骨骼肌机能

人体运动学,针灸系康复医学教研室,运动学,运动学是运用力学方法和原理来观察研究人体节段运动和整体运动所产生的各种活动功能，以及生理、生化和心理的改变，并阐述其变化的原理、规律和结果，是康复医学中的重要理论组成部分。,康复医学的本质,康复医学是针对各种原因（含先天性因素）引起的损伤和疾病所致的功能障碍，应用一切可以利用的手段（包括医学、教育、职业和社会等），经过训练和再训练，达到以恢复功能、重返社会为目的的一门应用性学科。,康复医学的本质,康复医学与临床医学治疗方法的不同之处是前者较少应 用药物和手术，较多应用运动和物理因子的方法，其中又以运动为主要方法。,康复医学的本质,任何功能，包括人类最基本的日常生活能力都不是生而有之，功能只有通过反复的运动和活动才能获得。,决定有效功能的因素很多,以肘为例，首 先要有肘关节 的结构，其次 要有产生关节 活动的力（肌 肉）。,决定有效功能的因素很多,要有肌群间的协同（主动肌和拮抗肌，中和肌和固定肌）。,决定有效功能的因素很多,这些依赖神经 的控制进行调 节，不同疾病时，表现不同。中枢瘫和外周瘫不同。,运动学所要学习的内容,正常人体运动学,运动生物力学,运动心理学,运动障碍学,运动生物化学,运动生理学,正常人体运动学,这部分内容不同于解剖学，但又是在解剖学的基础上，阐述各主要关节运动时涉及的关节、肌群结构及其功能。,运动生物力学,是采用力学原理分析各主要关节活动中出现的力学现象。,运动生理学,是人体生理学 的一个分支， 是研究人体在 运动的影响下，机能活动 变化的规律。,运动生物化学,是研究运动过程中，机体的化学组成（蛋白质、核酸、糖、脂类、无机盐和水等）之间的相互适应，机体内物质和能量代谢及调节的规律，为增强体质、 提高运动能力、机能监控和评定、制定运动处方提供理论基础。,运动障碍学,是分析各种病理状态下所出现的运动学特征，包括骨关节、肌肉、神经损伤等所致的运动功能障碍。,运动心理学,是研究人体运动与心理之间的关系，提到不同运动对心理产生的影响，以及应用运动对不同心理疾患所起的治疗作用。,第一章 骨骼肌机能,针灸系康复医学教研室,本章内容,肌纤维的结构,骨骼肌的特性,肌纤维类型与运动能力,肌电的研究与应用,骨骼肌的收缩,骨骼肌细胞的生物电现象,骨骼肌动力器官（人体运动） 心肌心脏的跳动 平滑肌胃肠道的运动等,肌肉的种类,第一节 肌纤维的结构,肌细胞：肌膜、肌浆（细胞质）、细胞核。肌浆中有平行排列的肌原纤维和复杂的肌管系统。一、肌原纤维 纵贯肌纤维全长，直径约1-2 m。平行排列的粗、细肌丝组成。 肌小节：两条Z线之间的结构。,肌小节的示意图,粗肌丝和细肌丝的空间排列示意图,二、肌丝的分子组成,粗肌丝：头部有一膨大部横桥能与细肌丝上的结合位点发生可逆性结合具有ATP酶的作用。 细肌丝:肌动蛋白 原肌球蛋白 肌钙蛋白,肌钙蛋白是含有三个亚单位的复合体。亚单位I、亚单位T和亚单位C分别对肌动蛋白、原肌球蛋白和Ca2+具有高亲和力。把原肌球蛋白附着肌动蛋白上。Ca2+通过和肌钙蛋白结合，诱发横桥和肌动蛋白之间的相互作用。,三、肌管系统,包绕在每一条肌原纤维周围的膜性囊管状结构，是骨骼肌兴奋收缩耦联过程的形态学基础。,横小管系统:肌细胞膜从表面横向伸入肌纤维内部的膜小管系统。纵小管系统:肌质网系统 。终池:肌质网在接近横小管处形成特殊的膨大。三联管结构:每一个横小管和来自两侧的终末池构成复合体。,第二节 骨骼肌的特性,一、骨骼肌的物理特性伸展性：骨骼肌在受到外力牵拉或负重时可被拉长的特性。弹性：而当外力或负重取消后，肌肉的长度又可恢复的特性。粘滞性：肌浆内各分子之间的相互摩擦作用所产生的特性。