肌肉生物力学

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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。

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）

肌肉生物力学研究及其应用

肌肉生物力学研究及其应用肌肉是人体最重要的运动器官之一，不仅能够产生力量、推动身体运动，还具有支撑身体、保持姿态的重要作用。

肌肉生物力学研究是一门探究肌肉、骨骼和关节通过运动实现人体机能的学科，它取得了重要的科研和应用成果。

在本文中，我们将一起探讨肌肉的力学特性、肌肉生物力学的重要性以及该领域应用的一些具体案例。

一、肌肉的力学特性肌肉是能够收缩的组织，产生的力量可以推动身体进行运动。

而肌肉受到生物力学的影响，不同的力量和矢量对于肌肉的收缩有着不同的影响。

肌肉产生的力量可以分为主动力和被动力。

主动力是肌肉产生的正向力量，推动身体进行运动；被动力则是肌肉在被拉伸的情况下产生的反向力量，保持身体的姿态。

在不同的情况下，肌肉运动的速度和力量会有所不同。

肌肉的收缩可以分为等辐向收缩和等切向收缩。

等辐向收缩是指肌肉的纤维在收缩时，其皱褶线沿主轴线增长；等切向收缩则是指肌肉的纤维在收缩时，其皱褶线绕着主轴线进行收缩。

这两种不同的肌肉收缩方式对于力的产生和对骨骼的影响有着不同的作用。

二、肌肉生物力学的重要性肌肉生物力学研究对于人体运动机能研究，如相关疾病的预防和康复等方面都有着重大的意义。

它对于运动医学、肌肉疾病康复以及运动器材研发都有着重要的指导意义。

例如，肌肉力学特性的研究能够帮助我们更好地理解人体内部结构和组织的力学特性，也有助于研究某些疾病的发生和治疗。

肌肉疾病和损伤，例如肌肉萎缩和拉伤，能够大大降低生活质量和运动能力。

深入了解肌肉力学特性将有助于提高康复治疗和预防。

此外，肌肉力学研究还有助于改善运动器材和医学设备的研发，从而更好地应用于康复治疗和日常运动。

三、肌肉生物力学研究的应用实例肌肉生物力学研究已经被广泛地应用到医疗、康复和运动方面。

下面列举一些具体实例：1. 运动员训练肌肉力学分析可以帮助运动员提高绩效。

对于某些运动项目，如体操、举重和柔道等等，运动员需要发展出一定的肌肉力量和持久力才能获得优异的表现。

人体肌肉生物力学仿真研究

人体肌肉生物力学仿真研究第一章引言人体运动是指人体肌肉和骨骼系统的协同运动，是人类日常生活和运动竞技活动中的重要组成部分。

随着计算机技术、仿真技术和运动分析技术的发展，人体肌肉生物力学仿真研究已成为一种重要的研究手段。

本文将从人体肌肉生物力学仿真的概念、方法、应用及未来发展等方面进行综述。

第二章人体肌肉生物力学仿真概念人体肌肉生物力学仿真是一种基于计算机虚拟现实技术的仿真研究方法，用于模拟人体肌肉骨骼系统在不同运动状态下的力学特性和生物力学反应。

人体肌肉生物力学仿真建立在人体解剖学、生物力学和计算机科学的基础上，结合了力学仿真、结构动力学、生物力学、运动分析等学科，利用计算机技术模拟出人体肌肉骨骼系统在不同运动状态下的力学性质和运动方式，并对其进行分析和优化。

