阅读《三体》的启发与联想——基础科学认知对理解训练的重要性

最近读了一部小说，书中的思维方式给我在训练上带来了很大的启发，在这里分享给大家。

先来科普一下，《三体》是一本科幻小说，讲的是：三体人入侵地球，但最后地球人成功保卫家园的故事。在第一本当中讲到，三体人准备入侵地球，可从他们的星球来到地球需要花费400年时间，这段时间三体人的科学技术水平是停滞不前的，让他们担忧的是地球人会不会在这400年里科学技术水平发展超过他们。于是观察了地球人的历史，经过推算后发现，地球人完全可以在这400年时间超过三体人的科学水平。

那为了阻止这个结果的到来，三体人需要限制地球的科技进步。他们决定从“基础科学”入手，基础科学属于各种技术或应用科学的底层逻辑，比如说引力定律就可以解释类似重力，潮汐等现象。但若这个理论被打破，那等于说明依据这些原理而衍生的科学技术都将是错误或者不稳定的。另外基础科学的进步是理论的进步，从热能，电能到核能，也才有了枪炮到原子弹这样的进步过程。可以说，若想限制更强武器的诞生从基础科学进行打压是最好的。

看到这里，我开始想，我们的教练的“ 基础科学 ”可以给我们带来什么？这些理论能给我带来哪些帮助？

以前学习教练基础科学知识，会有一种“鸡肋”的感觉，感觉这些知识对我真实训练或带客户训练没有指导意义，但不学总觉得没有那个“范”，心里总是默念“这些应该知道”。但现在进行过一段时间的磨砺以后，我发现了“新大陆”。

以下是我的大胆假设：☟ 

这是有两项基础知识融合思考得到的假设。第一是心肺适 能的概念： 心肺适能指的是运动时心脏和肺向工作肌输送血液的和氧气的能力。测试心肺适能是测试VO2max（最大摄氧量）和心率之间的线性关系，心率和VO2之间稳定增长，找出心率增加中加速度最高的点来判定当下的心肺适能。

翻译成人话就是耐力能力，跑多久开始累了，坚持越久越厉害。

第二个基础知识： 肌纤维的类型分三种，红肌纤维，白肌纤维，中间肌纤维。红肌纤维耐力强，爆发力和力量相对低，维度最小。白肌纤维，耐力差，爆发力和力量最强，维度也最大。中间肌纤维，是适中的，耐力比红肌纤维差比白肌纤维强，力量和爆发力比白肌纤维差但比红肌纤维强。

翻译成人话就是，有三种肌肉男，大块头，大力量。小块头，持久力强，中等块头，力量，持久都居中 。

这两个知识一结合，就出现了一些问题了。白纤维的耐力远不及红肌纤维耐力，但是全部使用最大摄氧量这样的测试方法对于爆发力的训练人员是不公平的，因为他们的运动目标就需要大力量，大强度，而减少持久性，如果特意加强他的耐力，提高的同时可能会降低他本身的运动需求。

举个极端的例子，一个举重运动员，为了测试他的心肺适能让他去做5公里的长跑，测试成绩。这本身就是一个很不公平的测试方法，因为他的肌纤维比例就决定了他去跑5公里对他来说是噩梦。那么测试举重运动员应该用他经常发生的运动方式来测试。

假设一下 ：先测试他的静态心率，然后举起大重量后在测试他的心率，观察心率的变化幅度。等他回到静息心率并记录恢复的速度。然后加重量后，在进行测试。在他重量和心率之间进行记录才相对合理一点。若按比赛的节奏，他能回到的静息心率的速率和他比赛组间休息时的时间类似就是最好的。

作为教练，以前都会知道的一个知识点，肌肉收缩方式分为三种：等长收缩，向心收缩，离心收缩。等长收缩指肌肉产生收缩张力但肌肉长度不变；向心收缩指肌肉产生收缩张力并且长度缩短；离心收缩指肌肉产生收缩张力但肌肉长度变长。然后一个一直重要的知识点：等长收缩的力量>离心收缩的力量>向心收缩的力量。

