運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)多媒體教學(xué)ppt課件

1、l肌肉骨骼肌是人體運(yùn)動(dòng)系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)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肌肉在動(dòng)的動(dòng)力來源?？梢哉f肌肉在生物力學(xué)研討中是最具吸引力、生物力學(xué)研討中是最具吸引力、最有挑戰(zhàn)性的研討領(lǐng)域。肌肉最有挑戰(zhàn)性的研討領(lǐng)域。肌肉的力學(xué)性質(zhì)非常復(fù)雜，它跟組的力學(xué)性質(zhì)非常復(fù)雜，它跟組成肌肉各種成份的力學(xué)特性有成肌肉各種成份的力學(xué)特性有關(guān)，迄今為止人們依然在不斷關(guān)，迄今為止人們依然在不斷的研討和探求之中。的研討和探求之中。 l肌肉的組織構(gòu)造和生物學(xué)性質(zhì)決議了肌肉肌肉的組織構(gòu)造和生物學(xué)性質(zhì)決議了肌肉的機(jī)能，肌肉機(jī)能的變化亦會(huì)對(duì)其構(gòu)造產(chǎn)的機(jī)能，肌肉機(jī)能的變化亦會(huì)對(duì)其構(gòu)造產(chǎn)生

2、影響。因此，對(duì)肌肉組織構(gòu)造和生物學(xué)生影響。因此，對(duì)肌肉組織構(gòu)造和生物學(xué)的研討是對(duì)肌肉生物力學(xué)特性的根底研討的研討是對(duì)肌肉生物力學(xué)特性的根底研討之一，為反映肌肉的生物力學(xué)特性，建立之一，為反映肌肉的生物力學(xué)特性，建立用于描畫肌肉力學(xué)特性的模型。用于描畫肌肉力學(xué)特性的模型。 l肌肉的組織構(gòu)造和生物肌肉的組織構(gòu)造和生物學(xué)性質(zhì)決議了肌肉的機(jī)學(xué)性質(zhì)決議了肌肉的機(jī)能，肌肉機(jī)能的變化亦能，肌肉機(jī)能的變化亦會(huì)對(duì)其構(gòu)造產(chǎn)生影響。會(huì)對(duì)其構(gòu)造產(chǎn)生影響。因此，對(duì)肌肉組織構(gòu)造因此，對(duì)肌肉組織構(gòu)造和生物學(xué)的研討是對(duì)肌和生物學(xué)的研討是對(duì)肌肉生物力學(xué)特性的根底肉生物力學(xué)特性的根底研討之一，為反映肌肉研討之一，為反映肌肉的生物

3、力學(xué)特性，建立的生物力學(xué)特性，建立用于描畫肌肉力學(xué)特性用于描畫肌肉力學(xué)特性的模型。的模型。 肌纖維的顯微構(gòu)造肌纖維的顯微構(gòu)造 Hill Hill19501950提出一個(gè)由三個(gè)元提出一個(gè)由三個(gè)元素組成的肌肉構(gòu)造力學(xué)模型圖素組成的肌肉構(gòu)造力學(xué)模型圖3-23-2，即收縮元，即收縮元CCCC、串聯(lián)彈、串聯(lián)彈性 元 性 元 S E CS E C 和 并 聯(lián) 彈 性 元 和 并 聯(lián) 彈 性 元PECPEC，用此反映肌肉的功能。，用此反映肌肉的功能。 CC CC代表可以相對(duì)滑動(dòng)的肌漿球代表可以相對(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)；與它們的橫橋數(shù)目有關(guān)；