第三章人体肌肉生物力学仿真方法人体肌肉生物力学仿真的方法包括肌肉建模、动力学分析、仿真运动学分析等。

1. 肌肉建模人体肌肉是将运动信号转化为力的主要器官，肌肉建模是人体肌肉生物力学仿真的基础，其目的是以力学模型的形式表达人体肌肉的生物力学特性。

肌肉力学模型可分为线性模型、非线性模型和多段模型。

线性模型主要包括肌肉-骨骼动力学模型和Hill型肌肉模型。

非线性模型主要包括Hill类型元件模型、随机弹性元素模型、斜筋二带模型等。

多段肌肉模型则结合了不同类型的肌肉模型的优点，提高了模型的精度和可靠性。

2. 动力学分析动力学分析是对人体肌肉骨骼系统力学特性的分析和测定。

其基本原理是利用动力学定理和运动学原理，根据所给的运动方式和肌肉力学模型，推导出人体肌肉骨骼系统的运动学参数、动态参数和力学参数等。

动力学分析主要包括动力学模型的建立、运动学参数的测定、动力学参数的计算、肌肉力学特性的仿真分析等。

3. 仿真运动学分析运动学分析是研究人体运动状态的变化规律和运动先后关系的学科。

仿真运动学分析是在计算机虚拟场景中对运动状态进行模拟和分析的过程。

仿真运动学分析主要包括模型建立与优化、动态仿真、运动分析与评价等。

生物力学课程肌肉力学

精选课件
48
如果肌纤维的长度
过短，张力开始慢
慢下降然后迅速降
低。因为肌丝过度
重叠干扰了横桥的
形成。肌节的长度
小于1.65μm时，粗
肌丝滑到了Z线，这
时张力大幅度降低。
精选课件
49
张力
精选课件
50
二.负荷-速度关系
肌肉向心缩短或离心收缩延长的速度与恒定的负荷之间存在一定的关系。
向心缩短离心收缩等长收缩
弹性滞后
精选课件
79
肌腱组织
1.4
1.2
1
0.8
0.6
系列1
0.4
0.2
0
-0.2 0
0.005 0.01 0.015
应变
35
30
25
20
15
系列1
10
5
0 -5 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
应变
应力应力
最大载荷为5N
最大载荷为90N
精选课件
80
六.韧带断裂和肌腱受伤机制
状态，静息长度（2.0
—2.25μm)时，肌肉能
产生最大的张力，因
为这时粗细肌丝相互
重叠得最充分，横桥
的数量最多。
精选课件
47
如果肌肉被拉长
超过了静息长度，张
力也逐渐下降。因为
此时肌节被拉长，肌
丝间的接触少张力会
降低。肌节的长度约
为 3.6μm 时，肌丝间
几乎没有重叠，所以
不能产生主动张力。
精选课件
31
Hill方程是肌肉力学中最有名的方程，是骨骼肌力学的基础。来源：青蛙的缝匠肌实验描述：骨骼肌在强直状态下快速释放时

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。

第三章第二节肌肉的生物力学特性

下肢肌(羽状肌较多 ) b：上肢肌(羽状肌较少)
模型的串联
肌肉的长度增加。肌肉收缩速度增加。
模型的并联
肌肉的生理横断面增加。肌肉收缩力增加。
2、肌肉收缩力
速度特性
希尔方程： T——张力 V——速度
( a + T )(V + b) = b(TO + a )
V = b
图2—3 外部阻力增大时肌肉收缩的基本特征的变化
缩缩短短程程度度
小负荷
中负荷
大负荷
时间（从开始激发起算）
跑动作技术的生物力学跑动中上、下肢摆动幅度大而有力是现代短跑技术明显的特征。世界记录保持者贝利跑时上跑技术明显的特征。世界记录保持者贝利贝利跑时上臂前后摆动的幅度达 125° 。大腿前后的摆动幅度臂前后摆动的幅度达125 为105° 左右。
单肌节力学模型并联弹性成分收缩成分串联弹性成分
肌肉力学模型串联弹性成分并联弹性成分并联弹性成分串联弹性成分
单肌节力学模型并联弹性成分收缩成分串联弹性成分
肌肉力学模型
串联弹性成分并联弹性成分并联弹性成分串联弹性成分
肌肉放松
激活状态
收缩
(1)
(2)
(3)
肌肉受激发时的力学效应的顺序性
思考题：
短跑的起跑为什么采用 “蹲踞式”起跑？
2、肌肉松弛被拉长的肌肉，其张力有随着时间的延长而下降的特性。原因：由弹性成分粘弹性体的特性决肌肉松弛肌肉松弛原因原因：由弹性成分粘弹性体的特性决定的。
（三）载荷对肌肉收缩力学特性的影响当载荷增大时，肌肉收缩力学特性的变化如下： 1、动作潜伏期延长； 2、收缩幅度减小； 3、收缩速度下降。

