功和时间

如上所述，分子动力的作用是将化学能转化为做机械功（力的产生和位移） ^［29］ 。横桥相互作用与肌动蛋白随后的滑行（位移）产生力，这会导致肌小节缩短，随后是肌肉纤维缩短，最终将导致整块肌肉缩短。此时，肌肉会做机械功 ^［10］ 。据研究，肌球蛋白-肌动蛋白的相互作用能够产生20～50千焦/摩尔的自由能，这些能量被认为能够转化为有用功（做功冲量） ^［51］ 。使用来自横桥相互作用的自由能的一个重要方面，可能就是该自由能与随后实际表现出来的机械功之间的比值 ^{［29，51］} 。这一比值被称为系统的机械效率。除此之外，我们还可以通过横桥相互作用过程获得自由能，而横桥相互作用又是三磷酸腺苷（ATP）的水解作用的结果。如前文所述，ATP在体内形成，其形成机制主要是人体对碳水化合物与脂肪分解作用。能量的产生在一定程度上可能取决于乳酸浓度的变化，以及摄入体内的氧气量（有氧呼吸、克雷布斯循环、电子传递链） ^{［28，55］} 。乳酸可以通过血液进行测量，而氧气消耗量可以通过监测人体摄入的氧气量（VO ₂ ） ^［65］ 来测量。计算能量消耗的一个方法是测量吸氧浓度，计算方式为20202（焦耳/升）×耗氧量（升） ^［28］ 。用血乳酸水平来估计能量消耗的计算方式为60（焦耳）×体重×血乳酸浓度变化量 ^［79］ 。

计算机械效率的另一种方法就是测量实际做的机械功。就当前的技术水平而言，我们难以从肌肉层面测量一名运动员所做的功。在体外模型中，研究人员使用了单个肌肉纤维或者整块肌肉来计算功 ^［90］ 。然而，在更高的功能层面上，一些调查表明或确定，内部做功就是各个身体部位运动的组合，也就是整块肌肉围绕各自关节收缩过程的反应 ^［76］ （图1.4）。这个过程包含几项假设，并通过录像和GRF测量来跟踪身体各个部位的运动进行系列处理分析。能量变化以及内部做功可以对系统各个组成（身体部位）势能和动能的总体变化进行测量 ^［93］ 。另一种评估的形式就是对外做功 ^{［5，16，17，87］} 。这是整个身体重心的势能和动能变化的总和。根据运动表现，为了达到评估机械效率的目的，测量对外做功应该是最实用并且最具有针对性的方法。因此，运动表现最重要的方面应该是能量消耗（乳酸和摄氧量）和对外做功之比。这在许多文献中都有提及，同时也可以对其加以训练，用来提升运动员的竞技水平 ^{［55，56，65］} ，由于这一比值与相对时间做功（爆发力）的能力相关，因此，尤其适用于耐力型的运动项目 ^［47］ 。从理解爆发力重要性的角度来说，计算外部做功对运动表现的提升有着重要的作用 ^［52］ 。多项研究深入检验了爆发力与运动表现之间的关系（见第二章）。这些研究似乎认为爆发力是全身重心相对于时间所做的功。研究人员在运动员跳跃和奔跑的过程中，通过GRF（测力台测量）对上述数据进行了计算 ^{［33，50］} 。因此，运动员改变自身动能和势能（功）的能力，对于理解如何改善相对于时间的这些变量，从而产生更高的爆发力而言非常重要 ^［59］ 。