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肌肉生物力学1


整块肌肉可以认为是由许多这样的模型混联 在一起的,模型的串联形成肌肉长度,模型 的并联形成肌肉的横向维度。整块肌肉的力 学性质就是由这些模型组成的系统来决定的。
根据这个模型的混联关系,可以理 解为,肌肉长度的增加对其收缩速 度有良好的影响,但不影响它的收 缩力;肌肉的生理横断面的增加会 导致肌肉的收缩力量的增加,但不 影响收缩速度。
1、缩短收缩:是指肌肉收缩所产生 的张力大于外加阻力时,肌肉缩短, 并牵引骨杠杆做相向运动的一种收 缩形式。缩短收缩时肌肉起点靠近, 又称向心收缩。如:屈肘、高抬腿跑
等。
依整个关节运动范围张力与负荷关 系,缩短收缩又可分为非等动收缩 (习惯上称为等张收缩)和等动收 缩两种。
①非等动收缩(等张收缩):在整 个负荷收缩过程中给定的负荷是恒 定的,而由于不同关节角度杠杆得 益不同和肌肉收缩长度变化的影响, 在整个关节移动范围内肌肉收缩产 生的张力和负荷是不等同的,收缩 的速度也不相同。
肌肉松弛的原因:
其原因是停顿使肌肉及肌腱中的弹 性成分产生了松弛,如果停顿时间 大于肌肉松弛出现的时间,则肌肉 所产生的弹性势能,就会完全消耗 掉,后续动作就只能单纯依靠肌肉 收缩完成。
(六)肌肉训练的原则: 1专门化原则:对所发展的肌肉力 量专门化训练,对运动员来说要 与专项相衔接。在对康复患者训 练中,要结合病人实际情况,制 定相应训练计划,有目的的进行 训练。
同时,比较肌肉收缩形式与发生的 延迟性肌肉疼痛的关系表明,拉长 收缩诱发肌肉疼痛最显著,而缩短 收缩则不明显,等长收缩时诱发的 肌肉疼痛比缩短收缩稍明显,但大 大低于拉长收缩。
(三)肌肉收缩的力学分析:
1、肌肉收缩的张力——速度特征: 肌肉收缩的张力与速度关系是指负 荷对肌肉收缩速度的影响。实验发 现,肌肉的收缩速度随肌肉收缩时 所对抗的负荷量(称后负荷)的变 化而变化,即随负荷的增加而减小。
3循环渐进原则:负荷的运用要合理而 逐渐的增强。 对于绝大多数康复患者来说,训练的 强度和总训练量也必须逐渐增强。特 别是长期卧床的病人,不同程度的存 在运动功能和心肺功能的下降,如果 突然的大幅度的提高病人的训练强度, 会给患者造成过度训练综合症,反而 会延续病人康复进程。
4可逆性原则:力量的获得是可逆的,它 可以衰退,肌肉也可能缩小,骨头和肌 肉纤维的连接也可能会变弱,为了维持 以获得的力量,患者要坚持持续练习。 一些经过系统康复的病人,出院后由于 缺少康复训练的氛围和治疗时的监督, 不能坚持完成执行康复训练计划,最终 会导致力量逐渐衰退,功能慢慢丧失。
依据此曲线特征,安排肌肉训练负 荷安排时应该注意: ①大强度的负荷训练安排,主要体 现为力量的提高,使曲线向左上偏 移明显。 ②小强度负荷的快速运动训练,主 要为速度力量优化,使曲线向右上 偏移明显。
肌肉的这种张力-速度关系曲线特征, 主要取决于肌肉的性质,肌肉收缩 时的张力的大小,取决于活化的横 桥数目,而肌肉收缩的速度即取决 于能量释放的速率和肌球蛋白ATP 酶的活性,与活化横桥数目无关。
2超负荷原则:人体力量训练具有适 应性,当一定负荷对机体刺激减小 时,就必须加大负荷量。康复时要 想达到增强肌肉力量的目的,所给 负荷应略高于现在肌肉力量的水平, 至少相当于是肌肉产生最大强度收 缩所需要负荷的60%,并持续的训 练6周,才能取得明显效果。
