Muncă musculară și forță

Principala proprietate a țesutului muscular care formează mușchii scheletici este contractilitatea, care duce la o modificare a lungimii mușchiului sub influența impulsurilor nervoase. Mușchii acționează asupra oaselor pârghiilor care sunt conectate prin articulații. În acest caz, fiecare mușchi acționează asupra articulației într-o singură direcție. Într-o articulație uniaxială (cilindrică, în formă de bloc), mișcarea pârghiilor osoase are loc doar în jurul unei singure axe, astfel încât mușchii sunt situați în raport cu o astfel de articulație pe ambele părți și acționează asupra ei în două direcții (flexie - extensie; adducție - abducție, rotație). De exemplu, în articulația cotului, unii mușchi sunt flexori, alții sunt extensori. În raport unul cu celălalt, acești mușchi, acționând asupra articulației în direcții opuse, sunt antagoniști. De regulă, doi sau mai mulți mușchi acționează asupra fiecărei articulații într-o singură direcție. Astfel de mușchi, prietenoși în direcția de acțiune, se numesc sinergici. Într-o articulație biaxială (elipsoidă, condilară, în formă de șa), mușchii sunt grupați în funcție de cele două axe ale sale, în jurul cărora se execută mișcările. Într-o articulație sferică, care are trei axe de mișcare (o articulație multiaxială), mușchii sunt adiacenți din mai multe părți și acționează asupra acesteia în direcții diferite. De exemplu, articulația umărului are mușchi - flexori și extensori, care efectuează mișcarea în jurul axei frontale, abductori și adductori - în jurul axei sagitale și rotatori - în jurul axei longitudinale (spre interior - pronatori și spre exterior - supinatori).

Într-un grup de mușchi care execută o anumită mișcare, putem distinge mușchii principali care asigură mișcarea dată și mușchii auxiliari, al căror rol auxiliar este indicat chiar de denumire. Mușchii auxiliari modelează mișcarea, conferindu-i caracteristici individuale.

Pentru caracteristicile funcționale ale mușchilor, se utilizează indicatori precum secțiunea lor transversală anatomică și fiziologică. Secțiunea transversală anatomică este dimensiunea (aria) secțiunii transversale perpendiculare pe axa lungă a mușchiului și care trece prin burtă în partea sa cea mai lată. Acest indicator caracterizează dimensiunea mușchiului, grosimea sa. Secțiunea transversală fiziologică a mușchiului este aria totală a secțiunii transversale a tuturor fibrelor musculare care alcătuiesc mușchiul studiat. Deoarece forța unui mușchi în contracție depinde de numărul de fibre musculare și de dimensiunea secțiunii transversale, secțiunea transversală fiziologică a mușchiului caracterizează forța sa. În mușchii fusiformi, în formă de panglică, cu aranjament paralel al fibrelor, secțiunile transversale anatomice și fiziologice coincid. O imagine diferită este în mușchii penați, care au un număr mare de fascicule musculare scurte. Dintre doi mușchi egali cu aceeași secțiune transversală anatomică, mușchiul penat are o secțiune transversală fiziologică mai mare decât mușchiul fusiform. Secțiunea transversală totală a fibrelor musculare dintr-un mușchi penat este mai mare, iar fibrele în sine sunt mai scurte decât într-un mușchi fusiform. În acest sens, un mușchi penat are o forță mai mare decât acesta din urmă, dar amplitudinea de contracție a fibrelor sale musculare scurte este mai mică. Mușchii penați se găsesc acolo unde este necesară o forță semnificativă de contracție musculară, cu o amplitudine de mișcare relativ mică (mușchii gambei, laba piciorului, unii mușchi ai antebrațului). Mușchii fusiformi, în formă de panglică, construiți din fibre musculare lungi, se scurtează mai mult în timpul contracției. În același timp, dezvoltă o forță mai mică decât mușchii penați, care au aceeași secțiune transversală anatomică.

Lucrul muscular. Deoarece capetele mușchiului sunt atașate de oase, punctele de origine și de atașare ale acestuia se apropie unul de celălalt în timpul contracției, iar mușchii înșiși efectuează o anumită cantitate de lucru mecanic. Astfel, corpul uman sau părțile sale își schimbă poziția atunci când mușchii corespunzători se contractă, se mișcă, depășesc rezistența gravitației sau, dimpotrivă, cedează acestei forțe. În alte cazuri, când mușchii se contractă, corpul este menținut într-o anumită poziție fără a efectua o mișcare. Pe baza acestui fapt, se face o distincție între depășirea, cedarea și menținerea lucrului muscular.

