运动与骨骼肌机能

1、骨骼肌机能第一节第一节 肌纤维的结构肌纤维的结构 第二节第二节 骨骼肌细胞的生物电现象骨骼肌细胞的生物电现象第三节第三节 肌纤维的收缩过程肌纤维的收缩过程第四节第四节 骨骼肌特性骨骼肌特性第五节第五节 骨骼肌收缩骨骼肌收缩第六节第六节 肌纤维类型与运动能力肌纤维类型与运动能力第七节第七节 肌电的研究与应用肌电的研究与应用 一、肌原纤维和肌小节一、肌原纤维和肌小节每个肌细胞含有数百至数千条与肌纤维长轴平行排每个肌细胞含有数百至数千条与肌纤维长轴平行排列的列的肌原纤维肌原纤维。直径约。直径约1-21-2微米，纵贯肌细胞全长。微米，纵贯肌细胞全长。肌小节肌小节：两条：两条Z Z线之间的结构。线之间的

2、结构。骼骼肌肌超超微微结结构构示示意意图图 肌原纤维的结构示意图肌原纤维的结构示意图 粗肌丝和细肌丝的空间排列示意图粗肌丝和细肌丝的空间排列示意图二、肌管系统二、肌管系统横小管系统横小管系统: :肌细胞膜从表面横向伸入肌肌细胞膜从表面横向伸入肌纤维内部的膜小管系统。纤维内部的膜小管系统。纵小管系统纵小管系统: :肌质网系统肌质网系统 。终池终池: :肌质网在接近横小管处形成特殊的肌质网在接近横小管处形成特殊的膨大。膨大。三联管结构三联管结构: :每一个横小管和来自两侧的每一个横小管和来自两侧的终末池构成复合体。终末池构成复合体。 肌肌管管系系统统结结构构示示意意图图 Ca+通过和肌钙蛋白结合，

3、诱发横桥和肌动蛋白之通过和肌钙蛋白结合，诱发横桥和肌动蛋白之间的相互作用图间的相互作用图 肌钙蛋白是含有三个亚单位的复合体。亚单位肌钙蛋白是含有三个亚单位的复合体。亚单位I、亚、亚单位单位T和亚单位和亚单位C分别对肌动蛋白、原肌球蛋白和分别对肌动蛋白、原肌球蛋白和Ca+。 三、肌丝的分子组成三、肌丝的分子组成粗肌丝粗肌丝: :由肌球蛋白（肌凝蛋白）组成；头部有一膨由肌球蛋白（肌凝蛋白）组成；头部有一膨大部大部横桥。横桥的功能特性对肌丝的滑行有重要横桥。横桥的功能特性对肌丝的滑行有重要意义：意义：能与细肌丝上的结合位点发生可逆性结能与细肌丝上的结合位点发生可逆性结合合; ;具有具有ATPATP酶

4、的作用。酶的作用。 肌钙蛋白肌钙蛋白肌钙蛋白肌钙蛋白（原宁蛋白）：它不与肌动蛋白相连，以一定（原宁蛋白）：它不与肌动蛋白相连，以一定间隔位于原肌凝蛋白之上，此蛋白对间隔位于原肌凝蛋白之上，此蛋白对Ca2+很高的亲和力，很高的亲和力，很容易与很容易与Ca2+呈可逆结合。在肌肉静息时，它象一把钩呈可逆结合。在肌肉静息时，它象一把钩子，把原肌球蛋白钩住，使它固定于肌动蛋白双螺旋沟子，把原肌球蛋白钩住，使它固定于肌动蛋白双螺旋沟的沟沿，以阻止它滑到沟底。的沟沿，以阻止它滑到沟底。 细细肌肌丝丝与与粗粗肌肌丝丝结结构构示示意意图图 一、静息电位一、静息电位( (一一) )概念概念 细胞处于安静状态时，细

