第一章 肌肉的兴奋与收缩 (1)

第三节
肌肉收缩的形式与 力学特征
主要内容
1. 肌肉收缩形式
2. 肌肉收缩的力学特征
1
肌肉收缩形式
缩短收缩 拉长收缩 等长收缩
缩短收缩
等张收缩
返 回
等动收缩
拉长收缩
拉长收缩又称离心收缩，当肌肉收缩 时产生的张力小于外力时，此时肌肉积极 的收缩但仍然被拉长了，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。 拉长收缩在实现人体运动中起着制动 减弱和克服重力等作用。
1
兴奋和兴奋性概念
生物体具有对刺激发生反应的能力，称为兴奋性。 兴奋性是神经肌肉最重要的生理特性，是一切生物所 具有的特性。 可兴奋细胞受刺激发生兴奋时，在细胞膜两侧发生一 次可传播的电位变化，称动作电位。因而兴奋性又 特指组织细胞接受刺激具有产生动作电位的能力，而 兴奋则是产生动作电位本身或动作电位同义语。
细肌丝
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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
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横桥运动引起的肌丝滑行
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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。
返 回 男女性的张力— —速度曲线表现 明显的性别差别 。如图表明，不 论是屈腕肌群或 伸足肌群，成年 男性张力——速 度曲线均高于成 年女性。
前加负荷对肌肉收缩的影响— —长度与张力关系
由此可见，每一条肌肉内都存在一个 最适的初长度或最适合的前负荷，肌肉在 此长度下收缩时，其收缩效果或作功能力 最大，而在初长度较长或较短时，其效果 明显下降。
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2
引起兴奋的刺激条件
一定的强度 一定的持续时间
一定的强度－－时间变化率
阈强度阈刺激
要使组织产生兴奋，刺激必须达到一定 的强度。当刺激作用时间和强度－－时间变 化率固定不变的条件下，能引起组织细胞兴 奋所需的最小刺激强度，称为阈强度或简 称为阈值。达到阈强度的刺激称为阈刺激。 阈刺激小，表示组织兴奋性高；相反则低。 高于阈刺激称为阈上刺激；低于阈刺激强度 的刺激称为阈下刺激。
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1
肌电图的概念
肌肉收缩时伴有动作电位产生，总是 兴奋发生在前，收缩出现在后。如果采用 适当方法将肌肉兴奋时的电位变化，经引 导、放大记录下来，所得的图形，称为肌 电图。
2
肌电图的应用
利用肌电图分析技术动作，了解完成该动作时有 哪些肌肉参加，各个肌肉的用力程度怎样，顺序 如何，直接为科学地安排教学与训练提供依据。
2. 横桥头部的摆动，暴露出它上面的ATP 结合位点，新 的ATP与横桥结合，横桥头部与肌动蛋白分离，横桥中ATP 通过内源性分解放能，使横桥从倾斜位回到正常的垂直位 。
肌肉的舒张
当运动神经传来的刺激停止，终末池膜对Ca2+的通透 性降低，Ca2+的释放停止，纵管膜上的钙泵迅速将CA2+ 泵回肌浆网的纵管，再扩散到终池，肌浆中的Ca2+浓度降 低，Ca2+与肌钙蛋白分离。肌钙蛋白的构型恢复原状，原 肌球蛋白又将肌动蛋白上的位点掩盖，使横桥与肌动蛋白 分离，粗丝与细丝回到它们原来的状态，肌肉舒张。由此 可见，Ca2+的释放和泵回在肌纤维收缩和舒张中起着关键 的作用。
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
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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
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。
强度－－时间曲线
