人体动力链的释义与应用研究

史 衍，张 磊

（首都体育学院体育教育训练学院，北京 100191）

人体动力链的释义与应用研究

史 衍，张 磊

（首都体育学院体育教育训练学院，北京 100191）

本文采用文献资料法、专家访谈法、比较法、逻辑分析法等研究方法，深入讨论了“系统动力学”学说视角下“人体动力链”的内涵、结构以及分层体系，并在此基础上阐明“人体动力链”在提升体育教学效果，提高运动训练的质量、加速运动性伤病康复等方面的应用前景，并且在一定程度上丰富了“人体链结构”的理论内涵。

人体动力链；概念分析；应用

体育运动中人体的运动行为是依靠大量的动作实现的，而动作背后蕴含的是由人体骨骼、骨关节、肌肉、神经所组成的运动系统的机械运动规律。“结构决定功能”，我们把动作依据特定的时间序列和空间排列规律称为运动学结构。那么，人体运动状态的变化过程中下肢、躯干、上肢以及头部等多个环节的动态有序连接就构成了人体的运动链。然而，人体运动状态的变化必然伴随各种力的相互作用以及各种能量的产生，转换与消耗。因此，国外学者在20世纪50年代，提出了“动力链”（Kinetic Chain）的构念，经过半个世纪的发展，特别是近20年来的深入研究，动力链概念在国外运动康复医学领域已经得到了广泛的推广与应用。反观国内，虽然关于人体动作的动力学结构研究已经引起了国内相关学者的重视，但是“动力链”概念提出至今，其界定一直困扰着研究者，在相关文献中的类别归属、本质特征等方面出现较大的分歧。一些学者试图从不同的角度来诠释对“动力链”的多种认识，但是体育学术领域尚无明确的概念。基于此，本文从人体解剖学、人体生理学和力学等学科角度运用系统动力学的观点较详细地阐述了“人体动力链”的概念、组成以及在体育运动中的应用，以便更好地提高其在体育教学和运动训练过程中的实用价值。

1 “动力链”概念的研究现状

1.1 链结构

链结构是描述系统各要素在时间或空间上排列和组合的具体形式之一，定义表述为：一定数目的物体由具有一定运动学特性的铰链相连接。常用于计算机、化学、土木工程、机械工程、力学、航空、建筑等相关学科。而人体链结构的直观认识始于人体解剖学研究，基本上是对人体存在的多种运动性与非运动性连接结构的现象解释。

1.2 “动力链”概念的由来

通过文献分析可知，“动力链”一词在国内文献中首次出现在化学研究领域，表述为“大多数（有机聚合物）自动氧化的动力链长大”。而作为人体运动学研究使用时，首次出现生物力学领域，表述为：“股骨-十字韧带-胫骨是一个闭合的动力链。”然而，“动力链”作为一个概念，在体育学术领域尚无明确的定义。但一些学者从不同的角度提出过动力链，也形成了对动力链的多种认识。

谷化铮、陈刚指出：“在完成技术动作过程中，将参与完成动作的肢体连成一个‘链’，参与完成动作的每一个部分则是链上的一个环节”，“核心力量就是动量在动力链（Action Chain）的传递过程中发挥着‘核心’作用。”吕中凡认为：“运动技能是特定顺序的多关节运动，被称为动力链（Kinetic Chain）”“从生物力学的角度看，弱链是指生物力学链上的薄弱环节，肢体的运动可以看作由一个个关节构成的运动链上的传递。”师文月提出，动力链（Kinematical Chain）由关节链与肌肉链2部分组成，是人体的动力系统和日常训练实践中最为强调和重视的一类链结构，因为它直接关系着运动技术的完成、负荷效果、运动效率以及训练质量等。梁雁秋、邱艳芬、林宽佳等在引用Steindler教授的理论时，表述为肢体的动作可以区分为闭合式动力链和开放式动力链。