4、 SEC SEC表表示肌漿球蛋白和肌動(dòng)蛋白纖維、示肌漿球蛋白和肌動(dòng)蛋白纖維、橫橋、橫橋、Z Z盤以及結(jié)締組織的固有彈盤以及結(jié)締組織的固有彈性，設(shè)它為完全彈性體；性，設(shè)它為完全彈性體；PECPEC表示表示肌纖維膜、肌束膜等結(jié)締組織，肌纖維膜、肌束膜等結(jié)締組織，表現(xiàn)松弛形狀下肌肉的力學(xué)性質(zhì)。表現(xiàn)松弛形狀下肌肉的力學(xué)性質(zhì)。 Hill三元素肌肉模型Hill, 1950骨骼肌的構(gòu)造模型骨骼肌的構(gòu)造模型 肌 動(dòng) 蛋 白肌 動(dòng) 蛋 白細(xì)細(xì) 收縮成分收縮成分 肌 球 蛋 白肌 球 蛋 白粗粗 骨骼肌的構(gòu)造模型骨骼肌的構(gòu)造模型 并聯(lián)彈性成并聯(lián)彈性成分分 彈性成分彈性成分 串聯(lián)彈性成串聯(lián)彈性成分分 1. 1. 肌

5、肉力肌肉力F F 長(zhǎng)度長(zhǎng)度L L關(guān)系關(guān)系 根據(jù)肌肉構(gòu)造力學(xué)模型，肌肉力的構(gòu)成是收縮根據(jù)肌肉構(gòu)造力學(xué)模型，肌肉力的構(gòu)成是收縮元元CCCC、串聯(lián)彈性元、串聯(lián)彈性元SECSEC和并聯(lián)彈性元和并聯(lián)彈性元PECPEC疊加的結(jié)果。疊加的結(jié)果。 概念概念: : 肌肉平衡長(zhǎng)度自在長(zhǎng)度：肌肉無被動(dòng)張力肌肉平衡長(zhǎng)度自在長(zhǎng)度：肌肉無被動(dòng)張力時(shí)的最大長(zhǎng)度。時(shí)的最大長(zhǎng)度。 肌肉的凈息長(zhǎng)度：收縮元肌肉的凈息長(zhǎng)度：收縮元CCCC表現(xiàn)出最大張表現(xiàn)出最大張力時(shí)的肌肉長(zhǎng)度。約為平衡長(zhǎng)度力時(shí)的肌肉長(zhǎng)度。約為平衡長(zhǎng)度1.251.25倍。倍。 被動(dòng)張力被動(dòng)張力: : 是指肌肉任務(wù)時(shí)并聯(lián)彈性成分的是指肌肉任務(wù)時(shí)并聯(lián)彈性成分的張力。張力。

6、 肌肉凈收縮力肌肉凈收縮力: : 指收約縮成分收縮時(shí)產(chǎn)生的指收約縮成分收縮時(shí)產(chǎn)生的張力。張力。 總張力總張力: : 被動(dòng)張力與凈收縮力之和。被動(dòng)張力與凈收縮力之和。lGorden1966得到了肌肉準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，他對(duì)得到了肌肉準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，他對(duì)蛙單個(gè)肌纖維肌節(jié)長(zhǎng)度在蛙單個(gè)肌纖維肌節(jié)長(zhǎng)度在1.27和和3.65為為微米之間變化與其產(chǎn)生力的變化關(guān)系進(jìn)展微米之間變化與其產(chǎn)生力的變化關(guān)系進(jìn)展調(diào)查圖調(diào)查圖3-3。運(yùn)用肌纖維。運(yùn)用肌纖維“橫橋?qū)嶋H橫橋?qū)嶋HHuxley 1957對(duì)這一關(guān)系進(jìn)展解釋。肌肉對(duì)這一關(guān)系進(jìn)展解釋。肌肉在靜息長(zhǎng)度下收縮元表現(xiàn)出的肌力最大在靜息長(zhǎng)度下收縮元表現(xiàn)出的肌力最大-，此時(shí)肌微絲之間的橫橋聯(lián)絡(luò)

