Dynamic Human Anatomy
动态人体解剖学：第2版
人民邮电出版社
北京
图书在版编目（CIP）数据
动态人体解剖学：第2版 / （英）威廉·C.怀廷（William C.Whiting）著；齐健，刘少鹏译.--北京：人民邮电出版社，2020.6
ISBN 978-7-115-52916-9
Ⅰ.①动… Ⅱ.①威… ②齐… ③刘… Ⅲ.①人体解剖学 Ⅳ.①R322
中国版本图书馆CIP数据核字（2020）第046083号
◆著 ［英］威廉·C.怀廷（William C.Whiting）
译 齐健 刘少鹏
责任编辑 林振英
责任印制 周昇亮
◆ 人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
邮编 100164 电子邮件 315@ptpress.com.cn
网址 http://www.ptpress.com.cn
天津画中画印刷有限公司印刷
◆ 开本：700×1000 1/16
印张：19.75 2020年6月第1版
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本书内容旨在为大众提供有用的信息。所有材料（包括文本、图形和图像）仅供参考，不能替代医疗诊断、建议、治疗或来自专业人士的意见。所有读者在需要医疗或其他专业协助时，均应向专业的医疗保健机构或医生进行咨询。作者和出版商都已尽可能确保本书技术上的准确性以及合理性，并特别声明，不会承担由于使用本出版物中的材料而遭受的任何损伤所直接或间接产生的与个人或团体相关的一切责任、损失或风险。
人体的构造复杂而精密，一个看似非常简单的动作也需要人体诸多系统配合才能完成，因此只有在了解了人体运动机理的基础上，才能更健康、更科学地进行运动和训练。本书由拥有30多年生物力学和人体解剖学课程教学经验的威廉·C.怀廷教授倾力写就，旨在为从事体育运动行业的教练、老师，以及体育运动专业的学生，提供一个全面、系统的人体运动基础理论体系。
本书不仅详细讲解了人体运动中涉及的骨骼、关节、肌肉等解剖学知识，还深入分析了人体内的运动力学、流体力学、关节力学等运动力学概念，以及运动的肌肉控制机制和运动评估方法，此外，本书还探讨了姿势与平衡的类型和功能、姿势控制的机制、行走和跑动步态，以及跳跃、踢腿、抛掷和挥击等基础动作类型等基本运动模式的概念及理论。在此理论基础上，讨论了与运动相关的多个方面的应用，包括力量和体能训练应用、体育运动和舞蹈应用，以及人体工程学应用等，致力于为读者解密人体运动的秘密，并提供基础理论与实践应用的指导。
向我的妻子玛姬、儿子特雷弗和泰德
以及女儿艾米致以永恒的爱，感谢你们给我的人生赋予了新的意义。
真诚地纪念两位已故的同事与挚友，
詹妮弗·罗麦克和肖恩·弗莱里奇。
世间没有任何创造能像人体一般复杂精细、功能多样而又神秘莫测。我们的身体运行着无数的功能以确保我们得以存活。在人体的所有功能中，运动无疑是最重要的，因为没有运动，人类便无法存活。有了运动，身体才能焕发活力。一方面，有目的做动作的能力可以让我们维持基本的生理过程；另一方面，这种能力让我们追求运动和艺术表达的极限成为可能。
由于这些涉及了人体健康和表现的许多领域，因此对身体结构和功能的了解至关重要。这些领域的学生毫无疑问都修读过人体解剖的入门课程。然而，通常这些课程（它们试图在一个学期内涵盖所有的身体系统）为学生们提供的是结构解剖的基础知识，但是对人体功能性运动解剖的优雅性和复杂性的涉及有限。
依据我过去30多年教授人体解剖学、人体运动学和生物力学课程的经验，我想阐述一个遗憾的事实——有些学生学完基础解剖学之后，能够将自己所学的解剖学知识应用于人体运动问题中的能力非常有限。我称这些学生学到的知识为“死解剖”。
本书的写作目的是通过探索人体利用运动来表现自身的惊人潜能的过程从而让解剖学更加形象生动，进而为学生提供用以赏析和评估动态人体解剖学的信息和技巧。
本书是Dynatomy:Dynamic Human Anatomy（whiting & rugg,2006）的第2版，适用对象是已经修读过，或者正在修读人体解剖学入门课程，以及需要更加详细了解人体运动解剖学概念的学生，主要包括运动科学及人体运动研究、人体运动学、生物力学、体育学、教育学、运动训练、人体工程学和保健科学（比如药物、物理治疗）等领域的学生。
鉴于大部分学生已经忘记了解剖学入门课程中所描述和需要记忆的内容，因此，第一部分（解剖学基础）针对相关的解剖学信息和神经功能概念做了一个简要的综述。第一部分第1章（人体解剖学和运动）对人体运动动力学和解剖结构的要点进行了介绍。这一章简要概述了运动行为，包括生命周期内的运动发育、运动控制和运动学习，并且为之后讨论具体运动和人群建立了一个结构框架。
第2章（骨科学和骨骼系统）描述了骨骼的微观结构和宏观形态，以及骨骼系统的架构。这一章还定义了具体的骨骼和骨性标志名称。
第3章（关节解剖和功能）讨论了关节的结构、功能和动作（运动范围），同时描述了主要的肢体和脊柱关节。第4章（骨骼肌）首先讨论了骨骼肌的结构和功能，以及肌肉动作的基础生理学和机制。接着依次讲解了肌肉动作，主动、反射和固定动作，神经系统对肌肉动作的控制，以及影响肌肉发力的因素（例如，肌肉长度和速度、肌纤维类型和骨骼肌结构）。在这一章的结尾描述了负责产生和控制人体运动的主要肌肉。
有了必备的解剖学和神经力学基础，第二部分（生物力学和运动控制）提供了运动动力学方法的要点。这一部分从第5章（生物力学）开始。这一章综述了理解人体运动所应该掌握的力学概念。第6章（运动的肌肉控制和运动评估）阐述了肌肉控制公式，这是一组简单的步骤，用于识别负责产生或者控制人体运动的肌肉类型。无数个采用简单动作模式的示例强调了该公式的实用性。肌肉控制公式是一个非常有价值的工具，可以在各种各样的人体运动中用它来独立评估肌肉运动。第6章结尾讨论了若干个与运动评估相关的重要内容，包括单关节与多关节运动、协调性、运动效率和运动评估。
第三部分（基本运动）从第7章（姿势与平衡）开始。这一章讨论了姿势与平衡的类型和功能、姿势控制的机制、姿势的改变和扰动、发育因素、平衡的全生命周期特征以及姿势障碍。第8章（步态）探讨了行走和跑动步态的各个方面。第9章（基本的运动模式）介绍了跳跃、踢腿、升举、抛掷和挥击等基础动作类型。
有了解剖、生物力学和基本运动模式的基础，第四部分（运动应用）讨论了与运动相关的内容，包括力量与体能训练应用（第10章）、体育运动与舞蹈应用（第11章）、临床应用（第12章）以及人体工程学应用（第13章）中与运动相关的各个方面。
本书的主要目标之一是要涵盖许多传统解剖学课本中找不到的理念，同时也强调了功能与应用的理念。理解这些内容将帮助你为从事与人体运动相关的工作做好准备。每一章还提供了学习目标用以引导学生，同时还为大家推荐了可进一步学习的资料。
我们出版第2版的目的是为大家提供最近的研究和运用成果，同时加入了额外的知识扩展版块来更好地展示概念应用以及生物力学中与运动相关的研究。这一版增加了三章来扩展人体解剖学在力量与体能训练（第10章）、临床问题（第12章）和人体工程学（第13章）领域内的应用。此外，第11章（体育运动与舞蹈应用）扩充了涵盖棒球与垒球、篮球、美式橄榄球、高尔夫球、足球、网球和排球中的运动力学方面的知识。
本版的新增内容是一整套教师可以使用的教学资源。该资源是一套包含270多张幻灯片（展示了每章的关键概念）的教学文件，包括精选的图片和表格。教师可以对这些幻灯片进行更新来适应特定的讲座和课堂需要。读者可通过以下方式获取。
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请记住，文中的素材仅仅是一个开始。考虑众多论题中的任意一个问题就可以扩展成一个章节，甚至是一本书。我并不是说已经完全涵盖了所有的论题，而是一直在力求对人体运动的许多迷人领域作简明扼要的介绍。
如果学完本书之后你们开始欣赏人体运动，觉得它比刚学习时更加令人惊叹，并且没那么难以理解，那么这本书便出色地完成了它的使命。借用英国作家劳伦斯·斯特恩的话结束我的感想“运动有多少，生命就有多少，快乐也会有多少”（1980，p.354）。
尽管封面上只出现了一个名字，但是如果没有许多人的贡献与帮助，这本书就不可能完成。我要向许多为成书做出贡献的朋友和同事们表示感谢。尤其要感谢此书第1版的合著者，斯图亚特·拉格。他的宝贵贡献为此第2版奠定了基础。
特别感谢鲍勃·格雪戈尔和罗恩·泽尼克分享了自己关于生物力学的知识，并助力培养了我对教学的热爱。同样也要感谢朱迪·史密斯当时在加州大学洛杉矶分校人体运动学系设立人体解剖学计划时所做的开创性工作，使我打下解剖学基础，并让我拥有了对非凡人体运动力量的信仰。
