第二章 肌肉活动

第二章肌肉活动

本章提要

人体内物质代谢和能量代谢是维持生命活动、保证身体运动的基础，是运动人体科学研究的核心问题。糖、脂肪和蛋白质是人体内的三大能源物质，它们在体内的分解氧化可以释放大量的能量，合成人体生命活动所需的直接能量ATP。本章将介绍糖、脂肪和蛋白质三大能源物质在体内分解代谢的一般过程及其运动时人体物质代谢和能量代谢的特点，为学习运动生理学奠定基础。学习目标掌握肌肉活动时直接能量与间接能量的来源及相互关系。掌握三个供能系统各自特征以及与运动强度、时间的对应关系。掌握运动中能量代谢变化的特点和能量统一体概念，学会分析不同性质运动中的代谢规律及应用。学习内容第一节肌肉的特性第二节肌肉的收缩与舒张原理第三节肌肉的收缩形式与力学特征第四节肌纤维类型与运动能力第五节肌电图一、肌肉的物理特性

①伸展性：肌肉在外力作用下可被拉长，为肌肉的伸展性。

②弹性：当外力消失时，肌肉又恢复到原来形状，为肌肉的弹性。

③粘滞性：肌肉内部各蛋白分子相互摩擦产生的内部阻力为肌肉的粘滞性。肌肉的物理特性受温度的影响。当肌肉温度升高时，肌肉的粘滞性下降，伸展性和弹性增加。第一节肌肉的特性二、肌肉的生理特性

（一）兴奋性：1、兴奋与兴奋性的概念（1）兴奋：可兴奋细胞接受刺激后将在细胞膜两侧发生一次可传播的电位变化称为动作电位。兴奋是产生动作电位本身或动作电位同义词。

（2）兴奋性

兴奋性：组织细胞接受刺激后具有产生动作电位的能力。（3）引起兴奋的三个刺激条件：

①一定的刺激强度；②持续一定的作用时间；

③一定的强度-时间变化率。强度-时间曲线：用来描述引起组织兴奋所需的阈强度和刺激的作用时间的关系曲线图。（4）、强度-时间曲线强度-时间曲线的意义：①曲线左侧，要引起组织兴奋，必需一定的时间。

②曲线右侧，要引起组织兴奋，必需一定的强度（基强度）。③在一定范围内，引起组织兴奋的刺激强度和刺激时间之间成反比关系。

基强度：引起组织兴奋的最小刺激强度。

阈强度：在一定刺激作用时间和强度—时间变化率下，引起组织兴奋的最小刺激强度。（5）时值①概念:以2倍的基强度刺激组织，刚能引起组织兴奋所需的最短作用时间称为时值。时值在运动生理学中作为衡量组织兴奋性的指标。（时值与兴奋性成反比关系，即时值越短，表示组织兴奋性越高，反之亦成。）②时值在体育运动中的应用⑴判断训练水平：时值↓→训练水平↑。⑵判断疲劳或过度训练：疲劳或过度训练→时值↑。⑶用于选材：（项目:速度＜力量＜耐力）⑷用于判断肌肉的协调能力：屈肌、伸肌的时值差小→协调能力好。组织细胞产生动作电位及其传导是兴奋的本质。（1）静息电位：安静时存在于细胞膜内外两侧的电位差。特点：内负外正、相对恒定（2）动作电位：接受刺激后，在细胞膜两侧发生一次可传播的电位变化。（3）膜的极化：

①极化：生理学将静息电位存在时膜两侧所保持的内负外正状态，称为膜的极化。②去极化：如膜内电位负值减小，称为去极化；

③超极化：相反，如膜内电位负值增大，称超极化；

④复极化：膜去极化后，又恢复到安静时的极化状态，则称复极化。2、兴奋的本质1.静息电位及产生的原因++++++++++++++++++++Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+K+K+A-A-A-A-A-A-A-A-A-Cl_Cl_Cl_Cl_Cl_Cl_Cl_K+K+K+K++--++-+-K+的平衡电位静息电位产生的生理机制：②细胞膜对离子的通透具有选择性:K+＞Cl-＞Na+＞A-①细胞膜内外离子分布不均③静息状态时，细胞膜对K+的通透性大[K+]↑→膜外电位↑(正电场)膜外为正、膜内为负的极化状态④当扩散动力与阻力达到动态平衡时=RP结论:RP的产生主要是K＋向膜外扩散的结果。

∴RP=K+的平衡电位____++++_+_2.动作电位产生的原因

++++++++++++++++++++++++++Na+的平衡电位

动作电位的产生机制

3.动作电位的传导（局部电流学说）动作电位的特征之一就是它的可传导性，即细胞膜任何一处兴奋时，它所产生的动作电位可传播到整个细胞。（二）收缩性：

肌肉兴奋后产生收缩反应的特性为收缩性。

收缩性是肌肉的机械特性，肌肉兴奋后通过其内部机制，产生长度或/和张力变化，实现肌肉的收缩和舒张。第二节肌肉的收缩与舒张原理一、肌肉的微细结构粗肌丝：肌球蛋白1、肌原纤维

