【基础医学】第二章 肌肉的工作.ppt
第二章 肌肉的工作,内容提要本章主要阐述肌肉收缩的形式、力学分析及肌纤维类型与运动能力的关系。,人体生理学,第一节 肌肉收缩的形式和力学分析第二节 肌纤维类型与运动能力,第一节 肌肉收缩的形式和力学分析,人体生理学,一、肌肉收缩的形式,（一）缩短收缩（二）拉长收缩（三）等长收缩,人体生理学,缩短收缩和等长收缩,缩短收缩,等长收缩,运动,不运动,人体生理学,（一）缩短收缩（向心收缩）：,定义：当肌肉收缩时产生的张力大于外加阻力负荷时，肌肉缩短，牵拉它附着的骨杠杆做向心运动。作用：缩短收缩是人体得以实现各种加速度的基础。特点：缩短收缩时，因负荷移动方向和肌肉用力的方向一致，肌肉做正功。形式：缩短收缩分为等张收缩和等动收缩。,人体生理学,1.等张收缩,等张收缩时，其负荷即外加阻力在整个收缩过程中是恒定的。在肌肉收缩进程中，由于关节角度发生变化，肌肉发挥的力量大小有所不同。用等张收缩发展力量只有关节力量最弱点能得到最大锻炼。,人体生理学,利用肌力计检测等张收缩,人体生理学,等张收缩时，肌肉产生的张力随关节角度而变化,人体生理学,2.等动收缩,等动收缩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，在关节角度张力最弱点负荷最小，在关节角度张力的最强点负荷最大。采用等动收缩形式发展力量，使肌肉在关节整个运动范围内都得到最大锻炼。,人体生理学,等动收缩时，在整个关节范围都能产生同等的张力,人体生理学,等动肌力计曲线,力 量,关节角度,人体生理学,（二）拉长收缩（离心收缩）：,定义：当肌肉收缩所产生的张力小于外加阻力时，肌肉虽积极收缩但仍被拉长。作用：在人体运动中拉长收缩起着制动、减速和克服重力等作用。特点：拉长收缩时，肌肉做负功。,人体生理学,牵张缩短环,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，便可产生更大的力量或输出功率。,人体生理学,牵张缩短环作用,人体生理学,5,10,150,50,h 功(J),(cm),h 功,跑步 学生 足球 排球 跳远 跳高 跳跃,不同项目运动员反弹纵跳与蹲跳时重心升高的高度差,人体生理学,（三）等长收缩,定义：当肌肉收缩产生张力等于外力时，肌肉虽积极收缩但长度不变。作用：运动中等长收缩起着支持、固定、保持某一姿势的作用。特点：肌肉的张力可发展到最大，但由于未发生位移，肌肉没有做外功，消耗能量。,人体生理学,利用绳索张力计检测等长收缩,人体生理学,肌肉三种收缩形式的比较,工作形式 肌肉状况 外力与张力对比 作用 做功缩短收缩 缩短 小于肌张力 加速 正拉长收缩 拉长 大于肌张力 减速 负等长收缩 不变 等于肌张力 固定 未,人体生理学,二、肌肉收缩的力学特征,人体生理学,（一）肌肉收缩的张力速度关系,定义：指负荷对肌肉收缩速度的影响,人体生理学,关系：当逐渐增加肌肉对抗的负荷，肌肉收缩产生的张力逐渐增大，但肌肉收缩的速度逐渐减小。当逐渐减小肌肉负荷时，肌肉收缩的速度和缩短的长度逐渐增大，但张力却逐渐减小。,人体生理学,张力速度关系,力量,速度,人体生理学,曲线：若将肌肉在不同负荷下收缩时的张力、速度变化绘成对应的座标图，可得到一双曲线式的曲线，它说明在一定范围内，肌肉产生的张力和缩短速度呈反变关系。,人体生理学,肌肉收缩的张力速度关系,人体生理学,机制：,肌肉收缩时产生张力的大小，取决于活化的横桥数目。肌肉收缩的速度，则取决于能量释放的速率和肌球蛋白ATP酶的活性，而与活化的横桥数目无关。