7、數(shù)目最多。，此時(shí)肌微絲之間的橫橋聯(lián)絡(luò)數(shù)目最多。隨肌肉長(zhǎng)度添加肌微絲被拉開，橫橋聯(lián)絡(luò)數(shù)隨肌肉長(zhǎng)度添加肌微絲被拉開，橫橋聯(lián)絡(luò)數(shù)目減少，張力隨之下降目減少，張力隨之下降-。到達(dá)。到達(dá)4m時(shí)，橫橋無聯(lián)絡(luò)，張力下降為零。當(dāng)肌肉縮時(shí)，橫橋無聯(lián)絡(luò)，張力下降為零。當(dāng)肌肉縮短小于靜息長(zhǎng)度時(shí)，橫橋重疊產(chǎn)生干擾，使短小于靜息長(zhǎng)度時(shí)，橫橋重疊產(chǎn)生干擾，使其聯(lián)絡(luò)數(shù)目減少，導(dǎo)致張力下降其聯(lián)絡(luò)數(shù)目減少，導(dǎo)致張力下降-，這一過程將不斷繼續(xù)的全部重疊為止。，這一過程將不斷繼續(xù)的全部重疊為止。雖然這一過程中肌肉張力明顯下降，但張力雖然這一過程中肌肉張力明顯下降，但張力不能夠降為零。不能夠降為零。 圖圖3-3肌節(jié)長(zhǎng)度與等長(zhǎng)張力關(guān)系

8、肌節(jié)長(zhǎng)度與等長(zhǎng)張力關(guān)系Gordon 1966l1938年年Hill的經(jīng)典任務(wù)奠定了的經(jīng)典任務(wù)奠定了肌肉力學(xué)根底，他按照熱力肌肉力學(xué)根底，他按照熱力學(xué)定律建立了反映肌肉收縮學(xué)定律建立了反映肌肉收縮力速度特性的方程：力速度特性的方程： baFbVaF)()()(0方程中方程中F0F0為肌肉攣縮時(shí)的張力，為肌肉攣縮時(shí)的張力，F(xiàn) F為松開肌肉一端后肌肉的張為松開肌肉一端后肌肉的張力，力，V V為肌肉縮短速度，為肌肉縮短速度，a a為肌為肌肉張力單位常量，肉張力單位常量，b b為肌肉收為肌肉收縮速度單位常量?？s速度單位常量。HillHill方程所方程所描畫出肌肉的描畫出肌肉的FVFV關(guān)系與實(shí)測(cè)關(guān)系與實(shí)測(cè)

9、結(jié)果具有較好的一致性圖結(jié)果具有較好的一致性圖3-3-5 5。 圖圖3-5 攣縮蛙縫匠肌快速釋攣縮蛙縫匠肌快速釋放實(shí)測(cè)肌肉放實(shí)測(cè)肌肉F-V 曲線與曲線與 Hill方方程比較程比較Hill 1938l該曲線闡明：在一定的范圍內(nèi)，肌肉收縮產(chǎn)生該曲線闡明：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)荷添加的張力和速度大致呈反比關(guān)系；當(dāng)后負(fù)荷添加到某一數(shù)值時(shí)，張力可到達(dá)最大，但收縮速度到某一數(shù)值時(shí)，張力可到達(dá)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)，為零，肌肉只能作等長(zhǎng)收縮；當(dāng)后負(fù)荷為零時(shí)，張力在實(shí)際上為零，肌肉收縮速度到達(dá)最大。張力在實(shí)際上為零，肌肉收縮速度到達(dá)最大。

10、肌肉收縮的張力肌肉收縮的張力-速度關(guān)系提示，要獲得收縮速度關(guān)系提示，要獲得收縮的較大速度，負(fù)荷必需相應(yīng)減少；要抑制較大的較大速度，負(fù)荷必需相應(yīng)減少；要抑制較大阻力，即產(chǎn)生較大的張力，收縮速度必需緩慢。阻力，即產(chǎn)生較大的張力，收縮速度必需緩慢。 1、 肌肉的激活形狀肌肉的激活形狀在神經(jīng)脈沖影響下，肌肉的收縮成分出現(xiàn)在神經(jīng)脈沖影響下，肌肉的收縮成分出現(xiàn)激活形狀。把肌肉興奮時(shí)其收縮成分力激活形狀。把肌肉興奮時(shí)其收縮成分力學(xué)形狀的變化稱為肌肉的激活形狀。學(xué)形狀的變化稱為肌肉的激活形狀。我們把肌肉從肌肉激活到肌肉我們把肌肉從肌肉激活到肌肉產(chǎn)生收縮的時(shí)間叫肌肉收縮的產(chǎn)生收縮的時(shí)間叫肌肉收縮的埋伏期。埋伏期

