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康复护理学（一）三、肌肉的生物力学(一)肌肉的类型根据肌细胞分化情况可将肌细胞分为骨骼肌、心肌和平滑肌。骨骼肌按其在运动中的作用不同，又将肌肉分为原动肌、拮抗肌、固定肌和协同肌。1．原动肌在运动的发动和维持中一直起主动作用的肌肉叫原动肌。2．拮抗肌指那些与运动方向完全相反或发动和维持相反运动的肌肉。在屈肘运动中，肱二头肌是原动肌而肱三头肌是拮抗肌。3．固定肌为了发挥原动肌对肢体的动力作用，需将肌肉近端附着的骨骼作充分固定，这类肌肉即为固定肌。如在肩关节，当臂下垂时，冈上肌起固定作用。4．协同肌一块原动肌跨过一个单轴关节可产生单一运动，如多个原动肌跨过多轴或多个关节，就能产生复杂的运动，包括需要其它肌肉收缩来消除某些因素，这些肌肉可辅助完成某些动作称为协同肌。在不同的运动中，某块肌肉可担当原动肌、拮抗肌、固定肌或协同肌等不同的角色。即使在同一运动中，由于重力的协助或抵抗力不同，同一块肌肉的作用也会改变。(二)运动的生物力学肌肉、骨骼和关节的运动都存在着杠杆原理，任何杠杆均分为三个部分，力点、支点和阻力点，在人体上，力点是肌肉在骨上的附着点，支点是运动的关节中心，阻力点是骨杠杆上的阻力，与运动方向相反。根据力点、支点和阻力点的不同位置关系可分为三类杠杆。1．第一类杠杆力点和支点分别作用于关节轴支点的两侧，如肱三头肌作用于鹰嘴产生伸肘动作，由于肌肉附着点接近肘关节，故手端有很大的运动弧度，然而手部较小的阻力即可阻止三头肌的运动(图2-3)。2．第二类杠杆阻力点位于力点与关节轴运动点之间。如足承重时跖屈身体升高，原理类似于抬起独轮推车的车把，其特点是阻力点移动的力矩小于肌肉的运动范围(图2-4)。3．第三类杠杆作用点位于阻力点与关节轴支点之间。如肱二头肌引起的屈肘动作，运动范围大，但作用力较小(图2-5)。人体中多数是一、三类杠杆，其特点是将肌腱的运动范围在同方向或反方向上放大，比较费力，肌肉附着点越靠近关节越明显。这种排列的生物学优势是肌肉集中排列，能使四肢更轻、更细。若一块肌肉跨过关节分别止于两块骨上，一块固定，另一块可动，那么肌肉收缩可产生两个效应：转动效应和关节的反作用力。4．转动效应用转矩M来表示M=F×L，L指肌力作用线与瞬时旋转轴之间的垂直距离，F的转动效应指垂直于运动骨长轴的较小分力产生的，M受很多因素影响，如肌力大小、肌附着点与关节的位置关系、关节的角度及关节面的形状等。5．关节的反作用力根据牛顿第三定律，作用于骨上的力应有关节面上的一个大小相等、方向相反的力抵消，这个力可分解为关节接触面上的一个正常压力的反作用力和一个切线分力。压力的反作用力来自对关节面的压缩，该力保持关节面相接触，有稳定作用。切线分力有防止关节脱位的作用。(三)肌细胞结构和收缩内容见于《生理学》“肌细胞的收缩功能”章节，可供同学们复习参考。人体各种形式的运动主要是靠一些肌细胞的收缩活动来完成，各种收缩活动都与细胞内所含的收缩蛋白质、肌凝蛋白和肌纤蛋白的相互作用有关。骨骼肌是体内最多的组织，约占体重的40％，在骨和关节的配合下，通过骨骼肌的收缩和舒张，完成各种躯体运动，每个骨骼肌纤维都是一个独立的功能单位和结构单位，他们至少接受一个运动神经末梢的支配，骨骼肌的活动是在中枢神经的控制下完成的。每个肌纤维含有大量的肌原纤维，他们的全长均呈规则的明、暗交替，分别称明带和暗带。暗带的长度比较固定，在暗带的中央有一段相对透明的区域称H带，它的长度随肌肉所处状态的不同而有变化，在H带的中央又有一条横向的M线。明带的长度是可变的，在肌肉安静时较长，收缩时变短。明带的中央也有一条横向的暗线，称Z线，肌原纤维上每两条Z线之间的结构称为肌小节。肌小节的明带和暗带包含更细的、平行排列的丝状结构，称为肌丝，暗带中含有的肌丝较粗，称为粗肌丝；明带中的较细，称为细肌丝。