Praca mięśni i siła

Główną właściwością tkanki mięśniowej tworzącej mięśnie szkieletowe jest kurczliwość, która prowadzi do zmiany długości mięśnia pod wpływem impulsów nerwowych. Mięśnie działają na kości dźwigni, które są połączone stawami. W tym przypadku każdy mięsień działa na staw tylko w jednym kierunku. W stawie jednoosiowym (cylindrycznym, klockowatym) ruch dźwigni kostnych zachodzi tylko wokół jednej osi, więc mięśnie są rozmieszczone względem takiego stawu po obu stronach i działają na niego w dwóch kierunkach (zgięcie - wyprost; przywodzenie - odwodzenie, obrót). Na przykład w stawie łokciowym niektóre mięśnie są zginaczami, inne prostownikami. W stosunku do siebie mięśnie te, działające na staw w przeciwnych kierunkach, są antagonistami. Z reguły na każdy staw działają dwa lub więcej mięśni w jednym kierunku. Takie mięśnie, przyjazne w kierunku działania, nazywane są synergistami. W stawie dwuosiowym (elipsoidalnym, kłykciowym, siodłowym) mięśnie grupują się według jego dwóch osi, wokół których wykonywane są ruchy. W stawie kulistym, który ma trzy osie ruchu (staw wieloosiowy), mięśnie sąsiadują z nim z kilku stron i działają na niego w różnych kierunkach. Na przykład staw barkowy ma mięśnie - zginacze i prostowniki, które wykonują ruch wokół osi czołowej, odwodziciele i przywodziciele - wokół osi strzałkowej, a rotatory - wokół osi podłużnej (do wewnątrz - pronatory i na zewnątrz - supinatory).

W grupie mięśni wykonujących konkretny ruch możemy wyróżnić mięśnie główne, które zapewniają dany ruch, oraz mięśnie pomocnicze, których pomocnicza rola jest wskazywana przez samą nazwę. Mięśnie pomocnicze modelują ruch, nadając mu indywidualne cechy.

Do określenia cech funkcjonalnych mięśni stosuje się takie wskaźniki, jak ich przekrój anatomiczny i fizjologiczny. Przekrój anatomiczny to wielkość (pole powierzchni) przekroju prostopadłego do długiej osi mięśnia i przechodzącego przez brzuch w jego najszerszej części. Wskaźnik ten charakteryzuje wielkość mięśnia, jego grubość. Przekrój fizjologiczny mięśnia to całkowita powierzchnia przekroju wszystkich włókien mięśniowych, które tworzą badany mięsień. Ponieważ siła kurczącego się mięśnia zależy od liczby włókien mięśniowych i wielkości przekroju, przekrój fizjologiczny mięśnia charakteryzuje jego siłę. W mięśniach wrzecionowatych, wstęgowych o równoległym układzie włókien przekroje anatomiczny i fizjologiczny pokrywają się. Inny obraz przedstawiają mięśnie pierzaste, które mają dużą liczbę krótkich wiązek mięśniowych. Z dwóch równych mięśni o tym samym przekroju anatomicznym mięsień pierzasty ma większy przekrój fizjologiczny niż mięsień wrzecionowaty. Całkowity przekrój włókien mięśniowych w mięśniu pierzastym jest większy, a same włókna są krótsze niż w mięśniu wrzecionowatym. Pod tym względem mięsień pierzasty ma większą siłę niż ten ostatni, ale zakres skurczu jego krótkich włókien mięśniowych jest mniejszy. Mięśnie pierzaste występują tam, gdzie wymagana jest znaczna siła skurczu mięśnia przy stosunkowo małym zakresie ruchu (mięśnie podudzia, stopy, niektóre mięśnie przedramienia). Mięśnie wrzecionowate, w kształcie wstążki, zbudowane z długich włókien mięśniowych, skracają się o większą wartość podczas skurczu. Jednocześnie rozwijają mniejszą siłę niż mięśnie pierzaste, które mają ten sam anatomiczny przekrój.

Praca mięśni. Ponieważ końce mięśnia są przyczepione do kości, punkty jego początku i końca zbliżają się do siebie podczas skurczu, a same mięśnie wykonują pewną ilość pracy. Tak więc ciało ludzkie lub jego części zmieniają swoje położenie, gdy odpowiadające mu mięśnie kurczą się, poruszają, pokonują opór grawitacji lub odwrotnie, poddają się tej sile. W innych przypadkach, gdy mięśnie się kurczą, ciało jest utrzymywane w określonej pozycji bez wykonywania ruchu. Na tej podstawie rozróżnia się pracę mięśniową polegającą na pokonywaniu, ustępowaniu i utrzymywaniu.