我要感谢人体运动出版社的全体工作人员，尤其是乔希·斯通和阿曼达·厄文对该项目的出色协助、耐心、支持和信念。
最后，且最重要的是，我要感谢家人一直以来（尤其在本项目期间）坚定不移的支持和关爱！
第一部分分为4章，简要回顾了人体解剖学，从而为我们讨论人体运动提供了一个概念框架。第1章（人体解剖学和运动）介绍了解剖学和运动的概念，这为我们理解后续章节中的具体内容奠定了基础。第2章（骨科学和骨骼系统）回顾了骨骼系统的组成和骨的结构与功能的细节。利用第2章的信息，我们在第3章（关节解剖和功能）继续讨论关节系统和关节运动，包括涉及人体运动的主要关节。第4章（骨骼肌）探讨了骨骼肌的结构和功能，骨骼肌是产生和控制我们运动所需的力量的组织。这一章还考察了影响肌肉发力的因素。第4章作为第一部分的最后一章，介绍了运动肌肉，并总结了负责运动控制的具体肌群。
第一部分提供的信息对于我们理解动态人体解剖学至关重要，这些信息为我们将动态人体解剖学应用于各种各样的人体运动奠定了基础。
学习本章之后，你将能够完成以下事项。
►定义解剖学和生理学术语，并描述这两个研究领域间的关系。
►解释运动在我们日常生活中的重要性。
►了解在人的一生中运动是如何发生变化的。
►描述理解运动行为及其子领域（动作控制、动作学习和动作发展）的重要性。
►解释年轻群体和老年群体运动需要考虑的因素。
►描述个体之间运动能力差异的重要性。
►解释复杂性、差异性、个别性、适应性、联结性和非对称性等解剖学概念。
►描述结构组织层次和主要的组织类型。
►解释肌肉及结缔组织的结构和功能。
►定义和解释用以描述身体区域、身体位置、运动平面、旋转轴、关节位置和运动的解剖学术语。
►理解人体运动所必需的多学科视野。
在这一引导章节中，我们将在接下来的内容中为理解人体解剖和运动的细节建立一个概念框架。建立该框架时，我们采用了毕生发展观的方法，关注一般的解剖学术语和概念以及人体结构概述。我们重点强调与人体运动直接相关的解剖学要素（例如，骨骼和肌肉）。
解剖学可以简单地定义为研究有机体结构的学科。该术语源自希腊语“anatome”，意思是“分开”或者“割开”。这里考虑的有机体是人体。历史上，解剖一直是探索人体构造的主要方法，并且在培训保健科学领域（例如，医学和物理治疗）专业人士的过程中，它仍然是一个有用的教育工具。然而，在最近几十年内，各类科技的进步（例如，MRI和CAT扫描）让我们可以在不剖开身体的前提下更好地了解人体构造。
解剖学是一门涉及面很广的科学，它包含许多分支或细分部分。表1.1描述了一些具体的细分。在建立研究人体运动的解剖学基础时，我们要专注于整体（宏观）解剖学、系统解剖学（尤其是骨骼、肌肉和神经系统）、局部解剖学（因为它与特定的动作模式有关），以及最重要的功能解剖学。
尽管解剖学是我们研究的重点，但是相关的生理学领域（其关注的是身体部位和系统的功能）也值得一提。解剖学和生理学密切相关，抛开任何一个去研究另一个将毫无意义。我们首先用基本的术语介绍身体各部分的起源、发展和结构，接着会展示这些部分在结构和功能上是如何相互关联的。
首先我们会对人体运动做一个概述，接着会对功能解剖学的概念进行介绍。这些解剖学概念会为你理解动态人体解剖学奠定必要的基础。
概念应用
维萨里
一些最令人钦佩的文艺复兴时期的解剖学瑰宝是由安德烈亚斯·维萨里（1514～1564）绘制的。他的代表作De Humani Corporis Fabrica（1543）属于现代科学史上最伟大的典籍之一。在本作品中，维萨里利用文字搭配图片的方式从真正意义上完整地叙述了自己对人体解剖学的理解。
运动是生命本身必不可少的基本行为。诸如血液循化、呼吸和肌肉收缩等生命过程都离不开运动，走动、弯腰和上举等活动亦是如此。人体一直在有意或无意识地进行运动。特别是儿童为人体运动的固有天性提供了确凿的证据，他们似乎永远都停不下来。即便随着年龄增长，行动会变迟缓，但是运动仍然是我们生活的重要组成部分。正如法国科学家、哲学家布莱瑟·帕斯卡所指出的，“运动是人的本性；完全的静止就是死亡”（Pascal &Krailsheimer，1995，p.211）。
一方面，有目的运动的能力可以让我们维持基本的生理过程；另一方面，运动可以让我们追求运动和艺术表达的极限。当一个人卧床不起或选择久坐不动的生活方式时，这种运动受限的情形可能会导致不利的健康状况，比如心血管疾病、糖尿病和癌症。因此，我们的运动能力或者限制运动的选择，可能会直接或者间接地导致我们更加易于患病或者受伤。
在各个维度对人体运动进行研究的学科称作人体运动学。人体运动学是一门宽泛的学科，它包含了人体运动的科学和艺术。它源自多门相关的学科，包括解剖学、生理学、生物力学、动作行为学和心理学，以及临床和应用学科，比如医学、物理治疗、工程学和体育教育等。研究人体运动学的主要目的是确定人类运动的潜在机制和后果。
人体运动的范围宽广且复杂。有些运动，比如投掷，由单个事件组成；其他运动，比如行走，涉及许多重复的动作循环。即便是做相同的事情，我们也不会以相同的方式运动。例如，每个人都会基于其个体结构、目的和风格采用独特的行走模式。这一点可以从一个常见的现象中反映出来，那就是早在通过面部或者身体特征认出某人之前，从远处观察她或他的身影就可以依据走路方式知道这个人是谁。走路方式的某些特点会告诉我们她或他是谁。
在人生的航程中，我们每个人都会了解到自身运动的能力与局限。作为幼儿，我们从不会运动逐渐进步到爬行、行走、跑动和跳跃。随着年龄的增长，我们越长越大，越长越壮，在生活的大部分时间里，我们通常会对自己使用的运动模式更加熟练。我们晚年的特征就可能表现在由于肌肉力量下降、疲劳、神经系统衰退、姿势变化、受伤、疾病和环境因素引起的运动模式变化上。有一点明确的是——我们的运动能力在一生中会发生变化。这些变化可能会增强我们的运动潜力，就像儿童的成长和发育那样；也可能会限制我们的运动，就像受伤、患病或者与年龄相关的功能衰退所引起的运动能力衰弱的情形。鉴于人从生到死的过程中，运动会发生大量的变化，我们在全书中重点强调全生命周期的观点。
日复一日发生的解剖学变化几乎无法察觉，虽然如此，随着日变周、周变月、月变年，变化还是会变得显而易见。这些变化可能是由于成长（例如，成年人要比幼儿更高大、更强壮）、体育锻炼（例如，运动员在力量或者耐力训练之后会表现得更加出色）、受伤、患病（例如，儿童骨骼的生长可能会受到严重骨折的影响）、各种环境、社会、心理或者文化的影响。
我们每个人在一生中都会按照无数种独特的方式发生变化。这些变化会直接影响我们的运动潜力和能力。下面的章节采用了一种贯穿生命周期的方法来讨论功能解剖和人体运动，并且展示了生命旅程中的时间地点影响运动的许多种方式。我们对整个生命过程中运动的掌握和强化要通过对运动行为及其子领域（动作控制、动作学习和运动发育）的研究来考察。
运动行为
在人体运动的语境中，运动一词描述的是与肌肉、神经或者涉及做出和控制动作的脑中枢相关的事项。运动行为是一个统称，它包括若干个与运动的神经肌肉控制相关的专业领域：动作控制、动作学习和运动发育。每个领域都有助于我们理解人体运动。
运动行为的每个领域通常都包括一个不同的时间范围。动作控制涵盖的是时间间隔非常短的事件；动作学习涉及的是数小时、数天和数周的事件；而运动发育描述的是数月、数年甚至数十年的事件。例如，要想控制投球时涉及的肌肉，神经系统会向肩膀和手臂发送信号。这些信号可能会持续几分之一秒。学习抛掷可能需要数天或者数周时间。而要想了解从儿童到成年过程中投掷的变化趋势，我们就需要在许多年内观察投掷动作。尽管这些领域有明显的相关性，但是我们还是要依次考虑每个领域。
动作控制
动作控制研究的是运动的神经、生理和行为方面（Schmidt & Lee，2011）。更具体地讲，动作控制指的是身体系统对运动中所涉及肌肉的动员和控制方式。控制涉及的主要系统是神经系统，它由大脑、脊髓以及从脊髓中延伸出的神经末梢组成。
概念应用
博雷利的遗赠
科学史上，乔瓦尼·阿方索·博雷利的名字通常不会与诸如伽利略和艾萨克·牛顿等伟人相提并论。然而，在运动科学史上，博雷利配得上至高无上的地位。他的权威专著De Motu Animalium是动物运动科学的开创性著作。
这本插图丰富的图书包括了对肌肉骨骼解剖学和肌肉生理学，以及力学原理在各种动物运动中的应用所做的讨论。博雷利建立了肌肉、肌腱和骨的杠杆模型，并将这些力学构想应用到了人体步态的分析，以及马、昆虫、鸟类和鱼类的移动模式中。
在许多方面，博雷利都走在时代的前列。他受制于有限的技术和尚未成型的力学理论，未能充分地研究他全心投入的理念。遗憾的是，博雷利从未见过发表版的De Motu Animalium一书。博雷利的大部分成果直到逝世后才得以发表（Cappozzo &Marchetti，1992）。
完整的出处请查阅参考文献：
Cappozzo & Marchetti，1992.
