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生理学肌纤维的收缩功能

时间:2023-04-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:肌肉收缩是肌肉组织的基本特性,是指肌纤维在接受刺激后所发生的机械反应。一般来说,骨骼肌收缩时2块骨必定有1块骨的位置相对固定,而另1块骨相对地移动。肌肉的兴奋性和收缩性表现在刺激下能发生兴奋,产生缩短的反应,兴奋性和收缩性是紧密联系而又互不相同的两种基本生理特性。肌肉兴奋,必然引起肌肉收缩,即肌肉兴奋在前,收缩在后,两者不是同一性质的过程。运动时肌张力大致恒定,故称等张收缩。

肌肉收缩是肌肉组织的基本特性,是指肌纤维在接受刺激后所发生的机械反应。机体姿势的维持、空间的移动、复杂的动作以及呼吸运动等,都是通过肌肉收缩活动来实现的。

一、骨骼肌的起止点

骨骼肌通常以两端附着于2块或2块以上的骨面上,中间跨过1个或多个关节。一般来说,骨骼肌收缩时2块骨必定有1块骨的位置相对固定,而另1块骨相对地移动。通常把接近身体正中面或四肢部靠近近端的附着点或骨骼肌在固定骨上的附着点,称起点或定点;把另一端或移动骨上的附着点,称止点或动点(图2-2)。

图2-2 骨骼肌的起点、止点

骨骼肌的起点或止点在一定条件下可以相互置换。例如胸大肌起于胸廓,止于肱骨,收缩时使上肢向胸廓靠拢,但在做引体向上的动作时,其起止点易位,止于肱骨的一端被固定,而附着于胸廓的一端作为止点,收缩时使胸廓向上肢靠拢,故能引体向上。

二、骨骼肌的收缩原理

骨骼肌纤维的收缩机制为肌丝滑动原理,主要过程为:运动神经末梢将神经冲动传递给肌膜;肌膜的兴奋经横小管传递给肌浆网,大量Ca2+涌入肌浆,Ca2+与肌钙蛋白结合,肌钙蛋白和原肌球蛋白发生构型或位置变化,暴露出肌动蛋白上与肌球蛋白头部的结合位点,两者迅速结合;ATP被分解并释放能量,肌球蛋白的头及杆发生屈动,将肌动蛋白向M线滑动;细肌丝在粗肌丝之间向M线滑动,明带缩短,肌节缩短,肌纤维收缩;收缩结束后,肌浆内的Ca2+被泵回肌浆网,肌钙蛋白恢复原状,肌纤维松弛。

三、骨骼肌的收缩特性

(一)兴奋性和收缩性

肌肉的兴奋性和收缩性表现在刺激下能发生兴奋,产生缩短的反应,兴奋性和收缩性是紧密联系而又互不相同的两种基本生理特性。肌肉兴奋,必然引起肌肉收缩,即肌肉兴奋在前,收缩在后,两者不是同一性质的过程。

(二)伸展性和弹性

肌肉的伸展性是指肌肉在松弛状态下,受到外力作用时长度延伸的能力;肌肉的弹性是指当外力去除后,肌肉恢复原来长度的能力。肌肉的伸展性与外力(如牵拉和负重)并不成直线比例,而是随着外力逐渐增大,其长度增加的程度逐渐减少。当外力去除后,因肌浆的黏度较大,肌肉也不是立即恢复其原来的长度,所以肌肉是一个既有伸展性和弹性,又有高度黏性的组织。

(三)等张收缩和等长收缩

肌肉收缩是指肌纤维在接受刺激后所发生的机械反应,这种机械反应有两种表现形式:一是肌纤维的长度缩短,二是肌纤维的长度增加。

1.等张收缩 当肌肉在没有负重而能自由收缩的情况下收缩时,肌肉的长度缩短而张力没有改变。为肌力>阻力时产生的加速度运动和<阻力时产生的减速度运动。运动时肌张力大致恒定,故称等张收缩。因引起明显的关节运动,故也称动力收缩。近期研究证明,所谓的“等张收缩”时的肌张力并不恒定,因此,建议根据等张收缩时肌纤维长度改变不同,分为向心性收缩和离心性收缩。

(1)向心性收缩:当肌肉收缩时,肌肉的起、止点相互接近,长度缩短,称为向心性收缩。如屈肘时的肱二头肌收缩、伸膝时的股四头肌收缩。

(2)离心性收缩:当肌肉收缩时,负荷的重力比自身力量强,即收缩时的肌力<阻力,使原先缩短的肌肉逐渐被拉长,肌肉的起、止点相互分开,直至恢复到静止时的正常长度,称为离心性收缩。如负重屈肘后缓慢放松时的肱二头肌收缩,下蹲时的股四头肌收缩。

2.等长收缩 当肌肉在两端被固定或承受的重量不能被拉起的情况下收缩时,肌肉的长度不可能被缩短,不能引起关节运动,只能产生张力。这种长度没有改变而张力增加的收缩,称为等长收缩或静力收缩。如半蹲位时的股四头肌收缩,此时肌张力恒定。

人体在自然条件下活动时,不会产生单纯的等长收缩或等张收缩,而是既有长度改变,又有张力变化的混合性收缩。在不负重的情况下,四肢的运动近似于等张收缩,但又不是纯粹的等张收缩,因为即使未负重,肢体本身还是有一定的重量。在试图举起力所不及的重物时,近似于等长收缩,但也不是纯粹的等长收缩,因为机体本身是多关节的结构,重物虽未被举起,而身体本身或多或少会发生一些移动,关节或多或少会产生一些移动,肌肉的长度还是有所缩短。

骨骼肌收缩特征见图2-3。

图2-3 骨骼肌收缩特征
①等长收缩;②向心性收缩(A)及离心性收缩(B);③等张收缩

四、影响肌肉做功的因素

骨骼肌的收缩机械特性表现为力和收缩速度的能力。肌肉力(张力)的产生可因刺激方法不同而各异。

1.刺激频率 刺激的频率加快,力的产生也增加,甚至可达到最大的力或张力。

2.刺激后募集较多运动单位起反应即可增加力的产生 在大多数运动中,并不是在一块肌肉中所有的肌纤维均受到募集,募集肌纤维数量常决定于有多少神经元接受来自神经系统的兴奋。

3.肌纤维走向与肌腱长轴的关系 一般肌纤维走向与肌腱长轴相一致,但各肌并不相同,粗的肌肉中部分肌纤维即与肌腱形成一定的成角(或称扇状连结)。凡具有较大成角的连结,肌腱连结较多的肌纤维,也即肌肉较粗,从而可产生较多的力。

4.肌肉收缩时的长度 肌肉受到刺激收缩时的长度决定了收缩时所能产生力的大小,即在肌纤维处与适当牵张状态下,使肌纤蛋白和肌凝蛋白的全部横桥发生重叠,从而产生较大的力,同时,对肌纤维的适度牵张,还可对肌梭产生刺激,通过内牵张,对γ运动神经的刺激可强化肌兴奋性。

5.肌细胞对糖原的利用能力 肌细胞利用糖原必须在胰岛素作用下进行,运动可促进肌细胞对糖原的利用,从而既保持肌收缩能力,又将血糖维持一定的浓度。

(郭友华 燕铁斌)

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