二、运动疗法的运动学基础
人的运动是人在活动中姿势的连续变化，这种变化主要由肌肉收缩和关节活动引起，学习运动疗法必须掌握关于肌肉收缩和人体活动的运动学基础知识。
（一）力与力矩
力是一种作用，可使受力物体的静止或运动状态发生变化，它可以维持人体的姿势和平衡，也可以改变人体的位置。静力可稳定姿势和平衡，动力可使人体发生运动。动力可来自人体内部的肌肉活动，也可来自外部的牵引、被动运动等。作用于肢体上的力有稳定力和旋转力之分（图1-6）。
图1-6 屈肘运动稳定力、旋转力和力矩
图中BO为上臂，OU为前臂，O为肘关节的伸屈旋转轴心，F为肱二头肌收缩作用于前臂的力。F可分为f1和f2，f1可使前臂以O为轴心做旋转运动，称为旋转力；f2可使上臂和前臂两个节段互相靠近而增加稳定性，称为稳定力。
力矩（M）又称转矩，它是使物体围绕一个轴心进行旋转的有效的力，它等于力与力的作用线（AC）到转轴（O）的垂直距离（FO）的乘积，即：
M=F×FO
单位为牛顿·米（N·m）。力矩是人体运动中很重要的一个概念。
（二）肌肉收缩的方式
根据肌肉收缩时长度、张力、速度的变化，可将之分为等长（isometric）、等张（isotonic）和等速（isokinetic）收缩。
1.等长收缩 是一种静态的收缩，收缩时关节不活动，肌肉的长度不变，肌肉的张力增力口。例如要通过屈肘提起放在地面上极重的（实际上拿不动的）东西时，屈肘肌进行的就是等长收缩。
2.等张收缩 是一种动态的收缩，收缩时关节活动，肌肉缩短，但张力保持相对恒定。如用手握哑铃做伸屈肘活动进行的锻炼就是等张收缩。在等张收缩中，根据收缩时肌肉起止点是相互靠近、还是相互分开，尚可分为以下两类：
（1）向心性收缩：收缩时肌肉起止点相互接近。这种向心性收缩（concentric contraction）很常见。
（2）离心性收缩：收缩时肌肉起止点互相远离。这种收缩主要用于控制肢体坠落的速度。如上肢在肩外展90°的位置上逐步下降回到躯干侧方时，三角肌即进行这种离心性收缩（ec-centric contraction）。又如在肢体慢变化的太极拳运动中也是这种收缩。
当肢体由于各种原因而受到制动时（如疼痛、骨折后石膏夹板固定、牵引等）；在缺少训练器材时；在需要较快地提高肌张力时，均宜选用等长训练。如需较快地增强肌力；需要大范围地活动关节；需要全身性的活动或心脏功能有障碍时，则宜选用等张训练。
3.等速运动（收缩） 这是一种人体不能自然形成的肌肉收缩。需由仪器从外界向肢体提供一种可随收缩过程而变化的阻力，使运动引起的角速度保持一个恒定的数值才能产生的运动。这样的作用由专供等速训练的仪器——Cybex仪来提供。
（1）等速运动的优点：①运动时在关节活动范围的每一点上都遇到“最大”的阻力（阻力最大但不妨碍继续运动），锻炼效果因而最佳。②不仅可刺激Ⅰ、Ⅱa型纤维，而且还可刺激）Ⅱb型快收缩的白纤维，因而可以全面地锻炼肌肉。③定量准确，从力矩和角度曲线上可以测出多项指标，重复性好。
（2）等速运动的缺点：①仪器复杂昂贵。②费用高。③费时间。
（三）运动中肌肉的协同
在活动中希望动作尽可能准确而协调，必须使有关的肌肉各司其职和通力合作才能达到，这就是各肌肉的协同作用。在完成一个动作时，依作用的不同，肌肉可分为以下几类：
（1）原动肌：主要负责完成动作的肌肉，如屈肘动作中的肱二头肌和肱肌。
（2）副动肌：协助原动肌完成主要动作但作用上次于原动肌的肌肉，如屈肘中的肱桡肌和旋前圆肌等。
（3）拮抗肌：是作用与原动肌相反的肌肉，如屈肘中的肱三头肌。在屈肘中需协调合拍地松弛或作适当的离心收缩，以保证动作的流畅和稳定。
（4）稳定肌：是给原动肌的动作提供稳定基础的肌肉。如屈肘时固定肩胛带的肌肉。
（5）中和肌：是抵消原动肌产生的不需要的动作的肌肉。如扩胸时，菱形肌和斜方肌均为原动肌，但同时又互相使肩胛骨的回旋作用抵消，因而又互为中和肌。
（6）协同肌：即上述副动肌、稳定肌和中和肌的统称。
（四）影响肌肉收缩活动效率的因素
1.杠杆作用 在肌肉收缩时产生力（F），关节相当于轴或支点（O），被移动的部位相当于重量（W），骨骼则起杠杆臂的作用（图1-7）。
（1）第一类杠杆：见图1-7中之Ⅰ。支点（O）相当于肘关节，力（F）由三头肌产生，被移动的部分为手中所持之物（W）。由图可知，O位于F和W之间。据杠杆定律：