动作控制的程度明显依赖于个体的发育或者成熟阶段。例如，我们不能指望一名2岁的幼儿拥有与10岁小孩或者成年人一样的运动控制能力。随着运动所涉及系统（神经、肌肉、骨骼、心血管和呼吸系统）的发育，身体能够更好地控制运动，并且开发出种类更多的潜在的运动技巧。
动作控制的研究源自于探索神经系统如何与肌肉协作来做出并控制动作的神经学家们。过去数十年间，各种各样的模型和理论都试图解释运动控制的机理，包括平衡点理论（最初由费尔德曼在50多年前提出）、非控制域假设和丰度原理。近年来的努力方向是（Martin et al.，2009；Latash et al.，2010）试图将这三种模型结合成一个统一的动作控制理论，“以采用明确定义的变量，形成使协调自主动作成为可能的生理和心理过程的正式描述”（Latash et al.，2010，p.391）。
动作学习
经验和环境能教会我们许多东西，而通过分享他人的知识和经验我们也同样受益良多。动作学习解决的是我们如何学习运动和培养运动技巧的问题。动作技能是一种自主运动，用于完成期望的任务动作或者实现具体的目标。刚开始学习一项新的运动技巧时，我们的动作通常会很笨拙、不协调并且效率低。通过练习，我们学着控制动作，直到它变得相对稳定和熟练为止。
运动学习过程涉及几个阶段。正如由费兹（1964）最先提出的那样，这些阶段分别是认知阶段、整合阶段和自主阶段。在最初的认知阶段，个人必须向动作任务投入相当多有意识的思考，并尝试各种各样的策略。通过不断地重复，运动者会保留能够最出色完成任务的策略，摒弃那些不能出色完成任务的策略。在整合阶段，运动比较稳定，并且运动者会确定最优的运动策略。运动不涉及太多的认知，并且运动者可以专注于强化和完善运动。最终，在自主阶段，运动会变成自动的，或者本能的，并且运动者可以同时处理其他因素，比如可能会影响任务表现和运动的环境条件。
运动发育
运动发育探讨的是一个人历经从出生到死亡的一生中运动行为发生的变化。变化通常是连续、有序的，并且与年龄相关。例如，婴儿通过从爬行到行走，接着从行走到跑动的方式来增强自己的活动能力。这些发育以预定的顺序连续地出现，并且显然与年龄相关。
运动的变化由无数个体、环境和任务等限制因素所引导（Newell，1986）。个体限制可能是结构性的（例如体形和力量），也可能是功能性的（例如积极性）。环境限制包括身体外部的因素，可以是物理的（例如天气或者运动场地表面的条件）、社会或者文化的（例如更加有利于某个团体参与的社会准则或者传统）。任务限制指的是当前任务固有的外在因素。轮椅篮球赛的参与者明显受制于自己的轮椅和其他参加比赛人员的轮椅，外加躲避对手防守的挑战。
一个探讨运动发育的重要方法是使用动态系统理论，该理论将运动发育视为是一个复合、多元的过程（Smith & Thelen，2003），其目的是降低个体内在的可变性（Deutsch &Newell，2005）。用史密斯和西伦（2003）的话来讲，“发育就是从一些事物中创造出更多的东西，例如，无自理能力的婴儿发育成会行走和讲话的幼儿”。
年轻人的运动考量因素
对比年轻人与老年人的运动我们不难发现，儿童不是缩小版的成年人。婴儿和儿童在解剖学、生理学、心理学和情感上都有别于成年人，并且他们的结构和运动行为反映了这些差异。例如，婴儿的身体比例不同于成年人，这可以从婴儿相较于成人来说四肢更短、头更大这一事实中看出。这种比重分布上的差异在婴幼儿和成人的运动动力学中起着重要的作用。
就人体发育进程而言，人与人之间存在近乎普遍的相似性。然而，渐进式的变化并不是在相同的年龄或相同速度下发生的。发育变化对于每个人也不一样。整个既定的群体存在着平均数，但是在种群内部，巨大的差异显而易见。正如预期的一样，发育量度给出的是平均值，但是许多人都会高于或者低于平均值。应当始终要牢记发育的个体性质。
类似地，由于儿童会在不同的年龄达到发育里程碑，所以应当采用合适的发育标准，而非只依据年龄来看待和选择运动。例如，婴儿走第一步的平均年龄是11.7个月。然而，走动开始的年龄最早可在9个月始，晚可至17个月。显然，并不是所有的婴儿和儿童都会在相同的年龄达到运动发育的里程碑。
发育因素包括基因、环境、成熟性和文化影响，其中没有哪个因素能够单独决定发育过程。许多因素结合起来决定着运动发育的过程以及每个人最终的运动能力。
老年人的运动考量因素
运动能力通常会随着年龄增长而衰退。老年人往往会运动得更加缓慢，同时运动的范围更加有限，并且要比年轻人和健康的成人更加犹豫不决。老年人更有可能患上疾病（例如，心脏病和糖尿病）和遭遇身体受伤（例如，髋部骨折）。其他因素，比如更慢的反应时间、衰弱的肌肉力量和较差的平衡性以及对摔倒的恐惧可能也会导致老年人更慢的运动。后续章节会详细讨论这其中的大部分因素。
名家之言
查尔斯·达尔文
在喜悦和乐趣的带动下，很容易出现各种无意的运动，以及发出各种声音。从年轻儿童的大声欢笑、拍手和雀跃中；从小狗与主人一起外出散步时蹦蹦跳跳和汪汪吠叫中；以及从小马被放入一片广阔的田野时欢跃蹦跳中都可以看出这一点。喜悦会加快血液循环，而这会刺激大脑，大脑会再次对全身运动做出反应……
引发无意和过度的身体运动，并发出各种声音的主要原因是对乐趣的期待，而不是真正地享受乐趣本身。这一点可以从幼儿们期望任何乐趣或者款待里看出。
此外，长期休息或者受限之后，仅仅运用肌肉本身就是一种乐趣，就像我们自身有过的感受，也像从小动物的玩耍中看到的那样。因此，单独根据后面的这个原理，我们就可以预见，乐趣善于反过来将本身展示在肌肉运动中（Darwin，1998，p.80-81）。
完整的出处请查阅参考文献：
Darwin，1998.
不可否认，随着年龄的增长，运动会出现一些迟缓。但是是由于衰老而变得缓慢了呢，还是由于变得缓慢才衰老了呢？在一定程度上，后者才是正确的，主要因为久坐不动的生活方式。几乎不进行体育锻炼（即便有也极少）的老年人，他们的运动能力通常会显著下降。这些人可能会退化到连简单的日常生活活动（ADL）都难以完成。ADL包括许多活动，比如对肠道和膀胱的控制、打理个人卫生、如厕、进食、沐浴、行动、转移和爬楼梯。总而言之，ADL可以用作功能独立性的评价标准。较低的分值可能表明独立性的丧失，以及生活品质的降低。这是一个不好的结果。
好消息是研究明确地表明，身体可以对整个生命周期内的训练做出响应，开始旨在改善心肺功能、肌肉力量和平衡性的恢复性训练计划永远都不会太晚。在一项经典的研究中，菲亚特伦与同事们（1990）注意到，平均年龄为90岁，并且虚弱、缺乏自理能力的人群在仅仅8周高强度的阻力训练之后力量就增加了174%。研究者们已经证明了高阻力的负重训练可以提升年龄高达90岁人群的肌肉力量、体型和功能灵活性！
尽管功能上一定量的衰退不可避免，但是通过选择合适的生活方式，外加一点运气，我们大多数人都拥有潜力在晚年继续保持富有成效的运动。
运动能力上的差异
我们每个人的运动能力都处在被称作“能力连续体”（Ability Continuum）中的某个位置上。精英运动员可能会在若干个运动形式上展现出超高的能力，比如职业篮球运动员跳得高、跑得快以及在空中控制身体的能力。职业舞者在整个表演过程中可能会展现出控制手臂和腿部运动，以及保持平衡的超凡能力。在能力连续体的另一端，身体残疾的人可能连走路或者控制肢体运动都存在困难。
运动有许多不同的形式，包括整体动作技能和精细动作技能。整体动作技巧涉及的是移动和控制肢体，例如走路、跑步或者跳跃的时候。相反，精细动作技巧涉及的是微小的运动（例如，用手指操作物体），比如缝纫、书写或者打字。良好的动手能力（即移动手指的能力）对于许多职业和活动都至关重要。
有些活动需要大肌肉运动技能和精细运动技能相结合才能成功地执行。例如，美式橄榄球中的外接手需要出色的大肌肉运动技能来沿着球场奔跑和避开防守人员，但是必须还要同时具备足够的精细运动技能和手眼的协调性来接住四分卫抛过来的球。
没有人在所有的运动形式上都具有高超的能力。具有出色的大肌肉运动技能的人，比如足球运动员，可能难以完成精细运动的任务。相反，拥有超凡精细运动技能的音乐会钢琴演奏家大肌肉运动技能可能会大打折扣。
许多因素决定运动能力，包括自然遗传潜能、练习、体能水平、积极性、疾病和损伤。例如，天赋异禀的运动员可能会享受到来自善于运动的父母的好运，这样的父母将良好的运动能力遗传给了自己的孩子。该运动潜力可能会通过合适的训练和锻炼得以充分地发挥，也可能由于缺乏积极性或者令人衰弱的伤病永远都无法充分地实现。在基因上没有好运的人仍然可以通过刻苦的锻炼、坚持不懈的精神和强大的积极性而取得卓越的成就。
名家之言
超凡的大肌肉和精细运动技能
我们大多数人拥有功能协调的整体和精细运动技巧，足以完成日常生活中的任务。有些人在某些运动领域拥有突出的技巧。极少数人会拥有超凡的运动技能。奥运会金牌得主保罗·安德森在1957年6月12日举起了令人吃惊的6270磅重量时，展现出了不可思议的大肌肉运动技能和力量。相比之下，超凡的精细运动技能由钢琴大师加以体现，他们可以每秒钟弹10多个琴键。
