人体运动中,骨的作用相当于杠杆,它在肌拉力的作用下能够绕关节转动,并克服阻力做功,故称其为骨杠杆。骨、关节和肌肉所产生的多数运动是符合杠杆原理的,是可以用杠杆原理加以说明的。
人体内的骨杠杆根据支点、动力点和阻力点三者的位置关系不同,可分为三种类型(图2-7):平衡杠杆、速度杠杆和省力杠杆。
图2-7 人体内的骨杠杆
1.平衡杠杆 这类杠杆的支点在动力点和阻力点之间。人体上的这类杠杆表现为关节中心位于肌肉的动力点与运动环节的阻力点之间,如头在寰枕关节的运动,支点在寰枕关节,肌力点在寰枕关节的后方,即斜方肌的起点枕外隆突和项韧带,阻力点在寰枕关节的前方,即头的重心形成的向下作用的阻力点。
2.省力杠杆 这类杠杆的阻力点在支点和动力点之间。人体上的这类杠杆表现为运动环节的阻力点在关节中心与肌肉的动力点之间,如人站立提踵时,足在跖趾关节的运动,支点在跖趾关节,动力点为小腿三头肌在跟骨上的止点,人体重力通过距骨体向下为阻力点。省力杠杆的特点是肌肉工作省力,但杠杆运动速度较慢。
3.速度杠杆 这类杠杆的动力点在支点和阻力点之间。人体上这类杠杆表现为肌肉的动力点在关节中心与运动环节的阻力点之间,如髂腰肌屈大腿时,髋关节为支点,髂腰肌的止点小转子为动力点,阻力点在膝关节上方。速度杠杆的特点是肌肉工作费力但杠杆运动速度较快。
肌肉一般以两端附着于骨面上,中间越过一个或几个关节。这样,肌肉收缩发力时,才会牵引骨环节绕关节运动。对肌肉附着点有以下分类。
1.起点和止点 起点通常是指靠近身体正中面或在四肢上处于近侧端的附着点。止点是指远离身体正中面或在四肢上处于远侧端的附着点(图2-8)。肌肉起止点是固定不变的,主要用于确定肌肉在身体上的位置和作用。
图2-8 肌肉起止点
2.定点和动点 肌肉收缩时,大多数动作是其附着的某一块骨的位置相对固定,而其附着的另一块骨相对移动。肌肉收缩时相对固定的一端附着点称为定点,相对移动的一端附着点称为动点。
1.近固定和远固定 在四肢肌肉收缩时,肌肉的近侧端附着点相对固定的工作条件称近固定(或近侧支撑),而肌肉的远侧端附着点相对固定的工作条件称远固定(或远侧支撑)。
2.上固定和下固定 在躯干和头颈肌肉收缩时,肌肉的上端附着点相对固定的工作条件称上固定(或上支撑),而肌肉的下端附着点相对固定的工作条件称下固定(或下支撑)。
3.无固定 在躯干和头颈肌肉收缩时,肌肉两端的附着点都不固定的工作条件称无固定(或无支撑)。
根据肌肉工作是否引起运动环节在空间中产生移动,可将肌肉工作区分为两种性质,即动力性工作和静力性工作。
动力性工作是指肌肉工作时所产生的力,能够引起运动环节在空间中产生移动,肌肉的长度也发生明显的改变。肌肉进行动力性工作的特点是:肌肉的收缩和舒张交替进行,肌肉的长度和力的作用不断地改变。根据肌肉做动力性工作时对抗阻力的状况,动力性工作可分为克制工作和退让工作两种类型。
1.克制工作 若肌肉工作时内部张力增加,肌力矩大于阻力矩,引起环节朝向肌肉拉力的方向运动,肌肉的长度缩短,这种工作称为克制工作。如手持哑铃屈肘动作,肱肌、肱二头肌是在近固定条件下做克制工作。
