王步标版运动生理学 第一章 肌肉的活动

第一章肌肉的活动,复习提问,1、什么是兴奋与兴奋性？2、细胞未受到刺激时，膜两侧存在（）的电位差，称为（）电位；产生原因是（）。3、细胞受到刺激时，膜电位发生变化，产生（）的电位差，称为（）电位；产生原因是（）。,教学目的,1、掌握肌肉的收缩过程，收缩形式及力学分析；肌纤维类型对训练的适应。2、掌握不同类型肌纤维的生理特征及其与运动能力的关系。3、明确肌肉的神经支配及兴奋在神经-肌肉接头传递过程。4、了解肌肉的细微结构、收缩原理。,教学重点肌肉收缩过程、训练对肌纤维的影响。教学难点肌肉兴奋-收缩和肌肉收缩的过程和原理。,第一章肌肉的活动,第一节肌肉的兴奋与收缩,第三节,第二节,肌肉收缩的形式与力学分析,肌纤维类型与运动能力,第一节肌肉的兴奋与收缩,一、肌纤维的细微结构二、肌肉的神经支配三、肌肉收缩与舒张原理与过程,一、肌纤维的细微结构,（一）原纤维与肌小节,肌纤维肌原纤维肌小节。肌小节：是肌肉实现收缩和舒张的最基本的功能单位。,（二）肌管系统：横管系统-T管：肌纤维膜从表面横向凹入肌纤维内部形成纵管系统-L管：肌浆网形成，围绕每条肌原纤维，与肌纤维纵轴平行。在Z线处膨大呈终末池Ca2库。三联体：由两边的终末池和中央的T管构成。,肌管系统的功能：一是物质交换；二是将动作电位传导至肌纤维内部，引起引起终末池释放Ca2，以触发肌肉收缩。,（三）肌丝的分子组成,收缩蛋白肌球蛋白与肌动蛋白合称为收缩蛋白。,细肌丝:,原肌球蛋白,肌钙蛋白,粗肌丝:肌球蛋白,横桥的功能特点：有ATP结合位点。具有ATP酶活性，可水解ATP供能。有与细肌丝的肌动蛋白可逆结合的位点。可向肌节中央摆动。,有横桥位点,肌动蛋白,二、肌肉的神经支配,（一）运动单位（motorunits）,一个运动神经元连同它所支配的全部肌纤维，从功能上看是一个基本功能单位，故称为运动单位。快运动单位：由大运动神经元连同它所支配的所有快肌纤维组成快运动单位。慢运动单位：由小运动神经元连同它所支配的所有慢肌纤维组成慢运动单位。,1、神经-肌肉接头的结构,接头前膜接头间隙接头后膜,（二）神经肌肉接头的兴奋传递,（终板模）,（终板模）,1.运动神经未稍去极化，膜对Ca+的通透性增高。2.Ca+进入接头前膜内，接头前膜释放乙酰胆碱进入接头间隙。3.乙酰胆碱与终板膜结合，产生肌膜终板电位,引发肌膜动作电位（肌肉兴奋）。4、兴奋后乙酰胆碱被接头间隙和终板模上的胆碱酯酶水解而失去作用。,2、神经-肌肉接头的兴奋传递过程,N-M接头处的兴奋传递过程,Ca2通道开放，Ca2内流,接头前膜内囊泡移动、融合、破裂，囊泡中的ACh释放(量子释放),ACh与N2受体结合，Na、K通透性终板电位（EPP）,Na通道开放动作电位,3、神经-肌肉接头兴奋传递的特点：,肌纤维，不能逆传,化学传递(乙酰胆碱)兴奋传递节律是1对1的单向性传递：神经末梢时间延搁高度敏感性,兴奋在细胞内与神经-肌肉接点处（细胞间）传递特点的比较,细胞内传导,细胞间传导,方式,局部电流,化学传递,特点,双向传导,单向传递,不衰减传导,时间延搁,相对不疲劳性,高度敏感，易疲劳，易受化学因素影响,兴奋传递为1对1,传递速度快,三、肌肉收缩和舒张的原理与过程,（一）肌肉收缩的肌丝滑行理论,主要论点：,（二）肌肉兴奋收缩和舒张的过程,肌肉的收缩或伸长，是由于肌小节中粗丝和细丝相互滑行，而肌丝本身的长度和结构不变。