人體各種運動,其實都是肌肉收縮(muscular contractions)的成果。肌肉系統和骨骼系統關係密切,它們彼此配合,在日常生活和體育活動中產生各種各樣不同的動作。因此,肌肉系統和骨骼系統很多時都被合稱為運動系統(locomotive system)或肌肉骨骼系統(musculoskeletal system)。

人體內有三種不同的肌肉:骨骼肌(skeletal muscle)、平滑肌(smooth muscle)和心臟肌(cardiac muscle),不過它們都有以下的共通點(Jensen & Fisher, 1979):

雖然三種不同的肌肉都有以上的共通點,但它們亦有一些不同的特性。例如,每種肌肉的收縮機制雖然相同,但收縮的速度、可持續的時間、目的等卻有很大的差異。每一種肌肉都有特定的結構和功能去應對要擔當的任務。


肌肉系統的功能

肌肉系統的主要功用包括:


肌肉的類形

肌肉系統是由三種不同的肌肉組成:

  1. 骨骼肌(skeletal muscles):主要附於骨骼上,與骨骼系統相配合,除意志支配而做出各種各樣的動作。由於在顯微鏡下可看見明暗相間的橫紋,所以亦稱作橫紋肌

  2. 平滑肌(smooth muscles):主要構成人體內臟器官(心臟除外)如胃、腸、血管等的管壁。在顯微鏡下沒有橫紋,也不受意志支配

  3. 心臟肌(cardiac muscles):只存在於心臟中而得名,在顯微鏡亦可看見橫紋,但不受意志支配,也不易疲勞。

骨骼肌

平滑肌

心臟肌

  • 受意志支配。

  • 在顯微鏡下有橫紋。

  • 容易疲勞。

  • 不受意志支配。

  • 在顯微鏡沒有有橫紋。

  • 不易疲勞。

  • 不受意志支配。

  • 在顯微鏡下有橫紋。

  • 不易疲勞。


骨骼肌的結構

三種不同的肌肉當中,與體育運動最有直接關係的就是骨骼肌。人體共有 600 多條骨骼肌,約佔全身重量的 40%。

骨骼肌(在此之後只稱作肌肉)是由數以千計,具有收縮能力的肌細胞(muscle cells)所組成,由於其形狀成幼長的纖維狀,所以亦稱作肌纖維(muscle fibers),並且由結締組織(connective tissue)所覆蓋和接合在一起。每一條肌纖維(亦即每一個肌細胞)均由一層稱為肌內膜(endomysium)的結締組織所覆蓋,多條肌纖維組合一起便構成了一個肌束(muscle bundle 或 fascicle),並由一層稱為肌束膜(perimysium)的結締組織所覆蓋和維繫。每條肌肉可以由不同數量的肌束所組成,再由一層稱為肌外膜(epimysium)的結締組織所覆蓋和維繫。這個在肌肉內由結締組織所形成的網絡最後聯合起來,並連接到肌肉兩端由致密結締組織(dense connective tissue)構成的肌腱(muscle tendon),再由肌腱把肌肉間接地連接到骨骼上。肌腱本身沒有收縮的能力,但卻有很大的抗張能力。

肌肉內有大量的血管和微血管,動脈和靜脈沿著結締組織進入肌肉之後,便在肌內膜之中和周圍不斷分支成更細小的血管和微血管,形成了一個非常龐大的網絡,以確保每條肌纖維都能夠得到充足的養分,與及把有害的廢物如二氧化碳等排出肌細胞之外。根據 Inger(1978)及 Saltin 等(1977),習慣坐著不動的人平均每條肌纖維只有 3 至 4 條微血管環繞著,但經常參與體育鍛煉的人卻可以有 5 至 7 條之多。

進行劇烈運動時,肌肉所需的血液可以是安靜時的 100 倍或以上,環繞著每條肌纖維的微血管數目當然會影響到血液的供應。除此之外,人體還會作出一些其他改變,以滿足劇烈運動時肌肉對血液供應的需求。這些改變包括:(1)活耀肌肉交替地收縮及放鬆,週期性地對血管進行擠壓,加速血液回流心臟,也就加快了血液重新供應到肌肉的速度;(2)收窄供應血液到身體非活躍部位(如內臟、腎、皮膚)的血管,另一方面卻擴張供應血液到運動肌肉的血管,以調節血液的流量。

