生物力学课程——肌肉力学.

肌肉生物力学研究及其应用肌肉是人体最重要的运动器官之一，不仅能够产生力量、推动身体运动，还具有支撑身体、保持姿态的重要作用。

肌肉生物力学研究是一门探究肌肉、骨骼和关节通过运动实现人体机能的学科，它取得了重要的科研和应用成果。

在本文中，我们将一起探讨肌肉的力学特性、肌肉生物力学的重要性以及该领域应用的一些具体案例。

一、肌肉的力学特性肌肉是能够收缩的组织，产生的力量可以推动身体进行运动。

而肌肉受到生物力学的影响，不同的力量和矢量对于肌肉的收缩有着不同的影响。

肌肉产生的力量可以分为主动力和被动力。

主动力是肌肉产生的正向力量，推动身体进行运动；被动力则是肌肉在被拉伸的情况下产生的反向力量，保持身体的姿态。

在不同的情况下，肌肉运动的速度和力量会有所不同。

肌肉的收缩可以分为等辐向收缩和等切向收缩。

等辐向收缩是指肌肉的纤维在收缩时，其皱褶线沿主轴线增长；等切向收缩则是指肌肉的纤维在收缩时，其皱褶线绕着主轴线进行收缩。

这两种不同的肌肉收缩方式对于力的产生和对骨骼的影响有着不同的作用。

二、肌肉生物力学的重要性肌肉生物力学研究对于人体运动机能研究，如相关疾病的预防和康复等方面都有着重大的意义。

它对于运动医学、肌肉疾病康复以及运动器材研发都有着重要的指导意义。

例如，肌肉力学特性的研究能够帮助我们更好地理解人体内部结构和组织的力学特性，也有助于研究某些疾病的发生和治疗。

肌肉疾病和损伤，例如肌肉萎缩和拉伤，能够大大降低生活质量和运动能力。

深入了解肌肉力学特性将有助于提高康复治疗和预防。

此外，肌肉力学研究还有助于改善运动器材和医学设备的研发，从而更好地应用于康复治疗和日常运动。

三、肌肉生物力学研究的应用实例肌肉生物力学研究已经被广泛地应用到医疗、康复和运动方面。

下面列举一些具体实例：1. 运动员训练肌肉力学分析可以帮助运动员提高绩效。

对于某些运动项目，如体操、举重和柔道等等，运动员需要发展出一定的肌肉力量和持久力才能获得优异的表现。

肌肉的生物力学一、影响肌力的因素1、肌肉的横截面积肌力与横截面积成正比2、肌肉的初长度被牵拉至静息长度的1.2倍时肌力最大3、运动单位的募集同时投入收缩的运动单位越多，肌力就越大4、肌纤维的走向与肌腱长轴的关系羽状的走向的肌纤维越多，肌力就越大二、肌肉的物理特性1、伸展性与弹性伸展性：肌肉在外力的作用下可被拉长的特性弹性：当外力解除后，被拉长的肌肉又恢复原状的特性2、粘滞性肌肉收缩或被拉长时，肌纤维之间、肌肉之间、肌群之间发生摩擦的外在表现。

在肌肉收缩时会产生阻力，粘滞性的大小与温度成反比三、肌肉的分型I型慢缩纤维又称红肌，即缓慢－氧化型肌纤维IIa型和IIb型快缩纤维又称白肌，即快速－糖原分解型肌纤维四、肌肉的收缩类型1、等张收缩是肌力大于阻力的加速运动和小于阻力的减速运动，产生关节运动，又称动力收缩向心收缩：肌肉收缩时，关节角度变小离心收缩：肌肉收缩时，关节角度变大2、等长收缩肌肉收缩力与阻力相等，肌肉长度不变，不产生关节运动。

支持作用、加固作用、固定作用五、肌肉的协作关系1、原动肌或主动肌：产生一特定运动的主要肌2、拮抗肌：与主动肌作用方向相反的肌肉。

3、协同肌：与主动肌作用相同或基本相同。

4、固定肌：为了充分发挥原动肌的作用需要有其他肌群固定其定点附着的骨。

5、中和肌：限制或抵消原动肌产出一部分不需要的动作的肌肉六、多关节肌的主动不足和被动不足1、主动不足多关节肌作为原动肌工作时，其肌力充分作用到一个关节后，就不能充分作用于其他关节2、被动不足七、运动对肌肉形态结构的影响1、肌肉体积增大2、肌纤维中线粒体数目增多，体积增大3、肌纤维周围毛细血管增多4、肌肉内化学成分的变化。

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。

运动生物力学课程教学体会--关于运动生物力学研究范围的思考
运动生物力学是一门跨越生物学、运动科学和工程学的科学，研究运动过程中身体各部分和外界环境之间的相互作用。

