Μυϊκή εργασία και δύναμη

Η κύρια ιδιότητα του μυϊκού ιστού που σχηματίζει τους σκελετικούς μύες είναι η συσταλτικότητα, η οποία οδηγεί σε αλλαγή στο μήκος των μυών υπό την επίδραση νευρικών ερεθισμάτων. Οι μύες δρουν στα οστά των μοχλών που συνδέονται με αρθρώσεις. Σε αυτή την περίπτωση, κάθε μυς δρα στην άρθρωση μόνο προς μία κατεύθυνση. Σε μια μονοαξονική άρθρωση (κυλινδρική, σε σχήμα μπλοκ), η κίνηση των οστικών μοχλών συμβαίνει μόνο γύρω από έναν άξονα, επομένως οι μύες βρίσκονται σε σχέση με μια τέτοια άρθρωση και στις δύο πλευρές και δρουν σε αυτήν προς δύο κατευθύνσεις (κάμψη - έκταση, προσαγωγή - απαγωγή, περιστροφή). Για παράδειγμα, στην άρθρωση του αγκώνα, ορισμένοι μύες είναι καμπτήρες, άλλοι είναι εκτείνοντες. Σε σχέση μεταξύ τους, αυτοί οι μύες, που δρουν στην άρθρωση σε αντίθετες κατευθύνσεις, είναι ανταγωνιστές. Κατά κανόνα, δύο ή περισσότεροι μύες δρουν σε κάθε άρθρωση προς μία κατεύθυνση. Τέτοιοι μύες, φιλικοί προς την κατεύθυνση δράσης, ονομάζονται συνεργιστές. Σε μια διαξονική άρθρωση (ελλειψοειδής, κονδυλοειδής, σε σχήμα σέλας), οι μύες ομαδοποιούνται σύμφωνα με τους δύο άξονές της, γύρω από τους οποίους εκτελούνται οι κινήσεις. Σε μια σφαιρική άρθρωση, η οποία έχει τρεις άξονες κίνησης (μια πολυαξονική άρθρωση), οι μύες είναι γειτονικοί από διάφορες πλευρές και ενεργούν σε αυτήν σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Για παράδειγμα, η άρθρωση του ώμου έχει μύες - καμπτήρες και εκτείνοντες, οι οποίοι εκτελούν κίνηση γύρω από τον μετωπιαίο άξονα, απαγωγούς και προσαγωγούς - γύρω από τον οβελιαίο άξονα, και στροφείς - γύρω από τον διαμήκη άξονα (έσω - πρηνιστές και έξω - υπτιαστές).

Σε μια ομάδα μυών που εκτελούν μια συγκεκριμένη κίνηση, μπορούμε να διακρίνουμε τους κύριους μύες που παρέχουν τη δεδομένη κίνηση και τους βοηθητικούς μύες, ο βοηθητικός ρόλος των οποίων υποδεικνύεται από το ίδιο το όνομα. Οι βοηθητικοί μύες μοντελοποιούν την κίνηση, δίνοντάς της ατομικά χαρακτηριστικά.

Για τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των μυών, χρησιμοποιούνται δείκτες όπως η ανατομική και φυσιολογική τους διατομή. Η ανατομική διατομή είναι το μέγεθος (εμβαδόν) της διατομής κάθετης στον μακρύ άξονα του μυός και που διέρχεται από την κοιλιά στο ευρύτερο τμήμα του. Αυτός ο δείκτης χαρακτηρίζει το μέγεθος του μυός, το πάχος του. Η φυσιολογική διατομή του μυός είναι η συνολική διατομή όλων των μυϊκών ινών που αποτελούν τον υπό μελέτη μυ. Δεδομένου ότι η δύναμη ενός συστελλόμενου μυός εξαρτάται από τον αριθμό των μυϊκών ινών και το μέγεθος της διατομής, η φυσιολογική διατομή του μυός χαρακτηρίζει τη δύναμή του. Στους ατρακτοειδή, κορδελοειδή μύες με παράλληλη διάταξη ινών, οι ανατομικές και φυσιολογικές διατομές συμπίπτουν. Μια διαφορετική εικόνα είναι στους πτερυγωτούς μύες, οι οποίοι έχουν μεγάλο αριθμό βραχέων μυϊκών δεσμίδων. Από δύο ίσους μύες με την ίδια ανατομική διατομή, ο πτερυγωτός μυς έχει μεγαλύτερη φυσιολογική διατομή από τον ατρακτοειδή μυ. Η συνολική διατομή των μυϊκών ινών σε έναν πτερυγωτό μυ είναι μεγαλύτερη και οι ίδιες οι ίνες είναι μικρότερες από ό,τι σε έναν ατρακτοειδή μυ. Από αυτή την άποψη, ένας πτερυγωτός μυς έχει μεγαλύτερη δύναμη από τον τελευταίο, αλλά το εύρος συστολής των βραχέων μυϊκών ινών του είναι μικρότερο. Οι πτερυγωτοί μύες βρίσκονται εκεί όπου απαιτείται σημαντική δύναμη μυϊκής συστολής με σχετικά μικρό εύρος κίνησης (μύες της κνήμης, του ποδιού, ορισμένοι μύες του αντιβραχίου). Οι ατρακτοειδής, κορδελοειδής μύες, που κατασκευάζονται από μακριές μυϊκές ίνες, βραχύνονται κατά μεγαλύτερο βαθμό κατά τη συστολή. Ταυτόχρονα, αναπτύσσουν λιγότερη δύναμη από τους πτερυγωτούς μύες, οι οποίοι έχουν την ίδια ανατομική διατομή.

