运动生物力学第六章 骨骼肌生物力学ppt课件

1、l肌肉骨骼肌是人体运动系肌肉骨骼肌是人体运动系统重要的组成部分，是人体运统重要的组成部分，是人体运动的动力来源。可以说肌肉在动的动力来源。可以说肌肉在生物力学研讨中是最具吸引力、生物力学研讨中是最具吸引力、最有挑战性的研讨领域。肌肉最有挑战性的研讨领域。肌肉的力学性质非常复杂，它跟组的力学性质非常复杂，它跟组成肌肉各种成份的力学特性有成肌肉各种成份的力学特性有关，迄今为止人们依然在不断关，迄今为止人们依然在不断的研讨和探求之中。的研讨和探求之中。 l肌肉的组织构造和生物学性质决议了肌肉肌肉的组织构造和生物学性质决议了肌肉的机能，肌肉机能的变化亦会对其构造产的机能，肌肉机能的变化亦会对其构造产生

2、影响。因此，对肌肉组织构造和生物学生影响。因此，对肌肉组织构造和生物学的研讨是对肌肉生物力学特性的根底研讨的研讨是对肌肉生物力学特性的根底研讨之一，为反映肌肉的生物力学特性，建立之一，为反映肌肉的生物力学特性，建立用于描画肌肉力学特性的模型。用于描画肌肉力学特性的模型。 l肌肉的组织构造和生物肌肉的组织构造和生物学性质决议了肌肉的机学性质决议了肌肉的机能，肌肉机能的变化亦能，肌肉机能的变化亦会对其构造产生影响。会对其构造产生影响。因此，对肌肉组织构造因此，对肌肉组织构造和生物学的研讨是对肌和生物学的研讨是对肌肉生物力学特性的根底肉生物力学特性的根底研讨之一，为反映肌肉研讨之一，为反映肌肉的生物

3、力学特性，建立的生物力学特性，建立用于描画肌肉力学特性用于描画肌肉力学特性的模型。的模型。 肌纤维的显微构造肌纤维的显微构造 Hill Hill19501950提出一个由三个元提出一个由三个元素组成的肌肉构造力学模型图素组成的肌肉构造力学模型图3-23-2，即收缩元，即收缩元CCCC、串联弹、串联弹性 元 性 元 S E CS E C 和 并 联 弹 性 元 和 并 联 弹 性 元PECPEC，用此反映肌肉的功能。，用此反映肌肉的功能。 CC CC代表可以相对滑动的肌浆球代表可以相对滑动的肌浆球蛋白和肌动蛋白纤维丝，其张力蛋白和肌动蛋白纤维丝，其张力与它们的横桥数目有关；与它们的横桥数目有关；

4、 SEC SEC表表示肌浆球蛋白和肌动蛋白纤维、示肌浆球蛋白和肌动蛋白纤维、横桥、横桥、Z Z盘以及结缔组织的固有弹盘以及结缔组织的固有弹性，设它为完全弹性体；性，设它为完全弹性体；PECPEC表示表示肌纤维膜、肌束膜等结缔组织，肌纤维膜、肌束膜等结缔组织，表现松弛形状下肌肉的力学性质。表现松弛形状下肌肉的力学性质。 Hill三元素肌肉模型Hill, 1950骨骼肌的构造模型骨骼肌的构造模型 肌 动 蛋 白肌 动 蛋 白细细 收缩成分收缩成分 肌 球 蛋 白肌 球 蛋 白粗粗 骨骼肌的构造模型骨骼肌的构造模型 并联弹性成并联弹性成分分 弹性成分弹性成分 串联弹性成串联弹性成分分 1. 1. 肌

5、肉力肌肉力F F 长度长度L L关系关系 根据肌肉构造力学模型，肌肉力的构成是收缩根据肌肉构造力学模型，肌肉力的构成是收缩元元CCCC、串联弹性元、串联弹性元SECSEC和并联弹性元和并联弹性元PECPEC叠加的结果。叠加的结果。 概念概念: : 肌肉平衡长度自在长度：肌肉无被动张力肌肉平衡长度自在长度：肌肉无被动张力时的最大长度。时的最大长度。 肌肉的净息长度：收缩元肌肉的净息长度：收缩元CCCC表现出最大张表现出最大张力时的肌肉长度。约为平衡长度力时的肌肉长度。约为平衡长度1.251.25倍。倍。 被动张力被动张力: : 是指肌肉任务时并联弹性成分的是指肌肉任务时并联弹性成分的张力。张力。

6、 肌肉净收缩力肌肉净收缩力: : 指收约缩成分收缩时产生的指收约缩成分收缩时产生的张力。张力。 总张力总张力: : 被动张力与净收缩力之和。被动张力与净收缩力之和。lGorden1966得到了肌肉准确数据，他对得到了肌肉准确数据，他对蛙单个肌纤维肌节长度在蛙单个肌纤维肌节长度在1.27和和3.65为为微米之间变化与其产生力的变化关系进展微米之间变化与其产生力的变化关系进展调查图调查图3-3。运用肌纤维。运用肌纤维“横桥实际横桥实际Huxley 1957对这一关系进展解释。肌肉对这一关系进展解释。肌肉在静息长度下收缩元表现出的肌力最大在静息长度下收缩元表现出的肌力最大-，此时肌微丝之间的横桥联络

