肌肉生物力学1讲解

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1、六、肌肉生物学 人体有600多块肌肉，每一块肌肉都是一 个器官，它包括中间的肌腹和两端的腱部 分。在正常情况下，肌肉收缩时由神经冲 动引起的。肌细胞是骨骼肌的主要结构单 位，又被称为肌纤维，每一肌纤维个包含 上千条肌原纤维，每一肌原纤维又分为许 多相互联系的节段，称肌小节。肌小节是 实现肌肉收缩和舒张的基本的功能单位。 肌小节内有明带细肌丝，暗带粗肌丝，肌 肉收缩时，明带长缩短，暗带长不变，即 细肌丝向粗肌丝滑动。 粗肌丝由肌球蛋白分子组成，几百 个肌球蛋白分子构成横桥。细肌丝 由肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋 白三种成分组成。当横桥上的肌球 蛋白与细肌丝上的肌动蛋白相结合 时，拖动细肌丝向粗肌

2、丝中央滑动 ，实现肌肉收缩。 安静时原肌球蛋白将肌动蛋白上能 与横桥可逆结合的位点掩盖，从而 阻止横桥与肌动蛋白的结合，使肌 动蛋白处于抑制状态。肌钙蛋白对 Ca2+有很高的亲和力，很柔很容易与 Ca2+结合。在肌肉静息时，它像一把 钩子，把原肌球蛋白勾住，固定在 遮挡点的位置。 而当肌肉兴奋时，肌钙蛋白与Ca2+结 合，其构型发生了改变，勾子失去 了作用，使原肌球蛋白位置发生改 变，露出肌动蛋白上能与横桥结合 的位点，横桥即可与肌动蛋白结合 ，引起肌肉收缩。 （一）、骨骼肌的三元素力学模型 收缩元：代表肌节中的肌动蛋白微丝和 肌球蛋白微丝。兴奋时可以产生张力， 是主动张力。 并联弹力元：代表

3、肌束膜及肌纤维膜 等结缔组织。当被牵拉时产生弹力，是 被动张力。（包被肌束的结组缔织膜称为肌束膜） 串联弹力元：代表肌微丝、横桥闰盘及 两端的腱结构。当收缩元兴奋后，使肌 肉具有弹性。 整块肌肉可以认为是由许多这样的模型混联 在一起的，模型的串联形成肌肉长度，模型 的并联形成肌肉的横向维度。整块肌肉的力 学性质就是由这些模型组成的系统来决定的 。 根据这个模型的混联关系，可以理 解为，肌肉长度的增加对其收缩速 度有良好的影响，但不影响它的收 缩力；肌肉的生理横断面的增加会 导致肌肉的收缩力量的增加，但不 影响收缩速度。 这一点的理解，可以用弹簧伸长来举一 个形象的例子。 例如：一个弹簧在力F作

4、用下，伸长了 x ，当F去除后，弹簧收缩力为F，收 缩速度为x/t（假设弹簧的收缩时间为t ）。 若是两个弹簧串联，在力F的作 用下，每个弹簧都伸长x，则 伸展的中长度为2 x，那么收 缩速度就为2 x/ t。 （可以理解为每段肌肉就是一段弹簧） 由此可见，弹簧的串联没能增加收缩力，但收 缩的速度增加。 若两个弹簧并联，在同样前提条件 下，收缩力为2F，由于伸展长度没 变，收缩速度仍是x/t。 因此弹簧并联时，表现是力量的增 加，而其收缩速度没有变。 （二）肌肉的收缩形式： 依肌肉收缩时的张力和长度变化 ，可将肌肉收缩分为三类：缩短 收缩、拉长收缩和等长收缩。 1、缩短收缩：是指肌肉收缩所产生

5、 的张力大于外加阻力时，肌肉缩短 ，并牵引骨杠杆做相向运动的一种 收缩形式。缩短收缩时肌肉起点靠 近，又称向心收缩。如：屈肘、高抬 腿跑等。 依整个关节运动范围张力与负荷关 系，缩短收缩又可分为非等动收缩 （习惯上称为等张收缩）和等动收 缩两种。 非等动收缩（等张收缩）：在整 个负荷收缩过程中给定的负荷是恒 定的，而由于不同关节角度杠杆得 益不同和肌肉收缩长度变化的影响 ，在整个关节移动范围内肌肉收缩 产生的张力和负荷是不等同的，收 缩的速度也不相同。 例如：屈肘举起恒定负荷时，肱二头肌在关节 角度为115-120时最大，关节角度为30时 最小。因此，在非等动收缩中所能举起的最大 重量，只能是

