肌肉生物力学1

肌肉的生物力学肌肉的类型•平滑肌•心肌•骨骼肌肌肉组织的性能收缩性可扩张性弹性肌肉组织的功能•运动•保持姿势•稳定关节•其它功能—产热—保护作用—物质进出的屏障希尔方程•肌肉的力学特性➢肌肉的基本机能：将化学能转化为机械功或力。

➢肌肉活动的基本生物力学指标肌张力肌肉长度变化的速度➢肌肉收缩时肌肉性质的变化肌肉张力肌肉长度弹性热力学第一定律：•E=A+S+W•E: 肌纤维单位时间内释放的能量•A：单位时间内保持的热量•S：收缩热•W：功率=TV长度不变时：E=A长度改变时：S+W=b（T0-T）假设S=aV：b（T0-T）=aV+TV(a+T)(v+b)=b(T0 +a)希尔方程缩短速率V(cm\s)载荷T(g)挛缩状态的蛙缝匠肌快速释放实验中T、V数据与希尔方程相比较许多肌节许多肌原纤维串联肌原纤维并联长度、速度成倍增加力的大小与单个肌节相同肌肉的长度与速度成正比增强力不改变收缩速度肌肉的截面积与收缩力成正比肌节肌节串联肌节肌节并联运动对肌肉力学性能的影响•运动对肌肉结构力学的影响1．力量训练人体内的肌肉是均衡配布的。

力量训练可由增大主动肌力和减小对抗肌力两种途径进行。

训练方式主要为抗阻力练习。

训练的结果是肌肉体积的明显增大。

一般认为，肌肉体积增大是肌纤维增粗的结果。

2．肌肉功率的项目差异不同距离赛跑运动员的测试材料说明，短跑选手的伸膝功率最优。

若以短跑选手的最大功率为100 ，则中距离选手为80 ，而长距离选手为70 。

变化梯度：1.力的时间梯度：达到二分之一最大力所需的时间，称为力的时间梯度。

2.力的速度梯度：力的最大值与所需时间所得的商正常达到最大力值300-400ms短跑蹬地少于100ms，跳高250ms肌肉刺激的功效肌肉活动信号测量：表面肌电测试谢谢欣赏。

人体材料力学基础•【学习目标】•1．理解肌肉的基本结构和功能；知道骨骼肌的三元素模型。

•2．掌握肌肉张力与长度、速度、功率、持续时间之间的关系。

•3．理解骨骼的受力形式，并能熟练地应用于实践。

•4．掌握骨疲劳的力学性能。

•5．了解关节软骨的力学性能；关节静力学、动力学分析方法。

第一节肌肉的生物力学基础•肌肉是运动系统的动力部分，肌肉在神经系统的支配下收缩或伸长，牵引骨骼产生运动，功能是将化学能转化为机械能。

一、肌肉的基本结构和功能肌纤维肌肉的微观结构二、骨骼肌的力学模型•目前人体普遍接受的是1950年Hill（希尔）提出的肌肉三元素模型。

•收缩元：代表肌小节中可以相对滑动的肌球蛋白和肌动蛋白微丝。

兴奋时可产生主动张力，其张力大小与它们之间的横桥数目有关，松驰状态下张力为零，但长度可自由伸缩。

•并联弹性元：由肌束膜、肌纤维膜等结缔组织组成。

表示的是静息状态下的肌肉力学性质，当被牵拉时产生的弹力，为非线性粘弹性体，被牵拉时产生弹力，称为被动张力。

•串联弹性元：代表肌球蛋白和肌动蛋白微丝、横桥、Z线及结缔组织的固有弹性，设它为完全弹性体。

肌肉的三元素模型骨骼肌模型的混合三、骨骼肌的力学基础•（一）肌肉作用的一些基本术语•1．向心作用（concentric action）•2．等长作用（isometric action）•3．离心作用（eccentric action）• 1.肌肉张力--长度• 2.肌肉张力--速度• 3.肌肉功率（爆发力）--速度• 4.持续时间-应力• 5.肌力速度变化梯度（二）肌肉张力--长度的关系•1．肌纤维的力--长度关系肌肉收缩力的大小主要取决于参与收缩的横桥数目，而收缩成分长度的变化影响着收缩时起作用的横桥数目。

最大张力时的长度为肌肉的适宜初长度，约为肌肉平衡长度（肌肉零负荷时的长度）的125%，此时粗丝和细丝处于最理想的重叠状态，起作用的横桥收缩数目达到最大，些时肌肉收缩能产生最大的张力。

神经肌肉工作的生物力学内容： 1.神经-肌肉工作的杠杆原理2.骨骼肌工作的条件3.骨骼肌的工作性质4. 肌肉力量、伸展、稳定训练的力学原则目的： 1.掌握神经-肌肉工作的基本力学原理。

