From 4f76febeaf59a7e7c1c8f5ee9af1fa191912c425 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Haidong Wang Date: Sat, 17 Jan 2026 10:40:40 +0800 Subject: [PATCH 1/2] =?UTF-8?q?=E6=9B=B4=E6=96=B0=20chap4.tex?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- chap4/chap4.tex | 32 +++++++++++++++++++------------- 1 file changed, 19 insertions(+), 13 deletions(-) diff --git a/chap4/chap4.tex b/chap4/chap4.tex index 8982dca..3e1d025 100644 --- a/chap4/chap4.tex +++ b/chap4/chap4.tex @@ -171,7 +171,7 @@ \section{肌节结构} \section{力-长度关系} 肌节所能产生的最大力量会随着其长度的变化而变化。 -长度和张力之间的关系可以用滑动丝理论来解释，该理论由两个研究小组于 1954 年独立提出。 +长度和张力之间的关系可以用滑动丝理论来解释，该理论由 2 个研究小组于 1954 年独立提出。 Andrew Huxley 和 Rolf Niedergerke（在单根肌纤维中）以及 Hugh Huxley 和 Jean Hanson（在分离的肌原纤维中）证明，在主动肌肉收缩过程中，肌小节带不会变窄，这推翻了粗肌丝缩短的流行理论。 他们给出的解释是，随着肌节长度的变化，粗肌丝和细肌丝会相互滑动。 因此，肌节的长度会影响肌动蛋白和肌球蛋白之间“重叠”的量，或者说靠近细肌丝上结合位点的肌球蛋白头部的数量。 @@ -203,9 +203,10 @@ \section{力-长度关系} 即使在不活动时，肌肉在拉伸超过其静息长度时也会产生力，就像非线性弹簧一样。 这种被动力-长度关系主要源于肌肉中的两种结构：肌联蛋白以及围绕纤维、肌束和肌肉的结缔组织。 -肌联蛋白是一种大型、柔韧的蛋白质，它将粗肌丝固定在肌节两端的Z形盘上。 +肌联蛋白是一种大型、柔韧的蛋白质，它将粗肌丝固定在肌节两端的 Z 形盘上。 当肌节较短时，肌联蛋白呈卷曲状，刚度较低；随着肌节变长，肌联蛋白变直，刚度增加（图~\ref{fig:4_7}）。 -肌纤维周围的结缔组织也表现出类似的力-长度行为。肌肉激活时产生的总力是其被动力与横桥产生的主动力之和（图~\ref{fig:4_8}）。 +肌纤维周围的结缔组织也表现出类似的力-长度行为。 +肌肉激活时产生的总力是其被动力与横桥产生的主动力之和（图~\ref{fig:4_8}）。 \begin{figure}[!htb] \centering @@ -213,6 +214,7 @@ \section{力-长度关系} \caption{\textit{肌联蛋白}将粗肌丝附着在肌节两端的 Z 盘上，并在拉伸时产生力量。 \label{fig:4_7}} \end{figure} + \begin{figure}[!htb] \centering \includegraphics[width=0.7\linewidth]{chap4/4_8} @@ -247,13 +249,13 @@ \section{力与速度的关系} 肌肉的速度在锻炼时至关重要。 在等长运动中，肌肉在受到相等阻力时被激活。 -在这种情况下，肌肉的长度不会改变（即速度为零）。 +在这种情况下，肌肉的长度不会改变（即速度为 0）。 如果肌肉受到的阻力较小，肌肉就会缩短，这种收缩被称为向心收缩。 相反，如果肌肉受到的阻力较大，肌肉就会伸长，这种收缩被称为离心收缩。 希尔观察到，在向心收缩过程中，随着缩短速度的增加，主动力呈双曲线下降，在最大收缩速度（$v_{\text{max}^M}$）时达到零。 -在离心收缩过程中，肌肉力量超过其等长收缩过程中的力量，最高可达其最大等长力量的1.5倍左右。 +在离心收缩过程中，肌肉力量超过其等长收缩过程中的力量，最高可达其最大等长力量的 1.5 倍左右。 希尔的观察解释了为什么默多克$\cdot$里奇在“推我拉你”实验中费力不讨好，而布伦达$\cdot$比格兰却几乎不费吹灰之力。 @@ -268,14 +270,15 @@ \section{力与速度的关系} 你可能想知道，在日常生活中，肌肉是否同时做正功和负功。 -确实如此！骑车或步行上坡时，你的肌肉主要做正功。 +确实如此！ +骑车或步行上坡时，你的肌肉主要做正功。 然而，当你走下陡坡时，你的许多肌肉会做负功来控制下坡速度。 