肌肉力學(xué)特性課件

肌肉力學(xué)特性肌肉力學(xué)特性1肌肉力學(xué)特性

肌肉（骨骼肌）是人體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)重要的組成部分，是人體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來源?？梢哉f肌肉在生物力學(xué)研究中是最具吸引力、最有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域。肌肉的力學(xué)性質(zhì)十分復(fù)雜，它跟組成肌肉各種成份的力學(xué)特性有關(guān)。肌肉力學(xué)特性肌肉（骨骼?。┦侨梭w運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)重要的組成部2肌肉力學(xué)特性

對(duì)肌肉特性的研究早在一百年前就有。除了從解剖、生理和生化的角度研究肌肉的結(jié)構(gòu)、功能、代謝以及肌肉的神經(jīng)控制以外，對(duì)肌肉生物力學(xué)特性的研究越來越得到重視。由于肌肉的力學(xué)特性比較復(fù)雜，研究方法、實(shí)驗(yàn)條件的不同得到的結(jié)果也不盡相同，尤其在活體條件下，涉及到影響肌肉特性的研究就更為困難，它在神經(jīng)沖動(dòng)、體液循環(huán)及疲勞等影響下所具有的變異性較大，因而研究肌肉的生物力學(xué)特性是極其復(fù)雜的任務(wù)肌肉力學(xué)特性對(duì)肌肉特性的研究早在一百年前就有。除了從3復(fù)習(xí)：肌纖維組成小肌束--大肌束--由大的肌束合并形成整塊肌肉。在肌肉和肌束外有結(jié)締組織包繞（肌纖維膜、肌束膜等），肌肉兩端還有肌腱附著有骨骼上，肌肉收縮時(shí)則產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。對(duì)肌肉結(jié)構(gòu)與功能的研究大大促進(jìn)了肌肉生物力學(xué)特性的研究。包括肌纖維的組成及其結(jié)構(gòu)，紅白肌纖維的比例等都已經(jīng)證實(shí)與相關(guān)運(yùn)動(dòng)能力有關(guān)肌肉的結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)：肌纖維組成小肌束--大肌束--由大的肌束合并形成整塊肌4肌纖維的顯微結(jié)構(gòu)當(dāng)前普遍接受的肌肉收縮和力產(chǎn)生的機(jī)制是微絲滑動(dòng)理論與橫橋理論的結(jié)合。肌纖維的顯微結(jié)構(gòu)當(dāng)前普遍接受的肌肉收縮和力產(chǎn)生的機(jī)制是微絲滑5一、離體肌肉生物力學(xué)特性一、離體肌肉生物力學(xué)特性6肌肉結(jié)構(gòu)力學(xué)模型由三個(gè)部分組成，稱為肌肉的三元素模型：1收縮元：它代表肌節(jié)中的肌動(dòng)蛋白微絲和肌球蛋白微絲。興奮時(shí)可產(chǎn)生張力，稱主動(dòng)張力。其張力與它們的橫橋數(shù)目有關(guān)2并聯(lián)彈性元：代表肌束膜及肌纖維等結(jié)締組織，即包繞肌肉的結(jié)締組織。表現(xiàn)松弛狀態(tài)下肌肉的力學(xué)性質(zhì)3串聯(lián)彈性元：代表肌纖維的固有彈性。肌漿球蛋白和肌動(dòng)蛋白纖維、橫橋、Z盤以及結(jié)締組織的固有彈性。肌肉結(jié)構(gòu)力學(xué)模型肌肉結(jié)構(gòu)力學(xué)模型由三個(gè)部分組成，稱為肌肉的三元素模型：2并72肌肉結(jié)構(gòu)力學(xué)模型性質(zhì)1）肌肉張力---長度特性2)肌肉收縮力速度特性2肌肉結(jié)構(gòu)力學(xué)模型性質(zhì)1）肌肉張力---長度特性8肌肉張力---長度特性

（1）收縮元張力-長度曲線收縮元的張力隨長度而變化，表現(xiàn)最大張力的長度稱肌肉靜息長度問題：為什么大于或小于靜息長度肌肉張力均要?。考」?jié)長度與等長張力關(guān)系（Gordon1966）肌肉張力---長度特性