5、胞膜内外所存在的电位差。细胞处于安静状态时，细胞膜内外所存在的电位差。静息电位证明实验：静息电位证明实验：（甲）当（甲）当A A、B B电极都位于电极都位于细胞膜外，无电位改变，细胞膜外，无电位改变，证明膜外无电位差。证明膜外无电位差。（乙）当（乙）当A A电极位于细胞电极位于细胞膜外，膜外， B B电极插入膜内时，电极插入膜内时，有电位改变，有电位改变，证明膜内、证明膜内、外间有电位差。外间有电位差。（丙）当（丙）当A A、B B电极都位于电极都位于细胞膜内，无电位改变，细胞膜内，无电位改变，证明膜内无电位差。证明膜内无电位差。用用“离子学说离子学说”来解释来解释 : :细胞内外各种离子的浓

6、度分布是不均匀的。细胞内外各种离子的浓度分布是不均匀的。静息状态下细胞膜对各种离子通透具有选择性。静息状态下细胞膜对各种离子通透具有选择性。 通透性：通透性：K K+ + ClCl- - NaNa+ + A A- -静息时，静息时，K+K+的通透性大，的通透性大，Na+Na+的通透性较小的通透性较小 K+K+外流外流细胞内负外正电位差细胞内负外正电位差随着随着K+K+外流，细胞膜两侧形成的外正内负的电场力会阻止细外流，细胞膜两侧形成的外正内负的电场力会阻止细胞内胞内K+K+的继续外流，当促使的继续外流，当促使K+K+外流的由浓度差形成的向外扩散外流的由浓度差形成的向外扩散力与阻止力与阻止K+K

7、+外流的电场力相等时，外流的电场力相等时，K+K+的净移动量就会等于零。的净移动量就会等于零。这时细胞内外的电位差值就稳定在一定水平上，这就是这时细胞内外的电位差值就稳定在一定水平上，这就是静息电静息电位。位。由于静息电位主要是由于静息电位主要是K+K+由细胞内向外流动达到平衡时的电位值，由细胞内向外流动达到平衡时的电位值，所以又称为所以又称为K+K+平衡电位。平衡电位。 动作电位的意义：动作电位的意义： AP的产生是细胞兴奋的标志的产生是细胞兴奋的标志( (一一) )神经神经- -肌肉接头的结构肌肉接头的结构 接头前膜接头前膜 ( (终板前膜终板前膜) ) 接头后膜接头后膜 ( (终极后膜终

8、极后膜) )接头间隙接头间隙 ( (终板间隙终板间隙) ) ( (二二) )神经神经- -肌肉接头的兴奋传递肌肉接头的兴奋传递五、肌电五、肌电2.2.肌丝滑行肌丝滑行终池膜上的钙通道开放终池膜上的钙通道开放终池内的终池内的CaCa2+2+进入肌浆进入肌浆CaCa2+2+与肌钙蛋白结合与肌钙蛋白结合肌钙蛋白的构型改变肌钙蛋白的构型改变原肌球蛋白位移，原肌球蛋白位移，暴露细肌丝上的结合位点暴露细肌丝上的结合位点横桥与结合位点结合横桥与结合位点结合分解分解ATPATP释放能量释放能量横桥摆动横桥摆动牵拉细肌丝朝肌节中央滑行牵拉细肌丝朝肌节中央滑行肌节缩短肌节缩短= =肌细胞收缩肌细胞收缩运动神经冲动

9、传至末梢运动神经冲动传至末梢N N末梢对末梢对CaCa2+2+通透性增加通透性增加 CaCa2+2+内内流入流入N N末梢内末梢内接头前膜内囊泡接头前膜内囊泡向前膜移动、融合、破裂向前膜移动、融合、破裂AChACh释放入接头间隙释放入接头间隙 AChACh与终板膜受体结合与终板膜受体结合受体构型改变受体构型改变终板膜对终板膜对NaNa+ +、K K+ +( (尤其尤其NaNa+ +) )的通的通透性增加透性增加产生终板电位产生终板电位(EPP)(EPP)EPPEPP引起肌膜引起肌膜APAP肌膜肌膜APAP沿横管膜传至三联管沿横管膜传至三联管终池膜上的钙通道开放终池膜上的钙通道开放终池内终池内C

