人体力学

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人体力学（human mechanics）是运用力学原理研究维持和掌握身体的平衡，以及人体从一种姿势变成另一种姿势时身体如何有效协调的一门科学。它基于人体生理解剖学、理论物理学的知识,研究人体运动器官的结构、功能与运动规律,从而指导人体防护与保健。在体育、舞蹈、搬运和负重、医疗、航空和航天等领域都有广泛应用。

目录

关节活动

人体各活动部位(主要以关节为核心)的方向与角度,取决于关节的表面形态。它可决定关节移位的自由度。由于骨骼处于固定状态,关节的自由度不多于3个(少于机器人)。不同的关节具有不同的自由度(表1)。具有一个以上自由度的关节,可以使关节完成其最大可能的活动方向。如有3个自由度的骨盆和下颌关节,可以完成上下、左右、前后方向的动作。肩关节可完成人体坐标系上的3个方向活动:在矢状面上的弯曲与伸展；在前额面上的内收与外展；沿着垂直轴旋转。人体各活动部位具有各自不同的活动方向与范围。

肌肉力与能量

肌肉活动(收缩、舒张、保持紧张度三种形态,机器人不具备)时,消耗能量。活动量(强度)越大,参与活动的肌肉块就越多,消耗能量也越多。例如,与安静相比,人体维持站立姿势参与的肌群多,能量代谢率有时高于安静状态的22%。能量代谢率的升高伴随一系列生理功能(呼吸循环与产热等)的增加。当超负荷或人体活动严重受阻(如,压力服处于加压状态)时,肌肉力与能量消耗过度增加,还会产生物质代谢障碍,促使疲劳(机器人不具备)。因此,省力节能是重要的人体力学预防对策。

调节控制

在正常状态下,大脑调节控制肌肉骨骼系统的工作状态(有关肌肉群参与活动),完成各种随意动作;与此同时,在大脑-小脑-平衡器官联合调整控制之下,通过各有关肌肉群的工作稳定体位或姿态。如人体在坐、立、步行或跑步时,通过复杂的神经-肌肉-骨骼系统与平衡器官的协同工作,保持人体不偏离重心(动物的重心不同于人体),实现人体应有的体位或姿态。在力学作业时,只有采取有效的人体力学作业方式或防护措施,才可以通过上述同样机理取得满意效果。显然,机器人不具备、生物不完全具备这种复杂的、灵敏的调节控制系统。

失重对人体的影响

失重是航天中遇到的一种特殊环境因素，对人体肌骨系统、心血管系统、免疫系统等均会产生显著影响。

在长期和重复航天飞行时，骨和钙代谢的进行性和积累性变化将导致骨密度下降和骨矿盐含量的再分布。失重引起的骨质降低及钙、磷代谢负平衡在返回后较难恢复，且可能出现骨折等损伤，影响航天员的健康。

重力负荷的消失将导致人体骨骼肌尤其是抗重力肌的明显萎缩，并伴有肌纤维类型、代谢方式以及肌肉收缩功能的改变等。失重性肌萎缩的发生不仅影响航天员的在轨飞行时间和工作效率，也严重影响了航天员返回地面后的再适应能力。

失重对人体心血管系统具有广泛的影响，主要表现为航天后立位耐力不良。血液总量减少虽是引起飞行后心血管失调变化的主要原因和必要条件，但非唯一原因，有时甚至并非必要条件。动脉系统功能的变化在航天所致航天员立位耐力不良的发生中可能起到重要作用。

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