肌肉工作的原理

第四讲肌肉工作的基本理论,第三讲肌肉工作的基本理论,3肌肉工作的力学原理3.1人体运动的杠杆原理3.2肌肉收缩过程中力的变化4肌肉的协作关系和工作分类4.1肌肉在运动中的不同作用4.2肌肉收缩的形式4.3肌肉工作性质的分类4.4单关节肌和多关节肌4.4.1单关节肌4.4.2多关节肌4.4.3多关节肌的特点4.4.4多关节肌和单关节肌的协作关系,3肌肉工作的力学原理,3.1人体运动的杠杆原理3.2肌肉收缩过程中力的变化,3.1人体运动的杠杆原理,人体运动中的骨杠杆在力学中，把在力的作用下能绕支点转动的棒叫做杠杆。在人体运动中，骨在肌肉拉力的作用下，能绕关节轴转动并克服阻力作功。因此，我们可将骨视为骨杠杆。,骨杠杆作功的常用名词概念如下：,1.支点杠杆转动时的支撑点，称为支点。骨杠杆的支点位于关节的中心，支点一般用“0”表示(图2-3)。2.力点动力作用点叫力点。骨杆杆的力点就是原动肌的动点附着点，力点通常用“F”表示。(图2-3)3.阻力点一阻力作用点叫阻力点。骨杠杆上所受的阻力，包括环节自身的重力和环节负荷的阻力(重力及其他对抗力)等。这些阻力的合力作用点就是阻力点，阻力点通常用“R”表示(图2-3)。4.力臂从支点到肌拉力线的垂直距离，叫力臂。骨杠杆的力臂，是从关节中心到肌拉力线的垂直距离(图2-3中的OA)，力臂通常用“d”表示。5.阻力臂从支点到阻力作用线的垂直距离，叫阻力臂。骨杠杆的阻力臂，是从关节中心到阻力作用线的垂直距离(图2-3中的OR)。阻力臂通常用“dR”表示。6.力矩力与力臂的乘积叫力矩。力矩越大，对杠杆转动的作用就越大，转动速度就快。力矩用“M”表示，F代表力，代表力臂。则力矩公式如下：M=Fd7.阻力矩阻力与阻力臂的乘积，叫阻力矩。阻力矩用“MR”表示，用R代表阻力，dR代表阻力臂。则阻力矩的公式如下：MR=RdR,人体骨杠杆的分类,1平衡杠杆：支点位于力点和阻力点之间的杠杆称平衡杠杆。例如，头与寰椎的连结，支点在寰枕关节，阻力点为头的重心点位于支点前面，力点在枕外隆凸斜方肌上部的起点。斜方肌上部纤维的收缩力可以平衡头的重力，使头处于平衡位（图4）。,人体骨杠杆的分类,2省力杠杆：阻力点位于力点和支点之间的杠杆称省力杠杆。例如，站立提踵时，以跖趾关节为支点，力点在跟结节的小腿三头肌止点，阻力点在重心垂线上，位于支点和力点之间（图4）。,人体骨杠杆的分类,3速度杠杆：力点在支点和阻力点之间的杠杆称速度杠杆。例如，负重弯举动作，以肘关节为支点，重物、前臂和手的合重心为阻力点，肱二头肌的止点桡骨粗隆是力点，位于支点和阻力点之间（图）。,杠杆原理在人体运动中的应用,1省力：根据杠杆平衡原理，要想达到省力的目的，有两个途径：即增大力臂和缩短阻力臂。2获得较大速度：在体育运动中，许多动作不是要求省力，而是要获得更大速度。通常采用增大阻力臂的方法，来达到获得速度的目的。3.有时还可利用增大阻力臂的方法，来增大动作难度，提高训练效果。如用仰卧起坐练习训练腹肌力量，可选用手抱头的方法来提高训练效果(图)。,3.2肌肉收缩过程中力的变化,肌拉力的分解与合成肌拉力的分解：为了进一步了解了肌拉力对骨杠杆的作用，有必要对肌拉力进行分解研究，肌拉力线可能在一个基本平面内，也可能不在一个基本平面内。,肌拉力线在一个基本平面内的分解：,当肌拉力线在某一基本平面时，可以分解成两个互相垂直的分力，其中一个分力沿着骨杠杆指向关节中心，叫做法向分力，法向分力有加固关节的作用，所以又叫加固分力。另一个分力叫做切向分力，该分力使骨杠杆绕关节轴转动，所以又叫转动分力(图2-9)。转动分力是关节运动的动力。