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人体内脏器均由平滑肌组成,如肠、肝、脾、肾。
但但不不同同的的器器官官平平滑滑肌肌的的组组织织结结构构、功功能能及及力力学学性性质质有有显显著著差差异异,很难用统一标准刻画它。
很难用统一标准刻画它。
根根据据肌肌肉肉产产生生张张力力时时的的状状态态不不同同,分为:
分为:
松弛状态:
肌肉未受到神经脉冲、松弛状态:
肌肉未受到神经脉冲、电、化学等电、化学等刺激时。
此时肌肉的张力称为被刺激时。
此时肌肉的张力称为被动张力或松弛态下张力。
动张力或松弛态下张力。
激活状态:
肌肉受到神经脉冲、激活状态:
肌肉受到神经脉冲、电、化学等刺电、化学等刺激时。
此时肌肉主动收缩产生主动力。
激时。
肌肉(骨骼肌)是人肌肉(骨骼肌)是人体运动系统重要的组成部体运动系统重要的组成部分,是人体运动的动力来分,是人体运动的动力来源。
可以说肌肉在生物力源。
可以说肌肉在生物力学研究中是最具吸引力、学研究中是最具吸引力、最有挑战性的研究领域。
最有挑战性的研究领域。
肌肉的力学性质十分复杂,肌肉的力学性质十分复杂,它跟组成肌肉各种成份的它跟组成肌肉各种成份的力学特性有关,迄今为止力学特性有关,迄今为止人们仍然在不断的研究和人们仍然在不断的研究和探索之中。
探索之中。
第一节第一节骨骼肌的特点、构成及收缩原理骨骼肌的特点、构成及收缩原理一骨骼肌特点一骨骼肌特点骨骨骼骼肌肌组组成成动动物物躯躯体体的的主主要要部部分分,也也是是动动物物运运动动的的发发动动机机,其其运运动动受受自自主主神神经经控控制制。
在在显显微微镜镜下下,可可看看到到骨骨骼骼肌肌明明暗暗相相间间的的条条纹纹,故故又称横纹肌。
又称横纹肌。
神经脉冲、电脉冲或化学刺激下,肌肉收缩产神经脉冲、电脉冲或化学刺激下,肌肉收缩产生张力,每次激发可持续数十至数百毫秒。
生张力,每次激发可持续数十至数百毫秒。
骨骼肌的最大特点骨骼肌的最大特点:
刺刺激激频频率率越越高高,产产生生的的张张力力越越大大。
当当频频率率足足够够高高(高高于于100Hz100Hz)时时,张张力力达达到到最最大大值值,且且不不再再也也不随时间而改变,这种状态称为挛缩或强直。
不随时间而改变,这种状态称为挛缩或强直。
收缩力不随时间和频率变化收缩力不随时间和频率变化挛缩挛缩骨骼肌的另一个特点是松弛态下(没有载荷)骨骼肌的另一个特点是松弛态下(没有载荷)应力很小,可以忽略不计。
应力很小,可以忽略不计。
LOAD=0二二.骨骼肌的基本结构:
骨骼肌的基本结构:
骨骨骼骼肌肌由由平平行行排排列列的的许许多多肌肌束束组组成成,肌肌束束中中包包含含着着许许多多平平行行排排列列的的肌肌纤纤维维。
肌肌纤纤维维是是构构成成肌肌肉肉的的基基本本单单位位,它它本本身身是是个个细细胞胞,含含有有多多个个细细胞胞核核。
直直径径10106060,长长度度从从数数毫毫米米至至数数厘厘米米不不等等,有有时可长达时可长达3cm3cm。
肌细胞核在细胞膜下方,肌细胞肌细胞核在细胞膜下方,肌细胞质内有许多成束排列的肌原纤维,直质内有许多成束排列的肌原纤维,直径约径约11。
肌原纤维是肌细胞特有的重要组肌原纤维是肌细胞特有的重要组成部分,它是肌肉细胞的收缩单位。
成部分,它是肌肉细胞的收缩单位。
肌原纤维的组成:
由由两两种种粗粗、细细肌肌交交错错对对插插排排列列而而成成,较较粗粗的的叫叫肌肌浆浆球球蛋蛋白白,也也称称肌肌球球蛋蛋白白,直直径径约约1.2101.210-6-6cmcm。
较较细细的的叫叫肌肌动动蛋蛋白白,直直径径约约为为510510-7-7。
肌原纤维结构:
肌丝的分子组成和横桥运动肌丝的分子组成和横桥运动粗肌丝:
