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1、肌肉力学特性,肌肉力学特性,肌肉（骨骼肌）是人体运动系统重要的组成部分，是人体运动的动力来源。可以说肌肉在生物力学研究中是最具吸引力、最有挑战性的研究领域。肌肉的力学性质十分复杂，它跟组成肌肉各种成份的力学特性有关。,肌肉力学特性,对肌肉特性的研究早在一百年前就有。除了从解剖、生理和生化的角度研究肌肉的结构、功能、代谢以及肌肉的神经控制以外，对肌肉生物力学特性的研究越来越得到重视。由于肌肉的力学特性比较复杂，研究方法、实验条件的不同得到的结果也不尽相同，尤其在活体条件下，涉及到影响肌肉特性的研究就更为困难，它在神经冲动、体液循环及疲劳等影响下所具有的变异性较大，因而研究肌肉的生物力学特性是极其
2、复杂的任务,复习：肌纤维组成小肌束-大肌束-由大的肌束合并形成整块肌肉。在肌肉和肌束外有结缔组织包绕（肌纤维膜、肌束膜等），肌肉两端还有肌腱附着有骨骼上，肌肉收缩时则产生运动。对肌肉结构与功能的研究大大促进了肌肉生物力学特性的研究。包括肌纤维的组成及其结构，红白肌纤维的比例等都已经证实与相关运动能力有关,肌肉的结构,肌纤维的显微结构,当前普遍接受的肌肉收缩和力产生的机制是微丝滑动理论与横桥理论的结合。,一、离体肌肉生物力学特性,肌肉结构力学模型由三个部分组成，称为肌肉的三元素模型：1 收缩元：它代表肌节中的肌动蛋白微丝和肌球蛋白微丝。兴奋 时可产生张力，称主动张力。其张力与它们的横桥数目有关,
3、2 并联弹性元：代表肌束膜及肌纤维等结缔组织，即包绕肌肉的结缔组织。表现松弛状态下肌肉的力学性质,3 串联弹性元：代表肌纤维的固有弹性。肌浆球蛋白和肌动蛋白纤维、横桥、Z盘以及结缔组织的固有弹性。,肌肉结构力学模型,2 肌肉结构力学模型性质,1）肌肉张力-长度特性2)肌肉收缩力速度特性,肌肉张力-长度特性（1）收缩元张力-长度曲线,收缩元的张力随长度而变化，表现最大张力的长度称肌肉静息长度问题：为什么大于或小于静息长度肌肉张力均要小？,肌节长度与等长张力关系（Gordon 1966）,不同项目运动员间肌肉长度特性,活体肌肉的不同特性专项动作的肌肉收缩条件,根据肌肉结构力学模型，肌肉力的构成是收
4、缩元（CC）、串联弹性元（SEC）和并联弹性元（PEC）叠加的结果。肌肉的平衡长度是指肌肉被动张力为零时,肌肉所能达到的最大长度并联弹性元代表结缔组织中的弹性纤维，当受拉时产生弹力，由于肌肉是粘弹性体，被动张力与长度呈非线性的关系。,（2）并联弹性元被动张力-长度曲线,被动张力:是指肌肉工作时并联弹性成分的张力。,stack length,根据肌肉力学模型推断，在体肌活动时，其主动张力与被动张力同时存在，因此在体肌肉张力是主动张力与被动张力之和。称为肌肉的总张力-长度曲线,下肢一般是羽状肌如A;上肢肌如缝匠肌B,（3）肌肉总张力长度曲线,肌肉平衡长度对肌肉总张力影响较大，如果肌肉结构中结缔组织
5、较多，则肌肉拉伸时，并联弹性元的被动张力能较早出现，对肌肉总张力贡献较大,肌肉的这种张力关系及最佳的初长度的发现，在体育运动中有重要作用，一般为使肌肉发挥出更大的力量和速度，可通过该肌肉的放松和对抗肌的先主动收缩，使主动肌肉在收缩前适当拉长。另外，由于肌肉肌腱能发挥更大的弹性能，要尽量利用肌肉退让收缩储存的弹性能。跳跃，投掷举例投掷标枪时手的后撤动作,（3）体育运动中运用,2、肌肉力（F）速度（V）关系,1938年Hill的经典工作奠定了肌肉力学基础，他按照热力学定律建立了反映肌肉收缩力速度特性的Hill方程：,方程中F0为肌肉挛缩时的张力，F为松开肌肉一端后肌肉的张力，V为肌肉缩短速度，a为
6、肌肉张力单位常量，b为肌肉收缩速度单位常量。Hill方程所描述出肌肉的FV关系与实测结果具有较好的一致性（图3-5）。,图3-5 挛缩蛙缝匠肌快速释放实测肌肉F-V 曲线与 Hill方程比较（Hill 1938）,2、肌肉力（F）速度（V）关系,在一定的范围内，肌肉收缩产生的张力和速度大致呈反比关系；当后负荷增加到某一数值时，张力可达到最大，但收缩速度为零，肌肉只能作等长收缩；当后负荷为零时，张力在理论上为零，肌肉收缩速度达到最大。肌肉收缩的张力-速度关系提示，要获得收缩的较大速度，负荷必须相应减少；要克服较大阻力，即产生较大的张力，收缩速度必须缓慢。,向心收缩：肌肉收缩时肌肉缩短离心收缩（退