Pokonywanie pracy mięśniowej ma miejsce wtedy, gdy siła skurczu mięśni zmienia położenie części ciała, kończyny lub jej ogniwa, z obciążeniem lub bez, pokonując siłę oporu.

Praca gorsza to praca, w której siła mięśni ustępuje pod wpływem siły grawitacji części ciała (kończyny) i ciężaru, który ona trzyma. Mięsień pracuje, ale nie skraca się, ale raczej wydłuża; na przykład, gdy nie można podnieść lub utrzymać przedmiotu o dużej masie. Przy dużym wysiłku mięśni ciało musi zostać opuszczone na podłogę lub inną powierzchnię.

Praca trzymająca jest wykonywana, jeśli siła skurczów mięśni utrzymuje ciało lub ładunek w określonej pozycji bez poruszania się w przestrzeni. Na przykład osoba stoi lub siedzi bez poruszania się lub trzyma ładunek w tej samej pozycji. Siła skurczów mięśni równoważy masę ciała lub ładunku. W tym przypadku mięśnie kurczą się bez zmiany swojej długości (skurcz izometryczny).

Praca przezwyciężająca i ustępująca, gdy siła skurczów mięśni porusza ciało lub jego części w przestrzeni, może być uważana za pracę dynamiczną. Praca trzymająca, w której nie występuje ruch całego ciała lub jego części, jest pracą statyczną.

Kości połączone stawami działają jak dźwignie, gdy mięśnie się kurczą. W biomechanice rozróżnia się dźwignię pierwszej klasy, gdy punkty oporu i zastosowania siły mięśniowej znajdują się po różnych stronach punktu podparcia, oraz dźwignię drugiej klasy, w której obie siły są stosowane po jednej stronie punktu podparcia, w różnych odległościach od niego.

Pierwszy typ dźwigni dwuramiennej nazywa się „dźwignią równowagi”. Punkt podparcia znajduje się między punktem przyłożenia siły (siłą skurczu mięśnia) a punktem oporu (grawitacją, masą organu). Przykładem takiej dźwigni jest połączenie kręgosłupa z czaszką. Równowaga jest osiągana pod warunkiem, że moment siły przyłożonej (iloczyn siły działającej na kość potyliczną przez długość ramienia, która jest równa odległości od punktu podparcia do punktu przyłożenia siły) jest równy momentowi siły grawitacji (iloczynowi siły grawitacji przez długość ramienia, równą odległości od punktu podparcia do punktu przyłożenia siły).

Drugi rodzaj dźwigni jest jednoramienny. W biomechanice (w przeciwieństwie do mechaniki) występuje w dwóch typach. Typ takiej dźwigni zależy od położenia punktu przyłożenia siły i punktu działania grawitacji, które w obu przypadkach znajdują się po tej samej stronie punktu podparcia. Pierwszy typ dźwigni drugiego rodzaju (dźwignia siły) występuje, gdy ramię przyłożenia siły mięśniowej jest dłuższe niż ramię oporu (grawitacji). Rozważając stopę jako przykład, możemy zobaczyć, że punktem podparcia (oś obrotu) jest głowa kości śródstopia, a punktem przyłożenia siły mięśniowej (mięsień trójgłowy łydki) jest kość piętowa. Punkt oporu (grawitacja ciała) znajduje się na styku kości piszczelowych ze stopą (staw skokowy). W tej dźwigni występuje zysk siły (ramię przyłożenia siły jest dłuższe) i utrata prędkości ruchu punktu oporu (jego ramię jest krótsze). W drugim typie dźwigni jednoramiennej (dźwignia prędkości) ramię przyłożenia siły mięśniowej jest krótsze niż ramię oporu, gdzie przyłożona jest siła przeciwna, grawitacja. Aby pokonać grawitację, której punkt przyłożenia znajduje się w znacznej odległości od punktu obrotu w stawie łokciowym (punktu podparcia), wymagana jest znacznie większa siła mięśni zginaczy przyczepionych w pobliżu stawu łokciowego (w punkcie przyłożenia siły). W tym przypadku następuje zysk w prędkości i zakresie ruchu dłuższej dźwigni (punkt oporu) oraz strata siły działającej w punkcie przyłożenia tej siły.