肌肉力学性质.ppt

1、1,肌肉除了具有一般软组织材料力学性质以外，还具有其独特的性质主动收缩产生主动张力。 肌肉分为三类：骨骼肌、心肌、平滑肌。这三类肌肉组织组成要素相同，收缩的生化机理也相似。但结构、功能及力学性质有很大差别。,2,第一节 骨骼肌特点、构成及收缩原理,在电刺激或 化学刺激下 骨骼肌收缩 产生张力。 其最大特点 是刺激频率 越高，产生 张力越大,另一特点：在松弛态下应力很小，可忽略不计,3,骨骼肌基本构造,平行排列之肌束构成 肌束包含平行排列的肌纤维（基本单位），是细胞，含有多个细胞核，肌原纤维(d = 10-60微米，长数毫米至数厘米，有时长30厘米),4,一、骨骼肌细胞(skeletal mus

2、cle) 形态：长圆柱形 LM结构：肌核多个，位于肌膜下；肌质中含大量与细胞长轴平行的肌原纤维(myofibril)，有横纹,相邻两条Z线之间的一段肌原纤维称为肌节,明带（I带） Z 线,暗带（A带） H带 M线,5,6,7,EM结构： 1、肌原纤维 2、肌膜：横小管(transverse tubule)，又称T小管 可将肌膜的兴奋迅速同步地传导至肌纤维内部 3、肌质网 结构：是肌纤维内高度发达的滑面内质网，形成 纵小管(longitudinal tubule) ，又称L小管； 终池 (terminal cisternae)；三联体(triad ) 功能：浓缩、储存、释放Ca2+,8,9,肌原

3、纤维的构成,肌丝的分子结构 粗肌丝：由许多肌球蛋白(myosin)分子按特定规律排列而成 肌动蛋白(actin) 细肌丝： 原肌球蛋白(tropomyosin),肌原蛋白(troponin),10,粗肌丝：由肌球或称肌凝蛋白组成，其头部有一膨大部-横桥：能与细肌丝上的结合位点发生可逆性结合；具有ATP酶的作用，与结合位点结合后,分解ATP提供横桥扭动(肌丝滑行)和作功的能量。 细肌丝： 肌动蛋白：表面有与横桥结合的位点，静息时被原肌球蛋白掩盖； 原肌球蛋白：静息时掩盖横桥结合位点； 肌钙蛋白：与Ca2+结合变构后,使原肌球蛋白位移，暴露出结合位点。,11,肌原纤维,12,肌肉的纤维滑移理论,松

4、弛时：头部匍匐 受刺激：头部凸起,13,第二节 Hill方程,上世纪 30 年代, Hill 的经典性的工作,奠定了骨骼肌力学的基础.他取青蛙的缝匠肌为试样,两端夹紧,保持长度为 L 0.以足够高的频率和电压加电刺激,使挛缩产生张力 T0.然后将肌肉的一端松开,使其张力降为 T ( T T0）,则肌肉纤维以速度 v 缩短. Hill 不仅测定 T 、 v 与 T 的关系,还测定了肌肉缩短时产生的热量,以及维持挛缩状态所需的热量.,14,Hill 方程表明：在挛缩状态下,单位时间内从化学反应获得的机械能是常量.从力学观点来看, Hill 方程描述了骨骼肌收缩时的力一速度关系. Hill 方程可写

5、成如下形式： 或,T=0时，V达到最大值V0 = bT0/a,15,挛缩状态的蛙缝匠肌快速释放实验中测得的等张收缩时 T , v 数据与 Hill 方程相比较（引自 Hill , 1938 年）,16,第三节 Hill三元素模型,17,松弛态下肌肉力学性质,两种肌丝、横桥、Z盘,激活态下肌肉力学性质,18,1. 收缩元,代表可以相对滑动的肌浆球蛋白和肌动蛋白纤维丝,其张力与它们之间的横桥数目有关.松弛状态下,张力为零； 2 串联弹性元,它表示肌浆球蛋白纤维、肌动蛋白纤维、横桥、z线以及结缔组织的固有弹性,设它是完全弹性体； 3 并联弹性元,它表示静息状态下肌肉的力学性质.,19,Hill 模型

6、的发展状况,几十年来的实践表明,对于骨骼肌的性质来说, Hill 方程和 Hill 模型仍然是一种良好的近似.而且,到目前为止,这也是唯一可操作的模型.从实际应用的需要来看,对于骨骼肌来说,当务之急不在于新的、更完善的理论的探索和更完备的本构关系的寻求,而在于肌肉（肌群）力的在体无创监测方法的研究,这无论对于骨和关节的受力分析、骨折的治疗的方法选择和参数优化,以及运动生物力学等都有重大的实用意义.在这方面,Hill 模型理论有可能发挥它的独特的作用.,20,骨骼肌的解剖结构,肌原纤维,肌纤维,小肌束,大肌束,肌 肉,肌 群,21,心肌的构造 形态： 分支短杆状 LM结构：胞核12个，位于心肌纤维中央；有闰盘； 可见横纹 EM结构特点： 终池扁小；形成二联体（diad）；T小管位于Z线水平； 闰盘的横位有中间连接和桥粒 纵位有缝隙连接,第四节 心肌的力学性质,22,23,24,与骨骼肌相比心肌的特点,时刻不能缺氧 节律性强，不允许挛缩（不能处于强直状态） 松弛状态心肌静息张力具有重要性 心肌长度工作范围有限,25,未受刺激时心肌力学性质,心肌瞬时张力和伸长比有下列关系 对心肌一定的应变率进行循环加载和卸载时，应力-应变曲线稳定显示滞后环,dTe/d=(Te+),26,平滑肌结构 形态：梭形 LM 结构：核一个，位于中央； 特点：无横纹，无明暗相间的条纹,第五节 平滑肌