肌肉生物力學(xué)專題知識

肌肉生物力學(xué)專題知識肌肉生物力學(xué)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(xué)研究中是最具吸引力、最有挑戰(zhàn)性研究領(lǐng)域。肌肉力學(xué)性質(zhì)十分復(fù)雜，它跟組成肌肉各種成份力學(xué)特征相關(guān)，迄今為止大家依然在不停研究和探索之中。

肌肉生物力學(xué)專題知識第2頁6.1離體肌肉生物力學(xué)基礎(chǔ)肌肉組織結(jié)構(gòu)和生物學(xué)性質(zhì)決定了肌肉機能，肌肉機能改變亦會對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。所以，對肌肉組織結(jié)構(gòu)和生物學(xué)研究是對肌肉生物力學(xué)特征基礎(chǔ)研究之一，為反應(yīng)肌肉生物力學(xué)特征，建立用于描述肌肉力學(xué)特征模型。肌肉生物力學(xué)專題知識第3頁肌肉組織結(jié)構(gòu)

肌肉組織結(jié)構(gòu)和生物學(xué)性質(zhì)決定了肌肉機能，肌肉機能改變亦會對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。所以，對肌肉組織結(jié)構(gòu)和生物學(xué)研究是對肌肉生物力學(xué)特征基礎(chǔ)研究之一，為反應(yīng)肌肉生物力學(xué)特征，建立用于描述肌肉力學(xué)特征模型。肌肉生物力學(xué)專題知識第4頁肌纖維顯微結(jié)構(gòu)肌肉生物力學(xué)專題知識第5頁1、

肌肉結(jié)構(gòu)力學(xué)模型Hill（1950）提出一個由三個元素組成肌肉結(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），用此反應(yīng)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(guān)；

SEC表示肌漿球蛋白和肌動蛋白纖維、橫橋、Z盤以及結(jié)締組織固有彈性，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)下肌肉力學(xué)性質(zhì)。

Hill三元素肌肉模型（Hill,1950）肌肉生物力學(xué)專題知識第6頁骨骼肌結(jié)構(gòu)模型肌動蛋白（細）收縮成份肌球蛋白（粗）骨骼肌結(jié)構(gòu)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(xué)專題知識第7頁2、

肌肉結(jié)構(gòu)力學(xué)模型性質(zhì)1.

肌肉力（F）—

長度（L）關(guān)系

依據(jù)肌肉結(jié)構(gòu)力學(xué)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(jié)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(xué)專題知識第8頁收縮元（CC）力——長度曲線Gorden（1966）得到了肌肉準(zhǔn)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(guān)系進行調(diào)查（圖3-3）。利用肌纖維“橫橋理論”（Huxley1957）對這一關(guān)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(luò)數(shù)目最多。隨肌肉長度增加肌微絲被拉開，橫橋聯(lián)絡(luò)數(shù)目降低，張力隨之下降（④-⑤）。到達4μm時，橫橋無聯(lián)絡(luò)，張力下降為零。當(dāng)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(luò)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(guān)系（Gordon1966）肌肉生物力學(xué)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(xué)專題知識第10頁2、肌肉力（F）—速（V）關(guān)系

1938年Hill經(jīng)典工作奠定了肌肉力學(xué)基礎(chǔ)，他按照熱力學(xué)定律建立了反應(yīng)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(guān)系與實測結(jié)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(xué)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(guān)系；當(dāng)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(dāng)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(guān)系提醒，要取得收縮較大速度，負荷必須對應(yīng)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(xué)專題知識第12頁6.2在體肌肉收縮生物力學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)專題知識第14頁3、

負荷對肌肉收縮力學(xué)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?。杭∪饬α坎蛔恪Ｊ湛s速度下降：Hill方程。肌肉生物力學(xué)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(xué)專題知識第16頁4、

肌肉收縮功和功率肌肉能夠把化學(xué)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(yīng)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(guān)，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(guān)。肌肉生物力學(xué)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(guān)系圖3-6是受試者伸膝關(guān)節(jié)肌群測試結(jié)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(xué)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(biāo)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(yīng)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(xué)專題知識第19頁體育運動訓(xùn)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(xué)能轉(zhuǎn)換為機械功能力。肌肉生物力學(xué)專題知識第20頁功率曲線圖反應(yīng)了功率與肌肉收縮力及收縮速度關(guān)系。當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(jié)果。

肌肉生物力學(xué)專題知識第21頁肌肉功率性別、項目差異

專題素質(zhì)訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)

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

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??；

最大作用力發(fā)揮速率；肌肉工作狀態(tài)。

肌肉生物力學(xué)專題知識第22頁5、

肌肉與肌腱生物力學(xué)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(xué)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，