肌肉作用原理的若干问题分析

肌肉附着点同骨杠杆运动的力学关系探讨
■ 第二类杠杆：重点（阻力点）界于力点和支点之间。 如小腿三头肌在足承重时使其跖屈以抬高身体。其原理类似
于抬起独轮车的车把。与前例不向，重点移动的距离小于肌肉的 运动范围，因而力量也成倍增加。用磨牙咬碎东西的作用原理与 此类似。
肌肉附着点同骨杠杆运动的力学关系探讨
劣势之处：
使得沿腱轴的收缩力和范围均减少了。
优势之处：
负面影响远不如羽状结构所带来的优势大。 1、羽状结构扩大了肌腱膜的附着面，使更多的肌纤维 附着其上，从而增加了其截面积，也就增加了收缩力。 2、多羽状肌的有效截面积还要大，且其肌纤维更短。
羽状肌通过其内部纤维角度的改变，使羽状肌的有 效截面积增加，以降低收缩范围换取更大的收缩力。
尽管肌肉内部结构不同，但肌肉的合力是指向肌 腱方向，任何垂直此方向的分力必被抵消。
1、条形肌的横向分力可以忽略。 2、在纺锤形、双羽状、多羽状肌，纤维的对称排列使横向分
力达到平衡——抵消。 3、在非对称肌、如单羽状肌，纤维产生一种无对抗的侧拉
力．这种侧拉力只有通过肌肉本身的内压力来抵消。(van Leeuwen和Spoor 1993)。
运动解剖学运动结构个例分析之一
肌肉作用原理的若干问题分析
北京
骨骼肌的形态和纤维结构
肌肉可根据其纤维形态结构及其纤维拉力方向的主要关系 来分类。 • 纤维平行于拉力方向
扁平短四边形——甲状舌骨肌 长条形——缝匠肌、腹直肌 纺锤形——肱二头肌（肌腹近平行，两端会聚）
• 纤维与拉力方向构成角度
三角形——长收肌
相应的讨论
尽管strength和power常与force相换用，但它们并非同义词。 Power是指一肌肉对外做功的功率，等于力乘以速度。
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。
Strength常在需要几块肌肉参与的工作中测量，因此它 既是多块肌肉分别作用的总和，也反映它们之间的活动方式和 协调程度。可见Strength的增加可能并不伴有真正有关肌肉产 生收缩力体积的增加，尤其是在训练的早期更是如此（ Jones 和Round 1990 ） 。
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此力大小上要取决于互相平行的收缩结构单位的数量总 和，即取决于生理横断面。
如果肌纤维很少，其力量可受无收缩结构的截面积的影 响，如肌内膜、肌束膜和肌外膜结缔组织在截面积所占比例 的影响。
肌肉形态的功能意义
■ 肌肉收缩力量与范围的关系
2、肌肉的收缩范围取决于每一肌节中的粗、细肌丝相互重叠 的程度及其相对移动的程度。
肌肉形态的功能意义
■ 力作用方向的特点
4、在扭曲的肌肉收缩时，要 使扭曲打开，倾向于使其两 端附着部不仅可以靠近，同 时要旋转到同一平面。
5、与上述情况相似的螺旋形 绕骨的旋肌也可使骨旋转， 并产生旋转分力。
肌扭转不全模式图
肌肉形态的功能意义
■ 肌肉收缩力量与范围的关系
1、肌肉收缩力量是肌原纤维中粗肌丝与细肌丝之间的横桥同 步反复结合、解离所产生的牵引力的总和。
5、有时重力可起到稳定关节的作用，如当膝、髋关节处于直立位， 重力可使关节间紧密衔接。
6、原动肌还可与重力共同完成对关节的稳定，如在肩关节，当臂下 垂时，冈上肌和重力共同起稳定作用。
7、当存在强大外力时，原动肌和拮抗肌共同收缩，可使关节稳定于 任一 需要的位置。
肌肉工作协同关系的深层探讨
■ 肌肉工作关系的讨论：
肌肉工作的协同关系：
原动肌、拮抗肌、固定肌和协同肌
肌肉工作协同关系的深层探讨
■ 肌肉工作关系的讨论：
1、原动肌在起始一个动作时，必须克服被动和主动的阻力，并给肢 体某节段一个角加速度，直到达到要求的角速度，然后必须维 持足够的活动水平以完成运动。
