NSCA基础教程（4-4）人体力量中的生物力学因素

有几种生物力学因素与人体的力量有关，包括神经调节、肌肉模截面积、肌纤维的排版、肌肉力量、关节角度、肌肉收缩速度、关节角速度和体重。

一块肌肉产生的力量是由大脑发出的神经信号决定的，规定了在一次肌肉收缩中运动单位的动员方式、那些运动单位被动员以及发放冲动的频率。在一次收缩中，所包含的运动单位越多，募集的运动单位越大，发放冲动的频率越高，产生的力量就越大。在抗组训练的开始几周内，力量提高的主要原因是神经产生了适应，大脑学会了在给定数量的肌组织中产生更大的力。因此，在抗阻训练早期，肌肉力量增加的百分数大于肌肉体积增加的百分数。

通常，含有抗阻训练的训练计划都在初期受到鼓励，而在末期失去信心，因为开始的时候力量增加的速度很快，而之后的增长速度就比较慢。这一点很关键，私人教练必须对客人进行鼓励，使他们保持积极性。一定要注意，尽管训练初期力量的增长速度很快，但是由于肌肉体积的增加，肌肉力量会在较长的一段时间内保持低速度增长，最终形成较大的力量并且改善身体外形。

通常，一块肌肉产生力量的能力与横截面积的关系最为紧密。考虑这样一神情况，有两块模截面积相同的肌肉，但是长度不同。较长的肌肉体积和重量都较大，但是产生力量的能力却与较短的肌肉相同。如果体积相同，那么长度较长的肌肉横截面积就会比较小，因此产生力量的能力就较小。在考虑这些问题之后就可以知道，如果两个人高度不同但是体重和脂肪百分含量相同，那么产生力量的能力就不同。较高的那个人肌肉模截面积较小，因此力量与体重的比值就比较小。所以身高较高的人在进行俯卧撑、引体向上和短跑运动时比较困难。

测试显示，肌肉在进行最大收缩的时候，每平方英尺横截面积能够产生23. 2-145磅的力。这种差异是由肌纤维的排列形式造成的（图4-8）。羽状肌肌纤维的排列形式类似羽毛，肌纤维的方向与肌肉的收缩方向成一定的角度。倾斜角是肌纤维与肌肉力的作用线之间形成的角度。如是角度是0，那么就表示没有倾斜角。

人体中有几块肌肉是羽状肌，大部分羽状肌的倾斜角都不超过15度。羽状肌的一个优点就是更多肌肉与关节接近，从而降低旋转惯性。例如，小腿肌肉的倾斜角使其与膝关节更加接近，从而减小了跑步运动中的惯性阻力。在肌肉收缩过程中，倾斜角度可能发生的缩短而增加。与没有倾斜角的肌肉相比，羽状肌在进行高速度收缩的过程中具有更强的发力能力，尤其是在肌肉范围极端的时候。 但是羽状肌产生等长、离心或者低速度等长收缩的能力较低。尽管存在着利于弊，但是这种纤维排列类型能够对大多数肌肉提供足够的优点，所以很多骨骼肌都具有倾斜结构。

当肌肉处于安静长度的时候，可用的横桥数量达到最大值，因为在这种情况下，细肌丝和粗肌丝能够最大程度的彼此接近 （图4-9）。结果，当肌肉处于安静长度的时候能够产生最大力。如果肌肉被拉长，那么相邻的细肌丝和粗肌细将会减少。肌肉不能产生安静时产生的力量，因为栈桥的结合位点减少了。如果肌肉产生收缩，长度小于安静长度；那么肌丝之间就会产生重迭，也会减少横桥的结合位点。

因此，当肌肉被拉长或缩短的时候，产生力的能量就会减弱。私人教练应该在顾客的抗阻训综中不断改变阻力大小，通常，一个人在动作范围中间的时候比在极端的时候产生的力大。但是不是所有身体环节都一样。因此，最好对运动施加足够的阻力，将速度控制在一定的范围内，并且使力量根据客户的能力产生变化。

实际上，身体的所有运动都是围绕关节进行旋转。当手或脚进行直线运动的时候，很难注意到旋转动作。 但是，进行仔细观察就会发现手或脚的直线运动分别是由肩关节和肘关节以及踝关节和膝关节旋转产生的。因为旋转需要力矩，所以肌肉通过力矩产生力量。对于给定的肌肉来说，力量越大，力矩越大，也就是使身体环节产生旋转的能力越大。

想要了解肌肉的收缩能力，需要了解肌肉在关节整个动作范围内产生最大力矩的能力。力矩大小发生变化的原因有：（a）肌肉力与肌肉长度的关系。（b）肌肉、肌腱和关节内部结构的几何学形成杠杆的变数。其它影响力矩的因素包括运动类型（等张、等长等）、运动方向 （伸展或屈曲）和角速度。

