一篇文章帶你了解肌肉的收縮形式
Shape of You
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Ed Sheeran
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當肌肉收縮時,肌原纖維內的肌動蛋白絲和肌球蛋白絲相對滑動。其滑動幅度,可根據肌肉工作需要而定。肌肉收縮可表現為整塊肌肉的長度發生變化,也可不發生變化。根據肌肉收縮時的長度變化,把肌肉收縮分為以下幾種收縮形式。
(一)向心收縮
肌肉收縮時,長度縮短的收縮稱為向心收縮( concentric contraction),又稱縮短收縮。向心收縮時肌肉長度縮短、起止點相互靠近,因而引起身體運動。而且,肌肉張力增加出現在前,長度縮短髮生在後。向心收縮是骨骼肌主動用力的收縮形式。肌肉向心收縮時,是做功的,其數值為負荷重量與負荷移動距離的乘積。向心收縮時可以是等張收縮也可以是等動收縮。
1.等張收縮
肌肉張力在肌肉開始縮短後即不再增加,直到收縮結束。這種收縮形式稱為等張收縮。有時也稱為動力性或時相性收縮。
在向心收縮過程中,所謂的等張收縮是相對的,尤其是在體情況下,更是如此。由於在肌肉收縮過程中,往往是通過骨的槓桿作用克服阻力做功。在負荷不變的情況下,要使肌肉在整個關節活動範圍內以同樣的力量收縮是不可能的。如當肌肉收縮克服重力垂直舉起杠鈴時,隨著關節角度變化,肌肉做功的力矩也會發生變化,因此,需要肌肉用力的程度也不同。在整個運動範圍內,肌肉用力最大的一點稱為「頂點」。出現「頂點」主要是因為在此關節角度下槓桿效率最差,加上肌肉縮短損失一部分力量,而促成了「頂點」的產生。因此,在整個關節的運動範圍內,只有在「頂點」肌肉才有可能達到最大力量收縮。這是等張訓練的不足之處。
2.等動收縮
在整個關節運動範圍內肌肉以恆定的速度,且外界的阻力與肌肉收縮時肌肉產生的力量始終相等的肌肉收縮稱為等動收縮( isotonic contraction)。由於在整個收縮過程中收縮速度是恆定的,等動收縮有時也稱為等速收縮。在運動實踐中,自由泳的划水動作就具有等動收縮的特點。
等動收縮和等張收縮具有本質的不同。肌肉進行等動收縮時在整個運動範圍內都能產生最大的肌張力,等張收縮則不能。此外,等動收縮的速度可以根據需要進行調節。因此,理論和實踐證明,等動練習是提高肌肉力量的有效手段。
通常要讓肌肉做等動收縮必須有專門的儀器設備(即等動練習器)才能實現。等動練習器的主要部件是一個速度控制器。速度控制器可以保證無論參與工作的肌肉在收縮時產生多大的張力,其收縮速度不變,同時速度可調。在練習中可根據不同的目的和要求選擇適當的速度。另外還有力量的測試和記錄裝置,用來評定運動時的肌肉力量。
(二)等長收縮
肌肉在收縮時其長度不變,這種收縮稱為等長收縮(isometric contraction),又稱為靜力收縮。肌肉等長收縮時由於長度不變,因而不能克服阻力做機械功。
等長收縮有兩種情況:其一,肌肉收縮時對抗不能克服的負荷,如試圖拉起根本不可能拉起的杠鈴時,肱二頭肌所進行的收縮就是等長收縮。其二,當其他關節由於肌肉離心收縮或向心收縮發生運動時,等長收縮可使某些關節保持一定的位置,為其他關節的運動創造適宜的條件。要保持一定的體位,某些肌肉就必須做等長收縮。如做蹲起動作時,肩帶和軀幹的某些肌肉發生等長收縮以保證軀幹的垂直姿勢,同時腿部和臀部的某些肌肉做向心收縮。當蹲下時,肩帶和軀幹的某些肌肉同樣發生等長收縮以保證軀幹的垂直姿勢,但腿部和臀部的某些肌肉做離心收縮,在更複雜的運動中,身體姿勢不斷發生變化,因此肌肉的收縮形式也不斷發生變化。在體育運動中,如體操中的「十字支撐」「直角支撐」和武術中的站樁,參加工作的肌肉就是進行等長收縮。