10、aCa2+2+进入肌浆进入肌浆CaCa2+2+与肌钙蛋白结合与肌钙蛋白结合 引起肌钙蛋白的构型改变引起肌钙蛋白的构型改变原肌凝蛋白发生位移原肌凝蛋白发生位移暴露出细肌丝上与横桥结合位点暴露出细肌丝上与横桥结合位点横桥与结合位点结合横桥与结合位点结合激活激活ATPATP酶作用酶作用, ,分解分解ATPATP横桥摆动横桥摆动牵拉细肌丝朝肌节中央滑行牵拉细肌丝朝肌节中央滑行肌节缩短肌节缩短= =肌细胞收缩肌细胞收缩兴奋兴奋-收缩耦联后收缩耦联后肌膜电位复极化肌膜电位复极化终池膜对终池膜对Ca2+通透性通透性肌浆网肌浆网膜膜Ca2+泵激活泵激活肌浆网肌浆网膜膜Ca2+Ca2+与肌钙蛋白解离与肌钙蛋白解

11、离原肌凝蛋白复盖的原肌凝蛋白复盖的横桥结合位点横桥结合位点骨骼肌舒张骨骼肌舒张 一、骨骼肌的物理特性一、骨骼肌的物理特性 伸展性：伸展性：骨骼肌在受到外力牵拉或负重时可被拉长骨骼肌在受到外力牵拉或负重时可被拉长的特性。的特性。 弹性：弹性：而当外力或负重取消后，肌肉的长度又可恢而当外力或负重取消后，肌肉的长度又可恢复的特性。复的特性。 粘滞性：粘滞性：肌浆内各分子之间的相互摩擦作用所产生肌浆内各分子之间的相互摩擦作用所产生的特性。的特性。 2.2.引起兴奋的刺激条件引起兴奋的刺激条件刺激强度：引起肌肉兴奋的最小刺激强度刺激强度：引起肌肉兴奋的最小刺激强度 阈上刺激、阈下刺激阈上刺激、阈下刺激

12、刺激的作用时间刺激的作用时间 刺激强度变化刺激强度变化率率 骨骨 骼骼 肌肌 收收 缩缩 等张收缩等张收缩: :肌肉在收缩时肌肉在收缩时, ,张张力相等力相等, ,长度发生改变的收长度发生改变的收缩。缩。 ( (四四) )等动收缩等动收缩 等动收缩和等张收缩区别：等动收缩和等张收缩区别： 等动收缩时在整个运动范等动收缩时在整个运动范围内肌肉都产生最大张力围内肌肉都产生最大张力 ( (五五) )骨骼肌不同收缩形式的比较骨骼肌不同收缩形式的比较 3.3.代谢代谢 在输出功率相同的情况下，肌肉离心收缩时在输出功率相同的情况下，肌肉离心收缩时所消耗的能量低于向心收缩，其耗氧量也低于向所消耗的能量低于向

13、心收缩，其耗氧量也低于向心收缩。肌肉离心收缩对其他与代谢有关的生理心收缩。肌肉离心收缩对其他与代谢有关的生理指标的反应指标的反应( (如心率、心输出量、肺通气量、肺如心率、心输出量、肺通气量、肺换气效率、肌肉的血流量和肌肉温度等换气效率、肌肉的血流量和肌肉温度等) )均低于均低于向心收缩。向心收缩。4.4.肌肉酸疼肌肉酸疼离心收缩、等长收缩和向心收缩后离心收缩、等长收缩和向心收缩后的肌肉酸疼之比较：的肌肉酸疼之比较： 离心收缩导致的肌肉酸疼最明显，离心收缩导致的肌肉酸疼最明显，向心收缩导致的肌肉酸疼最不明显向心收缩导致的肌肉酸疼最不明显 二、骨骼肌收缩的力学表现二、骨骼肌收缩的力学表现 ( (