7、数目最多。，此时肌微丝之间的横桥联络数目最多。随肌肉长度添加肌微丝被拉开，横桥联络数随肌肉长度添加肌微丝被拉开，横桥联络数目减少，张力随之下降目减少，张力随之下降-。到达。到达4m时，横桥无联络，张力下降为零。当肌肉缩时，横桥无联络，张力下降为零。当肌肉缩短小于静息长度时，横桥重叠产生干扰，使短小于静息长度时，横桥重叠产生干扰，使其联络数目减少，导致张力下降其联络数目减少，导致张力下降-，这一过程将不断继续的全部重叠为止。，这一过程将不断继续的全部重叠为止。虽然这一过程中肌肉张力明显下降，但张力虽然这一过程中肌肉张力明显下降，但张力不能够降为零。不能够降为零。 图图3-3肌节长度与等长张力关系

8、肌节长度与等长张力关系Gordon 1966l1938年年Hill的经典任务奠定了的经典任务奠定了肌肉力学根底，他按照热力肌肉力学根底，他按照热力学定律建立了反映肌肉收缩学定律建立了反映肌肉收缩力速度特性的方程：力速度特性的方程： baFbVaF)()()(0方程中方程中F0F0为肌肉挛缩时的张力，为肌肉挛缩时的张力，F F为松开肌肉一端后肌肉的张为松开肌肉一端后肌肉的张力，力，V V为肌肉缩短速度，为肌肉缩短速度，a a为肌为肌肉张力单位常量，肉张力单位常量，b b为肌肉收为肌肉收缩速度单位常量。缩速度单位常量。HillHill方程所方程所描画出肌肉的描画出肌肉的FVFV关系与实测关系与实测

9、结果具有较好的一致性图结果具有较好的一致性图3-3-5 5。 图图3-5 挛缩蛙缝匠肌快速释挛缩蛙缝匠肌快速释放实测肌肉放实测肌肉F-V 曲线与曲线与 Hill方方程比较程比较Hill 1938l该曲线阐明：在一定的范围内，肌肉收缩产生该曲线阐明：在一定的范围内，肌肉收缩产生的张力和速度大致呈反比关系；当后负荷添加的张力和速度大致呈反比关系；当后负荷添加到某一数值时，张力可到达最大，但收缩速度到某一数值时，张力可到达最大，但收缩速度为零，肌肉只能作等长收缩；当后负荷为零时，为零，肌肉只能作等长收缩；当后负荷为零时，张力在实际上为零，肌肉收缩速度到达最大。张力在实际上为零，肌肉收缩速度到达最大。

10、肌肉收缩的张力肌肉收缩的张力-速度关系提示，要获得收缩速度关系提示，要获得收缩的较大速度，负荷必需相应减少；要抑制较大的较大速度，负荷必需相应减少；要抑制较大阻力，即产生较大的张力，收缩速度必需缓慢。阻力，即产生较大的张力，收缩速度必需缓慢。 1、 肌肉的激活形状肌肉的激活形状在神经脉冲影响下，肌肉的收缩成分出现在神经脉冲影响下，肌肉的收缩成分出现激活形状。把肌肉兴奋时其收缩成分力激活形状。把肌肉兴奋时其收缩成分力学形状的变化称为肌肉的激活形状。学形状的变化称为肌肉的激活形状。我们把肌肉从肌肉激活到肌肉我们把肌肉从肌肉激活到肌肉产生收缩的时间叫肌肉收缩的产生收缩的时间叫肌肉收缩的埋伏期。埋伏期

11、。 2 2、 肌肉的松弛肌肉的松弛肌肉松弛：被拉长的肌肉，其张力有随时间的延肌肉松弛：被拉长的肌肉，其张力有随时间的延伸而下降的特性，这一特性称为肌肉松弛。它伸而下降的特性，这一特性称为肌肉松弛。它是由肌肉串联和并联弹性元属于粘弹性体的特是由肌肉串联和并联弹性元属于粘弹性体的特性决议的。性决议的。 3、 负荷对肌肉收缩力学特性的影响负荷对肌肉收缩力学特性的影响动作的埋伏期延伸：表如今串联弹性元和并联动作的埋伏期延伸：表如今串联弹性元和并联弹性元的弹性元的“粘滞性，和抑制阻力的时间添粘滞性，和抑制阻力的时间添加。加。肌肉收缩幅度减小：肌肉力量缺乏。肌肉收缩幅度减小：肌肉力量缺乏。收缩速度下降：收

