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3. 脊柱的负荷 （1）不同体位和负重下腰椎的受力特征 Nachemson 和Elfstr?m （1970）用微型压力传感器测量了一个体重70公斤的人体在不同体位下第三腰椎（L3）椎间盘上的载荷。其中最引人注目的是不合理的举重动作，使腰椎的负荷剧增，达到正常情况的两倍以上。而人在大笑时腰椎所受的力也超过了体重的两倍，这显然是肌肉的作用引起的。 姿 态 负载 N kg （2）身体位置对腰椎负荷的影响 （3）提举或携带物品对腰椎负荷的影响 影响因素： 与脊柱运动中心有关的物体位置 脊柱屈曲和旋转的程度 物体的特性、尺寸、形状、重量和密度 （4）运动对腰椎负荷的影响 三、运动对关节力学性能的影响 1．适宜的体育锻炼对提高关节负载能力和减小摩擦阻力的影响 系统的体育锻炼可以使骨关节面骨密质增厚，从而能承受更大的负荷，并增强关节的稳固性。 长期运动可以使关节面软骨增厚。 有研究表明一年的大强度的体育活动可以使关节滑液量成倍增加，有助于减少关节运动时的摩擦力。 体育活动还可以使一些辅助结构如关节肌腱、韧带增粗，肌肉力量增强，在骨附着处的直径增加，提高关节的稳定性和动作力矩。 三、肌肉结构力学模型的性质 （一）肌肉张力——长度特性 1. 收缩元张力——长度曲线 2. 并联弹性元张力——长度曲线 3. 肌肉总张力——长度曲线 （二）肌肉收缩力——速度特性 上世纪30年代，Hill的经典性工作奠定了骨骼肌力学的基础。他取青蛙的缝匠肌为试样，两端夹紧，保持长度为L0。以足够高的频率和电压加电刺激，使缝匠肌挛缩产生张力T0。然后将肌肉一端松开，使其张力降为T(TT0)，则肌肉以速度v缩短。Hill不仅测定了T、v与T0的关系，还测定了肌肉缩短时产生的热量，以及维持挛缩状态所需的热量。 Hill依据热力学第一定律对实验结果进行分析得方程： ( a ＋T) ( v + b ) = b ( T0＋ a ) 从力学观点来看， Hili方程描述了骨骼肌收缩时的力一速度关系。显然，张力越大，缩短速率越小。 四、肌肉的激活状态 由肌肉激活状态过程示意图说明，兴奋后肌肉能迅速地达到激活状态的高峰，但整块肌肉张力的发展过程要慢的多。 由肌肉结构力学模型的原理可知，收缩元兴奋产生的张力，最初被串联弹性元的形变所缓冲。当串联弹性元的形变达到一定程度后，收缩元的主动张力才能直接作用于肌肉的起止点，表现为肌肉收缩。 五、肌肉收缩的做功与功率 （一）肌肉做功 肌肉做功：通常是指肌肉做的机械功。 肌肉做功与载荷有关，载荷大时做功大，载荷小时做功少。 W = F×S （二）肌肉功率 肌肉功率：在很多运动中往往要求在极短时间内发挥出最大力量，一般称爆发力。 这种极短时间内肌力的变化可以用力的梯度加以度量，常用下列两个指标中的一个表示： P= W/t=F×S/t 达到1/2最大力量所需的时间（1/2 tmax），称为力的时间梯度。 力的最大值与所需时间的比值 Fmax/ tmax，称为力的速度梯度。 肌肉功率主要取决于速度和力量的乘积。从图中可看出二者不可能同时达最大值。因此，我们取最大速度的1/3和最大力1/3的乘积值定为功率的最大值。 P = F×V 不同项目肌肉功率的差异 六、实例分析 （一）利用肌肉力学模型的串、并联结构分析速度性和力量性项目的运动员肌肉特征 　　根据肌肉结构的力学模型可知，模型的串联构成了肌纤维的长度，而长度的增加可以增加肌肉的收缩速度，模型的并联构成了肌肉的粗度，粗度的增加可以增大力量。因此，速度性项群运动员的身材比较匀称，肌肉比较细长，这有利于速度的发挥，力量性项群运动员身材比较粗壮，肌肉比较发达。在选材的过程中应注意其特征。 F F F L L 2L 2F F F （二）利用肌肉力学模型中弹性元件的特性来说明体育竞赛时机的选择和准备活动的作用。 　　由于肌肉结构力学模型中弹性元件为粘弹性体，它表示肌肉具有粘滞性。当温度升高时，粘滞性下降内阻减小，温度下降时，粘滞性增加。所以，我们应选择温度比较适宜的季节进行比赛，如欧洲一般选择8月份，而我国一般选择风沙比较小的秋季。为了降低粘滞性、减小内阻力，运动员在进入比赛或训练时，要预先做大约20min 的准备活动（worm up) 来降低肌肉粘滞性。 （三）利用肌肉结构力学模型来分析体育运动中超越器械动作。 1. 预先拉长原动肌群，使其在静息长度下收缩，增加收缩力。 2. 利用弹性元件所储存的弹性势能，节省能量，增加肌力。 静息长度 第四节 人体运动的杠杆原理