训练要有一定的运动强度、持续的 训练时间、合适的运动频率、保持 一段时间,并根据肌肉的收缩性选 择相对应的训练方法等五个基本条 件,才能达到增强肌力的目的。
粗肌丝由肌球蛋白分子组成,几百 个肌球蛋白分子构成横桥。细肌丝 由肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋 白三种成分组成。当横桥上的肌球 蛋白与细肌丝上的肌动蛋白相结合 时,拖动细肌丝向粗肌丝中央滑动, 实现肌肉收缩。
安静时原肌球蛋白将肌动蛋白上能 与横桥可逆结合的位点掩盖,从而 阻止横桥与肌动蛋白的结合,使肌 动蛋白处于抑制状态。肌钙蛋白对 Ca2+有很高的亲和力,很柔很容易与 Ca2+结合。在肌肉静息时,它像一把 钩子,把原肌球蛋白勾住,固定在 遮挡点的位置。
(可以理解为每段肌肉就是一段弹簧) 由此可见,弹簧的串联没能增加收缩力,但收 缩的速度增加。
若两个弹簧并联,在同样前提条件 下,收缩力为2F,由于伸展长度没 变,收缩速度仍是△x/△t。 因此弹簧并联时,表现是力量的增 加,而其收缩速度没有变。
(二)肌肉的收缩形式: 依肌肉收缩时的张力和长度变化, 可将肌肉收缩分为三类:缩短收 缩、拉长收缩和等长收缩。
(五)肌肉松弛:
生活中常见把橡皮绳长期拉长,在绳子上的张力会变 得松弛下来。人体骨骼肌也有类似现象,被拉长的肌 肉张力随时间延长而变小。
人们把被拉长的肌肉张力随时间的 延长而下降的特性称为肌肉松弛, 这是由于肌肉的粘弹性所决定的。
在完成动作过程中,当肌肉出现松 弛现象,会使肌肉弹性形变能力下 降。如在做纵跳练习时,当下蹲到 最适宜处长度是,如果停顿时间过 长,肌肉会出现松弛现象,导致肌 肉张力下降,而影响纵跳成绩。
实验表明肌肉张力——长度特征为: 随肌肉长度的增长,肌力在一定区 域内上升,达到一定长度表现出相 对稳定的平台期,平台期之后,肌 力随长度的增长而下降。
(四)、肌的运动适应机制:
1、超量恢复原理:人体运动中消耗 的能源物质在运动后一段时间内不 仅恢复到原来水平,甚至超过原来 水平,这种现象称为“超量恢复” 或“超量代偿”,这种现象保持一 段时间后,又回到原来水平。
5区别对待原则: 患者之间训练差异比运动员要大, 由于每一位患者的原发病、并发症、 性别、年龄等都不一样,因此在制 订力量训练计划时,必须要注意个 体化,区别对待。
6练习顺序: 力量训练要动用大量肌肉群。大肌肉群 的训练应安排在训练开始部分,通常练 习顺序是全身练习、下肢多关节练习 (如深蹲、压腿等);下肢单关节练习 (如踝关节和小腿伸展练习);上肢多 关节练习(如俯卧撑、仰卧起坐);上 肢单关节练习(绕臂、压腕等)。
人体肌肉在运动后疲劳恢复遵循超 量恢复理论,因此,超量恢复是肌 训练学的基础。因为在下一次肌力 训练时,是在前一次肌力训练的超 量恢复阶段内进行,那么肌的形态 和功能就会以该超量恢复阶段的生 理功能水平为起点,进行运动周期 循环,使肌的形态和功能得到逐步 发展。
2、肌的增大:力量训练引起的肌纤 维增大的显著表现就是肌纤维体积 或横截面积的增加。
因为当负荷较大时,有更多的横桥处于活化状 态,以增加肌肉张力,但却抑制ATP的水解, 减低能量释放率,从而使肌收缩速度减慢。
2、肌肉张力 ——长度特征:是指肌肉收缩前 的初长度对肌肉收缩时产生的张力影响。
