肌肉生物力学1

1、六、肌肉生物科学、人体有600多块肌肉，每块肌肉是一个器官，它包括中间的肌肉腹和两端的肌腱部分。 通常是肌肉收缩时由神经冲动引起的。 肌细胞球是骨骼肌的主要结构单元，又称肌纤维，每条肌纤维包括数千条肌原纤维，每条肌原纤维又分为许多相互关联的节段，又称肌小节。 肌小节是实现肌收缩和扩张的基本功能单位。 肌小节内有明带细肌丝、暗带粗肌丝，肌肉收缩时，明带长变短，暗带长不变，即细肌丝向粗肌丝滑动。 粗肌丝由肌红蛋白分子构成，数百个肌红蛋白分子构成横桥。 细的肌红蛋白由肌动蛋白、原肌红蛋白、肌红蛋白三个成分组成。 横桥上的肌红蛋白和细筋线上的肌红蛋白结合的话，拖曳细筋线到粗筋线中央，实现筋收缩。 安静

2、时原形肌红蛋白隐藏了与肌动蛋白上的横桥可逆结合的部位，阻止横桥和肌动蛋白结合，使肌动蛋白处于抑制状态。 肌红蛋白对Ca2有较高亲和性，柔软易与Ca2结合。 肌肉静止时，像钩状体一样，挂上原肌红蛋白，固定在遮蔽点的位置上。 肌肉兴奋时，肌红蛋白与Ca2结合，其配置改变，钩状体失去作用，改变原型肌红蛋白的位置，露出肌动蛋白上可与横桥结合的部位，横桥与肌动蛋白结合，引起肌肉收缩。 (1)、骨骼肌的三元素体力学模型、收缩源：代表肌节中肌动蛋白微丝状体和肌红蛋白微丝状体。 兴奋时会产生张力，是主动张力。 并联弹性元件：代表肌束膜和肌纤维膜等结缔组织。 拉伸时会产生弹力，是被动张力。 (被复肌束的结缔组织

3、膜称为肌束膜)串联弹性要素：代表肌微丝状体、横桥闰盘及两端肌腱结构。 收缩源兴奋的话，会使肌肉有弹性。 一般认为，整个肌肉混合了很多这样的模型，模型的串联形成肌肉长度，模型的并联形成肌肉的横向维度。 整个肌肉的力学性质是由这些个模型组成的系统决定的。 从该模型的混合关系可以看出，肌肉长度的增加对收缩速度有良好的影响，而不影响收缩力的肌肉大姨妈横截面的增加会导致肌肉收缩力的增加，但不影响收缩速度。 另外，这一点的理解可以举出弹簧伸长时的图像的例子。 例如，一个弹簧通过力f伸长x，如果去除f，则设弹簧的收缩力为f，收缩速度为x/t (设弹簧的收缩时间为t )。 如果两个弹簧串联连接，则在力f的作用

4、下，各弹簧只延伸x，则延伸的中长为2 x，收缩速度为2 x/t。 由此可知，弹簧的串联连接不能增加收缩力，但收缩速度增加了。 如果两个弹簧并联连接，在相同的前提条件下收缩力为2F，由于延伸长度不变，因此收缩速度仍为x/t。 因此，如果弹簧并联连接，则表示力的增加，其收缩速度不变。 (2)肌肉的收缩形式：根据肌肉收缩时的张力和长度的变化，将肌肉收缩分为缩短收缩、伸长收缩、等长收缩3种。 1、缩短收缩：肌肉收缩引起的张力大于外加阻力时，肌肉变短，是牵引骨杠杆进行相对运动的收缩形式。 缩短收缩时肌肉的起点接近，也称为向心收缩。 例如，弯曲胳膊肘，提高脚丫子跑步等。 根据整个关节运动范围的张力和负荷的

