肌肉力学模型
人体主动运动的原动力来自于骨骼肌的收缩，那么掌握肌肉收缩的力学规律对于运动的实践具有重要指导意义，对于研究肌肉的收缩力学规律，不能绕开曾获得诺贝尔奖的英国生理学家A.V.Hill，其建立的三元素肌肉力学模型以及以其名字命名的希尔（Hill）方程，所描述的有关肌肉力学的运动性能和肌肉张力相对于速度的关系奠定了骨骼肌的力学基础，主导着肌肉力学的研究。其建立的由收缩元、并联弹性元和串联弹性元三个元素组成的肌肉力学模型，三个元素联接方式如下图所示。图中A是典型的Hill肌肉模型的形式，图B是改进的肌肉三元素模型。收缩元表现肌肉受到刺激能够产生收缩的功能，通常认为其代表肌动蛋白微丝和肌球蛋白微丝在受到刺激后相对运动形成拉力，从而使肌肉张力和长度发生变化。并联弹性元通常被认为代表收缩成分周围的组织，如肌外膜、肌束膜、肌内膜和肌纤维膜。在图A中串联弹性元被认为代表两种肌丝和横桥的弹性，而在图B中串联弹性成为则代表与收缩成分呈串联关系的弹性结构，如肌腱。因此图A的模型可以被认为是肌纤维力学模型，而图B则为一块肌肉的力学模型。也有研究者认为（Winters,J.M.），由于串联弹性元所代表结构的刚度（硬度）比并联弹性元所代表的结构大很多，所以图A、B两种模型的力学形式差别很小。串联弹性元和并联弹性元表现肌肉受到拉伸后可以产生被动回缩的弹力，但拉伸长度和弹力之间为非线性关系。利用肌肉三元素模型可以基本清楚地说明肌肉主要的力学功能和表现。之后Zajac等人改进的肌肉模型加入了羽状角φ，羽状角φ是依据骨骼肌的肌肉特点来命名的，对于羽肌或者多羽肌，其肌肉结构中肌纤维的排列方向与其输出的肌肉力方向之间存在一定的夹角，该角度的存在使肌纤维产生的力并不等于其通过肌腱作用在骨骼上的力。不仅如此，人体运动毕竟是多关节且具有整体性，离心收缩与向心收缩会在肌肉链的关节处相邻的两组或多组肌肉中相继出现，因此会出现在前一肌肉收缩带动关节运动后，引起关节对面肌肉的初长度拉伸，使得该肌肉弹性势能增加，当被拉长的肌肉收缩时，在张力的帮助下，肌肉会得到比自身单独收缩时更大的力，这种力量在动作中连续发生，就实现了力量的保持和增加，同时，先前完成收缩工作的肌肉也会再次被拉长，并且产生被动张力，而这时肌肉产生的张力恰恰成为稳定前关节的力量。肌肉张力与速度的关系
年希尔仔细地测量了离体情况下最大限度刺激青蛙缝匠肌使其发生等长收缩时的收缩速度，并分析了肌肉收缩的热力学关系，得到了肌肉收缩力与速度的关系方程，即Hill方程，解释了充分激活的肌肉的力量是怎样随速度而变化的。（a＋T）（V＋b）=b（T0＋a）其中a、b、T0为独立常数，是肌纤维的初始长度、温度、周围环境的化学成分及钙离子浓度等函数，T为肌肉收缩张力，V为肌肉收缩速度。下图显示了骨骼肌在不同收缩形式（离心、等长、向心）下肌肉收缩力与速度之间的关系曲线。从曲线中可以看出，肌肉向心收缩时，肌肉力量随着收缩速度的增加而下降，肌肉收缩力与收缩速度呈反比关系。而离心收缩时，肌肉力量随速度的增加而上升。对离体肌肉进行实验发现，肌肉快速离心收缩时所要抵抗的力几乎是等长收缩最大力的两倍（Alexander,）。通常认为：肌肉力量越大收缩速度会越快，乍一看这个观点貌似与Hill的观点相矛盾，但其实只是各自以不同的视角阐述了同一问题，且不论Hill所做的是一项离体实验，与人体牵一发而动全身的骨骼肌结构有所不同，实际运动中完全孤立的肌肉收缩根本不存在。力量训练使肌肉力量增大通常是指最大力量的增大，在以上曲线中即体现为收缩速度为零时最大载荷的增大，无载荷时最大收缩速度也同样增大。在运动实践中肌肉力量增大的力学意义是：克服同一载荷时肌肉收缩速度更大，在相同收缩速度时，肌肉能承受更大的载荷。通常我们认为的肌肉力量越大收缩速度越快适宜用于在他体比较时，也就是不同的人之间进行横向比较，而在进行自体纵向比较时，载荷较大时，收缩速度明显降低。肌肉张力-速度关系对运动有重要意义。首先，肌肉向心收缩力量和收缩速度之间的反比关系意味着在高速收缩的情况下肌肉是不可能产生很大的力量的。肌肉能够产生高张力以启动运动，但是随着收缩速度的升高肌肉的发力（保持加速度）能力下降。第二，运动速度很小（曲线的中间部分）的情况下肌肉潜在力量很大程度上取决于肌肉的等长肌力。这意味着等长肌力和肌肉速度是两种截然不同的肌肉能力。例如运动员进行增大投掷速度的训练应根据其专项动作中器械载荷和速度的关系而有所不同。铅球运动员会进行高负荷、重复次数少的力量训练，而那些投掷器械较轻的项目如标枪、垒球或者棒球的运动员会进行低强度、高速的力量训练。力量训练不能改变肌肉张力-速度关系的性质（形态），但是可以通过训练将曲线上移以达到提高能力的目的。大负荷、重复次数少的力量训练可以将等长收缩条件附近的力-速度曲线上移，而小负荷的快速训练使最大速度附近的曲线上移。此文只阐述了肌肉收缩力学规律的冰山一角，旨在有所启发，在实际训练中了解并运用肌肉收缩的力学规律，结合骨骼肌肌肉结构特点，不同类型肌纤维的机能特点以及运动中不同供能系统的生理特点，以不同的训练目的因势利导，合理安排训练负荷、节奏与速度，是避免受伤、提升运动表现和训练效率的科学之道。~theend~喜欢，您再来天马行空的Gavin