人话版是：肌肉三种方式，1手拿哑铃不动，2将哑铃靠近自己，3将哑铃慢慢拿远。

比如说硬拉，我们可不能拉起一个自己临界点的重量，但可以拿着这个重量以匀速状态，慢慢放下，阻力和自身的力量平衡。得出离心力量大于向心力量。所以对于训练我们都会下意识先练习等长收缩，在练离心，最后向心练习。逻辑自洽。

肌丝滑动，这是一个专业基础的学说，指的是肌肉收缩的最小单位——肌小节。细肌丝和粗肌丝交替排列，细肌丝的“小触手”搭在粗肌丝上形成横桥，粗肌丝和细肌丝之间相互靠近然后产生更多的横桥，横桥起了作用达到了收缩。当粗肌丝和细肌丝距离较远的时候起到作用的横桥就会少，产生的收缩力量就不会大。

但距离又过于靠近，肌纤维之间错综复杂，产生作用的横桥也会变少，肌肉的收缩力量也会下降，所以就会有类似肌肉缩短位无力和拉长位置无力的现象。肌肉在适宜长度，能产生的力量相对最大，所以才会有“中立位”的概念，因为在那个位置，肌肉的作用才发挥最大。

人话版：肌肉拉长了力量小，肌肉短了力量也小，长度刚刚好，有力量。

好问题来了，可能很多人会觉得，这两个知识没问题啊，以前也是这样学的啊。没错，两个单看没问题，但放在一起就有问题。 我把问题简写一下：

难道等长收缩力量就是肌肉适宜长度吗？等长收缩是肌肉收缩的一个状态，而肌丝滑动给到的是肌肉力量最大的必要条件。回到之前举的例子，硬拉，从地上举起重量的初始阶段，髋伸肌群是拉长位的，可放下来的初始阶段，身体是直立，髋伸肌群是相对中立的。所以能做到匀速放下可能是初始长度的问题，不能说只有收缩方式的问题，有点懵，那回答一个问题，腘绳肌在拉长位的等长收缩和相对中立的位置的向心收缩，谁的力量最大呢？

是不是不能正面清晰的回答这个问题，所以对于这两个知识放在一起需要大家思考一下的。

我个人思考得到的答案是： 同一个收缩方式下，适宜长度力量最大。但收缩方式不能当作力量大小的比较。

这样的结论直接影响之前的训练方式或者说康复训练方式，也许以前的效果很慢甚至没效果，不见得是练的强度和频率不够，也许问题在方法本身。

基础知识决定使用方式，最后影响训练结果，曾经认为鸡肋的基础知识，在现在看来是多么富有决定性的意义，这是我对于基础知识的个人剖析，也希望大家也开始思考。

向探究身体训练奥秘的你致敬，我是Neo。

肌肉收缩机制是肌细胞产生动作电位，引起肌浆中Ca+浓度升高，Ca+与肌钙蛋白C结合，肌钙蛋白发生构象变化，使肌钙蛋白Ⅰ与肌动蛋白的结合减弱，原肌球蛋白发生构象改变，使肌动蛋白上的结合位点暴露，横桥与肌动蛋白结合，横桥发生扭动，将细肌丝往粗肌丝中央方向拖动。

经过横桥与肌动蛋白的结合、扭动、解离和再结合、再扭动所构成的横桥循环过程，细肌丝不断滑行，肌小节缩短。肌肉收缩过程中能量来源于ATP水解释放的能量。

扩展资料：

肌肉是由圆柱状的肌纤维组成的，而肌纤维中包含有许多纵向排列的肌原纤维，它是肌肉收缩的装置。肌原纤维由肌小节组成。

在每个肌小节中，由肌球蛋白组成的粗丝和由肌动蛋白组成的细丝—F-肌动蛋白相互穿插排列，并且依靠粗丝头端的横桥使二者紧密接触在一起。肌肉的收缩是粗丝和细丝发生相对运动的结果，这个过程受Ca的调节，并需要水解ATP来提供能量。

