Робота і сила м'язів

Основна властивість м'язової тканини, що утворює скелетні м'язи, - скоротливість призводить до зміни довжини м'язи під впливом нервових імпульсів. М'язи діють на кістки важелів, що з'єднуються за допомогою суглобів. При цьому кожен м'яз діє на суглоб тільки в одному напрямку. У одноосного суглоба (циліндричного, блоковидного) рух кісткових важелів відбувається тільки навколо однієї осі, тому м'язи розташовуються по відношенню до такого суглобу з двох сторін і діють на нього в двох напрямках (згинання - розгинання; приведення - відведення, обертання). Наприклад, у ліктьового суглоба одні м'язи - згиначі, інші - розгиначі. Друг по відношенню до одного ці м'язи, що діють на суглоб в протилежних напрямках, є антагоністами. Як правило, на кожен суглоб в одному напрямку діють дві або більше м'язів. Такі співдружності у напрямку дії м'язи називають синергистами. У двуосного суглоба (еліпсоїдні, мищелковий, сідлоподібний) м'язи групуються відповідно двом його осях, навколо яких відбуваються руху. До кулястих суглобу, має три осі руху (багатовісної суглоб), м'язи прилягають з декількох сторін і діють на нього в різних напрямках. Так, наприклад, у плечового суглоба є м'язи - згиначі і розгиначі, які здійснюють рух навколо фронтальної осі, що відводять і приводять - навколо сагітальної осі і вращатели - навколо поздовжньої осі (всередину - пронатори і назовні - супінатори).

У групі м'язів, що виконують той чи інший рух, можна виділити м'язи головні, що забезпечують даний рух, і допоміжні, про підсобної ролі яких говорить сама назва. Допоміжні м'язи моделюють рух, надають йому індивідуальні особливості.

Для функціональної характеристики м'язів використовуються такі показники, як їх анатомічний і фізіологічний поперечник. Анатомічний поперечник - це величина (площа) поперечного перерізу, перпендикулярного довжині м'яза і проходить через черевце в найбільш широкій його частині. Цей показник характеризує величину м'язи, її товщину. Фізіологічний поперечник м'язи є сумарну площу поперечного перерізу всіх м'язових волокон, що входять до складу досліджуваного м'яза. Оскільки сила скорочується м'язи залежить від кількості м'язових волокон, величини поперечного перерізу, то фізіологічний поперечник м'язи характеризує її силу. У м'язів веретеноподібної, лентовидной форми з паралельним розташуванням волокон анатомічний і фізіологічний поперечники збігаються. Інша картина у перістних м'язів, що мають велику кількість коротких м'язових пучків. З двох рівновеликих м'язів, що мають однаковий анатомічний поперечник, у перистої м'язи фізіологічний поперечник більше, ніж у веретенообразной. Сумарне поперечний переріз м'язових волокон у перистої м'язи більше, а самі волокна коротше, ніж у веретенообразной. У зв'язку з цим пір'яста м'яз в порівнянні з останньою має більшу силу, проте розмах скорочення її коротких м'язових волокон менше. Перисті м'язи є там, де необхідна значна сила м'язових скорочень при порівняно невеликому розмаху рухів (м'язи гомілки, стопи, деякі м'язи передпліччя). М'язи веретенообразной, лентовидной форми, побудовані з довгих м'язових волокон, при скороченні коротшають на велику величину. У той же час вони розвивають меншу силу, ніж перисті м'язи, які мають однаковий з ними анатомічний поперечник.

Робота м'язів. Оскільки кінці м'язи прикріплені на кістках, то точки її початку і прикріплення при скороченні наближаються одна до одної, а самі м'язи при цьому виконують певну роботу. Таким чином, тіло людини або його частини при скороченні відповідних м'язів змінюють своє становище, приходять в рух, долають опір сили тяжіння або, навпаки, поступаються цій силі. В інших випадках при скороченні м'язів тіло утримується в певному положенні без виконання руху. Виходячи з цього, розрізняють преодолевающую, поступається і утримує роботу м'язів.

Долає робота м'язів виконується в тому випадку, якщо сила скорочення м'яза змінює положення частини тіла, кінцівки або її ланки, з вантажем або без нього, долаючи силу опору.

Поступається називають роботу, при якій сила м'язи поступається дії сили тяжіння частини тіла (кінцівки) і утримується нею вантажу. М'яз працює, однак вона не коротшає при цьому, а, навпаки, подовжується; наприклад, коли неможливо підняти або утримати на вазі предмет, що має велику масу. При великому зусиллі м'язів доводиться опустити це тіло на підлогу або на іншу поверхню.

Утримує робота виконується, якщо силою м'язових скорочень тіло або вантаж утримується в певному положенні без переміщення в просторі. Наприклад, людина стоїть або сидить, не рухаючись, або тримає вантаж в одному і тому ж положенні. Сила м'язових скорочень врівноважує масу тіла або вантажу. При цьому м'язи скорочуються без зміни їх довжини (ізометричне скорочення).

Долають і поступається роботу, коли сила м'язових скорочень переміщує тіло або його частини в просторі, можна розглядати як динамічну роботу. Утримує робота, при якій руху всього тіла або частини тіла не відбувається, є роботою статичної.

Кістки, з'єднані суглобами, при скороченні м'язів діють як важелі. У біомеханіки виділяють важіль першого роду, коли точки опору і додатки м'язової сили знаходяться по різні боки від точки опори, і важіль другого роду, в якому обидві сили додаються по одну сторону від точки опори, на різній відстані від неї.

Важіль першого роду двуплечий носить назву «важіль рівноваги». Точка опори розташовується між точкою прикладання сили (сила м'язового скорочення) і точкою опору (сила тяжіння, маса органу). Прикладом такого важеля може служити з'єднання хребта з черепом. Рівновага досягається за умови, якщо крутний момент додається сили (твір сили, що діє на потиличну кістку, на довжину плеча, яка дорівнює відстані від точки опори до точки прикладання сили) дорівнює обертального моменту сили тяжіння (твір сили тяжіння на довжину плеча, рівну відстані від точки опори до точки прикладання сили тяжіння).

Важіль другого роду одноплечий. У біомеханіки (на відміну від механіки) він буває двох видів. Вид такого важеля залежить від місця розташування точки прикладання сили і точки дії сили тяжіння, які і в тому, і в іншому випадку знаходяться по одну сторону від точки опори. Перший вид важеля другого роду (важіль сили) має місце в тому випадку, якщо плече додатка м'язової сили довше за плече опору (сили тяжіння). Розглядаючи як приклад стопу, можна бачити, що точкою опори (вісь обертання) служать головки кісток плесна, а точкою докладання м'язової сили (триголовий м'язи гомілки) є п'яткова кістка. Точка опору (вага тіла) припадає на місце зчленування кісток гомілки зі стопою (гомілковостопний суглоб). У цьому важелі відзначаються виграш в силі (плече прикладання сили довше) і програш у швидкості переміщення точки опору (її плече коротше). У другого виду одноплечевой важеля (важеля швидкості) плече додатка м'язової сили коротше, ніж плече опору, де прикладена протидіюча сила, сила тяжіння. Для подолання сили тяжіння, точка докладання якої відстоїть на значній відстані від точки обертання в ліктьовому суглобі (точка опори), необхідна значно більша сила м'язів-згиначів, що прикріплюються поблизу від ліктьового суглоба (в точці прикладання сили). При цьому спостерігаються виграш в швидкості і розмаху руху більше довгого важеля (точка опору) і програш в силі, що діє в точці прикладання цієї сили.