若固定刺激强度－－时 间变化率，通过实验发现， 在一定范围内，引起组织兴 奋所需要的阈强度和刺激的 作用时间量反变关系。
以刺激强度为纵坐标， 以刺激作用时间为横坐标， 将引起组织兴奋的刺激强度 和时间的关系，描绘在直角 坐标系中。可得到强度－ －时间曲线 。
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3
兴奋性的评价指标
无髓鞘神经纤维的传导
有髓鞘神经纤维跳跃式传导示意图
动作电位在神经纤维的传导具 有以下特征：
生理完整性 双向传导 不衰减和相对不疲劳性 绝缘性
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局部兴奋
阈下刺激不能引起动作电位，但它对 受刺激局部的膜电位会产生一定的影响， 可使受刺激局部对Na+的通透性轻度增加 ，造成原有静息电位的轻度减小，并且只 局限于受刺激的局部范围。阈下刺激引起 这种膜的局部去极化称为局部反应或局部 兴奋。
第一章
肌肉的兴奋与收缩
提 要
本章系统阐述神经肌肉的兴奋性，含兴 奋的产生、传导和兴奋在神经肌肉接点 的传递，这是完整肌体内肌肉收缩的生 理学基础；根据肌丝滑行的形式和力学 特性进行分析；此外，肌肉中结缔组织 对肌肉收缩的影响及肌电图在体育科研 中的应用也作了简要的介绍。 重点掌握兴奋和兴奋性的概念，引起兴 奋的刺激条件，静息电位和动作电位产 生的机制，肌肉的收缩过程，肌肉收缩 的形式和力学特征。
神经肌肉接头兴奋传递的特点
化学传递
单向传递性
时间延搁 高敏感性 兴奋传递是1对1的
下一节
第二节
肌肉收缩的原理
主要内容
1 肌纤维的微细结构 2 肌肉的收缩机制 3 单收缩和强直收缩
1
肌纤维的微细结构
肌纤维同其它许多细胞一样，有细 胞膜（称肌膜）、细胞核、细胞质（称 肌浆），和多个细胞核。肌浆中含有丰 富的线粒体、糖原和脂滴，还充满平行 排列的肌原纤维和复杂的肌管系统。
目 的 要 求
第一节 神经肌肉的兴奋性和生物电现象 第二节 肌肉收缩的原理 第三节 肌肉收缩的形式与力学特征 第四节 肌肉结缔组织对肌肉收缩的影响 第五节 肌电图在体育科研中的应用
第一节
神经肌肉的兴奋性 和生物电现象
主要内容
１兴奋和兴奋性概念 ２引起兴奋的刺激条件 ３兴奋性的评价指标 ４兴奋后恢复过程的兴奋性变化 ５神经肌肉细胞的生物电现象 ６兴奋在神经肌肉接头的传递
评价组织兴奋高低的最简易指标
阈强度 时值
是以2倍基强度的刺激作用于组 织，刚能引起组织兴奋所需的最 短作用时间
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4
兴奋后恢复过程的兴 奋性变化
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兴奋后恢 复过程的兴奋 性变化经历了 4个时期： 绝对不应期 →相对不应期 →超常期 →低常期
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神经肌肉细胞的生物 电现象
静息电位 动作电位
静息电位的产生的机制
明带（I带）
肌 原 纤 维
暗带（A带）
粗肌丝
细肌丝 横管系统
肌 管 系 统
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纵管系统
终池
2
肌肉的收缩机制
肌丝的分子组
肌肉的收缩过程
肌肉的舒张
肌丝的分子组成
肌球蛋白（又称肌凝蛋白） 肌动蛋白（又称肌纤蛋白） 细肌丝 原肌球蛋白（又称原肌凝蛋白）
粗肌丝
肌钙蛋白（又称肌宁蛋白）
粗肌丝
横桥具有两个重要的功能特征
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动作电位的产生机制
动作电位曲线百度文库上升支，是膜外Na+迅速 内流的结果，但当Na+内流形成的膜内正电位 所产生的电位差与推动Na+内流的浓度梯度相 平衡时，Na+就停止内流，降极化达到顶点， 这时膜两侧的电位差就是动作电位的高度。 可见，动作电位相当于Na+的平衡电位。
动作电位（神经冲动）的传导
上升支 下降支 负后电位
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正后电位
