骨骼肌的力学模型在线视频

好 同学们大家好

今天我给大家来介绍

骨骼肌的力学模型

肌肉是人体最大的组织

约占体重的40%~45%

人体共有430多块肌肉

成对出现于人体左右侧

最强力的运动由不到80对肌肉完成

肌肉的基本功能是将化学能转变为机械能

这一转变过程

是通过肌肉的收缩力做功实现的

评价肌肉生物力学特征的指标

主要是肌肉收缩力

与肌肉收缩速度

为了更好地说明肌肉力学性能

英国生理学家希尔（A. V. Hill）

建立了由收缩元

并联弹性元和串联弹性元

三个元素组成的肌肉力学模型

所以肌肉结构力学模型又叫三元素模型

希尔是生物物理学的创立者

因为他在肌肉生理学方面的贡献

与另外一位德国科学家

一起获得了1922年诺贝尔生理学

或医学奖

三个元素联接方式如图所示

收缩元表现肌肉受到刺激

能够产生收缩的功能

通常认为其代表肌动蛋白微丝

和肌球蛋白微丝在受到刺激后

相对运动形成拉力

从而使肌肉张力和长度发生变化

并联弹性元

通常被认为代表收缩成分周围的组织

如肌外膜 肌束膜 肌内膜和肌纤维膜

串联弹性元被认为代表两种肌丝

和横桥的弹性

串联弹性元和并联弹性元

表现肌肉受到拉伸后

可以产生被动回缩的弹力

但拉伸长度和弹力之间为非线性关系

利用肌肉三元素模型

可以清楚地说明

肌肉主要的力学功能和表现

基于肌肉力学结构的三元素模型

我们首先讨论肌肉的张力和长度关系

肌肉的长度会影响肌肉产生张力的能力

力 长度关系表示了肌肉张力

随不同肌肉长度的变化

肌肉产生的张力

包括收缩元受到刺激产生的主动收缩力

和弹性元受到牵拉产生的被动张力两部分

所以肌肉长度-张力关系图

含有这两种力在不同长度下的变化曲线

从主动张力 长度曲线可以看出

收缩元在较短或较长的长度下

均不会达到最大主动收缩力

当肌节粗细肌丝相互重叠的最充分

而且横桥的数量最多时

能够产生最大主动收缩力

此时的长度（L0）称为静息长度

如果肌节被拉长

肌丝间的接触少

张力就会降低

肌节的长度被进一步拉长时

肌丝间几乎没有重叠

就不能产生主动张力

肌节的长度小于其静息长度时

细肌丝过度重叠至肌节的另一端

主动张力也会降低

被动张力长度曲线

显示肌肉长度在静息长度附近时

肌肉中弹性元成分开始被拉紧

被动张力随肌肉长度的增加而上升

但呈现非线性关系

将主动张力长度曲线

和被动张力长度曲线相加

即可得到肌肉总张力长度曲线

从总张力长度曲线可以看出

肌肉在短于静息长度时肌肉总张力

由主动张力产生

当肌肉逐渐被牵拉超过其静息长度时

被动张力开始出现

但主动张力开始下降

因此总张力表现为先稍有上升

再略微下降

其后随被动张力一起上升的这种状态

肌肉被牵拉的程度越大

肌肉的弹性成分产生的张力

在总张力中所占比例越大

因此运动员应重视肌肉发力的起始位置

使肌肉处于被拉长的位置开始发力

有利于增加用力效果

下面

我们再来看肌肉张力和速度之间的关系

肌肉张力相对于速度的关系

解释了充分激活的肌肉的力量

是怎样随速度而变化的

肌肉收缩力和速度之间关系的发现

同样要归功于A.V.Hill

从曲线中可以看出

肌肉向心收缩时

肌肉力量随着收缩速度的增加而下降

肌肉收缩力与收缩速度呈反比关系

肌肉向心收缩力量

和收缩速度之间的反比关系

说明在高速收缩的情况下

肌肉是不可能产生很大的力量的

这意味着等长肌力和肌肉速度

是两种截然不同的肌肉能力

例如运动员进行增大投掷速度的训练

应根据其专项动作中

器械载荷和速度的关系而有所不同

铅球运动员会进行高负荷

重复次数少的力量训练

而那些投掷器械较轻的项目

如标枪 垒球或者棒球的运动员

会进行低负荷

高速的力量训练

了解了肌肉力和长度关系

力和速度的关系特征之后

最后

我们再来看肌肉力和时间的关系

这个图可以说明肌肉受刺激时

力学效应的顺序性

当肌肉收缩时

先在肌肉的收缩元中产生张力

此时在肌肉的外部端还检测不到力的增长

缩短的收缩元将串联弹性元拉长

经过一段时间

只有使串联弹性元被拉到足够的长度

才能在肌肉的末端检测到力的变化

虽然肌肉的收缩成分

最少可在10毫秒内产生张力

但张力传到弹性成分

则最多需要300毫秒

因此只有主动收缩的时间够长

肌腱才能达到收缩成分

所能产生的最大张力

我们把肌肉由激活状态

到肌肉末端出现力学反应这段时间

叫做肌肉收缩的潜伏期

从这个图中我们可以看出

如果想缩短产生动作的肌肉收缩潜伏期

有两个办法

一 是在激活前拉长肌肉

缩短弹性元缓冲力的时间

有研究表明

如果在潜伏期内迅速拉长肌肉

则在肌肉末端测得的张力

要比拉长静止肌肉时的张力大得多

第二个办法

就是提前使肌肉处于激活状态

现已证明

肌肉在准备进行发力动作之前

通常已处于激活状态

如起跳前跖屈肌和伸膝肌的激活

再如腿部肌肉在跳跃落地前

15~25ms便已出现电活性

为了在即将运动的初始

就产生最大的肌肉力量

神经肌肉系统对肌肉激活的时间

必须非常精确

从肌肉力学结构的三元素模型我们知道

由于肌肉中弹性元的存在

拉长肌肉可以使肌肉产生被动张力

但是这种被动张力受拉长时间的影响

也就是会出现肌肉松弛现象

所谓肌肉松弛

是指被拉长的肌肉

其张力有随着时间的延长而下降的特性

这是肌肉中串联及并联弹性元

属粘弹性体的特性决定的

在完成动作过程中

当肌肉出现松弛现象时

会使肌肉的弹性力下降

如在做纵跳练习时

当下蹲到最低点后停顿一下再起跳

跳跃高度就很难达到最好成绩

这是因为停顿时

下肢在下蹲动作中被拉长的肌肉

及肌腱的弹性成分产生了松弛

好

关于肌肉力学模型和性质

我们就大体介绍完了

我们再总结下这节课的内容

首先

肌肉结构力学模型可以简化为收缩元

并联弹性元和串联弹性元三个元素

肌肉力学性质

由这三个元素的力学性质综合表现出来

肌肉力与长度 速度和时间有关

也就是说

在相等程度的刺激下

肌肉张力的大小决定于三个因素

第一 该瞬间肌肉的长度

第二 长度变化的速度

第三 从开始刺激时刻起

所经历的时间

因此

到达肌肉的同一种神经脉冲

引起不同的力学效应

这就要看受刺激的肌肉处于何种状态

好

这节课我们就讲到这

谢谢大家