,肌拉力不在一个基本平面内的分解：,当肌拉力线不在一个基本平面内时，可分解成三个互相垂直的分力，这三个分力，分别位于三个基本平面内。例如，三角肌前部肌纤维的拉力线，就不在一个基本平面内，它可以分解成三个互相垂直的分力：一个向的分力；一个向内的分力；一个向前的分力。向上的分力有外展作用；向前的分力有屈是臂的作用；向内的分力有使上臂旋内和内收(标准姿势时)的作用，此外，向上和向内的分力还有加固肩关节的作用。,肌拉力的合成：,单头肌的拉力方向与肌腱方向一致。多头肌的各头拉力向虽然不完全一致，但都集中在合并腱上，也就是说已经自然合成了，如股四头的四个腱首先集中在骼骨上，形成一条肌腱。对不同拉力方向的肌肉之间，可采用平行四边形法进行合成，以求出它们的合力作用线，从合力作用线到关节中心的垂直距离，叫做合力力臂。合力与合力力臂的乘积，叫做合力矩。但拉力方向不同，就可采用平行四边形法进行合成。以确定两肌的合力作用线(图2-10)。aC为胸大肌的拉力线，ab为背阔肌的拉力线，ad为胸大肌和背阔肌和背阔肌的合力作用线。,肌拉力两个分力比值的变化,1肌拉力角的概念：从肌肉的动点(肌肉的运动骨上的附着点)到关节中心(转动支点)连一直线，该直线与肌拉力线之间的夹角，叫肌拉力角(图2-)。肌拉力角大，力臂就大，力矩就会相应增大，骨杠杆的转动效率就高。在进化过程中，一些大块肌肉通过突起的骨结构(如结节、粗隆、嵴和籽骨等)来增大肌拉力角，以提高环节的转动效应。,肌拉力两个分力比值的变化,2肌拉力角与两个分力比值变化的关系：肌拉力两个分力的比值，总是随着肌拉力角的变化而改变。当肌拉力角从0向45变化时，转动分力渐增大而加固分力逐渐减小，但转动分力总是小于加固分力，直到45时，两个分力才正好相等。在肌拉力角由45增至90时，转动分力逐渐增大，加固分力逐渐变小，在整个变化过程中，转动分力始终大于加固分力，到90时，转动分力达到最大值，等于肌拉力，而加固分力则降为零。当肌拉力角大于90以后，转动分力开始逐渐减小，而加固分力则成为负值(起分离关节的作用)。,阻力矩的变化,当阻力不变时，阻力矩随着阻力臂的变化而变化。在骨杠杆绕关节轴转动时，阻力臂就会发生相应的变化。现以肘关节的运动为例说明之。前臂绕肘关节额状轴转动，从0到90时，阻力臂会逐渐增大，90时达最大值，90以后阻力矩又会逐渐变小。,4肌肉的协作关系和工作分类,4.1肌肉在运动中的不同作用4.2肌肉收缩的形式4.3肌肉工作性质的分类4.4单关节肌和多关节肌,4.1肌肉在运动中的不同作用,每个体育动作，都是在许多肌肉的参与下完成的，这些肌肉在运动中起着不同的作用，有的发挥原动肌的作用，有的成为对抗肌，有的则起固定肌或中和肌的作用。,原动肌,在完成某一动作中，直接发挥动力作用，引起环节运动的肌肉，称为原动肌，根据所起作用的主次，可分为主动肌和副动肌。例如，伸肘关节的原动肌是肱三头肌和肘肌，其中的肱三头肌是主动肌，而肘肌则为副动肌。,对抗肌,与原动肌作用相反的肌肉称为对抗肌，它能使环节向相反的方向运动，也可以原动肌起制动作用，例如，在作负重弯举运动时，肱二头肌是原动肌，而肱三头肌则为对抗肌。但是，原动肌和对抗肌并不是固定不变的，它们会随着动作的改变而发生的变化，例如，在作俯卧撑时，肱三头肌又成为原动肌，而肱二头肌则转化为对抗肌。,固定肌,当肌肉收缩时，其拉力可使该肌所附着的两块骨发生相向运动。为了充分发挥原动肌对动点骨的作用，就需要有其它肌肉来固定定点骨(支撑骨)。那些对支撑骨起固定作用的肌肉，就称为固定肌，例如，在作负重弯举时，用来固定上臂的胸大肌和背阔肌，就是固定肌。