通过上述分析可知，“动力链”概念是外来语，是不同学者对国外文献中“Kinetic Chain”“Kinematic Chain”“Dynamic Chain Structure”“Action Chain”“Power Chain”的翻译。由于受译者的专业背景和认知水平等因素的影响，对于“动力链”概念的界定也呈多元趋势。另一方面，通过查阅国外相关文献资料可以发现，国外“动力链”（Kinetic Chain）的概念来源于工程学，借鉴引用的目的是为了更好理解人体运动的生理学基础。随后该术语广泛的应用于临床医学，如肌肉骨骼系统矫正、运动医学、神经康复以及假肢和矫形器制作等方面。

1955 年 Steindler提出2种运动形式，肢体的动作可以区分为闭合式动力链运动（Close Kinetic Chain Exercise，CKCE）和开放式动力链运动（Open Kinetic Chain Exercise，OKCE），并且对此观念进行了解释：闭合式动力链运动是人体运动时肢体末端或远段对抗相应阻力；开放式动力链运动是人体运动时肢体末端或远段自由移动没有阻力。

美国国家运动医学学会将“动力链”界定为：人体所有的练习方法都包含动力链结构，动力链结构是指人体神经、肌肉和骨骼系统的相互关系与链接方式。它可以分为两种类型：闭合式动力链（Closed Kinetic Chain）和开放式动力链（The Open Kinetic Chain），它们都可以用来描述或界定动作练习方式。

投稿日期：2015-12-01

Mike Reinold把“Kinetic Chain”解释为“动力链结构”，提出“动力链连锁反应”（Kinetic Chain Ripple Effect）的概念，并指出“动力链”概念本身并没有太大的价值，真正的价值是概念背后所蕴含的分析人体特定部位如何通过动力链结构来影响其他部位状态的规律却经常被我们所忽视。

鉴于此，我们可知国内外对于“动力链”概念的释义还是存在一定的差异性。为了学术研究的严谨性，有必要结合国内外对于“动力链”概念的释义，站在多学科研究的角度分析其异同点，见表1。

表1 国内外对于“动力链”概念解释的异同点分析

1.3 “动力链”与“运动链”的辨析

在体育运动中，关于运动链的研究由来已久。熊绮华教授从机构学的角度提出：“人体可视为与机构相当的生物运动链，人体所有可活动的关节的节段都是该运动链的环节，即构件，而每一对邻接的环节的关节都叫做运动副。这样我们就可以将由非刚硬环节并通过关节连接而成的人体，处理为由若干刚体用铰链相互连接起来的运动链。”

人体分为头、躯干、上臂、前臂、手、大腿、小腿和足等多个环节，各个环节可动地连接起来构成生物运动链（kinematic chain），力作用在生物运动链上，各环节发生相对位置改变，于是产生了人体姿势和运动状态的变化。

运动链（kinematic chain）即人体为了实现运动条件下的各种外部表现，由若干个功能与结构单元组成的机体系统。运动链看作是一个由许多子系统组成的复杂系统，其包括骨骼关节链、肌肉链、神经链、内分泌链、能量链等子系统，相互间在功能上是无法分割的统一体。

通过专家访谈研究，我们可知“动力链”（Kinetic Chain）与“运动链”（Kinematic Chain）表述不同源于研究角度、学科基础不同。首先，作为理论力学的两个分支学科，动力学是研究作用于物体的力与物体运动的关系。它的研究对象是运动速度远小于光速的宏观物体。而运动学是从几何的角度（指不涉及物体本身的物理性质和加在物体上的力）描述和研究物体位置随时间的变化规律的力学分支。以研究质点和刚体这两个简化模型的运动为基础，并进一步研究变形体（弹性体、流体等）的运动。其次，系统动力学认为，客观存在的系统都是开放的系统；社会、经济、生态、人体系统都是高度的非线性，具有自组织耗散结构性质的开放系统。系统内部组成成分之间的相互作用形成一定的动态结构，并在内外动力的作用下按照一定的规律发展演化。作为多刚体系统（Multibody System）的人体，如同宇宙飞行器、车辆、机械机构以及原子组成的分子一样，共同点是：一定数目的物体由具有一定运动学特性的铰链相连接。既可以通过位置、速度、加速度等物理量描述，研究人体位置随时间变化的规律或在运动过程中所经过的轨迹，也可以通过作用力，力矩、力偶、功率等分析人体运动状态改变的原因。第三，动作系统的运动结构既包括各个动作的时间、空间的相互作用规律也蕴含着内外力相互作用、能量传递、转换、消耗的规律。前者是运动学规律，后者是动力学规律。所以，“动力链”与“运动链”的表述差异仅仅反映了研究视角的不同，却充分证明了人体动作系统链式结构的客观存在，也反应人体内在链结构的“同分异构”现象。

