1、l肌肉（骨骼肌）是人體運動系肌肉（骨骼肌）是人體運動系統(tǒng)重要的組成部分，是人體運統(tǒng)重要的組成部分，是人體運動的動力來源。可以說肌肉在動的動力來源。可以說肌肉在生物力學研究中是最具吸引力、生物力學研究中是最具吸引力、最有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域。肌肉最有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域。肌肉的力學性質(zhì)十分復雜，它跟組的力學性質(zhì)十分復雜，它跟組成肌肉各種成份的力學特性有成肌肉各種成份的力學特性有關(guān)，迄今為止人們?nèi)匀辉诓粩嚓P(guān)，迄今為止人們?nèi)匀辉诓粩嗟难芯亢吞剿髦小５难芯亢吞剿髦小?l肌肉的組織結(jié)構(gòu)和生物學性質(zhì)決定了肌肉肌肉的組織結(jié)構(gòu)和生物學性質(zhì)決定了肌肉的機能，肌肉機能的變化亦會對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)的機能，肌肉機能的變化亦會對其

2、結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。因此，對肌肉組織結(jié)構(gòu)和生物學生影響。因此，對肌肉組織結(jié)構(gòu)和生物學的研究是對肌肉生物力學特性的基礎(chǔ)研究的研究是對肌肉生物力學特性的基礎(chǔ)研究之一，為反映肌肉的生物力學特性，建立之一，為反映肌肉的生物力學特性，建立用于描述肌肉力學特性的模型。用于描述肌肉力學特性的模型。 l肌肉的組織結(jié)構(gòu)和生物肌肉的組織結(jié)構(gòu)和生物學性質(zhì)決定了肌肉的機學性質(zhì)決定了肌肉的機能，肌肉機能的變化亦能，肌肉機能的變化亦會對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。會對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。因此，對肌肉組織結(jié)構(gòu)因此，對肌肉組織結(jié)構(gòu)和生物學的研究是對肌和生物學的研究是對肌肉生物力學特性的基礎(chǔ)肉生物力學特性的基礎(chǔ)研究之一，為反映肌肉研究之一，為反映肌

3、肉的生物力學特性，建立的生物力學特性，建立用于描述肌肉力學特性用于描述肌肉力學特性的模型。的模型。 肌纖維的顯微結(jié)構(gòu)肌纖維的顯微結(jié)構(gòu) Hill Hill（19501950）提出一個由三個元）提出一個由三個元素組成的肌肉結(jié)構(gòu)力學模型（圖素組成的肌肉結(jié)構(gòu)力學模型（圖3-23-2），即收縮元（），即收縮元（CCCC）、串聯(lián)彈）、串聯(lián)彈性 元 （性 元 （ S E CS E C ） 和 并 聯(lián) 彈 性 元） 和 并 聯(lián) 彈 性 元（PECPEC），用此反映肌肉的功能。），用此反映肌肉的功能。 CC代表可以相對滑動的肌漿球蛋代表可以相對滑動的肌漿球蛋白和肌動蛋白纖維絲，其張力與白和肌動蛋白纖維絲，其張力

4、與它們的橫橋數(shù)目有關(guān)；它們的橫橋數(shù)目有關(guān)； SEC表示表示肌漿球蛋白和肌動蛋白纖維、橫肌漿球蛋白和肌動蛋白纖維、橫橋、橋、Z盤以及結(jié)締組織的固有彈性，盤以及結(jié)締組織的固有彈性，設(shè)它為完全彈性體；設(shè)它為完全彈性體；PEC表示肌表示肌纖維膜、肌束膜等結(jié)締組織，表纖維膜、肌束膜等結(jié)締組織，表現(xiàn)松弛狀態(tài)下肌肉的力學性質(zhì)。現(xiàn)松弛狀態(tài)下肌肉的力學性質(zhì)。 Hill三元素肌肉模型（Hill, 1950）骨骼肌的結(jié)構(gòu)模型骨骼肌的結(jié)構(gòu)模型 肌動蛋白（細）肌動蛋白（細） 收縮成分收縮成分 肌球蛋白（粗）肌球蛋白（粗） 骨骼肌的結(jié)構(gòu)模型骨骼肌的結(jié)構(gòu)模型 并聯(lián)彈性成分并聯(lián)彈性成分 彈性成分彈性成分 串聯(lián)彈性成分串聯(lián)彈性

