人体运动学-肌肉动力学分析
肌肉结构的力学模型
肌肉结构的力学模型
肌肉结构的力学模型可以用来描述肌肉的力学特性和运动过程。
1.肌肉组织结构：肌肉由许多肌纤维组成，每个肌纤维都是由许多肌原纤维组成的。
肌原纤维是肌肉的基本结构单元，它们通过肌腱连接到骨骼上。
2.肌肉收缩机制：肌肉的收缩是由神经系统控制的，神经冲动会刺激肌肉中的肌原纤维收缩。
在肌肉收缩过程中，肌原纤维会缩短，并拉动肌腱，使骨骼运动。
3.肌肉力量和功率：肌肉的力量和功率可以用来描述肌肉的运动能力。
力量是指肌肉产生的力的大小，而功率则是指肌肉产生力的速度和持续时间。
4.肌肉疲劳：长时间的运动会导致肌肉疲劳，这是由于肌肉中乳酸积累过多导致的。
肌肉疲劳会影响肌肉的力量和功率。
5.肌肉伸展和放松：肌肉的伸展和放松是肌肉生理学中的重要概念。
当肌肉处于伸展状态时，它的长度增加，力量和功率减小；当肌肉处于放松状态时，它的长度减少，力量和功率增加。
综合以上几个部分，可以建立一个比较完整的肌肉结构的力学模型，用来分析和预测肌肉的运动特性、疲劳程度以及训练效果等问题。
第二节肌肉收缩的力学分析
（三）不同类型肌纤维的分布特征
不同类型肌纤维在肌肉中所占的百分比称 为肌纤维类型的百分构成。
1、动物骨骼肌纤维分布特征 不同种类动物骨骼肌纤维的分布特征不同 骨骼肌中不同类型肌纤维的分布是混杂的
2、一般人骨骼肌纤维分布特征
人类骨骼肌纤维类型的分布是混杂的，不 同肌肉中快慢肌比例有较大的差异。
运动训练与肌纤维类型转变尚有争议：
a、肌纤维类型决定于遗传 b、交叉神经支配可引起肌纤维类型的转变 c、运动训练对肌纤维亚型的影响
耐力训练、抗阻训练和速度训练后，Ⅱ型 肌的Ⅱb向Ⅱa转化。
d、运动训练对快慢肌纤维的影响
训练能否引起快慢肌之间的相互转化仍然存 在争议。 目前比较公认的观点：运动训练无 法引起慢肌向快肌的转化；而训练能否引起快 肌向慢肌的转化还有待于更多的实验证实。
第二节 肌肉收缩的力学分析
一、肌肉的收缩
能影响肌肉收缩时作功能力或其力学表现 的因素至少有三个，即前负荷、后负荷和 肌肉本身的功能状态（即肌肉收缩能力）。
前负荷——在肌肉收缩前就加在肌肉上的 负荷。
前负荷使肌肉具有一定的初长度。 后负荷——是在肌肉开始收缩时才能遇到
的负荷，它不增加肌肉的初长度，但能阻 碍收缩时肌肉的缩短。
2）原理 张力大小，取决于活化的横桥数目
收缩速度，取决于能量释放速率和肌球蛋 白ATP酶的活性，与活化的横桥数目无关。
3.收缩能力对肌肉收缩的影响
肌肉的状态是可以改变的。 能力降低因素 缺氧、酸中毒、肌肉中能源物质缺乏等 能力提高因素 钙离子、咖啡因、肾上腺素等。
二、肌肉收缩的形式
（一）缩短收缩 1.等张收缩 所加负荷不变，产生的张力随关节角度改
运动生理学肌肉力量
肌纤维
骨 骼肌
第一节 肌肉力量及其因素
二、肌肉力量的影响因素： （一）肌源性因素
1. 肌肉横断面积： 2. 肌纤维类型： 3. 肌肉初长度： 4. 关节运动角度：
（一）肌源性因素
1. 肌肉横断面积：垂直横切某块肌肉中
所有肌纤维获得的横断面积。
一般条件下，肌肉的最 大横断面积越大，肌肉力量 越大。但是，①男女性人群 肌肉力量百分比相似，但是 肌肉体积女子落后。②训练 可以增加儿童及老年人力量 明显增加，但是肌肉体积不 等比例增加；③交叉现象。 数量和粗细
依据功能表现不同 快速肌肉力量
力量耐力
• 最大肌肉力量是指肌肉进行最大随意收缩时表现 出来的克服极限负荷阻力的能力。 • 快速肌肉力量是指肌肉在短时间内快速发挥力量 的能力，爆发力是快速肌肉力量的常见表现形式。 • 力量耐力是指肌肉长时间对抗亚最大阻力收缩的
能力。
脑皮层
脊髓
脊 髓
运动神经元
运动神经元
肌肉力量对于健康的重要性？
最近的一项研究认 为2型糖尿病患者的肌 肉力量和胰岛素抵抗 指数之间存在显著的 负相关关系。
*Takuo N, Yukio I, Satoshi N, et al. Muscle strength is a marker of insulin resistance in patients with type 2 diabietes: A pilot study [J]. Endocrine Journal, 2013, 54(5):791-796.