细肌丝由Z线结构向两侧明带伸出，必然有一段要深入暗带和粗肌丝处于交错和重叠的状态。当肌肉被动拉长时，肌小节长度增大，运动细肌丝由暗带重叠区拉出，使明带长度增大。解释肌细胞的收缩机制时多用滑行学说。滑行学说认为，肌细胞收缩时肌原纤维的缩短不是细胞内肌丝本身的缩短或卷曲，而是细肌丝在粗肌丝之间滑行的结果。此理论在实践中得到证实，当肌细胞收缩时，见到Z线互相靠拢，肌小节变短，明带和H区变短甚至消失，而暗带的长度则保持不变，这就是细肌丝在粗肌丝之间向M线方向滑动的结果。从该实验可看出，肌纤维的缩短是有一定限度的，参加收缩的肌原纤维所含的肌小节变成最短时即是肌细胞缩短的最大限度。(四)肌肉的收缩形式内容见于《生理学》“肌细胞的收缩功能”章节，可供同学们复习参考。骨骼肌在运动神经的支配下，通过收缩产生肌肉收缩或肌张力增加，在骨关节和韧带的配合下完成躯体的各种运动。1．等长收缩(isometriccontraction)是指肌肉收缩时只有张力的增加而无长度的缩短，此时肌肉承受的负荷等于或大于肌肉收缩力。等长收缩由于无肌肉缩短，可产生很大的张力，但由于肌肉作用的物体未发生位移，所以未对物体做功。它的作用主要是维持人体的位置和姿势。2．等张收缩(isotoniccontraction)是指肌肉收缩时只有长度的缩短而无张力的改变。此时肌肉承受的负荷小于肌肉收缩力，肌肉的收缩力除克服施加给它的负荷外还能使物体发生位移，所以它对物体作了功。人体四肢特别是上肢的运动主要是等张收缩，一般情况下，人体骨骼肌的收缩大多是混合式收缩，也就是说既有张力的增加又有长度的缩短，而且总是张力增加在前，当肌张力增加到超过负荷时，肌肉收缩才出现长度的缩短，一旦出现长度的缩短，肌张力就不再增加了。3．单收缩(Singletwitch)是指一个肌细胞和一整块肌肉受到一次刺激，爆发一次动作电位，引起一次收缩。一次单收缩可分为潜伏期、缩短期、舒张期。4．强直收缩(tetanus)是指在连续刺激作用下，肌肉产生单收缩的复合。不完全强直收缩如果刺激的频率较慢，落在单收缩的舒张期内，使在第一次收缩的舒张期还没有完结时给予第二次刺激产生第二次收缩，画出的曲线呈锯齿状。完全强直收缩如果刺激的频率较快，落在前一次收缩的缩短期内，出现收缩的叠加现象。在正常情况骨骼肌收缩是以整块肌肉为单位的，躯体神经供给肌肉的神经冲动总是连续成串的，所以骨豁肌的收缩不可能是单收缩而是强直收缩。(五)影响骨骼肌收缩的主要因素内容见于《生理学》“肌细胞的收缩功能”章节，可供同学们复习参考。影响骨骼肌收缩的主要因素有前负荷、后负荷和肌肉的收缩力。1．前负荷前负荷是指肌肉收缩前已存在的负荷，它与肌肉的初长度关系密切，初长度是指肌肉收缩前在前负荷作用下的长度。在一定范围内，肌肉的初长度与肌张力成正变关系，但是超过该限度则呈反变关系。也就是说，在初长度增加的开始阶段，增加初长度能使肌张力相应增大，但如果初长度增加超过某一点时，再增加初长度，肌张力不但不会增大，反而减小，该点产生的肌张力最大，称最适初长度，肌肉处于最适初长度时收缩产生的张力最大，收缩速度最快，做功的效率也最高。2．后负荷后负荷是指肌肉开始收缩时承受的负荷。肌肉在有后负荷的情况下收缩总是肌张力增加在前，肌长度缩短在后。在一定范围内，肌肉的收缩速度与后负荷呈反变关系，称为张力-速度曲线。当后负荷增加到某一数值时，肌肉产生的张力可达最大限度，此时肌肉将不出现缩短，初速度为零，其收缩形式为等长收缩。前后负荷为零时，肌肉收缩不需克服阻力，速度达到最大值。在肌肉初速度为零和速度最大之间，肌肉收缩既产生张力，又出现缩短，而且每次收缩一出现，张力都不再增加，此时的收缩形式为等张收缩。3．肌肉收缩力肌肉收缩力是指能影响肌肉收缩效果的肌肉内部功能状态的改变，如缺氧、酸中毒可降低肌肉的收缩力，而钙离子、肾上腺素可提高肌肉的收缩力。