当肌肉收缩时，由Z线发出的细丝沿着粗丝向暗带中央滑动，结果相邻的Z线靠拢，肌小节变短，从而整个肌细胞或整块肌肉收缩。,肌肉缩短后，暗带长度不变，明带变短，H带由变短到消失。当肌肉拉长时,明带、H带均加宽.,证据：,三个环节：兴奋收缩偶联；横桥运动引起肌丝滑行-肌肉收缩；收缩的肌肉舒张。,1、兴奋-收缩耦联把以肌膜的电变化为特征的兴奋过程与肌丝滑行为基础的收缩过程联系在一起的中介过程，称为兴奋-收缩偶联。,三个主要步骤：动作电位沿横管系统传到肌细胞内部。三联管处的信息传终池中Ca2+释放入肌浆与肌钙蛋白结合，解除位阻效应。,2、横桥摆动肌丝滑行,肌节缩短肌细胞收缩,横桥摆动，牵拉细肌丝向肌节中央滑行,横桥与细肌丝结合，分解ATP释放能量,原肌球蛋白位移，暴露肌动蛋白上的结合位点,Ca2+与肌钙蛋白结合，肌钙蛋白构型改变,肌肉收缩,3、肌肉的舒张,肌膜电位复极化,肌浆网膜Ca2+泵激活,肌浆Ca2+,Ca2+与肌钙蛋白解离,原肌凝蛋白复盖横桥结合位点,骨骼肌舒张,复习提问,1、神经-肌肉接头的结构、。2、何谓运动单位？3、肌肉收缩的全过程包括哪几个环节？肌肉兴奋-收缩偶联的关键离子是什么？,第二节肌肉收缩的形式及力学分析,一、肌肉的收缩形式,缩短收缩（向心收缩）,拉长收缩（离心收缩）,等长收缩,等张收缩,等动收缩,肌肉收缩产生的张力大于外加阻力时，肌肉缩短，牵拉它附着的骨杠杆做向心运动，这种收缩形式称为缩短收缩。作用：实现各种加速运动和位移运动做功：做正功例：屈肘、抬腿、挥臂等。,（一）缩短收缩（向心收缩）,等张收缩动画演示,等张收缩肌肉收缩时，其外加阻力在整个收缩过程中是恒定的，当肌张力发展到足以克服外加阻力后，其张力在收缩的全过程就不再变化了。这种收缩形式称为等张收缩。在运动实际中，不可能有等张收缩现象。,等张收缩时，肌肉产生的张力随关节角度而变化,等动收缩：肌肉在进行缩短收缩时，在整个关节运动范围内都以恒定的速度进行最大收缩称为等动收缩。如：自由泳中的手臂划水动作。,（二）拉长收缩（离心收缩）,当肌肉收缩产生的张力小于外力时，肌肉虽积极收缩但仍被拉长了，这种收缩形式称为拉长收缩。作用：主要是制动、减速、缓冲肌张力。做功：做负功例：落地缓冲、步行下楼梯,（三）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。作用：支撑、固定和维持某一种姿势的作用。做功：不做功如：站立、悬垂、支撑等。,肌肉三种收缩形式比较,缩短收缩拉长收缩,收缩形式,外力与肌张力关系,长度变化,运动中功能,对外作功,缩短拉长不变,小于张力大于张力等于张力,固定，支持，能源之一,能源，产生加速度,正功负功无功,减速，贮存势能,等长收缩,二、肌肉的收缩的力学分析,肌肉在正常或实验室条件下可能会遇到两种负荷：,前负荷：指在肌肉收缩之前就加在肌肉上的负荷，它使肌肉在收缩之前已处于被拉长状态。,后负荷：指在肌肉收缩之后才遇到的阻力或负荷，它不能增加肌肉收缩前的初长度，但能阻碍肌肉收缩时的缩短。