肌肉收縮的形式及力學(xué)分析

肌肉收縮的形式及力學(xué)分析

一、肌肉收縮的形式

(一)縮短收縮（又稱向心收縮）

概念：肌肉收縮時(shí)，長(zhǎng)度縮短的收縮。特點(diǎn)：收縮時(shí)肌肉長(zhǎng)度縮短、起止點(diǎn)相互靠近，引起身體運(yùn)動(dòng)。當(dāng)屈肘舉起一恒定負(fù)荷時(shí)肌肉收縮產(chǎn)生的張力隨關(guān)節(jié)角度而變化

1、等張收縮:

肌肉在收縮時(shí),張力相等,長(zhǎng)度發(fā)生改變的收縮.

2、等動(dòng)收縮在整個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)肌肉以恒定的速度，且肌肉收縮時(shí)產(chǎn)生的力量始終與阻力相等的肌肉收縮。等動(dòng)練習(xí)是提高肌肉力量的有效手段。等動(dòng)收縮和等張收縮區(qū)別

等動(dòng)收縮時(shí)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)都能產(chǎn)生最大的肌張力，等張收縮則不能。

等動(dòng)收縮的速度可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。等動(dòng)收縮時(shí)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)肌肉都產(chǎn)生最大張力(二)拉長(zhǎng)收縮（離心收縮）：肌肉在收縮產(chǎn)生張力的同時(shí)被拉長(zhǎng)的收縮。下蹲時(shí)：股四頭肌在收縮的同時(shí)被拉長(zhǎng)，以控制重力對(duì)人體的作用，使身體緩慢下蹲，起緩沖作用。搬運(yùn)重物時(shí)：將重物放下、下坡跑和下樓梯等需要肌肉進(jìn)行離心收縮。(三)等長(zhǎng)收縮

肌肉在收縮對(duì)其長(zhǎng)度不變。

（為靜力收縮）如體操中的“十字支撐”、“直角支撐”和武術(shù)中的站樁。

骨骼肌不同收縮形式的比較1.力量同一塊肌肉，在收縮速度相同的情況下，離心收縮可產(chǎn)生最大的張力。離心收縮產(chǎn)生的力量比向心收縮大50%左右，比等長(zhǎng)收縮大25%左右。2.肌電在負(fù)荷相同的情況下，離心收縮的IEMG較向心收縮低。3.代謝在輸出功率相同的情況下，肌肉離心收縮時(shí)所消耗的能量低于向心收縮，其耗氧量也低于向心收縮。肌肉離心收縮，心率、心輸出量、肺通氣量、肺換氣效率、肌肉的血流量和肌肉溫度等均低于向心收縮。4.肌肉酸疼肌肉做退讓工作時(shí)容易引起肌肉酸疼和損傷。研究表明，大負(fù)荷肌肉離心收縮比向心收縮更容易引起肌肉酸疼和肌纖維超微結(jié)構(gòu)以及收縮蛋白代謝的變化。離心收縮、等長(zhǎng)收縮和向心收縮后的肌肉酸疼之比較

離心收縮導(dǎo)致的肌肉酸疼最明顯，向心收縮導(dǎo)致的肌肉酸疼最不明顯三種肌肉收縮形式的比較

二、肌肉收縮的力學(xué)分析（一）肌肉收縮的張力—速度關(guān)系：

力量-速度曲線：張力大小：取決于活化的橫橋數(shù)目；收縮速度：取決于能量釋放速率和肌球蛋白ATP酶活性，與活化的橫橋數(shù)目無(wú)關(guān)。力量-速度曲線（離體肌肉）

（二）肌肉收縮的長(zhǎng)度—張力關(guān)系：肌節(jié)最適初長(zhǎng)（2.0-2.2

m）：粗細(xì)肌絲重疊佳，肌縮速度、幅度和張力最大；大于最適初長(zhǎng)：粗細(xì)肌絲重疊↓，肌縮速度、幅度和張力↓；小于最適初長(zhǎng)：粗細(xì)肌絲重疊↓，肌縮速度、幅度和張力雖然↑，但不如最適初長(zhǎng)時(shí)。

（三）肌肉收縮能力的改變對(duì)肌肉收縮的影響：肌肉收縮能力：指與負(fù)荷無(wú)關(guān)、決定肌縮效應(yīng)的內(nèi)在特性。調(diào)節(jié)和影響肌肉收縮能力的內(nèi)在因素：神經(jīng)遞質(zhì)、體液物質(zhì)、病理因素和藥物等。如甲狀腺素和體育鍛煉能提高心肌肌球蛋白的ATP酶活性，增強(qiáng)心肌收縮力。老年人因心肌肌球蛋白分子結(jié)構(gòu)的改變，ATP酶活性降低，心肌收縮力減弱。肌肉收縮能力↑→肌縮速度、幅度和張力↑肌肉收縮能力↓→肌縮速度、幅度和張力↓握推力量不同的人在不同負(fù)荷下的運(yùn)動(dòng)時(shí)間肌肉力量增加可以提高運(yùn)動(dòng)速度。（四）肌肉收縮的總和

