肌肉力学性质.ppt

1 肌肉除了具有一般软组织材料力学性质以外 还具有其独特的性质 主动收缩产生主动张力 肌肉分为三类 骨骼肌 心肌 平滑肌 这三类肌肉组织组成要素相同 收缩的生化机理也相似 但结构 功能及力学性质有很大差别 2 第一节骨骼肌特点 构成及收缩原理 在电刺激或化学刺激下骨骼肌收缩产生张力 其最大特点是刺激频率越高 产生张力越大 另一特点 在松弛态下应力很小 可忽略不计 3 骨骼肌基本构造 平行排列之肌束构成肌束包含平行排列的肌纤维 基本单位 是细胞 含有多个细胞核 肌原纤维 d 10 60微米 长数毫米至数厘米 有时长30厘米 4 一 骨骼肌细胞 skeletalmuscle 形态 长圆柱形LM结构 肌核多个 位于肌膜下 肌质中含大量与细胞长轴平行的肌原纤维 myofibril 有横纹 相邻两条Z线之间的一段肌原纤维称为肌节 明带 I带 Z线 暗带 A带 H带M线 5 6 7 EM结构 1 肌原纤维2 肌膜 横小管 transversetubule 又称T小管可将肌膜的兴奋迅速同步地传导至肌纤维内部3 肌质网结构 是肌纤维内高度发达的滑面内质网 形成纵小管 longitudinaltubule 又称L小管 终池 terminalcisternae 三联体 triad 功能 浓缩 储存 释放Ca2 8 9 肌原纤维的构成 肌丝的分子结构粗肌丝 由许多肌球蛋白 myosin 分子按特定规律排列而成肌动蛋白 actin 细肌丝 原肌球蛋白 tropomyosin 肌原蛋白 troponin 10 粗肌丝 由肌球或称肌凝蛋白组成 其头部有一膨大部 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 与结合位点结合后 分解ATP提供横桥扭动 肌丝滑行 和作功的能量 细肌丝 肌动蛋白 表面有与横桥结合的位点 静息时被原肌球蛋白掩盖 原肌球蛋白 静息时掩盖横桥结合位点 肌钙蛋白 与Ca2 结合变构后 使原肌球蛋白位移 暴露出结合位点 11 肌原纤维 12 肌肉的纤维滑移理论 松弛时 头部匍匐受刺激 头部凸起 13 第二节Hill方程 上世纪30年代 Hill的经典性的工作 奠定了骨骼肌力学的基础 他取青蛙的缝匠肌为试样 两端夹紧 保持长度为L0 以足够高的频率和电压加电刺激 使挛缩产生张力T0 然后将肌肉的一端松开 使其张力降为T T T0 则肌肉纤维以速度v缩短 Hill不仅测定T v与T的关系 还测定了肌肉缩短时产生的热量 以及维持挛缩状态所需的热量 14 Hill方程表明 在挛缩状态下 单位时间内从化学反应获得的机械能是常量 从力学观点来看 Hill方程描述了骨骼肌收缩时的力一速度关系 Hill方程可写成如下形式 或 T 0时 V达到最大值V0 bT0 a 15 挛缩状态的蛙缝匠肌快速释放实验中测得的等张收缩时T v数据与Hill方程相比较 引自Hill 1938年 16 第三节Hill三元素模型 17 松弛态下肌肉力学性质 两种肌丝 横桥 Z盘 激活态下肌肉力学性质 18 1 收缩元 代表可以相对滑动的肌浆球蛋白和肌动蛋白纤维丝 其张力与它们之间的横桥数目有关 松弛状态下 张力为零 2 串联弹性元 它表示肌浆球蛋白纤维 肌动蛋白纤维 横桥 z线以及结缔组织的固有弹性 设它是完全弹性体 3 并联弹性元 它表示静息状态下肌肉的力学性质 19 Hill模型的发展状况 几十年来的实践表明 对于骨骼肌的性质来说 Hill方程和Hill模型仍然是一种良好的近似 而且 到目前为止 这也是唯一可操作的模型 从实际应用的需要来看 对于骨骼肌来说 当务之急不在于新的 更完善的理论的探索和更完备的本构关系的寻求 而在于肌肉 肌群 力的在体无创监测方法的研究 这无论对于骨和关节的受力分析 骨折的治疗的方法选择和参数优化 以及运动生物力学等都有重大的实用意义 在这方面 Hill模型理论有可能发挥它的独特的作用 20 骨骼肌的解剖结构 肌原纤维 肌纤维 小肌束 大肌束 肌肉 肌群 21 心肌的构造形态 分支短杆状LM结构 胞核1 2个 位于心肌纤维中央 有闰盘 可见横纹EM结构特点 终池扁小 形成二联体 diad T小管位于Z线水平 闰盘的横位有中间连接和桥粒纵位有缝隙连接 第四节心肌的力学性质 22 23 24 与骨骼肌相比心肌的特点 时刻不能缺氧节律性强 不允许挛缩 不能处于强直状态 松弛状态心肌静息张力具有重要性心肌长度工作范围有限 25 未受刺激时心肌力学性质 心肌瞬时张力和伸长比有下列关系对心肌一定的应变率进行循环加载和卸载时 应力 应变曲线稳定显示滞后环 dTe d Te 26 平滑肌结构形态 梭形LM结构 核一个 位于中央 特点 无横纹 无明暗相间的条纹 第五节平滑肌的力学