当负荷较大时，有更多的横桥处于活化状态，以增加肌肉的张力，但却降低能量释放的速率，使收缩速度变慢。,人体生理学,应用：,在运动实践中，张力速度关系曲线可用来考虑确定最适作业的最佳负荷和发挥最大爆发力。肌肉收缩的张力速度关系曲线可通过训练而改变，有训练的运动员，该曲线向右上方偏移。,人体生理学,不同训练负荷对张力-速度曲线的影响,60%Po组,人体生理学,短跑运动员和无训练者的张力-速度曲线（选自Fox，略加修改）,人体生理学,（二）肌肉收缩的长度张力关系,定义：指肌肉收缩前的初长度对肌肉收缩时产生张力的影响。,人体生理学,关系：逐渐增大肌肉收缩的初长度，肌肉收缩产生的张力也逐渐增加。当初长度增加到某一值时，张力可达到最大。继续增大肌肉收缩的初长度，张力反而减小，收缩效果亦减弱。通常把引起肌肉收缩张力最大的初长度称为适宜初长度。,人体生理学,人体生理学,曲线：,若将不同的肌肉初长度与张力的变化绘制成座标图，就可以得到一条曲线，称肌肉收缩的长度张力关系曲线该曲线类似开口向下的抛物线，其顶点显示，适宜初长度时肌肉收缩产生的张力最大,人体生理学,肌肉初长度与主动张力的关系,人体生理学,肌肉收缩的长度张力关系机制,人体生理学,长度张力关系可用肌肉收缩的肌丝滑行理论加以解释,肌肉初长度处于适宜水平时，粗、细肌丝处于最理想的重叠状态，因而起作用的横桥数目最多，表现收缩张力最大。如果肌肉拉得太长，粗、细肌丝趋向分离，起作用的横桥数目减少，肌肉张力下降。如果肌肉过于缩短，细肌丝中心端在肌节中央交错，起作用的横桥数目亦减少，肌张力将急剧下降。,人体生理学,肌肉收缩的长度张力关系,人体生理学,应用：,适当预先拉长肌肉的初长度可增大肌肉收缩的张力。,人体生理学,三、肌肉结缔组织对肌肉收缩的影响,骨,肌腱,筋膜,肌肉,肌外膜,肌束,肌束膜,肌内膜,运动神经元,血管,细胞核,肌质网,肌微丝,肌纤维,肌原纤维,肌肉膜,人体生理学,（一）肌肉的收缩成分与弹性成分,肌组织构成肌肉的主体，其功能是通过收缩而产生张力，它是肌肉的收缩成分。结缔组织、神经组织和丰富的血管网等是肌肉收缩的弹性成分。它和肌肉收缩成分呈串联或并联关系。,人体生理学,肌肉收缩成分和弹性成分排列示意图,人体生理学,（二）肌肉弹性成分的作用,当收缩成分收缩时，弹性成分被拉长，从而将一部分能量以弹性势能的形式贮存起来；其后以弹性反作用力的形式发挥出来，促使肌肉产生更大的力量和更大的运动速度。由于弹性成分的伸展特性可吸收一部分力，从而使收缩成分产生的张力变化趋于缓和，防止肌肉发生损伤。,人体生理学,A、等长收缩时，肌肉的收缩成分和弹性成分变化示意图B、等长收缩时，张力变化示意图,人体生理学,（三）运动对肌肉结缔组织的影响,肌肉超负荷运动后，在引起肌肉肥大的同时，肌肉中结缔组织也相应增加。运动训练可提高肌腱的抗张应力，特别是肌腱与骨结合区的结合能力和力量，从而使肌腱能承受更大的拉力。,第二节 肌纤维类型与运动能力,人体生理学,一、人类骨骼肌纤维的类型,早在1673年Loranzini发现动物骨骼肌的颜色有的较红、有的较白，并且肌肉的色泽与运动能力有着密切的关系。1883年，有人进一步用电刺激肌肉的方法发现红色肌纤维收缩速度慢，不易疲劳；白色肌纤维收缩速度快，易疲劳。1962年，瑞典生理学家Bergstrom创建了肌组织针刺活检技术，使直接进行人类肌纤维类型的研究成为可能。,人体生理学,人类肌纤维分为两种类型：,一是收缩速度较慢的，称慢肌（ST）或I型肌；二是收缩速度快的，称为快肌（FT）或II型肌。