假肢安装的残障人士攀爬楼梯的运动生物学分析

1 研究目的与意义

残障人士是指生理功能、解剖结构、心理和精神现实异常或丧失，部分或全部失去以正常方式从事正常范围活动能力，在社会生活的某些领域中处于不利于发挥正常作用的人，即因视力、听力、语言、肢体、器官、智力等生理、心理缺损或功能方面障碍，丧失劳动能力而影响生活、学习、工作的人。他们是人类整体中的一个特殊群体，据世界卫生组织统计，全世界各种残疾人约占总人口的 10％ ，而且每年平均以 1500 万人的速度在增加。2007 年 5 月 28 日国家统计局、第二次全国残疾人抽样调查领导小组公布了第二次全国残疾人抽样调查主要数据公报(第二号)，数据显示：我国残疾人口数量为8296 万，其中男性为 4277 万人，占 51．55％ ；女性为 4019 万人，占 48．45％；15～59 岁的残疾人口为 3493 万人，占残疾人总数的 42．10％，其中很大一部分残疾人口是处于就业年龄段，但是由于他们的残疾影响，多数人不但难以进行工作，甚者生活自理能力都存在困难。

如何改善和提高残疾人的生活质量，使其重返社会，就成为相关学科领域研究的重要方面。如果能够使残疾人达到生活自理、回归社会的目标，这不仅实现了其本人的人身价值而身心愉悦，还可以大大减轻其家庭和社会的人力、财力负担，促进全社会的整体和谐。为了尽可能的实现对残疾人的生存、生活权利，保障其和正常人一样享有以平等的地位和均等的机会，参与社会生活和国家建设，共同享有社会发展的成果。

现代科学技术革命的深入和发展使得许多成果被广泛运用于残疾人康复的相关研究领域中。例如假肢的发明，假肢的佩戴是为弥补截肢者的肢体缺损，代偿已失肢体部分功能而制造、装配的人工肢体，这就为残障人士的功能恢复提供了保障。而像运动生物力学这门学科也越发在残疾人的康复研究领域发挥着重要的作用，该学科虽然是一门年轻的综合性学科，但却发展十分迅速，其相关研究热点已从对相关动作技术的诊断，逐步向涉及全民健身和医疗康复等领域过度，而涉及关残障人士的康复问题，则越发成为本学科研究关注的焦点。但是通过研究发现，不同的残障肢体佩戴的假肢，以及相近残疾肢体佩戴的假肢的效果都不尽相同，这在完成日常生活动作时，表现得尤为突出，如跑、跳、攀爬等，这就需要一定的量化指标来更好的揭示残障人士佩戴假肢完成相关动作时的规律，更好的指导残障人士的功能恢复。

爬梯是日常生活中一项常见的活动动作，也是残障人士生活自理、职业发展中的一项基本技能，但是，据统计生活、生产中爬梯发生的意外安全事故占所有安全事故的 1%2%，这引起了国内外对爬梯活动的研究，通过相关实验，提出对于更加安全的梯子的设计思想，发现爬梯活动中从梯上摔下造成的损伤的规律性问题。当前，针对佩戴相应的辅助器械的残障人士在完成爬梯动作等日常活动的研究也呈方兴未艾之势。通过查阅文献发现，对于正常人的爬梯步态，梯子倾斜度，横档间距，爬梯速度等方面的爬梯活动的研究已取得了一定的成果，但是对于残障人士在攀爬斜梯过程中的有区别性的，类比化的研究，其大多局限于从材料方面探寻假肢的结构，或是从功能恢复方面探讨假肢与残肢的佩戴的问题，而从运动生物力学的研究角度出发，分析残障人士在日常生活中的完成基本动作的规律性问题的研究却并不多见。这就限制了针对残疾人佩戴假肢后如何更好的适应假肢，熟练地、无障碍的完成基本的动作这一命题研究的开展。由于爬梯活动的协调性，随意性，且其受爬梯任务（是否持物，攀爬高度要求，爬梯速度等），梯子参数（梯子倾斜角度，梯档间距等）和个人习惯特点（身高、体重、爬梯习惯动作等）等因素的影响，因而研究此类爬梯活动的命题，就需要进行系统化的有针对性的研究。

