肌肉生物力學專題知識

肌肉生物力學專題知識肌肉生物力學專題知識第1頁肌肉（骨骼?。┦侨梭w運動系統(tǒng)主要組成個別，是人體運動動力起源。能夠說肌肉在生物力學研究中是最具吸引力、最有挑戰(zhàn)性研究領域。肌肉力學性質(zhì)十分復雜，它跟組成肌肉各種成份力學特征相關，迄今為止大家依然在不停研究和探索之中。

肌肉生物力學專題知識第2頁6.1離體肌肉生物力學基礎肌肉組織結構和生物學性質(zhì)決定了肌肉機能，肌肉機能改變亦會對其結構產(chǎn)生影響。所以，對肌肉組織結構和生物學研究是對肌肉生物力學特征基礎研究之一，為反應肌肉生物力學特征，建立用于描述肌肉力學特征模型。肌肉生物力學專題知識第3頁肌肉組織結構

肌肉組織結構和生物學性質(zhì)決定了肌肉機能，肌肉機能改變亦會對其結構產(chǎn)生影響。所以，對肌肉組織結構和生物學研究是對肌肉生物力學特征基礎研究之一，為反應肌肉生物力學特征，建立用于描述肌肉力學特征模型。肌肉生物力學專題知識第4頁肌纖維顯微結構肌肉生物力學專題知識第5頁1、

肌肉結構力學模型Hill（1950）提出一個由三個元素組成肌肉結構力學模型（圖3-2），即收縮元（CC）、串聯(lián)彈性元（SEC）和并聯(lián)彈性元（PEC），用此反應肌肉功效。

CC代表能夠相對滑動肌漿球蛋白和肌動蛋白纖維絲，其張力與它們橫橋數(shù)目相關；

SEC表示肌漿球蛋白和肌動蛋白纖維、橫橋、Z盤以及結締組織固有彈性，設它為完全彈性體；PEC表示肌纖維膜、肌束膜等結締組織，表現(xiàn)松弛狀態(tài)下肌肉力學性質(zhì)。

Hill三元素肌肉模型（Hill,1950）肌肉生物力學專題知識第6頁骨骼肌結構模型肌動蛋白（細）收縮成份肌球蛋白（粗）骨骼肌結構模型并聯(lián)彈性成份彈性成份串聯(lián)彈性成份肌肉生物力學專題知識第7頁2、

肌肉結構力學模型性質(zhì)1.

肌肉力（F）—

長度（L）關系

依據(jù)肌肉結構力學模型，肌肉力組成是收縮元（CC）、串聯(lián)彈性元（SEC）和并聯(lián)彈性元（PEC）疊加結果。

概念:

肌肉平衡長度（自由長度）：肌肉無被動張力時最大長度。

肌肉凈息長度：收縮元（CC）表現(xiàn)出最大張力時肌肉長度。約為平衡長度1.25倍。

被動張力:是指肌肉工作時并聯(lián)彈性成份張力。

肌肉凈收縮力:指收約縮成份收縮時產(chǎn)生張力?？倧埩?被動張力與凈收縮力之和。肌肉生物力學專題知識第8頁收縮元（CC）力——長度曲線Gorden（1966）得到了肌肉準確數(shù)據(jù)，他對蛙單個肌纖維肌節(jié)長度在1.27μ和3.65μ（μ為微米）之間改變與其產(chǎn)生力改變關系進行調(diào)查（圖3-3）。利用肌纖維“橫橋理論”（Huxley1957）對這一關系進行解釋。肌肉在靜息長度下收縮元表現(xiàn)出肌力最大（③-④），此時肌微絲之間橫橋聯(lián)絡數(shù)目最多。隨肌肉長度增加肌微絲被拉開，橫橋聯(lián)絡數(shù)目降低，張力隨之下降（④-⑤）。到達4μm時，橫橋無聯(lián)絡，張力下降為零。當肌肉縮短小于靜息長度時，橫橋重合產(chǎn)生干擾，使其聯(lián)絡數(shù)目降低，造成張力下降（③-②-①），這一過程將一直繼續(xù)全部重合為止。即使這一過程中肌肉張力顯著下降，但張力不可能降為零。圖3-3肌節(jié)長度與等長張力關系（Gordon1966）肌肉生物力學專題知識第9頁并聯(lián)彈性元（PEC）力——長度曲線

肌肉總張力——長度曲線

（A為平衡長度；B為凈息長度）

肌肉生物力學專題知識第10頁2、肌肉力（F）—速（V）關系

1938年Hill經(jīng)典工作奠定了肌肉力學基礎，他按照熱力學定律建立了反應肌肉收縮力－速度特征方程：

方程中F0為肌肉攣縮時張力，F(xiàn)為松開肌肉一端后肌肉張力，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F—V關系與實測結果含有很好一致性（圖3-5）。