1、單收縮：

整塊肌肉或單個(gè)肌纖維接受一次刺激后，產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)作電位→進(jìn)行一次機(jī)械性收縮。2、強(qiáng)直收縮：

肌肉接受間隔時(shí)間很短的連續(xù)刺激→發(fā)生的持續(xù)縮短狀態(tài)。肌肉收縮的形式強(qiáng)直收縮是各次單收縮的機(jī)械疊加現(xiàn)象。強(qiáng)直收縮并非動(dòng)作電位的疊加，動(dòng)作電位始終是分離的，所以強(qiáng)直收縮的收縮幅度和收縮力比單收縮大。①不完全強(qiáng)直收縮:當(dāng)新刺激落在前一次收縮的舒張期,所出現(xiàn)的強(qiáng)而持久的收縮過(guò)程稱之。②完全強(qiáng)直收縮:當(dāng)新刺激落在前一次收縮的縮短期,所出現(xiàn)的強(qiáng)而持久的收縮過(guò)程稱之。(五)肌肉的彈性成分：1、肌肉的彈性成分是結(jié)締組織。彈性成分和肌肉的收縮成分呈串聯(lián)或并聯(lián)關(guān)系。彈性成分包括：肌肉的結(jié)締組織(包括肌肉兩端的肌腱和肌肉內(nèi)部的肌內(nèi)膜、肌束膜、肌外膜),肌節(jié)中的Ｚ線和Ｍ線等。1、當(dāng)收縮成分收縮時(shí)，彈性成分被拉長(zhǎng)，將一部分能量以彈性勢(shì)能的形式貯存起來(lái)；2、當(dāng)能量貯存足夠大時(shí)，以彈性反作用力形式釋放出來(lái)，克服負(fù)荷阻力，使負(fù)荷產(chǎn)生移動(dòng)。2、運(yùn)動(dòng)對(duì)肌肉結(jié)締組織的影響：

（1）長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)可提高肌腱的抗張力量和抗斷裂力量。肌腱是由成束的膠元纖維組成。肌腱橫截面積遠(yuǎn)小于肌肉，但抗張應(yīng)力很大。運(yùn)動(dòng)時(shí)肌腱抗張應(yīng)力約350—420kg.cm-1，其安全應(yīng)力大約為斷裂應(yīng)力的三分之一，為210kg.cm-1。肌腱抗張應(yīng)力通常超過(guò)其骨上附著點(diǎn)的抗張應(yīng)力。因而運(yùn)動(dòng)損傷時(shí)，常導(dǎo)致肌腱撕脫而不是斷裂。長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)可提高肌腱的抗張力量和抗斷裂力量☆運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可提高肌腱的抗張應(yīng)力，特別是肌腱與骨結(jié)合區(qū)的結(jié)合能力和力量，使肌腱能承受更大的拉力。☆肌腱工作能力的提高可能與運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致肌腱增粗和膠元含量增加有關(guān)。（2）長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)可使肌中結(jié)締組織肥大。肌肉超負(fù)荷訓(xùn)練后，在引起肌肉肥大的同時(shí)，肌中結(jié)締組織也相應(yīng)增加。(六)肌肉的功率和機(jī)械功

1、肌肉的做功物體在力的作用下移動(dòng)—該力對(duì)物體作功。其值等于力和物體沿力方向移動(dòng)距離的乘積。公式表示：

W（功）＝F（力）·S（距離）cosθ

（θ為F和S之間夾角）肌肉作功主要是指肌肉作的機(jī)械功。肌肉機(jī)械功的大小取決于：肌肉收縮時(shí)產(chǎn)生的張力和肌肉長(zhǎng)度變化。（1）肌肉的生理橫斷面：

是肌肉所有肌纖維橫斷面積的總和。在其它條件相同下，肌肉生理橫斷面愈大，包含的肌纖維也愈多，它所產(chǎn)生的張力也愈大。（2）肌肉的長(zhǎng)度：決定肌肉工作時(shí)能縮短的最大距離。每塊肌肉中肌小節(jié)的長(zhǎng)度相對(duì)是一樣的。肌肉長(zhǎng)度大，表明串聯(lián)著的肌小節(jié)數(shù)量多，肌肉收縮時(shí)，縮短的程度就大。肌纖維平行排列的肌肉，在其它條件相同時(shí)，其機(jī)械功的大小與肌肉長(zhǎng)度成正相關(guān)（即肌肉越長(zhǎng)，縮短的距離越大，肌肉作功能力就越大）。2、功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間所作的功—功率。公式表示：

P（功率）＝W