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骨骼肌的结构与功能

任何的体育活动,都是骨骼肌(skeletal muscles)收缩的成果,人体共有600多条骨骼肌,约佔全身重量的40%。肌肉的力量和耐力,都直接影响到运动时的表现,编排这两方面的锻炼时,对骨骼肌的结构和功能要有充分的认识,也就显得非常重要了。

骨骼肌的结构


  骨骼肌(在此之后只称作肌肉)是由数以千计,具有收缩能力的肌细胞(由於其形状成幼长的纤维状,所以亦称作肌纤维)所组成,并且由结缔组织(connective tissue)所覆盖和接合在一起。每一条肌纤维(亦即每一个肌细胞)均由一层称為肌内膜(endomysium)的结缔组织所覆盖,多条肌纤维组合一起便构成了一个肌束(muscle bundle或fasciculus),并由一层称為肌束膜(perimysium)的结缔组织所覆盖和维繫。每条肌肉可以由不同数量的肌束所组成,再由一层称為肌外膜(epimysium)的结缔组织所覆盖和维繫。这个在肌肉内由结缔组织所形成的网络最后联合起来,并连接到肌肉两端由致密结缔组织(dense connective tissue)构成的肌腱,再由肌腱把肌肉间接地连接到骨骼上。

肌肉内有大量的血管和微血管,动脉和静脉沿著结缔组织进入肌肉之后,便在肌内膜之中和周围不断分支成更细小的血管和微血管,形成了一个非常庞大的网络,以确保每条肌纤维都能够得到充足的养分,与及把有害的废物如二氧化碳等排出肌细胞之外。根据Inger(1978)及Saltin等研究员(1977),习惯坐著不动的人平均每条肌纤维只有3至4条微血管环绕著,但经常参与体育锻炼的人却可以有5至7条之多。


  进行剧烈运动时,肌肉所需的血液可以是安静时的100倍或以上,环绕著每条肌纤维的微血管数目当然会影响到血液的供应。除此之外,人体还会作出一些其他改变,以满足剧烈运动时肌肉对血液供应的需求。这些改变包括:(1)活耀肌肉交替地收缩及放鬆,週期性地对血管进行挤压,加速血液回流心臟,也就加快了血液重新供应到肌肉的速度;(2)收窄供应血液到身体非活跃部位(如内臟、肾、皮肤)的血管,另一方面却扩张供应血液到运动肌肉的血管,以调节血液的流量。


  与血管一起进入肌肉的还有神经元(即神经细胞),当中包括了运动神经元(motor neurone,亦作输出神经元,efferent neurone)和感觉神经元(sensory neurone,亦作输入神经元,afferent neurone)。这些神经元在结缔组织内不断分支,接触到每条肌纤维之上。运动神经元收到来自中枢神经系统(central nervous system)的刺激后便会引起肌肉收缩。肌肉内约有60%為运动神经元,餘下来的40%為感觉神经元,主要是把痛楚和来自身体各部分的讯息传达到中枢神经系统。


骨骼肌细胞的结构


  在光学电子显微镜下,骨骼肌纤维(即骨骼肌细胞)呈深浅相间的横纹,所以骨骼肌又称作横纹肌(striated muscle)。肌纤维膜(sarcolemma)之内是一种红色并带黏滞的液体,称為肌浆(sacroplasm),当中悬浮著细胞核、线粒体、肌红蛋白、脂肪、醣元、PC、ATP及数以千计线状的蛋白丝,称作肌原纤维(myofibrils)。肌原纤维内的肌节(sarcomeres),就是肌肉收缩的单位。肌节主要由两种肌原纤维微丝(myofilaments)所组成,较幼身的一种称作肌动蛋白微丝(actin filament),而较粗身的一种则称作肌球蛋白微丝(myosin filament),彼此间以一种特别的结构排列著──每条肌球蛋白微丝由6条或更多的肌动蛋白微丝围绕著。


肌原纤维的微型结构


  在细心观察之下,肌原纤维亦呈现深浅相间的横纹,骨骼肌之所以呈深浅相间的横纹,其实也是基於这个缘故。根据光通过肌原纤维微丝时的特性,浅色的地段称作I带(isotropic band),而深色的地段称作A带(anisotropic band)。I带中央有一条较為深色的线,称作Z线(zwischen line),Z线与Z线之间的一段就是一个肌节,也就是肌肉收缩的基本单位。


带只含有肌动蛋白微丝,它们在肌节之内并不延续,其中一端稳固在Z线之上,而另一端则部分伸延至A带之内。因此,A带虽然主要由肌球蛋白微丝所组成,但仍包含小部分的肌动蛋白微丝,A带中央欠缺肌动蛋白微丝的部分称作H区域(H zone)。


  肌原纤维被包围在一个称作肌浆网(sarcoplasmic reticulum)和T小管(transverse tubules)的网络结构之中,这个结构相信与肌肉收缩时神经讯息的传导有关。肌浆网与T小管合共佔上肌纤维体积的5%左右,经过长期的体育锻炼后,平均可增加至12%(Cirrito,1979)。


肌肉收缩的原理


  Huxley(1969)提倡了一套微丝滑行学说(sliding filament theory),作為肌肉收缩原理的解释。根据这套学说,肌肉收缩是由於肌动蛋白微丝在肌球蛋白微丝之上滑行所致。在整个收缩的过程之中,肌球蛋白微丝和肌动蛋白微丝本身的长度则没有改变。


  微丝滑行的实际情况仍需等待进一步的阐释,但相信肌球蛋白微丝的突起部分(称作横桥或交叉桥,cross bridges)与肌动蛋白微丝上的一些特殊位置形成了一种称作肌动肌球蛋白(actomyosin)的复合蛋白,在ATP的作用之下,就能促使肌肉產生收缩的现象。


