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。
肌肉力学特性
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
（2）并联弹性元被动张力--长度曲线
根据肌肉结构力学模型，肌肉力的构成是收缩元（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。 被动张力: 是指肌肉工作时并 联弹性成分的张力。
stack length
（3）肌肉总张力长度曲线
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
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 下肢一般是 羽状肌如A; 上肢肌如缝 匠肌B
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
肌肉功率与专项运动素质练习
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 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）
肌肉的生物力学
肌肉的生物力学肌肉的类型•平滑肌•心肌•骨骼肌肌肉组织的性能收缩性可扩张性弹性肌肉组织的功能•运动•保持姿势•稳定关节•其它功能—产热—保护作用—物质进出的屏障希尔方程•肌肉的力学特性➢肌肉的基本机能：将化学能转化为机械功或力。
➢肌肉活动的基本生物力学指标肌张力肌肉长度变化的速度➢肌肉收缩时肌肉性质的变化肌肉张力肌肉长度弹性热力学第一定律：•E=A+S+W•E: 肌纤维单位时间内释放的能量•A：单位时间内保持的热量•S：收缩热•W：功率=TV长度不变时：E=A长度改变时：S+W=b（T0-T）假设S=aV：b（T0-T）=aV+TV(a+T)(v+b)=b(T0 +a)希尔方程缩短速率V(cm\s)载荷T(g)挛缩状态的蛙缝匠肌快速释放实验中T、V数据与希尔方程相比较许多肌节许多肌原纤维串联肌原纤维并联长度、速度成倍增加力的大小与单个肌节相同肌肉的长度与速度成正比增强力不改变收缩速度肌肉的截面积与收缩力成正比肌节肌节串联肌节肌节并联运动对肌肉力学性能的影响•运动对肌肉结构力学的影响1．力量训练人体内的肌肉是均衡配布的。
力量训练可由增大主动肌力和减小对抗肌力两种途径进行。
训练方式主要为抗阻力练习。
训练的结果是肌肉体积的明显增大。
一般认为，肌肉体积增大是肌纤维增粗的结果。
2．肌肉功率的项目差异不同距离赛跑运动员的测试材料说明，短跑选手的伸膝功率最优。
若以短跑选手的最大功率为100 ，则中距离选手为80 ，而长距离选手为70 。
变化梯度：1.力的时间梯度：达到二分之一最大力所需的时间，称为力的时间梯度。
2.力的速度梯度：力的最大值与所需时间所得的商正常达到最大力值300-400ms短跑蹬地少于100ms，跳高250ms肌肉刺激的功效肌肉活动信号测量：表面肌电测试谢谢欣赏。
《简明运动生物力学》课件2-1肌肉
人体材料力学基础•【学习目标】•1．理解肌肉的基本结构和功能；知道骨骼肌的三元素模型。
•2．掌握肌肉张力与长度、速度、功率、持续时间之间的关系。
•3．理解骨骼的受力形式，并能熟练地应用于实践。
•4．掌握骨疲劳的力学性能。
•5．了解关节软骨的力学性能；关节静力学、动力学分析方法。