,（一）肌肉收缩的张力-速度的关系,肌肉收缩的张力-速度呈反变关系,指后负荷对肌肉收缩速度的影响。,肌肉收缩的张力与速度机制：,肌肉收缩产生的张力：取决于活化的横桥数目。,肌肉的最大收缩速度：取决于能量释放速率和肌球蛋白ATP酶的活性，与活化的横桥数目无关。,训练能使张力-速度曲线右上移，说明在同样的速度下可表现更大的力量。实践应用,后负荷,曲线1：张力-速度曲线曲线2：速度张力=功率,（二）肌肉收缩的长度-张力的关系,指肌肉收缩前的初长度（前负荷）对肌肉收缩时产生的张力的影响。,最适初长度时肌肉收缩产生的张力最大。最适初长度：稍长于肌肉的静息长度。最适初长度时肌力最大的机制：此时参与收缩的横桥数目达到最大。,结论：在一定范围内，肌肉的初长度越大，产生的力量越大。,单收缩,（三）肌肉收缩的总和(单收缩与强直收缩),单收缩：整块骨骼肌或单个肌细胞受到一次短促的刺激时，被刺激的细胞产生一次动作电位，紧接着进行一次收缩。,强直收缩,不完全强直收缩：新刺激落在前一个收缩过程中的舒张期，使肌肉还没有完全舒张就产生第二次收缩。,完全强直收缩：新刺激落在前一个收缩过程的收缩期，使肌肉在前一收缩的收缩期未就开始了第二次收缩。,返回,(四）肌肉的弹性成分对收缩力学的影响,1、肌肉的弹性成分,收缩成分工作时产生的能量，并不能立即抵抗阻力，而是先在弹性成分中储存，当其储存至足以克服阻力时，整个肌肉才开始缩短。,弹性成分的作用,1）储存弹性势能，提高肌肉收缩效果2）减少能耗，提高肌肉机械效率3）使肌张力变化趋于缓和，防止肌肉损伤,传统武术理论有：“宁练筋长一分，不练肌厚三分”、“筋长则力大，肉厚则身沉”。,有学者研究发现：黑人运动员弹跳好的原因之一，就是跟腱特长。古巴女排选手可长达29厘米。,肌肉机械功：W=FS功的单位：焦耳（J），千克米（Kgm）1千克米（Kgm）=9.8焦耳（J）肌肉收缩的功率：P=FV（功率也就是肌肉的爆发能力）功率的单位：焦耳/秒（W），千克米/秒（Kgm/S）1千克米/秒（Kgm/S）=9.8焦耳/秒（W）肌肉的爆发力：可分为绝对爆发力和相对爆发力。,（五）肌肉的机械功与功率,复习提问,1、在后负荷作用下肌肉收缩时，产生的张力与收缩速度呈_关系，在前负荷作用下肌肉被拉长，当肌肉处于适宜初长度时收缩产生的张力_。2、肌肉收缩的力量机制是_，肌肉收缩的速度机制是_。3、肌肉收缩的三种形式是_、_和_。,慢肌纤维（型）：收缩慢，力量小肌纤维a收缩快但代谢似ST快肌纤维（型）b典型的快肌纤维c未分化的快纤维,第三节肌纤维类型与运动能力,一、肌纤维的形态、代谢和功能特征,大发达高数量较少体积小密度小大神经元快运动单位多,慢小强,快大弱,ATP、CP、肌糖原,多,无氧化酶活性高糖酵解能力高,低强度运动时，优先使用ST，随强度增加，FTa和b依次被动用。当强度或负荷达最大时，FTa和b利用百分比大于ST。但长距离跑的后阶段需动员不易募集的FTb。机制：大运动神经元兴奋阈高。应用：训练负荷的安排要合理。,二、运动时快肌和慢肌纤维的募集,运动时运动单位的募集取决于所需要的力量水平。有序募集原则：活动只需较小力量时，1号运动单位募集，随力量的增加第2，3，4号依次被募集，最大活动时5070%的运动单位被募集。