当肌肉收缩时,若肌动蛋白微丝向内滑行,使到Z线被拖拉向肌节中央而导致肌肉缩短了,这便称作向心收缩(亦称作同心收缩,concentric contraction)。例如,进行引体向上(chin-up)动作时,当二头肌(biceps)產生张力(收缩)并缩短,把身体向上提升时,就是正在进行向心收缩。反过来说,在引体向上的下降阶段,肌动蛋白微丝向外滑行,使到肌节在受控制的情况下延长并回复至原来的长度时,就是正在进行离心收缩(eccentric contraction)。还有一种情况,就是肌动蛋白微丝在肌肉收缩时并未有滑动,而且仍然保留在原来位置(例如:进行引体向上时,只把身体掛在横桿上),这便称作等长收缩(isometric contraction)。


  由於肌肉在放鬆的时候依然具有相当程度的弹性(muscle tone),所以相信此时仍有一定数量的横桥在不断进行工作。根据Yu与Brenner(1989),即使肌肉在放鬆的情况下,仍然可以有30%的横桥正在执行任务。


骨骼肌的功能;


  骨骼肌的主要作用是进行收缩,从而產生各种不同的动作。在体育运动的领域当中,动作的质素是非常重要的,所以肌肉如何控制力量的轻重和是否所有肌纤维都具有同等功能等,都是值得关注的问题。


骨、关节和肌肉的协调配合:
人或动物任何一个动作的产生,都不是一块骨骼肌收缩、舒张完成的,而是多组肌群在神经系统的调解下,骨、关节和肌肉的协调配合完成的:骨骼肌接受神经传来的刺激,会收缩,牵引着它所附着的骨,绕着关节运动,从而产生各种动作。屈肘时,肱二头肌收缩,肱三头肌舒张。伸肘时,肱三头肌收缩,肱二头肌舒张。

冬季晒太阳最有利骨骼健康

一到寒冷的冬季,人们就格外喜欢出门晒太阳。在古代,冬季晒太阳还有个专门的说法,叫“负暄”,为历代养生家所推崇。民间更是有“冬晒太阳,胜喝参汤”的谚语。而现代营养学则揭开了其中的秘密:这是因为晒太阳能促进体内的钙与维生素这对“黄金搭档”的作用。

  冬天晒太阳的好处有哪些?

  防范感冒和流感。冬季是感冒、流感等呼吸道传染病的高发期。阳光中的紫外线是一种“天然消毒剂”,能杀死导致多种传染病的病毒、细菌。冬天勤晒太阳,不仅能杀灭病菌,还能帮助人体迅速、大量生成维生素D,有效调节人体免疫功能,预防呼吸道传染病。

  强健骨骼。皮下含的7-脱氢胆固醇在紫外线照射后可转变成维生素D3,促进体内对钙、磷的吸收和利用,使骨组织得以正常钙化,维持骨骼健康。此外,多晒太阳对防治小儿佝偻病、中老年人骨质疏松症也大有裨益。

  远离抑郁症。冬天昼短夜长,日照减少,如果不常出门晒太阳,大脑内松果体分泌的褪黑激素就会增多,会抑制能唤起细胞活跃和振奋精神的甲状腺素和肾上腺素的分泌,易患抑郁症,出现情绪低落、头脑昏沉等症状。因此,最好选择风和日丽的天气到外面晒晒太阳,让心情愉快起来。

  维护心血管健康。晒晒冬阳,会感到浑身暖和。这是因为在阳光中红外线的作用下,血管扩张,血液循环和新陈代谢加快的缘故。更重要的是,晒太阳可通过抑制体内肾素-血管紧张素系统的活性来调节血压,防止其过高或过低。

  调节血糖。研究表明,缺乏维生素D是导致2型糖尿病的危险因素。晒太阳可使血液中维生素D含量增高,发挥其调节血糖的作用。

  增强肌肉力量。行走时常感到腿脚发酸、肌肉无力,这也与缺乏维生素D有关。维生素D可调节钙的代谢,促使钙在肌肉的收缩和神经冲动的传递中发挥作用,使肌肉力量增强。

  冬天怎么晒太阳最健康


  1.晒太阳时,阳光要与皮肤直接接触。皮肤可自己合成维生素D,有利于钙的吸收。时间以上午9~11时、下午15~16时为宜,每次晒15~30分钟。

  2.多晒手脚、腿和背部。怕脸晒黑的人可以伸出手脚直晒,也可以晒后背,不论身体哪部分皮肤,只要太阳能直接晒着就可起到同样作用。同时,晒手脚还可以去寒气,利关节,晒后背,则能驱除脾胃寒气,有助改善消化功能,还能疏通背部经络,有利心肺。

  3.不要隔着玻璃晒太阳。中医专家指出,隔着玻璃晒太阳,没有什么补钙效果。这是因为玻璃能够吸收发挥作用的紫外线,隔着玻璃晒太阳实际上没什么作用。因此专家建议人们应该走出去,在空气新鲜阳光明媚的地方晒太阳。

  4.晒太阳前不宜吃芥菜、雪菜、莴苣、螺、虾、蟹、蚌等光敏性食物,以免引起光敏性药疹或日光性皮炎。晒后还要多喝水,多吃水果、蔬菜,补充维生素C,可以抑制黑色素的生成。

  5.晒太阳的时间不用太久,半个小时左右就可以了,或者晒会儿太阳又到树下凉会儿再晒,特别注意太阳光线猛烈的时候不要晒伤皮肤。

  现代人工作忙碌,如果平时没时间晒太阳,可以在周末一次性晒够1个多小时,如此也能起到一定的补钙作用。尤其是父母,最好每天都带孩子出门晒晒太阳,有利于宝宝的生长发育。




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