肌动蛋白细肌丝原肌球蛋白

肌钙蛋白横管系统（T管）：传递信息2、肌管系统纵管系统（L管）：贮存Ca2+（一）、肌原纤维骨骼肌超微结构示意图粗肌丝和细肌丝的空间排列示意图-1

粗肌丝和细肌丝的空间排列示意图-2

粗肌丝和细肌丝的空间排列示意图-3①粗肌丝头部的横桥能与细肌丝上的结合位点可逆性结合;②静息时，细肌丝的肌钙蛋白对原肌球蛋白有抑制作用；③原肌球蛋白对肌动蛋白上结合位点有覆盖作用。（二）、肌管系统横管:肌细胞膜从表面横向伸入肌纤维内部的膜管系统。纵管:肌质网系统。终池:肌质网在接近横小管处形成特殊的膨大。三联管:每一个横小管和两侧的终池构成。肌管系统结构示意图

二、肌肉的收缩与舒张过程

（一）兴奋在神经-肌肉接点的传递1.神经肌肉接点的结构①接头前膜

(终板前膜)②接头后膜

(终极后膜)③接头间隙

(终板间隙)2.兴奋在神经-肌肉接点传递的机制运动神经纤维在到达神经末梢处时先失去髓鞘，以裸露的轴突末梢嵌入到肌细胞膜上称作骨骼肌神经-肌接头。神经-肌肉接头的兴奋传递

肌细胞收缩牵拉细肌丝朝肌节中央滑行横桥摆动横桥与结合位点结合分解ATP释放能量原肌球蛋白位移，暴露细肌丝上的结合位点Ca2+与肌钙蛋白结合肌钙蛋白的构型改变终池膜上的钙通道开放终池内的Ca2+进入肌浆（二）、肌肉的兴奋-收缩耦联神经冲动传至末梢↓对Ca2+通透性增加Ca2+内流入N末梢内↓接头前膜内囊泡向前膜移动、融合、破裂↓ACh释放入接头间隙↓

ACh与终板膜受体结合↓受体构型改变↓终板膜对Na+、K+(尤其Na+)的通透性增加↓产生终板电位(EPP)↓EPP引起肌膜AP↓肌膜AP沿横管膜传至三联管↓终池膜上的钙通道开放终池内Ca2+进入肌浆↓Ca2+与肌钙蛋白结合引起肌钙蛋白的构型改变↓原肌球蛋白露出细肌丝上与横桥结合位点↓横桥与结合位点结合ATP分解释放能量↓横桥摆动↓肌节缩短(肌细胞收缩)重点：骨骼肌收缩全过程1.兴奋传递2.兴奋-收缩（肌丝滑行）耦联一、单收缩和强直收缩1.单收缩：整块肌肉或单个肌纤维接受一次短促的刺激后，先产生一次动作电位，紧接着进行一次收缩，称为单收缩。2.强直收缩：增加刺激的频率，使每次刺激的间隔时间短于单收缩所持续的时间，肌肉的收缩将出现融合现象，即肌肉不能完成舒张，称为强直收缩。

①不完全强直收缩：当肌肉未完全舒张就产生第二次收缩，肌肉收缩出现部分融合，称为不完全强直收缩。

②完全强直收缩：当肌肉在前一次收缩末之前就开始第二次收缩，肌肉收缩反应出现完全的融合，称为完全强直收缩。第三节肌肉的收缩形式与力学特征

二、肌肉的收缩形式：

（一）.缩短收缩（向心收缩）：1.概念：肌肉收缩所产生的张力大于外力时，肌肉缩短，并牵引骨杠杆做相向运动的一种收缩形式。收缩时肌肉起止点互相靠近，故又称向心收缩。2.作用：是人体实现各种加速运动和位移运动的基础。3.形式：依据整个关节运动范围肌肉张力与负荷的关系分为：

①非等动收缩（等张收缩）:在缩短收缩过程中,张力改变,负荷不改变。特点：关节的某一角度产生最大张力。

力量最弱点得到最大锻炼②等动收缩:在缩短收缩过程中,张力=负荷(外力)。特点：在关节整个范围内都产生最大张力。

在关节整个范围内都能得到最大锻炼（二）.拉长收缩（离心收缩）：

1.概念：当肌肉收缩所产生的张力小于外力时，肌肉积极收缩但被拉长，这种收缩形式称拉长收缩，又称离心收缩。2.作用：在运动中起着制动、减速和克服重力等作用。（三）.等长收缩：1.概念：当肌肉收缩产生的张力等于外力时，肌肉收缩但长度不变，这种收缩形式称等长收缩。2.作用：在运动中起着固定、支持和保持身体某一姿势等作用。肌肉三种收缩形式的比较工作形式肌肉长度外力与肌张在运动中肌肉对外能量供给率变化力的比较的功能所作的功缩短收缩缩短小于肌张力加速正增加拉长收缩拉长大于肌张力减速负减少等长收缩不变等于肌张力固定未小于缩短收缩张力大小：拉长收缩＞等长收缩＞缩短收缩延迟性肌肉疼痛：拉长收缩＞等长收缩＞缩短收缩（一）后负荷对肌肉收缩的影响——张力与速度关系后负荷：是肌肉收缩开始之后所遇到的负荷。1.张力—速度关系曲线在一定的范围内，肌肉收缩产生的张力和速度大致呈反比关系。