F×FO=W×WO
两边相等时即达到平衡。杠杆臂（FO）越长，所需的力越小。从图可知，实际上肱骨（相当于FO）短于前臂及手（相当于WO），因此所需F较大。这是为了获得较大速度和关节活动度而牺牲力的例子。
（2）第二类杠杆：见图1-7中之Ⅱ。支点（O）相当于跖趾关节，力（F）由腓肠肌和比目鱼肌产生，重量（W）为落在跟部的体重。其特点是W在F和O之间，FO长于WO，因此用较小的力即可支起较大的体重。
（3）第三类杠杆：见图1-7中之Ⅲ。支点（O）为肘关节，力（F）由肱肌产生，重量（W）为手持物体。其特点是F在O与W之间，FO短于WO，对力不利而对速度和关节活动度有利。
从上可知，凡FO长于WO的情况均对力有利，但不利于速度和关节活动度；WO长于FO时情况则相反。
2.用力的角度 肌肉作用于骨的力可分为旋转力与稳定力两种。两者大小取决于力与骨长轴所成的角度（图1-6）。当O为0°时，力与骨长轴平行，力全部起稳定作用；当O为90°时，力全部用于旋转，此时对运动最有效。例如，肱二头肌收缩提起手中重量时，最大的力在肱二头肌和桡骨的长轴成90°时产生，这种情况出现在肘屈60°左右的时候。
图1-7 人体运动的三类杠杆
（五）运动链
运动链是指人体几个部位通过关节连接而组成的复合链接。又分开链（open kinematic chain）和闭链（closed kinematic chain）。开链是指远端是自由的游离端，人体的四肢和躯干都属此类。闭链是指运动链的远端组合成环状，人体中仅有少数运动链属此类，如骨盆骶髂关节和耻骨联合组成的骨盆带；肋骨和胸骨、脊柱相连的胸腔。闭链的活动范围很小，因此，通常所称的运动链是指开链中的各段，并各有其特定的活动范围。一般远端比近端具有较大的活动范围，且远端的运动速度也快于近端。
由于人体是由各运动链所组成，其产生的力可以是合力，也可以是分力。当2个或2个以上的力共同作用于一物体，可表现为单一的力。如各个力作用在一条直线，其合力大小可用普通的算术和来求得。如有三个力分别为A10kg、B8kg、C5kg，作用于同一方向，则其合力为23kg。如C的力量恰与A、B方向相反，则其合力为13kg。运动则按合力结果的大小和方向进行。若两相反方向的力相等，则不产生运动，即达到平衡状态。比如在下垂的上肢手中拿有重物，此时肩、肘关节产生拉伸力，其他软组织结构包括肌肉产生与载荷相对抗的力量以保持平衡。从不同角度所作用的力，则不能用简单的算术法来计算，其合力需用所形成的平行四边形来求得。例如，胸大肌的胸骨部和锁骨部肌纤维同时收缩，可产生肩关节水平内收的合力。又如斜方肌的上、下部肌纤维收缩的合力，可产生肩胛骨向脊柱内收的力。
力的分解是将一个力分解成两个力，从而可以测知肌肉的分解力量。例如，斜方肌的上部纤维收缩时，可使肩胛骨向上方移动，其分力则有上抬及内收，下部纤维也可分成内收和下沉两个力。
（六）活动轴和自由度
人体所有的关节活动都环绕一个轴转动，所以肢体的所有活动都属于旋转活动，也都产生角度的改变。关节面的形态决定了关节可能活动的轴。如屈前臂，是指以肘关节为轴的转动。自由度与关节活动轴有关，1个自由度是指该关节只有1个活动轴，指间关节即属于此，只允许做屈伸活动；又如前臂的尺桡关节，只有旋前、旋后功能。2个自由度是指该关节具有2个活动轴，如掌指关节，可做屈伸和并指及分指；拇指的鞍状关节（掌指关节）也属于此类。3个自由度是指具有3个活动轴的关节，如髋、肩关节可做屈、伸、内收、外展、内旋、外旋活动。凡具备两个以上自由度的关节均可产生环绕动作。
为统一记录人体运动的方向，常用3个相互垂直的、通过人体中心的面来表示。即矢状面（将人体分成左右两部）、额状面（将人体分成前后两部）和水平面（将人体分成上下两部）。以肩或髋关节为例，其矢状面活动即为屈和伸，额状面活动即为内收、外展。水平面活动为内旋和外旋。但事实上人体在日常生活中很少按一个平面做关节活动。
这里应该注意的是需将活动轴（有矢状轴、水平轴和垂直轴）与活动方向的含义加以区别，不要相互混淆：例如围绕肩关节的矢状轴可产生关节的额状面活动，即内收和外展；围绕肩关节的水平轴可产生关节的矢状面活动，即屈和伸；围绕肩关节的垂直轴可产生关节的水平面的活动，即内旋和外旋。