第一节 肌肉力量及其因素
二、肌肉力量的影响因素： （三）其他因素：
3. 激素作用：
睾酮、甲状腺素、生长激素、胰岛素；
第一节 肌肉力量及其因素
人体运动学-PPT
2、动力性运动 向心运动亦称向心收缩； 离心运动亦称离心收缩。
（二）肌肉的功能及功能状态指标
1. 肌的功能
运动 支撑 维持姿势 保护身体 产热
2.肌功能状态指标
运动单位 概念：肌收缩必须有完好的神经支配，一个前角细胞，
它的轴突和轴突分支，以及它们所支配的肌纤维群， 合起来称为运动单位。
细肌丝：
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
肌小节: 是肌细胞收 缩的基本结构和功能 单位。
肌原纤维：
粗肌丝 由肌球（肌凝蛋白）
组成，其头部有一膨大部——横 桥；
细肌丝 肌动蛋白：表面有
与横桥结合的位点，静息时被原 肌球蛋白掩盖；
原肌球蛋白：静息时掩盖横 桥结合位点；
肌 钙蛋 白 ：与 Ca2+ 结 合 变构 后,使原肌球蛋白位移，暴露出结 合位点。
柱的活动范围，椎间盘连接椎体 可避免彼此过度滑移。 肌肉对脊柱的作用
具有保持脊柱稳定和协同脊柱 运动的双重作用，并发挥主动调 节功能，这是调节脊柱平衡的关 键要素。
（2）肌肉的协同作用
姿势协同动作通过下肢和躯干肌以固定的组合、固定 的时间顺序和强度进行收缩的运动模式从而达到保护 站立平衡的目的。
（4）肌张力
肌张力是肌在安静时所保持的紧张度。肌张力与脊 髓牵张反射有关，受中枢神经系统的调控。
肌张力常通过被动运动感知处于放松状态的肌的阻 力程度进行评测。
肌张力异常
肌张力增强 肌痉挛 肌强直 肌张力减退 软瘫
3. 肌肉的协同作用
肌的协同作用：任何一个动作都不是单一肌独立完成的，需 要一组肌群的协作才能实现。
大量的科学研究表明，肌在缩短（向心运动）
人体肌肉生理与运动训练的科学分析
人体肌肉生理与运动训练的科学分析人体的肌肉是由肌纤维组成的，能够产生收缩与放松的能力。
肌肉可以分为骨骼肌、平滑肌和心肌。
骨骼肌是我们进行运动所依靠的主要肌肉组织，它们负责身体姿势的维持和运动的产生。
平滑肌位于内脏器官的壁层和血管壁，具有自主神经控制的特征，所以我们无法随意控制其收缩与放松。
心肌则是负责心脏的跳动，由于其特殊的膜电位属性，可以自发地产生心跳节律。
骨骼肌中的肌肉组织又分为红色慢肌和白色快肌。
红色慢肌可以持续收缩较长时间，适合进行耐力型的运动；而白色快肌则可以迅速地产生高强度的力量，适合进行爆发型的运动。
人体肌肉的收缩产生的能量来源于ATP磷酸化反应。
肌肉在进行收缩时，需要消耗ATP，而ATP又需要在体内不断合成。
肌肉内能够合成ATP的能力决定了身体的运动能力。
在进行运动训练时，有针对性地锻炼骨骼肌是提高身体运动能力的关键。
针对性锻炼可分为力量训练和耐力训练。
力量训练旨在提高肌肉快速产生高强度力量的能力，适合进行一些力量型的运动项目，如举重、摔跤、篮球等。
耐力训练旨在延长肌肉的持续收缩时间，提高肌肉的耐力水平，适合进行一些耐力型的运动项目，如马拉松、游泳等。
除了力量和耐力训练，增肌训练也是提高骨骼肌肌肉质量和运动能力的一种方法。
增肌训练可以增强肌肉的体积和纤维数量，从而提高肌肉在运动时的力量表现。
增肌训练可以通过多种方式实现，如重量训练、高强度间歇间隔训练等。
在进行训练和锻炼时，适当的放松和恢复也是很重要的因素。
休息可以让肌肉的受损部位得到修复，同时也有利于肌肉内ATP 的合成。
适当的饮食和补充营养素也可以帮助身体恢复，补充肌肉所需的能量和养分。
总之，了解人体肌肉生理和运动训练对提高身体运动能力有很大的帮助。
通过科学的训练和恢复，可以让身体状态变得更佳，提高身体的运动水平。
人体运动学-肌肉动力学分析(清晰详实)
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• Thumb • Pronation/supination • Hip med/lat rotation with hip flexion
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kinematic chain： a series of connected segment links open kinematic chain motion 开链运动
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肌肉的结构和运动原理
肌肉的结构和运动原理肌肉是人体非常重要的组织之一，其结构复杂且精密运作，为人体的动作提供动力和支撑。
了解肌肉的结构和运动原理，有助于我们更好地理解运动、锻炼和身体健康。
本文将详细讨论肌肉的结构和运动原理。
一、肌肉的结构肌肉由肌纤维构成，肌纤维又由肌原纤维组成。
