top of page

給健身愛好者的肌肉生理學:肌肉收縮原理&訓練應用




本文涵蓋較深的生理學知識,想認真學習運動科學的讀者可以仔細研讀。若你主要是想學一些科學知識來增進自己的訓練知識的話,可以省略每一節的「原理介紹」不看。


簡介

近幾年「科學訓練」越來越流行,健身愛好者與教練們不再只以 bro science 為訓練依據,而開始關注科學研究。這是好事,也是進步,但同時也會導致其他問題。許多人在一知半解下便盲目相信任何研究結果,卻沒有足夠的基礎科學知識解讀結果的實際意義,也沒有能力親自閱讀 paper。為了讓健身愛好者更能理解運動科學研究,我將從科學原理切入常見的健身課題,而這次的主題是肌肉收縮原理。


學肌肉收縮原理的實際用處

科學讀起來常常是枯燥的,但除了讓你更能讀懂文獻以外,學會肌肉收縮原理也有實際上能應用到訓練的用處。譬如,到底何時要追求感受度、何時不要,就是可以從肌肉改變收縮力道的原理去推論的。以下,我會介紹人類體內傳遞訊息的方式、如何將此訊息轉換成肌肉收縮的動作、與肌肉如何改變收縮力道。並且,我會先用比喻讓這些原理不那麼艱澀,並將這些知識結合到訓練的實際運用。

重點

  1. 大腦產生收縮指令,此訊號經由運動神經傳達到肌肉細胞,使肌肉收縮。

  2. 對神經細胞與肌肉細胞來說,細胞內以電訊號溝通,而細胞間(神經to神經/神經to肌肉)以化學訊號溝通。

  3. 當足夠的化學訊號由神經細胞分泌至肌肉細胞時,肌肉細胞會產生足夠的電訊號使肌肉細胞中的肌原纖維滑動縮短。

  4. 肌原纖維由粗肌絲和細肌絲構成。粗肌絲主要成份為肌凝蛋白,而細肌絲主要成份為肌動蛋白。當肌凝蛋白與肌動蛋白交互作用時,粗肌絲和細肌絲會相互拉近(稱之為:滑動),使肌肉縮短。

  5. 電訊號使肌原纖維滑動的原理是:透過提高肌肉細胞的電位,使肌質網上的鈣離子通道打開。鈣離子擴散至肌原纖維後,會移開肌動蛋白上的障礙物,使肌凝蛋白可以與肌動蛋白交互作用、產生滑動。

  6. 肌肉收縮是以「運動單元」為單位,同個運動單元裡的肌肉細胞會同時收縮。增加同時收縮的運動單元數目,就能增加肌肉的收縮力道。

  7. 當肌肉細胞接收到來自神經的「一個」(足夠強的)訊號時,肌肉細胞就會迅速收縮並放鬆「一次」。若在肌肉細胞放鬆前就再給予另一個訊號,肌肉細胞就會再收縮一次,且收縮力道會疊加。


肌肉怎麼知道大腦想要收縮?

原理介紹


人與人之間透過語言和肢體表現來溝通,那你有沒有想過,你體內的細胞或器官是如何相互溝通的?他們既沒有眼睛也沒有嘴巴,要傳遞訊息,靠的是化學分子及電流。舉例來說,當身體脫水時,位於頭部的下視丘就會分泌出抗利尿激素(一種化學分子),經由血液循環抵達位於腹部的腎臟,減少尿液形成。換句話說,下視丘以血液為管道、用化學分子「叫」腎臟多保存一些水分。而大腦則是以神經為管道、用電流和化學分子「叫」肌肉收縮。

圖一:遙控器->大腦; 電線->神經; 機械手臂->肌肉


先用機械手臂簡單地比喻大腦、神經、與肌肉的關係(如圖一)。遙控器發出電流,電流經由電線傳到機械手臂,機械手臂因而做出反應。大腦就像這個遙控器,會發出訊號,而神經細胞會將這個訊號以電流的方式傳至肌肉細胞,就好像電線一樣。


圖二

(圖二)但實際狀況更為複雜,因為大腦與肌肉並不是一條電線直接相連,而是「分開」相連(如圖二所示)。電線本身仍可傳輸電流,但電線如何傳訊息到另一條電線?電線又該如何傳訊息到機械手臂?

為了解決這個問題,我們在各部件上裝設「發射器」和「接收器」。遙控器的電流訊號傳送到第一條電線的尾端時,第一條電線的發射器可發射化學分子,與第二條電線的接收器結合。第二條電線收到化學訊號後,就會傳輸電流置其尾端,並釋放化學分子與機械手臂結合,而此時機械手臂就會產生電流而彎曲。

圖三:神經遞質,肌肉收縮是「乙醯膽鹼」

如果你已經看懂圖二,那我們可以進入人體真實狀況了(圖三)。當我們想收縮肌肉時,大腦會發出訊號,以電流的形式沿著上運動神經元輸送至位於脊隨的神經元末梢(相當於上述的發射器),然後釋放神經遞質(神經細胞用來與其他細胞溝通的化學分子)。下運動神經元的接收器接收到神經遞質時,它會產生電流傳到位於肌肉附近的發射器,並釋放另一種神經遞質(乙醯膽鹼),與肌肉的接收器結合,使肌肉產生電流而收縮。這就是大腦叫肌肉收縮的方法。

實際應用

從圖三可知,肌肉收縮是由許多不同元件共同完成的,包含大腦、運動神經、及肌肉本身(其實還有更多,但此篇先省略),因此當我們感到疲憊時,不一定是肌肉本身累了,可能是其他地方累了。這就會產生兩種狀況了。第一種是:雖然肌肉好像已經從訓練中恢復,但其實神經系統需要更多休息,不然會過度訓練。第二種是:「今天感覺狀態不好、想休息」的心理,可能只是懶散作祟,真正去訓練時可以發現其實自己還是很有力氣,因此不該偷懶休息。

這就反映了良好的訓練計畫與自律的重要性:有良好的訓練計畫,才能讓神經系統跟肌肉都不會過度訓練;而自律才能克服心裡的疲憊,堅持做好該做的訓練。

肌肉收到指令了,那要怎麼讓肌肉收縮?