教練！我該怎麼練肌肉，肌肉收縮方式與生物力學的探討｜肌力與體能

相信無論是有在接觸重訓的朋友一定都知道肌肉的向心、離心收縮對吧，但是真的就只有肌肉出力下伸長、縮短這麼簡單嗎？今天杯尼就來帶大家看看向心、離心收縮、等長收縮的目的以及在訓練或是復健上可以怎麼善用這三種收縮達到相對應的效果。

肌肉收縮原理-肌絲滑動學說(Sliding filament theory)與興奮收縮連結作用（Excitation-Contraction Coupling）

在開始介紹不同的收縮之前，我們要先了解肌肉收縮的原理。人體的每一條肌肉是由多條肌纖維組成而其中是在肌纖維中肌絲，然而肌纖維的數量並不會因為訓練造成的微小受傷就增生，大多數的研究還是支持人出生時的肌纖維數量就已經決定，之所以會因為訓練而使肌肉變大的原因則是因為肌纖維內的肌絲數量的增加。

至於肌肉收縮的原理是事實上是透過肌凝蛋白（Myosin）與肌動蛋白（Actin）交互作用而形成，當我們的肌肉要發力時大腦會先會透過運動皮質區傳遞訊號到脊隨（皮質脊隨徑）接著Alpha動作神經元傳遞神經訊號到肌肉，接下來引發所謂的興奮收縮連結作用（Exciation-contraction coupling），神經衝動（動作電位）促使肌漿網釋放鈣離子，解放肌動蛋白上的肌鈣蛋白(Troponin)使肌凝蛋白能夠接上激動蛋白產生收縮，進而使肌肉產生張力。

肌肉長度與力量的關係-從構造剖析

不知道大家在比腕力的時候，會不會注意到自己手肘與肩膀的角度會影響表現呢，沒錯，我們的肌肉在不同的長度下「主動產生」最大力量的大小也會有些不同，這是因為肌動蛋白與肌凝蛋白重疊數量不同而導致的結果，當我們的肌絲（Myofibrill）上若有更多組肌動蛋白與肌凝蛋白的橫橋（Cross bridge）越多時，就有產生更大力量的潛能。這也是所為的長度與主動張力關係（Active length-tension relationship）

(Screenshot from Kinesiology of the musculoskeletal system)

不過肌肉的張力不單單只是透過肌絲之間的橫橋收縮所產生的，「彈性組織」也能夠扮演重要的角色（雖然說是彈性組織，但事實上這些組織都有所謂的「黏彈性質（Viscoelasiticity），待會會提到」），所謂和力量相關的彈性組織包含肌肉與骨頭之間的連結-肌腱，肌纖維間、肌肉外層的結締組織（肌內膜、肌間膜、肌外膜），依據和肌肉之間的位置關係又可以再分為，平行彈性組織(Parallel elastic component,PEC)與系列（串聯）彈性組織（Series elasitc component,SEC）。這是由一位英國生理學家A.V. Hill所闡述的肌肉模型，又被稱為Hill-based model.

(Hill-based Model:Screenshot from Researchgate)

雖然上述的彈性組織聽起來就和橡皮筋一樣充滿彈性，但實際上並非如此，這些組織事實上是具有黏彈性質的，什麼是黏彈性質呢？我們首先先把黏性與彈性拆開來探討，所謂黏性，指的就是一個物體在受到力之後馬上產生形狀改變的特性，而且這個形變是無法恢復在沒有其他外力的因素下恢復原狀的，例如：水、牛奶等，就是具有黏性。而彈性呢，指的是物體在一定的外力大小內，會產生可恢復原狀的形變的特性，但當外力超過一定的大小，就有可能