肌原纤维是肌肉的基本单位，每个肌原纤维都是由一系列细长的肌小球（肌节）组成，肌节之间用粘连物质连接。
肌原纤维内部有许多细小的薄层，称为肌卷膜（肌管系统），主要作用是将神经冲动传导到肌原纤维中的肌小球。
肌小球内部还包含有大量线粒体，线粒体是能产生能量的细胞器。
此外，肌原纤维中还含有许多细小的肌原纤维丝，分为厚丝和薄丝两种。
厚丝与薄丝之间相互交错，形成一种特殊的结构，称为肌原节。
肌原节是肌纤维的重要结构，能够在肌收缩时产生相应的力量。
当肌肉运动时，厚丝和薄丝之间会发生滑动，从而导致肌纤维的缩短。
二、肌肉的运动原理肌肉的运动原理可以简单概括为肌原节的滑动。
当我们要进行某个动作时，比如举起手臂，大脑会发送信号到相应的肌肉。
这些信号通过神经系统到达肌小球，刺激肌小球产生肌收缩。
在肌肉收缩的过程中，肌原纤维中的厚丝和薄丝之间会发生滑动。
厚丝中的一种蛋白质叫做肌球蛋白，它能够与薄丝中的另一种蛋白质叫做肌动蛋白结合。
当神经信号到达肌小球时，肌小球中的钙离子浓度会增加，促使肌球蛋白与肌动蛋白结合。
这个结合过程使得肌原纤维缩短，从而导致肌肉的收缩。
肌收缩是一种快速而协调的过程，肌肉通过不断地交替收缩和放松实现我们各种动作的顺利进行。
在肌肉放松时，钙离子会被重新储存在肌小球内，肌动蛋白与肌球蛋白解离，肌原纤维恢复原状。
三、肌肉的结构和运动原理对运动的意义肌肉的结构和运动原理对我们的日常生活和运动训练具有重要的意义。
首先，了解肌肉的结构可以帮助我们更好地进行锻炼。
在进行力量训练时，了解肌肉的工作原理和结构特点，可以帮助我们选择合适的动作和训练方法，以达到更好的锻炼效果。
运动学——04肌肉运动学详解
实际中整块肌肉做等长或强直收缩时，长 度—张力关系必须考虑产生张力的主动成分， 被动成分。
被动张力的产生是由肌肉长度超过静息长度 时，并联和串联的弹性成分产生。
大多数单关节的肌肉并没有被牵拉到被动 张力起主要作用的程度。
多关节肌相反，如屈膝时腘绳肌产生的张 力显著降低，相反，屈髋伸膝关节时，腘 绳肌被动牵拉，产生的被动张力之高足以 肌肉被过度拉长。
2）等速收缩
定义：肌肉收缩时所发生的运动速度是恒定 的
不使用特殊的机器（等速测力）就不会发生 在活体中。
伴随阻力的调节，运动速度相等。
（三）肌力的产生及影响因素
1.肌力的产生---肌纤维的力学模型
收缩成分：肌动蛋白和肌球蛋白横桥结构 并联的弹性成分：肌肉结缔组织，如肌外膜，
（2）负荷—速度关系
肌肉向心收缩和离心收缩的速度与恒定的负荷 之间存在一定的关系 向心收缩时缩短的速度与所受外界负荷呈反 比例关系；
当外界负荷为0时，肌肉缩短速度最快 当负荷与肌肉的最大张力相等时，肌肉缩短的
速度为0，这时作等长收缩。
离心收缩时负荷—速度关系呈正比例关系；
（3）张力—时间关系
肌肉运动学
一、骨骼肌的结构
肌肉类型
横纹特征 随意收缩 例
骨骼肌 是
是
四肢肌
心肌
是
否
心脏
平滑肌 否
否 内脏器官
（一）概述
1.骨骼肌的一些基本信息
人体最丰富的组织，占总体重的40-45％； 骨骼肌600多块； 大约不到80对骨骼肌即可完成大多数动
作；
（二）骨骼肌的组织结构
1.骨骼肌组织结构
固定肌：将原动肌定点所附着的骨固定的肌， 稳定相关关节的近端部分
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• 測力板 (AMTI)
• 肌電訊號
• 肌電訊號(EMG)
• 加速度
• 加速規(Accelerometer) • 資料收集
• 資料收集盒(Datalogger)
人体功效学之人体模拟系统
25Kg
20 cm 42Kg
50.8 cm
Torgue 250*0.508 420*0.20 211 Nm FMUSCLE 211/ 0.05 4220N
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
電子量角器 (ELECTROGONIOMETER)
力量感測器(LOADCELL)
力量感測器(LOADCELL)
動作分析系統
1. 動作擷取系統 (VICON)
Vicon 460
Ploygon
RFH D
LFHD
RW RB
RFR A
REL B
RW RA
RSH O
RAS I
LSH O
CL AV
STR N
force
transducer
amplifier A/D PC
測力板(COP)
MZ y
F
Fy
Fz
x Fx
3. 肌電訊號(EMG)
動作量測分析系統
• 電子量角器 (electrogoniometer)
• 關節角度 • 外力
• 力量感測器(Loadcell) • 肢段空間位置
• 動作擷取系統 (Vicon) • 地面反作用力
REFERENCE
Cardinal planes of motion