2、拮抗肌在运动起始时可能被激动，之后转入静止，直到运动到减 速期，拮抗肌才被激动起来对运动进行减速和制动。
成。这些长肌也跨过了腕骨间关节和桡腕关节，如在这两种关节 的运动受到障碍，屈指的效率就会降低；而腕伸肌的协同收缩则 保持腕关节的固定，甚至稍产生少许伸腕动作，则将增加屈指的 效率。
肌肉工作协同关系的深层探讨
■ 肌肉工作关系的讨论：
9、在不同运动中，一块肌肉可担当原动肌、拮抗肌、固定肌或协同 肌等不同角色。即使在同样的动作中，由于重力的协助或对抗作 用不同，同一 块肌的作用也会改变。如：
肌肉附着点同骨杠杆运动的力学关系探讨
■要产生大范围的运动，肌肉的附着点（力点）必须靠近 关节轴：
如肱三头肌产生伸肘运动：由于肌肉附着点鹰嘴接近关节，故手 可有很大的运动幅度。然而手部较小的阻力即可阻止肱三头肌强 大力量的运动。
这种跷板式的杠杆，也见于小腿三头肌作用于跟骨产生的非 承重足的跖屈运动。
肌肉附着点同骨杠杆运动的力学关系探讨
■ 肌力对关节的力学效应
转动效应： 转矩M大小受如下因素影响：肌力大小、肌附着点与关节的相互位 置、关节的角度、关节面的形状等。
F的转动效应可以认为是其与运动骨长轴相垂直的较小分力所产生的。
肌肉附着点同骨杠杆运动的力学关系探讨
■ 肌力对关节的力学效应
转动效应： 上述描述只适用于一块肌肉完成一个平面内的动作。而肌肉的
羽状——单羽（比目鱼肌）、双羽（股直肌）、多羽（三角肌）
环羽状（胫骨前肌）、十字形肌（大收肌）
螺旋形或扭曲形（旋前圆肌、胸大肌、背阔肌）
许多肌肉有一种以上的不同排列方式、以适应各部位的不同 运动或独立的运动。
肌肉形态的功能意义
肌肉的形状、大小、纤维结构及附着与其功能有 密切的关系。 力作用方向的特点
正常情况下推一个重物，肱三头肌是使前臂在肘关节伸的原 动肌，而屈肌作为拮抗肌主要是处于静止状态。然而，当用手放 下一个重物时，肱三头肌的伸肘作用被重力所取代，而由屈肌的 伸长来控制这个动作。
这个例子提醒我们所有运动都是在重力背景下进行的，其作 用决不可以忽视。
肌肉附着点同骨杠杆运动的力学关系探讨
■限制骨骼肌收缩范围的两个因素：
似乎存在矛盾：一方面相当多的肌纤维结构不惜牺牲它的收缩长 度来换取更大的作用力，而另一方面骨杠杆又为获得更大的活动 范围而不惜牺牲作用力的效果。
实际上是矛盾的统一。
并且这种安排是具有生物优势的。例如，肌肉靠近关节集中排列， 能使四肢更轻更细，减少惯性阻力。这在善跑的某些动物尤其突 出，如马，强大的肌群紧贴躯干排列，这样，它们本身就不会增 加肢端的惯性。（黑人的肌肉形态）
3、在运动中，原动肌并不是完全不受限制，它要恰好抵消前述的多 种被动因素、惯性力和重力。
肌肉工作协同关系的深层探讨
■ 肌肉工作关系的讨论：
4、原动肌和拮抗肌一起收缩时，作用相当于固定不动，可稳定相应 的关节，增加跨关节的压力，并产生一个固定基础，以便其它 原动肌的运动。
如手指紧握物体时，腕屈肌和伸肌同时收缩以稳定腕关节。
第一、肌节收缩有其内在的限制； 第二、肌肉本身的排列形式可能限制肌腱的活动范围，如短而斜 行的肌纤维用以增强力量，但必须付出减少收缩范围的代价。如 果需要增加活动范围，则必须通过肌肉操纵骨杠杆来实现。
肌肉附着点同骨杠杆运动的力学关系探讨
■要产生大范围的运动，肌肉的附着点（力点）必须靠近 关节轴。
第一类杠杆：力点和重点（阻力点）分别位于支点的两侧。
脊椎动物肌节收缩时能缩短程度的自然界限：粗、细肌丝从最小到最 大重叠能缩短30％。
由于肌节呈系列排列，故各肌节所能缩短的比例基本相 同，肌纤维终端实际产生的运动距离取决于该系列肌节的数 目，即与肌纤维的长度呈正比。
例如：如果将两条肌肉的一端分别固定，两者截面积相同，纤维方向 与拉力方向平wenku.baidu.com，但一块肌肉的长度是另一块的2倍，则两块肌肉所产生 的拉力相等，但长肌自由端的最大移动距离却是短肌的2倍。
