运动学-运动生理学2

第一节肌肉的特性一、肌肉的物理特性伸展性：弹性粘滞性：肌肉物理特性二、肌肉的生理特性兴奋性收缩性（一）兴奋和兴奋性兴奋性：活组织或细胞对外界刺激产生动作电位(AP)的能力。或生物体具有对刺激发生反应的能力。兴奋：组织受刺激后在细胞膜两侧产生一次可传播的电位变化（动作电位，AP）的过程。或动作电位本身。引起兴奋的刺激条件时间强度-时间变化率强度2、强度-时间曲线3、兴奋性的评价指标阈强度时值：以2倍基强度刺激组织时，刚能引起组织兴奋所需的最短作用时间。2、兴奋本质静息电位动作电位返回时值的应用：项目不同，肌肉不同，训练水平不同，时值不同。速度练习者＜力量练习者屈肌＜伸肌训练水平提高，时值缩短，且拮抗肌之间的比例缩小，说明协调性提高了。疲劳后、肌肉损伤或萎缩后时值延长静息电位（甲）当A、B电极都位于细胞膜外，无电位改变，证明膜外无电位差。（乙）当A电极位于细胞膜外，B电极插入膜内时，有电位改变，证明膜内、外间有电位差。（丙）当A、B电极都位于细胞膜内，无电位改变，证明膜内无电位差。极化：静息时膜内外两侧所保持的内正外负状态。去极化：膜内电位负值减少的状态。超极化：膜内电位负值增大的状态。复极化：膜去极化后，又恢复到安静时的极化状态。动作电位概念：指细胞接受刺激兴奋时，在膜电位基础上所发生的一次迅速倒转的，可沿着细胞膜向周围传播的电位波动。返回动作电位的传导（一）局部电流传导（二）跳跃式传导在神经纤维上传导的动作电位，常叫神经冲动。动作电位在神经纤维上传导具有以下特征：（1）生理完整性：（2）绝缘性：髓鞘的绝缘作用所致。（3）双向传导：（4）不衰减性和相对不疲劳性传导机制：局部电流无髓鞘N纤维为近距离局部电流无髓鞘神经纤维：局部电流传导（已兴奋区→临近未兴奋区）有髓鞘神经纤维：跳跃传导（在郎飞氏结之间进行跳跃式传导）有髓鞘N纤维为远距离(跳跃式)局部电流一、肌纤维的微细结构肌细胞（肌纤维）的组成：细胞膜（肌膜）细胞核（多个）细胞质（肌浆）：肌原纤维、肌管系统、线粒体、糖原、脂滴等第二节肌肉收缩与舒张原理1、肌原纤维肌原纤维呈长纤维状，纵贯于肌纤维全长，直径约为1-2微米。由若干个肌小节构成。肌小节又是由更微细的肌丝构成。肌丝及其支持结构是肌原纤维的结构基础。（A带）（I带）返回粗肌丝和细肌丝粗肌丝直径约10纳米，其长度与暗带相同，M线则把成束的粗肌丝固定在一定的位置上。细肌丝直径约5纳米，由Z线结构向两侧明带伸出，有一段插入粗肌丝之间（或暗带中）。肌丝的分子组成粗肌丝主要由肌球蛋白（myosin，又称肌凝蛋白）分子组成。每条粗肌丝大约含有200-300个肌球蛋白分子，每个肌球蛋白由两条相同的重链和四条轻链组成，分子量约为500kD。细肌丝由三种蛋白蛋白质分子组成。细肌丝粗肌丝：肌球蛋白（形状如豆芽）肌动蛋白（球状，肌纤蛋白）占60%。原肌球蛋白（形如绳索，原肌凝蛋白）肌钙蛋白（球形，三个亚基）收缩蛋白调节蛋白肌原纤维肌钙蛋白原肌球蛋白肌球蛋白肌动蛋白返回粗肌丝和细肌丝的空间排列示意图（一）横管系统：肌管的走行方向和肌原纤维相垂直，T管（肌膜内凹而成在Z线附近形成环绕肌原纤维的管道。肌膜AP沿T管传导）。（二）纵管系统：L管（也称肌浆网。肌节两端的L管称终末池，富含Ca2+)。（三）三联管：T管+终池×22、肌管系统二、肌肉的收缩原理肌肉的收缩过程包括三个步骤：兴奋在神经-肌肉接点的传递；肌肉兴奋-收缩耦联肌细胞的收缩与舒张。1、兴奋在神经-肌肉接点的传递神经-肌肉接点的结构神经-肌肉接点传递的特点1）化学传递：2）兴奋传递节律是1对1的：3）单向传递4）时间延搁5）高敏感性返回神经-肌肉接头的结构①接头前膜(终板前膜)②接头后膜（有Ach受体）(终极后膜)③接头间隙（约50纳米）(终板间隙)返回ACHACHCa2+兴奋通过神经—肌肉接点的传递N-M接头处的兴奋传递过程当神经冲动传到轴突末膜Ca2＋通道开放，膜外Ca2＋向膜内流动接头前膜内囊泡移动、融合、破裂，囊泡中ACh释放(量子释放)ACh与终板膜上的N2受体结合，受体蛋白分子构型改变终板膜对Na＋、K＋(尤其是Na＋)通透性↑终板膜去极化→终板电位（EPP）EPP电紧张性扩布至肌膜去极化达到阈电位爆发肌细胞膜动作电位2、肌肉兴奋-收缩耦联①肌膜电兴奋的传导:指肌膜产生AP后,AP由横管系统迅速传向肌细胞深处，到达三联管和肌节附近。