2.退让工作 若肌肉工作时内部张力增加,但肌力矩小于阻力矩,引起环节向背离肌肉拉力的方向运动,肌肉的长度增加,这种工作称为退让工作。肌肉进行退让工作,可使外力或阻力对环节产生的加速度减小,使环节运动速度逐渐减慢,以至最终停止,即表现为缓冲、制动的作用。如两手侧平举后慢慢放下,三角肌是在近固定条件下做退让工作。
若肌肉工作时内部张力增加,但肌力矩与阻力矩相等,使环节保持在固定的位置,关节角度不变,肌肉的长度不发生变化,这种工作称为静力性工作。肌肉做静力性工作时的特点是:肌肉较长时间处于持续性的收缩紧张状态,肌肉长度和力的作用比较恒定。根据肌肉做静力性工作所产生的作用,静力性工作又包括支持工作、加固工作和固定工作三类。
从解剖学的角度,影响肌肉力量发挥的因素包括肌肉的生理横断面、初长度、肌纤维类型、肌拉力角、肌肉的起止点、年龄和性别等。
决定肌肉力量大小最重要的解剖学因素是肌肉发达程度。衡量肌肉发达程度的指标是肌肉的生理横断面。肌肉的绝对肌力取决于该肌肉的生理横断面积。肌肉的生理横断面积愈大,肌肉收缩时产生的力就可能愈大。
肌肉的生理横断面可说明肌肉中肌纤维的数量和肌纤维的粗细,即代表肌肉的发达程度。肌肉的生理横断面说明肌肉绝对力量的大小。
人的肌力的大小与肌肉收缩前的初长度有关。在一定范围内,肌肉的初长度增加或弹性拉长后,则肌肉收缩时产生的张力和缩短程度就增大。
肌肉收缩前的长度称为肌肉的初长度。在生理范围内使肌肉的初长度拉长,除能增加肌肉收缩的速度和幅度外,还能增加肌肉的收缩力量。运动实践中这种现象很多,如起跳前的预蹲,可以增大起跳的力量、速度,以增大起跳的高度,投掷技术中的“超越器械”,主要是对原动肌进行充分拉伸,创造良好的用力条件以增大投掷力量、获得更大的器械出手速度。
肌肉牵拉骨骼进行杠杆式的运动,在整个运动过程中,随着骨杠杆的移动,肌肉在不同位置、不同角度上牵拉,其力量效果的大小是不一样的。
肌拉力角大,则力臂就大。力臂增大,肌肉的做功效率就高。作为进化的结果,一些大块肌肉通过突起的骨结构,如籽骨、结节、粗隆、嵴等,来增大肌拉力角,这样就增大了肌肉做功的效率,即增大了转动力矩。
肌肉起止点的位置决定了肌肉在身体上的位置,也决定了肌肉在骨杠杆上的作用点。研究证明,止点离关节中心远的肌肉,容易启动骨杠杆,但在使骨杠杆转动的速度和幅度方面则较差。止点离关节中心近的肌肉,则使骨杠杆的运动速度快、幅度大。此规律只适用于起动角度小于180°的条件下。
肌纤维通常分为白肌纤维、红肌纤维及中间肌纤维三种类型。肌肉力量的大小取决于不同类型的肌纤维在肌肉中所占的比例。白肌纤维的无氧代谢能力比红肌纤维大得多。另外,支配白肌纤维运动的神经元传导速度快,使白肌纤维达到最大张力的时间只需红肌纤维的1/8,所以白肌纤维又叫快肌纤维,适合于进行短距离、高强度的运动。红肌纤维又叫慢肌纤维,其有氧代谢的能力强于白肌纤维,故适于强度小、时间长的耐力性运动项目。人体肌肉中红、白肌纤维的比例受遗传因素的影响,后天无法更改。
肌力的大小与年龄有一定的关系。在30岁左右肌力达到最高峰。肌力的大小与性别也有一定的关系,女子肌力一般小于男子。