功能障碍或残疾指的是运动受限或者受损。许多因素可以导致运动能力的丧失，包括遗传（例如，婴儿出生时就先天性畸形）、疾病（例如，帕金森症患者的手足颤抖）或者损伤（例如，骨折）。其他因素也可能会导致运动功能失常。在描述病理性步行时，佩里和伯恩菲尔德（2010）提出了四种会削弱步态的功能性因素：畸形、肌无力、控制受损以及疼痛。功能性畸形，比如肌肉、肌腱或韧带过紧会限制关节的运动范围。由于瘫痪或者肌肉疾病导致的肌无力会危及活动手臂或者腿部的肌肉能力。控制受损指的是神经系统提供感觉输入，并命令肌肉要做什么的能力遭到削弱。最后，疼痛会让人失去进行整个运动范围内的运动，或者稍微运动一下的勇气。
学完本章之后，你将能够完成以下事项。
►描述骨骼系统的功能。
►了解并描述骨细胞的功能。
►解释骨骼的宏观和微观结构。
►描述骨骼系统的结构，包括下肢、上肢和躯干的骨骼。
►解释骨塑建、生长和发育过程中涉及的事件。
►解释骨重建的过程。
►解释骨骼健康涉及的主要因素，包括锻炼、饮食和年龄增长。
鉴于骨骼系统在支撑、保护自身以及允许我们运动等方面的重要性，骨骼的形象往往与恐惧和死亡联系在一起，这既好笑又不幸。从万圣节期间到处可见的骷髅，到好莱坞电影中散落在沙漠中的骷髅的荒凉画面，骨经常被用来营造出一种死气沉沉和恐怖可怕的氛围。实际上，骨骼是形式与功能优雅融合并拥有多种用途的动态器官。
骨骼系统在日常生活必需的力学和生理功能中发挥着不可或缺的作用。力学方面，骨骼会为身体提供结构支撑，充当允许身体节段和关节运动的杠杆系统，并且是保护身体其他系统的器官。骨骼系统的骨还可以作为矿物质的储藏库，并且包含负责生成血细胞的组织。这五项功能，尽管各不相同，但是都在让人全面理解骨骼系统对人体运动的促进方式中发挥着关键的作用。
·结构支撑 骨骼系统由206块骨头组成，这些骨头共同组成了一个支撑框架，并且塑造出了身体形状（参见图2.1）。该框架通过有限的变形来承受外界所施加的力，支撑器官和软组织，并为许多肌肉提供附着点。要是没有骨骼，我们在结构上就像有智慧的水母。骨骼也赋予身体以形状。例如，颅骨决定了头部的形状。骨骼的尺寸和形状通常与它们发挥的功能有关。例如，女性的骨盆要比男性更宽，便于在分娩期间让新生儿通过。类似地，小腿的长骨（胫骨）的形状像一根柱子，用以支撑身体重量。
·运动 骨骼发挥机械杠杆的功能。当肌肉（通过肌腱附着）拉拽骨骼时，它们会改变力的大小和方向，并且引起关节（例如，肘关节和膝关节）的旋转效果。接着关节会绕着一根称作旋转轴的假想线旋转。关节的运动范围囊括从小提琴家手指的微妙运动到复杂的多关节运动，比如在垂直跳过程中，髋、膝和踝的同时伸展会强有力地向上推送身体。
·保护 骨骼的硬度使其成了保护体内其他脆弱器官的理想材料。例如，颅骨会保护大脑和眼睛，脊椎保护脊髓，肋骨保护心脏、肺和其他内脏器官，而骨盆则会防护泌尿和生殖系统的器官。要是没有骨骼系统提供的保护，人体明显会更加易于受伤。
·矿物库 骨中的钙盐为人体提供了重要的矿物质储备，用于维持体液中钙和磷离子的正常浓度。身体约含有1～2千克的钙元素，其中98%以磷酸钙晶体的形式存在于骨骼中。剩余少量的钙元素分布在全身上下，对肌肉收缩和神经传导血细胞生成等生理过程至关重要。
·生成血细胞 骨骼中的空腔和空隙会容纳一种称作骨髓的疏松性结缔组织。两种类型的骨髓分别根据它们的颜色命名。黄骨髓包含大量的脂肪细胞（脂细胞），这些细胞造就了其颜色特征。它通常存在于长骨干的骨髓腔内，并且提供一个能量的储备源。红骨髓由红细胞、白血细胞和血小板，以及生成它们的前体细胞或干细胞混合而成。干细胞在所谓的造血过程中生成血细胞。生成血细胞的重要部位包括股骨、肱骨、胸骨、肋骨以及椎骨的近端。
概念应用
比钢铁更结实？
骨骼比钢铁更结实吗？简单来讲，答案是肯定的。在相同重量的前提下，骨比钢结实五倍。但这并不能说明全部情况。相对而言，在抵抗压力（即推挤在一块）的时候，骨骼通常要比钢铁结实。如果是抵抗拉力（即被拉开）或者扭转力（即转动），答案就会更加复杂。此外，力量施加的速率（即快慢）也发挥着重要的作用。虽然如此，人体骨骼是大自然的奇迹，它结实到足以抵抗大部分力，但是又轻到足以让我们自由地运动。
与所有的组织一样，骨骼也具有细胞成分和非细胞（细胞外）成分。在细胞水平，异化的骨细胞产生新骨，并检测和维持周围的基质。由矿物盐晶体和胶原纤维组成的细胞外成分或基质会让骨骼具有刚度和强度。因为骨骼是我们活动的杠杆，健康的骨骼对于有效的运动是必不可少的。骨健康依赖于骨细胞及其周围基质的作用。
骨细胞
骨骼的细胞部分由四类细胞组成，即骨原（间充质）细胞、成骨细胞、骨细胞和破骨细胞。骨原细胞的数量相对较少，是未分化的间充质细胞，具有产生子细胞的能力，可分化为成骨细胞。间充质细胞分化为成骨细胞需要2～3天的时间，该过程似乎由施加在组织上的机械应力触发。
生成的成骨细胞是可以描述为“生产者”或“形成者”的单核（单个细胞核）细胞，因为它们会生成细胞外基质的有机成分（类骨质）。在发挥该功能的过程中，成骨细胞负责提供形成新骨所需的原料。
随着成骨细胞的发育成熟，它会变得越来越小，并且新陈代谢越来越不活跃，最终被钙化的类骨质包覆在称作骨陷窝的小囊里面。成骨细胞的作用从形成新骨骼变为监控和维持骨基质。这些较小的成熟细胞此时称作骨细胞。
破骨细胞是较大的多核细胞，由源于红骨髓的单核细胞融合而成。破骨细胞被称为“吸收细胞”，因为它们的主要作用是再吸收或分解骨骼。这些细胞会生成并释放出能够去除骨骼中矿物质的酸以及能够溶解基质中胶原纤维的酶。
骨基质和骨结构
细胞外基质由水、磷酸钙（羟基磷灰石）晶体[Ca5（PO4）3（OH）或Ca10（PO4）6（OH）2]、胶原蛋白以及少量的基质组成。这些成分可以分为有机部分和无机部分。有机成分（胶原蛋白和基质）主要由成骨细胞生成，而骨细胞发挥作用的程度要小得多。胶原纤维大约占骨骼干重的30%，且具有对抗张力、抗弯曲和抗扭转的作用。
关于骨的结构我们可以在几个不同的层面上加以考虑。人体骨骼的形状和大小不一，根据它们的形状，可有如下分类（参见图2.2）。
·长骨，比如股骨。
·短骨，比如腕骨。
·扁平骨，比如胸骨和胸骨柄。
·不规则骨，比如椎骨。
·籽骨，比如髌骨。
另一种骨骼分类的依据是骨缝，常见于颅骨。骨骼形状在决定特定关节容许的运动量方面发挥着至关重要的作用，详见下一章节。
根据骨密度及其成分的结构排列，我们对骨骼的整体结构进行考察并揭示出了两类骨骼。在微观层面上，这两种骨骼类型会显示出截然不同的结构特征。
宏观骨骼结构
长骨的横截面（参见图2.3）显示出了两类骨骼，它们的区别在于组织的孔隙度。孔隙度由骨骼中软组织的量来度量。几乎不包含软组织的骨骼具有较低的孔隙度，而含有较多软组织的骨骼具有较高的孔隙度。从骨密度（即孔隙度的反面，密度由单位体积内的羟磷灰石晶体量来度量）的观点来看，高密度的骨骼具有较低的孔隙度；反之，低密度的骨骼具有较高的孔隙度。理论上，骨骼孔隙度可以在0～100%的连续区间内发生变化。然而，实际上骨的孔隙率通常两极化。
低孔隙度（5%～10%）的骨骼称为密质（也作皮质）骨。密质骨存在于长骨的骨干中，并且组成了所有骨骼的坚固外层（皮质）。该保护性的外部骨表层有时候描述为表壳。表壳又被一种称为骨膜的胶原纤维覆盖，除关节表面外，骨膜会覆盖整个骨骼；关节表面由薄薄（1～3毫米）的透明软骨保护层覆盖，根据其所处的位置，该软骨被称作关节软骨。
高孔隙度（75%～95%）的骨骼称为松质（也作小梁或疏质）骨。松质骨存在于椎骨、扁平骨以及长骨骨骺的表壳之下。松质骨的骨基质由称作骨小梁的片状骨组织构成。红骨髓填满了骨小梁之间的空隙。
注意，松质骨和密质骨含有相同的细胞和细胞外成分；区别在于不同的构造和密度，而非组成材料。
微观骨骼构造
当用肉眼观察时，密质骨看起来是一种固态、致密的骨骼。然而，显微评估揭示出了一种具有各种连通管的复杂结构（参见图2.3）。密质骨的基本构造单元是骨单位（也称哈弗氏系统）。每个骨单位由绕着中央管排列的骨骼同心层（圆环）组成，中央管会容纳血管。骨单位的环状骨板称作哈弗氏骨板，其排列方式类似于围绕靶心的圆环，或者树木横截面上的年轮。更大的骨环称作环骨板，其组成了骨骼表面的内外边界（参见图2.4）。
中央管中的毛细血管从横穿相邻骨元之间的穿通管（沃氏管）中获得血液供应。这些连通管还连接骨单位，并且促进内部骨单位的营养供应和交流，同时会向骨骼外表面上的骨膜供应血液。
相较于密质骨，松质骨在条理上要差很多。乍看之下，它似乎是随机排列的。松质骨几乎没有骨单位。然而，松质骨骨板（骨小梁）的排列方式绝不是随机发生的。骨小梁的定向方式使它能够承受施加在骨上的一定的力。
学完本章之后，你将能够完成以下事项。
►描述关节结构和分类。
►根据结构和功能对滑膜关节进行分类。
►解释关节稳定性和灵活性的概念。
►描述运动平面和关节运动。
►描述关节运动的类型。
►识别髋部和骨盆、膝、踝和足的运动。
►识别肩、肘、前臂、手腕和手的运动。
►识别头部、颈部和脊柱的运动。
►描述脊柱畸形（脊柱侧凸、脊柱后凸和脊柱前凸）。