——肌肉收缩

共包括五个步骤：1刺激产生的动作电位以局部电流的在神经纤维上传导。

2兴奋在神经-肌肉接头处传导。

3动作电位在骨骼肌细胞上的传导。

4骨骼肌细胞的兴奋-收缩耦联。

5骨骼肌的肌丝滑行理论。

一、兴奋和兴奋性

1 ．生物体具有对刺激发生反应的能力，称为 兴奋性（ excitability ） 。兴奋性是神经肌肉最重要的生理特性。兴奋性是神经肌肉最重要的生理特性。

2 ． 神经、肌肉和腺细胞兴奋性最高，习惯上将它们称为 可兴奋细胞（ excitable cell ） 。

3 ．组织细胞接受刺激后，在细胞膜两侧发生一次可传播的电位变化，称 动作电位 。

4 ． 兴奋性又特指组织细胞接受刺激具有产生动作电位的能力，而 兴奋（ excitation ） 则是产生动作电位本身或动作电位同义语。

二、引起兴奋的刺激条件

刺激是引起组织兴奋的动因。实验表明，任何刺激要引起组织兴奋必须达到一定的刺激强度、持续一定的作用时间和一定的强度一时间变化率。

1 ．阈强度（ threshold intensity ）和阈刺激（ threshold stimulus ）

通常把在一定刺激作用时间和强度—时间变化率下，引起组织兴奋的这个临界刺激强度，称为阈强度或阈值。具有这种临界强度的刺激，称为阈刺激，强度小于阈值的刺激为阈下刺激，强度大于阈值的刺激为阈上刺激。

2 ．强度—时间曲线（ strength-duration curve ）

将引起组织兴奋所需的刺激强度和时间的关系，描绘在直角坐标系中，可得到一条曲线，称强度—时间曲线。最低的或者最基本的阈强度，称为 基强度 。

三、兴奋性的评价指标

1 ．阈强度是评定组织兴奋性高低的最简易指标。兴奋性与阈强度呈倒数关系。

2 ． 时值（ chronaxie ） 是以 2 倍基强度刺激组织，刚能引起组织兴奋所需的最短作用时间。兴奋性与时值亦呈倒数关系。

四、兴奋后恢复过程的兴奋性变化

组织兴奋性经历 4 个时期。

1． 绝对不应期（ absolute refractory period ） ：紧接兴奋之后，出现一个非常短暂的绝对不应期，历时约 03ms ，兴奋性由原有水平降低到零，无论测试刺激的强度多大，都不能引起第二次兴奋；

2． 相对不应期（ relative refractory period ） ：继而出现历时 3ms 的相对不应期，表现兴奋性逐渐上升，但仍低于原来水平，需要高于正常阈值的刺激才能引起兴奋；

3． 超常期（ supernormal period ） ：接着为超常期，约 12ms ，兴奋性高于原来水平，用低于正常阈值的刺激也可引起第二次兴奋；

4． 低常期（ subnormal period ） ：然后出现一个长达 70ms 的低常期，最后兴奋性恢复到原有水平。

五、神经肌肉细胞的生物电现象

1 ．静息电位（ resting potential ）和动作电位（ action potential ）

（ 1 ）静息电位 安静时存在于细胞膜内外两侧的电位差，称为静息电位。哺乳动物神经和肌肉的静息电位为 -70~-90mV 。

（ 2 ）动作电位 给予神经轴突一次有效刺激，膜内、外的电位差迅速减少有至消失，进而出现正膜外为负。膜电位的这种迅速而短暂波动，称为动作电位。

2 ．静息电位和动作电位产生的机制

关于膜电位的产生机制，目前证据比较充分，并为多数学者所接受的是霍奇金（ Hodgkin ）的离子学说。该学说认为， 生物电的产生依赖于细胞两侧离子分布的不均匀性和膜对离子严格选择的通透性，及其不同条件下的变化，而膜电位产生的直接原因是离子的跨膜运动。

在阐述静息电位和动作电位形成时都提及 膜的离子通道（ ion channels of the membrane ） 。现代生理学的研究表明，所谓膜的 离子通道实际上是镶嵌在细胞膜质双分子层上的特异性蛋白质 。

