体能与力量训练的基础:肌肉是如何工作的(三)

文 / 运动科学论坛
2020-03-30 16:22

作者:刘军(西安体育学院)

前已述及,肌随意动,肌肉收缩产生张力,用以维持身体姿势、移动身体或者克服外加阻力。而运动是中枢神经指挥、协调、控制肌肉产生的各类动作。

显然,即便从纯文字层面理解,肌肉最终产生的张力都会显著受影响于控制肌肉的神经(意)和肌肉本身(肌)。

如果对外产生张力是行动结果的话,神经就是用来指挥行动的司令部,而肌肉就是具体执行的士兵。

话说兵怂怂一个,将怂怂一窝。由此可见,战场上指挥的重要性。

首先,战争时的中枢动员能力至关重要。

神经对肌肉的控制是通过运动单位实现的。一个α运动神经元就是一个小领导,可能是叫特别行动队队长吧,这个队长所带领的士兵(控制的肌纤维),组成最基本的战斗单元:运动单位。这个基本单位的规模不是固定的,非常灵活。

如果需要机动性非常强,这个战斗单元人数就会比较少。人数少,战斗力就差一些,但胜在灵活多变。比如眼外直肌,每个运动单位只有6条左右的肌纤维,所以眼球可以滴溜溜地转,因为眼球转动不需要太大力量,力量不均衡反而会把眼球拉偏。

如果需要战斗力量强劲,显然得人数多。众人划桨开大船。肌纤维数量多,收缩产生的张力就大,比如管理三角肌的运动单位可能就包含有2000根肌纤维。

开过车的人都知道,大车载重多的同时,灵活性就会差一些。

管理学上,要实施科学管理,机构设置首先得合理。

神经的管理,显然是最优化的管理,有很多可被借鉴的道理。

刚已述及,大运动单位有比较多的肌纤维,小运动单位有比较少的肌纤维。

关键,一个运动单位管理的肌纤维,会均匀分布在一块肌肉上,和其他运动单位来的肌纤维交叉在一起,而不是分区集中成肌肉上面的某一坨,这样的结果是以少博多,可使其管理的空间范围比其实际总截面大10-30倍。

因为均匀分散,用较少的运动神经元兴奋就可带动整个一块肌肉收缩,这样不管大的小的运动单位放电,整块肌肉都会收缩,差别在于产生张力不一。

另外,如果从骨骼肌的角度倒过来讲,每一块肌肉都受数量不等的运动单位共同控制,管理同一块骨骼肌的小头头们,即运动神经元也会聚集在一起形成一个指挥部,挂牌为某肌肉收缩指导委员会,当然生理学上可以更直接叫它为运动神经元群。

这些α-运动神经元就顺理成章成了大脑控制肌肉命令输出的最后公路。

这样,大脑皮层就可以根据各类感受器接受来的信息,判断出前线所需具体情况,然后向肌肉通过α运动神经元发号施令。

比如,需要小张力就能解决的小事件,就派个小的运动单位出来,数量也不需要太多;如果是面对比较大的困难需要解决,就需要增派大的运动单位,而且数量也要尽可能增加。

因此,神经系统可以通过运动神经元群中兴奋的运动神经元数量,指挥一块肌肉收缩时参与的肌纤维的数量而改变骨骼肌的收缩强度。这个我们可以叫他为肌肉收缩的空间总和。

这和游戏中双方交战特别像,小事件,派个小喽啰去就解决了,杀鸡用牛刀很浪费的;一看一个小喽啰解决不了,就多个;如果不是量能解决的问题,就升级让大将加入了,一个不行,就多个一起上。

最大的战役,就动员大将小兵一起来。

一看战争局势基本定了,大将就先回撤,小兵留着扫尾。

像不像足球或者排球等比赛中,当胜负没有悬念时,主力就先撤,留着精力应付下一场,一般队员们就继续顶着收尾。

这个有个洋气的专业名词,叫肌肉收缩调节的“大小原则”。

为何小麻烦要小运动单位去处理,除了中枢的总调度之外,与其本身的性格关系也密切。

犹如现实中,大腕总是深沉,兴奋性不高,需要较大的刺激才可能被激活;

但小碎仔一般都不知天高地厚,很踊跃,兴奋性特别高,犹如青春期的学生,一被激就跳将出来。

但好在刚才讲到,无论大小神经元,其指挥的肌纤维在一块肌肉上都是均匀分布的,这样,无论大的小的运动单位出马,对外表现出的,都是整块肌肉在收缩,差别只是产生的张力有差异。

