離體肌向心收縮的生物力學特性分析

中圖分類號：G804 文獻標識：A 文章編號：1009-9328（2015）04-000-01

摘 要 肌肉是人體運動系統最重要的組成部分之一，也是生物學研究領域中的熱點話題，有不少研究表明離心收縮運動具有防止肌肉拉傷的作用，本文先簡單分析肌肉工作原理，進而分析立體機向心收縮的生物力學特征。

關鍵詞 肌肉 向心收縮 生物力學

一、肌肉工作原理分析

人體的運動往往需要多塊肌肉共同完整，肌肉工作力學原理主要是杠桿原理，人體運動中，在肌肉拉力作用下，骨圍繞關節軸轉動，客服阻力，與杠桿原理比較類似，骨杠桿的支點在關節的中心，力點則是原動機的動點附著點，力臂是指關節中心到饑拉力的垂直距離。在運動中想要得到省力的作用，可以通過增大力臂實現，想要獲得更大的速度可以通過增加阻力臂的方式。每個體育運動都是在很多肌肉的參與下完成的，收縮時肌肉運動最基本的表現方式，包括向心收縮、離心收縮、等長收縮以及等張收縮等，向心收縮是指肌肉對抗阻力時肌纖維長度變短，與離心收縮相比，力量更大，離心收縮則是肌肉兩端逐漸分離，若是肌肉收縮中長度未出現變化，就成為為等長收縮，肌肉收縮產生拉力，能夠克服阻力引起的環節運動。

二、離體肌向心收縮生物力學特征分析

（一）結構力學模型的建立

肌肉收縮從能量轉換分析，是將生物學能量轉換為機械能，骨骼肌收縮最基本的特征為長度和力的關系以及力量和速度之間的關系，在分析力學性能中，為簡化肌肉運動，采用肌肉力學模式，包括收縮元、串聯彈性元以及并聯彈性元三個元素。骨骼肌的結構模型可以分為收縮成分和彈性成分，收縮成分包括肌動蛋白與肌球蛋白，彈性成分包括并聯彈性成分和串聯彈性成分。

肌肉收縮產生的力有神經控制單元接過手，這個模型的建立能夠聯系機頭的超微結構單元，采用肌漿球蛋白和激動蛋白纖維絲代表收縮元，張力的大小與橫橋的數目存在關系，橫橋、激動蛋白纖維等的固有彈性采用串聯彈性元表示，肌肉松弛狀態下的力學性質采用并聯彈性元表現。

（二）肌肉收縮張力與長度的關系

在肌肉生理學研究中，肌肉長度和肌肉收縮張力的關系一直是研究中的重點內容。根據肌肉結構力學模型，認為肌肉力的產生是三種元素共同作用的結果，把肌纖維產生的最大張力的長度看作為最適長度，肌肉無被動張力情況下的最大長度看作為自由長度，肌肉總張力為被動張力和經收縮力的總和，肌肉工作時產生的并聯彈性成分張力為被動張力，肌肉長度與張力的關系見圖1所示。

在肌纖維的長度為最適長度的60%時，刺激肌纖維不會產生張力，在逐漸拉長肌纖維的過程中，隨著刺激，肌肉所產生的收縮張力逐漸增加，在肌纖維被拉長到超過肌肉最適長度時，肌肉的收縮張力逐漸減小。

肌肉張力和肌纖維長度的關系可以采用肌絲滑行機制分析，肌肉收縮張力與肌動蛋白的橫橋數目有關，肌肉絲產生最大張力的狀況與肌纖維的靜息長度存在緊密關系，在粗細肌絲位于最佳重疊程度是，能夠發揮出最多的橫橋數目，進而產生最大的張力。隨著肌肉長度的增加，橫橋數目逐漸減小，肌肉的張力也是逐漸下降，肌肉長度若是逐漸小于最適長度，就會感染橫橋重疊，導致數目減少，肌肉張力下降。

（三）收縮速度與肌肉向心收縮張力的關系

肌肉的負荷與收縮張力存在很大的關系，依照熱力學定律分析，肌肉向心收縮張力與速度的關系可以描述為（a+T）（V+b）=b（F0+a），式中a、b均為獨立常熟，其中a是肌纖維初始長度函數，T是指溫度獨立常熟，V代表機頭收縮速度，F0代表肌肉痙縮產生的張力。從方程中可以看到，在一定范圍內，肌肉收縮速度與張力呈現反比關系，在張力最大時，收縮速度為0，在荷載增加到某一值時，肌肉職能做等長收縮，想要得到較大的收縮毒素，需要相應減小荷載。通過公式得到的結果與青蛙縫匠肌張力-速度數據測量非常溫和。肌肉收縮在發生中不僅具有力量還具有速度，這些與細肌絲間橫橋有關。

在收縮速度為0的情況下，肌肉的力量最大，隨著收縮速度的增加，肌肉所承受的負荷能力逐漸下降，在肌肉承受負荷的能力為0時，肌肉的收縮速度得到最大。在小于最大負荷下，肌肉的收縮運動速度小于最大速度，肌肉收縮的縮短速度與橫橋周期的長短存在很大的關系，因此在快速收縮中，只要活動周期快的橫橋參與到活動中，收縮速度越快，形成的橫橋數量越少。肌肉在能量轉換中，克服阻力發生位移，一般所分析的肌肉作用值得是機械東，與收縮速度和荷載存在很大的關系，肌肉收縮速度最大時收縮力最小，在負載為0情況下愛，功率最小，肌肉收縮速度最大，隨著荷載的增加，肌肉收縮速度逐漸下降，在肌肉不能再縮短是，速度為0，若是荷載持續刺激，肌肉將會做離心收縮。

三、結語

本文主要分析離體肌向心收縮的生物力學特征，離體肌長度在小于最適長度是會導致張力下降，肌肉收縮的縮短速度與橫橋周期的長度存在很大的關系，橫橋數量越大，張力就越大。

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