绝对不应期
相对不应期
超常期
低常期
兴奋性
静息电位的产生的机制
静息电位的形成主要与细胞在安静状态 时，膜内外离子分布不同以及细胞膜对各种 离子的选择通透性不同有关。
静息电位主要是由于安静时膜对K+有通透性 和K+的外流而形成的。静息电位实际上就是K+的 平衡电位。
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等长收缩
当肌肉产生 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。
三种肌肉收缩形式的比较图
返 回
三种收缩形式产生的张力水平经研究发现： 拉长收缩 >等长收缩 >缩短收缩
2
肌肉收缩的力学特征
肌肉收缩的力学特征指的是肌肉收缩 时张力与速度、长度与张力的关系，它们 反映了负荷对肌肉收缩的影响。
下一节
第四节
肌肉结缔组织对肌肉收 缩的影响
主要内容
1 肌肉的弹性成分
2 运动对肌肉结缔组织的影响
1
肌肉的弹性成分
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2
运动对肌肉结缔组织 的影响
长期运动可提高肌腱的抗张力和抗 断裂能力
长期运动可使肌肉结缔组织肥大
下一节
第五节
肌电图在体育科研中的应用
主要内容
1 肌电图的概念
2 肌电图的应用
（1）横桥上有一个能与ATP（三磷酸腺苷）相结 合的位点，同时具有ATP酶的活性，有水解ATP 的内源能力，当横桥一旦与细肌丝上的肌动蛋白 结合时，此酶即进一步被激活，使ATP迅速水解 为ADP+Pi；释放出能量，供肌肉收缩时利用。
（2）横桥在一定条件下可以和细肌丝上的肌动蛋 白分子呈可逆结合，并出现横桥向肌节中央倾斜 摆动，使横桥与粗丝主干之间角度减小，拖动细 丝向暗带中央滑行。 返回
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3
单收缩和强直收缩
肌肉的收缩是由刺激引起的，根据 引起肌肉收缩的刺激频率的不同肌肉收 缩可分为单收缩和强直收缩。
单收缩
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潜伏期 收缩期 舒张期
下一节
强直收缩
若增加刺激 频率，使每次刺 激的时间间隔短 于单收缩所持续 的时间，肌肉的 收缩将出现融合 现象，即肌肉不 能完全舒张，称 为强直收缩。
动作电位的产生机制 动作电位（神经冲动）的传导 局部兴奋
静息电位
返 回
静息电位是 指细胞未受 到刺激时存 在于细胞膜 内外两侧的 电位差。
动作电位
给予神经轴突一次 短促而有足够强度 的刺激时，它就产 生一次兴奋，当兴 奋传至微电极处时 ，就可以在示波器 上观察到一次电位 波动，即动作电位
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动作电位
利用肌电图解决体育基础学科如运动生理学、运 动解剖学、运动生物力学及运动医学中某些理论 与实践问题，间接地为体育运动服务。 利用肌电图了解训练对神经肌肉的影响，为评定 运动员训练水平提供依据。
复习思考题
（1）比较下列概念的含义：兴奋与兴奋性；阈值与时值；静息电位与 动作电位；不完全强直收缩与完全强直收缩。 （2）刺激引起组织兴奋应具备哪些条件？ （3）简述静息电位与动作电位产生的原因。 （4）比较兴奋在神经纤维传导与在神经肌肉接头传递的机制和特点。 （5）何谓肌肉收缩的滑行理论？ （7）试述从肌细胞兴奋到肌肉收缩的全过程。 （8）试比较肌肉工作的三种形式的特点？指出他们在体育锻炼中的意 义？ （9）分析肌肉工作张力与速度关系、生理机制以及在运动实践中的意 义。 （10）分析肌肉工作的长度与张力关系、生理机制以及在运动实践中 的意义。
体内或实验条件下施加给肌肉的负荷 有两种：前负荷和后负荷
后负荷对肌肉收缩的影响 ——张力与速度的关系
该曲线表明： 在后加负荷条 件下，在一定 的范围内，肌 肉收缩产生的 张力和速度是 反比关系。
肌肉收缩的张力—— 速度曲线可以通过训 练而改变，有训练的 运动员，其张力—— 速度曲线向右上方偏 移。就是在相同的力 量下，可发挥更大的 速度，在相同速度下 ，可表现出更大的力 量。