骨骼肌损伤修复与微观化研究探索
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三、肌肉力量基础

肌肉力量是指人体肌肉工作时克服阻力的能力,是进行一切身体活动的基础。阻力包括内部阻力和外部阻力,内部阻力包括人体自身环节的重力、关节的约束力、肌肉韧带的粘滞力等;外部阻力包括负荷力、支撑反作用力、摩擦力、介质阻力等。人体运动形式的多样化决定了肌肉工作方式的多样性以及肌肉力量表现特征上的多样性。因此,肌肉力量本质上可以说是肌肉工作克服内、外负荷表现出来的多样性机能。

从发育的角度看,力量的发展是有特定程序的。人类不同于四足动物,新生儿肌肉力量处于很弱的状态且增长缓慢,一般要到1岁左右才学会走路。通常来讲,人类肌肉力量发展有着从近端到远端,从粗略到精细的发展过程。即靠近躯干的肌肉力量发展早于肢体,肢体近侧早于末梢;大块肌肉力量发展早于小块肌肉,手指精细动作发展滞后。

力量训练是促进人体代谢的一种方法,可预防生活中的常见疾病。20世纪90年代以后,根据运动医学的研究成果,人们发现力量训练不但在预防生活常见疾病中有一定效果,还成为促进普通人身体健康的重要手段。能够改善血液中胆固醇值,控制血糖值的机能,加大能量消耗并有利于预防肥胖。其次,力量训练是健身的主角,能够有效增大肌肉改善体形,最好能集中锻炼影响整个身体轮廓部位的肌肉,如三角肌之于肩部,背阔肌之于背部。再次,力量训练能够预防按摩无法改善姿势和预防肩、腰酸痛,并能够改善女性脚部浮肿。最后,为了实现终身工作,力量训练是必不可少的,并能使生活更加丰富多彩。

(一)肌肉力量的分类

1.绝对力量

肌肉绝对力量又称最大力量,是指肌肉通过最大随意收缩抵抗无法克服的阻力过程中所表现出来的最高力量。其大小取决于传入肌肉神经冲动的强度和频率,肌肉收缩的内部协调能力和关节角度的变化。具体可通过测力计测得,在训练中通过一次试举完成的最大负荷确定。

最大力量的训练方法很多,包括静力性练习法、非常训练法、金字塔训练法、持续不断重复用力法、分步训练法、最大限度短促用力法、极限次用力法等。以静力性练习法为例,一般采用较大负荷量,以递增重量的方法进行练习。提高最大力量多采用本人最大负荷的70%进行练习,组数可控制在4组,每组持续12秒以上,每组间歇3分钟;若采用本人最大负荷量的70%~90%训练,组数可控制在4~6组,每组持续时间8~10秒、每组间歇3分钟;若采用本人负荷量的90%以上进行练习,组数不超过4组,每组持续时间3~6秒,组间隔应增至4分钟。

2.相对力量

人体单位体重所具备的力量为相对力量,即绝对力量/体重。在克服自身体重的位移性运动和按照自身体重分级别的运动项目中,如跳高、摔跤、举重运动员相对力量是十分重要的专项力量素质,应当保持较轻的体重,使肌肉的相对力量得到提高。

3.快速力量

快速力量是指肌肉尽快和尽可能高的发挥力量的能力。其取决于肌肉的收缩速度和最大力值,用力量速度指数表示。一般包括起动力量、爆发力、制动力量。起动力量是指肌肉收缩50ms内达到最大力值的能力;爆发力指肌肉单位时间内最大做功的能力,即肌肉收缩的最大功率,可用力量-时间曲线中力的最大增长值表示,在某些运动项目中,如投掷、短跑、跳跃、举重、拳击和橄榄球等项目,运动员必须具有较大的爆发力;制动力量指在迅速改变运动方向的过程中肌肉克服阻力,产生最大负加速度的能力,其取决于肌肉的退让工作和超等长工作能力。

