骨骼肌的结构与功能

♦肌肉的收缩形式

原动肌以下列三种方式来产生力

1.缩短(或收缩)

2.试图抗延伸

3.保持恒定的长度

这些肌肉收缩分别称为向心收缩、离心收缩和等长收缩。

①向心收缩

当肌肉产生主动力且长度同时缩短时,就会发生 向心收缩,使肌肉近端和远端附着点之间的距离缩短。在向心收缩时,肌肉产生的内部扭矩大于外力产生的外部扭矩(图3.2A)。

图3.2 肌肉收缩的三种类型

A.向心 B.离心 C.等长

② 离心收缩

肌肉产生主动力量(试图收缩),但同时又被一种更占优势的外力拉到更长的长度时,就发生了 离心收缩。在肌肉离心收缩过程中,重力产生的外部扭矩通常超过肌肉本身产生的内部扭矩。最常见的是,重力或固定的重量以可控的方式有效地拉长肌肉。例如,杠铃缓慢放下的过程为肘屈肌的离心收缩。此时,肌肉的近端和远端附着点之间的距离拉长(图3.2B)。

思考

· 离心收缩:肌肉的下降控制力

当肌肉激活但被拉长时,就会产生离心收缩。肌肉的离心收缩用于控制下降速度,有效地降低身体或肢体顺着重力方向下降的速度。例如,从站到坐、把手臂放到身侧,以及将举高的重物下降至胸口位置，都需要肌肉的离心收缩。

如果一个动作被描述为“下降”,那么几乎可以百分之百确定控制这个动作的肌肉在做离心收缩。在离心收缩过程中,重力通常为运动提供动力,肌肉的离心收缩则用来降低身体下降的速度。‍

③ 等长收缩

当肌肉在保持恒定长度的情况下产生主动力时,就会产生等长收缩(图3.2C)。当肌肉产生的内部扭矩等于外部扭矩时,就会发生这种情况,因此不会产生关节的运动或角度变化。

♦肌肉术语

在描述肌肉或肌肉运动时,通常使用特定的术语。以下内容概述了其中一些术语及其定义。

在本书中,使用了 近端附着点和 远端附着点这两个术语来描述肌肉附着在骨骼上的相对点。

· 肌肉的 近端附着点或起点,在解剖学姿势中,是最接近身体中线或核心的附着点。

· 肌肉的 远端附着点或 止点,是指远离身体中线或核心的肌肉附着点。

· 原动肌是与执行特定运动最直接相关的肌肉或肌群。例如,股四头肌(膝伸肌)是膝关节伸展的原动肌。

相反的

· 拮抗肌是能够对抗原动肌运动的肌肉或肌群。通常当原动肌主动收缩时,拮抗肌被动拉长 。例如,当肘关节屈曲时,肱二头肌被认为是屈肘的原动肌。肱三头肌(肘伸肌)是这一动作的拮抗肌,随着肘关节屈曲而被动拉长。因此,拮抗肌过度僵硬而无法拉长时,会明显限制原动肌的作用。

当原动肌和拮抗肌以完全等长或接近等长的方式被同时激活时,就会发生 共同收缩—— 肌肉共同收缩常使关节稳定,因此可以保护关节。同样,能够固定或保持身体部分相对稳定,使其他肌肉能更有效地完成动作的肌肉,称为 稳定肌。

共同完成特定动作的肌肉被称为 协同肌;此外身体最有意义的运动涉及肌肉的协同作用。 力偶是一种协同作用,当2块或2块以上的肌肉在不同的线性方向上产生力,但在相同的旋转方向上产生扭矩时,就会发生这种协同作用。图3.3显示了由3块不同的肩胛肌肉向上旋转肩胛骨所产生的力偶。

图3.2 产生引起肩胛骨向上旋转的肌肉力偶。这3块肌肉有不同的拉力线，但都利于肩胛骨向同一方向旋转

肌肉本质上是有弹性的,因此不断地被拉长或缩短。这种肌肉长度的变化被称为 张弛度。一般来说,肌肉只能缩短或延长大约其休息状态下长度的一半。 例如,休息状态下长度为20cm的肌肉,可以收缩至大约10cm或延长至大约30cm。

♦肌肉解剖学

图3.4说明了构成骨骼肌的基本功能结构,而专栏3.1则介绍了这些组成结构。一块完整的肌肉由3个主要部分构成，每个部分都由维持肌肉功能的特定类型的结缔组织所包裹。

图3.4 所示为构成骨骼肌的基本结构和结缔组织，从肌腹到主动收缩的蛋白：肌动蛋白和肌球蛋白。（A）显示肌腹由肌外膜包裹，单个肌束由肌束膜包裹。

（B）显示单个肌纤维的组成由肌内膜包裹。

（C）显示肌丝主要由活性收缩蛋白（肌动蛋白和肌球蛋白）组成

二、肌节:

肌肉的基本收缩单位

肌节是肌肉的基本收缩单位。每个肌节由2种主要的蛋白丝组成: 肌动蛋白和 肌球蛋白,它们是负责肌肉收缩的活性结构。描述肌肉收缩的最流行的模型叫作 肌丝滑行学说。在这个理论中,当肌动蛋白丝从肌球蛋白丝滑过时,会产生主动力,引起单个肌节收缩。

