| 单词 | 骨骼肌的弹性成分与机械效率 |
| 释义 | 【骨骼肌的弹性成分与机械效率】 拼译：elastic component of skeletal muscle and mechemical efficiency 从功能上看，骨骼肌由收缩成分和弹性成分组成。1927年，莱文(Levin)等根据弹性成分与收缩成分在结构上的排列关系，把与收缩成分成并联排列的称并联弹性成分，它主要取决于肌中结缔组织及其顺应性；把与收缩成分成串联排列的称串联弹性成分，它主要存在于肌原纤维本身的横桥上及肌腱中。人体许多运动都是由离心收缩和向心收缩交迭组成的牵拉－缩短环式活动，即在向心(缩短)收缩前产生离心(拉长)收缩，使肌肉受牵拉而伸长以贮存弹性能，从而使其后的缩短收缩利用这一弹性贮能，而产生更大的力量和更大的运动速度，跑步、跳跃、投掷、举重都属这种模式的肌肉活动。 骨骼肌的弹性贮备是提高肌肉做功能力和输出功率的重要因素(Cavagna，1977；Basco，1987)。如在水平步行、跑步和跳跃运动中，纯正功(向心收缩)的机械效率介于17%和25%之间，纯负功(离心收缩)的机械效率变动范围较大，介于60%～160%之间。而当负／正功结合时(牵拉一缩短环)。正功的机械效率明显高地高于纯正功，其值于26%～80%之间。这是因为，在向心收缩前的离心收缩(负功)使肌肉被预先拉长而贮存弹性能，这部分贮存的能量为紧接的向心收缩(正功)所再利用，因而减低代谢能耗，提高了机械效率。1972年，赛(H．T．Thy)用两种方法测定了在完成同一种立－坐－立工作时的能耗量。在第1种情况下，立－坐－立动作是连续的，在两个动作之间没有停歇，在第2种情况下，在立－坐动作后有短暂休息，使肌肉得以放松，然后再完成站立时相。结果，第一种情况下的能耗量比第二种情况低25%，这在于连续动作中能量可以弹性形式贮存，而贮备的能量经过短时放松期，将转变为热能而失掉。1974年，阿斯马森(E．Asmussen)比较研究了以10km·h－1的速度在跑台上跑、步行和蹬自行车以及有反弹的与无反弹的下蹲－起立活动时的机械效率，发现跑的机械效率(53．8%)明显地高于步行(32．3%)和蹬自行车(25．9%)，并认为这种机械效率的差异主要是弹性贮能再利用上的差异。在跑步的接地前期，腿部伸肌做负功而贮存能量，紧接的接地后期，腿部伸肌做正功，而重新利用所贮存的能量，在这里，由于负功和正功这两个时相紧接而无居间期，因而肌肉能较好地利用弹性能而效率提高。相反，蹬自行车时，下蹬踏板时腿部伸肌做正功，而踏板上转时，腿部伸肌放松。步行时，由于势能(垂直方向)和动能(水平方向)在方向上相反，身体总能量变化较小，可供弹性贮存利用的负功相应地也较小。1991年威尔逊(G．J．Wilson)研究有反弹和无反弹的卧推以及在上举和下落之间有不同的停歇期的卧推时发现，由上举前牵拉弹性成分所增加的作功量，因停歇期的存在而衰减，并与停歇期的长短呈函数关系，此关系且可由一个半寿期为0．85s的负指数方程精确地描述。弹性贮存的必要条件是肌肉缩短前被预先拉长。许多研究表明，肌肉贮存和利用弹性能的能力取决于预先牵拉的速度、肌肉的最终长度和牵拉结束时所发生的力量。1982年，博斯科(C．Bosco)对有反弹的蹲跳起(CMT)和无反弹的蹲跳(SJ)的研究结果表明：CMJ的平均向心力量和平均正功率较SJ分别增大66%和88%。CMJ和SJ之间平均向心力量和平均正功率这种明显的差别与预先牵拉速度和牵拉结束时的瞬时离心力量成正相关，与离心相和向心相之间的“偶联时间”成负相关，而偶联时间又与关节运动幅度成正相关，与牵拉结束时的瞬时力量成负相关。换言之，弹性能的贮存和再利用与牵拉速度离心力量和偶联时间相关。这是因为，在牵拉肌肉时，引起粗肌丝上的横桥反向(向后)转动到富含势能的部位，从而贮存能量。研究发现，横桥分离的平均时间为15ms，如果牵拉位置保持的时间太长，这些被拉长的横桥其后可被分离，而如果牵拉程度太大的话，则可引起肌节“滑动”。偶联时间短可防止横桥的分离，并能使其后的缩短相可较好地利用弹性贮能。