2.了解骨骼肌的工作条件及其性质，掌握肌肉力量、伸展、稳定训练的力学原则。

要求：按照课堂教学要求听讲，思维活跃，结合训练实际分析问题。

方法：教学采用教员主讲式、教学探讨式。

重点：神经-肌肉工作的杠杆原理。

难点：骨骼肌工作的条件。

时间：90分钟地点：多媒体教室一、神经肌肉工作的杠杆原理（一）肌力的方向肌拉力线：从骨骼肌的定点中心到动点中心作一直线。

它决定了肌的发力方向。

肌拉力角：从肌肉的动点到关节中心连一直线，该直线与肌拉力线之间的夹角，叫肌拉力角。

肌拉力角大，则力臂就大。

力臂增大，肌肉的做功效率就高。

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、嵴等来增大肌拉力角。

尤其是籽骨，更为显著。

这样就增大了肌肉做功的效率，即增大了转动力矩。

（二）杠杆原理一根直的或弯的硬棒，在力的作用下，绕兰个固定点(支点)或固定轴(支轴)转动，并克服一个阻力做功，这根硬棒就称为杠杆。

杠杆星人类使用的最古老的工具之一，如撬棒等。

在人体中，坚硬的骨相当于一根硬棒，它在肌拉力的作用下能够绕关节转动，并克服阻力做功，故称为骨杠杆。

骨、关节、肌肉的许多运动符合杠杆原理，可以用杠杆原理加以说明。

1、人体骨杠杆人体骨杠杆具有3个点和2个臂，即支点、力点和阻力点以及力臂和阻力臂，骨杠杆的支点是关节中心(O)；力点是原动肌的附着点(F)；阻力点(R)视具体情况而定，可以是环节的重力，或是其他物体的阻力，或是本身对抗肌张力等。

骨杠杆的力臂是从关节中心到肌拉力线的垂直距离(OA)；其阻力臂是从关节中心到阻力作用线的垂直距离(OR)。

肌力与力臂的乘积为肌力矩；阻力和阻力臂的乘积为阻力矩。

一根杠杆要保持平衡，必须使力矩等于阻力矩，这就是所谓的杠杆原理。

生物力学骨骼和肌肉系统的运动生物力学是研究生物体运动的力学原理和规律的学科，而骨骼和肌肉系统是人体运动的主要组成部分。

通过生物力学的研究可以了解骨骼和肌肉系统在运动中扮演的角色和相互作用。

本文将从骨骼和肌肉的结构以及骨骼和肌肉系统的运动原理等方面来探讨生物力学骨骼和肌肉系统的运动。

一、骨骼和肌肉的结构骨骼是人体支撑结构的主要组成部分，由多个骨头和关节组成。

骨头由骨质和骨髓组成，骨髓主要参与血液的产生和免疫功能。

人体骨骼系统的骨头数量约为206个，通过关节连接在一起，形成一个相对稳定的支撑结构。

肌肉是人体运动的主要驱动力，也是人体最丰富的组织之一。

肌肉由肌肉纤维组成，通过肌腱与骨骼相连。

肌肉分为骨骼肌、平滑肌和心肌。

骨骼肌与骨骼相连，使肢体具有运动能力；平滑肌分布在内脏器官中，控制器官的收缩和松弛；心肌则是心脏的重要组成部分，推动血液循环。

二、骨骼和肌肉系统的运动原理1. 骨骼的运动骨骼通过关节的连接和肌肉的驱动实现运动。

关节是骨头之间的连接点，可以使骨头相对运动。

不同类型的关节具有不同的运动范围和稳定性。

灵活的滑动关节，如膝关节和肘关节，可以实现弯曲和伸直的运动。

旋转关节，如肩关节和髋关节，可以实现的旋转运动。

固定关节，如颅骨的缝合线，保持骨头的相对位置稳定。

2. 肌肉的运动肌肉通过收缩和松弛来实现运动。

肌肉由肌肉纤维构成，肌肉纤维中的肌兴奋纤维随着神经冲动的传导而收缩。

肌肉收缩时产生的力量通过肌腱传递到骨头上，推动骨骼运动。

肌肉根据运动的需要分为两种类型：主动肌和拮抗肌。

主动肌是运动时主要参与收缩的肌肉，而拮抗肌则与主动肌功能相反，通过松弛产生抵抗力，使运动过程更加平稳。

3. 协调运动的控制人体的运动是由神经系统控制和调节的。

中枢神经系统通过传递神经冲动到运动神经元，再对肌肉发出指令。

这种神经冲动的传递过程称为神经传递。

神经传递的速度和频率可以影响肌肉的运动能力和精确度。

高度协调的运动需要大脑、脊髓和周围神经系统之间的配合。

骨骼肌肉系统生物力学一般知识一、骨骼生物力学（一）一般知识骨骼系统是人体重要的力学支柱，不仅承受着各种载荷，还为肌肉提供可靠的动力联系和附着点。

骨组织主要由骨细胞、有机纤维、粘蛋白、无机结晶体和水组成。

其生物活性来源于骨细胞。

胶原纤维借助粘蛋白的结合形成网状支架，微小的羟磷灰石晶粒充填于网状支架并牢固的附着与纤维表面，这种结构具有较好的弹性和韧性，还具有较大的强度和刚度，胶原平行有序排列并与基质结成片状骨板，是形成密质骨的单元。