（1）收縮元張力-長度曲線9不同項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員間肌肉長度特性活體肌肉的不同特性專項(xiàng)動(dòng)作的肌肉收縮條件不同項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員間肌肉長度特性活體肌肉的不同特性10根據(jù)肌肉結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，肌肉力的構(gòu)成是收縮元（CC）、串聯(lián)彈性元（SEC）和并聯(lián)彈性元（PEC）疊加的結(jié)果。肌肉的平衡長度是指肌肉被動(dòng)張力為零時(shí),肌肉所能達(dá)到的最大長度并聯(lián)彈性元代表結(jié)締組織中的彈性纖維，當(dāng)受拉時(shí)產(chǎn)生彈力，由于肌肉是粘彈性體，被動(dòng)張力與長度呈非線性的關(guān)系。（2）并聯(lián)彈性元被動(dòng)張力--長度曲線被動(dòng)張力:是指肌肉工作時(shí)并聯(lián)彈性成分的張力。stacklength根據(jù)肌肉結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，肌肉力的構(gòu)成是收縮元（CC）、串聯(lián)彈性11根據(jù)肌肉力學(xué)模型推斷，在體肌活動(dòng)時(shí)，其主動(dòng)張力與被動(dòng)張力同時(shí)存在，因此在體肌肉張力是主動(dòng)張力與被動(dòng)張力之和。稱為肌肉的總張力--長度曲線下肢一般是羽狀肌如A;上肢肌如縫匠肌B（3）肌肉總張力長度曲線肌肉平衡長度對(duì)肌肉總張力影響較大，如果肌肉結(jié)構(gòu)中結(jié)締組織較多，則肌肉拉伸時(shí)，并聯(lián)彈性元的被動(dòng)張力能較早出現(xiàn)，對(duì)肌肉總張力貢獻(xiàn)較大根據(jù)肌肉力學(xué)模型推斷，在體肌活動(dòng)時(shí)，其主動(dòng)張力與被動(dòng)張力同時(shí)12肌肉的這種張力關(guān)系及最佳的初長度的發(fā)現(xiàn)，在體育運(yùn)動(dòng)中有重要作用，一般為使肌肉發(fā)揮出更大的力量和速度，可通過該肌肉的放松和對(duì)抗肌的先主動(dòng)收縮，使主動(dòng)肌肉在收縮前適當(dāng)拉長。另外，由于肌肉肌腱能發(fā)揮更大的彈性能，要盡量利用肌肉退讓收縮儲(chǔ)存的彈性能。跳躍，投擲舉例投擲標(biāo)槍時(shí)手的后撤動(dòng)作（3）體育運(yùn)動(dòng)中運(yùn)用肌肉的這種張力關(guān)系及最佳的初長度的發(fā)現(xiàn)，在體育運(yùn)動(dòng)中有重要作132、肌肉力（F）—速度（V）關(guān)系

1938年Hill的經(jīng)典工作奠定了肌肉力學(xué)基礎(chǔ)，他按照熱力學(xué)定律建立了反映肌肉收縮力－速度特性的Hill方程：

方程中F0為肌肉攣縮時(shí)的張力，F(xiàn)為松開肌肉一端后肌肉的張力，V為肌肉縮短速度，a為肌肉張力單位常量，b為肌肉收縮速度單位常量。Hill方程所描述出肌肉的F—V關(guān)系與實(shí)測(cè)結(jié)果具有較好的一致性（圖3-5）。

圖3-5攣縮蛙縫匠肌快速釋放實(shí)測(cè)肌肉F-V曲線與Hill方程比較（Hill1938）2、肌肉力（F）—速度（V）關(guān)系1938年Hill的經(jīng)典工142、肌肉力（F）—速度（V）關(guān)系