14、一一) )绝对力量与相对力量绝对力量与相对力量绝对肌力：绝对肌力：相对肌力：相对肌力： 绝对力量：绝对力量：相对力量：相对力量： 力量力量- -速度曲线（离体肌肉）速度曲线（离体肌肉） 2.2.肌肉力量与运肌肉力量与运动速度动速度 握推力量不同的人在不握推力量不同的人在不同负荷下的运动时间同负荷下的运动时间 人体运动时所输出的功率，实际上就是运动生理人体运动时所输出的功率，实际上就是运动生理学中所说的爆发力，是指人体单位时间内所做的功。学中所说的爆发力，是指人体单位时间内所做的功。 在某些运动项目中，如投掷、短跑、跳跃、举重、在某些运动项目中，如投掷、短跑、跳跃、举重、拳击和橄榄球等项目，运动

15、员必须有较大的爆发力。拳击和橄榄球等项目，运动员必须有较大的爆发力。3.3.肌肉力量与爆发力肌肉力量与爆发力 三、运动单位的动员三、运动单位的动员 ( (一一) )运动单位运动单位 概念：概念： 运动性运动单位：运动性运动单位：肌纤维兴奋时发放的冲动频率较高，肌纤维兴奋时发放的冲动频率较高，收缩力量大，但容易疲劳，氧化酶的含量较低，属于快收缩力量大，但容易疲劳，氧化酶的含量较低，属于快肌运动单位。肌运动单位。 紧张性运动单位：紧张性运动单位：肌纤维兴奋时冲动频率较低，但发放肌纤维兴奋时冲动频率较低，但发放可持续较长的时间，氧化酶的含量较高，属于慢肌运动可持续较长的时间，氧化酶的含量较高，属于慢

16、肌运动单位。单位。 眼外直肌运动单位：眼外直肌运动单位：5-75-7条肌纤维条肌纤维 腓肠肌运动单位：腓肠肌运动单位：200200多条肌纤维多条肌纤维 一般说来，一个运动单位中的肌纤维数目越少就越灵活，一般说来，一个运动单位中的肌纤维数目越少就越灵活，而越多则产生的张力越大。每个运动单位又可分成许多而越多则产生的张力越大。每个运动单位又可分成许多亚单位。每个亚单位由亚单位。每个亚单位由10-3010-30条肌纤维组成。条肌纤维组成。 肌肉收缩时参与的肌纤维数目越多，产生的张力肌肉收缩时参与的肌纤维数目越多，产生的张力就越大。就越大。 张力不但与兴奋的张力不但与兴奋的运动单位数目运动单位数目有关

17、，而且也与有关，而且也与运动神经元传到肌纤维的运动神经元传到肌纤维的冲动频率冲动频率有关。参与活有关。参与活动的运动单位数目与兴奋频率的结合，称为动的运动单位数目与兴奋频率的结合，称为运动运动单位动员单位动员( (简称简称MUI)MUI)。运动单位动员也可称为运动单位动员也可称为运动运动单位募集单位募集。 肌纤维类型与运动能力肌纤维类型与运动能力二、不同类型肌纤维的形态、机能及代谢特征二、不同类型肌纤维的形态、机能及代谢特征( (一一) )不同肌纤维的形态特征不同肌纤维的形态特征形态学特征形态学特征型（慢型（慢肌）肌）（快肌）（快肌）在一肌肉中的位置在一肌肉中的位置肌纤维的直径肌纤维的直径肌纤

18、维数量肌纤维数量肌浆网（内质网）肌浆网（内质网）突触小泡突触小泡- -运动神经元运动神经元神经肌肉接点神经肌肉接点终板面积终板面积肌节肌节Z Z线宽度（埃）线宽度（埃）毛细血管网毛细血管网血液供应血液供应神经支配神经支配深部深部细细少少不发达不发达少少小小无皱折无皱折小小800-1000800-1000较丰富较丰富多多少少表浅表浅粗粗多多发达发达多多大大后膜有皱折后膜有皱折大大400-500400-500不太丰富不太丰富少少多多 ( (二二) )生理学特征生理学特征 1.1.肌纤维类型与收缩速度肌纤维类型与收缩速度 快肌纤维收缩速度快，慢肌纤维收缩速度慢。快肌纤维收缩速度快，慢肌纤维收缩速度慢