(三)離心收縮
肌肉在收縮產生張力的同時被拉長的收縮稱為離心收縮(eccentric contraction)。如下蹲時,股四頭肌在收縮的同時被拉長,以控制重力對人體的作用,使身體緩慢下蹲,起緩衝作用。因此,肌肉做離心工作也稱為退讓工作。再如搬運重物時,將重物放下以及下坡跑和下樓梯等也需要肌肉進行離心收縮。肌肉離心收縮可防止運動損傷。如從高處跳下時,腳先著地,通過反射活動使股四頭肌和臀大肌產生離心收縮。由於肌肉離心收縮的制動作用,減緩了身體的下落速度,不致於使身體造成損傷。離心收縮時肌肉做負功。
(四)超等長收縮
超等長收縮( plyometric contraction)是指骨骼肌工作時先做離心式拉長,繼而做向心式收縮的一種複合式收縮形式。
超等長收縮的優點在於,在做離心收縮工作時,肌肉先被迅速拉長,在肌肉被拉長過程中,肌肉中的牽張感受器受到刺激併產生興奮,導致肌肉產生牽張反射性收縮。當肌肉被拉長後所產生的彈性勢能,拉長後產生的牽張反射性收縮,以及主動向心收縮所產生的力量形成合力時,肌肉將產生較大收縮力。跳深練習時股四頭肌進行的就是一種典型的超等長收縮。
超等長練習與其他力量練習相比,更接近比賽時人體的運動形式,肌肉發力突然,技術結構相似,傳遞速度快,因而可得到更好的訓練效果。
完成超等長練習時,肌肉最終收縮力量的大小是由肌肉在離心收縮中被拉長的速度和被拉長的長度所決定的,而且肌肉被拉長的速度比被拉長的長度更為重要。
(五)向心收縮、等長收縮和離心收縮三種不同骨骼肌收縮形式的比較
1.力量
肌肉最大收縮時產生張力的大小取決於肌肉收縮的類型和收縮速度。同一塊肌肉在收縮速度相同的情況下,離心收縮可產生最大的張力。離心收縮產生的力量比向心收縮大50%左右,比等長收縮大25%左右。
關於肌肉離心收縮為何能產生較大的張力,一般認為有如下兩個方面的原因:首先是牽張反射,肌肉受到外力的牽張時會反射性地引起收縮。在離心收縮時肌肉受到強烈的牽張,因此會反射性地引起肌肉強烈收縮。其次是離心收縮時肌肉中的彈性成分被拉長而產生阻力,同時肌肉中的可收縮成分也產生最大阻力。而向心收縮時,只有可收縮成分肌纖維在收縮時產生克服阻力的肌肉張力。肌肉在向心收縮時,一部分張力在作用於負荷之前,先要拉長肌肉中的彈性成分。一旦肌肉中的彈性成分被充分拉長,肌肉收縮產生的張力才會作用於外界負荷上。因此肌肉收縮產生的張力,有一部分是用來克服彈性阻力的,這就使實際表現出來的張力小於實際肌肉收縮產生的張力。
2.代謝
在輸出功率相同的情況下,肌肉離心收縮時所消耗的能量低於向心收縮,其耗氧量也低於向心收縮。肌肉離心收縮時其他與代謝有關的生理指標的反應(如心率、心輸出量、肺通氣量、肺換氣效率、肌肉的血流量和肌肉溫度等)均低於向心收縮。
3.肌肉酸疼
很早就發現,肌肉做退讓工作時容易引起肌肉酸疼和損傷。近來研究表明,肌肉大負荷離心收縮引起肌肉酸疼和肌纖維超微結構改變以及收縮蛋白代謝的變化最顯著,等長收縮次之,向心收縮最低。
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