第一节肌肉的生物力学基础•肌肉是运动系统的动力部分，肌肉在神经系统的支配下收缩或伸长，牵引骨骼产生运动，功能是将化学能转化为机械能。
一、肌肉的基本结构和功能肌纤维肌肉的微观结构二、骨骼肌的力学模型•目前人体普遍接受的是1950年Hill（希尔）提出的肌肉三元素模型。
•收缩元：代表肌小节中可以相对滑动的肌球蛋白和肌动蛋白微丝。
兴奋时可产生主动张力，其张力大小与它们之间的横桥数目有关，松驰状态下张力为零，但长度可自由伸缩。
•并联弹性元：由肌束膜、肌纤维膜等结缔组织组成。
表示的是静息状态下的肌肉力学性质，当被牵拉时产生的弹力，为非线性粘弹性体，被牵拉时产生弹力，称为被动张力。
•串联弹性元：代表肌球蛋白和肌动蛋白微丝、横桥、Z线及结缔组织的固有弹性，设它为完全弹性体。
肌肉的三元素模型骨骼肌模型的混合三、骨骼肌的力学基础•（一）肌肉作用的一些基本术语•1．向心作用（concentric action）•2．等长作用（isometric action）•3．离心作用（eccentric action）• 1.肌肉张力--长度• 2.肌肉张力--速度• 3.肌肉功率（爆发力）--速度• 4.持续时间-应力• 5.肌力速度变化梯度（二）肌肉张力--长度的关系•1．肌纤维的力--长度关系肌肉收缩力的大小主要取决于参与收缩的横桥数目，而收缩成分长度的变化影响着收缩时起作用的横桥数目。
最大张力时的长度为肌肉的适宜初长度，约为肌肉平衡长度（肌肉零负荷时的长度）的125%，此时粗丝和细丝处于最理想的重叠状态，起作用的横桥收缩数目达到最大，些时肌肉收缩能产生最大的张力。
神经肌肉工作的生物力学
神经肌肉工作的生物力学内容： 1.神经-肌肉工作的杠杆原理2.骨骼肌工作的条件3.骨骼肌的工作性质4. 肌肉力量、伸展、稳定训练的力学原则目的： 1.掌握神经-肌肉工作的基本力学原理。
2.了解骨骼肌的工作条件及其性质，掌握肌肉力量、伸展、稳定训练的力学原则。
要求：按照课堂教学要求听讲，思维活跃，结合训练实际分析问题。
方法：教学采用教员主讲式、教学探讨式。
重点：神经-肌肉工作的杠杆原理。
难点：骨骼肌工作的条件。
时间：90分钟地点：多媒体教室一、神经肌肉工作的杠杆原理（一）肌力的方向肌拉力线：从骨骼肌的定点中心到动点中心作一直线。
它决定了肌的发力方向。
肌拉力角：从肌肉的动点到关节中心连一直线，该直线与肌拉力线之间的夹角，叫肌拉力角。
肌拉力角大，则力臂就大。
力臂增大，肌肉的做功效率就高。
在进化过程中，一些大块肌肉通过突起的骨结构，如结节、粗隆、嵴等来增大肌拉力角。
尤其是籽骨，更为显著。
这样就增大了肌肉做功的效率，即增大了转动力矩。
（二）杠杆原理一根直的或弯的硬棒，在力的作用下，绕兰个固定点(支点)或固定轴(支轴)转动，并克服一个阻力做功，这根硬棒就称为杠杆。
杠杆星人类使用的最古老的工具之一，如撬棒等。
在人体中，坚硬的骨相当于一根硬棒，它在肌拉力的作用下能够绕关节转动，并克服阻力做功，故称为骨杠杆。
骨、关节、肌肉的许多运动符合杠杆原理，可以用杠杆原理加以说明。
1、人体骨杠杆人体骨杠杆具有3个点和2个臂，即支点、力点和阻力点以及力臂和阻力臂，骨杠杆的支点是关节中心(O)；力点是原动肌的附着点(F)；阻力点(R)视具体情况而定，可以是环节的重力，或是其他物体的阻力，或是本身对抗肌张力等。
骨杠杆的力臂是从关节中心到肌拉力线的垂直距离(OA)；其阻力臂是从关节中心到阻力作用线的垂直距离(OR)。
肌力与力臂的乘积为肌力矩；阻力和阻力臂的乘积为阻力矩。
一根杠杆要保持平衡，必须使力矩等于阻力矩，这就是所谓的杠杆原理。
生物力学课程——肌肉力学.