如果在肌肉收缩前就给予肌肉一定的负荷(称为前 负荷),使肌肉拉长以改变初长度,当肌肉初长度 增加到某一长度时,肌为肌肉的静息长度, 约为平衡长度(零负荷的肌肉长度)的125%。因为 此时粗肌丝和细肌丝处于最理想的重叠状态,使收 缩起作用的横桥数目达最大,此时肌肉收缩能力产 生最大张力。
在作最大等动收缩时,肌肉产生的张力在整 个关节范围,都是其能力的100%。因而采用 等动收缩形式发展力量可使肌肉在关节整个 运动范围都得到最大锻炼。
2、拉长收缩:当肌肉收缩所产生的 张力小于外力时,肌肉积极收缩但 被拉长,这种收缩形式称为拉长收 缩。拉长收缩时肌肉起止点逐渐远 离,又称离心收缩。
例如:屈肘举起恒定负荷时,肱二头肌在关节 角度为115°-----120°时最大,关节角度为 30°时最小。因此,在非等动收缩中所能举起 的最大重量,只能是张力最小的关节角度所能 承受的最大重量。
②等动收缩:是通过专门的等动负荷器 械来实现的。该器械使负荷随关节运动 进程得到精确调整,即在关节角度的张 力弱点负荷最小,而在关节角度张力的 最强点负荷最大。因此,在整个关节范 围内肌肉产生的张力始终与负荷等同, 肌肉能以恒定速度或等同的强度收缩。
康复训练的运动顺序不同于运动员, 练习顺序是全身练习热身,针对患 者的功能所涉及的肌肉,进行力量 训练,最后进行整体运动、。
7 肌肉平衡发展原则:
肱二头肌和肱三头互称为拮抗肌、股四 头和股后群肌互称为拮抗肌,腹肌和背 肌互称为拮抗肌;肌肉平衡发展训练就 是要运动员必须发展周围所有肌肉,某 一侧肌肉过度发展,使肌肉发展不平衡, 会造成潜在的关节不稳固,运动过程中 会受伤,肌肉平衡发展通常表现为对侧 肌群的力量比例(股四头肌,股二头肌)
3、等长收缩:当肌肉收缩产 生的张力等于外力时,肌肉 积极收缩但长度不变,这种 收缩形式称为等长收缩。
等长收缩时负荷未发生位移,从物 理学角度认识,肌肉没有做外功, 但仍消耗很多能量。等长收缩是肌 肉静力性工作的基础,在人体运动 中对运动环节固定、支持和保持身 体某种姿势起重要作用。
另外,有人对三种肌肉收缩形式产 生的张力水平进行研究表明:拉长 收缩产生的力量大大超过等长和缩 短收缩。拉长收缩产生的力量的比 缩短收缩大50%,比等长收缩大 25%左右。即,三种肌肉收缩力量 水平由大到小依次是拉长收缩、等 长收缩和缩短收缩。
六、肌肉生物学
人体有600多块肌肉,每一块肌肉都是一 个器官,它包括中间的肌腹和两端的腱部 分。在正常情况下,肌肉收缩时由神经冲 动引起的。肌细胞是骨骼肌的主要结构单 位,又被称为肌纤维,每一肌纤维个包含 上千条肌原纤维,每一肌原纤维又分为许 多相互联系的节段,称肌小节。肌小节是 实现肌肉收缩和舒张的基本的功能单位。 肌小节内有明带细肌丝,暗带粗肌丝,肌 肉收缩时,明带长缩短,暗带长不变,即 细肌丝向粗肌丝滑动。
拉长收缩产生的张力方向与阻力方向 相反,肌肉做负功。在体育运动中拉长 收缩起着制动、减速和克服重力等作用。
在运动实践中,拉长收缩又往往与缩短 收缩联系在一起,形成所谓牵张一缩短 环,即肌肉在缩短收缩前先进行拉长收 缩,使肌肉被牵拉伸长,在紧接着的缩 短收缩时,使可产生更大的力量。例如, 跑步时,支撑腿后蹬前的屈髋、屈膝等, 使臀大肌、股四关肌被预先拉长,为后 蹬时的伸髋、伸膝发挥更大的肌肉力量 创造了条件。
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