,二、骨骼肌的生理特性,兴奋性：受到刺激产生兴奋的能力。传导性：细胞传导兴奋的能力。收缩性：受到刺激产生兴奋后，立即产生收缩反应的能力。,一、静息电位（resting potential)1.定义：细胞处于安静状态时，细胞膜内外所存在的电位差。2.RP值:哺乳动物的骨骼肌细胞为-70 -90mV。3.形成原因：钾离子（K+)外流，达钾离子平衡电位。,第三节 骨骼肌细胞的生物电现象,1.定义：可兴奋细胞兴奋时，细胞内产生的可扩布的电位变化。 2.形成原因：钠离子（Na+）内流去极化达阈电位，引起Na+大量迅速内流达平衡电位 ；钾离子（K+)外流复极化达静息电位水平。,二、动作电位(action potential),1.静息相2.去极相 去极化:-900mv 反极化:0+30mv3.复极相 +30-90mv,三、动作电位的传导,动作电位在骨骼肌细胞膜上的传导是以局部电流形式进行的。,（一）神经肌肉接头的结构 神经肌肉接头的结构又称为运动终板。（二）兴奋在神经肌肉接头传递的机制 通过化学递质乙酰胆碱和终板膜电位变化来实现。,四、兴奋在神经肌肉接头的传递,接头前膜 (终板前膜) 接头后膜 (终板后膜)接头间隙 (终板间隙),（一）神经-肌肉接头的结构,运动神经末梢去极化Ca2+进入神经膜内 (兴奋- 分泌耦联) ACh的释放 (神经分泌) R-ACh (化学接受) 终板电位 肌膜锋电位 肌肉收缩,电兴奋通过横管系统传向肌细胞深处三联管结构处的信息传递肌质网中Ca2+释放入胞浆以及Ca2+由胞浆向肌质网的再聚集。,五、 肌肉的兴奋收缩耦联,肌节缩短=肌细胞收缩,牵拉细肌丝朝肌节中央滑行,横桥摆动,横桥与结合位点结合分解ATP释放能量,原肌球蛋白位移，暴露细肌丝上的结合位点,Ca2+与肌钙蛋白结合肌钙蛋白的构型改变,终池膜上的钙通道开放终池内的Ca2+进入肌浆,兴奋-收缩耦联后,肌膜电位复极化,终池膜对Ca2+通透性肌质网膜Ca2+泵激活,肌浆 Ca2+,Ca2+与肌钙蛋白解离,原肌球蛋白覆盖的横桥结合位点,骨骼肌舒张,骨骼肌舒张机制,运动神经冲动传至末梢N末梢对Ca2+通透性增加 Ca2+内流入N末梢内接头前膜内囊泡向前膜移动、融合、破裂ACh释放入接头间隙 ACh与终板膜受体结合受体构型改变终板膜对Na+、K+(尤其Na+)的通透性增加产生终板电位(EPP)EPP引起肌膜AP,肌膜AP沿横管膜传至三联管终池膜上的钙通道开放终池内Ca2+进入肌浆Ca2+与肌钙蛋白结合 引起肌钙蛋白的构型改变原肌球蛋白发生位移暴露出细肌丝上与横桥结合位点横桥与结合位点结合激活ATP酶作用,分解ATP横桥摆动牵拉细肌丝朝肌节中央滑行肌节缩短=肌细胞收缩,小结：骨骼肌收缩全过程,1.兴奋传递 2.兴奋-收缩（肌丝滑行）耦联,骨骼肌在兴奋时，会由于肌纤维动作电位的传导和扩布而发生电位变化，这种电位变化称为肌电。用适当的方法将骨骼肌兴奋时发生的电位变化引导、放大并记录所得到的图形，称为肌电图。,六、肌电,针电极,表面电极,轻度用力时用针电极从20个不同部位记录到的正常人肱二头肌的运动单位电位,不同程度收缩时骨骼肌肌电图（表面电极引导）,第四节 骨骼肌的收缩,一、骨骼肌的收缩形式 （一）向心收缩 （二）离心收缩 （三）等长收缩 （四）等动收缩,(一)向心收缩 定义：肌肉收缩时，肌肉起、止点相互靠近，肌肉的长度缩短。特点：收缩时肌肉长度缩短、起止点相互靠近，因而引起身体运动。,当屈肘举起一恒定负荷时肌肉收缩产生的张力随关节角度而变化,(二)离心收缩,定义：肌肉收缩时，肌肉起、止点相互远离，肌肉的长度增加。特点：在运动中起制动、减速和克服重力的作用。