有趣的是，做负功会使肌肉酸痛，并促进肌肉再生。 负功理论认为，肌肉理论上可以从外力中获取能量或“充电”。 可惜，这根本不可能发生。 -我们的身体无法逆转驱动横桥机制的化学反应，将二磷酸腺苷（ADP）转化回三磷酸腺苷（ATP）。 +我们的身体无法逆转驱动横桥机制的化学反应，将二磷酸腺苷转化回三磷酸腺苷。 然而，对于由可充电电池驱动的机器来说，充电是可能的。 例如，传统汽车的摩擦制动器将动能转化为热能，而电动汽车则利用再生制动来捕获和储存这种能量。 @@ -308,7 +311,7 @@ \section{肌肉激活} 人们不禁会想：钙离子从何而来？ 如前所述，它们储存在细胞内一种类似储罐的地方。 -它们的释放由中枢神经系统（Central Nervous System, CNS）控制，它是肌肉发展过程中极其重要的一个环节，我们之前还没有提到过。 +它们的释放由中枢神经系统控制，它是肌肉发展过程中极其重要的一个环节，我们之前还没有提到过。 肌肉不会自行激活；通常情况下，它们只有在神经系统发出指令时才会活动。 @@ -318,7 +321,7 @@ \section{肌肉激活} 这种转移触发细胞膜去极化，并导致正钙离子从肌浆网流出。 横轴管系统（通常简称为 T 小管）确保去极化沿着整个肌纤维快速传播。 T 小管是由细胞膜（称为肌膜）在细胞内延伸，将膜状指状结构伸入细胞质时形成的。 -终末池位于T小管附近，是肌浆网的延伸，负责储存钙离子。 +终末池位于 T 小管附近，是肌浆网的延伸，负责储存钙离子。 当细胞去极化时，钙离子会被释放到细胞内，从而启动横桥循环。 @@ -334,7 +337,8 @@ \section{肌肉激活} 到目前为止，我们仅研究了中枢神经系统如何激活肌肉。 -但它的工作远未完成！它还需要告诉肌肉应该用力还是轻柔地拉动。 +但它的工作远未完成！ +它还需要告诉肌肉应该用力还是轻柔地拉动。 中枢神经系统利用上述机制，通过两种方式调节肌肉产生的力量：速率编码和运动单元募集。 我们将在接下来的两节中详细阐述这些机制。 @@ -360,7 +364,8 @@ \section{速率编码} \end{figure} -刺激肌纤维通常不会使其产生单次抽搐；而是以特定速率施加一系列或一连串脉冲。 +刺激肌纤维通常不会使其产生单次抽搐； +而是以特定速率施加一系列或一连串脉冲。 如果两次脉冲间隔足够近，第二次抽搐会在第一次脉冲的力完全衰减至零之前开始，从而产生高于第一次的第二个力峰值。 随着脉冲序列频率（或“发放频率”）的增加，峰值力也会增加——直到达到阈值刺激频率，此时纤维力达到稳定水平，峰值力在更高频率下不再增加。 该阈值刺激频率称为强直频率。 @@ -394,7 +399,8 @@ \section{运动单位募集} 更详细地说，这个过程是这样运作的。 肌肉在功能上被划分为不同的运动单位，这些运动单位由一个运动神经元及其支配的肌纤维组成（图~\ref{fig:4_13}~的左图）。 运动单位的大小不一，从数十条肌纤维到数千条肌纤维不等。 -需要精细控制的小肌肉，例如拇指肌肉，每个运动神经元仅包含少量肌纤维；而控制较粗略的大肌肉，例如背部肌肉，每个运动神经元则包含许多肌纤维。 +需要精细控制的小肌肉（例如拇指肌肉），每个运动神经元仅包含少量肌纤维； +而控制较粗略的大肌肉（例如背部肌肉），每个运动神经元则包含许多肌纤维。 通常，属于一个运动单位的纤维不会聚集在一起，而是分布在整个肌肉中。 因此，相邻的纤维通常属于不同的运动单位，并且由特定运动神经元支配的纤维可能位于多个肌束中。 中枢神经系统会根据任务需求调整被募集的运动单位数量（图~\ref{fig:4_13}~的右图）。 @@ -538,7 +544,7 @@ \section{力-长度-速度-激活关系建模} 我们都知道，肌肉的形状和大小千差万别。 -下一章将学习如何运用本文介绍的概念，构建肌肉的计算模型——一个可以用来进行数值分析并生成运动模拟的模型。 +下一章将学习如何运用本文介绍的概念，构建肌肉的计算模型（一个可以用来进行数值分析并生成运动模拟的模型）。 该模型将使我们能够表征各种条件下不同肌肉的产力特性。 From d2beb5125b734a76f1ccac966ee758b0447f82fe Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Haidong Wang Date: Sat, 17 Jan 2026 12:13:04 +0800 Subject: [PATCH 2/2] =?UTF-8?q?=E6=9B=B4=E6=96=B0=20chap1.tex?