2 文献综述

2.1 运动生物力学的发展概述

运动生物力学是生物力学的一个重要分支，是研究体育运动中人体机械运动规律的科学。从伯恩施坦（1935）提出运动生物力学原理概念之后，在上世纪 6070 年代，G.Hochmuth（1960、1968）、T.Bober（1964、1973、1977）、Morhold（1978）对其做过一些讨论。他是将体育运动中人体（或器械）复杂的运动形式及变化规律结合力学和生物学的原理进行研究的一门学科。运动生物力学也是体育科学的一个重要组成部分，例如运动能力的提高、体育动作技术的分析与诊断、运动损伤的预防、运动训练规律的探索、体适能的分析与训练、运动器材装备的设计和改进等，其涵盖了力学、生物学、体育学的绝大多数理论，并形成了适用于自身的一套理论体系，其认为人体或生物体的运动是由神经系统控制，肌肉和骨骼系统协同作用而完成的。运动生物力学是研究人体或生物体在外力和内部受控的肌力作用下的运动规律。

教科书对运动生物力学定义为研究人体运动规律的科学;，但这种解释远远无法概括这一学科的本质，李建设（1997）对这一问题进行过分析与讨论。这是因为机械运动向来就是經典力学的研究对象，尽管前面加上了定语人体;一词，但正如顿斯柯依所指出的对于有生命的世界并不存在什么特殊的力学定律;。人体的所有宏观运动也符合力学定律。那么运动生物力学的本质含义是什么？严波涛（2002）认为：运动生物力学就是运动生物力学原理，从学科研究角度出发，就是在大量实验、分析，在考察人体运动的基础上揭示和发现人体运动规律，建立运动生物力学原理；从学科应用角度来看，就是借助于人体运动的普遍规律和特征运动生物力学原理建立新的合理运动结构，修改不合理的动作并达到人体动作技术的相对最佳化。Bober（1983）认为：运动生物力学原理就是基于物理学和生物学知识总结出来的人体运动普遍规律。

3 研究对象和方法...................................... 21-23

3.1 研究对象..................................... 21

3.2 实验设计及研究方法 .....................................21-23

3.3 实验过程..................................... 23

4 研究结果..................................... 23-28

4.1 向上攀爬过程的相关数据特征..................................... 24-26

4.2 到达梯顶部相关数据特征..................................... 26-27

4.3 下斜梯过程中的相关数据特征..................................... 27-28

5 分析与讨论..................................... 28-33

5.1 假肢对于膝关节以下残疾人士的功能代偿作用 .....................................29

5.2 独立变量条件下对攀爬过程稳定性的影响..................................... 29-31

5.2.1 梯子倾斜角度对爬梯效果的影响..................................... 29-31

5.2.2 爬梯速度对爬梯效果的影响..................................... 31

5.3 因变量条件下对爬梯效果的影响..................................... 31-33

结论

本文对爬梯活动进行了实验研究，分析了不同对象不同梯子参数下的被试手脚力量的大小及不同梯子参数，人体参数对手脚力量的影响。

（1）小腿假肢的佩戴对于残疾人完成爬梯作业提供了较好的代偿作用，但是应注意训练其基本的站立、摆动等动作，加强恢复残存肢体肌力，锻炼其平衡能力。

（2）爬梯速度对于爬梯的稳定性有一定的影响，因此对于小腿假肢残疾人士的功能恢复，日常生活，不提议快速攀爬。

（3）梯子较大的倾斜角度所需的手脚力量越小，且膝关节屈曲幅度也就可以降低，这对于提高爬梯作业的安全性和舒适性提供一定的支持。

（4）从手脚力量看，爬梯活动中手部力量比较脚部力量具有更大的变化性和更高的敏捷度，而脚部力量更加需要的是稳定性，而小腿假肢者则与此相反。因此对于佩戴小腿假肢人员的爬梯功能训练，应着重强调手部的灵敏性，后发展上肢的力量素质。