肌肉结构与运动功能关系的解剖学讨论

肌肉力量的分类及其解剖学区分
最大力量 快速力量 反应力量 力量耐力
（依据Martin）
最大力量
通过最大随意收缩表现最高力值的能力 离心＞静力＞向心 很大程度决定其它力量，是其基础。
肌肉体积
最大力量 随意激活能力 肌肉质量
最大力量：不等于绝对力量
羽状角
梭形肌
半羽状肌 羽状肌
注： ▲▲ P<0.01表示与其余两组间具有非常显著性差异 * * P<0.01表示同组缓冲相与蹬伸相重心位移具有非常显著性差异
40cm跳深组缓 冲阶段明显低 于蹬伸阶段， 提示40cm组缓 冲不够充分
பைடு நூலகம்
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4 研究内容与结果
研究一：不同高度跳深条件下下肢刚度的变化特征及其与爆发力的关系
（3） 结果
制动力量取决肌肉的退让与超等长工作能力。
图 肌肉的力——时间曲线
➢运动员A的最大力值大，但快速力量指数小 ➢运动员B相反，快速力量指数大，但最大力值小 ➢如果t＞t3，两个运动员都来得及达到自己的最大力值， 则力值大的运动员A占优势 ➢若t ＜ t1 ，则快速力量指数大的运动员B占优势
—般肌肉达到最大力值所需的时间为300-400ms 在许多运动中力的发挥时间要比此时间短得多
肌肉结构与运动功能关系的 解剖学讨论
北京体育大学运动解剖学教研室 刘晔
肌肉构造与配布规律回顾
肌肉的配布规律
肌肉至少附着在两块或两块以上的骨上，至少 跨过一个关节。
肌肉只产生拉力，不产生推力。 肌肉的配布与关节运动轴间的关系
单轴关节：2群肌肉 双轴关节：4群肌肉 多轴关节：6群肌肉
A ： 肌动蛋白丝重叠，造成横桥形成的数量减少。 B和C：肌动蛋白丝和肌球蛋白丝的位置正确，所以形成最佳数量的 横桥。 D ：肌动蛋白丝位于肌球蛋白头的范围之外，因此横桥形成的数量 是有限的。
➢与前图又似乎不完全一致，提示有其他因素？
骨骼肌纤维 为长柱形的多核
细胞，长1～40mm。
肌肉结构力学模型——三元素模型
组别
主动力峰值与被动力峰值 间隔时间（s）
40cm跳深组
0.087±0.016
80cm跳深组
0.087±0.015
120cm跳深组
0.102±0.017**
注：与其余两组比较** P<0.05
120cm组表现为明 显延长，说明肌肉 离心和向心收缩间 的耦联时间明显延 长，提示可能会导 致神经肌肉系统产 生牵张反射失耦联， 使爆发力降低
设M为人体的体重或瘦体重（去脂体重），设Y为人体 的肌肉力量，用S表示；Y0为一个常数，在肌肉力量研究 中我们将其用S0表示，b为肌肉力量素质异速生长的指数， 则得到公式：
S= S0Mb
关于力量个性评价的讨论
2.“标准化力量”概念的提出与理论推导
将上式变型得到： S0=S/Mb
上式中S0为一个将肌肉力量根据其与体重或瘦体重的 幂指数关系而“规一化”或“标准化”的指标，我们把它 命名为“标准化力量”。应用这一指标可以避免人体尺度 及体型差异对力量素质评价的干扰，具有理论及实用价值。
力量耐力
神经肌肉系统在一定的时间内，以静力性或动力 性的工作形式在抗较大负荷，即大于最大力量的 30﹪的力量发挥过程中，抵抗疲劳的能力。
远远大于在单纯向心收缩形式下的力量。
力量耐力
最大力量能力 快速力量能力 机体耐酸能力
关于力量个性评价的讨论
谁的力量大？
关于力量个性评价的讨论
相对力量？ 标准化力量？
注：与其余两组比较：* P<0.05 ，** P<0.05
80cm跳深组主 动力峰值与爆 发力指数均最 高，提示80cm 跳深是较为理 想的高度
4 研究内容与结果
研究一：不同高度跳深条件下下肢刚度的变化特征及其与爆发力的关系
（3） 结果
➢ 主动力与被动力峰值间隔时间的变化
主动力与被动力峰值间隔时间的计算结果
由于肌肉的这种工作形式更接近于人体运动的 实际,而且往往出现在体育运动的关键环节(例 如起跳动作),所以70年代初以来引起了世界 众多研究人员的高度重视。
