第一章 肌肉活动 第三节 肌肉收缩的形式与力学特征
02-肌肉收缩的力学特征 PPT
该曲线机制
长度和张力的关系可用肌肉收缩的 肌丝滑行理论加以解释。肌肉长度处 于适宜水平时，粗、细肌丝正处于最 理想的重叠状态，因而起作用的横桥 数目最多，故表现出收缩张力最大。
肌丝滑行理论
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， 肌肉张力反而下降。同样，如果肌肉过于缩短，细肌丝中心端在肌 小节中央交错，起作用的横桥数目也减少，肌张力将急剧下降。
长度张力曲线在训练中的应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缩短环节即肌肉在缩短收缩前先进行拉长收缩使肌肉被牵拉伸长这样在紧接着的缩短收缩时便可产生更大的力量或输出功率
第一章
肌肉活动
01 后负荷对肌肉 收缩的影响 ——张力与速度关系
肌肉收缩的力学特征
如果以肌肉开始缩短的张力和初速度为指标，会发现后负荷越大，肌肉 产生的张力也越大，肌肉缩短开始也越晚，缩短的初速度也越小。
后负荷增加时： 更多横桥处于活化状态，
肌力增加； 同时抑制ATP水解，能力
释放率下降，收缩速度下降。
张力-速度曲线在运动训练中的应用
01
以发展力量素 质为主的项目，采 用大负荷训练原则。
02
以发展速度素质 为主的项目，采用小 负荷高速度训练原则。
03
以发展爆发力为 主的项目，力量、速 度素质同样重要，负 荷、速度合理搭配。
长度—张力曲线在训练中的应用
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-缩短环节， 即肌肉在缩短收缩前先进行拉长收缩，使 肌肉被牵拉伸长，这样，在紧接着的缩 短 收缩时，便可产生更大的力量或输出功 率。
大家可以再想想在你们运 动中还有哪些动作也是先进行 拉长收缩再进行缩短收缩的？
运动生理学肌肉活动素材PPT课件
4 应用
P=0 有效增大收缩速度； P=100%P0有效增大张力； P=30%或60%收缩速度和张力全面增加
（二）肌肉收缩的长度与张力关系 1 前负荷—肌肉收缩以前就已遇到的负荷。 2 初长度—肌肉收缩 前所处的长度 3 最适初长度—肌肉 初长度增至某 值时，产生的 生理效应最大， 此长度为~
第四节 肌纤维类型与运动能力
头部有一膨大部——横桥: ①能与细肌丝上的结合位 点发生可逆性结合;
②具有ATP酶的作用。 肌动蛋白 2 细肌丝: 原肌球蛋白 肌钙蛋白：
1）肌动蛋白：单个呈球开形，构成细丝时，呈双螺旋 状，一端固定于z线上，其上有与肌球蛋白结合点 2）原肌球蛋白：呈双螺旋结构与肌动蛋白平行排列， 安静时，覆盖结合点。 3）肌钙蛋白：呈球形，含有三个亚单位的复合体。亚 单位I、亚单位T和亚单位C分别对肌动蛋白、原肌球蛋 白和Ca2+。
①接头前膜(终板前膜)
②接头间隙(终板间隙) ③接头后膜(终板后膜)
2、神经-肌肉接点传递的机制 运动神经末梢去极化 Ca2+进入神经膜内 兴奋—分泌偶联
突 Ach的释放 神经分泌 触 传 R—Ach 化学接受 递 终板电位 肌膜锋电位 肌肉收缩 兴奋—收缩偶联
兴奋冲动经过运动终板传递 过程示意图
细胞膜内外离子分布不均 细胞膜对离子的通透具有选择ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ:K+＞Cl-＞Na+＞Pr-
静息状态时，细胞膜对K+的通透性大
[K+] ↑→膜外电位↑(正电场) 膜外为正、膜内为负的极化状态 当扩散动力与阻力达到动态平衡时 产生静息电位 主要由K＋向膜外扩散的结果
2）、动作电位的机理 （1）动作电位的机理 ①细胞内外各种离子的浓度分布不均匀 ②细胞膜对各种离子通透具有选择性 ③膜受刺激， Na+大量内流，膜去极化至反极化 ④ Na+平衡电位， K+快速外流，至静息状态