11、。 2 2、 肌肉的松弛肌肉的松弛肌肉松弛：被拉長(zhǎng)的肌肉，其張力有隨時(shí)間的延肌肉松弛：被拉長(zhǎng)的肌肉，其張力有隨時(shí)間的延伸而下降的特性，這一特性稱為肌肉松弛。它伸而下降的特性，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是由肌肉串聯(lián)和并聯(lián)彈性元屬于粘彈性體的特性決議的。性決議的。 3、 負(fù)荷對(duì)肌肉收縮力學(xué)特性的影響負(fù)荷對(duì)肌肉收縮力學(xué)特性的影響動(dòng)作的埋伏期延伸：表如今串聯(lián)彈性元和并聯(lián)動(dòng)作的埋伏期延伸：表如今串聯(lián)彈性元和并聯(lián)彈性元的彈性元的“粘滯性，和抑制阻力的時(shí)間添粘滯性，和抑制阻力的時(shí)間添加。加。肌肉收縮幅度減?。杭∪饬α咳狈?。肌肉收縮幅度減?。杭∪饬α咳狈ΑＪ湛s速度下降：收

12、縮速度下降：Hill方程。方程。動(dòng)作的埋伏期延伸動(dòng)作的埋伏期延伸肌肉收縮幅度減小肌肉收縮幅度減小收縮速度下降收縮速度下降4、 肌肉的收縮功和功率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)換過程中肌肉可以把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，在能量轉(zhuǎn)換過程中肌肉抑制阻力使物體發(fā)生位移，肌肉做了功。肌肉肌肉抑制阻力使物體發(fā)生位移，肌肉做了功。肌肉“等等長(zhǎng)收縮時(shí)，抑制阻力，外部負(fù)荷不產(chǎn)生位移，沒有做長(zhǎng)收縮時(shí)，抑制阻力，外部負(fù)荷不產(chǎn)生位移，沒有做機(jī)械功。但耗費(fèi)了能量，這時(shí)肌肉做了機(jī)械功。但耗費(fèi)了能量，這時(shí)肌肉做了“生理功。肌生理功。肌肉做功時(shí)所抑制的阻力，包括肌肉的內(nèi)部阻力和外部阻肉做功時(shí)所抑制的阻力

13、，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。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，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。而載荷大小決議了肌肉收縮速度，所載荷小時(shí)做功小。而載荷大小決議了肌肉收縮速度，所以肌肉做功與其收縮速度有關(guān)。以肌肉做功與其收縮速度有關(guān)。 圖圖3-6 不同載荷肌肉做功與不同載荷肌肉做功與收縮速度的關(guān)系收縮速度的關(guān)系圖圖3-63-6是受試者伸膝關(guān)節(jié)肌是受試者伸膝關(guān)節(jié)肌群的測(cè)試結(jié)果。肌肉收縮群

14、的測(cè)試結(jié)果。肌肉收縮速度大時(shí)做功減小是由于速度大時(shí)做功減小是由于肌肉收縮力量下降而呵斥。肌肉收縮力量下降而呵斥。 l肌肉收縮的功率等于肌肉收縮力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。與其該瞬時(shí)的收縮速度的乘積。離體肌肉在收縮時(shí)的功率可從肌離體肌肉在收縮時(shí)的功率可從肌肉的肉的“FV“FV曲線得到。在此曲曲線得到。在此曲線上每一點(diǎn)的功率等于以該點(diǎn)和線上每一點(diǎn)的功率等于以該點(diǎn)和坐標(biāo)原點(diǎn)為頂點(diǎn)所構(gòu)成的矩形面坐標(biāo)原點(diǎn)為頂點(diǎn)所構(gòu)成的矩形面積圖積圖3-73-7中的陰影部分。假中的陰影部分。假定肌肉收縮時(shí)力和速度同時(shí)到達(dá)定肌肉收縮時(shí)力和速度同時(shí)到達(dá)最大值，這時(shí)功率應(yīng)是最大，但最大值，這時(shí)功率