與血管一起進入肌肉的還有神經元(即神經細胞),當中包括了運動神經元(motor neurone,亦作輸出神經元,efferent neurone)和感覺神經元(sensory neurone,亦作輸入神經元,afferent neurone)。這些神經元在結締組織內不斷分支,接觸到每條肌纖維之上。運動神經元收到來自中樞神經系統(central nervous system)的刺激後便會引起肌肉收縮。肌肉內約有 60% 為運動神經元,餘下來的 40% 為感覺神經元,主要是把痛楚和來自身體各部分的訊息傳達到中樞神經系統。


骨骼肌細胞的結構

骨骼肌細胞的長度可由 1 毫米至 15 厘米,直徑約為 10 至 100 微米。在光學電子顯微鏡下,骨骼肌纖維(即骨骼肌細胞)呈深淺相間的橫紋,所以骨骼肌又稱作橫紋肌(striated muscle)。肌纖維膜(sarcolemma)之內是一種紅色並帶黏滯的液體,稱為肌漿(sacroplasm),當中懸浮著細胞核、線粒體、肌紅蛋白、脂肪、醣元、PC、ATP及數以千計線狀的蛋白絲,稱作肌原纖維(myofibrils)。肌原纖維內的肌節(sarcomeres),就是肌肉收縮的單位。肌節主要由兩種肌原纖維微絲(myofilaments)所組成,較幼身的一種稱作肌動蛋白微絲(actin filament),而較粗身的一種則稱作肌球蛋白微絲(myosin filament),彼此間以一種特別的結構排列著──每條肌球蛋白微絲由 6 條或更多的肌動蛋白微絲圍繞著。


肌原纖維的微型結構

在細心觀察之下,肌原纖維亦呈現深淺相間的橫紋,骨骼肌之所以呈深淺相間的橫紋,其實也是基於這個緣故。根據光通過肌原纖維微絲時的特性,淺色的地段稱作 I 帶(isotropic band),而深色的地段稱作 A 帶(anisotropic band)。I 帶中央有一條較為深色的線,稱作 Z 線(zwischen line),Z 線與 Z 線之間的一段就是一個肌節,也就是肌肉收縮的基本單位。

I 帶只含有肌動蛋白微絲,它們在肌節之內並不延續,其中一端穩固在 Z 線之上,而另一端則部分伸延至 A帶之內。因此,A 帶雖然主要由肌球蛋白微絲所組成,但仍包含小部分的肌動蛋白微絲,A 帶中央欠缺肌動蛋白微絲的部分稱作 H 區域(H zone)。

肌原纖維被包圍在一個稱作肌漿網(sarcoplasmic reticulum)和 T 小管(transverse tubules)的網絡結構之中,這個結構相信與肌肉收縮時神經訊息的傳導有關。肌漿網與 T 小管合共佔上肌纖維體積的 5% 左右,經過長期的體育鍛煉後,平均可增加至 12%(Cirrito,1979)。

肌肉纖維的類型

肌肉收縮的機制

肌肉收縮的類型

神經肌肉控制

鍛煉對肌肉系統的影響

骨骼系統

  1. Fox, E. L., Bowers, R. W, and Foss, M. L. (1993). The Physiological Basis for Exercise and Sport (5th ed.). Dubuque, IA: Wm. C. Brown.

  2. Huxley, H. (1969). The mechanism of muscular contraction. Science, 164(3886), 1356-1366.

  3. Inger, F. (1978). Maximal aerobic power related to the capillary supply of the quadriceps femoris muscles in man. Acta Physiol Scand, 104, 238-240.

  4. Jensen, C. R., & Fisher, A. G. (1979). Scientific Basis of Athletic Conditioning (2nd ed.). Philadelphia: Lea & Febiger.

  5. Johnson, M. a., Polgar, J., Weightman, D., and Appleton, D. (1973). Data on distribution of fiber types in thirty-six human muscles. An autopsy study. J. Neurol Sci, 18, 111-129.

  6. Saltin, B., Heriksson, J, Nygaard, E., and Anderson, P. (1977). Fiber types and metabolic potentials of skeletal muscles in sedentary man and endurance runners. Ann NY Acad Sci., 301, 3-29.

  7. Vogler, C., and Bove, K. E. (1985). Morphology of skeletal muscle in children. Arch Pathol Lab Med, 109, 238-242.

  8. 教育局(2009):體育(香港中學文憑)教材套-人體

最後更新日期:2016/08/02