1 肌肉的活动
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
Ca2+与肌钙蛋白结合
3、骨骼肌舒张机制 、
兴奋-收缩耦联后 兴奋 收缩耦联后 肌膜电位复极化 终池膜对Ca 通透性↓ 终池膜对 2+通透性↓ 肌浆网膜 肌浆网膜Ca2+泵激活 肌浆网膜[Ca2+]↓ 肌浆网膜 ↓ 原肌凝蛋白复盖的 横桥结合位点 Ca2+与肌钙蛋白解离 骨骼肌舒张
肌管系统结构示意图
肌管系统
3、肌丝的分子组成 粗肌丝: 粗肌丝: 头部有一膨大 横桥: 部——横桥:①能与细肌 横桥 丝上的结合位点发生可 逆性结合; 具有ATP ATP酶 逆性结合;②具有ATP酶 的作用。 的作用。 细肌丝: 细肌丝:肌动蛋白 原肌球蛋白 肌钙蛋白： 肌钙蛋白：
细肌丝与粗肌丝结构示意图
粗肌丝和细肌丝
• Ca++通过和肌钙蛋白结合，诱发横桥和肌动蛋白 通过和肌钙蛋白结合， 之间的相互作用图 • 肌钙蛋白是含有三个亚单位的复合体。亚单位I、 肌钙蛋白是含有三个亚单位的复合体。亚单位I 亚单位T和亚单位C分别对肌动蛋白、 亚单位T和亚单位C分别对肌动蛋白、原肌球蛋白 和Ca++。
肌肉收缩的形式及力学分析
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（三）肌肉收缩能力的改变对肌肉收缩的影响： 肌肉收缩能力：指与负荷无关、决定肌缩效 应的内在特性。 肌肉收缩能力↑→肌缩速度、幅度和张力↑ 肌肉收缩能力↓→肌缩速度、幅度和张力↓
调节和影响肌肉收缩能力的内在因素： 神经递质、体液物质、病理因素和药物等。 如甲状腺素和体育锻炼能提高心肌肌球蛋白的 ATP酶 活性，增强心肌收缩力。老年人因心肌肌球蛋白分子 邢台学院体育系 张贵婷 结构的改变，ATP酶活性降低，心肌收缩力减弱。
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2、运动对肌肉结缔组织的影响： （1）长期运动可提高肌腱的抗张力量和抗断 裂力量。 肌腱是由成束的胶元纤维组成。
肌腱横截面积远小于肌肉，但抗张应力很大。 -1 运动时肌腱抗张应力约350—420kg.cm ，其安全应 力大约为断裂应力的三分之一，为210kg.cm-1。 肌腱抗张应力通常超过其骨上附着点的抗张应力。 因而运动损伤时，常导致肌腱撕脱而不是断裂。
4.肌肉酸疼
肌肉做退让工作时容 易引起肌肉酸疼和损伤。 研究表明，大负荷肌 肉离心收缩比向心收缩 更容易引起肌肉酸疼和 肌纤维超微后的 肌肉酸疼之比较 离心收缩导致的肌肉酸疼最明显， 邢台学院体育系 张贵婷 向心收缩导致的肌肉酸疼最不明显
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(五)肌肉的弹性成分：
1、肌肉的弹性成分是结缔组织。
弹性成分和肌肉的收缩成分呈串联或并联关系。
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弹性成分包括： 肌肉的结缔组织(包括肌肉两端的肌腱和肌 肉内部的肌内膜、肌束膜、肌外膜),肌节中的 Ｚ线和Ｍ线等。 1、当收缩成分收缩时，弹性成分被拉长，将一 部分能量以弹性势能的形式贮存起来； 2、当能量贮存足够大时，以弹性反作用力形式 释放出来，克服负荷阻力，使负荷产生移动。
肌肉的收缩原理
肌肉的收缩原理一肌肉的收缩过程（一）肌丝滑动学说在十九世纪就已经用光学显微镜观察到肌小节中的带区。
同时还观察到，当肌肉缩短或被牵张时肌小节的长度发生变化。
Andrew F. Huxley和R. Niedergerke用特制的干涉显微镜精确地测量肌小节的长度，在1954年确认了十九世纪的报告，即在肌肉缩短时A带的宽度保持不变，而I带和H区变窄。