5、成分 1. 1. 肌肉力（肌肉力（F F） 長度（長度（L L）關(guān)系）關(guān)系 根據(jù)肌肉結(jié)構(gòu)力學模型，肌肉力的構(gòu)成是收縮元（根據(jù)肌肉結(jié)構(gòu)力學模型，肌肉力的構(gòu)成是收縮元（CC）、串聯(lián)）、串聯(lián)彈性元（彈性元（SEC）和并聯(lián)彈性元（）和并聯(lián)彈性元（PEC）疊加的結(jié)果。）疊加的結(jié)果。 概念概念: : 肌肉平衡長度（自由長度）：肌肉平衡長度（自由長度）：肌肉無被動張力時的最大長度。肌肉無被動張力時的最大長度。 肌肉的凈息長度：肌肉的凈息長度：收縮元（收縮元（CC）表現(xiàn)出最大張力時的肌肉長度。）表現(xiàn)出最大張力時的肌肉長度。約為平衡長度約為平衡長度1.25倍。倍。 被動張力被動張力: 是指肌肉工作時并聯(lián)彈性成分

6、的張力。是指肌肉工作時并聯(lián)彈性成分的張力。 肌肉凈收縮力肌肉凈收縮力: 指收約縮成分收縮時產(chǎn)生的張力。指收約縮成分收縮時產(chǎn)生的張力。 總張力總張力: 被動張力與凈收縮力之和。被動張力與凈收縮力之和。lGorden（1966）得到了肌肉精確數(shù)據(jù)，他對）得到了肌肉精確數(shù)據(jù)，他對蛙單個肌纖維肌節(jié)長度在蛙單個肌纖維肌節(jié)長度在1.27和和3.65（為為微米）之間變化與其產(chǎn)生力的變化關(guān)系進行微米）之間變化與其產(chǎn)生力的變化關(guān)系進行調(diào)查（圖調(diào)查（圖3-3）。運用肌纖維）。運用肌纖維“橫橋理論橫橋理論”（Huxley 1957）對這一關(guān)系進行解釋。肌肉）對這一關(guān)系進行解釋。肌肉在靜息長度下收縮元表現(xiàn)出的肌力最大

7、（在靜息長度下收縮元表現(xiàn)出的肌力最大（-），此時肌微絲之間的橫橋聯(lián)系數(shù)目最多。），此時肌微絲之間的橫橋聯(lián)系數(shù)目最多。隨肌肉長度增加肌微絲被拉開，橫橋聯(lián)系數(shù)隨肌肉長度增加肌微絲被拉開，橫橋聯(lián)系數(shù)目減少，張力隨之下降（目減少，張力隨之下降（-）。達到）。達到4m時，橫橋無聯(lián)系，張力下降為零。當肌肉縮時，橫橋無聯(lián)系，張力下降為零。當肌肉縮短小于靜息長度時，橫橋重疊產(chǎn)生干擾，使短小于靜息長度時，橫橋重疊產(chǎn)生干擾，使其聯(lián)系數(shù)目減少，導致張力下降（其聯(lián)系數(shù)目減少，導致張力下降（-），這一過程將一直繼續(xù)的全部重疊為止。），這一過程將一直繼續(xù)的全部重疊為止。雖然這一過程中肌肉張力明顯下降，但張力雖然這一過程中

8、肌肉張力明顯下降，但張力不可能降為零。不可能降為零。 圖圖3-3肌節(jié)長度與等長張力關(guān)系肌節(jié)長度與等長張力關(guān)系（Gordon 1966）l1938年年Hill的經(jīng)典工作奠定了的經(jīng)典工作奠定了肌肉力學基礎(chǔ)，他按照熱力肌肉力學基礎(chǔ)，他按照熱力學定律建立了反映肌肉收縮學定律建立了反映肌肉收縮力速度特性的方程：力速度特性的方程： baFbVaF)()()(0方程中方程中F0為肌肉攣縮時的張力，為肌肉攣縮時的張力，F(xiàn)為松開肌肉一端后肌肉的張為松開肌肉一端后肌肉的張力，力，V為肌肉縮短速度，為肌肉縮短速度，a為肌為肌肉張力單位常量，肉張力單位常量，b為肌肉收為肌肉收縮速度單位常量。縮速度單位常量。Hill方