Depășirea lucrului muscular se realizează atunci când forța contracției musculare modifică poziția unei părți a corpului, a unui membru sau a verighetei sale, cu sau fără sarcină, depășind forța de rezistență.

Munca inferioară este munca în care forța musculară cedează forței de gravitație a părții corpului (membrului) și a sarcinii pe care o susține. Mușchiul lucrează, dar nu se scurtează, ci se lungește; de exemplu, atunci când este imposibil să ridici sau să ții un obiect cu o masă mare. Cu un efort muscular mare, corpul trebuie coborât pe podea sau pe o altă suprafață.

Lucrul mecanic de susținere se efectuează dacă forța contracțiilor musculare menține un corp sau o sarcină într-o anumită poziție fără a se mișca în spațiu. De exemplu, o persoană stă în picioare sau stă așezată fără a se mișca sau menține o sarcină în aceeași poziție. Forța contracțiilor musculare echilibrează masa corpului sau a sarcinii. În acest caz, mușchii se contractă fără a-și modifica lungimea (contracție izometrică).

Lucrul de susținere și de cedare, atunci când forța contracțiilor musculare mișcă corpul sau părți ale acestuia în spațiu, poate fi considerat lucru dinamic. Lucrul de susținere, în care nu se produce mișcarea întregului corp sau a unei părți a corpului, este lucru static.

Oasele conectate prin articulații acționează ca niște pârghii atunci când mușchii se contractă. În biomecanică, se distinge o pârghie de primă clasă, atunci când punctele de rezistență și aplicare a forței musculare se află pe laturi diferite ale punctului de sprijin, și o pârghie de a doua clasă, în care ambele forțe sunt aplicate pe o parte a punctului de sprijin, la distanțe diferite de acesta.

Primul tip de pârghie cu două brațe se numește „pârghie de echilibru”. Punctul de sprijin este situat între punctul de aplicare a forței (forța contracției musculare) și punctul de rezistență (gravitația, masa organului). Un exemplu de astfel de pârghie este legătura coloanei vertebrale cu craniul. Echilibrul se realizează în condiția ca momentul forței aplicate (produsul forței care acționează asupra osului occipital prin lungimea brațului, care este egală cu distanța de la punctul de sprijin la punctul de aplicare a forței) să fie egal cu momentul gravitațional (produsul gravitațional prin lungimea brațului, egal cu distanța de la punctul de sprijin la punctul de aplicare a gravitației).

Pârghia de al doilea tip este cu un singur braț. În biomecanică (spre deosebire de mecanică), există două tipuri. Tipul unei astfel de pârghii depinde de amplasarea punctului de aplicare a forței și de punctul de acțiune al gravitației, care în ambele cazuri se află pe aceeași parte a punctului de sprijin. Primul tip de pârghie de al doilea tip (pârghia forței) apare atunci când brațul de aplicare a forței musculare este mai lung decât brațul de rezistență (gravitație). Considerând piciorul ca exemplu, putem observa că punctul de sprijin (axa de rotație) este capul oaselor metatarsiene, iar punctul de aplicare a forței musculare (mușchiul triceps sural) este calcaneul. Punctul de rezistență (gravitația corpului) se află la joncțiunea oaselor tibiei cu piciorul (articulația gleznei). În cazul acestei pârghii, există un câștig de forță (brațul de aplicare a forței este mai lung) și o pierdere a vitezei de mișcare a punctului de rezistență (brațul său este mai scurt). În cel de-al doilea tip de pârghie cu un singur braț (pârghie de viteză), brațul de aplicare a forței musculare este mai scurt decât brațul de rezistență, unde se aplică forța opusă, gravitația. Pentru a depăși gravitația, al cărei punct de aplicare se află la o distanță considerabilă de punctul de rotație din articulația cotului (punctul de sprijin), este necesară o forță semnificativ mai mare a mușchilor flexori atașați în apropierea articulației cotului (în punctul de aplicare a forței). În acest caz, există un câștig în viteza și amplitudinea mișcării pârghiei mai lungi (punctul de rezistență) și o pierdere în forța care acționează în punctul de aplicare a acestei forțe.