肌肉生物力學(xué)課件

第六章骨骼肌生物力學(xué)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(lái)源?？梢哉f(shuō)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)，迄今為止人們?nèi)匀辉诓粩嗟难芯亢吞剿髦小?/p>

6.1離體肌肉的生物力學(xué)基礎(chǔ)肌肉的組織結(jié)構(gòu)和生物學(xué)性質(zhì)決定了肌肉的機(jī)能，肌肉機(jī)能的變化亦會(huì)對(duì)其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。因此，對(duì)肌肉組織結(jié)構(gòu)和生物學(xué)的研究是對(duì)肌肉生物力學(xué)特性的基礎(chǔ)研究之一，為反映肌肉的生物力學(xué)特性，建立用于描述肌肉力學(xué)特性的模型。肌纖維的顯微結(jié)構(gòu)1、

肌肉結(jié)構(gòu)力學(xué)模型Hill（1950）提出一個(gè)由三個(gè)元素組成的肌肉結(jié)構(gòu)力學(xué)模型（圖3-2），即收縮元（CC）、串聯(lián)彈性元（SEC）和并聯(lián)彈性元（PEC），用此反映肌肉的功能。

CC代表可以相對(duì)滑動(dòng)的肌漿球蛋白和肌動(dòng)蛋白纖維絲，其張力與它們的橫橋數(shù)目有關(guān)；

SEC表示肌漿球蛋白和肌動(dòng)蛋白纖維、橫橋、Z盤以及結(jié)締組織的固有彈性，設(shè)它為完全彈性體；PEC表示肌纖維膜、肌束膜等結(jié)締組織，表現(xiàn)松弛狀態(tài)下肌肉的力學(xué)性質(zhì)。

Hill三元素肌肉模型（Hill,1950）骨骼肌的結(jié)構(gòu)模型肌動(dòng)蛋白（細(xì)）收縮成分肌球蛋白（粗）骨骼肌的結(jié)構(gòu)模型并聯(lián)彈性成分彈性成分串聯(lián)彈性成分2、

肌肉結(jié)構(gòu)力學(xué)模型性質(zhì)1.

肌肉力（F）—

長(zhǎng)度（L）關(guān)系

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。

概念:

肌肉平衡長(zhǎng)度（自由長(zhǎng)度）：肌肉無(wú)被動(dòng)張力時(shí)的最大長(zhǎng)度。

肌肉的凈息長(zhǎng)度：收縮元（CC）表現(xiàn)出最大張力時(shí)的肌肉長(zhǎng)度。約為平衡長(zhǎng)度1.25倍。

被動(dòng)張力:是指肌肉工作時(shí)并聯(lián)彈性成分的張力。

肌肉凈收縮力:指收約縮成分收縮時(shí)產(chǎn)生的張力。總張力:被動(dòng)張力與凈收縮力之和。并聯(lián)彈性元（PEC）力——長(zhǎng)度曲線

肌肉總張力——長(zhǎng)度曲線

（A為平衡長(zhǎng)度；B為凈息長(zhǎng)度）

該曲線說(shuō)明：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(zhǎng)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、

肌肉的松弛肌肉松弛：被拉長(zhǎng)的肌肉，其張力有隨時(shí)間的延長(zhǎng)而下降的特性，這一特性稱為肌肉松弛。它是由肌肉串聯(lián)和并聯(lián)彈性元屬于粘彈性體的特性決定的。3、

負(fù)荷對(duì)肌肉收縮力學(xué)特性的影響動(dòng)作的潛伏期延長(zhǎng)：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。肌肉收縮幅度減?。杭∪饬α坎蛔?。收縮速度下降：Hill方程。動(dòng)作的潛伏期延長(zhǎng)肌肉收縮幅度減小收縮速度下降4、

肌肉的收縮功和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(guò)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(zhǎng)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。通常所講的肌肉做功是指肌肉做外功，即機(jī)械功。肌肉做功與載荷及收縮速度大小有關(guān)，載荷大時(shí)做功大，載荷小時(shí)做功小。而載荷大小決定了肌肉收縮速度，所以肌肉做功與其收縮速度有關(guān)。肌肉做功圖3-6不同載荷肌肉做功與收縮速度的關(guān)系圖3-6是受試者伸膝關(guān)節(jié)肌群的測(cè)試結(jié)果。肌肉收縮速度大時(shí)做功減小是由于肌肉收縮力量下降而造成。

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，它是指保證肌肉處于最合理的工作狀態(tài)下，在最短時(shí)間內(nèi)快速地將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的能力。功率曲線圖反映了功率與肌肉收縮力及收縮速度的關(guān)系。當(dāng)載荷為零時(shí)，肌肉表現(xiàn)出最大收縮速度，此時(shí)功率很小。隨載荷的增加，肌肉收縮速度隨之下降，當(dāng)處于1/3最大收縮力與速度位置時(shí)，功率最大（Nm）。隨著力與速度的進(jìn)一步變化，功率開始減小。當(dāng)阻力增大到肌肉不能縮短時(shí)，速度為零，不做功，功率為零。如果載荷繼續(xù)增加，肌肉由等長(zhǎng)收縮變?yōu)殡x心收縮，此時(shí)肌肉開始做負(fù)功，但肌肉的負(fù)功率隨離心收縮速度的增加而增大，這是由于肌力隨速度增大而增大的結(jié)果。

5、

肌肉與肌腱的生物力學(xué)特性對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響增加動(dòng)作的力和速度提高動(dòng)作的經(jīng)濟(jì)性：利用彈性能緩沖作用6、

肌肉的收縮形式以肌肉外部長(zhǎng)度變化來(lái)確定肌肉收縮形式：

等長(zhǎng)收縮：肌肉長(zhǎng)度不變，但有內(nèi)部收縮。

向心收縮：肌肉主動(dòng)收