19、。 2.2.肌纤维类型与肌肉力量肌纤维类型与肌肉力量 快肌运动单位的收缩力量明显大于慢肌运动单位。快肌运动单位的收缩力量明显大于慢肌运动单位。 3.3.肌纤维类型与疲劳肌纤维类型与疲劳 不同类型的肌纤维抗不同类型的肌纤维抗疲劳能力不同。疲劳能力不同。 如图可以认为和慢肌如图可以认为和慢肌纤维相比，快肌纤维在收纤维相比，快肌纤维在收缩时能产生较大的力量，缩时能产生较大的力量，但容易疲劳。但容易疲劳。 快肌纤维和慢肌纤维与疲劳的关系快肌纤维和慢肌纤维与疲劳的关系 ( (三三) )代谢特征代谢特征 三、运动时不同类型运动单位的动员三、运动时不同类型运动单位的动员 在运动中不同类型的肌纤维参与工作的程

20、度依运在运动中不同类型的肌纤维参与工作的程度依运动强度而定。动强度而定。 在运动训练时，采用不同强度的练习可以发展不在运动训练时，采用不同强度的练习可以发展不同类型的肌纤维。为了增强快肌纤维的代谢能力，同类型的肌纤维。为了增强快肌纤维的代谢能力，训练计划必须包括大强度的练习；如果要提高慢训练计划必须包括大强度的练习；如果要提高慢肌纤维的代谢能力，训练计划就要由低强度、持肌纤维的代谢能力，训练计划就要由低强度、持续时间较长的练习组成。续时间较长的练习组成。 l高耐克等人让受试者以高耐克等人让受试者以2/32/3最大摄氧量强度运动，发现慢肌最大摄氧量强度运动，发现慢肌纤维中的糖原首先被消耗，继而转

21、向快肌纤维。甚至当慢肌纤维中的糖原首先被消耗，继而转向快肌纤维。甚至当慢肌纤维中的糖原完全空竭时，快肌纤维中还有糖原剩余。而以纤维中的糖原完全空竭时，快肌纤维中还有糖原剩余。而以150%150%最大摄氧量强度运动时，快肌纤维中的糖原首先被消耗。最大摄氧量强度运动时，快肌纤维中的糖原首先被消耗。这说明：在以较低的强度运动时，慢肌纤维首先被动员；而这说明：在以较低的强度运动时，慢肌纤维首先被动员；而在运动强度较大时，快肌纤维首先被动员在运动强度较大时，快肌纤维首先被动员。四、肌纤维类型与运动项目四、肌纤维类型与运动项目 1.1.一般人的肌纤维组成一般人的肌纤维组成 研究方法：研究方法：常常用针刺活

22、检取样法、开放性活检常常用针刺活检取样法、开放性活检取样法或尸检法来获得身体中骨骼肌肌纤维组成取样法或尸检法来获得身体中骨骼肌肌纤维组成的数据。的数据。 从表中可以看出男女受试者上下肢肌肉的慢肌纤从表中可以看出男女受试者上下肢肌肉的慢肌纤维百分比平均为维百分比平均为40-60%40-60% 肌纤维的百分比分布范围很大：慢肌纤维百分比肌纤维的百分比分布范围很大：慢肌纤维百分比最低的为最低的为24%24%，最高的为，最高的为74.2%74.2%表表2-5 2-5 一般人的肌纤维组成一般人的肌纤维组成受试者受试者肌肌 肉肉ST%ST%变化范围变化范围作作 者者男（男（1919）股外肌股外肌57.75