理论上讲,肌随意动,来一个神经冲动,肌肉收缩一次,但因为骨骼肌兴奋后不应期短,几个毫秒就可以发生下一次的兴奋,但肌肉收缩用的时间就长多了,这样,连续的刺激就会导致骨骼肌若干个收缩叠加在一起。

如果下一个兴奋来的时候,肌肉已经完全舒张了,就是单收缩,如果正在舒张的路上,就是不完全强直收缩,如果还没开始舒张,就会形成强直收缩,强直收缩产生张力是最大的。这个叫做骨骼肌收缩的时间总和。

其次,神经对肌肉的这种中枢动员能力与中枢神经系统的激活和兴奋状态高度相关。

刚才讲到参与肌肉收缩运动单位的大小和多少是要受到中枢神经控制的。

运动单位就在哪放着,就看你要用什么样的措施激发他们。

如果说中枢能够让运动神经元的放电高度同步化,能够动员起来的肌纤维数量就多,收缩力量就大。

比如,没有经过训练的人,只能动员起来60%的肌纤维参与收缩,但是训练良好的人,却可以动员90%以上的肌纤维。平时的训练很重要,就犹如演习一样。

这说明当肌纤维数量一定的情况下,是可以通过存量改革激发潜力的。

比如新冠肺炎,中国后期抗疫为什么那么优秀,与其特殊体制下的动员能力密切相关。

短期内动员出了其他省市的很多医护人员和物资加入了抗疫战斗,使敌我力量发生显著改变,为取得胜利奠定了基础。

比如当年解放战争打淮海战役时,共产党就是有先进的激活动员能力,老百姓推着独轮车运送物资去打国军,这成了战争取得胜利的一大关键因素啊。

大家齐心协力,神经元同步放电,力量自然就强大。

但这种厉害的动员能力需要神经本身一定是具有兴奋性的(先进性)。

只有中枢神经系统自己兴奋性很高,才可以兴奋更多的神经元,发放出更高频率的动作电位,使那种兴奋性低的神经元也参与到兴奋中来。

这就犹如好的DJ,首先要自嗨,然后让兴奋性高的那些人HIGH起来,最后带动着把那些呆坐在角落里性格羞怯的和自命清高的全弄上台,疯狂摇起来。

这说明领导,或者执政党自身的先进性是非常重要的。这样才可以发动人民群众共谋中华复兴大业啊。难道从这里面我们没有发现党员进行不忘初心教育的目的?

而且研究已经告诉我们,当肌肉收缩时遇到的是最大收缩肌力80%以下负荷的时候,我们只要搞“肌海战术”就够了,就是募集更多的肌纤维参与收缩,即可解决。

但肌肉收缩时遇到的是超过最大收缩肌力80%的负荷时,光靠肌数就起不了决胜作用了,这时候,能动员的大多数肌纤维已经参与进来了,接下来要解决的是通过提高神经中枢发放冲动的频率和有关肌肉中枢同步兴奋的程度,让参与进来的尽量发挥好潜能一起收缩。

到这儿大家想想,就如我们经常听到的社会热词,目前改革已经进入深水区。意思就是阻力已经比较大了,容易啃的骨头差不多都啃完了,剩下的都是硬骨头,现在能调动的资源差不多也调动了很多了,接下来怎么解决问题呢?增加共产党员的先进性,增加全体国民的爱国教育,然后,大家建设祖国兴奋性都很高,同步性都很好,复兴就有希望了。

要知道,这种建设(收缩)的兴致是很重要的。

比如情绪激动时,中枢神经系统的兴奋性比较高,释放的神经递质就会比较多。

释放的肾上腺素增加,肌肉应激性增加,什么生长激素、胰高血糖素、血管升压素等都出来了,心跳呼吸加快血压升高,机体战斗力增强;

释放的乙酰胆碱增加,和肌细胞后膜结合可能会更快,能直接影响肌细胞电流产生或肌细胞膜通道开放的概率。

要么你以为狗急跳墙是怎么发生的?

或者说汶川地震时,柔弱母亲怎么就在情急之下抬起了压在孩子身上的楼板?