在肌肉被牵张时，A带的宽度仍然保持不变，而I带和H区变宽。
同年，Hugh E. Huxley 和Jean Hanson 报告，用相差显微镜观察到在肌小节缩短或被牵张时，肌球蛋白丝和肌动蛋白丝的长度不变，而肌球蛋白丝和肌动蛋白丝重叠的程度发生变化。
主要基于这两方面的证据，H. E. Huxley 和A. F. Huxley 在1954年分别独立的提出肌肉收缩的肌丝滑行学说（sliding-filament theory of muscle contraction）。
这个学说认为在收缩时肌小节的缩短（也就是肌肉的缩短）是细肌丝（肌动蛋白丝）在粗肌丝（肌球蛋白丝）之间主动地相对滑行地结果。
肌小节缩短时，粗肌丝、细肌丝地长度都不变，只是细肌丝向粗肌丝中心滑行。
由于粗肌丝地长度不变，因之A带地宽度不变。
由于肌小节中部两侧地细肌丝向A带中间滑行，逐渐接近，直到相遇，甚至重叠起来，因此H区地宽度变小，直到消失，甚至出现反映细肌丝重叠地新带区。
由于粗肌丝、细肌丝相向运动，粗肌丝地两端向Z线靠近，所以I带变窄。
当肌肉牵张或被牵张时，粗肌丝、细肌丝之间地重叠减少。
肌丝滑行学说根本不同于早期地肌肉收缩学说。
早期有些研究者曾经提出，肌肉收缩是由于蛋白质分子本身地缩短。
蛋白质分子地缩短或是由于折叠型分子增加折叠地结果；或是由于螺旋形分子改变螺旋距或直径地结果。
与此相反，肌丝滑行学说主张长度不变地肌丝主动相对滑行是由于肌球蛋白横桥地活动在肌球蛋白丝与肌动蛋白丝之间产生力的结果。
在完整机体内，肌肉的收缩是由运动神经以冲动形式传来的刺激引起的。
第一章肌肉活动第三节肌肉收缩的形式和力学特征
第一章肌肉活动第三节肌肉收缩的形式和力学特征肌肉收缩是肌肉活动中最重要的过程之一、它指的是肌纤维在神经冲动的刺激下产生的力量，使肌肉收缩或缩短。
肌肉收缩的形式可以分为等长收缩和等张收缩，其力学特征包括肌肉产生的力量、速度和能量消耗等。
一、肌肉收缩的形式1.等长收缩：在等长收缩过程中，肌肉的长度保持不变。
这种收缩形式主要用于肌肉的抗阻力工作，如举重运动等。
这种收缩时，肌纤维的长度缩短，但所产生的力量无法克服外部阻力，因此肌肉的长度保持不变。
2.等张收缩：在等张收缩过程中，肌肉的张力保持不变，其长度会发生改变。
这种收缩形式主要用于运动和作战等需要肌肉能够产生力量的活动中。
当肌纤维在神经冲动的刺激下收缩时，所产生的力能够克服外部阻力，从而使肌肉长度发生变化。
二、肌肉收缩的力学特征1.力量：肌肉收缩产生的力量主要由两个因素决定：一是肌肉纤维的横截面积，即肌肉的肌纤维数量；二是肌肉纤维的收缩力量，即肌纤维的收缩能力。
这两个因素相互作用决定了肌肉收缩产生的总力量。
2.速度：肌肉收缩的速度与力量密切相关。
一般来说，肌肉产生的力量越大，收缩速度就越慢；反之，肌肉产生的力量越小，收缩速度就越快。
这是因为肌肉纤维收缩时产生的力量与速度之间存在一个反向关系。
3.能量消耗：肌肉收缩产生的能量消耗取决于肌肉的收缩速度和力量大小。
通常情况下，肌肉收缩的能量消耗与收缩力量成正比，与收缩速度成反比。
如果收缩速度增加，肌肉消耗的能量也会增加。
三、肌肉收缩相关的生理机制肌肉收缩的过程涉及到肌纤维的收缩蛋白质-肌动蛋白和肌球蛋白。
当神经冲动到达肌纤维的末端时，会释放出乙酰胆碱，刺激肌纤维内膜上的乙酰胆碱受体。
这会触发肌纤维中的线粒体释放大量的能量并使肌动蛋白与肌球蛋白的交互作用，进而导致肌纤维的收缩。
总结起来，肌肉收缩的形式包括等长收缩和等张收缩。
肌肉收缩的力学特征包括力量、速度和能量消耗。
肌肉收缩的生理机制涉及到肌动蛋白和肌球蛋白的交互作用。
第一章肌肉的兴奋与收缩
返
细肌丝
回
肌肉的收缩过程
兴奋——收缩耦联 横桥运动引起的肌丝滑行
兴奋——收缩耦联
动作电位沿横管系统 传向肌细胞深部