9、程所方程所描述出肌肉的描述出肌肉的FV關(guān)系與實測關(guān)系與實測結(jié)果具有較好的一致性（圖結(jié)果具有較好的一致性（圖3-5）。）。 圖圖3-5 攣縮蛙縫匠肌快速釋攣縮蛙縫匠肌快速釋放實測肌肉放實測肌肉F-V 曲線與曲線與 Hill方方程比較（程比較（Hill 1938）l該曲線說明：在一定的范圍內(nèi)，肌肉收縮產(chǎn)生該曲線說明：在一定的范圍內(nèi)，肌肉收縮產(chǎn)生的張力和速度大致呈反比關(guān)系；當后負荷增加的張力和速度大致呈反比關(guān)系；當后負荷增加到某一數(shù)值時，張力可達到最大，但收縮速度到某一數(shù)值時，張力可達到最大，但收縮速度為零，肌肉只能作等長收縮；當后負荷為零時，為零，肌肉只能作等長收縮；當后負荷為零時，張力在理論上為

10、零，肌肉收縮速度達到最大。張力在理論上為零，肌肉收縮速度達到最大。肌肉收縮的張力肌肉收縮的張力-速度關(guān)系提示，要獲得收縮速度關(guān)系提示，要獲得收縮的較大速度，負荷必須相應(yīng)減少；要克服較大的較大速度，負荷必須相應(yīng)減少；要克服較大阻力，即產(chǎn)生較大的張力，收縮速度必須緩慢。阻力，即產(chǎn)生較大的張力，收縮速度必須緩慢。 1、 肌肉的激活狀態(tài)肌肉的激活狀態(tài)l在神經(jīng)脈沖影響下，肌肉的收縮成分出現(xiàn)激活狀態(tài)。在神經(jīng)脈沖影響下，肌肉的收縮成分出現(xiàn)激活狀態(tài)。把肌肉興奮時其收縮成分力學狀態(tài)的變化稱為肌肉的把肌肉興奮時其收縮成分力學狀態(tài)的變化稱為肌肉的激活狀態(tài)。激活狀態(tài)。我們把肌肉從肌肉激活到肌肉我們把肌肉從肌肉激活到肌

11、肉產(chǎn)生收縮的時間叫肌肉收縮的產(chǎn)生收縮的時間叫肌肉收縮的潛伏期。潛伏期。 2 2、 肌肉的松弛肌肉的松弛l肌肉松弛：被拉長的肌肉，其張力有隨時間的肌肉松弛：被拉長的肌肉，其張力有隨時間的延長而下降的特性，這一特性稱為肌肉松弛。延長而下降的特性，這一特性稱為肌肉松弛。它是由肌肉串聯(lián)和并聯(lián)彈性元屬于粘彈性體的它是由肌肉串聯(lián)和并聯(lián)彈性元屬于粘彈性體的特性決定的。特性決定的。 3、 負荷對肌肉收縮力學特性的影響負荷對肌肉收縮力學特性的影響動作的潛伏期延長：表現(xiàn)在串聯(lián)彈性元和并動作的潛伏期延長：表現(xiàn)在串聯(lián)彈性元和并聯(lián)彈性元的聯(lián)彈性元的“粘滯性粘滯性”，和克服阻力的時間，和克服阻力的時間增加。增加。肌肉收縮

12、幅度減小：肌肉力量不足。肌肉收縮幅度減小：肌肉力量不足。收縮速度下降：收縮速度下降：Hill方程。方程。動作的潛伏期延長動作的潛伏期延長肌肉收縮幅度減小肌肉收縮幅度減小收縮速度下降收縮速度下降4、 肌肉的收縮功和功率肌肉的收縮功和功率 肌肉可以把化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，在能量轉(zhuǎn)換過程中肌肉可以把化學能轉(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。肌肉肌肉克服阻力使物體發(fā)生位移，肌肉做了功。肌肉“等等長收縮長收縮”時，克服阻力，外部負荷不產(chǎn)生位移，沒有做時，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，這時肌肉做了機械功。但消耗了能量，這時肌肉做了“生理功生理功”

13、。肌。肌肉做功時所克服的阻力，包括肌肉的內(nèi)部阻力和外部阻肉做功時所克服的阻力，包括肌肉的內(nèi)部阻力和外部阻力。因此，肌肉做功相應(yīng)分為內(nèi)功與外功。力。因此，肌肉做功相應(yīng)分為內(nèi)功與外功。 通常所講的肌肉做功是指肌肉做外功，即機械功。肌通常所講的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有關(guān)，載荷大時做功大，肉做功與載荷及收縮速度大小有關(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有關(guān)。以肌肉做功與其收縮速度有關(guān)。 圖圖3-6 不同載荷肌肉做功與不同載荷肌肉做功與收縮速度的關(guān)系收縮速度的關(guān)系