在一定的范圍內(nèi)，肌肉收縮產(chǎn)生的張力和速度大致呈反比關(guān)系；當(dāng)后負(fù)荷增加到某一數(shù)值時(shí)，張力可達(dá)到最大，但收縮速度為零，肌肉只能作等長收縮；當(dāng)后負(fù)荷為零時(shí)，張力在理論上為零，肌肉收縮速度達(dá)到最大。肌肉收縮的張力-速度關(guān)系提示，要獲得收縮的較大速度，負(fù)荷必須相應(yīng)減少；要克服較大阻力，即產(chǎn)生較大的張力，收縮速度必須緩慢。2、肌肉力（F）—速度（V）關(guān)系在一定的范圍內(nèi)，肌肉收縮產(chǎn)15向心收縮：肌肉收縮時(shí)肌肉縮短離心收縮（退讓式收縮）：肌肉張力小于外部助力時(shí)的收縮等長收縮：肌肉收縮時(shí)長度不變肌張力與肌肉向心收縮速度的關(guān)系肌張力與肌肉離心收縮速度的關(guān)系實(shí)驗(yàn)表明：一般來講，離心收縮力>等長收縮力>向心收縮力

P2011肌張力與肌肉收縮速度的關(guān)系向心收縮：肌肉收縮時(shí)肌肉縮短肌張力與肌肉向心收縮速度的關(guān)系肌16肌肉力量增長后的收縮速度變化肌肉力量增長后的收縮速度變化17二、在體肌肉收縮的生物力學(xué)1、

肌肉的激活狀態(tài)在神經(jīng)脈沖影響下，肌肉的收縮成分出現(xiàn)激活狀態(tài)。把肌肉興奮時(shí)其收縮成分力學(xué)狀態(tài)的變化稱為肌肉的激活狀態(tài)。我們把肌肉從肌肉激活到肌肉產(chǎn)生收縮的時(shí)間叫肌肉收縮的潛伏期。

二、在體肌肉收縮的生物力學(xué)1、

肌肉的激活狀態(tài)我們把肌肉從18在體肌肉收縮生物力學(xué)短跑支撐腿著地時(shí)

肌肉電活動(dòng)的表現(xiàn)

在體肌肉收縮生物力學(xué)短跑支撐腿著地時(shí)

肌肉電活動(dòng)的表現(xiàn)

19被拉長的肌肉，其張力有隨著時(shí)間的延長而下降的特性，這一特性稱為肌肉松馳。原因是由于肌肉的串聯(lián)并聯(lián)彈性元的粘彈性體的特性所決定的。例：下蹲停頓與不停頓對(duì)起跳高度的影響。2、肌肉的松馳：被拉長的肌肉，其張力有隨著時(shí)間的延長而下降的特性，這一特性稱201）動(dòng)作潛伏期延長：表現(xiàn)在串聯(lián)彈性元和并聯(lián)彈性元的“粘滯性”，和克服阻力的時(shí)間增加。肌肉預(yù)伸的意義：（如起跑）

P1922）收縮幅度減?。杭∪饬α坎蛔恪?/p>

3）收縮速度下降3、載荷對(duì)肌肉收縮力學(xué)特性的影響1）動(dòng)作潛伏期延長：表現(xiàn)在串聯(lián)彈性元和并聯(lián)彈性元的“粘滯性”214肌肉收縮功、功率

肌肉可以把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，在能量轉(zhuǎn)換過程中肌肉克服阻力使物體發(fā)生位移，肌肉做了功。肌肉“等長收縮”時(shí)，克服阻力，外部負(fù)荷不產(chǎn)生位移，沒有做機(jī)械功。但消耗了能量，這時(shí)肌肉做了“生理功”。肌肉做功時(shí)所克服的阻力，包括肌肉的內(nèi)部阻力和外部阻力。因此，肌肉做功相應(yīng)分為內(nèi)功與外功。