6、张力最小的关节角度所能承受的 最大重量。 等动收缩：是通过专门的等动负荷器 械来实现的。该器械使负荷随关节运动 进程得到精确调整，即在关节角度的张 力弱点负荷最小，而在关节角度张力的 最强点负荷最大。因此，在整个关节范 围内肌肉产生的张力始终与负荷等同， 肌肉能以恒定速度或等同的强度收缩。 在作最大等动收缩时，肌肉产生的张力在整 个关节范围，都是其能力的100%。因而采用 等动收缩形式发展力量可使肌肉在关节整个 运动范围都得到最大锻炼。 2、拉长收缩：当肌肉收缩所产生的 张力小于外力时，肌肉积极收缩但 被拉长，这种收缩形式称为拉长收 缩。拉长收缩时肌肉起止点逐渐远 离，又称离心收缩。 拉长收缩

7、产生的张力方向与阻力方向 相反，肌肉做负功。在体育运动中拉长 收缩起着制动、减速和克服重力等作用 。 在运动实践中，拉长收缩又往往与缩短 收缩联系在一起，形成所谓牵张一缩短 环，即肌肉在缩短收缩前先进行拉长收 缩，使肌肉被牵拉伸长，在紧接着的缩 短收缩时，使可产生更大的力量。例如 ，跑步时，支撑腿后蹬前的屈髋、屈膝 等，使臀大肌、股四关肌被预先拉长， 为后蹬时的伸髋、伸膝发挥更大的肌肉 力量创造了条件。 3、等长收缩：当肌肉收缩产 生的张力等于外力时，肌肉 积极收缩但长度不变，这种 收缩形式称为等长收缩。 等长收缩时负荷未发生位移，从物 理学角度认识，肌肉没有做外功， 但仍消耗很多能量。等长收

8、缩是肌 肉静力性工作的基础，在人体运动 中对运动环节固定、支持和保持身 体某种姿势起重要作用。 另外，有人对三种肌肉收缩形式产 生的张力水平进行研究表明：拉长 收缩产生的力量大大超过等长和缩 短收缩。拉长收缩产生的力量的比 缩短收缩大50%，比等长收缩大 25%左右。即，三种肌肉收缩力量 水平由大到小依次是拉长收缩、等 长收缩和缩短收缩。 同时，比较肌肉收缩形式与发生的 延迟性肌肉疼痛的关系表明，拉长 收缩诱发肌肉疼痛最显著，而缩短 收缩则不明显，等长收缩时诱发的 肌肉疼痛比缩短收缩稍明显，但大 大低于拉长收缩。 （三）肌肉收缩的力学分析： 1、肌肉收缩的张力速度特征： 肌肉收缩的张力与速度关

9、系是指负 荷对肌肉收缩速度的影响。实验发 现，肌肉的收缩速度随肌肉收缩时 所对抗的负荷量（称后负荷）的变 化而变化，即随负荷的增加而减小 。 从右图可以看出，肌肉收缩速度为零时 ，即曲线与纵轴交点，为肌肉等长收缩 力量，体现了肌肉的绝对力值。 曲线左侧部分（肌肉收缩力量较大，而 速度较小），体现了肌肉收缩在克服较 大负荷时所表现的速度能力。 曲线的右侧（肌肉收缩力量较小而 速度较大），体现了肌肉收缩保持 较大收缩速度下发挥力量的能力， 即肌肉的速度力量能力。 依据此曲线特征，安排肌肉训练负 荷安排时应该注意： 大强度的负荷训练安排，主要体 现为力量的提高，使曲线向左上偏 移明显。 小强度负荷的

10、快速运动训练，主 要为速度力量优化，使曲线向右上 偏移明显。 肌肉的这种张力-速度关系曲线特征 ，主要取决于肌肉的性质，肌肉收 缩时的张力的大小，取决于活化的 横桥数目，而肌肉收缩的速度即取 决于能量释放的速率和肌球蛋白 ATP酶的活性，与活化横桥数目无 关。 因为当负荷较大时，有更多的横桥处于活化状 态，以增加肌肉张力，但却抑制ATP的水解， 减低能量释放率，从而使肌收缩速度减慢。 2、肌肉张力 长度特征：是指肌肉收缩前 的初长度对肌肉收缩时产生的张力影响。 如果在肌肉收缩前就给予肌肉一定的负荷（称为前 负荷），使肌肉拉长以改变初长度，当肌肉初长度 增加到某一长度时，肌肉将产生最大的收缩效果

11、。 肌肉表现出最大张力时的长度称为肌肉的静息长度 ，约为平衡长度（零负荷的肌肉长度）的125%。因 为此时粗肌丝和细肌丝处于最理想的重叠状态，使 收缩起作用的横桥数目达最大，此时肌肉收缩能力 产生最大张力。 实验表明肌肉张力长度特征为 ：随肌肉长度的增长，肌力在一定 区域内上升，达到一定长度表现出 相对稳定的平台期，平台期之后， 肌力随长度的增长而下降。 （四）、肌的运动适应机制： 1、超量恢复原理：人体运动中消耗 的能源物质在运动后一段时间内不 仅恢复到原来水平，甚至超过原来 水平，这种现象称为“超量恢复”或“ 超量代偿”，这种现象保持一段时间 后，又回到原来水平。 人体肌肉在运动后疲劳恢复