3 动作电位的传导

兴奋部位和邻近未兴奋部位之间，将由于电位差产生局部电流，使邻近未兴奋部位产生动作电位，依次向两侧推进，进行传导。

4 局部兴奋

如果刺激的强度小于阈值，虽然不能引起可传播的动作电位，只局限在受刺激的局部范围，故称为 局部反应（ local response ） 或局部兴奋。

六、兴奋在神经肌肉接头的传递

神经和肌肉是完全不同的两种组织，两者之间并没有轴浆联系，兴奋何以由神经传递给肌肉？大量的研究已证实，这种兴奋的传递是通过神经肌肉接头装置来实现的。

1 ．神经肌肉接头（ neuromuscular junction ）的结构

神经肌肉接头是指运动神经末梢与骨骼肌相接近并进行信息传递的装置。

神经肌肉接头的结构包括三部分：

（1） 接头前膜 ，系与神轴突膜的增厚部分。轴浆中有大量直径约 50nm 内含乙酰胆碱的囊泡。

（2） 接头后膜 ，即神经轴突膜相对应的肌细胞膜部分，该处又称 运动终板 。运动终板上有乙酰胆碱受体，它能与乙酰胆碱发生特异性结合。

（3） 接头间隙 ，指神经末梢与肌细胞膜的间隙。

2 ．兴奋在神经肌肉接头传递的机制

当运动神经元兴奋时，神经冲动沿神经纤维传至轴突末梢，并刺激接头前膜。接头前膜去极化使膜上的 Ca 2+ 通道开放，细胞外液中的部分 Ca 2+ 进入接头前膜，触发轴浆中的囊泡向接头前膜靠近，与前膜融合后释放乙酰胆碱进入接头间隙，乙酰胆碱扩散到接头后膜时与后膜上的特异性受体结合，引起后膜对 Na + 和 K + 等离子通透性改变，接头后膜去极化，形成终板电位，再通过局部电流作用使邻近的肌细胞膜去极化而产生动作电位，实现了兴奋由神经传递给肌肉。另外，间隙 中的乙酰胆碱被终板膜上的胆碱酯酶水解而失活，维持神经肌肉接头正常的传递功能。

2 ．兴奋在神经肌肉接头传递的机制特点 ：

（ 1 ）化学传递 （ 2） 兴奋传递是 1 对 1 的 （ 3） 单向传递（ 4 ）时间延搁 （ 5） 高敏感性

掌握知识点

兴奋 兴奋性 阈强度和阈刺激 基强度与时值 绝对不应期和相对不应期 静息电位和动作电位 局部电流 神经肌肉接头的超微结构、传递机制与特点

第二节 肌肉收缩的原理

教学要点

一、肌纤维的微细结构

每条肌纤维外面被一层薄膜所包裹，这层薄膜称肌膜，肌膜内有肌浆在肌浆中还充满平行排列的肌原纤维和复杂的肌管系统。原纤维和肌系统是实现肌肉收缩的最重结构。

1 ．肌原纤维（ myofibril ）

肌原纤维两相邻 Z 线之间的区域为一个 肌节（ sarcomere ） ，肌节是肌肉收缩与舒张的最基本单位。肌节又是由更细的平行排列的粗肌丝和细肌丝组成的。

2 ．肌管系统（ sarcotubular system ）

肌管系统指包绕在每一条肌原纤维周围的膜性囊管状结构。在肌肉活动时实现 Ca 2+ 的贮存释放和再和聚。

二、肌肉的收缩机制

1 ．肌丝的分子组成

粗肌丝主要由 肌球蛋白（ myosin, 又称肌凝蛋白） 分子组成。而分子的球状头部，形成所谓 横桥 。横桥具有两个重要的功能特征：一是有一个能与腺苷三磷酸（即 ATP ）结合的位点，同时具有 AIP 酶活性，但这种酶只有横桥与细胞丝连结时，才被激活；二是在一定的条件下，横桥可以和细肌丝相应的位点进行可逆性结构，并出现倾斜摆动，牵引细肌丝向粗肌丝的中部滑行。