5、关系，缩短收缩可以分为非等动收缩(习惯上称为等张收缩)和等动收缩两种。 非等动收缩(等张收缩):全负荷收缩过程中施加的负荷是一定的，但是根据关节角度不同，杠杆会受到肌肉收缩长度变化的影响，所以在全关节移动范围内，肌肉收缩引起的张力和负荷不相等，收缩的速度也不同。例如，如果弯曲肘部提升一定负荷，则关节角度为115-120时肱二头肌最大，关节角度为30时最小。 因此，由非等动收缩抬起的最大重量，只是张力最小的关节角度能承受的最大重量。 等动收缩：用专用的等动负荷机器实现。 该仪器随着关节运动的进行精确调整负荷，即在关节角度的张力弱点负荷最小，在关节角度张力的最强点负荷最大。 因此，在整个关节中在肌

6、肉上产生的张力始终等于负荷，并且肌肉可以以恒定的速度或相等的强度收缩。 进行最大等动收缩时，肌肉产生的张力为关节整体，其能力的100%。 因此，通过采用等动收缩形式的发展力，可以在关节的整个运动范围内最大限度地锻炼肌肉。 2、伸缩：肌肉收缩引起的张力小于外力时，肌肉会积极收缩，但伸长，这种收缩形态称为伸缩。 伸缩时肌肉的起点逐渐离开，也称离心收缩。 拉伸收缩引起的张力的方向与抵抗的方向相反，肌肉为负的办事儿。 体育运动中的伸缩发挥制动、减速、克服重力等作用。 在运动实践中，拉伸收缩往往与缩短收缩相关，形成所谓的拉伸缩短环。 也就是说，肌肉在缩短收缩前进行拉伸收缩，肌肉被拉伸，在紧随其后的缩短收

7、缩时，产生更大的力。 例如，跑步时，支撑脚丫子踢前屈宽、屈膝等，事先拉伸臀大肌、大腿四关肌，为后蹬时的伸宽、伸展膝盖创造更大的肌肉力量的条件。 3、等长收缩：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。 等长收缩时负荷不变，物理学上肌肉不做外功，但仍消耗很多能量。 等长收缩是肌肉静力工作的基础，在人体运动中对运动环节的固定、支撑和保持身体的某个姿势起着重要的作用。 另外，对3种肌肉收缩形式的张力水平进行了研究，发现伸长收缩的力大大超过了等长和缩短收缩。 拉伸收缩产生的力的比比缩短收缩大50%，比等长收缩大25%左右。 即，3种肌肉收缩力水平按从大到小的顺序为

8、拉伸收缩、等长收缩、缩短收缩。 对云同步，比较肌肉收缩形式和发生的延迟肌肉疼痛的关系，伸长收缩诱发肌肉疼痛最显着，但缩短收缩不明显，等长收缩时诱发的肌肉疼痛比缩短收缩稍显着，但远低于伸长收缩。 (3)肌肉收缩的力学分析：1 )肌肉收缩的张力速度特征：肌肉收缩的张力和速度关系是负荷对肌肉收缩速度的影响。 实验表明，肌肉的收缩速度随着与肌肉收缩时相对的负荷量(称为后负荷)的变化，即负荷的增加而减少。 从右图可以看出，肌肉收缩速度为零时，即曲线和纵轴的升交点是肌肉等长收缩力，表示肌肉的绝对值。 曲线的左侧部分(肌肉收缩力大，速度小)表示肌肉收缩克服大负荷时表现的速度能力。 曲线的右侧(肌肉收缩力小速

9、度大)，体现了肌肉收缩保持大收缩速度发挥力量的能力，即肌肉的速度能力。 根据该曲线的特征，在配置肌肉训练的负荷配置时应注意：大强度的负荷训练配置主要表现为力的提高，使曲线向左上移动。 小强度负荷的高速运动训练主要针对速度力进行优化，曲线向右上方的偏移显着。 肌肉的这种张力-速度关系曲线的特征主要取决于肌肉的性质、肌肉收缩时张力的大小、激活的横桥的数量，肌肉收缩的速度取决于能量释放的速度和肌红蛋白ATP酶催化剂的活性，与激活的横桥的数量无关。负荷大的话，更多的横桥处于活性化状态，增加肌张力，但是抑制ATP的水解作用，降低能量释放率，降低肌肉收缩速度。 2、肌张力长度的特征：肌收缩前的初始长度对肌