12、缩速度下降：Hill方程。方程。动作的埋伏期延伸动作的埋伏期延伸肌肉收缩幅度减小肌肉收缩幅度减小收缩速度下降收缩速度下降4、 肌肉的收缩功和功率肌肉的收缩功和功率 肌肉可以把化学能转变为机械能，在能量转换过程中肌肉可以把化学能转变为机械能，在能量转换过程中肌肉抑制阻力使物体发生位移，肌肉做了功。肌肉肌肉抑制阻力使物体发生位移，肌肉做了功。肌肉“等长等长收缩时，抑制阻力，外部负荷不产生位移，没有做机收缩时，抑制阻力，外部负荷不产生位移，没有做机械功。但耗费了能量，这时肌肉做了械功。但耗费了能量，这时肌肉做了“生理功。肌肉做生理功。肌肉做功时所抑制的阻力，包括肌肉的内部阻力和外部阻力。功时所抑制的

13、阻力，包括肌肉的内部阻力和外部阻力。因此，肌肉做功相应分为内功与外功。因此，肌肉做功相应分为内功与外功。 通常所讲的肌肉做功是指肌肉做外功，即机械功。肌通常所讲的肌肉做功是指肌肉做外功，即机械功。肌肉做功与载荷及收缩速度大小有关，载荷大时做功大，肉做功与载荷及收缩速度大小有关，载荷大时做功大，载荷小时做功小。而载荷大小决议了肌肉收缩速度，所载荷小时做功小。而载荷大小决议了肌肉收缩速度，所以肌肉做功与其收缩速度有关。以肌肉做功与其收缩速度有关。 图图3-6 不同载荷肌肉做功与不同载荷肌肉做功与收缩速度的关系收缩速度的关系图图3-63-6是受试者伸膝关节肌是受试者伸膝关节肌群的测试结果。肌肉收缩群

14、的测试结果。肌肉收缩速度大时做功减小是由于速度大时做功减小是由于肌肉收缩力量下降而呵斥。肌肉收缩力量下降而呵斥。 l肌肉收缩的功率等于肌肉收缩力肌肉收缩的功率等于肌肉收缩力与其该瞬时的收缩速度的乘积。与其该瞬时的收缩速度的乘积。离体肌肉在收缩时的功率可从肌离体肌肉在收缩时的功率可从肌肉的肉的“FVFV曲线得到。在此曲曲线得到。在此曲线上每一点的功率等于以该点和线上每一点的功率等于以该点和坐标原点为顶点所构成的矩形面坐标原点为顶点所构成的矩形面积图积图3-73-7中的阴影部分。假中的阴影部分。假定肌肉收缩时力和速度同时到达定肌肉收缩时力和速度同时到达最大值，这时功率应是最大，但最大值，这时功率应

15、是最大，但这是不能够的。根据这是不能够的。根据HillHill方程可方程可知实践上功率最大值大约只需这知实践上功率最大值大约只需这种理想值的种理想值的1/101/10左右。即肌肉最左右。即肌肉最大等长收缩力大等长收缩力FmFm的的1/31/3与最与最大收缩速度大收缩速度VmVm1/31/3的乘积。的乘积。 FVtAPl体育运动训练中体育运动训练中“迸发力的概念指迸发力的概念指的就是肌肉功率，它是指保证肌肉的就是肌肉功率，它是指保证肌肉处于最合理的任务形状下，在最短处于最合理的任务形状下，在最短时间内快速地将化学能转换为机械时间内快速地将化学能转换为机械功的才干。功的才干。l功率曲线图反映了功率

16、与肌肉收缩力及收缩速度的功率曲线图反映了功率与肌肉收缩力及收缩速度的关系。关系。l当载荷为零时，肌肉表现出最大收缩速度，此时功当载荷为零时，肌肉表现出最大收缩速度，此时功率很小。率很小。l随载荷的添加，肌肉收缩速度随之下降，当处于随载荷的添加，肌肉收缩速度随之下降，当处于1/31/3最大收缩力与速度位置时，功率最大最大收缩力与速度位置时，功率最大NmNm。l随着力与速度的进一步变化，功率开场减小。当阻随着力与速度的进一步变化，功率开场减小。当阻力增大到肌肉不能缩短时，速度为零，不做功，功力增大到肌肉不能缩短时，速度为零，不做功，功率为零。率为零。l假设载荷继续添加，肌肉由等长收缩变为离心收缩，

17、假设载荷继续添加，肌肉由等长收缩变为离心收缩，此时肌肉开场做负功，但肌肉的负功率随离心收缩此时肌肉开场做负功，但肌肉的负功率随离心收缩速度的添加而增大，这是由于肌力随速度增大而增速度的添加而增大，这是由于肌力随速度增大而增大的结果。大的结果。 l肌肉功率的性别、工程差别肌肉功率的性别、工程差别 l专项素质训练的原那么专项素质训练的原那么 l 从生物力学观念来看，专项练习必需从生物力学观念来看，专项练习必需服从动态顺应性原那么据维尔霍山斯基，服从动态顺应性原那么据维尔霍山斯基，即在以下五个方面都与竞赛相顺应：即在以下五个方面都与竞赛相顺应：l 运动幅度和方向；运动幅度和方向；l 运动有效幅度的重点区间；运动有效幅度的重点区间；l 作用力或肌力的大小；作用力或肌力的大小；l 最大作用力发扬的速率；最大作用力发