產生永久形變或是崩壞，例如：橡皮筋、彈力帶等等。而黏彈性質就是這兩個性質的綜合體，而且會受到時間的因素影響，舉例來說給予10牛頓的力在肌腱上，持續五秒，他會先被拉長，直到力量減小的那刻彈回原狀，但如果我們持續10年（誇張一點）呢？肌腱將會被永久拉長，且在過程中可能會越拉越長（因為彈性係數會隨時間降低）。之所以會造成這樣的結果與我們組織構造的組成有極大的關係，我們大多的結締組織都是由蛋白質、醣類與水分所組成，所以才具備這樣的特性。回到主題，在關於跳躍的幾件事，一起來看看跳躍的原理吧～｜肌力與體能 當中有提到，在進行伸展-收縮循環（Stretch-shortening cycle）的過程當中，如果在緩衝期(Amortization phase)的時間太長，儲存在肌腱的彈性位能也會逐漸以熱能的形式散失，這

就是黏彈性質的展現。

說了這麼多，接下來就要看到這些黏彈性組織在產生力量上扮演這怎麼樣的角色。在短時間內，我們可以視這些黏彈性組織為一種彈性組織，當他超過他原本的長度時，即會產生被動張力，而這些張力加上肌肉原本可以產生的張力就能產生更大的張力，因此又有另一張圖能夠解釋這個現象，也就是綜合長度與張力關係（Total length-tension relationship）。

不同種收縮型態的定義與臨床應用

在肌肉收縮時，收縮型態會依據肌肉出力時關節改變的角度來定義：

1. 當關節角度的變化與肌肉收縮反向時，這時稱為離心收縮

2. 當關節角度的變化與肌肉收縮同向時，這時稱為向心收縮

3. 當肌肉收縮而關節角度沒有變化時（但肌肉長度仍有變化），這時稱為等長收縮

而這三種收縮各自有不同的特色，因此在物理治療臨床上皆具有不同的應用，向心收縮的特色在於，他是以做正功的方式呈現，也與我們在日常生活活動相近，在臨床上，我們常會對於神經因受損而尚未完全恢復肌肉較有效果（例如腦中風、周邊神經受損），通常物理治療師會應用本體感覺神經肌肉誘發術（Proprioception Neuromuscular Facilitation）的技巧來教導病患如何使用肌肉出力，恢復病人日常生活功能。

離心收縮則是具有造成肌肉微小損傷的特色，這點對於增加肌肉特別有幫助，因為肌肉的微小損傷會導致發炎，而這些發炎因子會間接得促使肌肉的增加(不過在一些肌肉病變的病患上離心收縮是禁忌症)。另外，在肌腱的復健上，越來越多臨床指引都有提到離心訓練對於肌腱修復的重要性，因為當我們肌肉收縮而整體的肌肉-肌腱單位（Muscle-tendon unit）被拉長時，此時肌腱的負荷對比向心收縮時會更加巨大，這對於肌腱再生組織在重塑期（Remodeling phase）能夠提供較好的刺激幫助新的肌腱排列。

等長收縮的特色在於他能夠訓練到肌肉自主出力的能力，因為肌肉如果要自發性的出力達到最大值就必須在等長收縮的狀況持續8~10秒才能達到最大值。另外由於長時間的出力也能夠使被拉長的肌腱組織產生壓力釋放（Stress-relaxation），這也能刺激肌腱上的膠原蛋白合成（Collagen synthesis）。另外，在肌力與體能訓練當中，我們常常也會使用突破等長收縮(Overcoming isometric)來訓練最大肌力，訓練的方法通常會在重訓行程中的Stick Point，也就是離心收縮轉換成向心收縮的位置（通常就是重訓中最艱難、需要被克服的位置），訓練8~10秒的等長收縮，以增加選手的1RM的重量大小。

總結

這次的文章簡單介紹了肌肉收縮的原理、過程、相關構造以及分類之後，下一次的文章將會帶大家認識肌肉纖維裡，除了肌動蛋白與肌凝蛋白以外的巨大彈性蛋白-Titin，在我們離心收縮的階段也扮演力量貢獻與儲存能量的角色，但在傳統的肌絲滑動學說卻沒有著重討論這個部分，因此杯尼也在網路上搜尋到一篇離心收縮的力量輸出與Titin之關聯的相關文獻，就讓我們接著看下去！

參考資料與文獻：

1. Kinesiology of the Musculoskeletal System: Foundations for Rehabilitation, 3/E 2017

2. Basic Biomechanics of the Musculoskeletal System 5/E 2022