快速力量的训练方法包括发展起动力、发展爆发力、发展反应力等方法。以发展爆发力为例,负荷强度一般采用70%~90%,练习组数3~6组,每组做5~6次,每次间隔3分钟。有研究表明运动员安排18周发展爆发力,前6周练习跳跃,中6周进行大重量快速杠铃练习,后6周做跳深练习,收到了良好效果。

4.力量耐力

力量耐力是指肌肉在静力或动力性工作中,长时间保持肌肉紧张用力而不降低工作效果的能力。它又可分为动力性力量耐力,如田径、球类、游泳、体操等项目;静力性力量耐力,主要表现在射击、射箭、摔跤和支撑性运动项目。

力量耐力的训练方法包括持续间歇练习法、循环练习法、等动练习法等。以持续间歇练习法为例,一种方法是采用40%~60%负荷强度,进行3~5组练习,每组练习用很快的速度重复10~20多次,组间休息30~90秒;另一种方法负荷特征是采用25%~40%的负荷强度,进行4~6组,每组用快的动作速度重复30次以上,组间休息30~60秒。

5.核心区力量训练

核心区力量训练是近来广为教练员和运动员所关注的力量训练的一个重要部分。躯干和骨盆被称为人体的核心部位,所涉及的肌群有腹肌、背肌和髋部肌群。这部分主要包括29块左右的肌肉,这些肌肉在人体的运动中起着支撑、稳定、动态平衡、传递力量、利于环节力的发挥或缓冲力量等重要的作用。

人体所从事的所有运动项目中,所有运动技术都是以中心肌群为核心的运动链的形式,而不是依靠某一肌群完成。实践证明,核心区力量训练因为能很好稳定脊柱和骨盆,有助于足球运动员射球的速度和稳定性,有利于纠正游泳运动员下肢下沉和身体摆动速度错误,保持阻力最小的良好姿势。强有力的核心区肌群能确保肢体在完成动作过程中保持正确的位置姿势,防止了急性损伤的发生和由于发力不正确造成的潜在慢性运动损伤的发生。

核心区力量训练是运动员体能训练中不可缺少的部分,是提高运动员各项运动素质的重要前提之一。要注意的是在训练中需模拟专项运动技术进行,通常利用一些特殊的器材设备来训练,如平衡台、平衡球和海绵垫等。另外,教练员还应根据不同专项要求以及运动员的个体特点,制定具有个性化的训练方法和计划。

(二)影响肌肉力量的基本因素

1.肌肉的生理横断面

肌肉力量取决于肌肉全部肌纤维力量的总和,因此,肌肉内肌纤维数量越多,肌力就越大。横切肌肉所有肌纤维所得到的横断面的总和称为肌肉生理横断面,其大小等于横切肌纤维的线段总和与该块肌肉平均厚度的乘积。多数研究表明,肌肉横断面增大是由于肌纤维增粗造成。

由于肌纤维在不同类型的肌肉内排列方式不同,所以等同体积的扇形肌、梭形肌、羽状肌和半羽状肌的生理横断面有着较大的差异。羽状肌(图2.2右)的生理横断面大于扇形肌,而扇形肌又大于梭形肌(图2.2左)。肌肉生理横断面较大的肌肉会产生较大的等长收缩力量,相对爆发力也会增加。就人体而言,下肢主要动作是站立、行走、跑、跳等,因此其肌肉配布主要以羽状肌为主,而上肢主要是进行抓握等精细动作,肌肉配布以梭形肌为主。

2.2 梭形肌和羽状肌(北体大运动解剖学教研室供图)

那么科学训练增强肌肉力量到底是由于每个肌纤维变粗引起的还是因为肌纤维数目增加引起的?这个问题到现在还没有明确结论,一般来说,虽然有学者根据骨骼肌卫星细胞具有新生肌纤维的能力而认为肌肉变大是由于肌纤维增粗的同时产生了新的细胞引起的,不过肌纤维数目仅在肱二头肌就有数万个,因此要检测其是否增加了100个,在技术上是很难办到的。因此,普遍的观点为“肌纤维变粗是肌肉变的强壮的主要因素”。