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- chap1/chap1.tex | 11 ++++++----- 1 file changed, 6 insertions(+), 5 deletions(-) diff --git a/chap1/chap1.tex b/chap1/chap1.tex index 359e625..98fadd4 100644 --- a/chap1/chap1.tex +++ b/chap1/chap1.tex @@ -20,7 +20,7 @@ \chapter{第一步} \label{chap:chap1} \caption*{ \label{fig:1_0}} \end{figure} -当玛丽$\cdot$雪莱写下那本让她名声大噪的哥特式小说时，全世界仍在为电的发现而兴奋不已——而路易吉$\cdot$加尔瓦尼的惊人发现——电刺激竟能使死青蛙的肌肉抽搐。 +当玛丽$\cdot$雪莱写下那本让她名声大噪的哥特式小说时，全世界仍在为电的发现而兴奋不已，而路易吉$\cdot$加尔瓦尼惊人发现：电刺激竟能使死青蛙的肌肉抽搐。 雪莱几乎可以想象，电流能使一个完整的生命体复活。 @@ -45,7 +45,7 @@ \chapter{第一步} \label{chap:chap1} 在本书中，我们将探索这首宏伟的交响曲。 我们将从力学的视角审视人类和动物的运动，以理解运动的生物力学。 -我们将运用简单的概念模型来解答诸如为何行走和跑步是高效的运动方式、为何宇航员在月球上采取跳跃式步态，以及跑道和跑鞋如何提升运动表现并减少损伤等问题。 +我们将运用简单的概念模型来解答诸如：为何行走和跑步是高效的运动方式、为何宇航员在月球上采取跳跃式步态，以及跑道和跑鞋如何提升运动表现并减少损伤等问题。 我们将深入研究肌肉的结构，直至其微观的动力产生机制，并精确观察电刺激如何促使肌肉收缩。 我们将描述用于生成运动模拟的复杂计算工具，从而使我们能够估算产生这种运动的肌肉力量。 这些模拟向我们展示了我们在行走、跑步或骑自行车时如何协调肌肉。 @@ -66,14 +66,15 @@ \section{我们为什么研究运动} 运动令人着迷，是生命的基础。 我们的身体功能多样，既能展现力量，又能展现灵巧。 -运动对于维持身心健康至关重要。规律的体育锻炼有助于预防心脏病、癌症、骨质疏松症、肥胖症、糖尿病、抑郁症、焦虑症和其他严重疾病，然而，全球只有不到一半的人口能够充分活动以维持身心健康。 +运动对于维持身心健康至关重要。 +规律的体育锻炼有助于预防心脏病、癌症、骨质疏松症、肥胖症、糖尿病、抑郁症、焦虑症和其他严重疾病，然而，全球只有不到一半的人口能够充分活动以维持身心健康。 体育锻炼是一剂强效且廉价的良药，即使少量运动也能带来显著的健康益处。 在研究运动生物力学的过程中，我们致力于理解运动产生的生物结构和过程，并将这些知识应用于提高灵活性、体育锻炼能力和健康水平。 运动生物力学领域历史悠久。 如同人类的许多追求一样，推动其进步的动力源于改善生活的渴望，以及对环境和自身与生俱来的好奇心。 -亚里士多德在公元前350年左右撰写了第一本探讨动物运动一般原理的著作，书名恰如其分地命名为《动物运动论》。 +亚里士多德在公元前 350 年左右撰写了第一本探讨动物运动一般原理的著作，书名恰如其分地命名为《动物运动论》。 他和其他古希腊人认为，当肌肉被“气”（pneuma）（流经我们神经的“生命之气”）充气时，肌肉就会收缩。 @@ -81,7 +82,7 @@ \section{我们为什么研究运动} 生物力学的先驱包括列奥纳多$\cdot$达$\cdot$芬奇（1452-1519），他绘制了数百幅详细的解剖图，并研究了肌肉骨骼系统的力学功能（图~\ref{fig:1_1}）。 乔瓦尼$\cdot$博雷利（1608-1679）是第一个运用力学定律将肌肉施加的力与其在关节周围产生的力矩联系起来的人（图~\ref{fig:1_2}）。 然而，博雷利仍然坚持经典观点，认为肌肉是通过气动、膨胀过程收缩的。 -这一理论遭到了佛罗伦萨宫廷中博雷利的对手尼古拉斯$\cdot$斯坦诺（Nicolas Steno，1638-1686）的反驳，他指出肌肉在收缩时体积保持不变——我们将在第 4 章中研究这个悖论。 +这一理论遭到了佛罗伦萨宫廷中博雷利的对手尼古拉斯$\cdot$斯坦诺（Nicolas Steno，1638-1686）的反驳，他指出肌肉在收缩时体积保持不变，我们将在第 4 章中研究这个悖论。 后来，路易吉$\cdot$加尔瓦尼（Luigi Galvani，1737-1798）发现了电信号能够引起肌肉收缩这一此前未被怀疑的能力，从根本上奠定了我们现代电生理学领域的基础。 最后，我不能不提一下埃德沃德$\cdot$迈布里奇（Eadweard Muybridge，1830-1904），他在距离我家约一公里（现在的斯坦福大学校园）的地方进行了早期的人类和动物运动摄影研究。迈布里奇的照片即使在今天看起来也令人着迷，它们是电影和生物力学史上的里程碑（图~\ref{fig:1_3}）。 事实上，电影制作技术和生物力学科学仍在齐头并进。