Hill方程也可写成如下形式: V=b（T0－T）/（T＋a） T=（bT0－aV）/（V＋b） = a（V0－V）/（V＋b）
若T=0，则V达到最大值V0，且 V0=bT0/a
Hill方程的使用条件：
1. 骨骼肌 2. 强直状态 3. 快速释放
Hill方程不能描述：
1.肌肉未受刺激，没有主动收缩时的状况。 2.单收缩状态 3.缓慢释放
但不同的器官平滑肌的组织结 构、功能及力学性质有显著差异， 很难用统一标准刻画它。
根据肌肉产生张力时的状态不同， 分为：
松弛状态：肌肉未受到神经脉冲、 电、化学等 刺激时。此时肌肉的张力称为被 动张力或松弛态下张力。
激活状态：肌肉受到神经脉冲、 电、化学等刺 激时。此时肌肉主动收缩产生主动力。
骨骼肌组成动物躯体的主要部分，也是动 物运动的发动机，其运动受自主神经控制。在 显微镜下，可看到骨骼肌明暗相间的条纹，故 又称横纹肌。
神经脉冲、电脉冲或化学刺激下，肌肉收缩 产生张力，每次激发可持续数十至数百毫秒。
骨骼肌的最大特点: 刺激频率越高，产生的张力越大。当频率足 够高（高于100Hz）时，张力达到最大值，且不再 也不随时间而改变，这种状态称为挛缩或强直。
• 水分（70%） • 固体物质（30%）:
胶原（75%或以上） 基质 少量的弹力蛋白
胶原分子：三条多肽链 胶原原纤维：胶原分子交联 胶原纤维:
二. 胶原纤维的排列
空载荷的胶原纤维呈波浪性
有载荷的胶原纤维被拉直
三. 肌腱在骨骼上的附着
1---肌腱末端
2---胶原与纤维软骨混合区 3---组织矿化区 4---融入密质骨
心肌 • 一个心脏全部心肌细胞的收
缩和松弛是同步的。
19预备姿势肌肉的生物力学特性(1)
T a
力
最大拉长速度
收缩速度
最大缩进速度
缩短（向心运动）的速度升高，肌肉力量的潜力迅速下降，然而 伸长（离心运动）的速度升高，肌肉内部的力量也随之升高。离心收 缩所产生的升高的力要远远高于图示中说明的那样。
3.肌肉收缩功率
希尔方程： T——张力; V——速度
肌肉的生物力学特性表现为：肌肉的收缩力、收缩速度 肌肉收缩的功率，即肌肉的爆发力：
短跑为什么采用“蹲踞式”起跑？
1 短跑运动员采用蹲踞式起跑，选择为 两腿能快速有效地蹬伸创造条件的预备姿势。 在起跑器上起跑，可使运动员获得牢固的支 撑，使踝关节处于适宜的发力角度，改善两 腿用力条件。 2在预备时，运动员运用提高肌肉“预张 力” 的方法，可使肌肉提前进入“工作状态”， 增 大蹬离起跑器的速度和力量。
肌肉的基本功能是将化学能转变为机械能。 肌肉的生物力学特性表现为：肌肉的收缩力、收缩速度。
1.肌肉结构力学模型
肌肉的力学模型
弹性成分 收缩成分
串联弹性成分 并联弹性成分
肌节结构
并 联
收缩 成分
弹
性
成
分
串联弹性
成分
肌节力学模型
肌节力学模型
收 缩 成 分：由肌动蛋白微丝与 肌球蛋白微丝组成， 兴奋时可产 生张力，称主动张力。
串 联 弹 性 成 分：由肌腱、肌 节间Z盘及肌微丝的结缔组织组 成，当收缩成分兴奋后，使肌肉 具有弹性，产生被动张力。
并 联 弹 性 成 分：由肌内膜、 肌束膜和肌纤维膜组成当被牵拉 时产生弹力，称被动张力。
肌肉力学模型
并 联 弹 性 成 分
串联弹性成分
2.肌肉收缩力——速度特性
希尔方程：T——张力; V——速度
《肌肉生物力学》
③ 随着力与速度的进一步变化，功率开始减小。当阻 力增大到肌肉不能缩短时，速度为零，不做功，功 率为零。
④ 如果载荷继续增加，肌肉由等长收缩变为离心收缩， 此时肌肉开始做负功，但肌肉的负功率随离心收缩 速度的增加而增大，这是由于肌力随速度增大而增 大的结果。
精选课件
17
肌肉做功
