肌肉力學性質(zhì)課件

1、肌肉力學性質(zhì)1 肌肉動力學性質(zhì) 肌肉力學性質(zhì)2 肌肉除了具有一般軟組織材料力學性質(zhì)以肌肉除了具有一般軟組織材料力學性質(zhì)以 外，還具有其獨特的性質(zhì)外，還具有其獨特的性質(zhì)主動收縮產(chǎn)主動收縮產(chǎn) 生主動張力。生主動張力。 肌肉分為三類：骨骼肌、心肌、平滑肌。肌肉分為三類：骨骼肌、心肌、平滑肌。 這三類肌肉組織組成要素相同，收縮的生這三類肌肉組織組成要素相同，收縮的生 化機理也相似。但結(jié)構(gòu)、功能及力學性質(zhì)化機理也相似。但結(jié)構(gòu)、功能及力學性質(zhì) 有很大差別。有很大差別。 肌肉力學性質(zhì)3 第一節(jié) 骨骼肌特點、構(gòu)成及收縮原 理 在電刺激或在電刺激或 化學刺激下化學刺激下 骨骼肌收縮骨骼肌收縮 產(chǎn)生張力。產(chǎn)生張力

2、。 其最大特點其最大特點 是是刺激頻率刺激頻率 越高，產(chǎn)生越高，產(chǎn)生 張力越大張力越大 另一特點：在松弛態(tài)下應力很小，可忽略另一特點：在松弛態(tài)下應力很小，可忽略 不計不計 肌肉力學性質(zhì)4 骨骼肌基本構(gòu)造 平行排列之肌束構(gòu)成平行排列之肌束構(gòu)成 肌束包含平行排列的肌纖維（基本單位），肌束包含平行排列的肌纖維（基本單位）， 是細胞，含有多個細胞核，肌原纖維是細胞，含有多個細胞核，肌原纖維(d = 10-60微米，長數(shù)毫米至數(shù)厘米，有時長微米，長數(shù)毫米至數(shù)厘米，有時長30 厘米厘米) 肌肉力學性質(zhì)5 一、骨骼肌細胞一、骨骼肌細胞(skeletal muscle) 形態(tài)形態(tài)：長圓柱形長圓柱形 LM結(jié)構(gòu)結(jié)

3、構(gòu)：肌核多個肌核多個，位于肌膜下位于肌膜下；肌質(zhì)中含大量與肌質(zhì)中含大量與 細胞長軸平行的細胞長軸平行的肌原纖維肌原纖維(myofibril)，有有橫紋橫紋 相鄰兩條相鄰兩條Z線之間的一段肌原纖維稱為線之間的一段肌原纖維稱為肌節(jié)肌節(jié) 明帶明帶（I帶帶） Z 線線 暗帶暗帶（A帶帶） H帶帶 M線線 肌肉力學性質(zhì)6 肌肉力學性質(zhì)7 肌肉力學性質(zhì)8 EM結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)： 1 1、肌原纖維、肌原纖維 2、肌膜肌膜：橫小管橫小管(transverse tubule)，又稱又稱T小管小管 可將肌膜的興奮迅速同步地傳導至肌纖維內(nèi)部可將肌膜的興奮迅速同步地傳導至肌纖維內(nèi)部 3、肌質(zhì)網(wǎng)肌質(zhì)網(wǎng) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：是肌纖維內(nèi)高度

4、發(fā)達的滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是肌纖維內(nèi)高度發(fā)達的滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，形成形成 縱小管縱小管(longitudinal tubule) ，又稱又稱L小管小管； 終池終池 (terminal cisternae)；三聯(lián)體三聯(lián)體(triad ) 功能功能：濃縮濃縮、儲存儲存、釋放釋放Ca2+ 肌肉力學性質(zhì)9 圖 7-6 骨 骼 肌 細 胞 超 微 結(jié) 構(gòu) 立 體 模 式 圖 I 帶 Z A 帶 H I 帶 Z 三 聯(lián) 體 橫 小 管 終 池 肌 膜 肌肉力學性質(zhì)10 肌原纖維的構(gòu)成 肌絲的分子結(jié)構(gòu)肌絲的分子結(jié)構(gòu) 粗肌絲：由許多肌球蛋白粗肌絲：由許多肌球蛋白(myosin)(myosin)分子按特分子按特 定規(guī)律排列而成