小。
由于对称排列，肌腱两侧的横 向分力抵消，只有沿腱轴方向的力 才有功能意义。沿这一方向的分力 要小于肌纤维所能产生的拉力。实 际上，这种损失并不很大，羽状角 通常小于30°。因而沿腱轴方向的 分力可以是肌束拉力的90％或更多 （余弦30°=0. 87 ）。
理想化的羽状肌肌力矢量图
该结构使有效截面积增加，沿肌腱方向的收缩范围减少
肌肉工作协同关系的深层探讨
■ 肌肉工作关系的讨论：
4、原动肌和拮抗肌一起收缩时，作用相当于固定不动，可稳定相应 的关节，增加跨关节的压力，并产生一个固定基础，以便其它 原动肌的运动。
如手指紧握物体时，腕屈肌和伸肌同时收缩以稳定腕关节。
5、有时重力可起到稳定关节的作用，如当膝、髋关节处于直立位， 重力可使关节间紧密衔接。
■ 第三类杠杆：作用力点界于重点（阻力点）和关节轴支点之间。 如肱二头肌引起的屈肘运动，运动范围加大，但作用力减小。
肌肉附着点同骨杠杆运动的力学关系探讨
■ 相关讨论
人体中多数是一、三类杠杆，它们都是将肌腱的运动范围在杠杆 运动的同一方向（三类） 或相反方向（一类）上放大，而代价就 是比较费力。这一效应随肌肉附着点越靠近关节越明显。
肌肉附着点同骨杠杆运动的力学关系探讨
■ 肌力对关节的力学效应
关节反作用力： 正常压力的反作用力（ Fc ）来自关节面的压缩，该力保持关
节面相接触，并起稳定作用，尤其是在快速旋转时，对抗倾向于将 关节面分开的离心力 ( MacConaill 和 Basmajian l977)。
切线分力(Fs)代表着对切线力的反作用力。如果没有这一切线 分力，将会产生关节脱位。一定程度的关节移位当然是一些关节运 动中的正常现象，但它最终必须被抵消掉，否则就会脱位。
可动骨附着点可能偏于该运动平面一侧，这时收缩会发生一额外旋 转分力，使可动骨沿其长轴旋转。
肌肉附着点同骨杠杆运动的力学关系探讨
■ 肌力对关节的力学效应
关节反作用力： 根据牛顿第三定律，作用于骨上的力应有关节面上的一个大小
相等、方向相反的力抵消，这一反作用力可分解为关节面接触点上 的一个正常压力的反作用力和一个切线分力。
6、原动肌还可与重力共同完成对关节的稳定，如在肩关节，当臂下 垂时，冈上肌和重力共同起稳定作用。
7、当存在强大外力时，原动肌和拮抗肌共同收缩，可使关节稳定于 任一 需要的位置。
肌肉工作协同关系的深层探讨
■ 肌肉工作关系的讨论：
8、协同肌是可以辅助原动肌完成某些运动的肌肉。有时它们还可起 固定肌的作用，甚至部分起原动肌的拮抗作用。如： 指间关节和掌指关节的屈， 主要由很长的指深、浅屈肌完
1、原动肌在起始一个动作时，必须克服被动和主动的阻力，并给肢 体某节段一个角加速度，直到达到要求的角速度，然后必须维 持足够的活动水平以完成运动。
2、拮抗肌在运动起始时可能被激动，之后转入静止，直到运动到减 速期，拮抗肌才被激动起来对运动进行减速和制动。
3、在运动中，原动肌并不是完全不受限制，它要恰好抵消前述的多 种被动因素、惯性力和重力。
肌肉工作协同关系的深层探讨
肌肉工作的效果要看它被激活的程度和它所要克 服的阻力。 阻力包括：重力和惯性力，外部接触或冲击所产生的力；拮抗
肌的主动收缩；需进行伸展和变化的所有结构产生的被动弹性和 粘性阻力等。
肌肉工作的表现：
长度—— 缩短、拉长或不变 张力—— 增加、减少或不变 运动—— 向心、离心或静力性运动
肌肉形态的功能意义
■ 不同类型肌肉的收缩力量与范围的分析
1、主要肌纤维平行于拉力方向的肌肉多长而细，如缝匠肌。 这种肌肉拉力很小，但收缩范围很大。
2、若要产生较大的拉力，则肌肉的截面积必须增大。羽状肌是 对这一规律的最佳佐证。
肌纤维与肌腱轴心成一定角度 排列(羽状角)，因为此种情况肌纤 维较短，且沿肌腱方向的缩短仅是 肌纤维缩短的一部分，故其收缩范 围较同等体积的带状肌收缩范围