第6讲 肌纤维类型与运动能力

第6讲肌纤维类型与运动能力 肌肉的结缔组织以及肌电图 河南理工大学万方科技学院体育系 学习内容和目标 掌握肌纤维类型与运动能力的关系了解肌肉的结缔组织熟悉肌电图及其在体育科研中的作用 一 人类骨骼肌纤维的类型 早在1673年Loranzini发现动物骨骼肌的颜色有的较红 有的较白 并且肌肉的色泽与运动能力有着密切的关系 1883年 仑威尔进一步用电刺激肌肉的方法发现红色肌纤维收缩速度慢 不易疲劳 白色肌纤维收缩速度快 易疲劳 1962年 瑞典生理学家Bergstrom创建了肌组织针刺活检技术 使直接进行人类肌纤维类型的研究成为可能 人类肌纤维分为两种类型 一是收缩速度较慢的 称慢肌 ST 或I型肌 二是收缩速度快的 称为快肌 FT 或II型肌 肌纤维类型的检测 快肌中包括三种亚型 快A 快B和快C快B是典型的快肌纤维快A在收缩速度方面同快肌 但代谢特征兼有快肌和慢肌特征快C为过渡性纤维 具有未完全分化特征 其数量较少 二 两类肌纤维的形态 机能和代谢特征 一 形态特征 1 快肌纤维 直径较粗 呈苍白色 线粒体容积密度小 肌质网发达 接受脊髓前角大运动神经元支配 神经元所支配的肌纤维数量多 2 慢肌纤维 直径较细 呈红色 线粒体容积密度大 毛细血管网发达 支配慢肌纤维脊髓前角小运动神经元 一个运动神经元所支配的肌纤维数量少 二 代谢特征 1 快肌纤维无氧氧化能力较高表现为快肌纤维中参与无氧氧化过程的酶活性较慢肌纤维高 糖酵解的底物肌糖原含量也较慢肌高 2 慢肌纤维有氧氧化能力较高表现为线粒体数量多 体积大 容积密度高 氧化酶活性较快肌纤维高 慢肌纤维毛细血管丰富 肌红蛋白含量较高 都使其有氧氧化能力高于快肌纤维 三 生理特性 1 收缩速度快肌纤维收缩速度快于慢肌 2 收缩力量快肌纤维收缩时产生的力量大于慢肌纤维 3 抗疲劳能力慢肌纤维抗疲劳能力比快肌强 人的快肌纤维的百分组成与收缩速度 A 和最大力量 B 的关系 人的快肌纤维的百分组成与易疲劳性的关系 两类肌纤维最大收缩速度对比 三 不同类型肌纤维的分布 人类同一块肌肉中既有快肌纤维 又有慢肌纤维 不同肌纤维在同一块肌肉中所占的数量百分比 称肌纤维类型的百分组成 肌纤维的组成还受肌肉的功能特征 人的性别 年龄以及遗传等因素影响功能上 以维持身体姿势或紧张性工作为主的肌肉中 慢肌百分组成较高以快速位相性工作为主的肌肉 其中快肌的百分组成较高 四 肌纤维类型与运动能力 从两类肌纤维的形态 机能和代谢特征看 两类肌纤维的百分组成与某些基本素质具有密切关系 对优秀运动员肌纤维百分组成的调查表明 肌纤维类型的配布和专项运动能力高度相关 并认为 这是影响乃至决定运动员专项成绩的重要条件 符合专项要求的肌纤维配布只是取得良好成绩的诸多因素中的一个因素 而不是唯一因素 快肌百分组成与速度 爆发力素质有关慢肌百分组成与一般耐力和力量耐力有关 马拉松 长跑运动员 短跑运动员 竞走运动员 800米跑运动员 举重运动员 越野滑雪 自行车运动员 无训练者 1009080706050403020100 0102030405060708090100 慢肌纤维百分比 快肌纤维百分比 优秀运动员肌纤维构成 五 训练对两类肌纤维的影响 人体生理学 一 训练能否引起两类肌纤维互变 两种观点 早期研究者认为 肌纤维的百分比组成是由遗传决定而不能随训练互变 但近年来的研究证明 肌纤维类型可随专项训练而产生适应性变化 二 运动时两类肌纤维的募集 许多运动中 快肌纤维和慢肌纤维两者都可动用在强度低的耐力性运动中 优先动用慢肌在大强度运动中 优先动用快肌 不同用力水平肌纤维募集百分比 三 训练对肌纤维横断面积的影响 训练有素者肌纤维直径或横断面积大于无训练者 肌纤维的这种肥大通常表现为选择性肥大 人体生理学 实验证明 力量训练可使快肌纤维出现选择性肥大耐力训练可使慢肌纤维出现选择性肥大速度训练可使快肌纤维增加得更多 四 训练对肌纤维代谢能力的影响 实验证明 耐力训练可使慢肌纤维中线粒体数目增多 体积增大 