圖3-5攣縮蛙縫匠肌快速釋放實測肌肉F-V曲線與Hill方程比較（Hill1938）肌肉生物力學專題知識第11頁該曲線說明：在一定范圍內(nèi)，肌肉收縮產(chǎn)生張力和速度大致呈反比關系；當后負荷增加到某一數(shù)值時，張力可到達最大，但收縮速度為零，肌肉只能作等長收縮；當后負荷為零時，張力在理論上為零，肌肉收縮速度到達最大。肌肉收縮張力-速度關系提醒，要取得收縮較大速度，負荷必須對應降低；要克服較大阻力，即產(chǎn)生較大張力，收縮速度必須遲緩。肌肉生物力學專題知識第12頁6.2在體肌肉收縮生物力學1、

肌肉激活狀態(tài)在神經(jīng)脈沖影響下，肌肉收縮成份出現(xiàn)激活狀態(tài)。把肌肉興奮時其收縮成份力學狀態(tài)改變稱為肌肉激活狀態(tài)。咱們把肌肉從肌肉激活到肌肉產(chǎn)生收縮時間叫肌肉收縮潛伏期。

肌肉生物力學專題知識第13頁2、

肌肉松弛肌肉松弛：被拉長肌肉，其張力有隨時間延長而下降特征，這一特征稱為肌肉松弛。它是由肌肉串聯(lián)和并聯(lián)彈性元屬于粘彈性體特征決定。肌肉生物力學專題知識第14頁3、

負荷對肌肉收縮力學特征影響動作潛伏期延長：表現(xiàn)在串聯(lián)彈性元和并聯(lián)彈性元“粘滯性”，和克服阻力時間增加。肌肉收縮幅度減小：肌肉力量不足。收縮速度下降：Hill方程。肌肉生物力學專題知識第15頁動作潛伏期延長肌肉收縮幅度減小收縮速度下降肌肉生物力學專題知識第16頁4、

肌肉收縮功和功率肌肉能夠把化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C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，克服阻力，外部負荷不產(chǎn)生位移，沒有做機械功。但消耗了能量，這時肌肉做了“生理功”。肌肉做功時所克服阻力，包含肌肉內(nèi)部阻力和外部阻力。所以，肌肉做功對應分為內(nèi)功與外功。通常所講肌肉做功是指肌肉做外功，即機械功。肌肉做功與載荷及收縮速度大小相關，載荷大時做功大，載荷小時做功小。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相關。肌肉生物力學專題知識第17頁肌肉做功圖3-6不一樣載荷肌肉做功與收縮速度關系圖3-6是受試者伸膝關節(jié)肌群測試結果。肌肉收縮速度大時做功減小是因為肌肉收縮力量下降而造成。

肌肉生物力學專題知識第18頁肌肉功率

肌肉收縮功率等于肌肉收縮力與其該瞬時收縮速度乘積。離體肌肉在收縮時功率可從肌肉“F—V”曲線得到。在此曲線上每一點功率等于以該點和坐標原點為頂點所組成矩形面積（圖3-7中陰影個別）。假定肌肉收縮時力和速度同時到達最大值，這時功率應是最大，但這是不可能。依據(jù)Hill方程可知實際上功率最大值大約只有這種理想值1/10左右。即肌肉最大等長收縮力（Fm）1/3與最大收縮速度（Vm）1/3乘積。

肌肉生物力學專題知識第19頁體育運動訓練中“暴發(fā)力”概念指就是肌肉功率，它是指確保肌肉處于最合理工作狀態(tài)下，在最短時間內(nèi)快速地將化學能轉(zhuǎn)換為機械功能力。肌肉生物力學專題知識第20頁功率曲線圖反應了功率與肌肉收縮力及收縮速度關系。當載荷為零時，肌肉表現(xiàn)出最大收縮速度，此時功率很小。隨載荷增加，肌肉收縮速度隨之下降，當處于1/3最大收縮力與速度位置時，功率最大（Nm）。伴隨力與速度深入改變，功率開始減小。當阻力增大到肌肉不能縮短時，速度為零，不做功，功率為零。假如載荷繼續(xù)增加，肌肉由等長收縮變?yōu)殡x心收縮，此時肌肉開始做負功，但肌肉負功率隨離心收縮速度增加而增大，這是因為肌力隨速度增大而增大結果。

肌肉生物力學專題知識第21頁肌肉功率性別、項目差異

專題素質(zhì)訓練標準

從生物力學觀點來看，專題練習必須遵從動態(tài)適應性標準（據(jù)維爾霍山斯基），即在以下五個方面都與比賽相適應：

運動幅度和方向；

運動有效幅度重點區(qū)間；

作用力（或肌力）大小；

最大作用力發(fā)揮速率；肌肉工作狀態(tài)。

肌肉生物力學專題知識第22頁5、

肌肉與肌腱生物力學特征對運動影響增加動作力和速度提升動作經(jīng)濟性：利用彈性能緩沖作用肌肉生物力學專題知識第23頁6、

肌肉收縮形式以肌肉外部長度改變來確定肌肉收縮形式：

等長收縮：肌肉長度不變，