Работа и сила мышц

Мышцы действуют на костные рычаги, приводят их в движе­ние или удерживают части тела в определенном положении. В каждом движении обычно участвует несколько мышц. Мышцы, действующие в одном направлении, называют синергистами, действующие в разных направлениях — антагонистами.

На кости скелета мышцы действуют с определенной силой и выполняют при этом работу — динамическую или статическую. П ри динамической работе костные рычаги изменяют свое поло­жение, перемещаются в пространстве. При статической работе мышцы напрягаются, но длина их не изменяется, тело (или его чисти) удерживается в определенном неподвижном положении. Такое сокращение мышц без изменения их длины называют изо­метрическим сокращением. Сокращение мышцы, сопровожда­ющееся изменением ее длины, называют изотоническим сокра­щением.

С учетом места приложения мышечной силы к костному ры­чагу и других их характеристик в биомеханике выделяют рычаги первого рода и рычаги второго порядка (рис. 32). У рычага первого рода точка приложения мышечной силы и точка сопротив­ления (тяжесть тела, масса груза) находятся по разные стороны от точки опоры (от сустава). Примером рычага первого рода может служить голова, которая опирается на атлант (точка опоры). Тя­жесть головы (ее лицевая часть) находится по одну сторону от оси атланто-затылочного сочленения, а место приложения силы за­тылочных мышц к затылочной кости — по другую сторону от оси.

Равновесие головы достигается при условии, когда вращающий момент прилагаемой силы (произведение силы затылочных мышц на длину плеча, равную расстоянию от точки опоры до места при­ложения силы) будет соответствовать вращающему моменту силы тяжести передней части головы (произведение силы тяжести на длину плеча, равную расстоянию от точки опоры до точки при­ложения тяжести).

У рычага второго рода и точка приложения мышечной силы, и точка сопротивления (силы тяжести) находятся по одну сторо­ну от точки опоры (оси сустава). В биомеханике выделяют два вида рычага второго рода. У первого вида рычага второго рода плечо приложения мышечной силы длиннее плеча сопротивле­ния. Например, стопа человека. Плечо приложения силы трехгла­вой мышцы голени (расстояние от пяточного буфа до точки опо­ры — головок плюсневых костей) длиннее плеча приложения силы тяжести тела (от оси голеностопного сустава до точки опо­ры). В этом рычаге имеется выигрыш в прилагаемой мышечной силе (рычаг длиннее) и проигрыш в скорости перемещения силы тяжести тела (рычаг короче). У второго вида рычага второго рода плечо приложения мышечной силы будет короче плеча сопротив­ления (приложения силы тяжести). Плечо от локтевого сустава до места прикрепления сухожилия двуглавой мышцы короче, чем расстояние от этого сустава до кисти, где находится приложение силы тяжести. В этом случае имеется выигрыш в скорости и раз­махе перемещения кисти (длинное плечо) и проигрыш в силе, дей­ствующей на костный рычаг (короткое плечо приложения силы).

Сила действия мышцы определяется массой того груза, ко­торый эта мышца может поднять на определенную высоту при

Рис. 32. Действия мышц на костные рычаги:

/ — рычаг первого рода (рычаг равновесия); //— первый вид рычага второго рода (рычаг силы); ///— второй вид рычага второго рода (рычаг скорости); А — точка опоры; Б — точка приложения силы; В — точка сопротивления

Рис. 33. Анатомический (сплошная линия) и физиологический (прерывистая линия) поперечники мышц различной формы: А-лентовидная мышца; Б — веретенообразная мышца; В — одноперистая мышца

своем максимальном сокращении. Такую силу принято называть подъемной силой мышцы. Подъемная силы мышцы зависит от количества и толщины ее мышечных волокон. У человека мышеч­ная сила составляет 5 —10 кг на 1 см² физиологического попереч­ника мышцы. Для морфофункционалъной характеристики мышц существует понятие их анатомического и физиологического по­перечников (рис. 33). Физиологическим поперечником мышцы называют сумму поперечного сечения (площадей) всех мышечных подокон данной мышцы. Анатомическим поперечником мышцы является величина (площадей) поперечного ее сечения в наибо­лее широком месте. У мышцы с продольно расположенными во­локнами (лентовидной, веретенообразной мышц) величина анатомического и физиологического поперечников будут одинаковы­ми. При косой ориентации большого числа коротких мышечных пучков, как это имеет место у перистых мышц, физиологический поперечник будет больше анатомического.

Вращающая сила мышцы зависит не только от ее физиологи­ческого или анатомического поперечника, или подъемной силы, но и от угла прикрепления мышцы к кости. Чем больше угол, под которым мышца прикрепляется к кости, тем большее действие она может оказать на эту кость. Для увеличения угла прикрепле­ния мышц к кости служат блоки.