形态多样、机能特化的人体肌肉
形态多样、机能特化的人体肌肉
通常我们提到的肌肉,指人体的骨骼肌,是最常见的肌组织,由平行排列的多核、细长的纤维状细胞束构成(肌细胞即肌纤维)。
肌纤维内,收缩蛋白(主要成分为肌球蛋白、肌动蛋白等)规律地排列组合,能够产生强有力的收缩功能(功率≈100W/kg),当然,这种“组合”的代价也是显而易见的,即收缩范围受限--通常只能收缩自身长度的30%。那么如果想带动肢体,产生较大幅度的运动;就需要利用人体“运动杠杆”的放大效应,来实现这一目的。
骨骼肌通常因其收缩受意识控制而被称为随意肌,但这一叫法其实并不精准,骨骼肌其实也参与呼吸、眨眼、和吞咽等双重控制(有or无意识)下启动并完成的运动。
一、多样的人体肌肉
人体通常有约600块肌肉,不似我们印象中均呈“梭形”,其形状、大小、头数、肌腹数、纤维排列多种多样:
1. 多样的形态
① 四边形和带形
如下图,四边形的甲状舌骨肌(红色);和带形的胸骨甲状肌(绿色),缝匠肌亦为带形。在这些肌肉中,单根肌纤维可以走行肌肉的全长,纤维平行排列。
② 梭形
纺锤形的梭形肌,其肌纤维在肌腹中部近于平行,但在两端,纤维逐渐向肌腱会聚。如下图,梭形的喙肱肌(红色)和肱肌(绿色);近固定时,前者使上臂绕肩关节屈、内收、旋外,后者使前臂绕肘关节屈。
③ 扇形
胸大肌的形状近似一把打开的折扇,起点位置更高的上部肌纤维(锁骨部),其在肱骨上的止点反而更低;而下部肌纤维则刚好相反。近固定时,整体上可使上臂绕肩关节屈、内收、旋内。其上、中、下部纤维特殊的起、止点位置差异,及运动中定点和动点变化,是胸大肌在健身训练中,细分功能变化的结构基础。
④ 三角形
肌纤维与拉力方向构成一定角度,肌肉的结构上呈三角形,肌肉内不同位置的肌纤维长度存在差异;如颞肌和长收肌(如下图)。近固定条件下,长收肌主要可使大腿绕髋关节内收、屈。
2. 肌腹数
① 二腹肌在下颌骨的下方,有前、后2个肌腹,其间以中间腱相连,中间腱借筋膜形成滑车系于舌骨;可协助下拉下颌骨,做张口动作。
② 多腹肌是指肌纤维在肌间隔有交叉腱(腱划)处跨越这些较短的节段,如下图多腹的腹直肌。腹直肌的节段个体差异很大,3-5段均有可能;甚至同一个体的左右两侧节段数亦可能会有不同。两侧腹直肌收缩,可在上固定时使骨盆后倾,下固定时,使脊柱屈。
3. 肌肉头数
① 二头肌,如肱二头肌(如下图)、股二头肌。肱二头肌的长头和短头均起自肩胛骨(跨过肩关节和肘关节),短头偏内侧,长头偏外侧,向下合并后以整体腱止于桡骨粗隆和前臂筋膜。
② 三头肌,如肱三头肌(如下图),分为长头、内侧头和外侧头;其中长头起自肩胛骨(跨过肩关节和肘关节)、另外2个头起自肱骨(仅跨过肘关节),向下合并以一个公共腱止于尺骨鹰嘴。
③ 四头肌,如股四头肌(如下图),4个头分别称为股直肌、股中肌、股外侧肌和股内侧肌;股直肌起自髋骨(跨过髋关节和膝关节),另外3个头均起自股骨(仅跨过膝关节),向下合并后通过髌腱止于胫骨粗隆。
4. 羽状肌
肌纤维与拉力方向不平行,而是构成一定角度,肌肉的结构呈羽毛样,且复杂多变。
① 单羽肌(半羽肌),如拇长屈肌,多关节肌,近固定时,可屈桡腕关节、第1掌指关节、拇指指间关节。
② 双羽肌(羽肌),如股直肌,双关节肌,近固定时,可屈髋伸膝。
③ 多羽肌,如三角肌,跨过肩关节(起点-肩关节间距<止点-肩关节间距),特殊的位置+多羽的结构,决定了三角肌较好的训练可塑性。
二、肌肉--运动的动力
肌细胞(肌纤维)高度分化,在其内部形成大量细胞器--肌原纤维,且实现规则排列,形成特殊的微观结构,特化执行收缩和舒张的功能,为人体的运动提供动力。
1. 尽管肌肉内部结构多种多样,但肌纤维的合力总是指向肌腱方向,垂直此方向的力需达到平衡。
条带形肌的横向分力基本可忽略不计;梭形肌、双羽肌、多羽肌等,其内部肌纤维的大致对称排列,可使其内部横向分力间保持一种平衡对立。非对称的肌肉--如半羽肌,其侧向分力则只能通过肌内压力或肌腱的特殊走向进行平衡。
2. 一块激活的肌肉能够产生的力,取决于每条肌纤维的张力(数目和方向)。
如果所有的肌纤维平行排列,如带状肌肉,肌力等于每条肌纤维张力的总和(与肌肉横截面面积呈正比)。如果是羽状肌,最大肌力的计算则要复杂的多,需要考虑每条肌纤维横断面积总和,以及肌纤维拉力角度。
3. 肌纤维的收缩幅度(缩短量)是有生理极限的,约30%。
一个活跃的肌肉,其收缩范围取决于内部粗、细肌丝间的相对运动--依赖于肌节之间蛋白的重叠。因此,仅有肌纤维与肌力方向平行的长带状肌肉,才能接近这一极限。
整体肌肉的收缩幅度,与其内部肌纤维长度呈正比;如果有肌腱或腱膜嵌入肌腹,那么,肌肉能做到的收缩幅度,通常比我们“预期”的要小。
4. 肌腱嵌入可以附着更多的肌纤维,从而产生巨大的收缩力。
如上图的羽状肌,嵌入的肌腱可附着3倍多的肌纤维,且肌纤维与肌腱轴线存在一个特定角度。① 肌肉中每条肌纤维都会因长度有限而不会收缩很远,相应地,其牵拉肌腱收缩的幅度则更小(肌纤维斜向上拉);最终肌肉的收缩距离很短。② 以肌纤维倾角30°为例(cos 30°≈0.87),肌腱方向的整体张力,也会超过带状肌肉的2.6倍(0.873);形成的*肌肉的收缩力很大。也就是说,羽状肌通过牺牲收缩距离,产生了最大张力,这一效应在多羽状肌中表现更明显。
与此相反,长条带状肌肉或长梭形肌肉在收缩时,将收缩力作用于两端的肌腱前,需要更多的“串联的肌节”微丝滑动更大的距离。这有利于带动肢体产生更大的运动幅度,但因为横截面肌有限,其收缩产生的最大张力不会很大。