德国施密特布莱希尔和高豪夫测试了运动员与 非运动员在不同高度的跳深动作,得出了“跳 深前肌肉的预兴奋程度与训练水平密切相关” 的结论 。
最适高度？
反应力量
神经肌肉系统先在极短的时间内进行离心收缩， 紧接着迅速转为向心收缩的整个过程（拉长缩短周期）中所发挥出的快速力量。
远远大于在单纯向心收缩形式下的力量。
反应力量
最大力量能力 快速收缩能力 肌紧张反应收缩能力
肌肉被动 快速拉伸
储能
牵张反射
使神经肌肉系 统产生速度适
应性
肌肉快速拉伸 和收缩的速度
增强肌肉力量和耐力的意义
肌肉的力量和耐力是有关健康和体质的重要因 素之一。 从日常生活的角度，肌肉力量增 加，这意味着我 们有更强的能力 完成日常工作。
增强肌肉力量和耐力的意义
力量处于较好水平可以减少运动过程 中发生伤病的危险。 在一定程度上抵抗因自然衰老而发生 的肌肉力量和骨密度的下降。 可使个人的体型更加健美，增强个人 的自信心。 对预防和控制肥胖具有重要意义。
P=Fv 由于force取决于肌纤维的总截面积，而速 度即收缩速率取决于其长度，因而Power应与肌 肉的总体积相关。
快速力量
起动力量是在短时间内使力量达到尽可能高的 增长的能力（50ms）。
爆发力量是肌肉收缩过程中力量发挥的最大速 度（power，150ms ）。
制动力是指以较高的加速度朝相反的方向运动 的能力（球类、激流艇）。
➢ 碰撞力加载率和下肢垂直刚度的变化
碰撞力峰值和下肢垂直刚度的测算结果
组别 40cm跳深组
碰撞力加载率（KN/s） 134.878±100.355
下肢垂直刚度 （N/mm） 15.44±6.68**
80cm跳深组 120cm跳深组
278.678±112.750 22.40±7.93 875.051±463.187** 31.00±13.40▲
关于力量个性评价的讨论
3.异速生长指数b的获得
•
选取100名18-22岁男性健康大学生进行不同的力量测
试，对测得指标的数值，应用公式S=S0Mb，两边取对数得到
大负荷的力量训练，“力一速”关系曲线向力量增 长为主的方向偏移 而小负荷时，“力一速”关系曲线向速度方向偏移
因此可根据运动项目的特点，通过力量训练，使 运动员的“力—速”关系曲线达到最佳优化
肌肉激活与张力的关系
兴奋后肌肉能迅速地达到激活状态的高峰，但整 块肌肉张力的发展过程要慢得多
肌肉进入激活状态后， 收缩元兴奋产生的张力， 先被其串联的弹性成分 的形变所缓冲
关于力量个性评价的讨论
1.异速生长模型理论概况
异速生长是生物界中广泛存在的基本规律之一，其理 论认为，一个活的有机体，其各部分常常不是呈等容积变 化，生物个体的大小同其本身相对多的形态变量和生理变 量存在比例增长关系，即异速生长关系，它们的增长率之 比为一个不变的常量。
关于力量个性评价的讨论
肌肉拉伸过程 向收缩过程转
换的时间
• 肌肉拉伸越快，其贮存的弹
肌肉在被动拉伸 性势能越大，对肌肉的向心 过程中，肌肉产 收缩愈有利 生的张力与拉伸 速度成正相关
肌肉是一个粘弹 性体，存在着松 弛的特性
• 缩短肌肉拉伸——收缩的转 换时间，可有效地利用拉伸
过程中所贮存的能量
肌腱存在着蠕变 的特性
反应力量
4 研究内容与结果
研究一：不同高度跳深条件下下肢刚度的变化特征及其与爆发力的关系 （2） 方法
➢ 应用测力台和高速摄像解析，测算不同高度条件下跳深练习中的下肢 垂直刚度、爆发力指数及“主动力与碰撞力峰值间隔时间”
4 研究内容与结果
研究一：不同高度跳深条件下下肢刚度的变化特征及其与爆发力的关系
（3） 结果
维尔霍山斯基跳深练习最理想的高度为75cm 西德田径专家彼得茨恒报道：最佳效果之跳深应为 100cm的高度跳下并立即跳上另外一个跳箱或沿着地 板跳 本人认为跳深最适高度在80-100cm之间
简单测验方法：让运动员从30cm、35cm、40cm、45cm等依次 增加5cm的高度。从跳深架上跳下后立即跳起摸高，摸高成绩最 佳的跳深高度可以确定为该运动员的最适宜高度
1.异速生长模型理论概况
