肌肉生物力学专题知识

肌肉生物力学专题知识肌肉生物力学专题知识第1页肌肉（骨骼肌）是人体运动系统主要组成个别，是人体运动动力起源。能够说肌肉在生物力学研究中是最具吸引力、最有挑战性研究领域。肌肉力学性质十分复杂，它跟组成肌肉各种成份力学特征相关，迄今为止大家依然在不停研究和探索之中。

肌肉生物力学专题知识第2页6.1离体肌肉生物力学基础肌肉组织结构和生物学性质决定了肌肉机能，肌肉机能改变亦会对其结构产生影响。所以，对肌肉组织结构和生物学研究是对肌肉生物力学特征基础研究之一，为反应肌肉生物力学特征，建立用于描述肌肉力学特征模型。肌肉生物力学专题知识第3页肌肉组织结构

肌肉组织结构和生物学性质决定了肌肉机能，肌肉机能改变亦会对其结构产生影响。所以，对肌肉组织结构和生物学研究是对肌肉生物力学特征基础研究之一，为反应肌肉生物力学特征，建立用于描述肌肉力学特征模型。肌肉生物力学专题知识第4页肌纤维显微结构肌肉生物力学专题知识第5页1、

肌肉结构力学模型Hill（1950）提出一个由三个元素组成肌肉结构力学模型（图3-2），即收缩元（CC）、串联弹性元（SEC）和并联弹性元（PEC），用此反应肌肉功效。

CC代表能够相对滑动肌浆球蛋白和肌动蛋白纤维丝，其张力与它们横桥数目相关；

SEC表示肌浆球蛋白和肌动蛋白纤维、横桥、Z盘以及结缔组织固有弹性，设它为完全弹性体；PEC表示肌纤维膜、肌束膜等结缔组织，表现松弛状态下肌肉力学性质。

Hill三元素肌肉模型（Hill,1950）肌肉生物力学专题知识第6页骨骼肌结构模型肌动蛋白（细）收缩成份肌球蛋白（粗）骨骼肌结构模型并联弹性成份弹性成份串联弹性成份肌肉生物力学专题知识第7页2、

肌肉结构力学模型性质1.

肌肉力（F）—

长度（L）关系

依据肌肉结构力学模型，肌肉力组成是收缩元（CC）、串联弹性元（SEC）和并联弹性元（PEC）叠加结果。

概念:

肌肉平衡长度（自由长度）：肌肉无被动张力时最大长度。

肌肉净息长度：收缩元（CC）表现出最大张力时肌肉长度。约为平衡长度1.25倍。

被动张力:是指肌肉工作时并联弹性成份张力。

肌肉净收缩力:指收约缩成份收缩时产生张力。总张力:被动张力与净收缩力之和。肌肉生物力学专题知识第8页收缩元（CC）力——长度曲线Gorden（1966）得到了肌肉准确数据，他对蛙单个肌纤维肌节长度在1.27μ和3.65μ（μ为微米）之间改变与其产生力改变关系进行调查（图3-3）。利用肌纤维“横桥理论”（Huxley1957）对这一关系进行解释。肌肉在静息长度下收缩元表现出肌力最大（③-④），此时肌微丝之间横桥联络数目最多。随肌肉长度增加肌微丝被拉开，横桥联络数目降低，张力随之下降（④-⑤）。到达4μm时，横桥无联络，张力下降为零。当肌肉缩短小于静息长度时，横桥重合产生干扰，使其联络数目降低，造成张力下降（③-②-①），这一过程将一直继续全部重合为止。即使这一过程中肌肉张力显著下降，但张力不可能降为零。图3-3肌节长度与等长张力关系（Gordon1966）肌肉生物力学专题知识第9页并联弹性元（PEC）力——长度曲线

肌肉总张力——长度曲线

（A为平衡长度；B为净息长度）

肌肉生物力学专题知识第10页2、肌肉力（F）—速（V）关系

1938年Hill经典工作奠定了肌肉力学基础，他按照热力学定律建立了反应肌肉收缩力－速度特征方程：

方程中F0为肌肉挛缩时张力，F为松开肌肉一端后肌肉张力，V为肌肉缩短速度，a为肌肉张力单位常量，b为肌肉收缩速度单位常量。Hill方程所描述出肌肉F—V关系与实测结果含有很好一致性（图3-5）。