运动员最大用力时最多可募集90%的运动单位。,慢肌纤维适合于耐力项目运动；快肌纤维适合于速度与力量性项目。研究表明表1-2，优秀耐力运动员ST百分比较高，速度运动员FT百分比较高。,三、肌纤维类型与运动成就,不同的肌纤维适合于不同的运动项目,应用：运动选材当然，选拔运动员时除选择肌纤维优势外，还要考虑生理、心理、生化、心血管功能和技战术等因素。,男运动员肌纤维类型分布,女运动员肌纤维类型分布,（一）训练能否引起两类肌纤维互变,结论：肌纤维分配模式既取决于遗传，也受训练影响。研究还表明：随年龄增加慢肌纤维百分比增加。,四、训练对肌纤维类型的影响,1、遗传决定而不能随训练互变“自然选择”2、训练可产生适应性变化可发生较小（10%）的适应性转变。,训练使肌纤维选择性肥大：力量训练可使快肌纤维出现选择性肥大。速度训练可使快、慢肌纤维面积均增加，但快肌增加多于慢肌增加。耐力训练可使慢肌纤维出现选择性肥大。,（二）训练对肌纤维横断面积的影响,（三）训练对肌纤维代谢能力的影响实验表明：耐力训练可使慢肌纤维中线粒体数目增多，体积增大，琥珀酸脱H酶活性增加，从而显著提高慢肌纤维的有氧氧化能力；同时，也使快肌纤维中琥珀酸脱H酶活性提高。力量和速度训练可能使骨骼肌无氧代谢能力得到提高。,（四）肌纤维对训练适应的专一性不同运动专项或不同训练方法上。在机体不同部位的肌肉上。,1、肌肉的张力和弹性的急剧增加，可引起肌肉结构成分的物理性损伤。如肌肉及结缔组织损伤，肌筋膜、肌束膜等肌膜损伤；骨骼肌超微结构改变肌原纤维排列不规则，整个肌节扭曲，Z线异常等。2、新陈代谢的增加，氧自由基、代谢废物对组织的毒性增加。3、肌肉的神经调节发生改变，使肌肉发生痉挛而致疼。,运动肌肉延时性疼痛,一、原因,1、锻炼安排要合理。2、局部热敷和涂擦药物。3、牵伸肌肉、按摩、运动可减轻酸疼4、做好锻炼时的准备活动和整理活动。5、适当服用维持肌肉结构的蛋白类营养补剂：维生素、-胡萝卜素、支链氨基酸、谷氨酰胺、铜、锌、锰等。,二、防治,1、原因：可能是由于运动引起终末池释放Ca2+增加，摄Ca2+下降，肌浆中Ca2+浓度升高，导致肌肉收缩、放松能力下降，骨骼肌持续性收缩而造成局部组织缺血、代谢产物堆积肌肉痉挛，表现为肌肉疼痛。乳酸堆积、缺氧、过度牵拉、寒冷、出汗过多导致水盐代谢失衡，均可引起整块肌肉痉挛，出现疼痛及肌张力增高，影响关节的屈伸活动。2、防治：热敷、局部按摩及轻柔地被动牵拉肌肉逐渐恢复正常活动范围，可以活跃局部血液循环，排除代谢废物，消除疼痛。充分的准备活动、适度的保暖和保持水盐电解质平衡可以预防痉挛发生。,运动性肌肉痉挛,1、肌纤维的细微结构：肌原纤维和肌小节，有管系统的功能，粗丝和细丝的分子结构。2、运动单位的的概念，快运动单位和慢运动单位。3、神经-肌肉接头的结构、兴奋的传递及特点。4、肌肉收缩的滑行理论。肌肉收缩和舒张的过程和原理。5、在后负荷作用下肌肉收缩时，产生的张力与收缩速度呈反变关系，在前负荷作用下肌肉被拉长，当肌肉处于适宜初长度时收缩，产生的张力最大。,小结,6、肌肉收缩形式：缩短收缩、拉长收缩、等长收缩。7、肌肉的弹性成分对收缩力学的影响。8、肌