②三联管处的信息传递：③肌浆网（纵管系统）中Ca2+的释放:指终池膜上的钙通道开放，终池内的Ca2+顺浓度梯度进入肌浆，触发肌丝滑行，肌细胞收缩。∴Ca2+是兴奋-收缩耦联的耦联物肌纤维收缩的分子机制终池膜上的钙通道开放终池内的Ca2+进入肌浆Ca2+与肌钙蛋白结合肌钙蛋白的构型改变原肌球蛋白位移，暴露细肌丝上的结合位点横桥与结合位点结合，分解ATP释放能量横桥摆动牵拉细肌丝朝肌节中央滑行肌节缩短=肌细胞收缩返回3、肌肉收缩与舒张过程1）肌肉收缩过程示意2）肌肉收缩的调节主要是由Ca+2流向及与肌钙蛋白的结合进行。3）肌肉舒张过程肌丝滑行理论（学说）返回返回小结：骨骼肌收缩全过程1.兴奋传递2.兴奋-收缩（肌丝滑行）耦联运动神经冲动传至末梢↓N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累积达到阈电位引起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↓原肌凝蛋白发生位移暴露出细肌丝上与横桥结合位点↓横桥与结合位点结合激活ATP酶作用,分解ATP↓横桥摆动↓牵拉细肌丝朝肌节中央滑行↓肌节缩短=肌细胞收缩骨骼肌舒张机制兴奋-收缩耦联后肌膜电位复极化终池膜对Ca2+通透性↓肌浆网膜Ca2+泵激活肌浆网膜[Ca2+]↓Ca2+与肌钙蛋白解离原肌球蛋白复盖的横桥结合位点骨骼肌舒张第五节肌肉的收缩形式与力学特征一、单收缩和强直收缩（根据刺激频率的不同）单收缩：整块肌肉或单个肌纤维接受一次刺激后，先产生一个动作电位，接着进行一次机械性收缩。强直收缩：肌肉接受间隔时间很短的连续刺激，而发生的持续缩短状态。可分为不完全强直收缩和完全强直收缩。骨骼肌收缩的形式二、肌肉收缩的形式-张力和长度变化缩短收缩等张收缩等动收缩长度变化，张力不变；动力性运动。拉长收缩：肌肉离心收缩。等长收缩：长度不变，张力改变；静力性运动。肌肉收缩形式缩短收缩、拉长收缩和等长收缩（肌肉收缩时长度和张力的变化）（一）缩短收缩（向心收缩）：指肌肉收缩所产生的张力大于外部阻力时，肌肉缩短，并牵引骨杠杆做相向运动的一种收缩形式。包括等动收缩和等张收缩。（二）拉长收缩（离心收缩）拉长收缩：当肌肉收缩所产生的张力小于外部阻力时，肌肉积极收缩但被拉长的收缩形式。拉长收缩时肌肉起止点逐渐远离，又称离心收缩。如放下重物、下坡跑、下楼梯。拉长收缩产生的力量最大，其次是等长收缩。(三)等长收缩（静力收缩）概念：肌肉在收缩其长度不变张力发生改变的肌肉收缩。如体操中的“十字支撑”“直角支撑”和武术中的站桩等静力性运动。这种收缩形式对人体在运动中运动环节、支持和保持身体某种姿势起到重要作用。肌肉收缩形式的比较收缩肌肉长度外力与肌张力运动中的肌肉对外能量收缩肌肉形式变化比较功能所作的功供给率力量疼痛（向心）缩短缩短肌张力加速正增加最小最小（离心）拉长拉长肌张力减速负减少最大最大等长不变=肌张力固定零缩短收缩居中居中三、肌肉收缩的力学特征（一）后负荷对肌肉收缩的影响-张力与速度的关系肌肉收缩的快慢和所克服的外部阻力相关.当负荷较小时,肌肉收缩速度加快;当负荷较大时,肌肉收缩速度减慢.从力量－速度曲线是可以看出通过不同负荷量的训练，可得到不同的训练效果。小负荷的训练可使肌肉的收缩速度得到提高。用大负荷进行训练，可提高肌肉力量。如果要得到最大的输出功率，得到最佳的训练效果，就必须采用最适的负荷和速度。