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2018年11月25日 星期日

動作裡的藍綠一家親: 作用肌與拮抗肌





昨天因為選舉看到政黨政治版圖的翻轉,有感而發對應到動作的控制,也有兩種不同的作用肌肉在互相抗衡與協調,我們稱這些肌肉群為作用肌與拮抗肌。


以前的生物課本說:


很久很久以前的自然課本還是生物課本,最喜歡用手肘彎曲當作例子,把上手臂前側的肌肉,肱二頭肌,稱為作用肌;而把後側相對位置的肌肉,肱三頭肌,稱為拮抗肌。

當時的課本會這樣描述,當我們要把手肘彎曲,肱二頭肌這條作用肌會收縮出力,而肱三頭肌這條拮抗肌會伸展放鬆;如果要把手肘伸直,肱三頭肌換成作用肌會收縮出力,而肱二頭肌則變成拮抗肌會伸展放鬆。考試也用這樣的例子出選擇題,要我們選出正確的名稱以及動作。

在中小學的背景知識下,到這邊已經是當時學生可以理解的極限了,但還有幾個疑問沒有講到:

1. 為什麼作用肌跟拮抗肌會這麼溫順乖巧,不會同時出力收縮內鬥,或是一起放鬆擺爛內耗嗎?

2. 拮抗肌跟作用肌遇到不同方向的動作(例如彎曲跟伸直),就醫定會互換角色嗎?有沒有可能做不同方向的動作,卻還是同一條肌肉在出力呢?

這些東西就是物理治療系的學生在大二的肌動學跟生物力學努力奮戰的問題。

先講第一個,對於肢體動作來說,肌肉是可以被我們大腦意識所控制,當今天我大腦想要手肘彎曲,就會傳遞「肱二頭肌出力收縮」的訊號,經由神經系統的傳遞,刺激肱二頭肌收縮,做出手肘彎曲。但是有幾個特殊情況下,會有破壞這樣的動作。


第一種:動作角度太大,肌肉被過度拉長


當手肘彎曲角度太大,造成肱三頭肌肌肉被伸展太長,刺激到肌肉內的肌梭,身體為了避免肌肉被拉斷這麼可怕的事情發生,就會啟動反射反應,讓肱三頭肌出力收縮,縮短肌肉長度。這樣的反射例子,常見於國中生物學到的膝跳反射,反射槌敲下去,拉長大腿股四頭肌肌腱,誘發股四頭肌肌肉收縮,做出踢腳的動作。


第二種:作用肌肌肉用力過度


另一種情況是,當手肘彎曲搬重物時,肱二頭肌出了太多力氣,肌肉收縮程度已經快要強直抽筋,這時候開始刺激到肌肉內的高爾基氏體(Gogi Tendon Organ, GTO),觸發反射反應,強制放鬆作用肌肱二頭肌,並且命令拮抗肌肱三頭肌用力收縮。有時候我們在搬東西,重到超過一定程度時,手會不自主的鬆開讓東西掉下去,就是這樣來的。


第三種:大腦神經處理感覺整合有問題


最後一種情況是,當大腦內部的訊息整合出現問題時,下達給肢體的動作命令也就沒有那麼純粹,而是參雜了許多雜訊,而這些雜訊會讓作用肌收縮的時候,同時讓拮抗肌也跟著收縮,造成外觀動作非常不協調。像是帕金森氏症的個案,因為大腦的基底核發生病變,對於肌肉張力、動作控制無法做出完整的感覺整合,下達的神經訊號讓目標肌肉群,產生動作過多或是動作過少的變化,像是震顫、動作啟動困難……等等。


在正常的生理機制下,作用肌與拮抗肌才能正常作用搭配


在整個動作控制的概念中,作用肌與拮抗肌的協調是非常重要的,一般在正常的神經系統以及肌肉系統的生理作用下,作用肌與拮抗肌都能因應不同的情境做出適當的搭配,用協調的動作表現出來。

但是一旦生理的機制出現問題,力道大小、用力時機、肌肉伸展長度、神經反射......這些因素沒有搭配好,讓作用肌跟拮抗肌發生同時收縮內鬥,或是同時放鬆擺爛,動作表現就很容易出現動作不協調、姿勢不正確的問題,甚至衍生更複雜的肌肉關節病變。