10、收缩时产生的张力的影响。 肌肉收缩前给肌肉施加一定的负荷(称为前负荷)，拉伸肌肉改变初始长度，肌肉的初始长度增加到某个长度，肌肉就会产生最大的收缩效果。 肌肉显示最大张力时的长度被称为肌肉的安静长度，约为平衡长度(负荷为零的肌肉长度)的125%。 此时，由于粗肌线和细肌线处于最理想的重叠状态，因此收缩起作用的横桥的数量最大，此时肌肉收缩能力产生最大张力。 肌肉张力长度的特征是，随着肌肉长度的增长，肌力在一定区域内上升，达到一定长度时显示出相对稳定的平台期，平台期以后，肌力随着长度的增长而下降。 (四)、肌肉运动适应反应历程：1，过量恢复原理：人体运动消耗的能量物质在运动后有会儿期间不仅恢复到原

11、来的水平，而且超过原来的水平，这种现象称为“过量恢复”或“过量代偿”，这种现象在有会儿保持后恢复到原来的水平，人体肌肉运动后的疲劳恢复超过由于下一次肌肉力量训练是在上次肌肉力量训练的过度恢复阶段进行的，因此肌肉的形态和功能以该过度恢复阶段的生理机能水平为起点进行运动周期循环，使肌肉的形态和功能逐渐发展。 2、肌肉增大：力量训练引起的肌纤维增大的明显表现为肌纤维体积或横截面积的增加。 3、急性适应和慢性适应：肌肉的急性适应可以看作是运动即刻、短时间或运动早期肌肉的结构功能变化。 肌的慢性适应：长期适应肌力刺激的结果表现为肌形态、结构的功能变化。 具体而言，a .肌原纤维蛋白质含量增加，肌横断面积

12、增加。 b、耐力的训练能引起肌纤维类型成分的变化，促进快速肌纤维向慢肌纤维的转变。 c .耐力的训练引起毛细血管数的增加。 d .力量训练会引起肌腺粒体密度的降低。 e .酶催化剂的含量和活性发生变化。 f .肌基质水平的变化(肌基质包括糖原、ATP、Pi、脂质、肌红蛋白)。 (5)肌肉松弛：生活中常见延长松紧带，绳张力松弛。 在人体骨骼肌中也有同样的现象，伸长的肌张力随时延长变小。 伸展的肌张力随时间的经过而下降的特性称为肌松弛，这由肌的黏弹性决定。 动作完成中肌肉发生松弛现象的话，肌肉的弹性变形能力会降低。 做纵跳练习的时候，蹲到最合适的地方的长度，休止时间过长的话肌肉松弛，肌肉的张力下降

13、，影响纵跳的成绩。 肌肉松弛的原因：由于休止，肌肉和肌腱的弹性成分发生松弛，休止时间如果比肌肉松弛发生的时间长，肌肉产生的弹性势能就会完全消耗掉，之后的动作只能依赖于肌肉收缩。 (6)肌肉训练原则： 1特殊化原则：发展的肌肉特殊化训练，对运动员而言就与专门人才相关联。 在对康复患者的训练中，根据患者的实际情况，制定相应的训练修订计划，进行有目的的训练。 2超负荷原则：人体力训练具有适应性，一定的负荷对生物体的刺激减少，负荷量就必须加大。 为了达到康复时增强肌力的目的，施加比现在的肌力水平稍高的负荷，至少相当于引起最大强度收缩所需负荷的60%，如果持续6个周训练，可以得到明显的效果。锻炼需要一定

