基于OpenSim肌骨建模的太极拳“云手”架势对老年人髌股关节的生物力学影响研究

【作者】 钟慧欣； 姚琼；

【机构】 广州体育学院；

【摘要】 研究目的:本研究旨在基于OpenSim肌骨建模与仿真技术,量化分析老年人群体在完成太极拳"云手"动作时髌股关节所承受的力学负荷,从生物力学的角度探讨太极拳练习引发老年人膝关节疼痛的现象,尤其是针对髌股关节紊乱问题的潜在风险机制。研究聚焦于"高/低架势"关键技术变量对关节接触力、应力分布的影响,旨在为老年人太极拳训练的科学化、个性化指导以及预防损伤提供坚实的理论依据。研究方法:招募健康老年太极拳练习者,利用三维运动捕捉系统与测力台,同步采集受试者在完成高、低两种架势"云手"动作时的运动学和动力学数据。基于所采集的数据,在OpenSim仿真平台上,运用逆向运动学与逆向动力学分析工具,计算膝关节的整体受力情况。通过静态优化方法,估算主要下肢肌群的激活程度及肌力。最后,采用肌肉收缩力依赖的关节受力分析方法,计算髌股关节面的接触力及峰值应力。研究结果:(1)在低架势"云手"动作中,髌股关节的峰值接触力和平均应力显著高于高架势。(2)在低架势动作中,肌力值的异常提升和激活时序的异常变化是导致关节负荷增加的关键力学因素。(3)在"云手"动作中,膝关节持续保持屈曲状态,致使髌股关节长时间承受压缩负荷,在低架势下,这种负荷接近甚至可能超过老年人关节软骨的耐受阈值。(4)在重心转换的过渡过程中,由于下肢肌群协调不足,髌骨的运动轨迹将出现异常,进而加剧关节面应力分布不均问题。研究结论:根据以上研究结果,得出以下结论:(1)对于老年人群体而言,不恰当的太极拳练习方式,尤其是长期采用低架势进行"云手"等典型动作,会显著增加髌股关节的生物力学负荷,进而引发潜在的损伤风险;(2)损伤机理主要源于过大的股四头肌肌力及由此产生的高强度髌股关节接触应力。因此,在面向老年人的太极拳教学与推广过程中,应特别强调高架势的个性化选择,避免盲目追求低架势,并注重下肢力量训练和神经肌肉控制练习,以实现风险控制与健康效益的平衡。更多还原