12、遵循超 量恢复理论，因此，超量恢复是肌 训练学的基础。因为在下一次肌力 训练时，是在前一次肌力训练的超 量恢复阶段内进行，那么肌的形态 和功能就会以该超量恢复阶段的生 理功能水平为起点，进行运动周期 循环，使肌的形态和功能得到逐步 发展。 2、肌的增大：力量训练引起的肌纤 维增大的显著表现就是肌纤维体积 或横截面积的增加。 3、急性适应和慢性适应： 肌的急性适应可视为运动即刻， 短时或运动早期肌的结构功能变化 。 肌的慢性适应：肌对力量刺激的 长期适应的结果表现为肌形态、结 构的功能变化。 具体表现为： a.肌原纤维的蛋白质含量增加，肌横截面 积增加。 b.耐力的训练可引起肌纤维类型成分发生

13、改变，促进快肌纤维向慢肌纤维转变。 c.耐力的训练引起毛细血管数增加。 d.力量训练引起肌线粒体密度降低。 e.酶含量与活性改变。 f.肌底物水平改变（肌底物包括：糖原、 ATP、Pi、脂质、肌红蛋白）。 （五）肌肉松弛： 生活中常见把橡皮绳长期拉长，在绳子上的张力会变 得松弛下来。人体骨骼肌也有类似现象，被拉长的肌 肉张力随时间延长而变小。 人们把被拉长的肌肉张力随时间的 延长而下降的特性称为肌肉松弛， 这是由于肌肉的粘弹性所决定的。 在完成动作过程中，当肌肉出现松 弛现象，会使肌肉弹性形变能力下 降。如在做纵跳练习时，当下蹲到 最适宜处长度是，如果停顿时间过 长，肌肉会出现松弛现象，导致肌

14、 肉张力下降，而影响纵跳成绩。 肌肉松弛的原因： 其原因是停顿使肌肉及肌腱中的弹 性成分产生了松弛，如果停顿时间 大于肌肉松弛出现的时间，则肌肉 所产生的弹性势能，就会完全消耗 掉，后续动作就只能单纯依靠肌肉 收缩完成。 （六）肌肉训练的原则： 1专门化原则：对所发展的肌肉力 量专门化训练，对运动员来说要 与专项相衔接。在对康复患者训 练中，要结合病人实际情况，制 定相应训练计划，有目的的进行 训练。 2超负荷原则：人体力量训练具有适 应性，当一定负荷对机体刺激减小 时，就必须加大负荷量。康复时要 想达到增强肌肉力量的目的，所给 负荷应略高于现在肌肉力量的水平 ，至少相当于是肌肉产生最大强度

15、收缩所需要负荷的60%，并持续的 训练6周，才能取得明显效果。 训练要有一定的运动强度、持续的 训练时间、合适的运动频率、保持 一段时间，并根据肌肉的收缩性选 择相对应的训练方法等五个基本条 件，才能达到增强肌力的目的。 3循环渐进原则：负荷的运用要合理而 逐渐的增强。 对于绝大多数康复患者来说，训练的 强度和总训练量也必须逐渐增强。特 别是长期卧床的病人，不同程度的存 在运动功能和心肺功能的下降，如果 突然的大幅度的提高病人的训练强度 ，会给患者造成过度训练综合症，反 而会延续病人康复进程。 4可逆性原则：力量的获得是可逆的，它 可以衰退，肌肉也可能缩小，骨头和肌 肉纤维的连接也可能会变弱，

16、为了维持 以获得的力量，患者要坚持持续练习。 一些经过系统康复的病人，出院后由于 缺少康复训练的氛围和治疗时的监督， 不能坚持完成执行康复训练计划，最终 会导致力量逐渐衰退，功能慢慢丧失。 5区别对待原则： 患者之间训练差异比运动员要大， 由于每一位患者的原发病、并发症 、性别、年龄等都不一样，因此在 制订力量训练计划时，必须要注意 个体化，区别对待。 6练习顺序： 力量训练要动用大量肌肉群。大肌肉群 的训练应安排在训练开始部分，通常练 习顺序是全身练习、下肢多关节练习（ 如深蹲、压腿等）；下肢单关节练习（ 如踝关节和小腿伸展练习）；上肢多关 节练习（如俯卧撑、仰卧起坐）；上肢 单关节练习（绕臂、压腕等）。 康复训练的运动顺序不同于