,中和肌,如果原动肌对运动环节具有多种功能的话，为了充分发挥其中的某种功能，就需要另外的肌肉来抵消那此必要的功能，这些用来抑制原动肌多余功能的肌肉，就是中和肌，如用臀中肌前部的旋内作用来抵消髂腰肌的旋外作用，使步态正常。,4.2肌肉收缩的形式,向心收缩离心收缩等长收缩等张收缩,向心收缩,肌肉收缩时，肌肉两端逐渐靠拢，紧张度增强，长度变短，称为向心收缩。,离心收缩,肌肉兴奋、紧张，但肌肉两端逐渐分离，由缩短状态逐渐被拉长，这种收缩形式，称为离心收缩。,等长收缩,肌肉收缩时，如果长度不变，称为等长收缩，这种收缩只表现为肌肉紧张度的增强而没有工的变化。,等张收缩,肌肉收缩时，长度发生变化，但收缩力保持不变，称为等张收缩，这种收缩形式，只在离体肌肉的实验中测得，在正常人体上不存在，在正常活体上，肌拉力在开始阶段较大，以后逐渐减小，形成一条走下势的曲线。,4.3肌肉工作性质的分类,肌肉收缩能产生拉力，这种力能克服阻力引起环节运动，或用来平衡阻力使力肢保持某种姿势，我们把这种现象称为肌肉工作。肌肉工作性质分两大类，即动力性工作和静力性工作。,动力性工作,动力性工作的特点是：肌肉长度发生变化，运动环节产生位移，力矩和阻力矩不平衡。动和性工作又可分为克制性工作和退让性工作。,克制性工作,其特点是，肌肉的拉力矩大于阻力矩，肌肉作向心收缩，长度缩短，环节沿肌拉力方向运动。绝大多数的体育动作都属于此类工作。例如，负重弯举的上举阶段，就是肱二头肌和肱肌等屈肘作克制性工作的结果，再如纵跳的跳起阶段，下肢臀大肌、股四头肌和小腿三头肌等肌群，作克制性工作的例子。,退让性工作,其特点是，肌肉的拉力矩小于阻力矩，作离心收缩，肌肉逐渐被拉长，环节沿肌拉力的反方向运动，例如，负重弯举的下降阶段，正是肱二头肌和肱肌等屈肘肌作退让性工作的表现。肌肉的这种工作具有保护关节不受损伤的作用，再如纵跳的落地动作，也是退让性工作，臀大肌、股四头肌和小腿三头肌都要保持紧张度，以缓冲落地时的震动，保护人体不受损伤。,静力性工作,静力性工作的特点是：肌肉拉力矩等于阻力矩、肌肉持续收缩，但长度不变。静力性工作又可分为支持工作、固定工作和加固工作三种类型。,支持工作,肌肉持续收缩，以平衡阻力矩，使人体保持一定的姿态，称为支持工作，支持工作有两种情况：第一种：肌肉保持缩短状态的支持工作，如作直角支撑时，腹直肌、髂腰肌和股直肌均作缩短状态的支持工作(图2-14)。第二种：肌肉保持伸长状态的支持工作，如作马步站桩时，股四头肌作伸长状态的支持工作。,固定工作,作用相反的两群肌肉共同收缩，使环节固定不动，称为固定工作。例如，作直角支撑时，肱二头肌和肱三头肌共同收缩，将肘关节固定在伸直状态；前臂的屈腕肌和伸腕肌共同收缩，将腕关节固定在伸直状态。,加固工作,当环节受到外力的牵拉时，关节周围的肌肉就会持续收缩，防止关节被拉脱位。,4.4单关节肌和多关节肌,4.1单关节肌4.2多关节肌4.3多关节肌的特点4.4多关节肌和单关节肌的协作关系,4.1单关节肌,一块肌肉的肌腹或肌腱，如果只跨过一个关节，就称为单关节肌。单关节肌一向都比较粗短，作用力集中，收缩力大，成为环节运动的主要原动肌。如三角肌、胸大肌、背阔肌和臀大肌。,4.2多关节肌,跨过两个或两上以上关节的肌肉，称为多关节肌。多关节肌中的大块肌肉一般只跨过两个关节，如肱二头肌、股直肌和股后肌群等，而分布在前臂和小腿的较小肌肉，一般都跨过多个关节，如指浅屈肌、指伸肌和拇长屈肌等。多关节肌一般都细而长，有的肌腱很长。,4.3多关节肌的特点,1功能性“主动不足”：当多关节肌收缩发力时，对其中一个关节发挥作用后，对其余关节就