Muskuļu darbs un spēks

Galvenā muskuļu audu īpašība, kas veido skeleta muskuļus, ir kontraktilitāte, kas nervu impulsu ietekmē izraisa muskuļu garuma izmaiņas. Muskuļi iedarbojas uz sviru kauliem, kas savienoti ar locītavām. Šajā gadījumā katrs muskulis iedarbojas uz locītavu tikai vienā virzienā. Vienvirziena locītavā (cilindriska, bloka formas) kaulu sviru kustība notiek tikai ap vienu asi, tāpēc muskuļi atrodas attiecībā pret šādu locītavu abās pusēs un iedarbojas uz to divos virzienos (saliekšana - pagarināšana; addukcija - abdukcija, rotācija). Piemēram, elkoņa locītavā daži muskuļi ir saliecēji, citi - ekstensori. Viens pret otru šie muskuļi, kas iedarbojas uz locītavu pretējos virzienos, ir antagonisti. Parasti divi vai vairāki muskuļi iedarbojas uz katru locītavu vienā virzienā. Šādus muskuļus, kas ir draudzīgi darbības virzienā, sauc par sinerģistiem. Divvirziena locītavā (elipsoīda, kondilāra, seglu formas) muskuļi ir grupēti pa tās divām asīm, ap kurām tiek veiktas kustības. Lodveida locītavā, kurai ir trīs kustību asis (daudzaksiālā locītava), muskuļi atrodas blakus no vairākām pusēm un iedarbojas uz to dažādos virzienos. Piemēram, pleca locītavā ir muskuļi - saliecēji un ekstensori, kas veic kustību ap frontālo asi, abduktori un adduktori - ap sagitālo asi, bet rotatori - ap garenisko asi (uz iekšu - pronatori un uz āru - supinatori).

Muskuļu grupā, kas veic noteiktu kustību, var atšķirt galvenos muskuļus, kas nodrošina doto kustību, un palīgmuskuļus, kuru palīglomu norāda pats nosaukums. Palīgmuskuļi modelē kustību, piešķirot tai individuālas īpašības.

Muskuļu funkcionālajām īpašībām tiek izmantoti tādi rādītāji kā to anatomiskais un fizioloģiskais šķērsgriezums. Anatomiskais šķērsgriezums ir šķērsgriezuma lielums (laukums), kas ir perpendikulārs muskuļa gareniskajai asij un iet caur vēderu tā platākajā daļā. Šis rādītājs raksturo muskuļa lielumu, tā biezumu. Muskuļa fizioloģiskais šķērsgriezums ir visu muskuļu šķiedru kopējais šķērsgriezuma laukums, kas veido pētāmo muskuli. Tā kā saraujošā muskuļa spēks ir atkarīgs no muskuļu šķiedru skaita un šķērsgriezuma lieluma, muskuļa fizioloģiskais šķērsgriezums raksturo tā spēku. Vārpstas formas, lentveida muskuļos ar paralēlu šķiedru izvietojumu anatomiskais un fizioloģiskais šķērsgriezums sakrīt. Atšķirīga aina ir pennāta muskuļos, kuriem ir liels skaits īsu muskuļu saišķu. No diviem vienādiem muskuļiem ar vienādu anatomisku šķērsgriezumu pennāta muskulim ir lielāks fizioloģiskais šķērsgriezums nekā vārpstas muskulim. Pennāta muskulī kopējais muskuļu šķiedru šķērsgriezums ir lielāks, un pašas šķiedras ir īsākas nekā vārpstas muskulī. Šajā ziņā pennāta muskulim ir lielāks spēks nekā pēdējam, bet tā īso muskuļu šķiedru saraušanās diapazons ir mazāks. Pennāta muskuļi ir sastopami tur, kur nepieciešams ievērojams muskuļu saraušanās spēks ar relatīvi nelielu kustību diapazonu (apakšstilba, pēdas muskuļi, daži apakšdelma muskuļi). Vārpstas formas, lentveida muskuļi, kas veidoti no garām muskuļu šķiedrām, saraušanās laikā saīsinās vairāk. Tajā pašā laikā tie attīsta mazāku spēku nekā pennāta muskuļi, kuriem ir tāds pats anatomiskais šķērsgriezums.

Muskuļu darbs. Tā kā muskuļa gali ir piestiprināti pie kauliem, tā sākuma un piestiprināšanās punkti saraušanās laikā tuvojas viens otram, un paši muskuļi veic noteiktu darba apjomu. Tādējādi cilvēka ķermenis vai tā daļas maina savu pozīciju, kad atbilstošie muskuļi saraujas, pārvietojas, pārvar gravitācijas pretestību vai, gluži pretēji, padodas šim spēkam. Citos gadījumos, muskuļiem saraujoties, ķermenis tiek noturēts noteiktā pozīcijā, neveicot kustību. Pamatojoties uz to, tiek nošķirta muskuļu darba pārvarēšana, padošanās un noturēšana.