14、的运动强度、持续的锻炼时间、适当的运动频率、保持一定时间、根据肌肉的收缩性选择对应的锻炼方法等5个基本条件，可以达到肌力增强的目的。 三周期渐进原则：负荷运行应合理逐步加强。 对大多数康复患者来说，训练的强度和总训练量也要逐渐增强。 特别是长期卧床的患者，运动功能和心肺功能有一定程度的降低，如果大幅度提高突然地患者的训练强度，会引起患者过度训练综合征，反而会继续患者的恢复过程。 4可逆性原则：力量的获得是可逆的，它可以衰退，肌肉也可以缩小，骨与肌肉纤维的联系也可能变弱。 为了维持获得的力量，患者必须继续练习。 有些接受系统康复的患者出院后由于缺乏康复氛围和治疗时的监督，无法继续执行康复修订计划

15、，最终力量逐渐衰退，功能逐渐丧失。 五、应对歧视原则：患者之间的训练差距大于运动员，每个患者的原发病、并发症、性别、年龄等不同，制定力量训练计划时，应注意个体化，应对歧视。 6练习步骤：力量训练使用大量的肌肉群。 大肌肉群的训练必须安排在训练开始部分，通常的练习顺序是全身练习、下肢多关节练习(例如深深蹲下、按下脚丫子等)下肢单关节练习(足关节和小腿伸展练习等)上肢多关节练习(腹卧位、仰卧位等)上肢单关节练习(绕胳膊、推胳膊等)。 康复训练的运动顺序与选手不同，练习顺序是全身练习热身，对患者功能相关肌肉进行力量训练，最后进行全身运动。7肌肉平衡发展原则：肱二头肌和肱三头互为拮抗肌，股四头和股后群

16、肌互为拮抗肌，腹部肌肉和背肌互为拮抗肌，肌肉平衡发展训练是运动员必须发展周围所有肌肉，当某一侧肌肉过度发展，肌肉发展不平衡时，潜在的关头肌肉平衡的发展通常表现为对侧肌肉群的力量比例(股四头肌、股二头肌)，在发展患者力量时也注意患者力量的平衡，在组织发展局部力量的力量训练时，适当安排全身力量的训练(如步行训练、上下肢的力量训练)来发展患者肌肉间的协调合作关系、8周期性原则：周期性训练原则提供训练量、训练强度、训练频率以及安排休息和恢复的信息帧工作，可分为大周期训练计划、中期训练计划、小周期训练计划。 周期性训练的另一个目的是获得过度恢复的结果。 超额恢复需要一定的时间间隔，肌肉重复一定的次数或持

17、续一定的时间，从而引起适度的肌肉疲劳，使肌肉纤维变粗，达到增强肌力的目的。 这个原则认为，如果训练时的时间是一盏茶患者自愿的话，训练应该持续到感到疲劳为止，训练的中途不休息比较好，每次训练必须休息一定的时间，训练后的效果更好。 训练中要严格观察，过度疲劳应停止训练。 肌肉力量训练事例(略)，(7)影响肌肉力量的因素：通过学习关于肌肉力量的知识，影响肌肉力量的因素可以从以下4个因素中理解1 .肌肉的横截面肌纤维越粗横截面越大，肌肉力量也越大。 2 .肌肉的初长肌肉必须以适当的初长收缩才能产生大的肌力，即肌肉被拉到安静长时，肌力变得最大。3 .肌肉募集参与同一动作的主动肌肉越多，肌肉力量越大。 例如，仅仅是推一推铅球，只靠上肢的力远远大于蹬地面(大腿肌)转动腰(腰背肌)等共同参与完成动作的力。 4、肌纤维走行与肌腱长轴的关系肌纤维走行与肌腱长轴一致，所产生的力较大，但部分不一致，如羽状肌，可使肌纤维较粗，产生较大的力。 (8)肌肉的协同：任何动作都不是单一肌肉独立完成的，需要一组肌肉群的协同，这就是肌肉的协同作用。 根据肌肉在某种动作中的功能作用，可以将肌肉分为原动肌、拮抗肌、固定肌、中和肌。 1原动肌：将直接完成动作的肌群称为原动肌，将其中发挥主要作用的人称为主动肌，协助完成动作或者只在有动作的阶段发挥作用的人