2.肌纤维类型

肌纤维即肌细胞,根据其结构与运动性能不同可分为红肌纤维和白肌纤维两种类型,两种肌纤维在肌肉中的分布与构成比例,影响肌肉力量和其发展。人体每个骨骼肌都是由不同类型的肌纤维混合而成,但在纤维类型分布比例上也有较大差异,这一差异不仅体现在个体之间,而且个体不同功能肌群之间也有着较大的差别。在维持身体姿势的骨骼肌中,慢肌纤维比例较高,如比目鱼肌中慢肌纤维约为89%;以动力性工作为主的骨骼肌中,慢肌纤维所占百分比较低,如肱三头肌中慢肌纤维只有45%。性别方面,女性慢肌纤维比例高,因此女性爆发力比男性差。随着年龄增长,快肌纤维相对面积慢慢减小,而慢肌纤维面积基本保持不变。

红肌纤维也称为慢肌纤维,纤维直径较细,肌桨和肌红蛋白含量较多,线粒体数目多,纤维周围毛细血管丰富,由脊髓前角的小运动神经元支配。该类肌纤维主要依靠有氧代谢产生的ATP供能,收缩速度慢,收缩力量小,但持续时间长,不易疲劳。

白肌纤维又称快肌纤维,纤维直径较粗,肌桨和肌红蛋白含量较少,线粒体数目较少,肌原纤维粗而多,纤维周围毛细血管较少,由脊髓前角的大运动神经元支配。该类肌纤维主要靠无氧酵解产生的ATP供能。肌纤维收缩速度快,收缩力量大,但持续时间短且易疲劳。

综上所述,一块肌肉力量的表现,受到肌肉中白肌纤维的数量多少决定,白肌纤维比例高则收缩力会大。

3.肌肉的初长度

肌肉收缩前的长度称为肌肉的初长度。在生理范围内使肌肉的初长度拉长,除能增加肌肉收缩的速度和幅度外,还能增加肌肉的收缩力量。例如,预先拉长小腿三头肌时收缩力量能从3840牛顿增加至5980牛顿。运动实践中这一现象很多,如起跳前的顶蹲,可以增大起跳力量和速度;投掷技术中的“超越器械”,主要是对原动肌进行充分拉伸,创造良好的用力条件,以增大投掷力量,获得更大的器械出手速度。

肌肉初长度影响肌肉力量的原理为加大了肌肉的作用幅度,生理范围内,肌肉收缩前的初长度越大,肌肉便获得较大的收缩距,若肌肉的收缩时间不变,那么收缩距越大,肌肉收缩的加速度越大。其次,肌肉初长度可引起牵张反射,快速拉长肌肉,可刺激肌梭引起牵张反射,反射性地增大肌肉的收缩力。第三,肌肉初长度储存弹性能,肌肉是粘弹性体,具有拉伸储能的特性,预先拉长肌肉在肌肉中储存了大量的弹性势能,可在后继的向心收缩中作为动能释放而增大肌肉收缩力。最后,肌肉的初长度为肌肉创造良好的收缩条件,即粗肌丝与细肌丝之间的有效重叠,达到最多的横桥与位点的结合。

4.运动单位

一个运动神经元及其所支配的所有肌纤维的总和称为运动单位。一个运动单位所含的肌纤维数目差异很大,少则5~10条,多的可支配1000~2000条,因此,一个运动单位在肌肉横断面上所占的面积是不同的,但所支配肌纤维在类型上是一致的,且其收缩具有同步性。不同运动单位的肌纤维相互混合、交叉分布,除具有物理学意义外还有利于长时间次最大收缩时肌肉的能量供应。