细肌丝至少由三种蛋白分子组成。一种称 肌动蛋白（ actin, 又称肌纤蛋白） ，占细肌丝蛋白的 60% ，构成细股丝的主体。肌动蛋白与肌丝滑行有直接关系，其上有与肌球蛋白进行可逆性结合的位点，它和肌球蛋白都称收缩蛋白。另二种称 原肌球蛋白（ tropomyosin ） 和肌钙蛋白 （ troponin ） ，它们对肌丝滑行起着调节作用，故称调节蛋白。

2 ．肌肉的收缩过程

从肌细胞兴奋开始，肌肉收缩的过程应包括三个互相衔接的环节：细胞兴奋触发肌肉收缩，即兴奋 -- 缩耦联；横桥运动引起肌丝滑行；和收缩肌肉的舒张。

（ 1 ）兴奋 -- 收缩耦联

兴奋 -- 收缩耦联至少包括三个步骤：动作电位通过横管系统传向肌细胞深处；三联管结构传递信息；纵管系统对 Ca 2+ 的释放和再聚积。

（ 2 ）横桥运动引起肌丝滑行

一般认为肌肉收缩的基本过程是： 当肌浆 Ca 2+ 的浓度升高时，细肌丝上对 Ca 2+ 有亲和力的肌钙蛋白结合足够 Ca 2+ ，引起自身分子构型发生变化。这种变化又传递给原肌球蛋白分子，使后者构型亦发生变化，其结果，原肌球蛋白分子的双螺旋体从肌动蛋白双螺旋结构的沟沿滑到沟底，抑制因素被解除，肌动蛋白上能与横桥结合的位点暴露出来。横桥与肌动蛋白结合形成肌动球蛋白，后者激活横桥上 ATP 酶的活性，在 Mg 2+ 参与下，横桥上的 ATP 分解释放能量，横桥获得能量，向粗肌丝中心方向倾斜摆动，牵引细肌丝向粗肌丝中央滑行。当横桥角度发生变化时，横桥上与 ATP 结合的位点被暴露，新的 ATP 与横桥结合，横桥与肌动蛋白解脱，并恢复到原来垂直的位置。紧接着横桥又开始与下一个肌动蛋白的位点结合，重复上述过程，进一步牵引细肌丝向粗肌丝中央滑行。

（ 3 ）收缩肌肉的舒张，当刺激终止后， Ca 2+ 与肌钙蛋白结合消除，肌钙蛋白恢复到原来构型，继而原肌球蛋白也恢复到原来构型，肌动蛋白上与横桥结合的位点重新被掩盖起来，肌丝由于自身的弹性回到原来位置，收缩肌肉产生舒张。

三、单收缩和强直收缩

1 ．单收缩（ single muscle twitch ）

整块肌肉或单个肌纤维接受一次短促的刺激后，先产生一次动作电位，紧接着所进行的一次机械性收缩，称为单收缩。肌肉收缩分为三个时期，即潜伏期、收缩期和舒张期。舒张期的时间要比收缩期时间长得多，单收缩曲线是非对称曲线。

2． 强直收缩（ tetanus ）

实验时，如果给予肌肉一连串的刺激，只要每次刺激的间隔时间不短于单收缩所需要的时间，肌肉即出现一连串的单收缩。若增加刺激的频率，使每次刺激的间隔短于单收缩所持续的时间，肌肉的收缩将出现融合现象，即肌肉不能完全舒张，为强直收缩。强直收缩有两种。一种在增加刺激频率时，肌肉未完全舒张就产生第二次收缩，肌肉收缩出现部分的融合，称为不完全强直收缩（ incomplete tetanus ）。另一种，如果继续增加刺激频率，使肌肉在前一次收缩期末就开始和二次收缩，肌肉收缩反应出现完全的融合，称为完全强直收缩（ complete tetanus ）。人体进行各种运动时，其肌肉收缩都属于完全强直收缩，而强直收缩的持续时间，则受神经传来的冲动所控制。