如果用Y来表示某个需要研究的属性值(如特定器官的 大小、某种生理属性等)，M来表示生物的个体大小(通常 以重量或质量表示)，用b来表示异速生长关系中的指数， 则异速生长模型的数学表达式可表示为：
Y=Y0Mb
关于力量个性评价的讨论
2.“标准化力量”概念的提出与理论推导
我们基于生命科学领域的热点理论——“异速生长模 型”，从理论上提出了“标准化力量”的概念。
从力学和生物学角度来看肌肉力量
肌肉力量：是肌肉最大收缩产生力以对抗 阻力或负荷的能力。
肌肉耐力：是肌肉在一段时间内连续收缩 产生力的能力（负荷大于最大负荷的30%）。
根据牛顿第二定律得知
F=ma 由此可知，肌肉力量变化可通过改变质量 或加速度两个因素中的任何一个来获得 用数学表达式表示为：
Fmax1＝mmax ·a (1) Fmax2＝m ·amax (2) (式中max意为最大值)
多羽状肌
快速力量
神经肌肉系统快速地发挥出最大力量的能力。 取决于肌肉快速收缩能力和最大力量。 当力量发挥过程＞150ms时取决于最大力量，
当≤150ms时取决于肌肉的快速收缩成分。 由起动力量、爆发力量和制动力量构成。
快速力量
Power是指一肌肉对外做功的功率，等于力乘以 速度。
当串 联弹性元的变形及张 力进一步发展，整块肌肉 的张力达到—定的程度后， 收缩元的 主动张力才能直 接对肌肉起止点施力，表 现出肌肉收缩力
肌肉的预激活，对 人体的快速起动力 量、爆发力量都有
着积极的意义
处于预激活状态的肌肉，有一定的预张力，亦即在弹性成分中有一 定的能量贮备，可以使收缩元的主动张力在更短时间内直接向外部 表现出来
从力学的角度，Fmax1、 Fmax2通过m或a的改变应该是 等效的 从人体运动的生物学特点来讲，二者有本质上的不同， 无论从力的特征上、还是训练效应获得上都有着很大的 内在差异
(1)式中，通过负荷改变来获得力量，同时影响着肌肉收缩的工作方式， 改变着肌肉的力量特征；用最大外载负荷以获取肌肉的最大的力量。 这是力量训练中的基本规则。
(2)式中，通过运动加速度改变获得力量，用最大加速度变化获取最 大的力量发展
不同肌肉工作方式中肌力与长度变化 的矛盾与解释
静力性工作（收缩） 动力性工作（收缩）
• 克制工作（向心收缩） • 退让工作（离心收缩） • “拉长—缩短周期”收缩（超等长） • 等速性收缩（向心或离心）
四个特定长度的肌节的主动长度-张力关系曲线
在这种情况下，运动员往往来不及发挥出最大力，因此， 运动员用力的效果很大程度上依赖于快速力量指数
肌肉收缩力—速度特性
芬恩(Feen)、希尔的实验结果证明了肌肉收缩 力—速度关系
肌肉“力—速”关系优化
外载负荷的大小影响着肌肉收缩力的大小 肌肉收缩力与速度之间成反比例关系 肌肉收缩时随着载荷的增大收缩速度必然表现出下降 特征，要提高动作速度必然要减小负荷的作用
注： 与其余两组比较：**P<0.01 与80cm跳深组比较：▲ P<0.05
跳深高度是引起 下肢垂直刚度变 化的重要因素； 80cm到120cm的 变化中，碰撞力 加载率大幅度增 长，损伤风险随 之明显增加
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4 研究内容与结果
研究一：不同高度跳深条件下下肢刚度的变化特征及其与爆发力的关系
（3） 结果
➢ 主动力峰值与爆发力指数的变化
主动力峰值与爆发力指数的变化的结果
组别 40cm跳深组
主动力峰值（N） 2401.295±482.872
爆发力指数 （KN/s）
13.247±5.947
80cm跳深组 120cm跳深组
2437.258±398.308 16.313±6.749* 2127.142±350.258** 13.498±4.904
➢ 身体重心最大垂直位移的变化
跳深时重心最大垂直位移（mm）的测算结果
组别
缓冲阶段
蹬伸阶段
40cm跳深组 80cm跳深组 120cm跳深组
266.93±48.63** 305.20±62.46 277.27±64.98 296.33±65.58 342.53±71.50▲▲ 341.74±78.76