醫(yī)學物理學基礎,第一章 人體力學,生物力學： 用力學的觀點、方法和理論研究生物體的力學性質及其運動規(guī)律的科學。 人體力學屬于生物力學的研究范疇。,第一章 人體力學,人體力學： 宏觀上講，人體力學是以力學的觀點研究人體的臟器、肌肉、骨骼、關節(jié)等部位的結構和功能； 微觀上，人體力學是研究生物大分子、生物聚合物、細胞、組織等的力學性質。,第一章 人體力學,學習內容： 肌肉和骨骼的力學性質。 討論人體靜力學和人體動力學。,第一節(jié) 肌肉和骨骼的力學性質,學習要求： 了解肌肉的結構和功能。 理解肌肉張力和長度的關系，肌肉張力和收縮速度的關系。 理解骨骼的力學性質和受力形式。,一、肌肉的力學性質,肌肉是運動系統(tǒng)的動力部分，在神經系統(tǒng)的支配下，肌肉收縮，牽引骨骼產生運動,（一）肌肉的結構和功能,1.結構,人體肌肉,骨骼肌（橫紋?。?平滑肌,心 ?。M紋?。?隨意肌,不隨意肌,Tendon 肌腱,肌肉 肌纖維束 肌纖維(直徑10m60m) 肌原纖維(直徑0.01m左右) 機球蛋白 機動蛋白 (粗絲直徑0.004m) 相對滑行 肌節(jié)的長度發(fā)生變化 肌肉發(fā)生伸長和收縮,充分縮短時 長約1.5m,放松時 2.02.5m,能源ATP,M-B因子,收縮,松馳,1m=10-6m,2.功能,肌肉是怎樣收縮的?,2019/8/31,17,可編輯,骨骼肌纖維收縮原理滑動學說,神經興奮肌膜橫小管終池肌漿網(wǎng)鈣通道開放肌漿鈣濃度升高肌原蛋白TnC與鈣結合后發(fā)生構型改變而位移肌動蛋白位點暴露肌球蛋白頭與位點結合，激活ATP酶釋放能量肌球蛋白屈曲轉動將肌動蛋白拉向M線細肌絲滑入A帶使I帶變窄肌節(jié)縮短,當肌興奮而使肌漿內Ca2+濃度增加時，Ca2+可與細肌絲上的肌鈣蛋白結合，使其構型發(fā)生變化，從而牽拉原肌球蛋白位移，暴露出肌動蛋白上被掩蓋的結合點，橫橋立即與肌動蛋白結合，形成肌動球蛋白，此時橫橋的ATP酶獲得活性，分解ATP釋放能量，使橫橋發(fā)生扭動，牽拉細肌絲向粗肌絲之間滑行，肌節(jié)縮短，出現(xiàn)纖維收縮。,肌絲滑行的分子模式圖,(1)肌絲滑行過程：,當肌漿內Ca2+濃度下降時，肌鈣蛋白與Ca2+脫離，恢復靜息構型，原肌球蛋白又回歸原位將肌動蛋白上的結合點掩蓋起來。橫橋與肌動蛋白脫離，細肌絲滑出，肌節(jié)恢復原長度，出現(xiàn)肌纖維舒張。,肌絲滑行的分子模式圖,(2)興奮收縮耦聯(lián)：,肌漿中Ca2+濃度的變化可引起肌肉收縮和舒張，在人體內，骨骼肌是受運動神經支配的。,當神經沖動經運動終板傳至肌細胞時，使肌膜產生動作電位，肌膜的動作電位可沿橫小管迅速傳到三聯(lián)體，使終池膜對Ca2+的通透性增大，終池內的Ca2+釋放入肌漿中，從而使肌漿中Ca2+濃度升高，Ca2+與肌鈣蛋白結合即觸動了肌絲滑行過程。,Ca2+在興奮一收縮耦聯(lián)中作用示意圖,當神經沖動停止時，肌膜及橫小管膜電位恢復，終池膜對a2+的通透性降低，同時終池膜上鈣泵將Ca2+攝人終池，使肌漿中Ca2+濃度降低，從而出現(xiàn)肌肉舒張。,Ca2+在興奮一收縮耦聯(lián)中作用示意圖,如上所述，肌細胞的興奮與肌細胞的收縮之間需要一個中介過程，即把肌細胞的電興奮與肌細胞的機械收縮銜接起來的中介過程，稱為興奮收縮耦聯(lián)。Ca2+是耦聯(lián)因子。,骨骼肌收縮：是指肌肉張力增加和(或)肌肉長度縮短的機械變化,2骨骼肌的收縮形式,其收縮形式有以下幾種： (1)等長收縮和等張收縮： 肌肉收縮時其長度不變而張力增加稱為等長收縮 肌肉收縮時其張力不變而長度縮短，稱為等張收縮,決定肌肉是等長還是等張收縮，主要看其所承受的負荷情況,肌肉承受的負荷分為前負荷和后負荷兩種： 前負荷是指肌肉在收縮前就所承受的負荷，其作用是可以增加肌肉收縮前的長度(初長度)，進而增加肌肉的收縮力,在人體內，骨骼肌的收縮為混合形式，沒有單純的等長或等張收縮。,后負荷是指肌肉收縮開始時所承受的負荷，它是肌肉收縮的阻力。,在有后負荷的情況下，肌肉不能立即縮短而是先增加張力出現(xiàn)等長收縮，當張力增到超過后負荷時，肌肉縮短而張力不再增加，呈等張收縮。,如與維持身體姿勢有關的骨骼肌，收縮時以產生張力為主，偏于等長收縮；而與肢體運動和屈曲有關的骨骼肌，收縮時以長度縮短為主，偏于等張收縮。,骨骼肌受到一次短促的刺激，先是產生一次動作電位，緊接著出現(xiàn)一次機械收縮，稱為單收縮。,(2)單收縮和強直收縮：,如肌肉接受連續(xù)刺激時，可出現(xiàn)連續(xù)而持久的收縮，稱為強直收縮。,單收縮與強直收縮曲線,正常體內骨骼肌收縮幾乎都屬于完全強直收縮,完全強直收縮：是由于新的刺激落在前一次收縮的收縮期所形成的,不完全強直收縮：是由于新的刺激落在前一次收縮的舒張期所形成的,由于刺激的頻率不同，強直收縮可分為兩種：,(二)肌肉的張力和其長度的關系,整塊肌肉的總張力=主動張力+被動張力 (主動收縮) (被動承載),(三)肌肉張力和收縮速度的關