5、定規(guī)律排列而成 肌動蛋白肌動蛋白(actin)(actin) 細肌絲：細肌絲： 原肌球蛋白原肌球蛋白(tropomyosin)(tropomyosin) 肌原蛋白肌原蛋白(troponin)(troponin) 肌肉力學性質(zhì)11 粗肌絲：粗肌絲：由肌球或稱肌凝蛋白組成，其頭部有一膨大部由肌球或稱肌凝蛋白組成，其頭部有一膨大部- 橫橋橫橋：能與細肌絲上的結(jié)合位點發(fā)生可逆性結(jié)合；能與細肌絲上的結(jié)合位點發(fā)生可逆性結(jié)合；具具 有有ATPATP酶的作用，與結(jié)合位點結(jié)合后酶的作用，與結(jié)合位點結(jié)合后,分解分解ATPATP提供橫橋扭提供橫橋扭 動動( (肌絲滑行肌絲滑行) )和作功的能量。和作功的能量。 細肌

6、絲：細肌絲： 肌動蛋白肌動蛋白：表面有與橫橋結(jié)合的位點，靜息：表面有與橫橋結(jié)合的位點，靜息 時被原肌球蛋白掩蓋；時被原肌球蛋白掩蓋； 原肌球蛋白原肌球蛋白：靜息時掩蓋橫橋結(jié)合位點；：靜息時掩蓋橫橋結(jié)合位點； 肌鈣蛋白肌鈣蛋白：與：與Ca2+Ca2+結(jié)合變構(gòu)后結(jié)合變構(gòu)后, ,使原肌球蛋使原肌球蛋 白位移，白位移，暴露出結(jié)合位點。暴露出結(jié)合位點。 肌肉力學性質(zhì)12 肌原纖維 圖 7-4 橫紋肌肌絲的分子結(jié)構(gòu)示意圖 肌肉力學性質(zhì)13 肌肉的纖維滑移理論 松弛時：頭部匍匐松弛時：頭部匍匐 受刺激：頭部凸起受刺激：頭部凸起 肌肉力學性質(zhì)14 第二節(jié) Hill方程 上世紀上世紀 30 年代年代, Hill

7、 的經(jīng)典性的工作的經(jīng)典性的工作,奠定奠定 了骨骼肌力學的基礎(chǔ)了骨骼肌力學的基礎(chǔ).他取青蛙的縫匠肌為他取青蛙的縫匠肌為 試樣試樣,兩端夾緊兩端夾緊,保持長度為保持長度為 L 0.以足夠高的以足夠高的 頻率和電壓加電刺激頻率和電壓加電刺激,使攣縮產(chǎn)生張力使攣縮產(chǎn)生張力 T0. 然后將肌肉的一端松開然后將肌肉的一端松開,使其張力降為使其張力降為 T ( T T0）,則肌肉纖維以速度則肌肉纖維以速度 v 縮短縮短. Hill 不僅不僅 測定測定 T 、 v 與與 T 的關(guān)系的關(guān)系,還測定了肌肉縮短還測定了肌肉縮短 時產(chǎn)生的熱量時產(chǎn)生的熱量,以及維持攣縮狀態(tài)所需的熱以及維持攣縮狀態(tài)所需的熱 量量. 肌肉

8、力學性質(zhì)15 Hill 方程表明：在攣縮狀態(tài)下方程表明：在攣縮狀態(tài)下,單位時間內(nèi)從化學單位時間內(nèi)從化學 反應獲得的機械能是常量反應獲得的機械能是常量.從力學觀點來看從力學觀點來看, Hill 方程描述了骨骼肌收縮時的力一速度關(guān)系方程描述了骨骼肌收縮時的力一速度關(guān)系. Hill 方程可寫成如下形式：方程可寫成如下形式： 或或 T=0時，V達到最大值V0 = bT0/a 肌肉力學性質(zhì)16 攣縮狀態(tài)的蛙縫匠肌快速釋放實驗中測得的等張收縮時攣縮狀態(tài)的蛙縫匠肌快速釋放實驗中測得的等張收縮時 T , v 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)與 Hill 方程相比較（引自方程相比較（引自 Hill , 1938 年）年） 肌肉力學性

9、質(zhì)17 第三節(jié) Hill三元素模型 肌肉力學性質(zhì)18 松弛態(tài)下肌肉力學性質(zhì)松弛態(tài)下肌肉力學性質(zhì) 兩種肌絲、橫橋、兩種肌絲、橫橋、Z盤盤 激活態(tài)下肌肉力學性質(zhì)激活態(tài)下肌肉力學性質(zhì) 肌肉力學性質(zhì)19 1. 收縮元收縮元,代表可以相對滑動的肌漿球蛋白和肌動代表可以相對滑動的肌漿球蛋白和肌動 蛋白纖維絲蛋白纖維絲,其張力與它們之間的橫橋數(shù)目有關(guān)其張力與它們之間的橫橋數(shù)目有關(guān). 松弛狀態(tài)下松弛狀態(tài)下,張力為零；張力為零； 2 串聯(lián)彈性元串聯(lián)彈性元,它表示肌漿球蛋白纖維、肌動蛋白它表示肌漿球蛋白纖維、肌動蛋白 纖維、橫橋、纖維、橫橋、z線以及結(jié)締組織的固有彈性線以及結(jié)締組織的固有彈性,設它設它 是完全彈性