三联管结构传递 信息
纵管系统对Ca2+的 释放和再聚积
返回
返
横桥运动引起的肌丝滑行
回
1. 当肌浆中离子浓度升高，Ca2+与肌钙蛋白结合，肌动蛋白失去 钩子作用，原肌球蛋白的双螺旋体从肌动蛋白双螺旋结构的沟沿滑 到沟底，暴露出肌动蛋白上与横桥的结合点，含有ATP的横桥与位 点结合，形成肌动蛋白、肌球蛋白——ATP复合体。与此同时，横 桥中的肌球蛋白ATP酶受肌动蛋白激活，使横桥中的ATP迅速水解 成ADP+Pi；放出能量，引起横桥头部向粗肌丝中心方向摆动，牵 拉细丝向肌节中央滑行。
当冲动从神经纤维传至轴突末梢时，轴突末梢出现除 极化，改变神经膜的通透性，使细胞外液中Ca2+进入末梢内， 引起轴浆中200~300个突触小泡破裂，释放出乙酰胆碱，进入 接头间隙。当乙酰胆碱经接头间隙到达终板膜表面时，立即与 膜上的特殊受体（R）相结合，形成R—ACH复合体，引起膜
对Na+、K+通透性改变，而导致除极化，进而触发一个 可传导的动作电位沿肌膜传播至整个肌纤维，引起整 条肌纤维收缩。
局部兴奋的特点
不呈现“全或无”定律
电紧张性扩布 没有不应期 有总和现象
返回
6 兴奋在神经肌肉接 头的传递
神经和肌肉之间无直接的原生质联系， 但神经冲动可传递给肌肉引起肌肉收缩。 这种机能联系是通过神经肌肉接点而进行 的。
神经肌肉接头的结构
突触前膜
突触后膜 突触间隙
兴奋在神经肌肉接头传递的
机制
动作电位的产生机制
运动生理学(第4课时)-第一章-肌肉的活动2018.8.28
骨骼肌的收缩形式—等长收缩
骨骼肌的收缩形式—离心收缩
肌肉在收缩产生张力的同时被拉长的收缩称为离心收缩（eccentric contraction）。如下蹲时，股四头肌在收缩的同时被拉长，以控制重力 对人体的作用，使身体缓慢下蹲，起缓冲作用。离心工作也称为退让工 作。如，搬运重物时将重物放下；下坡跑，下楼梯属于离心收缩。离心 收缩可防止运动损伤。从高处跳下时，脚先着地，通过反射活动使股四 头肌和臀大肌产生离心收缩。肌肉离心收缩的制定作用，减缓了身体的 下落速度，不致于使身体造成损伤。离心收缩时肌肉做负功。
骨骼肌的收缩形式—超等长收缩
超等长收缩（plyometric contraction）是指骨骼肌工作时先做离心式 拉长，继而做向心式收缩的一种复合式收缩形式。
其优点在于，在做离心收缩工作时，肌肉先被迅速拉长，在肌肉被拉长 过程中，肌肉的牵张感受器受到刺激并产生兴奋，导致肌肉产生牵张反 射性收缩。当肌肉被拉长后所产生的弹性势能，拉长后产生的牵张反射 性收缩，以及主动向心收缩所产生的力量形成合力时，肌肉将产生较大 收缩力。跳深练习时股四头肌进行的就是一种典型的超等长收缩。
绝对肌力：175kg 相对肌力：175/73=2.397
体重73kg，抓举175kg
骨骼肌收缩的力学表现
抓举
挺举
骨骼肌收缩的力学表现
骨骼肌收缩的力学表现
身高1.5m，体重48kg，抓举95kg 95÷48=1.979
升高1.65m，体重74.4kg， 抓举128kg
128÷74.4=1.720
骨骼肌的物理特性受温度影响，当温度下降时，肌浆内各分子 间的摩擦力加大，肌肉的粘滞性增加伸展性和弹性下降；当温 度升高时，肌肉粘滞性下降，伸展性和弹性增加。
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离心收缩、等长收缩和向心收缩后 的肌肉酸疼之比较
离心收缩导致的肌肉酸疼最明显， 向心收缩导致的肌肉酸疼最不明显
二、肌肉收缩的力学特征
（一）后负荷对肌肉收缩 的影响——张力与速度 关系 后负荷：后负荷是 肌肉收缩开始之后所遇 到的负荷 。 力-速度曲线：固定 前负荷速度 绘成坐标曲线。
• 相对力量：如果将某人的绝对力量除以他的体重，即每公斤体重的 肌肉力量。
2、肌肉收缩的功率
