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头图

用力顶住要倒的架子,为什么我没有做功却非常累?

DimaDim_art / CC0

楚亦,不自洽

你没对架子做功,但你的肌节对肌腱做功了。与此同时,维持肌肉的收缩需要消耗能量,这部分能量被高负荷等长收缩时的肌肉震颤状态消耗掉了。

从生理学角度来看,这其实是个相当复杂的问题(不要嘲笑题主),要搞懂它需要不少医学常识。

题主顶住架子那一瞬间,身体的大群肌肉实际上都发生了等长收缩。

和我们的直观感觉不同,肌肉收缩并不总是指肌肉的长度缩短了。实际上,按形式不同,它可以分为等长收缩和等张收缩。

前者顾名思义,是指肌肉收缩过程中长度不变。因此宏观上看,你的肌肉本身,没有支持你的关节在力的作用方向上发生位移,所以在 W=FS 这个公式中 S 为零,不能克服阻力做机械功(所以题主没对外做功 -_-||)。

人体肌肉等长收缩的目的是使关节保持一定的相对位置,比如保持站立或者悬垂,这个过程本身是不对外做功的,但它们为进一步运动(等张收缩)创造了条件,比如站立→起跑,悬垂→引体向上,题主支撑住架子→题主抡起架子并发出了怒吼:“老子这么累你说我没做功?”

但肌肉不对外做功,不代表它消耗的能量为零,肌肉在承受重压时负荷会增大,肌肉的微观单元之一“肌节”会感受到力的刺激,进而发生收缩,拉动肌肉的另一种微观单元“肌腱”发生弹性形变。

由于两者一减一增互相抵消,肌肉的总长是没发生变化的,因而没有对外做功。

明白人看到这儿就懂了,等长收缩实际上是“肌节”对“肌腱”做了功,“肌腱”把能量储存成弹性势能了。但如果这个过程比较理想的话,肌节收缩到一定程度就静止了,肌腱被拉伸到一定程度后也静止了,后续应该不费力气呀?为什么题主这么累呢?

这是因为在高负荷状态下,肌肉无法维持恰好的“等长收缩”。

如果按照收缩目的将等长收缩细分,第一类极端是像站着不动这样“不需要增加张力”的静止,第二类极端是“想拉引体向上却拉不起来”、“想抗起架子却扛不动”的静止。

这张图解释了前后负荷实验

前一类的张力平衡点接近红点,代表最佳力量储备,形象地讲,就是在这个状态下,我们可以从站立状态瞬间以最大速度跑起来。后一类接近蓝点,代表肌节承受的负荷接近极限,题主的架子再重一点(或者拉引体向上时你再胖一点)肌节就会不堪重负发生断裂 -_-||。

但即便是站着不动,肌肉也不是完全的等长收缩。这种宏观上表现出来的静止,微观上看是肌节和肌腱两者的长度,以微妙的频率震荡,像三角函数图像一样此消彼长,这个震荡的结果是:肌腱储存的弹性势能会被转化为热能,而肌节是个催命鬼,不管舒张收缩都需要能量(肌丝滑行理论)。所以肌肉从 ATP 里汲取的化学能被转化为热能以及分子势能,这样就解释了为什么站着不动也会累(想想军训吧,你的身心是不是都在颤抖)。

相对地,负荷越接近蓝点(不堪重负),等长收缩肌节的震颤就越强烈。

当你扛起重物不动时,你甚至可以感受到发力的肌肉在跳动颤抖,这种震颤消耗的能量大大增加,甚至远超等长收缩开始时肌肉消耗的能量,接近肌肉完全强制收缩消耗的能量(可以理解为举重),这也就解释了为什么一开始撑住架子不累,越撑反而越累,因为这个状态累积消耗的能量增加了。

随手找的肌电图,仅供参考

医院常做的肌电图,就是通过生物电,一定程度上显示肌肉的收缩震颤,可以清楚看到,重收缩时的波形震荡是最剧烈的,它消耗大量 ATP,并最终使你感到疲劳。

到这里就完全解释了题主的疑惑。

至于肌节是怎么收缩的,为什么肌肉收缩舒张都要消耗能量,就是肌丝滑行理论的内容了,不赘述了。

(鬼脸)哈哈,谢谢阅读。