我们的运动能力依赖于身体关节。本章会介绍有关普通关节结构和运动术语的相关信息，然后再详细地叙述运动涉及的主要关节。我们重点强调关节结构的功能方面，以便为读者提供全面鉴赏和理解后续章节中人体运动的复杂性所需的基础。
我们的运动天赋来源于肌肉骨骼的设计和功能优良的关节。每个关节的结构都与其功能完美地匹配。有些关节允许相当大范围的运动，即关节灵活性。其他关节是为了关节稳定性和强烈的运动阻力而生的。关节灵活性，即运动范围，由骨骼结构的一致性（例如，它们适应彼此的程度）和包绕关节的组织（关节周围组织）所提供的支撑量共同决定。例如，肱骨头与肩胛骨浅关节窝之间相对不良（不紧密）的匹配使得肩（盂肱）关节拥有较大的运动范围。相反，颅骨的缝联结由骨头互锁而成，差不多类似于拼板游戏的拼块紧紧组装在一起，因此是不能移动的。
关节可以按照多种方式进行分类。最常见的方式是，关节在结构上根据连接关节的组织（联结组织）类型进行分类。关节还可以在功能上按照自身允许的运动类型或程度进行分类。具体包括不允许运动的关节（不动关节）、运动受限的关节（微动关节）和自由运动的关节（可动关节）。从逻辑上来讲，中轴骨骼中不动关节和微动关节往往占主导地位，而附肢骨骼内通常是可动关节。
在结构上，根据支撑关节和连接骨骼的组织，以及关节在骨骼之间是否含有滑液腔，关节可分为三类。纤维关节不含有滑液腔，并且主要由胶原纤维组成的结缔组织加以约束。软骨关节也没有关节腔，但是由软骨充当联结组织。最常见且复杂的关节是滑膜关节，其显著特征在于有一个围绕和包覆关节的纤维关节囊。
纤维关节
纤维关节常见的特征包括缺少滑液关节腔，借纤维（胶原）组织来强化骨之间的连接。最常见的两种纤维关节类型是缝联结与韧带联结。纤维关节处容许的运动范围不尽相同，但是通常几乎没有什么明显的运动。
缝联结连接的是颅骨上的骨骼。这些互锁的骨骼由致密的纤维结缔组织加以约束，这些组织使得关节处于不能移动的状态（参见图3.1）。因此，缝联结在功能上可归类为不动关节。
韧带联结是由韧带、连接骨骼的胶原结构加以约束的关节。关节运动范围可能会受限，就像桡骨和尺骨之间的关节，该关节由胶原骨间膜加以约束（参见图3.2）。胫腓关节在功能上属于微动关节。相比之下，前臂的桡骨和尺骨之间容许进行相当多的运动。这里，骨间膜中较长的纤维容许范围更大的骨骼偏移，因此桡骨关节在功能上可归类为可动关节（即，可自由地运动）。
软骨关节
三种类型的软骨中，只有透明软骨和纤维软骨可作为软骨关节的联结组织。弹性软骨绝对不会用来加强关节。透明软骨关节，或称不动关节，存在于成熟的骨骼中，例如，位于第一肋软骨和胸骨柄（胸肋联结）之间，并且暂时以骨骺生长板，或生长盘的形式存在于骨干和骨骺之间的发育中的骨骼内。
骨联合是两块骨骼之间的关节，这两块骨骼由位于两个关节面之间的纤维软骨垫隔开，而两个关节面被透明软骨覆盖。例如，耻骨联合将两块耻骨连接在一起（参见图3.3）。通常，该关节相对处于不动状态，但是怀孕晚期和分娩期间除外，此时荷尔蒙的变化会允许更大的组织延伸性和关节运动。骨联合的其他示例包括胸骨柄关节（将胸骨柄与胸骨体连接在一起）和椎间关节（位于相邻的椎骨之间）。
滑膜关节
我们肢体的大多数运动发生在主要的关节处，比如髋关节、膝关节、踝关节、肩关节、肘关节和腕关节。所有这些关节，以及许多其他关节都属于滑膜关节。
滑膜关节具有共同的结构要素，包括由纤维关节囊包覆的滑膜关节腔。关节腔内充满了由滑膜生成的滑液，滑膜是位于关节囊内层的薄膜。一层平滑、纤薄的关节软骨（由透明类软骨组成）覆盖着关节面。这种结构使得关节得以自由地运动。因此，滑膜关节在功能上可归类为可动关节。
纤维关节囊由与关节骨膜相融合的致密结缔组织组成（参见图3.4）。关节囊组成了滑膜关节的外层，并提供结构支撑。一层纤薄的滑膜覆盖着关节囊的内表面。虽然不能提供任何的结构支撑，但是滑膜对于整体的关节功能却很重要，因为它会分泌出较多的滑液来润滑关节。作为润滑剂，滑液会降低关节面之间的摩擦，并有助于吸收施加在关节上的压力。滑液还可以为关节软骨提供营养素。关节面上的透明软骨没有血管（即缺乏内在的血液供应），因此必须要依赖于滑液通过渗透的方式来提供营养素。这种重要液体在滑膜关节中的含量相对较少。例如，诸如膝关节这样的大关节所含的滑液也不足3毫升，甚至更少。
当受到刺激时，如关节创伤，滑膜可能会产生过量的滑液。这些过量的液体会导致关节肿胀。例如，膝关节严重扭伤时，则可能会因为损伤而出现肿胀，并且可能会被诊断为所谓的膝关节积液。实际上，肿胀是由受到刺激的滑膜产生过量滑液引起的。
滑膜关节可能还包含其他会增强其功能的结构组成。这些附属结构包括韧带、肌腱、滑囊、腱鞘、纤维软骨垫（半月板）和脂肪垫。
韧带的抗拉强度使它们适合作为强化滑膜关节稳定性和增强抵抗脱臼的理想结构。在滑膜关节内部和周围存在三种类型的韧带。最常见的类型是囊状韧带，它与关节囊融合在一起，并且看起来像是关节囊的增厚层。囊外韧带也很常见，并且完全处于关节囊的外部。囊内韧带极为少见，其完全处于关节内部并且直接附着在骨骼上。
尽管肌腱并不是关节本身的一部分，但是却可以通过它们穿过或围绕关节的行为来提供结构支撑。肌肉通过肌腱传递给骨骼的肌肉力量可以强化关节并增加关节的稳定性。肌肉动作对关节稳定性的贡献称为主动支撑，与之形成对比的是非收缩性（即不产生力量）组织（例如韧带和关节囊）提供的被动支撑。
机制研究
关节异响
有一些关节，尤其是关节面一致（即良好地匹配在一起）的关节，在彼此拉开或者快速受压向运动范围的终点运动时，可能会产生咔嚓或噼啪的声音。这通常会引发两个问题。第一，噼啪的声音是由什么引起的？第二，引起咔嚓响的动作会损伤关节吗？
在过去70年间，人们提出了各种机制用以解释关节咔嚓或噼啪作响的起因。1947年，罗斯顿和惠勒·海恩斯提出，关节异响是由两块骨骼快速分离（即拉开）引起的，并且这种快速分离是造成关节咔嚓作响的原因。相反，昂斯沃斯和同事（1971）基于对掌指关节腔的调查研究总结道，异响是由滑膜关节内液体静水压力的变化引起的。骨骼刚被拉动时，滑液中会产生负压，并形成气泡（例如，氮气或者二氧化碳）。随着骨骼的分离，关节内部的压力导致气泡破裂，并发出了噼啪声。这种解释盛行了40多年。然而，考查克和其他人（2015）对气泡破裂假设提出了质疑。根据采用核磁共振成像（MRI）进行的研究，有研究者总结道，“我们的研究结果提供了直接的实验证据——与关节异响相关的是空腔的形成，而不是预先存在气泡的破裂。”此外，弗莱尔和同事写道：“目前，声音是出现在空腔形成之前、之后还是与空腔同时产生仍然是未解之谜（2017，p.38）。”
对于第二个问题，没有证据表明静水压力的改变和噼啪声会引发伤病。与传言相反，关节异响并不会导致骨性关节炎。尽管如此，如果组织反复地变形至关节运动的极限位置，那么在理论上快速和反复拉伸关节结构可能会导致损伤。
完整的出处请查阅参考文献：
Fryer，Quon，& Vann，2017.
Kawchuk，Fryer，Jaremko，Zeng，Rowe，& Thompson，2015.
Roston & Wheeler Haines，1947.
Unsworth，Dowson，& Wright，1971.
滑液囊是充满滑液的囊袋，而滑液充当肌腱或韧带与下层骨骼之间的隔离物。它们可以降低摩擦力和压力，并发挥减震的作用。腱鞘是延长的、管状的滑液囊，这些滑液囊围绕着肌腱，并通过提供润滑层的方式来促进肌腱的运动。充当关节周围填充物的脂肪垫进一步对关节加以支撑和缓冲。
关节盘，或半月板是介于骨骼之间的纤维性软骨垫。这些软骨垫提供关节缓冲，并充当楔子来改善骨骼的配合。它们通常呈圆环或者C形，并且附着在其中一个关节面上。例如，膝关节的半月板（参见图3.5）附着在胫骨近端的关节面上，对于有效的膝关节功能来说必不可少。
滑膜关节分类
骨骼有各种各样的形状和尺寸。每个关节的骨骼都有其独特的构造，以便于某些运动发生，并限制其他运动。滑膜关节在结构上按照各自的骨骼匹配度和运动潜力来分类。每种分类类型都有力学关联物，如图3.6所示。
概念应用
关节炎
关节炎指的是关节的炎症反应。术语关节炎包含了许多涉及原发性炎症或继发性炎症的情况。主要的类型包括长期过量的力学负荷导致的关节炎（例如，骨性关节炎）、全身性疾病（例如，类风湿性关节炎）或生物化学不平衡（例如，痛风性关节炎）。
骨性关节炎（OA），亦称退行性关节病，是关节炎最常见的形式。它的特征是透明关节软骨的退化以及在关节面上形成骨性物质。骨性关节炎由机械性创伤和随之出现的生理过程的改变而引起。鉴于其机械性创伤的病理，OA通常会影响下肢的负重关节（例如，髋关节和膝关节）。
类风湿性关节炎（RA）是一种自体免疫性病症，患了这种病症后，身体的免疫系统功能失常，并攻击自身的关节组织。RA通常会影响手部和手指关节，其特征是关节大幅肿胀、疼痛以及运动范围受限。情况严重时，骨骼会融合到一起，使关节完全不能运动。
痛风性关节炎（或痛风症）由尿酸以尿酸晶体的形式过量生成而引起。这些晶体经由循环系统运输，并嵌在了滑膜关节的结构内。晶体刺激关节，并引发炎症反应。
