剛度與肌肉肌腱單元（MTU）

剛度與肌肉肌腱單元（MTU）肢體的剛度會影響運動表現(xiàn)，且剛度是描述質(zhì)心或關(guān)節(jié)角度隨著力的改變而發(fā)生變化的指標，剛度可以簡單地描述為物體在受到給定力時抵抗長度變化的能力。肢體剛度主要受到肌腱剛度的影響。當考慮肌肉肌腱單元(MTU)的剛度時，我們可以看到有被動成分（肌腱、結(jié)締組織等）和主動成分（肌肉）。在這里，MTU可以被認為是一個可變剛度系統(tǒng)，因為肌腱的形變與力之間可能存在線性關(guān)系（如果我們認為它是彈性的），而肌肉可以通過運動單位募集改變其剛度。除此之外，肌腱具有粘彈性，因此拉伸量不僅取決于載荷，還取決于拉長的時間。因此，當被動成分是整體剛度的主要組成部分時，研究中所發(fā)現(xiàn)的差異可能有一部分是彈性成分的數(shù)量差異以及這些結(jié)構(gòu)承受載荷的時間差異。因此，簡單地測量力和位移的所得到的剛度掩蓋了構(gòu)成MTU中的各個組分所發(fā)生的情況。MTU剛度與力的發(fā)展速率在運動表現(xiàn)方面，可以認為更大的MTU剛度將有助于提高力的發(fā)展速度。如果我們假設(shè)肌肉激活程度與系統(tǒng)剛度變化相一致，那么可以通過參考Hill力-速度曲線來解釋。例如，當肌肉在固定的外部負荷（等長收縮）下從靜止狀態(tài)收縮時，由于肌腱的阻力，肌肉收縮速度會降低，“更硬”的被動串聯(lián)成分將使肌肉在給定的時間段內(nèi)產(chǎn)生更大的力。MTU通過骨骼系統(tǒng)與外部環(huán)境相互作用，可以簡單地在等長型收縮中或者是在動態(tài)運動看到。因此，為了使肌肉產(chǎn)生更大的力量，它必須在外部受到一定質(zhì)量或慣性影響。即為了獲得最佳的力量發(fā)展速度，需要有足夠的外部載荷，以使肌肉和肌腱能夠以最佳狀態(tài)工作。此時，可以簡單地理解為外力=質(zhì)量×加速度或轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動慣量×角加速度。最大的力量發(fā)展速率可以通過靜態(tài)收縮來實現(xiàn)，所以看不到外部運動，力量可以在MTU中相對快速地發(fā)展。然而，就動態(tài)表現(xiàn)而言，可能需要在“最適”力和速度水平的情況下發(fā)展最大功率，這將使肌肉以一定速度縮短，發(fā)展出最大的力量。當肌肉處于激活狀態(tài)時，會有最佳的縮短速度，此時肌肉的工作效率最高。這些速度大約在最大縮短速度的五分之一到三分之一之間，更快的纖維在更高的縮短速度下達到最高效率。較長的肌纖維與較短的肌纖維相比，能夠在不超過最佳肌節(jié)縮短速度的情況下產(chǎn)生較高的速度，因為縮短速度是沿著肌節(jié)累加的。然而，被激活的肌節(jié)越多，能量消耗就越多，因此這是在短纖維和長纖維之間的一種權(quán)衡，短纖維具有更低的激活成本，而長纖維能夠產(chǎn)生更大的收縮速度。已證明在快肌纖維中縮短速度約為最大速度的25%時產(chǎn)生最大功率，在慢肌纖維中縮短速度約為最大速度的8%。因此一系列彈性成分和相關(guān)收縮成分之間的相互作用可以影響功率的輸出，也可以影響肌肉做功的能力。MTU剛度與彈性勢能若需要在較高的速度下產(chǎn)生力，一個剛度相對較高的MTU可能是適合的。然而，不太清楚的是在需要彈性儲存和釋放時，一個剛度較高的系統(tǒng)能不能像一個剛度較低的系統(tǒng)一樣存儲彈性能量。當用MTU描述剛度時，我們既包括肌腱的被動成分，也包括肌肉的主動成分。因此，在整體剛度方面，依賴于哪個部分占主導(dǎo)地位將決定系統(tǒng)存儲和釋放能量的能力。例如，小腿MTU可以看到包含相對較大的跟腱彈性成分和小腿三頭肌收縮成分。如果肌腱相對較硬，它將需要一個較高剛度的主動成分來利用它的彈性存儲潛力，在負載時，肌肉可能會縮短，而不是伸長，將勢能儲存在肌腱內(nèi)。因此，存儲能量的回彈釋放對運動表現(xiàn)可能是有益的，但是總剛度各個組分之間的關(guān)系是不清楚的。例如，在跳躍或短跑等力量項目中，肌腱可以被視為力量增幅器;

而在經(jīng)濟性的項目中（如馬拉松），肌腱彈性能量的儲存和釋放將有助于減少肌肉工作。有一點很關(guān)鍵，那就是肌腱的剛度與需要與肌肉產(chǎn)生力的能力相匹配，不然很容易產(chǎn)生肌腱結(jié)構(gòu)的損傷。例如，如果肌肉通過等長收縮或離心收縮緩沖高空著地時的慣性，肌肉通過肌腱傳遞這些力，可能導(dǎo)致肌腱拉傷。參考文獻[1]Pearson,S.J.,McMahon,J.LowerLimbMechanicalProperties.SportsMed42,929–940(2012).[2]PearsonSJ,OnambeleGNL.Influenceoftimeofdayontendoncomplianceandestimationsofvoluntaryactivationlevels.MuscleandNerve2006;33(6):792-800[3]PearsonSJ,BurgessK,OnambeleGN.Creepandtheinvivoassessmentofhumanpatellartendonmechanicalproperties.ClinicalBiomechanics2007Jul;22(6):712-7[4]HeZH,BottinelliR,PellegrinoMA,etal.ATPconsumptionandefficiencyofhumansinglemusclefiberswithdifferentmyosinisoformcomposition.BiophysJ2000Aug;79(2):945-61[5]PerlDP,DaoudAI,LiebermanDE.Effectsoffootwearandstriketypeonrunningeconomy.MedSciSportsExerc2012;44(7):1335-43[6]LichtwarkGA,BarclayCJ.Theinfluenceo