• 人体运动时所输出的功率，实际上就是运 动生理学中所说的爆发力，是指人体单位 时间内所做的功。
• 在某些运动项目中，如投掷、短跑、跳跃、 举重、拳击和橄榄球等项目，运动员必须 有较大的爆发力。
图2-15 肌肉收缩的张力-速度关系
(二)前负荷对肌肉收缩的影响——长度与张力关系 前负荷（preload）：肌肉收缩之前所遇到的负荷，决定
于初长度。 初长度（initial length）：肌肉收缩之前的长度。
（三）肌肉的做功、功率和机械效率
• 1、肌肉的做功 • W=F×S
• 肌肉机械功的大小取决于肌肉收缩时产生的张力和 肌肉长度变化。
第三节 肌肉的收缩形式与力学特征
一、缩短收缩、拉长收缩和等长收缩 （一）缩短收缩 缩短收缩是指肌肉收缩所产生的张
力大于外加的阻力时，肌肉缩短，并牵引骨杠杆做相 向运动的一种收缩形式。依据整个关节运动范围肌肉 张力与负荷的关系，缩短收缩又可分非等动收缩和等 动收缩两种。 （二）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，这种收缩形式称拉长收 缩，又称离心收缩。 （三）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，这种收缩形式称等长收 缩。
• 肌肉张力的大小由肌肉收缩时的力学、解剖学和生 理学等条件所决定。
绝对力量与相对力量
• 绝对肌力：某一块肌肉做最大收缩时所产生的张力。肌肉的绝对肌 力和肌肉的横断面大小有关，肌肉的横断面越大，其绝对肌力越大。
• 相对肌力：肌肉单位横断面积(一般为l平方厘米肌肉横断面积)所具 有的肌力。
• 绝对力量：在整体情况下，一个人所能举起的最大重量。在一般情 况下，体重越大绝对力量越大。
• 在输出功率相同的情况下，肌肉离心收缩时所消耗的能 量低于向心收缩，其耗氧量也低于向心收缩。肌肉离心 收缩对其他与代谢有关的生理指标的反应(如心率、心输 出量、肺通气量、肺换气效率、肌肉的血流量和肌肉温 度等)均低于向心收缩。
3.肌肉酸疼
• 很早就发现，肌肉做退让工 作时容易引起肌肉酸疼和损 伤。近来研究表明，大负荷 肌肉离心收缩比向心收缩更 容易引起肌肉酸疼和肌纤维 超微结构以及收缩蛋白代谢 的变化 。
• 作用：起制动、减速、克服重力等作用。
(三)等长收缩 • 概念：当肌肉收缩产生的张力等于外力时，肌肉积极收
缩，但其长度不变。 • 作用：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。 • 如体操中的“十字支撑”“直角支撑”和武术中的站桩
骨骼肌不同收缩形式的比较
1.力量 • 同一块肌肉，在收缩速度相同的情况下，离心收缩可产生最大的张
等张收缩则不能。 等动收缩的速度可以根据需要进行调节。
• 理论和实践证明，等动练习是提高肌肉力量的有效手段。
(二)拉长收缩
• 概念：当肌肉收缩产生的张力小于外力 时，肌肉积极收缩但被拉长。又称离心 收缩。
• 如下蹲时，股四头肌在收缩的同时被拉 长，以控制重力对人体的作用，使身体 缓慢下蹲，起缓冲作用。
非等动收缩
非等动收缩时肌肉 克服恒定负荷时的 一种收缩形式。
非等动收缩的顶 点现象
当屈肘举起一恒定负荷时肌肉收 缩产生的张力随关节角度而变化
等动收缩
• 等动收缩：在整个关节运动范围内肌肉以恒定的速度， 且肌肉收缩时产生的力量始终与阻力相等的肌肉收缩。
• 等动收缩和等张收缩区别： 等动收缩时在整个运动范围内都能产生最大的肌张力，
力。离心收缩产生的力量比向心收缩大50%左右，比等长收缩大25% 左右。
• 原因：①是牵张反射，肌肉受到外力的牵张时会反射性地引起收缩。 在离心收缩时肌肉受到强烈的牵张，因此会反射性地引起肌肉强烈 收缩。②是离心收缩时肌肉中的弹性成分被拉长而产生阻力，同时 肌肉中的可收缩成分也产生最大阻力。
2.代谢