Planes of Motion
Transverse Plane Frontal Plane Sagittal Plane
(YZ plane)
(XY plane)
(XZ plane)
NAMING MOVEMENTS AT JOINTS
使用動作量測分析系統的目 的
了解人體動作，肢幹間的相關性 • 運動學，動力學參數
設計、提升與評估人體運動、手工具、運動器材與醫療輔具等的功 能與成效
動作量測分析系統包含
動作量測分析系統
• 電子量角器(electrogoniometer) • 力量感測器(Loadcell) • 動作擷取系統 (Vicon) • 測力板 (AMTI) • 肌電訊號(EMG) • 加速規(Accelerometer) • 資料收集盒(Datalogger)
SPECIAL CASES
• Thumb • Pronation/supination • Hip med/lat rotation with hip flexion
KINEMATIC CHAIN
kinematic chain： a series of connected segment links open kinematic chain motion 开链运动
WHAT KIND OF KINEMATIC CHAIN IS PERFORMED AS
chin-up (引體向上)? one-legged squatting?
BASIC ARTHROKINEMATIC JOINT MOTIONS
(1) rolling or rocking, (2) sliding or gliding, (3) spinning
25Kg
10 cm 42Kg
39 cm
Torgue 250*0.39 420*0.10 140 Nm FMUSCLE 140 / 0.05 2800N
动作分析的应用
GAIT ANALYSIS
平衡訓練
h=肩高
BICYCLE ANALYSIS
Hip moment 1500N-mm Knee moment 2400N-mm Qudriceps 4500N， Biceps femoris 1500N Gluteus 3000N Tibialis anterior 2800N Gastroneminus 1600N
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• the joint motion with the distal segment moves free in space, e.g. raising lower leg or throwing a ball
closed kinematic chain motion 闭链运动 • the joint motion with the distal segment is fixed, e.g. standing up or squatting down
APPLICATION OF HUMAN MOTION MEASURE AND ANALYSIS SYSTEM
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人體動作量測分析系統
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人體動作分析系統之應用
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RA NK RM T5
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LTI LBA NK LM T5
LTOE
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2. 測力板 (AMTI)
人体运动学-功能性活动分析
KINESIOLOGY APPLICATION IN FUNCTIONAL ACTIVITIES
周晶 南方医科大学康复医学院
KINESIOLOGY
PURPOSE OF STUDYING CLINICAL KINESIOLOGY
The purpose of studying clinical kinesiology is to understand the forces acting on the human body and to manipulate these forces in treatment procedures so that human performance may be improved and further injury may be prevented 了解动作 了解作用在人体的力量 优化运动效能 避免和预防运动损伤