有氧氧化酶的活性提高 从而提高慢肌纤维的有氧氧化能力 研究认为 耐力训练可使快肌纤维中琥珀酸脱氢酶的活性提高 第七节肌肉的结缔组织 一 肌肉的收缩成分与弹性成分 肌组织构成肌肉的主体 其功能是通过收缩而产生张力 它是肌肉的收缩成分 结缔组织 神经组织和丰富的血管网等是肌肉收缩的弹性成分 结缔组织和肌肉收缩成分呈串联或并联关系 人体生理学 肌肉收缩成分和弹性成分排列示意图 二 肌肉弹性成分的作用 当收缩成分收缩时 弹性成分被拉长 从而将一部分能量以弹性势能的形式贮存起来 其后以弹性反作用力的形式发挥出来 促使肌肉产生更大的力量和更大的运动速度 由于弹性成分的伸展特性可吸收一部分力 从而使收缩成分产生的张力变化趋于缓和 防止肌肉发生损伤 人体生理学 A 等长收缩时 肌肉的收缩成分和弹性成分变化示意图B 等长收缩时 张力变化示意图 三 运动对肌肉结缔组织的影响 肌肉超负荷运动后 在引起肌肉肥大的同时 肌肉中结缔组织也相应增加 运动训练可提高肌腱的抗张应力 特别是肌腱与骨结合区的结合能力和力量 从而使肌腱能承受更大的拉力 第八节肌电图 肌肉活动时 总是兴奋发生在前 收缩出现在后 如果采用适当的方法将肌肉兴奋时的电变化 经过引导 放大记录 所得到的图形 称为肌电图 肌电图研究从皮培尔 Piper 1912年首次记录人体肌电图开始 虽然只有90余年的历史 但发展十分迅速 目前 它作为评价神经肌肉功能的一种方法 在临床医学和体育科研中已获得广泛的应用 一 肌电的引导 常规的肌电引导是通过针电极或表面电极进行的 针电极可将一根绝缘的金属丝 直径在100微米以内 穿入皮下注射针管内制作而成 金属丝尖端裸露为引导电极 注射针管为无关电极 同时也可以用毫针作引导电极 另用一表面电极作无关电极 针电极引导出的肌电图是直接从肌组织中引导出来的 可记录单个运动单位甚至单个肌纤维的电活动 缺点是引导区域太局限 针入时有疼痛感 不适合作运动时肌电图 表面电极通常由两块小于 厘米的Ag AgCl圆片组成 引导时按一定的方法将两片电极直接固定在被测肌肉皮肤表面上 表面电极所引导的是整块肌肉的综合电活动 它具有操作简便 无损伤和痛苦等优点 被广泛应用于体育科学的研究 缺点是不能记录深层肌肉电活动 二 正常肌电图 正常肌肉在完全松弛情况下不出现电活动 引导电极插入肌肉后 在记录仪上仅描记出一条平稳的基线 如果针电极刚好插入正常肌肉的运动终板或其邻近部位时 可出现10 40 的不规则的低电压波动 即终板电位 如果让受试者作轻度的肌肉收缩 可记录到一些简单的棘波 它们是一个运动单位的部分肌纤维电活动的总和 称为运动单位电位 由于针电极尖端与兴奋的肌纤维群间的距离 方向 位置不同 所记录的运动单位电位的波形有单相 双相 三相和多相之分 如图1 19 正常肌肉单相波电位占15 双相及三相波电位占80 多相波电位较少 约占5 运动单位电位的波幅 代表放电的强度 其大小取决于兴奋的运动单位大小或活动肌纤维数目 运动单位电位的频率 主要取决于运动单位兴奋活动的强度 兴奋活动强 放电频率高 兴奋活动弱 放电频率低 每个运动单位都有其最高的放电频率 运动单位电位所反映的只是单个运动单位活动时的电变化 在实践中随着肌肉活动强度的增大 参与工作的运动单位数目以及放电的频率增加 肌电图也不同 如图1 20所示 肌肉轻度收缩时 可引导出一个或几个运动单位的电位 肌电图上出现一系列清晰可辨的运动单位电位 为单纯相 当肌肉作中等强度收缩时 参加收缩的运动单位数目及放电频率都会增加 肌电图上有的区域可见运动单位电位 有的区域则电位密集不能分辨单个电位 为混合相 当肌肉作最大收缩时 参与放电的运动单位更多 放电频率更高 肌电图上电位重叠 无法分辨出单个电位 为干扰相 人在从事各项体育运动时的肌电图 均为混合相和干扰相 四 肌电图的应用 肌电图的应用非常广泛 它在临床医学 生物工程学 航空生理学以及体育科学等许多学科领域的理论与实践研究中倍受重视 肌电图在体育科学的研究应用主要有以下几个方面 利用肌电图分析技术