14、圖圖3-6是受試者伸膝關(guān)節(jié)肌是受試者伸膝關(guān)節(jié)肌群的測試結(jié)果。肌肉收縮群的測試結(jié)果。肌肉收縮速度大時做功減小是由于速度大時做功減小是由于肌肉收縮力量下降而造成。肌肉收縮力量下降而造成。 l肌肉收縮的功率等于肌肉收縮力肌肉收縮的功率等于肌肉收縮力與其該瞬時的收縮速度的乘積。與其該瞬時的收縮速度的乘積。離體肌肉在收縮時的功率可從肌離體肌肉在收縮時的功率可從肌肉的肉的“FV”曲線得到。在此曲曲線得到。在此曲線上每一點的功率等于以該點和線上每一點的功率等于以該點和坐標原點為頂點所構(gòu)成的矩形面坐標原點為頂點所構(gòu)成的矩形面積（圖積（圖3-7中的陰影部分）。假中的陰影部分）。假定肌肉收縮時力和速度同時達到定肌

15、肉收縮時力和速度同時達到最大值，這時功率應(yīng)是最大，但最大值，這時功率應(yīng)是最大，但這是不可能的。根據(jù)這是不可能的。根據(jù)Hill方程可方程可知實際上功率最大值大約只有這知實際上功率最大值大約只有這種理想值的種理想值的1/10左右。即肌肉最左右。即肌肉最大等長收縮力（大等長收縮力（Fm）的）的1/3與最與最大收縮速度（大收縮速度（Vm）1/3的乘積。的乘積。 FVtAPl體育運動訓練中體育運動訓練中“爆發(fā)力爆發(fā)力”的概念的概念指的就是肌肉功率，它是指保證肌指的就是肌肉功率，它是指保證肌肉處于最合理的工作狀態(tài)下，在最肉處于最合理的工作狀態(tài)下，在最短時間內(nèi)快速地將化學能轉(zhuǎn)換為機短時間內(nèi)快速地將化學能轉(zhuǎn)換

16、為機械功的能力。械功的能力。l功率曲線圖反映了功率與肌肉收縮力及收縮速度的功率曲線圖反映了功率與肌肉收縮力及收縮速度的關(guān)系。關(guān)系。l當載荷為零時，肌肉表現(xiàn)出最大收縮速度，此時功當載荷為零時，肌肉表現(xiàn)出最大收縮速度，此時功率很小。率很小。l隨載荷的增加，肌肉收縮速度隨之下降，當處于隨載荷的增加，肌肉收縮速度隨之下降，當處于1/3最大收縮力與速度位置時，功率最大（最大收縮力與速度位置時，功率最大（Nm）。）。l隨著力與速度的進一步變化，功率開始減小。當阻隨著力與速度的進一步變化，功率開始減小。當阻力增大到肌肉不能縮短時，速度為零，不做功，功力增大到肌肉不能縮短時，速度為零，不做功，功率為零。率為零

17、。如果載荷繼續(xù)增加，肌肉由等長收縮變?yōu)殡x心收縮，如果載荷繼續(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，但肌肉的負功率隨離心收縮此時肌肉開始做負功，但肌肉的負功率隨離心收縮速度的增加而增大，這是由于肌力隨速度增大而增速度的增加而增大，這是由于肌力隨速度增大而增大的結(jié)果。大的結(jié)果。 l肌肉功率的性別、項目差異肌肉功率的性別、項目差異 l專項素質(zhì)訓練的原則專項素質(zhì)訓練的原則 從生物力學觀點來看，專項練習必須遵從生物力學觀點來看，專項練習必須遵從動態(tài)適應(yīng)性原則（據(jù)維爾霍山斯基），即從動態(tài)適應(yīng)性原則（據(jù)維爾霍山斯基），即在以下五個方面都與比賽相適應(yīng)：在以下五個方面都與比賽相適應(yīng)：l 運動幅度和方向；運動幅度和方向；l 運動有效幅度的重點區(qū)間；運動有效幅度的重點區(qū)間；l 作用力（或肌力）的大小；作用力（或肌