肌肉收缩速度取决于能量释放速度和肌球蛋白ATP酶活性;而肌肉收缩时所产生的张力大小,取决于活化的横桥数目.缩短速度(cm/s)102030405060负荷(g)Vmax（二）前负荷对肌肉收缩的影响-张力与长度的关系前负荷:肌肉收缩前的所承受的负荷。初长度:肌肉收缩前的自然长度。最适前负荷：能使肌肉收缩时产生最大张力的负荷。最适初长度：能使肌肉收缩时产生最大张力的初长度。在一定范围内，肌肉的初长度越长，肌肉收缩时产生的张力就越大，两者呈正相关的关系。返回1007550257085100115130145肌肉长度%（静息长度）最大主动张力%肌肉长度与肌肉力量的关系图第六节肌纤维类型与运动能力一、骨骼肌纤维类型的分类快肌白肌IIIIb快缩白FGIIa快缩红FOG慢肌红肌I慢红肌SO分类方法肌纤维类型肌肉颜色红肌白肌收缩速度ATP酶染色代谢特征MHC慢肌快肌a快肌bⅠ型ⅡaⅡbSOFOGFGⅠⅠcⅡaⅡCⅡacⅡabⅡb骨骼肌纤维分类方式及类型收缩蛋白中肌球蛋白重链（myosinheavychain，MHC）基因表达二、不同类型肌纤维的特征形态特征机能、代谢特征与运动的关系快肌纤维：较大，收缩速度快较大强度运动收缩蛋白较多，收缩力量大（较慢肌）速度、爆发力训练肌浆网发达，易疲劳快肌纤维选择性肥大大运动神经元支配无氧代谢为主发展无氧代谢慢肌纤维：毛细血管丰富，收缩速度慢较低强度运动肌红蛋白、线粒体较多收缩力量小（较快肌）耐力训练肌浆网不发达抗疲劳力强慢肌纤维选择性肥大小运动神经元支配有氧代谢为主发展有氧代谢三、肌纤维的分布特征一般人骨骼肌纤维分布特征受试者肌肉名称Ⅰ（℅）Ⅱa（℅）Ⅱb（℅）Ⅱc（℅）一般人（男）股外肌463915一般人（女）股外肌513712体育大学生（男）股外肌5235103肱三头肌504191体育大学生（女）股外肌5234121肱三头肌513610肌纤维类型的分布具有部位性；个体差异性；可训练性；男女之间基本没有差异。四、肌纤维类型与运动能力五、运动训练对肌纤维的影响(一)训练能否引起两类肌纤维互变（1）肌纤维的百分组成受遗传决定的而不能随训练互变。（2）训练可使肌纤维类型发生适应性的改变。2、运动训练对肌纤维面积和肌纤维数量的影响力量训练使快肌纤维出现选择性肥大。有训练者无训练者（肌纤维直径或横断面积）。速度训练使快肌纤维和慢肌面积均增加。快肌增加更多。耐力训练使慢肌纤维出现选择性肥大与否有争议。肌纤维面积增加的原因：每一条肌纤维增粗（定论）肌纤维增多（有争议）指标Vo2max（ml/kg）Ⅱ%Ⅱa%Ⅱb%训练前45.056.039.019.0训练后53.056.049.014.0p＜0.001NS＜0.05＜0.05耐力训练后肌纤维类型%的改变（二）不同训练形式对肌纤维影响的专门性不同训练形式能使肌纤维发生明显的适应性变化，表现为肌纤维选择性肥大。肌纤维代谢方面：会使相应酶活性增加。如进行耐力性训练，琥珀酸脱氢酶活性增加，乳酸脱氢酶（LDH）和磷酸化酶活性降低，而琥珀酸脱氢酶是与有氧代谢供能紧密相关；而经常进行速度训练的短跑运动员的乳酸脱氢酶（LDH）和磷酸化酶活性增高，琥珀酸脱氢酶活性最低。大负荷力量训练，使肌纤维面积增大，而线粒体数量增加很少，线粒体容积密度相对降低，有氧氧化能力反而降低。返回项目性别例数SDHLDHPHOSP短跑男212.9127815.3中跑男714.88688.4长跑男516.67648.1无训练者男117.48227.6短、中、长跑运动员肌肉中酶活性的差异酶活性：U/L。六、运动时不同肌纤维的动员不同强度运动时不同肌纤维的募集次序和程度是不同的：在进行低强度或轻负荷活动时，优先使用慢肌纤维，随着运动强度的增加或负荷的加大，快A和快B纤维依次被募集，当强度或负荷最大时，快A和快B纤维募集的百分比大于慢肌纤维。第八节肌电图肌电图以及肌电图的引导肌电图的主要指标肌电图在运动中的可能应用一、肌电的引导骨骼