博斯科之后的一系列研究进一步证实弹性贮能可因偶联时间过长而被损耗的结论，并提出偶联时间每增加1ms，由预先牵拉引起的增力效应相应地下降20N。偶联时间的长短对弹性贮能利用的影响，对不同类型的肌纤维可能不同。由于慢肌纤维横桥的啮合时间较长，故较长的偶联时间可能使慢肌纤维较容易地保持其弹性，而无横桥的分离，故在各种速度的跑步中，足接地时间和／或偶联时间相对太短，将是限制慢肌纤维弹性贮能利用的因素。另一方面，由于快肌纤维的横桥啮合时间比慢肌纤维短，因此，如果偶联时间延长数毫秒，快肌纤维中一些横桥将分离并使其弹性能丧失。这也可能是慢肌纤维百分组成高的人，以低速和中速跑步时比快肌纤维百分组成高的人更经济的原因。人体对弹性能的利用也存在着性别差别。1980年，奥兰(O．Aura)发现，在同等工作强度下，平均纯正功的机械效率，女子高于男子，而平均纯负功的机械效率，则男子高于女子，这可能是由于男子肌肉较大因而其崛强性也较高。在牵拉－缩短环中的正功率，男子高于女子，但若牵拉水平较低，牵拉后的正功女子与男子相等甚至稍高。因此，在慢速牵拉时，女子的肌肉能贮存较大的弹性能，并能在其后的向心收缩时加以利用；若牵拉速度很高，女子肌肉中贮存和利用弹性能能力下降。换言之，女子的肌肉仅在低牵拉水平(慢速牵拉)有很高的弹性能。训练可明显改进肌肉的弹性能力。1982年博斯科(C．Bosco)等在测力平台上采用蹲跳(SJ)、蹲跳起(CMJ)和跳深(DJ)比较了不同运动项目的运动员肌肉弹性能力。发现能表示肌肉弹性能力的CMJ和SJ重心升高高度差和作功量差，以跳跃滑水运动员为最高，以下依次为跳跃、排球、足球运动员，而以800m、1500m赛跑运动员最低。同时，各组运动员所能耐受和利用的牵拉负荷也不同，赛跑员能耐受的负荷(300Nm)明显地低于排球运动员(600Nm)。1981年，博斯科还观察到跳远、跳高和排球运动员经18个月的专门跳跃训练后，腿伸肌弹性能提高。这种“弹跳”训练，不仅增加跳跃能力，而且增强了对增高的牵拉负荷的耐受力，说明弹跳训练不仅可影响肌肉的弹性成分，还可能影响它的收缩成分和感觉反馈机制。也表明在牵拉－缩短环式的运动项目中，成如跳跃、投掷、跑步等，肌肉的弹性能力在影响最终绩上起着重要的作用。上述表明，在牵拉－缩短环式的运动中，由于贮存和利用了弹性能，从而明显地提高了肌肉工作的机械效率。由于在离体肌肉中亦可见到这一效应，故通常把它归因于肌肉弹性成分的性能。但有人提出，在活体肌肉中，预先牵拉肌肉引致其以后的机械效率的提高，还可能结合有因牵张反射所致的肌肉活化增强，但尚未能对它们分别加以研究。虽然已知弹性贮能与横桥及结缔组织的顺应性有关，但它发生的准确位置及其确切机制仍不清楚。此外，象弹性贮存能力与动作幅度、遗传、训练、年龄、性别的关系也有待进一步探讨。【参考文献】：1 Thy H T，et al．J．Appl physiol．，1972，32；491～4942 Asmussen E．Acta physiol．，1974，92：537～5453 Cavagna G A．J．physiol．，1976，262：637～6394 Cavagna G A．J．Physiol．，1977，268：467～4815 Bosco G，et al．ACta PHysiol Scand，1981，111：35～1406 Bosco C，et al．Acta Physiol Scand，1982，114：543～5507 Bosco C，et al．Exercise and Sportbiology，1982．109～1178 Aura O，et al．J．Appl physiol．，1986，55：37～439 Bosco C，et al．Eur，J．Appl physiol．，1987，56：138～14310 Wilson G J，et al．Med．Sport Exere，1991，23：364～370(湖南师范大学王步标教授撰) |
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