1.4 小 结

综上所述，我们可以得到如下结论：（1）人体动作系统“链结构”客观存在，特别是伴随着国外“功能性训练”理念的引入，使其逐渐成为运动训练学和康复医学领域理论与实践研究的热点。（2）“动力链”术语应用的领域十分广泛，涵盖了基础科学、工程科技、农业科技、医药卫生科技、哲学与人文科学、社会科学、信息科技、经济与管理科学等各个领域。因此，在体育领域使用时有必要进行区分对待。（3）从研究情况看，绝大多数研究者将“Kinetic Chain”“Power Chain”“Dyna -mic Chain Structure”翻译“动力链”，而把“Kinematic Chain”“Action Chain”理解为“运动链”。这反映出国内专家学者对“动力链”的概念并没有形成共识，为了深化动力链的研究，有必要界定一个比较普适的定义，并以此为基点开展后续研究。

2 “人体动力链”的释义与结构

2.1 概念的界定

西方发达国家对运动人体的科学研究开展较早，已形成较为系统的人体链结构理论，如关节链、肌肉链、姿势链、开闭链练习等。但是，如果直译国外已有名词，使用“动力链”这一名称既不能确切地反映体育学科的研究内容，又容易与土木工程、机械工程、力学等学科混淆使用。所以，笔者借鉴前人的研究成果，首先从逻辑学角度提出“人体动力链”的概念。这样既反映了学科研究的特定对象与研究内容，保证术语使用的规范性、严谨性，又可保持与原译名的有机衔接。

其次，定义就是用简短明晰的语言说明概念的内涵，揭示概念所反映对象的特点或本质的一种逻辑方法。按照下定义“3个步骤”对“人体动力链”概念进行释义。第1步：提取“邻近属概念”。人体动力链的邻近属概念为“链”，这里的“链”通常表示为“链条”“链锁”等，即系统各要素在时间或空间上按照一定的顺序连接即成为“链条”。因此，“链”即链式结构关系为此定义的邻近属比较合适。第2步：寻找种差。即寻找那些属于邻近属概念的信息点，这些信息包括：组成要素和排列方式。人体动力链的组成要素包括人体的肌肉、骨骼、神经等解剖学因素；而排列方式包括时间序列和空间布局。第3步： 整合成单句。因此，本文将“人体动力链”定义为：体育运动中人体的神经肌肉骨骼系统依据力学原理和机制所构成的特定时间序列和空间排列的链条式关系。也就是说，人体动力链的本质是用于描述具有某种内在联系的神经肌肉骨骼系统结构。这样表述也与国外相关理论的发展趋势较为符合。

第三，本研究提出的“人体动力链”概念和前人有所不同。首先，“人体动力链”反映了动作系统的运动学和动力学两个方面结构关系； 其次，此概念突出了动作系统各要素时空维度的不确定性（人体形态、结构或者功能状态的变化势必影响人体动力链的变化）。最后确定了人体动力链的专属概念，避免了与其他学科研究中概念的混淆与歧义的产生。当然，本文提出的“人体动力链”概念未必准确，只是笔者的粗浅认识与不成熟的论断，希冀达到抛砖引玉的效果。

2.2 “人体动力链”的结构

体育运动的本质是动作。动作即是体育运动的载体，也是身体功能训练的核心。因此，以动作结构变化为经（开、闭链运动），以人体不同系统（神经、运动、内分泌、消化、吸收、泌尿等系统）的结构功能变化为纬，将“人体动力链”划分为多个层次，每个层次由一组具有相同特征的单元组成，使具有共同特质的单元属性更加清晰，以便于进行科学研究。（图1）