15、應(yīng)是最大，但這是不能夠的。根據(jù)這是不能夠的。根據(jù)HillHill方程可方程可知實(shí)踐上功率最大值大約只需這知實(shí)踐上功率最大值大約只需這種理想值的種理想值的1/101/10左右。即肌肉最左右。即肌肉最大等長(zhǎng)收縮力大等長(zhǎng)收縮力FmFm的的1/31/3與最與最大收縮速度大收縮速度VmVm1/31/3的乘積。的乘積。 FVtAPl體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中“迸發(fā)力的概念迸發(fā)力的概念指的就是肌肉功率，它是指保證肌指的就是肌肉功率，它是指保證肌肉處于最合理的任務(wù)形狀下，在最肉處于最合理的任務(wù)形狀下，在最短時(shí)間內(nèi)快速地將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)短時(shí)間內(nèi)快速地將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的才干。械功的才干。l功率曲線圖反映了功

16、率與肌肉收縮力及收縮速度的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。關(guān)系。l當(dāng)載荷為零時(shí)，肌肉表現(xiàn)出最大收縮速度，此時(shí)功當(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。率很小。l隨載荷的添加，肌肉收縮速度隨之下降，當(dāng)處于隨載荷的添加，肌肉收縮速度隨之下降，當(dāng)處于1/31/3最大收縮力與速度位置時(shí)，功率最大最大收縮力與速度位置時(shí)，功率最大NmNm。l隨著力與速度的進(jìn)一步變化，功率開場(chǎng)減小。當(dāng)阻隨著力與速度的進(jìn)一步變化，功率開場(chǎng)減小。當(dāng)阻力增大到肌肉不能縮短時(shí)，速度為零，不做功，功力增大到肌肉不能縮短時(shí)，速度為零，不做功，功率為零。率為零。l假設(shè)載荷繼續(xù)添加，肌肉由等長(zhǎng)收縮變?yōu)殡x心收縮

17、，假設(shè)載荷繼續(xù)添加，肌肉由等長(zhǎng)收縮變?yōu)殡x心收縮，此時(shí)肌肉開場(chǎng)做負(fù)功，但肌肉的負(fù)功率隨離心收縮此時(shí)肌肉開場(chǎng)做負(fù)功，但肌肉的負(fù)功率隨離心收縮速度的添加而增大，這是由于肌力隨速度增大而增速度的添加而增大，這是由于肌力隨速度增大而增大的結(jié)果。大的結(jié)果。 l肌肉功率的性別、工程差別肌肉功率的性別、工程差別 l專項(xiàng)素質(zhì)訓(xùn)練的原那么專項(xiàng)素質(zhì)訓(xùn)練的原那么 l 從生物力學(xué)觀念來看，專項(xiàng)練習(xí)必需從生物力學(xué)觀念來看，專項(xiàng)練習(xí)必需服從動(dòng)態(tài)順應(yīng)性原那么據(jù)維爾霍山斯基，服從動(dòng)態(tài)順應(yīng)性原那么據(jù)維爾霍山斯基，即在以下五個(gè)方面都與競(jìng)賽相順應(yīng)：即在以下五個(gè)方面都與競(jìng)賽相順應(yīng)：l 運(yùn)動(dòng)幅度和方向；運(yùn)動(dòng)幅度和方向；l 運(yùn)動(dòng)有效幅度的重點(diǎn)區(qū)間；運(yùn)動(dòng)有效幅度的重點(diǎn)區(qū)間；l 作用力或肌力的大?。蛔饔昧蚣×Φ拇笮。籰 最大作用力發(fā)揚(yáng)的速率；最大作用力發(fā)