生物力学课件--肌肉力学.ppt

第三节 Hill的三元素模型 一.心肌与骨骼肌的不同之处（一） 骨骼肌： 骨骼肌纤维里线粒体 和毛细血管较少。因为 骨骼肌可以缺氧。 骨骼肌肌纤维平行排列。 心肌： 心肌细胞含有大量的线粒体， 毛细血管也较多，大约每一心肌 纤维都有一毛细血管供给氧气和 营养。 心肌不可须臾不足。 心肌纤维呈螺旋排列。 心肌与骨骼肌的不同之处（二） 心肌 一个心脏全部心肌细胞的收缩和松弛是同步的。 在通常情况下，心肌张驰节律性很强，不允许挛缩， 骨骼肌 ： 骨骼肌收缩可不必同步。 骨骼肌可以挛缩。对其 力学性质的研究是在强直状态下进行的。 心肌与骨骼肌的不同之处（三） 骨骼肌 骨骼肌松弛态下应 力很小，可以忽略。 心肌 松弛状态下心肌的应力是心 脏功能至关重要的因素，不 容忽视。因为心博量取决于 舒张末期的容积，而舒张末 期的容积又取决于舒张状态 时心肌的应力—应变关系。 心肌与骨骼肌的不同之处（四） 骨骼肌： 骨骼肌肌节的工 作范围则可以很大 。 2.2－3.65μm 心肌： 由于存在静息张力，心肌长度的工作范围是非常有限的。2.2－2.6μm 二. 未受刺激的心肌的力学性质  正常的心脏具有一个窦房结，它产生一个电信号使肌肉收缩，因此，一个离体的完整心脏能自身跳动。但是，分离的心室的乳突肌没有很强的起搏能力，所以能在无刺激状态下进行实验。  三．激活后心肌的力学性质 人们期望将骨胳肌的Hill方程和Hill模型用于心肌。但经实验发现，在心肌收缩情况下，当其纤维很短，以至松弛状态应力可以忽略不计时，Hill模型可用于心肌。这时由串联弹性元素和收缩元素所组成的二元素模型有效。 如果心肌纤维比较长，以至松弛张力必须考虑时，应采用Hill三元素模型。为了确定Hill三元素模型中各个元素的参数，做了大量实验，实验结果表明： 第五节 平滑肌的力学性质 一.平滑肌的特点 平滑肌不属于横纹肌，在显微镜下看不到明暗相间的条纹。  人体除心脏外，几乎所有的脏器均由平滑肌组成。但在不同的器官里，平滑肌的组织结构、功能以及力学性质有明显差异。使得对平滑肌的研究和分析比骨骼肌和心肌复杂的多。 豚鼠带状结肠肌为试样观测其自发收缩的过程。 二.平滑肌的被动张力和主动张力 1．被动张力不可忽略 骨骼肌在未激活状态下的被动张力比激活状态下产生的主动张力小得多，通常可以忽略不计；心肌的被动张力虽然不可忽略，但通常比主动张力小；而平滑肌的被动张力可等于或大于主动张力，这是平滑肌异于骨骼肌和心肌的另一特点。 2. 被动张力对主动张力的依赖关系 对于骨胳肌，它的主动收缩机制并不影响它的特性，其主动张力和被动张力是独立的、可分的，在Hill模型中用收缩元和并联弹性元表示。 平滑肌细胞比骨骼肌和心肌细胞小得多，呈梭形。每个细胞有一个核，核周围有模糊的纵纹。其排列不像横纹肌那样规则、平直，而是弯曲的，往往纠缠在一起。 平滑肌与心肌和骨骼肌相比的最大特点是平滑肌收缩不受自主神经的 控制，可进行自发的、节律性的收缩。 一.肌腱的组成 高密度的结缔组织，含有大量平行排列的纤维胶原组织。 组成： 成纤维细胞（20%） 细胞外基质（80%） 水分（70%） 固体物质（30%）: 胶原 基质 少量的弹力蛋白 胶原分子：三条多肽链 胶原原纤维：胶原分子交联 胶原纤维: 二. 胶原纤维的排列 空载荷的胶原纤维呈波浪性 有载荷的胶原纤维被拉直 三. 肌腱在骨骼上的附着 由肌腱逐渐转化为骨质的结构变化使组织的机械性能渐渐改变，能减少应力聚集于肌腱-骨骼附着点上。 1---肌腱末端 2---胶原与纤维软骨混合区 3---组织矿化区 4---融入密质骨 四.生物力学性能： 肌腱能承受很强的张力，将肌肉收缩力传至关节，带动关节的运动。在正常和过度负荷下承受张力，当张力过大导致受伤时，受伤的程度与张力的速度与力度有关。 对肌腱组织做均匀的拉伸实验 肌腱和韧带的生理负荷: 正常活体生理情况下，肌腱和韧带所承受的应力只是它们极限的1/3，一般的应变度大约是2%-5%。 植入应变器研究肌腱（趾伸）： 快步疾走，应变2.6%。 速度减慢，应变相对减小。 每走一步，肌腱最大应变只维持0.1秒 步行时所受最大应力45N，是最大承受应力的1/4。 五. 粘弹性： 对应力速度的依赖性。 肌腱是粘弹性体，能承受很强的张力，将肌肉收缩力