图1 “人体动力链”的结构

第一层，人体解剖学要素的链接是“人体动力链”的微观层次。人体运动过程，是通过骨骼、肌肉和神经系统的协同工作来完成的。它们共同构成“人体动力链”微观结构。运动过程中，内力（内脏器官、呼吸肌）、外力（对手、竞训环境变化）在此链条（关节链和肌筋膜链）上相互作用促使各环节发生相对位置改变，最终引发人体系统的运动状态。如果此链条上的任意环节的内部出现功能障碍，便会引发整个链条的功能失衡现象。因此，“人体动力链”与人体各个器官协同配合密切相关。例如，当完成肱二头肌弯举动作时，是在躯干、下肢进行稳定支撑，肩袖肌群控制角度，肱三头肌适时放松的综合过程，并不只是肱二头肌的紧张或收缩。

第二层，人体各个环节的协同组合是“人体动力链”的中观层次。人体作为多刚体系统是一个有机的动力链群体，任何运动效果来自于所有链条的累积效应。由躯干、上下肢、头等环节链条的变化不同对整体动作效果影响也不尽不同。因而，从运动性质上“人体动力链”又可以划分主从结构。其中，直接产生运动效果或可以达到运动目的链条称为主体链，辅助性的链条称为从属链。连着始终存在动态平衡关系。再以肱二头肌弯举动作为例，有些时候该动作效果差并非是主动肌（肱二头肌）的收缩力差，而是协同肌（前臂屈肌）或对抗肌（肱三头肌）或是固定肌（肩袖肌群）的工作状态不佳所至。因此，在体育教学训练过程中，应从系统结构角度分析问题，才能做到“对症下药，药到病除”。

第三层，符合项目之间动作结构差异的链接是“人体动力链”的宏观层次。动作结构的差异是在一定动因和必备条件下产生的。项群理论按动作结构分类基本思想，将运动项目划分为3大类、9个亚类。同时，由于任何一个运动项目的发展过程，都处于开放的状态，在与其它项目的交流中，很自然地会吸收其它项目的新成果而促进自己的发展。因此，运动项目的动作结构属性成为决定了“人体动力链”结构分层又一关键因素。例如，在网球发球动作中存在着下肢、躯干、肩关节、肘关节和腕关节技术组成的“人体动力链”，与排球的扣球动作、掷标枪的最后用力动作在发力程序上是具备相同结构特征。

3 “人体动力链”在体育运动中的应用研究

3.1 深化人体动作本质的理论认识

体育运动的本质是动作。那么，动作的本质又是什么呢？为什么相同的动作形式会表现出不同的动作效果，而不同的动作结构又会引发同样的动作能量损耗呢？系统动力学认为，由于系统内部非线性因素的作用和存在复杂的反馈因果、生克关系，高阶次复杂时变系统往往表现出反直观、千姿百态的动力学特征；在一定条件下还可能产生浑沌现象。例如，以“肌肉”和“筋膜”组成的链结构不再关注单一肌肉的功能，更加关注链传动过程中各环节连接的重要性。因此，将“人体动力链”概念引入动作技术诊断与分析领域，可以加深我们对于运动“弱链”现象的系统认识，即由于动作结构中的某些薄弱环节的影响，造成人体运动过程中出现姿态失衡，动作失序、动能失散、内耗失调的状况。继而抓住核心信息点，强化动作环节的精密组合，不断提高动作的经济性以及提升人机协同效应。

3.2 提高专项能力训练的效果

专项能力的提高并能在比赛中获胜是竞技运动训练的最终目标。专项能力又是以专项技术动作为载体的运动员身体运动能力的表现。通过分析运动员动力链的主从结构，提升主体结构效能、促进从属结构改善、优化主从结构关系，才能增强人体不同环节工作的协同效应，保证各个肌群的工作方式、神经脉冲的释放频度、肢体环节的发力顺序与竞赛实际需要相符合。例如，对于单手投篮动作最终效果中产生的问题，可以用“还原论”的方法找出主体结构（投篮出手）的效应如何，随之再还原到从属结构（接传球或接运球动作）效果如何，以此找出影响动作最终效果的多级因素。换句话说，一味强化大肌肉群工作能力，而忽视小肌肉群的功能提升，只会加剧大、小肌肉群之间协同效应的失衡，导致动作效果消退。在运动员体能训练过程中这种现象较为普遍。