,(三)等长收缩,定义：等长收缩是肌肉收缩时，肌力明显增加，但肌长度基本无变化，不产生关节运动的收缩。特点：在日常生活和工作中，等长收缩常用于维持特定体位和姿势。,(四)等动收缩,定义：等动收缩是肌肉收缩时的运动速度（角速度）保持不变的肌肉收缩形式。特点：等动收缩是人为借助等动训练装置来完成的，它不是肌肉的自然收缩形式。,等动收缩时在整个运动范围内肌肉都产生最大张力,当屈肘举起一恒定负荷时肌肉收缩产生的张力随关节角度而变化,(五)骨骼肌不同收缩形式的比较,等动收缩不是肌肉的自然收缩形式,(五)骨骼肌不同收缩形式的比较,等动收缩不是肌肉的自然收缩形式,肌肉酸疼,近来研究表明，大负荷肌肉离心收缩比向心收缩更容易引起肌肉酸疼和肌纤维超微结构以及收缩蛋白代谢的变化 。,(五)骨骼肌不同收缩形式的比较,等长收缩特点：,较好的增加肌张力，防治肌萎缩，消除肿胀， 刺激肌肉肌腱本体感受器 不能训练关节活动度 主要训练红肌纤维 对仪器无特殊要求,姿势稳定性不受影响 运动中对力的评价由于速度为零而困难 动作不复杂易掌握 能在关节活动受限时进行 训练效果慢，心理效果差 会出现屏气、血压上升、加重心脏负担 不伴有关节活动，可在固定期、关节损伤、炎症期 进行 对改善运动的神经控制作用较小,等长收缩特点：,可增加肌张力，增强全ROM的肌力 能训练关节活动度 对仪器有特殊要求（如哑铃、沙袋、实心球、弹 性阻力装置、滑轮系统、等张力矩臂组件（如股四 头肌训练器等、功率自行车等） 对姿势稳定性有一定影响 运动中对力的评价容易 动作较复杂 运动中易出现加速与减速的现象 不能同时训练拮抗肌,等张收缩特点：,不能在关节活动受限时进行，有关节挛缩、关节内 伤病、运动时疼痛者不使用 训练效果快，心理效果好 可改善肌肉的神经控制，更好的改善局部血液淋巴 循环，改善关节软骨营养 一般不出现屏气、血压上升、加重心脏负担的现象,等张收缩特点：,等长较等张动作简单容易掌握 等长练习可以用来锻炼一些等张练习不易练到或很 少练到的肌群，如四肢内收肌群 等张练习可在全关节的运动幅度内进行，可较快的 获得训练效果，等长练习只有在一定的角度内收缩 才能取得效果。 锻炼者可以直接看到自己所做的功，因此等张练习 比等长练习具有更好的心理学效应。 等长收缩常不可避免的出现屏气现象,从而使血压 明显上升，加重心脏负担，故有心脏功能障碍时宜 选用等张练习。,优缺点：,(一)绝对力量与相对力量绝对肌力：某一块肌肉做最大收缩时所产生的张力。肌肉的绝对肌力和肌肉的横断面大小有关，肌肉的横断面越大，其绝对肌力越大。 相对肌力：肌肉单位横断面积(一般为l平方厘米肌肉横断面积)所具有的肌力。,二、骨骼肌收缩的力学表现,(一)绝对力量与相对力量绝对力量：在整体情况下，一个人所能举起的最大重量。在一般情况下，体重越大绝对力量越大。相对力量：如果将某人的绝对力量除以他的体重，即每公斤体重的肌肉力量。,1.力量速度曲线,1、张力的大小取决于同时活化的横桥数目；2、收缩速度取决于横桥上能量释放的速度。,（二）肌肉力量与运动,肌肉收缩的快慢与所克服的外部阻力相关。,2.肌肉力量与运动速度,握推力量不同的人在不同负荷下的运动时间,肌肉力量的增加可以提高运动速度。,人体运动时所输出的功率，实际上就是运动生理学中所说的爆发力，是指人体单位时间内所做的功。在某些运动项目中，如投掷、短跑、跳跃、举重、拳击等项目，运动员必须有较大的爆发力。,3.肌肉力量与爆发力,(一)运动单位定义：一个-运动神经元和受其支配的肌纤维所组成的最基本的肌肉收缩单位。,三、运动单位的动员,运动性运动单位：肌纤维兴奋时发放的冲动频率较高，收缩力量大，但容易疲劳，氧化酶的含量较低，属于快肌运动单位。