它记录和分析身体在运动过程中的运动学参数，以及运动过程中身体内部力学参数。

运动生物力学的研究范围非常广泛，可以说几乎涵盖了人体运动学的全部领域，包括肌肉力学、运动控制、运动分析等。

首先，肌肉力学是运动生物力学研究中最重要的一部分，它研究肌肉对运动的影响，包括肌肉的力学属性、肌肉力量如何影响运动以及肌肉力量如何影响身体平衡等。

肌肉力学研究的目的是了解肌肉力学特性，探索肌肉力量与运动表现之间的关系，以及如何通过改变肌肉力量来提高运动表现。

其次，运动控制是运动生物力学研究的另一个重要方面，它研究人体运动的控制机制，包括肌肉力量控制、肌肉收缩的控制、运动方向控制、运动速度控制等。

运动控制的研究目的在于了解人体运动的控制机制，以及如何改变运动控制机制来提高运动表现。

最后，运动分析是运动生物力学研究的另一个重要方面，它研究运动过程中身体各部分的运动学参数，以及运动过程中身体内部力学参数。

运动分析的目的是了解运动过程中身体各
部分的运动学和力学参数，以及如何通过改变运动参数来提高运动表现。

总的来说，运动生物力学的研究范围非常广泛，它不仅研究肌肉力学、运动控制、运动分析等，还研究运动系统的运动特性，以及如何利用机械设备和计算机来研究、记录和控制人体运动。

运动生物力学的研究将为人体运动提供有效的理论支持，帮助人们更好地理解自身运动，提高运动表现。

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。

肌肉生物力学的研究现状与应用前景肌肉是人体最主要的动力产生器，同时也是生物力学研究的一个热门领域。

肌肉生物力学研究是指将运动、力、能量等物理方面的指标应用于人体运动的研究，它为我们提供了一种理解人体运动的有效途径。

在本文中，我们将会介绍肌肉生物力学研究的现状，它的应用范围与前景。

第一部分：生物力学和肌肉力学生物力学是机械学、生理学和解剖学的交叉领域，它研究动物和人体的运动学和动力学的规律，它的目标是通过去量化生物的物理情形，来探索人类力量的产生以及身体的姿态和运动。

肌肉是身体运动的主要来源，也被称为肌肉骨骼系统。

肌肉生物力学主要是研究肌肉在人体运动系统中的作用。

在生物力学的范畴内，肌肉发挥着一个很特别的作用，因为肌肉比起其它的组织来说有一个内在的收缩能力。

这种内在的收缩能力在其它生物的力学系统里是没有的。

因此，肌肉生物力学的研究对于深入理解人类运动运动机理，很重要。

第二部分：肌肉生物力学研究的现状肌肉生物力学是跨学科的领域，它融合了机械学、实验生理学、解剖学等多个学科的知识。

近年来，人们对于肌肉生物力学的研究越来越广泛，研究涵盖了从细胞到整个肌肉群体的方方面面。

目前，肌肉生物力学的研究现状主要集中在以下几个方面：1. 肌肉损伤与修复机制：在肌肉生物力学中，研究团队主要关注需要修士平复损伤的机制。

比如在人体运动过程中，肌肉受到力的作用时，肌肉纤维单元的拉应力增大，超过破坏点时就会发生损伤，之后，就会引起炎性反应和细胞注视与再生机制等多个基础过程了。

这类研究对于肌肉慢性炎症损伤治疗等领域有一定的指导意义。

2. 肌肉生长的机制：肌肉增长也是肌肉生物力学研究的重要领域。

研究的重点在于增长的过程是如何在细胞水平上进行的，肌肉细胞的增生和生长与邻近膜结合中激素的作用；比如，蛋白质合成的过程等等。

这类研究有助于运动表现和肌肉训练的最优解决方案制定，同时，对于有无肌肉力量状况的疾病诊断观察也有一定的指导意义。

3. 肌肉控制问题：另一个研究领域关注的是，如何控制肌肉群以达到更好的表演。

生理学中的肌肉力学模型肌肉力学模型是生理学中的重要研究领域，它主要是探究肌肉的力学性质以及机制。

在过去的几十年里，肌肉力学模型得到了不断的发展和完善。

本文将介绍一些常见的肌肉力学模型及其应用。

1.生物学模型生物学模型是一种常见的肌肉力学模型。

该模型是基于肌肉纤维的收缩机制来考虑肌肉的力学特性的。

其工作原理是，肌肉纤维在神经刺激下会收缩，进而引起肌肉整体的收缩。

因此，生物学模型通常考虑肌肉纤维内部的力学性质，如肌肉纤维长度、肌肉纤维数量、肌肉纤维的弹性等。

2.有限元模型有限元模型是一种数学模型，其主要是使用数学方程式来描述肌肉力学特性。

它利用肌肉的形状、大小和内部力学性质等信息对肌肉进行建模。

有限元模型通常用于分析肌肉的应力分布、挠曲变形等力学特性。

该模型可分为二维和三维模型，分别用于分析二维和三维肌肉。

尽管该模型需要高强度的计算机资源和大量的数据，但其结果仍然具有很高的准确性。

3.活动力学模型活动力学模型是一种常见的肌肉力学模型，其主要是考虑人体运动物体之间的相互作用。

该模型主要考虑人体运动时肌肉发出的力，以及该力如何影响身体的运动状态。

活动力学模型经常用于研究肌肉在人体运动过程中发挥的作用。

4.神经肌肉模型神经肌肉模型是一种肌肉力学模型，其基于人体内神经和肌肉之间的相互作用来构建。

该模型将人体肌肉视为机器，其受到人体神经系统的控制，以完成各种动作和活动。

因此，神经肌肉模型主要关注肌肉和神经之间的相互作用及其对人体运动的影响。

总之，肌肉力学模型在生理学中有着广泛的应用。

无论是研究肌肉的运动机制，还是分析肌肉的应力分布和变形等力学特性，都需要借助肌肉力学模型。

未来，肌肉力学模型的各个领域将继续发展和完善，为人类的健康和运动提供更加全面和深入的研究。