7、让式收缩）：肌肉张力小于外部助力时的收缩等长收缩：肌肉收缩时长度不变,肌张力与肌肉向心收缩速度的关系,肌张力与肌肉离心收缩速度的关系实验表明：一般来讲，离心收缩力等长收缩力向心收缩力 P201,1肌张力与肌肉收缩速度的关系,肌肉力量增长后的收缩速度变化,二、在体肌肉收缩的生物力学,1、肌肉的激活状态在神经脉冲影响下，肌肉的收缩成分出现激活状态。把肌肉兴奋时其收缩成分力学状态的变化称为肌肉的激活状态。,我们把肌肉从肌肉激活到肌肉产生收缩的时间叫肌肉收缩的潜伏期。,在体肌肉收缩生物力学,短跑支撑腿着地时肌肉电活动的表现,被拉长的肌肉，其张力有随着时间的延长而下降的特性，这一特性称为肌肉松驰。原因是
8、由于肌肉的串联并联弹性元的粘弹性体的特性所决定的。例：下蹲停顿与不停顿对起跳高度的影响。,2、肌肉的松驰：,1）动作潜伏期延长：表现在串联弹性元和并联弹性元的“粘滞性”，和克服阻力的时间增加。肌肉预伸的意义：（如起跑）P1922）收缩幅度减小：肌肉力量不足。3）收缩速度下降,3、载荷对肌肉收缩力学特性的影响,4 肌肉收缩功、功率,肌肉可以把化学能转变为机械能，在能量转换过程中肌肉克服阻力使物体发生位移，肌肉做了功。肌肉“等长收缩”时，克服阻力，外部负荷不产生位移，没有做机械功。但消耗了能量，这时肌肉做了“生理功”。肌肉做功时所克服的阻力，包括肌肉的内部阻力和外部阻力。因此，肌肉做功相应分为内功
9、与外功。,收缩形式 张力与位移的方向 功 向心收缩 同向 正 离心收缩 反向 负 等长收缩 无位移 无,肌肉收缩的功率等于肌肉收缩力与其该瞬时的收缩速度的乘积。,载荷大时做功大，载荷小时做功小当载荷为零或很小时，或载荷很大时，肌肉功率很小，当载荷与收缩速度达到一定程度时（速度与载荷都为最大值的1/3），功率最大p194，问题：力量训练爆发力时选取重量的依据，目的是什么?,体育运动训练中“爆发力”的概念指的就是肌肉功率肌肉功率存在着性别差异和专项差异,肌肉功率与载荷,专项素质训练的原则 从生物力学观点来看，专项练习必须遵从动态适应性原则（据维尔霍山斯基），即在以下五个方面都与比赛相适应动态适应性
10、原则：1）动作的幅度与方向2）运动的有效幅度与重点区3）作用力的大小4）最大作用力的发挥速率5）肌肉工作形式,肌肉功率与专项运动素质练习,如膝关节进行从70伸展到180的力量训练，结果显示所有训练角度下力量均获得有效的增长；从130伸展到180的力量练习，力量仅在相邻的角度获得增长（Zatsiorsky，1995）,肌肉和肌腱，可以储存形变势能，完成动作前给予肌肉预张力，可以使后续动作效果更佳。,SSC类动作：利用肌肉的弹性牵张反射？,肌腱中腱梭对张力的影响在人体一般范围内，刺激能增加肌肉张力过度的力-产生保护-发软（回路）震动、跳深等练习能降低人的保护机能，提高起跳能力,5、肌肉与肌腱的生物
11、力学性能对运动的影响,以肌肉外部长度变化来确定肌肉收缩形式向心收缩：肌肉主动收缩，长度缩短退让性收缩：肌肉主动收缩，但主动力小于阻力而被拉长的收缩等长收缩：肌肉长度不变，但有内部收缩,力量训练方式的思考：讲解，注意听,肌肉收缩形式与其性质,肌电测量的仪器,肌电测量,肌电测量,肌电的优点,肌电能确定肌肉的活动状态肌电能反映肌肉的激活程度肌电能反映肌肉的力量状况,应用肌电时的注意点,肌电的量与肌肉力量有一定的关系，在等长收缩情况下，肌电量与肌肉力量成正比关系，而在肌肉向心收缩中，肌电量与肌肉收缩力量间并不成线性关系，肌肉离心收缩情况下肌肉表现较高的肌肉力量值时,肌电值反而变小。因此完全用肌电值来反映肌肉力量还有很多工作要做，可以说应肌电值来正确反映肌肉力量还不太可能。但肌电图由于反映出肌肉兴奋的状况，因此也有很多学者测量肌电用来研究环节运动的原动肌。,短跑下肢主要肌肉肌电,1.胫骨前肌 2.比目鱼肌 3.腓肠肌 4.股内侧肌 5.股直肌 6.骨外侧肌 7.股二头肌 8.臀大肌,思考题,1、简述Hill肌肉三元素力学模型的组成。2、简述负荷对肌肉收缩力学特性有那些影响？3、什么是肌肉的“松弛”现象？试结合体育运动中的动作对其举例进行说明。4、技术训练中延长肌肉的初长度有何意义。,
