，但运动速度和范围很大。人前臂的动作是杠杆运动，它的支点在肘关节。当肱二头肌收缩、肱三头肌松弛时，前臂向上转，引起曲肘动作；而当肱三头肌收缩、肱二头肌松弛时，前臂向下转，引起伸肘动作。前臂是个费力杠杆，但是肱二头肌只要缩短一点就可以使手移动相当大的距离。可见，费了力，但省了距离。

第二部分人体运动中杠杆的作用分析

1、咀嚼运动中的杠杆

（1）切咬运动：切咬食物时，前牙切咬食物为重点、颞下颌关节为支点，提下颌肌群以咬肌和颞肌为主要动力点，从矢状面观察构成第Ⅲ类杠杆，则阻力臂较动力臂长，机械效能较低。因此，越向前牙区咀嚼食物，牙齿承受的咀嚼力就越小，这有利于维护狭小的单根前牙和其牙周组织的健康。

（2）侧方咀嚼运动：一般为左侧或右侧的单侧型咀嚼，此时非工作侧髁突虽向工作侧移动，但仍为翼外肌、颞肌和舌骨上、下肌群所稳定，并作为支点。工作侧的升颌肌主要以咬肌与翼内肌收缩为力点，研磨食物处为重点，从额状面观察构成第Ⅱ类杠杆，此时动力臂较阻力臂长，可使机械效能增加。当研磨食物的后阶段下颌接近牙尖交错位时，则同时可存在第Ⅱ类和第Ⅲ类杠杆作用。

2、瑜伽运动中的杠杆

在瑜伽体位中最明显的杠杆就是船式，开始时仰卧，两腿伸直，两臂掌心向下平方身体两侧，随后髋关节及肩关节屈曲，以坐骨为支点，脚趾和头部与地面呈30度的角，双肩屈曲，双臂平行于地面。该动作杠杆类型为速度杠杆，支点为臀肌，力点为腹肌群及背部肌群，重点为双腿及上半身，阻力为地心引力。3、推铅球运动中的杠杆

最后的用力阶段是2个速度杠杆的有序叠加。一是以左脚为支点，身体左侧的牢固支撑位力臂的速度杠杆；二是持球的右臂，其肱三头肌的收缩发力推球也是一个速度杠杆。所以出手高度越高，其右手在最后用力阶段作用于铅球的工作距离就越长，从而可有效的提高铅球出手瞬间的出手速度。[3]

4、跑步运动中的杠杆

根据杠杆原理,阻力点移动距离和速度与阻力臂长度成正比,与力臂长度成反比。教学训练中,许多特定动作不要求省力而要获得较大的运动速度和运动幅度。在这种情况下,就必须想方设法增加阻力臂。在人的肌体中,大多数肌肉的阻力臂大大超过力臂;肌肉收缩长度小而环节的远端移动距离大,速度快。在跑步比赛中,腰肌收缩力越强,大腿幅度就越大,跑时迈出的步子就越大,速度也就越快,获得的成绩就越佳。[4]

5、仰卧起坐中的杠杆

仰卧起坐是训练腹肌力量的练习，可有三种姿势：将手放在体侧、胸前和枕在头后的姿势，手枕在在头后的姿势，重力矩最大（因阻力臂增大），所以腹肌的负担量最大。同理，仰卧举腿时，直腿的阻力臂就比屈腿大，因此髂腰肌的负担量也大。

第三部分在疾病治疗中的应用

1、骨质增生或者骨赘形成是一个缓慢的过程,这是机体应对异常应力刺激的病理性表现。骨质增生的本质是槊型,骨质增生的部位往往正是长期应力作用的地方,这个过程与机制可能和骨折修复的机制相类似,新增加的纵向应力,剌激成骨细胞功能使得骨组织生长活跃,并且缓慢改型。然而,观察骨赘的形态并不是很成规则,可能与相关部位所受到应力的大小和方向不恒定有关。出现骨质增生的个体差异很大,由此得出结论:骨质增生或者骨赘生成,反映了应力在结构内重新分布的现象,成为了结构己经发生变异的证据。

在治疗腰腿痛的病例时,要重视对椎小关节的调整,而整个的治疗程序当中也要以调整椎小关节为治核心,能够:终止异常张力对痛觉感受器的刺激,止痛；松解错位,调整了关节的对位对线关系,平衡肌肉张力,恢复脊柱稳定性；恢复关节的活动度,恢复节段性的平衡调节能力。[5]

2、牵引疗法

牵引疗法是应用外力对身体某一部位或关节施加牵引力，使其发生一定的分离，以解除周围血管、神经等组织的受压状况，从而达到治疗目的的一种疗法。常用于颈椎、腰椎、以及四肢关节等骨科相关疾病的治疗与康复。对于出现痉挛的肌肉和活动范围刚出现受限的四肢关节，可进行扩大关节活动范围的重力牵引。在该类牵引中，牵引作用力方向通常与关节运动方向一致，以促进恢复关节活动功能，这种关节活动度训练方法称为四肢关节功能牵引。

3、颈椎杠杆扳法

脊柱的正骨手法可粗浅地分为长杠杆与短杠杆两种扳法。长杠杆扳法以“颈椎旋转扳法”为例进行分析：患者坐势，颈项放松，颈略前屈或后伸（10°～15°）。医者站于后侧，用一手扶住其头顶部，另一手托住下颏部，两手协同动作使头向