,人体生理学,肌纤维类型的检测,人体生理学,快肌中包括三种亚型,快A、快B和快C快B纤维是典型的快肌纤维,二、两类肌纤维的形态、机能和代谢特征,人体生理学,（一）形态特征,1.快肌纤维 直径较粗、呈苍白色。线粒体容积密度小，肌质网发达。接受脊髓前角大运动神经元支配。神经元所支配的肌纤维数量多。,2.慢肌纤维 直径较细，呈红色线粒体容积密度大，毛细血管网发达支配慢肌纤维脊髓前角小运动神经元一个运动神经元所支配的肌纤维数量少。,人体生理学,（二）代谢特征,1.快肌纤维无氧氧化能力较高 表现为快肌纤维中参与无氧氧化过程的酶活性较慢肌纤维高。糖酵解的底物肌糖原含量也较慢肌高。,2.慢肌纤维有氧氧化能力较高 表现为线粒体数量多，体积大，容积密度高，氧化酶活性较快肌纤维高。慢肌纤维毛细血管丰富，肌红蛋白含量较高，都使其有氧氧化能力高于快肌纤维。,人体生理学,（三）生理特性,1.收缩速度 快肌纤维收缩速度快于慢肌。2.收缩力量 快肌纤维收缩时产生的力量大于慢肌纤维。3.抗疲劳能力 慢肌纤维抗疲劳能力比快肌强。,人体生理学,人的快肌纤维的百分组成与收缩速度（A）和最大力量（B）的关系,人体生理学,人的快肌纤维的百分组成与易疲劳性的关系,人体生理学,两类肌纤维最大收缩速度对比,人体生理学,三、肌纤维类型与运动能力,从两类肌纤维的形态、机能和代谢特征看，两类肌纤维的百分组成与某些基本素质具有密切关系。对优秀运动员肌纤维百分组成的调查表明，肌纤维类型的配布和专项运动能力高度相关；并认为，这是影响乃至决定运动员专项成绩的重要条件。符合专项要求的肌纤维配布只是取得良好成绩的诸多因素中的一个因素，而不是唯一因素。,人体生理学,马拉松,长跑运动员,短跑运动员,竞走运动员,800米跑运动员,举重运动员,越野滑雪,自行车运动员,无训练者,100 90 80 70 60 50 40 30 20 1 0 0,0 10 20 30 40 50 60 7 0 80 90 100,慢肌纤维百分比,快肌纤维百分比,优秀运动员肌纤维构成,人体生理学,四、训练对两类肌纤维的影响,人体生理学,（一）训练能否引起两类肌纤维互变-两种观点,早期研究者认为，肌纤维的百分比组成是由遗传决定而不能随训练互变；但近年来的研究证明，肌纤维类型可随专项训练而产生适应性变化。,人体生理学,（二）运动时两类肌纤维的募集,许多运动中，快肌纤维和慢肌纤维两者都可动用在强度低的耐力性运动中，优先动用慢肌在大强度运动中，优先动用快肌,人体生理学,不同用力水平肌纤维募集百分比,人体生理学,（三）训练对肌纤维横断面积的影响,训练有素者肌纤维直径或横断面积大于无训练者，肌纤维的这种肥大通常表现为选择性肥大,人体生理学,实验证明：,力量训练可使快肌纤维出现选择性肥大耐力训练可使慢肌纤维出现选择性肥大速度训练可使快肌纤维增加得更多,人体生理学,（四）训练对肌纤维代谢能力的影响,实验证明，耐力训练可使慢肌纤维中线粒体数目增多，体积增大，有氧氧化酶的活性提高，从而提高慢肌纤维的有氧氧化能力。研究认为，耐力训练可使快肌纤维中琥珀酸脱氢酶的活性提高。,人体生理学,复习思考题,1试比较肌肉工作三种形式的特点？指出它们在体育实践中的意义。2分析肌肉工作的张力与速度关系、生理机制及在运动实践中的意义。3分析肌肉工作的长度与张力关系、生理机制及在运动实践中的意义。4举例分析弹性成分在运动中的作用。5试比较分析快、慢肌纤维的形态、机能和代谢特征。6试述训练对两类肌纤维的影响。7依据肌纤维百分组成与运动能力的关系，说明肌纤维类型理论对指导运动实践的意义。,