最大肌肉力矩与关节角度呈函数关系，其方式与最大力量和肌肉长度的函数关系不同。原因有几种。首先，当旋转轴和肌腱的位置发生变化的时候，肌肉的力臂就会随之改变。例如，在肘关节运动的开始和结束阶段，肘关节屈肌的力量一定大于动作范围中间产生的力量。从另一个角度来说，当肘关节屈肌的力量一定的时候，动作范围极端产生的力矩小于中间产生的力矩。

最大肌肉力矩与关节角度的函数关系不同于最大肌肉力与肌肉长度的函数关系的另一个原因是，通常都是一个肌群共同作用引起运动。由于肌肉的构造不同，所以肌肉在动作范围的不同位置的长度是不同的。这将影响肌肉力的大小。例如，腓肠肌利比目鱼肌都是足部的跖骨屈肌，腓肠肌是双关节肌，跨过踝关节和膝关节。因此当膝关节伸直的时候比较紧，而当膝关节弯曲的时候比较松。比目鱼肌只跨过一个关节——膝关节，所以张力不受膝关节角度的影响。考虑到这些问题，坐姿小腿练习器是用来锻炼比目鱼肌而不是腓肠肌的。当一个人膝关节弯曲保持坐姿的时候，腓肠肌处于放松状态，其程度不成产生较大的力。因此.，主要有比目鱼肌来负责足的跖屈运动。

最后一个原因是，当肌肉可跨过身体两个关节的时候，肌肉的长度受到两个关节角度的影响。例如，当一个人在站立位，腰向前弯曲的时候，腿后肌群就被拉伸了。因所以膝关节屈肌产生对力矩比躯干竖直位的时候大。腿后肌群外加的张力不仅影响最大力矩的大小，也影响力矩与膝关节角度的函数关系。

A.V.Hill对离体肌肉的试验显示，当肌肉收缩速度增加的时候，肌肉产生力的能力下降。当速度从低水平增加到中等水平的时候，力量下降的速度最快。而当速度从中等水平增加到高水平的时候，力量下降的速度较慢。因此，速度-力量的关系不是线性的。可以采用特殊的运动枝巧来利用这种关系的优势。例如，在纵跳中向前和向后摆臂，这样将会在肩关节给躯体一个向下的力，减小身体向上的加速度。膝关节和髋关节伸展能够减慢下落的过程，使肌肉在较低的速度下进行收缩，从而能够在较长的时间内产生更大的力。

对高速度运动进行训练可以改变力量-速度曲线的形状，使高速度力量的下降程度减小。为了发展客户的速度力量，私人教练应该在跑步计划中加入间隔性冲刺训练，在抗阻训练计划中加入高速度小负荷的运动。一些舞蹈动作中也会含有速度非常快的动作。

肌肉收缩产生的力矩随着关节角速度的变化而变化。在等动（关节角速度恒定）向心运动中，最大力矩随着角速度的增加而减小。但是，在离心运动中，当关节角速度增加的时候，最大力矩减小，直到关节角速度达到90度/秒左右，然后开始慢慢下降。结果，在肌肉的离心收缩中，肌肉力可以达到最大值。这就是为什么一些顾客愿意采用离心运动来进行训练的原因了。他们通常采用较大的负荷，不能独自完成，需要一到两个工作人员协助。没有负荷的运动也含有离心成分，这是可以产生非常大的力。例如。如果一个人从山上走下来并且背一个较重的背包，那么股四头肌在产生大力量来减慢身体的下落时就被拉长了。在舞蹈的下落动作中，腿的下落也是一个例子。

力量-体重比等于一个人在特定动作中产生的力除以体重大小。反映了提升身体和加速身体的能力，在包含整个身体动作的运动中尤为重要，例如跑步和跳跃。

力重训练可以提高力量-体重比，但只是通过力量增长百分比大于体重增长百分比这一种方式。例如，如果一个人的体重是150磅，下蹲的最大重量是200磅，那么腿举的力量-体重比就是200/150 = 1.33，如果训练后，这个人重155 磅，下蹲的最大负荷是220 磅，那么力量-体重比就增加到220/155 = 1.42，但是，如果在力量获得同等提高的时候体重增加到170 磅，那么力量-体重比就减少到了1. 29。出现减小的情况并不奇怪，尤其是对于健美运动员来说，他们主要关心的就是塑造肌肉块，不考虑是否能够提高运动能力。但是，对于以增加力量为主的人来说，例如攀岩运动、足球、体操，甚至是老年人的日常活动，重要的是使力量的增长的程度大于体重增长的程度。不经常运动的人不需要关心这些问题，因为大部分运动计划都会增加他们的力量，同时维持或降低体重。但是，高水平运动员必须考虑，他们所选择的运动产生的效果是力量增加的程度更大？还是体重增加的程度更大？

力量-体重比值增加通常意味着身体能力的提高，不管是工作、运动还是日常生活。不是所有训练计划都能提高力量-体重比值，如果训练计划使体重的增加程度大于力量的增加程度，那么力量-体重比值将会降低。