·滑动（平面）关节具有两个相对的平面或微曲面，这些面允许骨骼之间发生有限的滑动。这些关节没有旋转轴，它们的运动可描述为平面运动。滑动关节包括由相邻椎骨关节突起组成的关节、跗骨间关节和腕骨间关节。
·滑车关节可绕着单一的固定旋转轴做有角度的运动，非常像门的铰链。关节的骨骼构造将运动限制在了单一平面（单平面）和单一旋转轴（单轴）上。这些关节（例如，踝关节、肘关节和趾间关节）相对比较稳定，主要是因为它们紧密的骨匹配。
·车轴关节是单轴的（与滑车关节一样），但是区别在于旋转轴沿着骨骼纵轴。寰椎和枢椎（颈部内）之间的枢轴关节使得头部可以左右旋转。类似地，在前臂旋前时，近端桡尺关节通过旋转来让桡骨绕着尺骨旋转（或“转动”）。
·髁状（椭圆）关节是相对不稳定的关节，由一块骨骼的浅凸面和另一块骨骼的凹面连接而成。掌指关节和腕关节是椭圆关节的典型，并且可以证明椭圆关节能够在两个平面（双平面）内运动。股骨远端和胫骨近端的关节在膝关节处形成了一个双重髁状（双髁状）关节。鉴于这种构造的不稳定性，膝关节通过无数根韧带和支撑结构加以强化。（注意，膝关节有时候被归类为滑车关节；这是不正确的。尽管膝关节处涉及的主要运动是屈曲或伸展，但是当处于屈曲姿势时膝关节还可以旋转，因此膝关节属于双平面关节。这不满足滑车关节单平面的要求。）
·一块骨骼落在另一块骨骼上，就像马鞍搭在马背上一样，此处的关节叫作鞍状关节。一块骨骼的凹面（即马鞍）跨坐在另一块骨骼的凸面（即马背）上。鞍状关节通常被认为是双平面和双轴关节，并且由于两块骨骼的互锁，这种关节相对比较稳定。拇指腕掌关节是鞍状关节的一个示例。当旋弄大拇指时，该鞍状关节的双平面性质就会变得明显。
·当一块骨头的圆端位于另一块骨骼的凹窝（臼）之中时就会形成球窝关节。球窝关节，比如髋关节和肩关节，属于三面和三轴关节，有巨大的运动范围。
学完本章之后，你将能够完成以下事项。
►描述骨骼肌的结构和功能。
►描述肌肉动作的类型。
►解释肌肉动作中的步骤。
►识别肌纤维类型和肌纤维排列。
►解释肌肉的长度-张力和力量-速度的关系。
►描述伸展-收缩循环及其功能含义。
►解释说明肌肉肥大的过程。
►解释肌肉的命名方式。
►确定肌肉的功能动作。
►识别身体主要关节处的肌肉动作。
►描述肌肉损伤及其后果。
在我们身体的所有组织中，肌肉在产生力量的能力方面是独一无二的。为了理解肌肉在运动中的作用，我们首先需要了解肌肉的结构和功能基础。本章的重点是骨骼肌的结构和功能，包括肌肉动作的生理学和力学原理、影响肌肉发力的因素、肌肉动作的神经控制以及肌肉的适应性。
骨骼肌占我们体重的40%～45%，它对人体的整体机能有一些重要的作用。在当前背景下，肌肉最重要的作用是产生人体运动（从基本的日常活动到极限的运动表现）所必需的力量。肌肉动作大部分处于自主控制之下，但是也可能通过反射作用诱发（例如，迅速躲避疼痛的刺激）或者见于非反射的运动，比如几乎不需要什么自主控制的步行活动。那些我们习惯于执行，进而变成自动的动作（例如，走动、呼吸、咀嚼、咳嗽和伸手拿东西）有时被称为刻板运动。
所有的肌肉都通过以下4个功能特性或特征来加以区分。
·应激性（或感应性）描述的是肌肉对刺激做出反应的能力。骨骼肌的刺激通常都来自于神经系统。神经纤维由沿肌肉长度反向传导的刺激波进行刺激，该传导性是肌肉发力能力的重要特征。
·收缩性，亦称活动或动作，指的是肌肉产生拉力（或张力）的能力（注意：有些作者用收缩指代肌肉变短或改变其长度的能力）。
·延展性描述的是肌肉伸长或伸展的能力，是在某个长度范围内发力的结果。例如，当缩短肱二头肌时，肘部会因此而屈曲，肌肉的延展性允许肱二头肌之后会随着肘部的伸展而变长。
·弹性指的是施加的力被移除后，组织变回其原始长度和形状的能力。例如，当肌肉及其相关的结缔组织被外界拉力拉伸时，力量一旦被移除，它的弹性特性就会使其缩回至未受负荷时的长度。
任何（或所有）这些特性的缺失或受损都会限制肌肉有效运动的能力。
骨骼肌由能够产生力量的结构（收缩部分）和不能产生力量但仍然对肌肉生理学和力学性能很重要的结缔组织（非收缩部分）组成。由于肌肉细胞（纤维）很脆弱并且容易受损，所以肌肉周围和内部的胶原结缔组织会保护肌肉细胞。从力学角度来讲，结缔组织发挥的作用是在肌肉内以及向相连的结构接收和传递力量。
肌肉的结构等级从整个骨骼肌一直向下延伸至肌丝水平，活跃的发力实际上出现在肌丝这一水平。我们通过先探讨宏观（整体）肌肉结构，接着再探讨微观结构的方式来叙述这些结构水平。
骨骼肌解剖结构和肌肉动作
骨骼肌含有三层结缔组织，它们会保护和支撑肌肉，并帮助赋予肌肉以形状，并且促进胶原纤维在肌肉两端形成肌腱。肌腱胶原纤维穿入骨骼基质，从而使得收缩的肌肉能够产生关节的运动。肌外膜是包围整个肌肉并将肌肉与外围组织隔离开的外层结缔组织。在每块肌肉内，名为肌束的肌纤维束相互之间由肌束膜隔开。与肌束膜相连续并组成结缔组织最内层的是肌内膜，它包裹着每根肌纤维（参见图4.1）。
肌纤维膜的原生质膜包裹着每根肌纤维，并形成了名为横小管（T管）的细管，这些细管贯穿肌纤维（参见图4.2）。这些横小管至关重要，因为它们形成了通道，这些通道可以让电信号穿过肌纤维，这些电信号会刺激肌肉收缩。
在微观层面上，每根肌纤维由肌原纤维组成，而每根肌原纤维由结构、调节和收缩蛋白质组织而成的离散单元（称作肌小节）组成。每根肌原纤维被充满液体的膜囊系统（称作肌浆网）包围。在横小管的每一侧，有肌浆网，又叫终池，肌浆网膨大端会存储肌肉收缩所需的钙离子。肌小节是每根肌原纤维的功能性收缩单元（参见图4.3）。每个肌小节以Z盘（Z线）为界，并且包含肌动蛋白丝和肌球蛋白肌丝。肌小节有多小呢？一根10毫米长的肌原纤维含有约4000个首尾相连的肌小节。由于肌动蛋白丝和肌球蛋白丝的平行排列、肌原纤维以及各自肌小节的排列方式，所以骨骼肌呈现条纹状或横纹状。
肌小节含有三种蛋白质：（1）在收缩期间产生力量的收缩蛋白质（肌动蛋白和肌球蛋白）；（2）帮助开启和关闭收缩过程的调节蛋白质；（3）维持肌动蛋白和肌球蛋白肌丝的结构蛋白质（例如，肌联蛋白和肌间蛋白）。
收缩蛋白质由肌球蛋白和肌动蛋白肌丝（或分别称为细肌丝和粗肌丝）组成。所有肌球蛋白分子的尾部都连接在M线上，而肌球蛋白的头部都处在接近Z线的位置，并且位于肌动蛋白丝之间（参见图4.3）。
每根肌动蛋白丝都固定在Z线上，并向肌小节中间或M线延伸。肌动蛋白丝也包含两种调节蛋白质，称作原肌球蛋白和肌钙蛋白。原肌球蛋白分子通过延长肌动蛋白丝长度的连续链结合在一起，而肌钙蛋白分子位于每对原肌球蛋白分子的连接处。当肌肉处于放松状态时，这些原肌球蛋白链将覆盖肌动蛋白丝上的肌球蛋白-头部结合位点。除了刚才讨论的收缩蛋白质和调节蛋白质，每个肌小节还包含有助于肌原纤维的排列、稳定性、弹性和伸展性的结构蛋白质。两种重要的结构蛋白质是肌联蛋白和肌间蛋白。肌联蛋白通过将每根肌球蛋白丝同时连接到Z盘和M线上来稳定粗丝的排列方式。从Z盘延伸到粗肌丝起点处的肌联蛋白被认为有助于保持肌球蛋白丝处于Z盘中间，并且它是肌原纤维具有弹性和延伸性的主要原因。因此，肌联蛋白会帮助肌小节在收缩或被伸展后恢复其静息长度。肌间蛋白分子组成了可将肌球蛋白丝和肌联蛋白丝固定在肌小节中间的M线。
肌肉动作类型
肌肉动作（亦称收缩）是一种内在的状态，无论变短、变长或是处于不变的长度，肌肉都会在这种状态下主动地施加力量。肌肉动作有三种类型。
1.向心（变短）：肌肉在给定关节处产生的转动或旋转效应（力矩）大于（如所举的重物等外力产生的）外界力矩；因此，肌肉能够在克服外界负荷的同时变短。例如，向心肌肉动作用来使处于伸展姿势的肘部屈曲。
2.等长（isometric,iso=相等；metric=长度）：由肌肉产生的力矩与外界产生的力矩相等但方向相反，因此，不发生肢体运动（参见第82页中的“概念应用”）。例如，等长肌肉动作用于将肘部保持在90度屈曲状态。
3.离心（变长）：由肌肉产生的力矩小于外界力矩，但是由肌肉产生的力矩会导致关节运动发生的速度慢于外界力矩单独作用时的肢体运动速度。例如，离心肌肉动作使处于屈曲姿势的肘部缓慢地伸展。
如何确定锻炼期间出现的是哪种肌肉动作类型呢？或许最简单的应用是举重。对于任何锻炼（例如，卧推、深蹲、肩推、肘部弯举和坐姿划船），确定举重期间何时在克服重量（即重力），这时便是处于向心阶段。相反，当让重量超过肌肉产生的力量（即当重量随着重力运动）时，您便处在离心阶段。如果在运动过程中的任意时刻，您停住并将重量保持在了一个固定的位置，便处在等长阶段。例如，在仰卧推举中，将重量降低至胸部是离心阶段，而将重量推离胸部则是向心阶段。如果在卧推过程的任意时刻停住并稳住重量，那么您便是正处于等长阶段。运动的肌肉控制会在第6章（运动的肌肉控制和运动评估）中得到详细的讨论。
概念应用
等长是真的吗？
源自iso（意为相同）和-metric（意为量度或长度），术语等长（isometric）通常用来描述产生的肌肉力量没有引起运动的一些任务。例如，将重物保持在一个固定位置需要等长动作。据此可推断，关节不运动时肌肉也在进行等长动作，或者说肌肉没有改变自身的长度。实际上，当关节保持不运动，而同时肌肉产生力量时，整个肌肉肌腱单元都是等长的。然而，在肌肉肌腱单元内，活跃的肌肉会稍微变短一些，并拉长肌腱。肌肉的略微缩短结合肌腱的少量加长导致肌腱单元的长度不发生变化（等长）。当然，肌肉和肌腱的长度变化极小，但是恒定或者不变的关节角度与真正的等长肌肉动作有关这一说法从理论上讲是不正确的。