图3-6是受试者伸膝关节肌 群的测试结果。肌肉收缩 速度大时做功减小是由于 肌肉收缩力量下降而造成。
精选课件
图3-6 不同载荷肌肉做功与 收缩速度的关系
18
肌肉功率
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。 离体肌肉在收缩时的功率可从肌 肉的“F—V”曲线得到。在此曲 线上每一点的功率等于以该点和 坐标原点为顶点所构成的矩形面 积（图3-7中的阴影部分）。假定 肌肉收缩时力和速度同时达到最 大值，这时功率应是最大，但这 是不可能的。根据Hill方程可知 实际上功率最大值大约只有这种 理想值的1/10左右。即肌肉最大 等长收缩力（Fm）的1/3与最大 收缩速度（Vm）1/3的乘积。
精选课件
P A FV t
19
体育运动训练中“爆发力”的概念 指的就是肌肉功率，它是指保证肌 肉处于最合理的工作状态下，在最 短时间内快速地将化学能转换为机 械功的能力。
精选课件
20
功率曲线图反映了功率与肌肉收缩力及收缩速度的 关系。
① 当载荷为零时，肌肉表现出最大收缩速度，此时功 率很小。
实测肌肉F-V 曲线与 Hill方程
比较（Hill 1938）
11
该曲线说明：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。
生物力学骨骼和肌肉系统的运动
生物力学骨骼和肌肉系统的运动生物力学是研究生物体运动的力学原理和规律的学科，而骨骼和肌肉系统是人体运动的主要组成部分。
通过生物力学的研究可以了解骨骼和肌肉系统在运动中扮演的角色和相互作用。
本文将从骨骼和肌肉的结构以及骨骼和肌肉系统的运动原理等方面来探讨生物力学骨骼和肌肉系统的运动。
一、骨骼和肌肉的结构骨骼是人体支撑结构的主要组成部分，由多个骨头和关节组成。
骨头由骨质和骨髓组成，骨髓主要参与血液的产生和免疫功能。
人体骨骼系统的骨头数量约为206个，通过关节连接在一起，形成一个相对稳定的支撑结构。
肌肉是人体运动的主要驱动力，也是人体最丰富的组织之一。
肌肉由肌肉纤维组成，通过肌腱与骨骼相连。
肌肉分为骨骼肌、平滑肌和心肌。
骨骼肌与骨骼相连，使肢体具有运动能力；平滑肌分布在内脏器官中，控制器官的收缩和松弛；心肌则是心脏的重要组成部分，推动血液循环。
二、骨骼和肌肉系统的运动原理1. 骨骼的运动骨骼通过关节的连接和肌肉的驱动实现运动。
关节是骨头之间的连接点，可以使骨头相对运动。
不同类型的关节具有不同的运动范围和稳定性。
灵活的滑动关节，如膝关节和肘关节，可以实现弯曲和伸直的运动。
旋转关节，如肩关节和髋关节，可以实现的旋转运动。
固定关节，如颅骨的缝合线，保持骨头的相对位置稳定。
2. 肌肉的运动肌肉通过收缩和松弛来实现运动。
肌肉由肌肉纤维构成，肌肉纤维中的肌兴奋纤维随着神经冲动的传导而收缩。
肌肉收缩时产生的力量通过肌腱传递到骨头上，推动骨骼运动。
肌肉根据运动的需要分为两种类型：主动肌和拮抗肌。
主动肌是运动时主要参与收缩的肌肉，而拮抗肌则与主动肌功能相反，通过松弛产生抵抗力，使运动过程更加平稳。
3. 协调运动的控制人体的运动是由神经系统控制和调节的。
中枢神经系统通过传递神经冲动到运动神经元，再对肌肉发出指令。
这种神经冲动的传递过程称为神经传递。
神经传递的速度和频率可以影响肌肉的运动能力和精确度。
高度协调的运动需要大脑、脊髓和周围神经系统之间的配合。
骨骼肌肉生物力学一般知识
骨骼肌肉系统生物力学一般知识一、骨骼生物力学（一）一般知识骨骼系统是人体重要的力学支柱，不仅承受着各种载荷，还为肌肉提供可靠的动力联系和附着点。
骨组织主要由骨细胞、有机纤维、粘蛋白、无机结晶体和水组成。
其生物活性来源于骨细胞。