19预备姿势肌肉的生物力学特性(1)

V b TO T
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

肌肉功率的性别、项目差异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：
① ②
运动幅度和方向；运动有效幅度的重点区间；
③
④ ⑤
作用力（或肌力）的大小；
最大作用力发挥的速率；
肌肉工作的状态。
5、肌肉与肌腱的生物力学特性对运动的影响
2、肌肉力（F）—速（V）关系

1938年Hill的经典工作奠定了肌肉力学基础，他按照热力学定律建立了反映肌肉收缩力－速度特性的方程：
( F a) (V b) ( F0 a) b
方程中F0为肌肉挛缩时的张力， F为松开肌肉一端后肌肉的张力，V为肌肉缩短速度，a为肌肉张力单位常量，b为肌肉收缩速度单位常量。Hill方程所描述出肌肉的F—V关系与实测结果具有较好的一致性（图35）。
增加动作的力和速度提高动作的经济性：利用弹性能缓冲作用
6、肌肉的收缩形式以肌肉外部长度变化来确定肌肉收缩形式：

等长收缩：肌肉长度不变，但有内部收缩。

向心收缩：肌肉主动收缩，长度缩短。
离心收缩：肌肉主动收缩，但不能克服阻力而
被拉长的收缩。
肌肉产生收缩形式变化的过程
思考题
概念:
肌肉平衡长度（自由长度）：肌肉无被动张力时的最大长度。肌肉的净息长度：收缩元（CC）表现出最大张力时的肌肉长度。约为平衡长度1.25倍。被动张力: 是指肌肉工作时并联弹性成分的张力。肌肉净收缩力: 指收约缩成分收缩时产生的张力。总张力: 被动张力与净收缩力之和。
收缩元（CC）力——长度曲线
图 3-6 不同载荷肌肉做功与收缩速度的关系

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。

人体肌肉生物力学模型的建立及其应用研究

人体肌肉生物力学模型的建立及其应用研究人体肌肉生物力学模型是一种描述肌肉结构和生理特性的方法，它能够描述肌肉受力及其对整个身体的运动和稳定性的影响。

在医学、运动医学、体育等领域，人体肌肉生物力学模型被广泛应用。

本文旨在介绍人体肌肉生物力学模型的建立方法和应用研究现状。

一、人体肌肉生物力学模型的建立方法人体肌肉生物力学模型的建立涉及多个方面的知识，包括解剖学、生理学、传感器技术、运动学、动力学、数学建模等。

人体肌肉生物力学模型的建立一般包括以下几个步骤：1. 选择肌肉选择需要研究的肌肉，一般需要考虑受力最大、受力最频繁、对某项运动影响最大等因素。

2. 测量肌肉步态、力量和肌肉活力在生理测量实验装置中，运用支持肌肉的传感器、电极、加速度计等技术手段，实现膝关节、颈部、腰部和手等关节及肌群的运动和功能测量。

3. 采集数据并进行分析采集测量到的数据，包括质量、力矩、速度、角位移等，进行数据处理和分析。

统计学方法和动力学方法是应用广泛的数据分析方法。

4. 建立数学模型根据统计学数据和动力学方程式对肌肉进行建模，将肌肉的生理特性（力-长度、力-速度、力-时间关系等）描述成数学形式。

目前，刚性体分析、柔性/多体动力学分析、有限元分析等方法都被应用于人体肌肉生物力学模型的建立。

5. 评估模型准确性将建立的模型与实际测量数据进行对比，评估模型的准确性，包括判断肌肉属性、肌肉合作、肌骨协同运动以及肌肉疲劳等方面。

二、人体肌肉生物力学模型的应用研究人体肌肉生物力学模型应用于医学、运动科学和工业设计等领域，被广泛应用于研究运动和劳动的创伤机制，分析姿势、平衡和动作的姿态调节和调整。