图3-5挛缩蛙缝匠肌快速释放实测肌肉F-V曲线与Hill方程比较（Hill1938）肌肉生物力学专题知识第11页该曲线说明：在一定范围内，肌肉收缩产生张力和速度大致呈反比关系；当后负荷增加到某一数值时，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，张力在理论上为零，肌肉收缩速度到达最大。肌肉收缩张力-速度关系提醒，要取得收缩较大速度，负荷必须对应降低；要克服较大阻力，即产生较大张力，收缩速度必须迟缓。肌肉生物力学专题知识第12页6.2在体肌肉收缩生物力学1、

肌肉激活状态在神经脉冲影响下，肌肉收缩成份出现激活状态。把肌肉兴奋时其收缩成份力学状态改变称为肌肉激活状态。咱们把肌肉从肌肉激活到肌肉产生收缩时间叫肌肉收缩潜伏期。

肌肉生物力学专题知识第13页2、

肌肉松弛肌肉松弛：被拉长肌肉，其张力有随时间延长而下降特征，这一特征称为肌肉松弛。它是由肌肉串联和并联弹性元属于粘弹性体特征决定。肌肉生物力学专题知识第14页3、

负荷对肌肉收缩力学特征影响动作潜伏期延长：表现在串联弹性元和并联弹性元“粘滞性”，和克服阻力时间增加。肌肉收缩幅度减小：肌肉力量不足。收缩速度下降：Hill方程。肌肉生物力学专题知识第15页动作潜伏期延长肌肉收缩幅度减小收缩速度下降肌肉生物力学专题知识第16页4、

肌肉收缩功和功率肌肉能够把化学能转变为机械能，在能量转换过程中肌肉克服阻力使物体发生位移，肌肉做了功。肌肉“等长收缩”时，克服阻力，外部负荷不产生位移，没有做机械功。但消耗了能量，这时肌肉做了“生理功”。肌肉做功时所克服阻力，包含肌肉内部阻力和外部阻力。所以，肌肉做功对应分为内功与外功。通常所讲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相关，载荷大时做功大，载荷小时做功小。而载荷大小决定了肌肉收缩速度，所以肌肉做功与其收缩速度相关。肌肉生物力学专题知识第17页肌肉做功图3-6不一样载荷肌肉做功与收缩速度关系图3-6是受试者伸膝关节肌群测试结果。肌肉收缩速度大时做功减小是因为肌肉收缩力量下降而造成。

肌肉生物力学专题知识第18页肌肉功率

肌肉收缩功率等于肌肉收缩力与其该瞬时收缩速度乘积。离体肌肉在收缩时功率可从肌肉“F—V”曲线得到。在此曲线上每一点功率等于以该点和坐标原点为顶点所组成矩形面积（图3-7中阴影个别）。假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，但这是不可能。依据Hill方程可知实际上功率最大值大约只有这种理想值1/10左右。即肌肉最大等长收缩力（Fm）1/3与最大收缩速度（Vm）1/3乘积。

肌肉生物力学专题知识第19页体育运动训练中“暴发力”概念指就是肌肉功率，它是指确保肌肉处于最合理工作状态下，在最短时间内快速地将化学能转换为机械功能力。肌肉生物力学专题知识第20页功率曲线图反应了功率与肌肉收缩力及收缩速度关系。当载荷为零时，肌肉表现出最大收缩速度，此时功率很小。随载荷增加，肌肉收缩速度随之下降，当处于1/3最大收缩力与速度位置时，功率最大（Nm）。伴随力与速度深入改变，功率开始减小。当阻力增大到肌肉不能缩短时，速度为零，不做功，功率为零。假如载荷继续增加，肌肉由等长收缩变为离心收缩，此时肌肉开始做负功，但肌肉负功率随离心收缩速度增加而增大，这是因为肌力随速度增大而增大结果。

肌肉生物力学专题知识第21页肌肉功率性别、项目差异

专题素质训练标准

从生物力学观点来看，专题练习必须遵从动态适应性标准（据维尔霍山斯基），即在以下五个方面都与比赛相适应：

运动幅度和方向；

运动有效幅度重点区间；

作用力（或肌力）大小；

最大作用力发挥速率；肌肉工作状态。

肌肉生物力学专题知识第22页5、

肌肉与肌腱生物力学特征对运动影响增加动作力和速度提升动作经济性：利用弹性能缓冲作用肌肉生物力学专题知识第23页6、

肌肉收缩形式以肌肉外部长度改变来确定肌肉收缩形式：

等长收缩：肌肉长度不变，