二、肌肉收缩的力学特征2.机制：1）肌肉收缩产生张力的大小取决于活化的横桥数目2）肌肉收缩速度则取决于横桥上能量释放的速率。

3.应用：（1）确定最佳的负荷—速度搭配为了提高最大负荷能力适当降低速度；同样为了提高速度应适当降低负荷；（2）发挥最大功率（爆发力）功率=力×速度

为了提高最大功率，应选择适当负荷和适当速度，负荷选择最大负荷的30%—50%（二）前负荷对肌肉收缩的影响前负荷：前负荷是指在肌肉收缩前就加在肌肉上的负荷

。（改变前负荷实际上是改变肌肉收缩的初长度。）

1.长度-张力曲线：肌肉在不同前负荷的作用下收缩。把肌肉张力与长度关系绘成坐标曲线。曲线为开口向下的抛物线。其顶点显示适宜初长度时，肌肉收缩产生的张力最大。2.机制：

肌肉长度处于适宜水平时，肌节长度约2.0—2.2纳米，此时粗、细肌丝正处于最想的重叠状态，因而活化的横桥数目最多，故表现出收缩张力最大。3.应用：

不难理解预先拉长肌肉的初长度可增大肌肉的收缩力。(三)肌肉的做功、功率和机械效率

1．肌肉的做功W(功)＝F(力)·S(距离)cosθ(θ为F和S之间夹角)

2．肌肉收缩的功率P(功率)＝w(功)／t(时间)

或P(功率)＝F(力)·V(速度)

功率又称为肌肉收缩的爆发力

3．肌肉收缩的机械效率

η=W／Eη(机械效率)；w(机械功)；E(总能量)。人体肌肉收缩的机械效率一般为25％～30％。

一、肌纤维类型（一）根据组织化学染色法

具有不同酶活性的肌原纤维ATP酶在各种不同pH环境中染色差异，可将骨骼肌纤维划分为Ⅰ型(红肌,慢肌)和Ⅱ型（白肌,快肌）,包括:Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc。（二）根据肌纤维代谢特征根据肌肉收缩和肌肉的氧化酶、磷酸化酶含量，把骨骼肌纤维分为慢缩强氧化型、快缩强氧化酵解型和快缩强酵解型三种类型第四节肌纤维类型与运动能力1.形态特征

FT

ST

①直径大、肌浆网发达直径小、线粒体多而大毛细血管密度大

②大α神经元小α神经元

③肌红蛋白含量低肌红蛋白含量高2.代谢特征：

FT

ST

①无氧代谢酶活性高有氧代谢酶活性高

②糖原含量多甘油三酯含量高

二、两类肌纤维的形态、代谢和生理特征3.生理特征①收缩速度：肌肉中快肌纤维收缩速度较快。肌肉中慢肌纤维收缩速度较慢。②收缩力量：肌肉收缩力大小取决于肌肉的横断面积并受肌纤维类型等因素影响，快肌收缩力量大于慢肌。③抗疲劳性：肌肉中快肌纤维抗疲劳能力弱。肌肉中慢肌纤维抗疲劳能力强。三、不同类型肌纤维的分布（1）肌纤维类型的百分组成。成年人慢肌的百分组成为44％一58%。

（2）骨骼肌纤维功能上的分布现象维持身体姿势或紧张性工作为主的肌肉——慢肌较高，快速位相性工作为主的肌肉——快肌较高（3）骨骼肌纤维类型的性别差异。未取得一致意见

（4）骨骼肌纤维类型组成的年龄变化。青少年无差异，20-29岁后随年龄增加快肌减少。（5）遗传因素对骨骼肌纤维类型分布的影响。与遗传相关性较大。四、肌纤维类型与运动能力

1、人类肌纤维百分组成与某些基本素质关系密切。（1）快肌——速度、爆发力素质（2）慢肌——一般耐力和力量耐力

2、肌纤维类型与专项运动能力关系密切。（1）短跑、跳跃（力量、速度为主）——快肌占优（2）马拉松、长跑（以耐力为主）——慢肌占优（3）介于两者之间（中距离跑）——快肌和慢肌差不多（一）运动能引起肌纤维组成的改变。

1、首先，快肌亚型(Ⅱa和Ⅱb)在训练影响下可相互转化。

2、关于训练能否使肌纤维互变的问题，存在两种不同的观点。（1）相当多的认为，个体肌肉中的快、慢肌纤维的百分比，生来就是固定的，不论力量、耐力训练都不能使肌纤维互变。

（2）一些研究认为，长期系统训练可导致肌肉结构和功能产生适应，而使肌纤维百分组成发生改变。

慢肌纤维→快C纤维→快肌纤维五、训练对肌纤维的影响（二）不同训练形式对肌纤维影响的专门性经常进行体育