以下是人体肌肉生物力学模型的应用研究案例。

1. 运动医学运动过程中的肌肉活动是肌肉消耗的主要源泉，了解肌肉生物力学模型对运动员运动训练和调度等方面有重要的意义。

将人体肌肉生物力学模型应用于运动医学，可以分析肌肉的负荷、疲劳和肌肉损伤机制，为运动医学提供更全面的理论基础。

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。

肌肉生物力学的研究现状与应用前景

肌肉生物力学的研究现状与应用前景肌肉是人体最主要的动力产生器，同时也是生物力学研究的一个热门领域。

肌肉生物力学研究是指将运动、力、能量等物理方面的指标应用于人体运动的研究，它为我们提供了一种理解人体运动的有效途径。

在本文中，我们将会介绍肌肉生物力学研究的现状，它的应用范围与前景。

第一部分：生物力学和肌肉力学生物力学是机械学、生理学和解剖学的交叉领域，它研究动物和人体的运动学和动力学的规律，它的目标是通过去量化生物的物理情形，来探索人类力量的产生以及身体的姿态和运动。

肌肉是身体运动的主要来源，也被称为肌肉骨骼系统。

肌肉生物力学主要是研究肌肉在人体运动系统中的作用。

在生物力学的范畴内，肌肉发挥着一个很特别的作用，因为肌肉比起其它的组织来说有一个内在的收缩能力。

这种内在的收缩能力在其它生物的力学系统里是没有的。

因此，肌肉生物力学的研究对于深入理解人类运动运动机理，很重要。

第二部分：肌肉生物力学研究的现状肌肉生物力学是跨学科的领域，它融合了机械学、实验生理学、解剖学等多个学科的知识。

近年来，人们对于肌肉生物力学的研究越来越广泛，研究涵盖了从细胞到整个肌肉群体的方方面面。

目前，肌肉生物力学的研究现状主要集中在以下几个方面：1. 肌肉损伤与修复机制：在肌肉生物力学中，研究团队主要关注需要修士平复损伤的机制。

比如在人体运动过程中，肌肉受到力的作用时，肌肉纤维单元的拉应力增大，超过破坏点时就会发生损伤，之后，就会引起炎性反应和细胞注视与再生机制等多个基础过程了。

这类研究对于肌肉慢性炎症损伤治疗等领域有一定的指导意义。

2. 肌肉生长的机制：肌肉增长也是肌肉生物力学研究的重要领域。

研究的重点在于增长的过程是如何在细胞水平上进行的，肌肉细胞的增生和生长与邻近膜结合中激素的作用；比如，蛋白质合成的过程等等。

这类研究有助于运动表现和肌肉训练的最优解决方案制定，同时，对于有无肌肉力量状况的疾病诊断观察也有一定的指导意义。

3. 肌肉控制问题：另一个研究领域关注的是，如何控制肌肉群以达到更好的表演。

肌学实验报告

实验名称：肌肉力学特性研究实验日期：2023年3月15日实验地点：生物力学实验室实验目的：1. 了解肌肉的基本结构和功能。