图3.5 单个肌节的示意图，显示肌球蛋白及其在肌动蛋白丝上的附着点所形成的的横桥结构。也显示了肌钙蛋白和原肌球蛋白。肌钙蛋白负责将肌动蛋白丝暴露于肌球蛋白头上，从而形成横桥。

图3.5描述了肌节,并且强调了肌动蛋白丝和肌球蛋白丝的运动物理方向。较粗的肌球蛋白丝含有许多头部,当连接到较细的肌动蛋白丝时,就形成了 肌动蛋白一肌球蛋白横桥。从本质上讲,肌球蛋白的头部类似于一个翘起的弹簧,它在与肌动蛋白丝结合时会弯曲并产生一种 动力冲程。动力冲程使肌动蛋白丝滑过肌球蛋白,引起力的产生和单个肌节短缩(图3.6)。因为肌节在整个肌纤维中首尾相连,所以当它们同步收缩时,会缩短整块肌肉。

图3.6 肌丝滑动活动，肌球蛋白头附着在肌动蛋白丝上，然后从肌动蛋白丝上释放。该过程称为横桥周期。收缩力是每个横桥周期的动力冲程中产生的。

每条肌球蛋白丝有许多头部，而每条肌动蛋白丝有许多结合位点。这一点很重要。因为要使肌节最大限度地收缩，就必须产生大量的动力冲程。事实上，肌肉收缩的力量很大程度上取决于肌动蛋白—肌球蛋白横桥的数量。

三、肌肉的形态与功能

肌肉的潜在功能由3个因素决定:横截面积、形状和拉力线。

① 横截面积

以生理学来叙述肌肉的 横截面积是指 肌肉的厚度,这是一种间接测量收缩性组织相对可以产生多少力的方法。 肌肉的横截面积越大,其产生的力就越大。这个简单的概念解释了为什么一个人拥有更大的肌肉通常可以产生更大的肌肉力量。

② 形状

肌肉的形状是表明其具有特有功能的一个重要标志。

例如：长条状肌肉通常可提供大范围的运动, 而 粗短状肌肉通常提供大的力量。 大多数肌肉以4种基本形状中的一种呈现:梭形、三角形、菱形和羽状(图3.7)。

图3.7 骨骼肌的4种常见形状

A-梭形; B-三角形；C-菱形；D-羽状肌

1.梭形肌有平行走行的纤维,如肱桡肌(图3.7A)。一般来说,这些肌肉的作用是提供大范围的运动。

2.三角形肌具有扩张的多个近端附着点,并汇聚于一个小的远端附着点,如臀中肌(图3.7B)。大面积的近端附着点为产生力提供了稳定的基础。

3.菱形肌具有大面积的近端和远端附着点,如菱形肌或臀大肌(图3.7C)。顾名思义,这些肌肉通常为大的菱形或偏置正方形的形状。大面积的附着点使它们非常适合稳定关节或提供强大的力量,这取决于肌肉的横截面积。

4.羽状肌类似于羽毛的形状,肌肉纤维以倾斜的角度接近中央腱(图3.7D)。肌纤维的斜角走向使肌肉的力势最大化。与同样大小的梭形肌相比,羽状肌拥有更多的肌纤维。但由于肌纤维是斜向的,所以肌肉的实际活动范围或张弛度是受限的。羽状肌结构存在于股直肌和腓肠肌等肌肉中,这些肌肉通常需要产生巨大的力来支撑或驱动身体前进。

根据具有相似角度附着在中央腱上的纤维的数量,可以进一步将羽状肌分为单羽状肌、双羽状肌或多羽状肌。

③ 拉力线

肌肉力量可以用矢量描述,因为其既有方向又有大小。肌肉力量的方向被称为肌肉的拉力线(或力线)。假定肌肉是在一条直线上运动的,那么相对于关节旋转轴的肌肉的拉力线就决定了肌肉的运动。例如,一条肌肉的拉力线在内外轴的前方,就将表现为肩关节屈曲。相反,如果一条肌肉的拉力线在内外轴的后方,就将表现为肩关节伸展(图3.8)。第1章讨论了这一概念：体能教练&康复治疗师—必备知识③ 。

图3.8 所示为肩部肌肉拉离线在内外轴后方移动。

此肌肉的激活引起了肩关节伸展。

临床见解

· 通过外科手术改变肌肉的拉力线

肱三头肌位于肘部关节内外轴的后方,因此是肘关节的伸肌。通过外科手术改变肌肉三个头中一个的附着点,拉力线就可以转移到肘关节中轴的前方。因此,这部分肌肉转变成肘关节的屈肌(图3.9)。

图3.9 肱三头肌的往前转移。因为这条肌肉的拉力线现在位于内外轴的前方，所以肌肉的功能从伸展肘关节变成了屈曲肘关节

这种类型的手术称为肌腱转移术,可以在关键肌肉(如肘屈肌或拇指对掌肌)瘫痪的患者上进行。但是,成功的关键在于附近位置要找到相对强壮、健康的肌肉才适合做转移手术。治疗师必须帮助患者重新训练转移肌肉以形成新功能。

这项手术是一个很好的例子,说明了医学是如何运用肌动学概念的。在这个例子中,肌肉的最终运动取决于其拉力线相对于旋转轴的位置。‍

关联阅读：

如何让你学习体能和康复更轻松？—必备知识①

体能&康复不得不学的运动学知识？—必备知识②

体能教练&康复治疗师—必备知识③

人体关节的结构与功能—必备知识④

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本文知识来源：《基础肌动学》—第3版简体中文

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