胶原与基质粘附交错无序则形成棒状骨小梁，是形成疏质骨的单元。

其力学性质受人的年龄、性别、部位等因素影响。

骨的变形以弯曲和扭转最为常见，弯曲是沿特定方向上连续变化的线应变的分布，扭转是沿特定方向上的角应变的连续变化。

骨骼的层状结构充分发挥了其力学性能。

（二）应力对骨生长的作用应力刺激对骨的强度和功能的维持有积极的意义，骨是再生和修复的生物活性材料，有机体内的骨处于增值和再吸收两种相反过程中，此过程受很多因素的影响，如应力、年龄、性别以及某些激素水平，但应力是比较重要的因素。

研究表明，骨胳都有其适宜的应力范围，应力过高或过低都会使其吸收加快。

一般认为，机械应力对骨组织是有效地刺激。

骨的力学特性是由其物质组成、骨量、和几何结构1决定的，当面临机械应力刺激时，常常出现适应性的变化，否则将会发生骨折。

负重对维持骨小梁的连续性、提高交叉区面积起积极作用施加于骨组织上的机械应力可引起骨骼的变形，这种变形导致成骨细胞活性增加，破骨细胞活性抑制。

如瘫痪的患者，骨胳长期缺乏肌肉运动的应力作用，使骨吸收加快，产生骨质疏松。

另外，失重也可造成骨钙丢失。

骨的重建是骨对应力的适应，骨在需要应力的部位生长，在不需要的部位吸收。

制动或活动减少时，骨缺乏应力刺激而出现骨膜下骨质吸收，骨的强度降低。

相反，反复承受高应力的作用，可引起骨膜下的骨质增生。

二、肌肉的生物力学（一）肌肉的分型骨骼肌按其在运动中的作用不同，分为原动肌、拮抗肌、固定肌和协同肌。

肌肉收缩与松弛的生物力学机理一、肌肉收缩与松弛的基本原理肌肉是人体运动系统的重要组成部分，其收缩与松弛是实现人体运动的基础。

肌肉的收缩与松弛涉及到复杂的生物力学过程，这些过程不仅决定了肌肉的功能，还影响着人体的运动表现和健康。

了解肌肉收缩与松弛的生物力学机理，对于运动训练、康复治疗以及相关疾病的预防和治疗都具有重要意义。

1.1 肌肉的基本结构肌肉主要由肌纤维组成，肌纤维内含有大量的肌原纤维。

肌原纤维由肌球蛋白和肌动蛋白等蛋白质组成，这些蛋白质通过特定的排列和相互作用，形成了肌肉收缩的基本单元。

肌球蛋白和肌动蛋白的相互作用是肌肉收缩的直接原因。

1.2 肌肉收缩的生物力学机制肌肉收缩的过程可以通过肌球蛋白的滑动理论来解释。

在这个过程中，肌球蛋白的头部与肌动蛋白的细丝结合，通过ATP水解提供能量，使肌球蛋白头部发生形变，从而拉动肌动蛋白细丝，导致肌原纤维缩短，最终引发肌肉收缩。

这一过程是肌肉收缩的生物力学基础。

1.3 肌肉松弛的生物力学机制肌肉松弛则是肌肉收缩的逆过程。

在肌肉松弛时，肌球蛋白头部与肌动蛋白细丝的结合被解除，肌原纤维随之恢复到原始长度。

肌肉松弛的生物力学机制涉及到钙离子的调控。

钙离子通过与肌钙蛋白的结合，调节肌球蛋白与肌动蛋白的相互作用，从而控制肌肉的收缩与松弛。

二、肌肉收缩与松弛的调控机制肌肉的收缩与松弛不仅依赖于肌原纤维的生物力学特性，还受到神经和体液的调控。

了解这些调控机制，有助于深入理解肌肉功能的实现和调节。

2.1 神经调控机制肌肉的收缩与松弛受到神经系统的调控。

神经信号通过神经肌肉接头传递到肌肉细胞，引发肌肉的收缩或松弛。

神经信号的传递依赖于神经递质的释放和接收，这些递质包括乙酰胆碱等。

乙酰胆碱通过与肌肉细胞膜上的乙酰胆碱受体结合，触发肌肉细胞内的信号传导过程，最终导致肌肉的收缩或松弛。

2.2 体液调控机制除了神经调控，肌肉的收缩与松弛还受到体液因素的影响。

体液中的激素、离子等物质可以通过影响肌肉细胞内的信号传导途径，调节肌肉的收缩与松弛。