2. 掌握肌肉力学特性的基本测量方法。

3. 分析不同条件下肌肉的力学特性。

实验原理：肌肉是人体最重要的组织之一，具有收缩和舒张的功能。

肌肉的力学特性包括肌肉的收缩能力、肌肉的弹性、肌肉的粘弹性等。

本实验通过测量肌肉的收缩力、长度变化等参数，分析肌肉的力学特性。

实验材料：1. 骨骼肌样品：小白鼠腓肠肌。

2. 生物力学实验装置：肌肉拉力测试仪。

3. 数据采集系统：数据采集卡、电脑。

4. 其他：剪刀、镊子、量角器、计时器等。

实验步骤：1. 准备实验材料：将小白鼠腓肠肌取出，用生理盐水清洗，去除脂肪和结缔组织。

2. 装置准备：将肌肉样品固定在肌肉拉力测试仪上，确保肌肉样品的长度和张力能够被准确测量。

3. 测试准备：将数据采集系统连接好，打开电脑，设置好实验参数。

4. 实验开始：a. 肌肉预调：调整肌肉样品的长度，使其处于自然长度。

b. 肌肉预收缩：施加一定的预收缩力，使肌肉处于一定的收缩状态。

c. 肌肉拉伸：缓慢拉伸肌肉样品，记录不同长度下的收缩力。

d. 肌肉放松：使肌肉自然放松，记录肌肉的恢复力。

5. 数据采集：在实验过程中，实时采集肌肉的收缩力、长度变化等数据。

6. 数据处理：将采集到的数据导入电脑，进行分析和处理。

实验结果：1. 肌肉收缩力与长度变化的关系：随着肌肉长度的增加，肌肉收缩力先增大后减小，呈现出一定的非线性关系。

2. 肌肉恢复力与长度变化的关系：随着肌肉长度的增加，肌肉恢复力先增大后减小，同样呈现出一定的非线性关系。

3. 肌肉粘弹性：在肌肉收缩过程中，肌肉表现出一定的粘弹性，即肌肉在收缩过程中存在能量损失。

实验讨论：1. 本实验结果表明，肌肉的收缩力与长度变化之间存在着一定的非线性关系，这与肌肉的生物学特性有关。

2. 肌肉的粘弹性是肌肉在收缩过程中能量损失的主要原因，对于肌肉的疲劳和损伤具有重要意义。

骨、关节、肌肉的生物力学

骨、关节、肌肉的生物力学第一节骨的生物力学人体共有206块骨，其功能是对人体起支持、运动和保护的作用。

骨的外部形态和内部结构不论是从解剖学还是生物力学的角度来看，都是十分复杂的。

这种复杂性是由骨的功能适应性所决定的。

骨的功能适应性，是指对所担负工作的适应能力。

从力学观点来看，骨是理想的等强度优化结构。

它不仅在一些不变的外力环境下能表现出承受负荷（力）的优越性，而且在外力条件发生变化时，能通过内部调整，以有利的新的结构的形式来适应新的外部环境。

一、骨的生物力学特征（一）骨对外力作用的反应1．骨对简单（单纯）外力作用的反应（1）拉伸：拉伸载荷是自骨的表面向外施加相等而反向的载荷，在骨内部产生拉应力和拉应变。

