第六节
骨骼肌和骨的杠杆运动

一块收缩的肌肉将通过其连接的肌腱给骨施加一个力量，当这个力量足够大时，随着肌肉的缩短肌肉所附着的骨就会移动。一个收缩的肌肉仅仅对其附着的骨施加一个牵拉的力量，所以随着肌肉的缩短，肌肉所附着的骨被牵拉向彼此。俯屈是指一个肢体在一个关节处的弯曲，而伸展是一个肢体的伸直（图2-16）。要完成这些相反的运动要求至少有两块肌肉，一块肌肉导致俯屈，另外一块肌肉导致伸展。在一个关节处产生相反方向运动的多组肌肉被称为拮抗肌。例如，从图2-16我们可以看出，肱二头肌的收缩可以导致胳膊在肘关节处发生俯屈，而拮抗肌肱三头肌的收缩可以导致胳膊的伸展。这些肌肉在它们收缩时只是对前臂施加了一个牵拉的力量。

围绕同一个关节需要许多组拮抗肌，这不仅仅是为了俯屈－伸展，而且也是为了一个肢体完成一侧到另外一侧的运动和旋转运动。一些肌肉的收缩可以导致两种类型的肢体运动，这依赖作用于同一个肢体的其他肌肉的收缩状态。例如，小腿上腓肠肌的收缩导致腿部在膝关节处的一次俯屈，这就如同在走路时发生的那样（图2-17）。然而，腓肠肌收缩同时伴随着股四头肌的收缩可以预防膝关节的弯曲，使踝关节成为唯一一个可以运动的关节。足背伸展，同时身体上升，体重落在指尖上。

人体内的肌肉、骨和关节是按照杠杆系统来安排的，杠杆的基本原理通过肱二头肌使胳膊完成俯屈动作展示出来（图2-18）。这块肌肉可以在沿着前臂离开肘关节大约5cm处对前臂施加一个向上的牵拉力量。在这个例子中，手中拿着的一个10kg的重物大约在离开肘关节35cm处对前臂施加一个向下的10kg的力量。一个物理学上的定律告诉我们，当向下的力量（10kg）与其离开肘关节距离（35cm）的乘积等于肌肉施加在前臂上的等长收缩张力（X）与其离开肘关节的距离（5cm）的乘积时，这个前臂就处于机械的平衡状态（没有净力作用于这个系统）。所以，X＝ 70kg。重要的一点是，这个系统是在一个机械学上不利的条件下工作的，这是因为肌肉所施加的力量（70kg）比其所支撑的负荷（10kg）要大很多。

然而，大多数肌肉杠杆系统工作时所处的这种机械学上的不利局面可以被其增加的机动性所弥补。在图2-19 中，当肱二头肌缩短1cm时，拿重物的手要运动一个长度为7cm的距离。由于在相同的时间长度内肌肉缩短1cm，而手运动7cm，所以手运动的速度比肌肉缩短速度大7 倍。这个杠杆系统将肌肉缩短的速度放大了，所以肌肉进行的短的相对慢的运动将产生手的更加快速的运动。这样，一个棒球运动中的投手可以投掷出一个时速达到90～100mph（Miles per hour）的棒球，即使他的肌肉仅仅以这个速度的一小部分进行缩短。