3.3 促进体育教学过程的优化

系统动力学认为，系统的行为模式与特征主要取决于其内部的动态结构与反馈机制；系统在内外动力和制约因素的作用下按一定的规律发展演化。体育教学实践表明，学生所掌握的技术动作变化，首先反映为运动状态发生变化。同时，该变化过程又涉及到各种能量的供耗，转换及机械效率等动力学因素。那么，在教学过程中教师既要描述所授动作运动学结构也要传递动力学的反馈信息。只有这样，教学主体才能合理地利用内外作用力的效应，充分地发挥或放大人体的运动能力，促进动作系统向合理性方向发展。因此，从“人体动力链”的微观结构入手，开展体育技术动作教学的首要步骤应描述所学动作的运动学因素包括时间序列特征、空间形态特征和时空演变特征。其次，引导学生体会动作的要领、用力顺序、（收）缩（舒）张节奏等动力学因素，不断完善动作系统的结构，提高自我认识水平，促进心理与智能发展。这样才能在今后的教学中科学地阐述技术动作内涵，合理地组织课堂教学、针对性地设计教学步骤与方法。

3.4 加快运动性伤病的康复

在运动训练过程中， 能否坚持多年不间断系统的训练是取得优异成绩的根本保证，而个性化的运动性创伤和疾病是中断甚至破坏系统训练的最主要因素。文献研究表明，长期的运动训练引起的机体对专项运动的适应性的变化，主要表现为代偿性动作的大量出现，势必造成局部环节的过度劳损，继而引发炎症、破损、病变甚至功能丧失。然而，单纯采用医疗手段治疗运动性伤病部位而不去解决“动力链”环节上相关部位肌肉力量或张力不平衡的问题，并不能最终消除伤病，运动员反而会因伤病的反复而诱发心理障碍直接影响正常训练。而“人体动力链”理论的提出生动地揭示了运动过程中人体各环节抽象的结构关系。通过分析运动员特定状态下神经骨骼肌肉系统结构以及专项技术动作的力学原理和机制，从而优化最佳动作模式，设计针对性的康复计划或方案。

4 结 论

4.1 本文将“人体动力链”释义为：体育运动中人体的神经肌肉骨骼系统依据力学原理和机制所构成的特定时间序列和空间排列的链条式关系。这样表述反映了动作系统的运动学和动力学2个方面结构关系，突出了动作系统各要素时空维度的不确定性，明晰了人体动力链的专属概念，避免了与其他学科研究中概念的混淆与歧义的产生，同时也与国外相关理论的发展趋势较为符合。

4.2 本文将“人体动力链”划分为人体解剖学要素链接的微观层次，人体各个环节协同组合的中观层次以及符合项目之间动作结构差异性链接的宏观层次，并详细阐明了各层次间的结构与联系，便于进行相关领域的科学研究。

4.3 本文通过例证揭示了“人体动力链”理论在体育教学、运动训练以及功能康复等领域的应用前景。但是，并没有提出“人体动力链”理论指导实践的具体方法，此方面的研究尚待进一步深入。

[ 1 ] 张国棣，论动作系统的结构—兼谈动作技术教学的生物力学原理（文章简介）[ J ].安徽体育科技，1990（5）：35-39.

[ 2 ] 师文月.初论竞技运动训练之运动链、运动弱链及其功能危机[ J ].山东体育学院学报，2013，29（1）：100-103.

[ 3 ] 匿名.塑料的抗氧剂[ J ].塑料，1973（6）：110-112.

G808.1

A

1674-151X（2016）01-001-04

史衍（1980 ～），副教授，在读博士研究生。研究方向：体能训练理念与方法。

10.3969/j.issn.1674-151x.2016.01.001