收縮形式張力與位移的方向功向心收縮同向正離心收縮反向負(fù)等長收縮無位移無4肌肉收縮功、功率肌肉可以把化學(xué)22肌肉收縮的功率等于肌肉收縮力與其該瞬時(shí)的收縮速度的乘積。載荷大時(shí)做功大，載荷小時(shí)做功小當(dāng)載荷為零或很小時(shí)，或載荷很大時(shí)，肌肉功率很小，當(dāng)載荷與收縮速度達(dá)到一定程度時(shí)（速度與載荷都為最大值的1/3），功率最大p194，問題：力量訓(xùn)練爆發(fā)力時(shí)選取重量的依據(jù)，目的是什么?體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中“爆發(fā)力”的概念指的就是肌肉功率肌肉功率存在著性別差異和專項(xiàng)差異肌肉功率與載荷肌肉收縮的功率等于肌肉收縮力與其該瞬時(shí)的收縮速度的乘積。載荷23專項(xiàng)素質(zhì)訓(xùn)練的原則從生物力學(xué)觀點(diǎn)來看，專項(xiàng)練習(xí)必須遵從動(dòng)態(tài)適應(yīng)性原則（據(jù)維爾霍山斯基），即在以下五個(gè)方面都與比賽相適應(yīng)動(dòng)態(tài)適應(yīng)性原則：1）動(dòng)作的幅度與方向2）運(yùn)動(dòng)的有效幅度與重點(diǎn)區(qū)3）作用力的大小4）最大作用力的發(fā)揮速率5）肌肉工作形式肌肉功率與專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)素質(zhì)練習(xí)如膝關(guān)節(jié)進(jìn)行從70°伸展到180°的力量訓(xùn)練，結(jié)果顯示所有訓(xùn)練角度下力量均獲得有效的增長；從130°伸展到180°的力量練習(xí)，力量僅在相鄰的角度獲得增長（Zatsiorsky，1995）專項(xiàng)素質(zhì)訓(xùn)練的原則肌肉功率與專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)素質(zhì)練習(xí)如膝關(guān)節(jié)進(jìn)行從24肌肉和肌腱，可以儲(chǔ)存形變勢(shì)能，完成動(dòng)作前給予肌肉預(yù)張力，可以使后續(xù)動(dòng)作效果更佳。SSC類動(dòng)作：利用肌肉的彈性牽張反射？肌腱中腱梭對(duì)張力的影響在人體一般范圍內(nèi)，刺激能增加肌肉張力過度的力---產(chǎn)生保護(hù)--發(fā)軟（γ回路）震動(dòng)、跳深等練習(xí)能降低人的保護(hù)機(jī)能，提高起跳能力5、肌肉與肌腱的生物力學(xué)性能對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響肌肉和肌腱，可以儲(chǔ)存形變勢(shì)能，完成動(dòng)作前給予肌肉預(yù)張力，可以25以肌肉外部長度變化來確定肌肉收縮形式向心收縮：肌肉主動(dòng)收縮，長度縮短退讓性收縮：肌肉主動(dòng)收縮，但主動(dòng)力小于阻力而被拉長的收縮等長收縮：肌肉長度不變，但有內(nèi)部收縮力量訓(xùn)練方式的思考：講解，注意聽肌肉收縮形式與其性質(zhì)以肌肉外部長度變化來確定肌肉收縮形式力量訓(xùn)練方式的思考：講解26肌電測(cè)量的儀器肌電測(cè)量的儀器27肌電測(cè)量肌電測(cè)量28肌電測(cè)量肌電測(cè)量29肌電的優(yōu)點(diǎn)肌電能確定肌肉的活動(dòng)狀態(tài)肌電能反映肌肉的激活程度肌電能反映肌肉的力量狀況肌電的優(yōu)點(diǎn)肌電能確定肌肉的活動(dòng)狀態(tài)30應(yīng)用肌電時(shí)的注意點(diǎn)肌電的量與肌肉力量有一定的關(guān)系，在等長收縮情況下，肌電量與肌肉力量成正比關(guān)系，而在肌肉向心收縮中，肌電量與肌肉收縮力量間并不成線性關(guān)系，肌肉離心收縮情況下肌肉表現(xiàn)較高的肌肉力量值時(shí),肌電值反而變小。因此完全用肌電值來反映肌肉力量還有很多工作要做，可以說應(yīng)肌電值來正確反映肌肉力量還不太可能。但肌電圖由于反映出肌肉興奮的狀況，因此也有很多學(xué)者測(cè)量肌電用來研究環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)肌。

應(yīng)用肌電時(shí)的注意點(diǎn)肌電的量與肌肉力量有一定的關(guān)系，在等長收縮31短跑下肢主要肌肉肌電

1.脛骨前肌2.比目魚肌