因为突发的外来刺激会增加神经纤维兴奋的程度、兴奋持续的时间和兴奋的发生频率,这些都会增加乙酰胆碱释放,增加神经肌肉之间的传递效能。

再次,中枢的协调控制能力也会影响肌肉活动。

没有人不害怕猪一样的队友。

人体完成某一具体动作时,会有主动肌、协同肌、拮抗肌、固定肌等分工协同合作,动作才能或柔美或有力。比如肱二头肌收缩时,三头肌就应该放松。

如果这些肌肉之间内讧明显,就会增加内部损耗。使肌肉内部力量相互拮抗或者肌肉时空配合不对,导致动作变形、力道不精准。

这种效率的提高,需要高位中枢的协调。

比如,要实施一项青少年健康促进政策,至少需要国家卫计委、教育部、体育总局、财政部甚至发改委等部门的协助配合,哪个是主要承担部门,哪个是配合部门,可能遇到的阻力有哪些,会动到哪儿的奶酪,这时候,就需要有一位高层部门的首长牵头成立个推进委员会,协调以增加行动力。

我们在初始学习某一个动作时,动作僵硬、变形,耗能增加,累得满头大汗,肯定与高位中枢对于各肌肉之间的协调能力较差有关。一旦动作熟练并动力定型,就变得轻车熟路,协调优美,能量消耗也减少。

不折腾,就是不增加内耗。

但是再好的元帅也不可能光靠自己打胜仗。

肌肉本身的因素也是决定肌肉收缩产生力量的重要因素。

肌肉因素第一个,就是生理横断面。胳膊拧不过大腿,主要还是一般来讲大腿都比胳膊粗得多。

很多运动项目要在同重量级别之间进行较量,不同级别没有啥可比性。一般来讲,生理横断面大,块头大,意味着力量就大。

肌肉横截面积大,可能数量就多,可能肌纤维就粗。那么同时收缩就有更多的肌纤维参与,横桥脖子的铰链部分肯定更结实,产生张力也更大。

但老年人和儿童通过力量训练后力量增大了,但肌肉面积却没明显大,说明,横断面肯定不是唯一影响因素。

除了看数量和块头之外,还要看肌肉的纤维构成类型。

肌纤维类型主要分2种,快肌和慢肌。快肌力量大,冲动频率高,肌接头面积就大,释放乙酰胆碱多,但是很容易疲劳;慢肌力量小,冲动频率低,接头面积小,但里面血管丰富,线粒体多,细水长流,耐疲劳,维持时间长。

快肌纤维比例高,就适合纯爆发力项目,慢肌纤维高的就是耐力项目,有些周期性项目如赛艇皮划艇,需要两种比例合适的,需要有氧和无氧按比例结合供能。

决定肌肉效能的另一肌源因素是肌肉收缩时的初长度。

肌肉初长度是肌肉收缩的前负荷。在前面已经述及:粗肌丝长1.6µm,细肌丝长1.0µm,但安静时肌小节才长2.0-2.2µm。因此,安静时肌丝肯定是有重叠的。

而肌肉收缩时,粗细肌丝要靠横桥连接起来摆动,牵拉细肌丝向M线移动。这时候适当拉长肌肉,让粗细肌丝充分结合,自然可以增加收缩效能。

肌肉中还有用来感受长度和张力的感受器。肌肉被快速拉长的过程,会刺激长度感受器肌梭,反射性地让运动神经元刺激梭外肌收缩。现在流行的快速伸缩复合训练的原理就在此,牵张反射在此起了作用。

此外,肌肉中,除了肌纤维之外,还有肌膜和肌腱等弹性组织,这些成分被拉长后具有弹性势能,可以助力肌肉收缩。

但这种拉长要快速回缩,比如下蹲后的起跳,要立即进行;如果持续蹲着不跳,肌肉持续被牵拉以后,和肌腱串联的张力感受器腱梭就会起作用,为防止肌肉收缩过度,反射引起肌肉放松。这叫反牵张反射。

PNF拉伸就是利用了这一特征。

最后,肌肉长度也会影响肌肉收缩效能。肌小节长度固定,肌肉长度是肌小节数量决定的,长度越长,肌小节越多,收缩力量就越大。肌肉长度主要受遗传因素影响,所以可作为选材指标。

如上所述,上战场,将军有了,兵马也有了,接下来肯定是后勤保障。粮草先行啊,肌肉收缩舒张都需要ATP,ATP的产生和供应,就成了核心知识。

这个问题,且听下回分解。

责任编辑:张瑞