除了刚才所列的三种动作类型，还有两个重要的术语经常被用来定义肌肉动作的特性。术语等速描述的是绕某个关节的恒定角速度。因此，做出等速向心或等速离心动作是有可能的。等速动作通常在实验中用来测试不同训练器械募集特定肌肉群的相对有效性。通过等速动作，实验者可以控制收缩速度对肌肉发力的影响。
等张字面意思是恒定的张力。这种情况不会在完整的人体（即活体）上出现，因为肌肉力量在持续变化，并且即便有也很少能够在整个运动过程中保持恒定。等张情况几乎只存在于实验室的隔离肌肉标本中。对于人体运动更加精确的一个术语是等惯性，意为恒定的阻力。例如，当用25磅（1磅约为0.45千克，此后不再标注）的哑铃进行肘部弯举时，由于外界阻力保持恒定不变，在整个运动过程中都是在进行等惯性动作。
兴奋-收缩耦联
产生肌肉收缩的生理步骤会涉及电信号（动作电势）通过肌纤维膜的传递以及肌球蛋白头部的旋转来产生力量。该过程（称作兴奋-收缩耦联）可概述如下（参见图4.4）。
1.电信号（动作电势）沿着下位运动神经元（LMN）的轴突传递至末梢的突触前膜，从而导致钙离子通道开启。
2.来自外围液体的钙离子（Ca2+）流入末梢，并促进突触小泡向突触前膜的运动。每个小泡都含有神经递质乙酰胆碱（ACh）。
3.突触小泡与末梢的突触前膜结合，并将乙酰胆碱释放至突触间隙（参见图4.4a）。该过程称为胞吐作用。
4.乙酰胆碱穿过突触间隙，并与肌纤维膜上的ACh受体相结合。该结合会导致钠离子通道开启，并且如果足够的钠离子进入了肌纤维，那么一个动作电势将会沿着各个方向横穿肌纤维膜。
5.动作电势继续沿肌纤维膜传递，并且通过横小管进入肌纤维。横小管穿过肌纤维，并且遍布肌原纤维。
6.在电信号穿过横小管的过程中，会引起钙离子从肌浆网中的释放（参见图4.4b）。
7.钙离子接着与肌钙蛋白结合。这种肌钙蛋白与钙离子之间的相互作用被认为会引起原肌球蛋白链移离肌动蛋白丝上的肌球蛋白头部结合位置（参见图4.4c）。
8.肌球蛋白头部与肌动蛋白丝结合，并朝着M线旋转。必须向肌球蛋白头部加入一种新的能量分子三磷酸腺苷（ATP）来让其脱离肌动蛋白。只要神经信号得以维持、钙离子处于肌钙蛋白界内、为收缩提供能量的三磷酸腺苷得到补充，那么这种肌球蛋白头部的循环就会一直持续。
9.然而，当刺激停止，并且乙酰胆碱不再从LMN末梢释放时，肌肉就会停止收缩。
10.如果信号停止，钙离子接着将会被有力地泵回至肌浆网，并且肌钙蛋白-原肌球蛋白复合体将会返回至其在肌动蛋白丝上的原始位置，从而阻隔肌球蛋白头部的结合位置。随着肌动蛋白丝和肌球蛋白丝之间不再有相互作用，肌肉就会放松并返回至静息或起始长度。
概念应用
退让训练
当用超过向心极限的重量进行超负荷训练时，肌肉除了进行离心收缩外别无选择。离心动作，尤其是这种强度的离心动作，会产生最大的肌肉损伤，从而激发最多的再生和生长。这解释了为什么高强度的离心收缩（称作退让训练或受压退让）会深受追求肌肉体积最大化的健美者的欢迎。例如，某个最大卧推重量为180磅的人。如果将重量增加至190磅，推举者便无法利用向心肌肉动作将杠铃从胸部举起。然而，如果推举者在双臂完全伸展的前提下握住190磅的杠铃，那么他便可以利用离心肌肉动作控制较重的重量并将其降低至胸部。利用离心动作控制杠铃的下降称为退让动作，因为肌肉在做负（离心）功。
以上所讨论的10个步骤的机械叠加组成了肌肉收缩的滑行模型。滑行模型是公认的肌肉收缩步骤的最优描述。
肌球蛋白头部必须旋转多少次才能产生肌肉收缩呢？关节运动的范围决定了每个肌球蛋白头部具体需要进行多少次循环。换言之，在肌肉缩短或拉长动作期间，每个肌球蛋白头部都需要许多重复但又独立的异步动作循环。在等长收缩期间，肌球蛋白头部仍然与肌动蛋白结合，并且旋转来产生力量，但是与向心收缩不同，不会重复该循环来缩短肌肉。在离心收缩期间，外部负荷或体重会阻挡肌球蛋白头部朝M线旋转的正常趋势。肌动蛋白—肌球蛋白耦联仍然在形成，但是随着肌球蛋白头部被迫拉向M线，蛋白质之间的结合会遭到破坏。
肌纤维类型
人体的骨骼肌是不同纤维类型的合成体，不同纤维类型的比例因肌肉和人而异。根据力学和收缩特性，骨骼肌被划分为两种不同的纤维类型：Ⅰ类（慢缩）和Ⅱ类（快缩）。Ⅱ类纤维又细分为Ⅱa类和Ⅱx类。
从新陈代谢的角度来讲，肌纤维可以归类为氧化型和糖酵解型。由于不同的代谢性质，Ⅰ类纤维被归类为慢氧化型（SO）纤维，而Ⅱ类快肌纤维被进一步划分为两个主要的子类：快氧化糖酵解型（FOG）纤维，即Ⅱa类，以及快糖酵解型（FG）纤维，即Ⅱx类。SO纤维的线粒体、氧化酶、肌红蛋白和毛细血管数量最多，因此主要通过有氧（即利用氧气）途径生成三磷酸腺苷。
相反，FG纤维的线粒体、氧化酶和毛细血管相对较少，肌红蛋白含量较低。但是，它们确实会存储大量的糖原，并且主要通过无氧糖酵解（不用氧气的糖代谢）来生成三磷酸腺苷。由于FG纤维含有的肌原纤维最多并且会快速地消耗三磷酸腺苷，所以它们是最强壮和动作最快的纤维。换而言之，FG纤维非常适合剧烈、短时间的无氧运动。如表4.1所示，Ⅱa类纤维通常被称为中间型纤维，因为它们兼有Ⅰ类和Ⅱx类纤维的特征。表4.1列出了一些相关收缩、解剖和代谢特征来区分不同纤维类型。
纤维的别名：
慢缩=Ⅰ类=慢氧化型（SO）；
快缩=Ⅱa类=快速抗疲劳型（FR）=快氧化糖酵解型（FOG）；
快缩=Ⅱx类=快速疲劳型（FF）=快糖酵解型（FG）。
纤维类型可能通过训练改变吗？训练或许不会改变神经控制（即，具体的神经元，以及其尺寸、阈值和传导速度），但是它却可以改变纤维的代谢性质。例如，耐力训练可以增加三类纤维的氧化能力，剧烈的耐力训练也具有同样的效果，从新陈代谢的角度讲，开始时是FG型的纤维可能会获得FOG型纤维的代谢性质。尽管从神经学上讲FG型纤维仍然是最快，并且拥有最多肌球蛋白三磷酸腺苷酶活动（用于分解肌球蛋白分子上三磷酸腺苷的酶）的纤维，但是许多运动速度都源于合适的神经系统训练。训练有素且以慢缩为主的运动员也可以速度很快。然而，速度与爆发力的先天优势仍然属于以快缩为主的个体。类似地，耐力的先天优势仍然属于以SO型纤维为主的个体。
肌纤维的募集
神经肌肉接头代表的是下位运动神经元（LMN）与肌纤维膜之间的突触的联系。运动单元是一个单一的LMN，外加其支配或有支配关系的所有肌纤维。由于一个下位运动神经元只能支配一类肌纤维，因此SO、FOG和FG的分类方法不仅适用于肌纤维，也适用于运动单元。肌肉收缩是许多运动单元异步并反复激发的结果。当锻炼从低强度逐渐变为高强度时，Ⅰ类纤维会最先被征召，紧接着是Ⅱa类，然后是Ⅱx类（参见图4.5）。Ⅰ类纤维产生的力量最小，因为它们的肌动蛋白丝和肌球蛋白丝含量最少。Ⅱx类纤维则截然相反，其肌动蛋白丝和肌球蛋白丝数量最多，并且肌球蛋白三磷酸腺苷酶活性最高。
因此，当刺激Ⅱx类纤维时，它们会产生最大的力量，并且产生力量的速度最快。当从低强度锻炼进阶至高强度锻炼时，您的神经系统会按照最需氧（抗疲劳性最强）到最不需氧（最容易疲劳）的顺序募集肌纤维。这种按顺序募集的过程称为海勒曼尺寸法则。然而，如果你想要迅速或爆发性地产生大量的力量或爆发力，神经系统将会通过同时激发所有三类肌纤维的方式来取代这种有氧高效的正常层级关系。在这种情况下，神经系统会优先募集快肌纤维。
肌纤维的排列
骨骼肌内肌纤维的排列都可归为以下几种类别之一（参见图4.6）：
梭形或长形；
半羽状；
羽状；
多羽状；
三角形或辐射状。
为了确定肌肉的纤维排列，在肌肉草图上从肌肉的起点至止点简单地画一条线。如果肌纤维的走向平行于这条线，则该肌肉属于梭形（例如，肱二头肌和半腱肌）、长形或者方形。在羽状肌中，纤维的定位方向与肌腱的拉力线呈斜角（通常小于30度）。半羽状肌有一组纤维，并且所有的拉力线都相同（例如，半膜肌）。羽状肌有两组角度不同的纤维（例如，股直肌），而多羽状肌有许多组角度不同的纤维（例如，三角肌）。
羽状的好处是，对于任何一定量的肌纤维体积，更多的肌纤维会平行地工作，从而为肌肉提供更大的功能性横截面积。换而言之，羽状是身体将更大量的肌纤维容纳到更小体积内的方式，从而形成一种更加适合产生力量而非收缩速度的肌肉。
尽管梭形肌可以产生相当大的力量，但是它们的目的是最大化收缩速度。例如，长度和体积相同的羽状肌和梭形肌，梭形肌会含有更多串联的肌小节，因为其肌纤维与肌腱方向一致。如果两种肌肉都受到刺激，并且所有的肌小节都缩短相同的长度，那么具有更多串联肌小节的肌肉将会在相同的时间内缩短更多的距离。
在归类为三角形（亦称辐射状或扇形）的肌肉中，肌纤维从一个相对较大的起点呈扇形聚向相对较小的止点（例如，胸大肌和背阔肌）。这种设计通过平行及串联容纳无数肌小节的方式将高力量输出与高收缩速度结合在了一起。