例，单杠悬垂时上肢骨的受力。

（2）压缩：压缩载荷为加于骨表面的向内而反向的载荷，在骨内部产生压应力和压应变。

例，举重举起后上肢和下肢骨的受力。

（3）弯曲：使骨沿其轴线发生弯曲的载荷称为弯曲载荷。

在弯曲负荷下，骨骼内不同时产生拉应力（凸侧）和压应力（凹侧）。

在最外侧，拉应力和压应力最大，向内逐渐减小，在应力为零的交界处会出现一个不受力作用的“中性轴“。

例，负重弯举（杠铃）时前臂的受力。

（4）剪切：标准的剪切载荷是一对大小相等，方向相反，作用线相距很近的力的作用，有使骨发生错动（剪切）的趋势（图3-1），在骨骼内部的剪切面产生剪应力。

例，人体运动小腿制动时，股骨髁在胫骨平台上的滑动产生剪应力。

（5）扭转：骨骼受到外力偶的作用而受到的载荷，在骨的内部产生剪应力。

例，掷铁饼出手时支撑腿的受力。

2．骨对复合（实际）外力作用的反应在人体运动中，受到纯粹的上述某一种载荷的情况很少见，大量出现的是复合载荷。

复合载荷即是同时受到上述两个或两个以上的载荷作用（分别以人行走和小跑时成人胫骨前内侧面的应力为例）。

（二）骨结构的生物力学特征骨的结构被广泛认为通过进化过程得到了最优化的设计：即在特定的载荷环境下得到重量最轻的结构。

基于人类肌肉的生物力学研究

基于人类肌肉的生物力学研究随着科学技术的不断进步，生物力学成为了一个新兴的学科领域，其研究范围涉及到人体、动物、植物等各种生物体的力学性能和运动机理。

其中，基于人类肌肉的生物力学研究日益成为了学者们关注的热点。

本文将对这一领域进行探讨，从人类肌肉的运动机理、肌肉生长的调控机制、肌肉性能的评价以及肌肉疲劳的研究方面进行论述。

一、人类肌肉的运动机理人类肌肉的运动机理主要有三种类型，即爆发型、持久型和中间型。

爆发型肌肉是指适合进行短时间内高强度的运动，例如短跑、跳跃等项目。

这类肌肉的肌纤维类型以Ⅱ类肌纤维为主，其代谢途径为非氧化途径。

持久型肌肉适合进行长时间、低强度的运动，例如马拉松、骑车等项目。

这类肌肉的肌纤维类型以Ⅰ类肌纤维为主，其代谢途径为氧化途径。

中间型肌肉则表现为爆发型和持久型肌肉的混合，适合进行中等持续时间的中等强度运动，例如游泳、篮球等项目。

这类肌肉的肌纤维类型以Ⅰ型和Ⅱ型肌纤维混合为主。

二、肌肉生长的调控机制肌肉生长主要与肌肉蛋白的合成、分解及其调控有关。

肌肉蛋白的合成受到受体刺激、内质网应激和信号下传等调节机制的影响。

受体刺激主要表现为运动对肌肉生长的促进作用。

当肌肉受到外界刺激后，一些信号物质会被释放出来，通过细胞膜的信号转导最终促进肌肉蛋白的合成。

内质网应激则是指在过度负荷的情况下，细胞内的内质网会被引起损伤，从而促进肌肉蛋白的合成。

信号下传则是指一些重要的信号通路在调控肌肉生长的过程中扮演重要角色，例如Igf-1、mTORC1等。

三、肌肉性能的评价肌肉性能的评价通常包括力量、耐力和爆发力等几个方面。

力量是指肌肉在最大负载下所能产生的最大张力。

耐力则是指持续时间长的低负载运动能持续进行的能力。

爆发力是指肌肉在非常短的时间内所能产生的很大的力量。

四、肌肉疲劳的研究肌肉疲劳是指肌肉运动能力下降和疲劳的现象。

肌肉疲劳的机制主要涉及到对肌肉细胞的破坏和代谢产物的积累。

同时，肌肉疲劳的程度也与心理因素有关。

骨伤生物力学-肌肉、腱和韧带

0
0F
肌肉收缩 0F
0F
0F
收缩元有张力外部力为零
0F
串联弹性元被拉到足够长
3.3 肌肉收缩的力学特征与负荷的关系
（1）潜伏期延长
-------负荷增大时
（2）肌肉长度变化量（缩短程度）减小
小负荷
缩短
中负荷
程
度
大负荷
时间（从开始激发时算）
（3）肌肉缩短的速度下降
逆变状态：运动方向改变和由退让工作过度为克制工作时的肌肉收缩状态
（4）骨骼肌的收缩具有叠加现象
张
（5）肌肉收缩产生的张力与刺激频率成正比。当频率高于100Hz时，
力
张力达到最大值，这种状态称为
完全强直或挛缩。
100/s 60/s 40/s 25/s 15/s
（6）骨骼肌在松驰时，张力可以忽略不计。
10/s
0 100 200 300 400 时间(mS)
2. 心肌Cardiac Muscle的结构及收缩特点
Ta
Vb Vb
若 T = 0，则 V 达其最大值 V。：
V0 bT0 a
若 T。、V。为参数，可得希尔方程的无量纲形式：
1T
V
T0
V0 1 C T T0
1V
或T
V0
T0 1 C V
V0
C
T0 a
一个量若在所有被采用测量单位制中,其测量单位都相同，则称为无量纲量；一个量若在实验或理论的研究中明显或隐含地允许有不同的测量单位，我们就称它为有量纲量。
力
Vm
缩短 0
伸长
3.4 在相等程度的激发下，肌肉张力的大小决定于三个因素：
该瞬间肌肉的长度长度变化的速度从开始激发时刻算所经历的时间（潜伏期）