10、體；是完全彈性體； 3 并聯(lián)彈性元并聯(lián)彈性元,它表示靜息狀態(tài)下肌肉的力學性質(zhì)它表示靜息狀態(tài)下肌肉的力學性質(zhì). 肌肉力學性質(zhì)20 Hill 模型的發(fā)展狀況 幾十年來的實踐表明幾十年來的實踐表明,對于骨骼肌的性質(zhì)來說對于骨骼肌的性質(zhì)來說, Hill 方程和方程和 Hill 模型仍然是一種良好的近似模型仍然是一種良好的近似.而且而且,到到 目前為止目前為止,這也是唯一可操作的模型這也是唯一可操作的模型.從實際應用從實際應用 的需要來看的需要來看,對于骨骼肌來說對于骨骼肌來說,當務之急不在于新當務之急不在于新 的、更完善的理論的探索和更完備的本構(gòu)關(guān)系的的、更完善的理論的探索和更完備的本構(gòu)關(guān)系的 尋求尋

11、求,而在于肌肉（肌群）力的在體無創(chuàng)監(jiān)測方法而在于肌肉（肌群）力的在體無創(chuàng)監(jiān)測方法 的研究的研究,這無論對于骨和關(guān)節(jié)的受力分析、骨折的這無論對于骨和關(guān)節(jié)的受力分析、骨折的 治療的方法選擇和參數(shù)優(yōu)化治療的方法選擇和參數(shù)優(yōu)化,以及運動生物力學等以及運動生物力學等 都有重大的實用意義都有重大的實用意義.在這方面在這方面,Hill 模型理論有可模型理論有可 能發(fā)揮它的獨特的作用能發(fā)揮它的獨特的作用. 肌肉力學性質(zhì)21 骨骼肌的解剖結(jié)構(gòu) 肌原纖維肌原纖維肌纖維肌纖維 小肌束小肌束 大肌束大肌束 肌肌 肉肉肌肌 群群 肌肉力學性質(zhì)22 心肌的構(gòu)造心肌的構(gòu)造 形態(tài)：形態(tài)： 分支短桿狀分支短桿狀 LMLM結(jié)構(gòu)：

12、胞核結(jié)構(gòu)：胞核1 12 2個，位于心肌纖維中央；有個，位于心肌纖維中央；有閏盤；閏盤； 可見橫紋可見橫紋 EMEM結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點： 終池扁小；形成二聯(lián)體（終池扁??；形成二聯(lián)體（diaddiad）；）；T T小管位于小管位于Z Z線線 水平；水平； 閏盤的橫位有中間連接和橋粒閏盤的橫位有中間連接和橋粒 縱位有縫隙連接縱位有縫隙連接 第四節(jié)第四節(jié) 心肌的力學性質(zhì)心肌的力學性質(zhì) 肌肉力學性質(zhì)23 圖 7-11 心肌細胞超微結(jié)構(gòu)立體模式圖 橫小管 Z 線 肌膜 肌漿網(wǎng) 橫小管 M 線 M 線 線粒體 線粒體 橫小管 橫小管 Z 線 終池 肌肉力學性質(zhì)24 肌肉力學性質(zhì)25 與骨骼肌相比心肌的特點 時刻不能缺氧時刻不能缺氧 節(jié)律性強，不允許攣縮（不能處于強直狀節(jié)律性強，不允許攣縮（不能處于強直狀 態(tài)）態(tài)） 松弛狀態(tài)心肌靜息張力具有重要性松弛狀態(tài)心肌靜息張力具有重要性 心肌長度工作范圍有限心肌長度工作范圍有限 肌肉力學性質(zhì)26 未受刺激時心肌力學性質(zhì) 心肌瞬時張力和伸長比有下列關(guān)系 對心肌一定的應變率進行循環(huán)加載和卸載 時，應力-應變曲線穩(wěn)定顯示滯后環(huán) dTe/d=(Te+) 肌肉力學性質(zhì)27 平滑肌結(jié)構(gòu)平滑肌結(jié)構(gòu) 形態(tài)：梭形形態(tài)：梭形