尽管训练无法改变肌肉的结构，但是了解肌肉形状的不同之处可以帮助我们认清肌肉损伤的可能性。例如，股四头肌旨在产生力量，而腘绳肌旨在快速收缩。由于它们设计的不同以及腘绳肌（半腱肌、半膜肌和股二头肌长头）横跨髋部和膝部的事实，在爆发性、高爆发力的赛事（比如短跑）中，腘绳肌要比股四头肌更加容易撕裂。
长度-张力关系
我们自19世纪末就已经知道，肌肉的长度会影响其等长发力能力（Lieber，2009）。我们在本章的前面讨论了神经系统刺激肌肉产生力量的方式。肌肉的发力还会受到那些不受神经控制的被动因素（例如，肌联蛋白链、肌腱和结缔组织鞘）的影响。
肌肉的发力能力是其长度的函数，如图4.7所示。主动部分表示的是肌小节和肌原纤维的发力能力。如果肌小节太短，那么肌动蛋白丝将会完全重叠，肌球蛋白丝将会压在Z线上，肌球蛋白头部将无法与肌动蛋白结合，从而导致肌小节将不能产生力量。随着肌小节的伸长，当肌球蛋白头部与肌动蛋白分子之间具有最大的重叠（以及结合能力）时，肌小节便会达到其最优的发力能力。然而，如果肌小节伸展过度，那么将不会有任何肌动蛋白与肌球蛋白的重叠，并且发力能力将会降低至零。
随着肌小节的伸长超过了其最优潜力优势，被动因素便开始伸长，并且从力学上想要回弹。正如图4.7的长度-张力关系所示，随着肌肉的伸长，被动因素在持续增加，并且有助于补偿肌小节发力的损失。因此，肌肉总的发力能力要通过将主动和被动部分进行求和来计算。
用于生成长度-张力曲线（参见图4.7）的数据，最初是采用等长收缩方式从独立的动物肌肉中收集而来的。那么后来长度-张力关系是如何应用到人体肌肉上的呢？图4.7中增加的竖线表示，在活体中关节不允许将某块肌肉缩短或伸长到这种极限，所有的肌小节在这一极限下都不能够产生力量。请注意，这些竖线的准确位置只是一个近似值，并且会因所分析的肌肉的不同而发生变化。图4.7表明，当某块肌肉最大限度地缩短时，它的发力能力仅仅归因于其主动部分，但是当相同的肌肉最大限度地伸长时，它的发力这时便同时取决于其主动和被动部分。
长度-张力关系在应用中更加容易理解。例如，使用站姿负重提踵，能否比坐姿举起更大的重量？腿部在骨盆前倾时能比骨盆平放在健身椅上时弯举起更大的重量吗？两个问题的答案都是能。为什么？在这两种情况下，你都在改变关节的位置来预伸长一块或数块正在被训练的主要肌肉。由于腓肠肌横跨踝和膝，伸展的膝伸长了肌肉，并且增加了其在进行站姿提踵时的发力能力。在坐姿负重提踵时，腓肠肌太短导致不能将发力最大化，从而使该项锻炼对比目鱼肌最为有效，该肌肉仅横跨踝关节，其长度不受膝屈曲和伸展的影响。
腿部弯举锻炼中前倾骨盆或屈曲髋部会拉长股二头肌长头、半腱肌和半膜肌，因此会增加它们在举起期间的发力能力。在腿部弯举期间，踝通常处于解剖学姿势或者轻微地背屈。由于腓肠肌既可屈膝又可跖屈踝，所以背屈延长了肌肉，并且增加了其发力能力。在骑行中会出现相同的动作，骨盆前倾不仅用于改善空气动力学特性，还用于通过增加长度的方式来提高腘绳肌和臀大肌的力量输出。
力量-速度关系
骨骼肌的发力能力在某种程度上依赖于其收缩的速度。这种依赖性称为力量-速度关系。力量-速度图（参见图4.8）上的任一点表示，当肌肉被最大限度地激发时，任意给定收缩速度对应的最大力量。根据此图可知，肌肉向心收缩得越快，它能够产生的力量就越小。想要明白为什么会这样，我们需要思考收缩期间肌原纤维都经历了什么。随着缩短速度的增加，连接到肌动蛋白上的肌球蛋白头部数量会减少，因此肌肉产生的力量的能力会降低。当肌肉被最大限度地激发时，等长收缩产生的力量要多于以任何向心动作速度生成的力量。如图4.8所示，最大力量会在离心动作中产生。由于力量-速度图上的曲线表示肌肉最大限度地被激发，因此大部分日常活动中，肌肉都在曲线下方低于最大强度进行工作。
要想体验力量-速度关系，可以尝试以下实验。进行一系列的哑铃肘部弯举。采用相同的运动范围和正确的姿势，以最大的用力（速度）执行每次重复。开始时不用哑铃，之后使用以5磅为增量递增的哑铃，对每种重量进行一次最大速度的弯举，允许在两次弯举之间进行充分的休息，以减少疲劳效应。采用主观术语对每次举的收缩速度进行评级，比如非常快、快速、适中和缓慢等。随着重量的增加，运动会出现什么变化？它会变缓。一旦你无法举起整个运动区间的重量，那么你便已经达到或者非常接近自己的等长极限了。在静态（静止不动）姿势下所保持的重量要大于任何你可以向心举起的重量。
出于演示的目的，假设你的哑铃肘部弯举等长极限为50磅。那么从一开始就使用55磅的哑铃将没有意义，因为该重量超过了你的向心极限。但是如果观察员将55磅的哑铃在最高位置处（即肘部屈曲极限的位置）递给你，那么重物的下降可以利用离心肌肉动作来控制。注意运动发生的方向与重力一致，但是速度要慢于重力让哑铃运动的速度。之后哑铃的重量每额外增加5磅，运动将不仅会变得更快，而且会更加难以控制。不久将会达到一个点，重量太重导致你无法抵抗，或者你若抵抗将会有受伤的风险。刚才已经证明，当肌肉被最大限度地激发时，它在离心动作期间可以比等长或向心动作期间应对更多的负荷，并且肌肉向心收缩得越快，它能产生的力量就越少。
伸展-收缩循环
伸展-收缩循环是一个紧随向心动作之后的离心动作。该循环的好处是，肌肉正常的向心发力能力会得以增强。人们提出了四种机制来解释这种强化：力量形成的时间、弹性势能、力势差和反射作用（Enoka，2015）。这些机制——以及它们的何种组合适用于特定的运动——仍然存在着争议。
让我们稍加深入地探讨一下其中一个机制——弹性势能。在离心阶段，弹性势能储存在肌联蛋白链和结缔组织鞘中，然后在向心动作期间得以释放。肌肉正常的发力通过额外释放的弹性势能得以加强。附加的好处是弹性势能的存储和释放不需要额外的三磷酸腺苷。向心动作要紧随在离心动作之后，否则有些存储的能量将会以热量的形式耗散。
通常，循环越具爆发性，存储的能量也会越多。如果关节运动的范围太小，存储的能量将会非常少。如果运动的范围过大，可能会存储更多的能量，但是肌肉的杠杆效应可能会受到限制。例如，思考一下用来最大化纵跳的技巧。正常情况下，跳跃者会快速迈几步，通过屈曲髋部、膝和脚踝来减重，接着向上爆发起跳或者是进入运动的向心阶段。如果减重阶段下降太深，髋部和膝伸肌的杠杆效应将会受到限制，从而使其难以在垂直方向爆发。
力量和爆发力型运动员经常会通过进行快速伸缩复合训练的方式在训练中利用伸展-收缩循环。快速伸缩复合训练是一种应用了伸展-收缩循环力量增强特点的锻炼形式。行走和跑步也利用了伸展-收缩循环。然而，由于跑步时关节的运动范围更大以及发力更快，所以跑步者从伸展-收缩循环中获得的益处通常要多于步行者。
概念应用
肌肉力量的极致
我们天性中的某些东西似乎在迫近人类表现的极限。无论是传统还是非常规的世界纪录都让我们着迷。在有关慌乱的父（母）亲将汽车抬离受困幼儿的报道中，我们看到了人类力量的极限。对于可以定量的情况，力量极限通过举重比赛的纪录来确定，比如奥运会。
一种测量人类力量的经典方式是硬拉——在双膝锁死及身体挺直的前提下将重物从地面举至某个位置。相对于体重的硬拉纪录由拉玛尔·甘特保持，他在1985年硬拉起了令人难以置信的661磅，成了有史以来第一位硬拉起自身体重5倍重量的人。甘特的体重仅为132磅。
纪录在持续被打破，这引发了非常有趣的问题，比如人类的表现有没有极限？如果有，这些极限是什么？
肌肉肥大
肌肉肥大涉及肌原纤维尺寸和数量的增加，这会增加肌纤维、肌束的尺寸，并最终增加整个肌腹的尺寸。此外，结缔组织必须扩张来容纳不断增加的肌肉尺寸。
为了应答反复的超负荷压力，肌原纤维内的肌小节里会加入新的肌动蛋白丝和肌球蛋白丝，位于肌浆网下方，直到肌原纤维约增加至其初始直径的两倍为止。接着，由于目前仍无法完全弄清楚的原因，肌原纤维会将其纵轴分解开，从而形成两条平行的肌原纤维。研究结果还表明，快肌纤维比慢肌纤维更容易肥大，并且程度更大。因此，相较于一个天生以慢肌纤维为主的人，以快肌纤维为主的人们可能会以更快的速度让肌肉肥大，并且会得到更多的肌肉量。在肌肉肥大期间，肌浆网尺寸必须增大来匹配肌原纤维直径的增加，并且肌小节必须生长来匹配肌纤维尺寸的增大。
尽管等长、向心和离心动作都可以产生肌肉肥大现象，但是离心动作能提供最大的刺激。当重物随重力在离心动作中下降时，神经系统募集的肌纤维较少。这会对涉及的纤维造成更多的肌肉和结缔组织损害，因此会为肌肉生长提供更大的刺激。
威廉·C.怀廷博士是美国加州大学北岭分校人体运动学系生物力学实验室的教授和联合负责人，他在这里获得了卓越教学奖和学术出版奖。怀廷在加州大学洛杉矶分校人体运动学系取得了博士学位。他从事生物力学和人体解剖学课程教学已经35年，并且发表了40多篇文章和30篇研究摘要。他是Biomechanics of Musculoskeletal Injury一书的合著者。
怀廷目前担任美国国家体能协会力量与训练研究期刊的编委，并且担任许多学术期刊的审稿人。怀廷是美国运动医学会（ACSM）的会员，并担任ACSM西南地区分会的主席。他还是美国生物力学协会、国际生物力学协会以及美国国家体能协会的会员。
闲余时间，怀廷喜欢打篮球和排球、阅读、野营和远足。他同妻子玛姬、儿子特雷弗和泰德以及女儿艾米居住在加州的格兰岱尔市。