粗肌丝:
由肌凝蛋白组成由肌凝蛋白组成肌肌球蛋白(肌浆蛋白)结构球蛋白(肌浆蛋白)结构每每一一根根粗粗肌肌丝丝上上有有许许多多细细小小的的桥桥样样突突起起,称横桥,在粗肌丝上作螺旋状成对排列。
称横桥,在粗肌丝上作螺旋状成对排列。
细肌丝:
由肌纤蛋白、原肌凝蛋白、肌钙蛋白质组成由肌纤蛋白、原肌凝蛋白、肌钙蛋白质组成三三.肌肉收缩的纤维滑移理论:
肌肉收缩的纤维滑移理论:
肌肉松弛时,肌浆球蛋白分子的头部肌肉松弛时,肌浆球蛋白分子的头部贴近肌动蛋白纤维上,但没有接触。
受刺贴近肌动蛋白纤维上,但没有接触。
受刺激时,头部突起,横桥粘接于肌动蛋白纤激时,头部突起,横桥粘接于肌动蛋白纤维上,产生张力,横桥使肌浆球蛋白纤维维上,产生张力,横桥使肌浆球蛋白纤维和肌动蛋白纤维之间发生相对滑动移。
然和肌动蛋白纤维之间发生相对滑动移。
然而两种纤维本身长度不变,因而肌纤维节而两种纤维本身长度不变,因而肌纤维节收缩,肌肉也随之收缩作功。
收缩,肌肉也随之收缩作功。
第二节第二节HillHill方程方程与心肌、平滑肌相比,对骨骼肌的研与心肌、平滑肌相比,对骨骼肌的研究较为深入,因为有:
究较为深入,因为有:
1.Hill方程方程可描述骨骼肌的力学性质。
可描述骨骼肌的力学性质。
2.Hill模型模型可描述骨骼肌的功能状态。
可描述骨骼肌的功能状态。
HillHill方程是肌肉力学中最有名的方程,方程是肌肉力学中最有名的方程,是骨骼肌力学的基础。
是骨骼肌力学的基础。
来源:
青蛙的缝匠肌实验来源:
青蛙的缝匠肌实验描述:
骨骼肌在描述:
骨骼肌在强直状态下强直状态下快速释放时快速释放时张力张力TT和缩短速率和缩短速率VV之间之间的关系。
的关系。
实验方法:
一根骨骼肌固定长一根骨骼肌固定长度为度为LL00,张力为张力为TT00,在强在强直状态下将肌束突然放松直状态下将肌束突然放松到新的长度到新的长度LL,LLLL00,TTTT00。
释放后,立即测量缩释放后,立即测量缩短速率短速率V=V=dL/dtdL/dt,以及以及张力张力TT,那么那么TT和和VV之间的之间的经验关系就是经验关系就是HillHill方程。
方程。
它的数学表达式为:
(V+bV+b)()(T+aT+a)=b=b(TT00+a+a)式中式中aa、bb、TT00为三个独立的常数,为三个独立的常数,这些常数都是肌肉的初始长度这些常数都是肌肉的初始长度LL00、溶溶液的温度和成分,钙离子浓度以及药液的温度和成分,钙离子浓度以及药品等因素的函数。
品等因素的函数。
HillHill方程也可写成如下形式方程也可写成如下形式:
V=bV=b(TT00TT)/(TTaa)T=T=(bTbT00aVaV)/(VVbb)=a=a(VV00VV)/(VVbb)若若T=0T=0,则,则VV达到最大值达到最大值VV00,且且VV00=bT=bT00/a/aHillHill方程的使用条件:
方程的使用条件:
1.1.骨骼肌骨骼肌2.2.强直状态强直状态3.3.快速释放快速释放Hill方程不能描述:
方程不能描述:
1.肌肉未受刺激,没有主动收缩时的状况。
肌肉未受刺激,没有主动收缩时的状况。
2.单收缩状态单收缩状态3.缓慢释放缓慢释放第三节第三节HillHill的三元素模型的三元素模型收收缩缩元元素素:
它它描描述述激激活活态态下下肌肌肉肉的的力力学学性性质质。
在在静静息息状状态态时时为为零零,但但受受刺刺激激后后可可缩缩短短,它它能能够够反反应应粗粗肌肌丝丝与与细细肌肌丝丝相相对对运运动动形形成成的的张张力力,即主动张力部分。
即主动张力部分。
并并联联弹弹性性元元:
它它表表示示松松弛弛态态下下肌肌肉肉的的力力学学性性质质,其其本本构构方方程程可可描描述述被被动张力部分。