紧张性运动单位：肌纤维兴奋时冲动频率较低，但发放可持续较长的时间，氧化酶的含量较高，属于慢肌运动单位。一般说来，一个运动单位中的肌纤维数目越少就越灵活，而越多则产生的张力越大。,（二）运动单位的分类,肌肉收缩时参与的肌纤维数目越多，产生的张力就越大。张力不但与兴奋的运动单位数目有关，而且也与运动神经元传到肌纤维的冲动频率有关。参与活动的运动单位数目与兴奋频率的结合，称为运动单位动员。运动单位动员也可称为运动单位募集。,（三）运动单位的动员,第五节 肌纤维类型与运动能力,一、人类肌纤维的类型 人们很早就观察到骨骼肌的形态不同，其生理功能也不同。 1673年洛伦兹尼(Lorenzini)首次报导兔子骨骼肌的色泽不同，并发现肌肉的色泽与某些运动能力有联系。如能长途飞行的鸽子的胸肌呈红色；相反，家鸡的胸肌呈白色。,1883年以后伦威尔（Ranvier）用电刺激的方法证明红肌、白肌的收缩机能不同，红肌收缩慢而持久；白肌收缩快而暂短。1962年伯格斯特姆（J.Bergstrom）发明了肌肉活检技术，摆脱了在方法学上的长期束缚，使人们能够直接深入地研究人体骨骼肌不同类型的特征。,1975年埃森（Essen）又成功地在手术显微镜下分离出单条肌纤维，使研究单条快肌或慢肌纤维成为可能。,肌纤维红色的为红肌，肌纤维白色的为白肌。这种红白肌之分，主要和肌纤维内肌红蛋白含量的多少相关。（二）根据肌肉收缩的速度不同的肌纤维类型，按其收缩快慢不同，可划分为慢肌和快肌两种类型。,（一）根据颜色,（三）根据肌纤维代谢特征,慢氧化型（slow oxidative，SO） 收缩速度慢，肌纤维中氧化酶活性高，肌肉收缩时以有氧代谢为主；快氧化性（fast oxidative glycolytic，FOG） 收缩速度相对较快，也以有氧代谢为主；快酵解型（fast glycolytic，FG） 收缩速度快，肌纤维中无氧代谢酶活性高，肌肉收缩时以糖的无氧代谢供能为主。,（四）根据组织化学染色法,按ATP酶染色法将骨骼肌纤维类型分为I型和II型，II型纤维进一步a、b、c三种亚型，即IIa、IIb、IIc，IIc纤维是介于IIa和IIb之间的中间纤维。 即：慢肌（ I型） ST IIa 快肌（ II型）FT IIb IIc,肌纤维分类对应表,二、不同肌纤维的形态特征,三、生理学特征 （一）肌纤维类型与收缩速度 快肌纤维收缩速度快，慢肌纤维收缩速度慢。,形态学特征,型（慢肌）,（快肌）,（二）肌纤维类型与肌肉力量 快肌运动单位的收缩力量明显大于慢肌运动单位。,形态学特征,型（慢肌）,（快肌）,三、生理学特征,无训练者(A)和快肌纤维百分比不同的运动员(B)的力量-速度曲线快肌纤维百分比高者，力量-速度曲线向右上方转移,不同类型的肌纤维抗疲劳能力不同。如图可以认为和慢肌纤维相比，快肌纤维在收缩时能产生较大的力量，但容易疲劳。,快肌纤维和慢肌纤维与疲劳的关系,（三）肌纤维类型与疲劳,慢肌纤维有氧代谢潜力大线粒体数目多，有氧代谢酶活性高肌红蛋白含量丰富毛细血管网发达快肌纤维无氧酵解能力较高葡萄糖酵解酶含量丰富乳酸堆积,四、代谢特征,五、肌纤维类型与运动项目,（一）一般人的肌纤维组成研究方法：常用针刺活检取样法、开放性活检取样法或尸检法来获得身体中骨骼肌肌纤维组成的数据。肌纤维的百分比分布范围很大：慢肌纤维百分比最低的为24%，最高的为74.2%,（二）运动员的肌纤维组成,具有项目特点:时间短、强度大项目运动员：快肌纤维百分比从事耐力项目运动员和一般人高；耐力项目运动员：慢肌纤维百分比高于非耐力项目运动员和一般人；既需要耐力又需速度项目的运动员(如中跑、自行车等)：快肌纤维和慢肌纤维百分比相当。,六、训练对肌纤