Muskuļu darba pārvarēšana tiek veikta, kad muskuļu kontrakcijas spēks maina ķermeņa daļas, ekstremitātes vai tās saites pozīciju, ar slodzi vai bez tās, pārvarot pretestības spēku.

Zemākas kvalitātes darbs ir darbs, kurā muskuļu spēks piekāpjas ķermeņa daļas (ekstremitātes) smaguma spēkam un tās turētajai slodzei. Muskulis strādā, bet tas nesaīsinās, bet gan pagarinās; piemēram, ja nav iespējams pacelt vai noturēt priekšmetu ar lielu masu. Ar lielu muskuļu piepūli ķermenis ir jānolaiž uz grīdas vai citas virsmas.

Noturēšanas darbs tiek veikts, ja muskuļu kontrakciju spēks notur ķermeni vai kravu noteiktā pozīcijā, nekustoties telpā. Piemēram, cilvēks stāv vai sēž, nekustoties, vai arī notur kravu tajā pašā pozīcijā. Muskuļu kontrakciju spēks līdzsvaro ķermeņa vai kravas masu. Šajā gadījumā muskuļi saraujas, nemainot to garumu (izometriska kontrakcija).

Pārvarēšanas un piekāpšanās darbu, kad muskuļu kontrakciju spēks pārvieto ķermeni vai tā daļas telpā, var uzskatīt par dinamisko darbu. Noturēšanas darbu, kurā nenotiek visa ķermeņa vai tā daļas kustība, var uzskatīt par statisko darbu.

Kauli, kas savienoti ar locītavām, darbojas kā sviras, kad muskuļi saraujas. Biomehānikā izšķir pirmās klases sviru, kad pretestības un muskuļu spēka pielikšanas punkti atrodas dažādās atbalsta punkta pusēs, un otrās klases sviru, kurā abi spēki tiek pielikti vienā atbalsta punkta pusē, dažādos attālumos no tā.

Pirmā veida divroku sviru sauc par "līdzsvara sviru". Atbalsta punkts atrodas starp spēka pielikšanas punktu (muskuļu kontrakcijas spēku) un pretestības punktu (gravitāciju, orgānu masu). Šādas sviras piemērs ir mugurkaula savienojums ar galvaskausu. Līdzsvars tiek sasniegts ar nosacījumu, ka pieliktā spēka griezes moments (spēka, kas iedarbojas uz pakauša kaulu, reizinājums ar rokas garumu, kas ir vienāds ar attālumu no atbalsta punkta līdz spēka pielikšanas punktam) ir vienāds ar gravitācijas griezes momentu (gravitācijas reizinājums ar rokas garumu, kas ir vienāds ar attālumu no atbalsta punkta līdz gravitācijas pielikšanas punktam).

Otrā veida svira ir vienrocīga. Biomehānikā (atšķirībā no mehānikas) tā ir divu veidu. Šādas sviras tips ir atkarīgs no spēka pielikšanas punkta un gravitācijas darbības punkta atrašanās vietas, kas abos gadījumos atrodas vienā un tajā pašā atbalsta punkta pusē. Pirmā veida otrā veida svira (spēka svira) rodas, ja muskuļu spēka pielikšanas plecs ir garāks par pretestības (gravitācijas) plecu. Aplūkojot pēdu kā piemēru, mēs varam redzēt, ka atbalsta punkts (rotācijas ass) ir pleznas kaulu galva, bet muskuļu spēka pielikšanas punkts (tricepsa augšstilba muskulis) ir papēža kauls. Pretestības punkts (ķermeņa gravitācija) atrodas stilba kaulu un pēdas savienojuma vietā (potītes locītava). Šajā svirā ir spēka pieaugums (spēka pielikšanas plecs ir garāks) un pretestības punkta kustības ātruma zudums (tā plecs ir īsāks). Otrā tipa vienas rokas svirā (ātruma svirā) muskuļu spēka pielikšanas roka ir īsāka nekā pretestības roka, kur pieliek pretējo spēku – gravitāciju. Lai pārvarētu gravitāciju, kuras pielikšanas punkts atrodas ievērojamā attālumā no rotācijas punkta elkoņa locītavā (atbalsta punktā), ir nepieciešams ievērojami lielāks elkoņa locītavas tuvumā (spēka pielikšanas punktā) piestiprināto saliecējmuskuļu spēks. Šajā gadījumā palielinās garākās sviras (pretestības punkta) ātrums un kustības diapazons, bet samazinās spēks, kas iedarbojas šī spēka pielikšanas punktā.