动张力部分。
串串联联弹弹性性元元:
它它表表示示二二种种肌肌丝丝、横横桥桥、ZZ盘盘以以及及结结缔缔组组织织本本身身固固有有的的弹性。
弹性。
被动张力:
松弛态下(不受刺激),松弛态下(不受刺激),肌肉没有收缩时的张力。
肌肉没有收缩时的张力。
主动张力:
肌肉受到刺激(不是负载),肌肉受到刺激(不是负载),由于主动收缩产生的张力。
由于主动收缩产生的张力。
HillHill模型描述了模型描述了HillHill方程不能描述方程不能描述的状态。
的状态。
HillHill模型表明了活的肌肉由三模型表明了活的肌肉由三个元素组成,它可以描述一个比较真实个元素组成,它可以描述一个比较真实的骨骼肌。
的骨骼肌。
Hill模型使用条件:
模型使用条件:
1.主动张力、被动张力可分开,彼此主动张力、被动张力可分开,彼此独立,即收缩状态不影响松弛状态。
独立,即收缩状态不影响松弛状态。
2.松弛态下的应力很小,可忽略。
松弛态下的应力很小,可忽略。
第四节第四节肌肉的张力肌肉的张力一一.肌纤维长度肌纤维长度张力关系张力关系肌肌纤纤维维被被牵牵拉拉或或缩缩短短时时张张力力的的变变化化主主要要归归因因于于肌肌节节结结构构的的变化。
变化。
张力张力当当肌肌节节处处于于松松弛弛状态,静息长度状态,静息长度(2.02.25m)时时,肌肌肉肉能能产产生生最最大大的的张张力力,因因为为这这时时粗粗细细肌肌丝丝相相互互重重叠叠得得最最充充分分,横横桥桥的数量最多。
的数量最多。
如如果果肌肌肉肉被被拉拉长长超超过过了了静静息息长长度度,张张力力也也逐逐渐渐下下降降。
因因为为此此时时肌肌节节被被拉拉长长,肌肌丝丝间间的的接接触触少少张张力力会会降降低低。
肌肌节节的的长长度度约约为为3.6m3.6m时时,肌肌丝丝间间几几乎乎没没有有重重叠叠,所所以以不能产生主动张力。
不能产生主动张力。
如如果果肌肌纤纤维维的的长长度度过过短短,张张力力开开始始慢慢慢慢下下降降然然后后迅迅速速降降低低。
因因为为肌肌丝丝过过度度重重叠叠干干扰扰了了横横桥桥的的形形成成。
肌肌节节的的长长度度小小于于1.65m1.65m时时,粗粗肌肌丝丝滑滑到到了了ZZ线线,这这时张力大幅度降低。
时张力大幅度降低。
张力张力二二.负荷负荷-速度关系速度关系肌肌肉肉向向心心缩缩短短或或离离心心收收缩缩延延长长的的速速度与恒定的负荷之间存在一定的关系。
度与恒定的负荷之间存在一定的关系。
向心缩短向心缩短离心收缩离心收缩等长收缩等长收缩肌肉缩短,肌肉缩短,产生关节运动产生关节运动肌肌肉肉伸伸长长,使使关关节运动减慢节运动减慢肌肌肉肉不不变变,保保持持一定姿势一定姿势肌肌肉肉向向心心收收缩缩时时缩缩短短的的速速度度与与所所受受外外界负荷成反比关系。
界负荷成反比关系。
当当外外界界负负荷荷为为零零时时,肌肌肉肉缩缩短短的的速速度度最最快快:
随随着负荷逐渐增加,肌肉缩短的越来越慢;
着负荷逐渐增加,肌肉缩短的越来越慢;
当当负负荷荷与与肌肌肉肉产产生生的的最最大大张张力力相相等等时时,肌肌肉肉缩短的速度为零,肌肉做等长收缩;
缩短的速度为零,肌肉做等长收缩;
如如果果负负荷荷继继续续增增加加,肌肌肉肉做做离离心心收收缩缩,负负荷荷越大肌肉伸长越快。
越大肌肉伸长越快。
三三.张力与时间的关系张力与时间的关系肌肌肉肉产产生生的的张张力力与与收收缩缩的的之之间间成成正正比比。
收收缩缩的的时时间间越越长长产产生生的的张张力力越大,直到达最大张力。
越大,直到达最大张力。
四四.骨骼肌结构的影响骨骼肌结构的影响肌肌肉肉由由收收缩缩成成
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