胶原纤维借助粘蛋白的结合形成网状支架，微小的羟磷灰石晶粒充填于网状支架并牢固的附着与纤维表面，这种结构具有较好的弹性和韧性，还具有较大的强度和刚度，胶原平行有序排列并与基质结成片状骨板，是形成密质骨的单元。
胶原与基质粘附交错无序则形成棒状骨小梁，是形成疏质骨的单元。
其力学性质受人的年龄、性别、部位等因素影响。
骨的变形以弯曲和扭转最为常见，弯曲是沿特定方向上连续变化的线应变的分布，扭转是沿特定方向上的角应变的连续变化。
骨骼的层状结构充分发挥了其力学性能。
（二）应力对骨生长的作用应力刺激对骨的强度和功能的维持有积极的意义，骨是再生和修复的生物活性材料，有机体内的骨处于增值和再吸收两种相反过程中，此过程受很多因素的影响，如应力、年龄、性别以及某些激素水平，但应力是比较重要的因素。
研究表明，骨胳都有其适宜的应力范围，应力过高或过低都会使其吸收加快。
一般认为，机械应力对骨组织是有效地刺激。
骨的力学特性是由其物质组成、骨量、和几何结构1决定的，当面临机械应力刺激时，常常出现适应性的变化，否则将会发生骨折。
负重对维持骨小梁的连续性、提高交叉区面积起积极作用施加于骨组织上的机械应力可引起骨骼的变形，这种变形导致成骨细胞活性增加，破骨细胞活性抑制。
如瘫痪的患者，骨胳长期缺乏肌肉运动的应力作用，使骨吸收加快，产生骨质疏松。
另外，失重也可造成骨钙丢失。
骨的重建是骨对应力的适应，骨在需要应力的部位生长，在不需要的部位吸收。
制动或活动减少时，骨缺乏应力刺激而出现骨膜下骨质吸收，骨的强度降低。
相反，反复承受高应力的作用，可引起骨膜下的骨质增生。
二、肌肉的生物力学（一）肌肉的分型骨骼肌按其在运动中的作用不同，分为原动肌、拮抗肌、固定肌和协同肌。
肌肉收缩与松弛的生物力学机理
肌肉收缩与松弛的生物力学机理一、肌肉收缩与松弛的基本原理肌肉是人体运动系统的重要组成部分，其收缩与松弛是实现人体运动的基础。
肌肉的收缩与松弛涉及到复杂的生物力学过程，这些过程不仅决定了肌肉的功能，还影响着人体的运动表现和健康。
了解肌肉收缩与松弛的生物力学机理，对于运动训练、康复治疗以及相关疾病的预防和治疗都具有重要意义。
1.1 肌肉的基本结构肌肉主要由肌纤维组成，肌纤维内含有大量的肌原纤维。
肌原纤维由肌球蛋白和肌动蛋白等蛋白质组成，这些蛋白质通过特定的排列和相互作用，形成了肌肉收缩的基本单元。
肌球蛋白和肌动蛋白的相互作用是肌肉收缩的直接原因。
1.2 肌肉收缩的生物力学机制肌肉收缩的过程可以通过肌球蛋白的滑动理论来解释。
在这个过程中，肌球蛋白的头部与肌动蛋白的细丝结合，通过ATP水解提供能量，使肌球蛋白头部发生形变，从而拉动肌动蛋白细丝，导致肌原纤维缩短，最终引发肌肉收缩。
这一过程是肌肉收缩的生物力学基础。
1.3 肌肉松弛的生物力学机制肌肉松弛则是肌肉收缩的逆过程。
在肌肉松弛时，肌球蛋白头部与肌动蛋白细丝的结合被解除，肌原纤维随之恢复到原始长度。
肌肉松弛的生物力学机制涉及到钙离子的调控。
钙离子通过与肌钙蛋白的结合，调节肌球蛋白与肌动蛋白的相互作用，从而控制肌肉的收缩与松弛。
二、肌肉收缩与松弛的调控机制肌肉的收缩与松弛不仅依赖于肌原纤维的生物力学特性，还受到神经和体液的调控。
了解这些调控机制，有助于深入理解肌肉功能的实现和调节。
2.1 神经调控机制肌肉的收缩与松弛受到神经系统的调控。
神经信号通过神经肌肉接头传递到肌肉细胞，引发肌肉的收缩或松弛。
神经信号的传递依赖于神经递质的释放和接收，这些递质包括乙酰胆碱等。
乙酰胆碱通过与肌肉细胞膜上的乙酰胆碱受体结合，触发肌肉细胞内的信号传导过程，最终导致肌肉的收缩或松弛。
2.2 体液调控机制除了神经调控，肌肉的收缩与松弛还受到体液因素的影响。
体液中的激素、离子等物质可以通过影响肌肉细胞内的信号传导途径，调节肌肉的收缩与松弛。