掌握知识点

肌小节 兴奋收缩耦联 肌肉收缩的滑行机制 强直性收缩

第三节 肌肉收缩的形式与力学特征

教学要点

一、肌肉收缩形式

肌肉收缩的形式分为三类：缩短收缩、拉长收缩和等长收缩。

1． 缩短收缩

缩短收缩是指肌肉收缩所产生的张力大于外加的阻力时，肌肉缩短，并牵引骨杠杆做相向运动的一种收缩形式。缩短收缩时肌肉起止点靠近，又称向心收缩。如时行屈肘、高抬腿跑、挥臂扣球等练习时，缩短收缩又可分 非等动收缩（习惯上称等张收缩 isotonic contraction ） 和等动收缩 两种。

等动收缩是通过专门的等动负荷器械来实现的。在整个关节范围内肌肉产生的张力始终与负荷等同，肌肉能以恒定速度或等同的强度收缩。在作最大等动收缩时，肌肉产生的张力在整个关节范围都是其能力的 100% 。

2． 拉长收缩

当肌肉收缩所产生的张力小于外力时，肌肉积极收缩但被拉长，这种收缩形式称拉长收缩。在人体运动中拉长收缩起着制动、减速和克服重力等作用。

跑步时，支撑腿后蹬前的屈髋、屈膝等，使臀大肌、股四头肌等被预先拉长，为处后蹬时的伸髋、伸膝发挥更大的肌肉力量创造了条件。

当肌肉收缩产生的张力等于外力时，肌肉积极收缩但长度不变，这种收缩形式称 等长收缩（ isometric contraction ） 。等长收缩是肌肉静力性工作的基础，人体运动中对运动环节固定、支持和保持身体某种姿势起重要作用。

二、肌肉收缩的力学特征

1 ．后负荷对肌肉收缩的影响—— 张力与速度关系

肌肉开始收缩时才遇到的负荷或阻力称后负荷。在一定的范围内，肌肉收缩产生的张力和速度大致呈现反比关系；当后负荷增加到某一数值时，张力可达到最大，但收缩速度为零，肌肉只能作等长收缩，当后负荷为零时，张力在理论上为零，肌肉收缩速度达到最大。

2 ．前负荷对肌肉收缩的影响——长度与张力关系

前负荷是指在肌肉收缩前就加在肌肉上的负荷，它使肌肉收缩前就处于某种被拉长状态。实验表明，逐渐增大肌肉收缩的初长度，肌肉收缩时产生的张力也逐渐增加；当初长度继续增大到某一数值时，张力可达到最大；此后，再继续增大肌肉收缩的长度，张力反而减小，收缩效果亦减弱。通常把引起肌肉收缩张力最大的初长度称为 适宜初长度。

所谓肌肉适宜初长度，一般认为，人体肌肉的适宜初长度稍长于肌肉在身体中的“静息长度”。

掌握知识点

缩短收缩 等动收缩 拉长收缩 等长收缩 适宜初长度

第四节 肌肉结缔组织对肌肉收缩的影响

教学要点

一、肌肉结缔组织的组成

肌肉的结缔组织包括肌肉两端的肌腱和肌肉内部的肌内膜、肌束膜、肌外膜等。胶原是结缔组织最主要成分，它以胶原纤维形式存在。

二、运动对肌肉结缔组织的影响

1 ．长期运动可提高肌腱的抗张力量和抗断裂力量

据计算，运动时肌腱抗张应力约 350~420kg · cm -1 。实验表明，运动训练可提高肌腱的抗张应力，特别是肌腱与骨结合区的结合能力和力量，从而使肌腱能承受更大的拉力。

2． 运动可使肌中结缔组织肥大

肌肉超负荷训练后，在引起肌肉肥大的同时，肌中结缔组织也相应增加。

骨骼肌收缩和舒张的基本功能单位是：肌小节。

每一肌小节由粗肌丝和戏肌丝组成骨骼肌的收缩，就是细肌丝向粗肌中间滑行。

骨骼肌收缩与舒张一般是运动和休息等方式：

当运动时，骨骼肌通常会出现收缩现象，使骨骼周围血管收缩，产生乳酸，使肌肉更发达。

在休息时，骨骼肌处于静止状态，周围血管也处于休息中，骨骼肌可能就会出现舒张情况。

长此以往下去，骨骼肌可能就比较松弛，很容易因突然运动，导致抽筋等症状。

骨骼肌是横纹肌的一种，附着在骨骼上的肌肉。