23、7.72.52.5BurkeBurke等等男（男（1111）腓肠肌腓肠肌52.652.638.0-73.238.0-73.2CostilCostil等等女（女（1010）腓肠肌腓肠肌51.051.027.4-72.027.4-72.0CostilCostil等等男（男（8 8）腓肠肌腓肠肌46.746.73.73.7CoyleCoyle等等男（男（1414）腓肠肌腓肠肌43.943.924.0-72.924.0-72.9GollnickGollnick等等男（男（1414）三角肌三角肌45.245.233.5-58.333.5-58.3GollnickGollnick等等男（男（9 9）股外肌

24、股外肌43.843.826.0-60.626.0-60.6GreenGreen等等男（男（6969）股直肌股直肌53.953.912.212.2JanssonJansson等等男（男（2323）股外肌股外肌46.046.013.013.0KomiKomi等等男（男（1010）股外肌股外肌44.044.0-ThorstenssonThorstensson等等男（男（1414）股外肌股外肌46.346.328.2-74.228.2-74.2胜田等胜田等女（女（4 4）三角肌三角肌57.557.540.1-68.340.1-68.3PrincePrince等等女（女（4 4）三角肌三角肌35.435

25、.427.2-42.127.2-42.1PrincePrince等等2.2.运动员的肌纤维组成运动员的肌纤维组成 男运动员肌纤维类型分布男运动员肌纤维类型分布 女运动员肌纤维类型分布女运动员肌纤维类型分布 五、训练对肌纤维的影响五、训练对肌纤维的影响 ( (一一) )肌纤维选择性肥大肌纤维选择性肥大 萨尔萨尔庭庭( (SaltinSaltin) )发现耐力训练可引起慢肌纤维发现耐力训练可引起慢肌纤维选择性肥大，速度、爆发力训练可引起快肌纤选择性肥大，速度、爆发力训练可引起快肌纤维选择性肥大维选择性肥大。 萨尔庭对萨尔庭对6 6名成年男受试者进行了名成年男受试者进行了5 5个月的长跑训练。在训练

26、个月的长跑训练。在训练前后测定了受试者的最大摄氧量、慢肌纤维百分比、慢肌纤前后测定了受试者的最大摄氧量、慢肌纤维百分比、慢肌纤维面积、琥珀酸脱氢酶活性和磷酸丙糖激酶等指标后发现，维面积、琥珀酸脱氢酶活性和磷酸丙糖激酶等指标后发现，受试者的最大摄氧量、慢肌纤维面积、琥珀酸脱氢酶活性和受试者的最大摄氧量、慢肌纤维面积、琥珀酸脱氢酶活性和磷酸丙糖激酶在训练后都显著提高了，但慢肌纤维百分比却磷酸丙糖激酶在训练后都显著提高了，但慢肌纤维百分比却没有明显提高没有明显提高 。( (二二) )酶活性改变酶活性改变 一、利用肌电测定神经的传导速度一、利用肌电测定神经的传导速度 如果在神经通路的两个或两个以上的点

27、如果在神经通路的两个或两个以上的点上给予电流刺激，从该神经所支配的肌上给予电流刺激，从该神经所支配的肌肉上记录诱发电位，然后根据下列公式肉上记录诱发电位，然后根据下列公式可计算出神经的传导速度。可计算出神经的传导速度。 V=S/tV=S/t 式式中中:V:V为神经传导速度，单位为为神经传导速度，单位为米米/ /秒；秒；t t为两刺激点从刺激开始到肌肉开始收缩为两刺激点从刺激开始到肌肉开始收缩的时间差，单位为的时间差，单位为秒；秒；S S为两刺激点之间为两刺激点之间的距离，单位为米。的距离，单位为米。 尺神经运动神经传导速度的测定尺神经运动神经传导速度的测定S1S1：肘部的刺激电极肘部的刺激电极 S2S2：腕部的刺激电极腕部的刺激电极 R R：记录电极记录电极 二、利用肌电图研究肌肉疲劳二、利用肌电图研究肌肉疲劳 肌肉疲劳对其肌电活动也会发生变化，因此可