在肌肉收缩过程中运动单位不是同时被募集的,而是以一定的顺序进行动员。首先动员的是小的、慢传递但易兴奋的运动单位,随着张力的发挥依次激活大的、运动较快的运动单位。只有最大负荷才能达到运动单位的最大限度动员,因此,大负荷的肌肉刺激是对肌肉神经控制训练的重要条件。较小的负荷肌肉刺激只能募集小的运动单位,而对大的运动单位仅仅是一种阈下刺激。

在一块肌肉中参与活动的运动单位数目越多,肌肉收缩的力量越大。缺乏训练的人只能动员60%的运动单位参加工作,而运动训练可以使运动单位动员比例提高,优秀的举重运动员可以动员90%以上的运动单位参与活动,从而表现出更大的力量。

5.肌肉牵拉角度

肌肉牵拉骨骼进行杠杆式的运动,在这个过程中,随着骨杠杆的移动,肌肉在不同的位置,不同角度上牵拉,其力量效果是有差异的。肌肉动点到关节中心连线,其与肌肉拉力线之间的夹角为肌拉力角。该拉力角越大,相关杠杆的力臂越大,肌肉做功的效率增高。随着人类的进化,一些大块的肌肉通过骨上的突起结构,如籽骨、结节、粗隆等有效的增大了肌拉力角,从而增加了肌肉做功的效率。

6.肌肉的起止点位置

肌肉起止点的位置决定了肌肉在身体上的位置,也决定了肌肉在骨杠杆上的作用点。也就是说,止点离关节中心远的肌肉,容易启动骨杠杆,但在使骨杠杆转动的速度和幅度方面较差。以屈肘关节的肌肉为例,肱肌和肱桡肌相比,肱桡肌止点离肘关节中心点远,近固定条件下,屈肘开始阶段肱桡肌作用明显,但在整个屈肘过程中,起主要作用的是止点离关节中心点较近的肱肌。关节启动角大于180°时情况相反,比如冈上肌比三角肌容易启动上臂外展,而三角肌则使上臂外展的速度和幅度增大。

7.肌肉的伸展性和弹性

肌肉力量训练中加强肌肉的伸展性和弹性能力的训练,在提高肌肉收缩能力、抗牵张能力的同时,对预防肌肉运动性拉伤有重要意义。

科学地进行肌肉力量训练可增加肌力以提高人体的运动能力,有助于人体跑的更快、跳的更高、掷的更远。训练实践中经常遇到这样的问题,即在力量训练房所训练的力量增值并不等于专项成绩的提高,尤其在体能类的项目中。这就需要寻找从一般力量向专项力量转换的方法,实现能力的转换,即从一般力量向专项力量的转换。专项能力包括在完成专项技术时肌肉、肌群之间的协调,原动肌、中和肌、拮抗肌和固定肌之间的配合协调。

8.年龄和性别

肌肉力量的大小与年龄的大小也有关系,研究证明,力量素质发展的敏感期在13~17岁,13岁时最大肌肉力量进入第一个快速增长高峰期,特点是力量的增长与体重的增长同步,肌肉的长度增长快于围度增长。16~17岁是力量快速增长的第二个高峰期,特点是肌肉围度增长快速增加,最大力量和相对力量均增长,是发展力量素质最重要的时期。18~25岁后力量增长变得缓慢,到30岁左右肌力达到最高峰。此后如果不坚持良好的训练,随着年龄的增长力量逐渐下降。如果能够坚持良好的训练,男子力量增长可达到35岁左右。

肌力的大小与性别也有一定的关系,女子肌力一般小于男子。比如前臂屈肌群、前臂伸肌群、小腿内收肌群、上臂内收肌群等肌肉力量,女子力量为男子力量的65%。大腿屈肌群和伸肌群、小腿屈肌群、咀嚼肌群等肌肉力量,女子力量为男子力量的80%。