Μυϊκή εργασία. Δεδομένου ότι τα άκρα του μυός συνδέονται με τα οστά, τα σημεία της αρχής και της πρόσδεσής του πλησιάζουν το ένα στο άλλο κατά τη συστολή και οι ίδιοι οι μύες εκτελούν μια ορισμένη ποσότητα έργου. Έτσι, το ανθρώπινο σώμα ή τα μέρη του αλλάζουν τη θέση τους όταν οι αντίστοιχοι μύες συστέλλονται, κινούνται, ξεπερνούν την αντίσταση της βαρύτητας ή, αντίστροφα, υποχωρούν σε αυτή τη δύναμη. Σε άλλες περιπτώσεις, όταν οι μύες συστέλλονται, το σώμα διατηρείται σε μια συγκεκριμένη θέση χωρίς να εκτελεί κίνηση. Με βάση αυτό, γίνεται διάκριση μεταξύ υπερνίκησης, υποχώρησης και συγκράτησης της μυϊκής εργασίας.

Η υπερνίκηση του μυϊκού έργου εκτελείται όταν η δύναμη της μυϊκής συστολής αλλάζει τη θέση ενός μέρους του σώματος, ενός άκρου ή του συνδέσμου του, με ή χωρίς φορτίο, υπερνικώντας τη δύναμη της αντίστασης.

Κατώτερη εργασία είναι η εργασία στην οποία η μυϊκή δύναμη υποχωρεί στη δύναμη της βαρύτητας του μέρους του σώματος (άκρου) και στο φορτίο που αυτό φέρει. Ο μυς εργάζεται, αλλά δεν βραχύνεται, αλλά μάλλον επιμηκύνεται. Για παράδειγμα, όταν είναι αδύνατο να σηκώσει ή να κρατήσει ένα αντικείμενο με μεγάλη μάζα. Με μεγάλη μυϊκή προσπάθεια, το σώμα πρέπει να κατέβει στο πάτωμα ή σε άλλη επιφάνεια.

Το έργο συγκράτησης εκτελείται εάν η δύναμη των μυϊκών συσπάσεων συγκρατεί ένα σώμα ή φορτίο σε μια συγκεκριμένη θέση χωρίς να κινείται στο χώρο. Για παράδειγμα, ένα άτομο στέκεται ή κάθεται χωρίς να κινείται ή συγκρατεί ένα φορτίο στην ίδια θέση. Η δύναμη των μυϊκών συσπάσεων εξισορροπεί τη μάζα του σώματος ή του φορτίου. Σε αυτήν την περίπτωση, οι μύες συστέλλονται χωρίς να αλλάζουν το μήκος τους (ισομετρική συστολή).

Η υπερνίκηση και η απόδοση του έργου, όταν η δύναμη των μυϊκών συσπάσεων κινεί το σώμα ή τα μέρη του στο χώρο, μπορεί να θεωρηθεί ως δυναμική εργασία. Η εργασία συγκράτησης, στην οποία δεν λαμβάνει χώρα κίνηση ολόκληρου του σώματος ή μέρους του σώματος, είναι στατική εργασία.

Τα οστά που συνδέονται με αρθρώσεις λειτουργούν ως μοχλοί όταν οι μύες συστέλλονται. Στη βιομηχανική, διακρίνεται ένας μοχλός πρώτης κατηγορίας, όταν τα σημεία αντίστασης και εφαρμογής της μυϊκής δύναμης βρίσκονται σε διαφορετικές πλευρές του υπομοχλίου, και ένας μοχλός δεύτερης κατηγορίας, στον οποίο και οι δύο δυνάμεις εφαρμόζονται στη μία πλευρά του υπομοχλίου, σε διαφορετικές αποστάσεις από αυτό.

Ο πρώτος τύπος μοχλού με δύο βραχίονες ονομάζεται "μοχλός ισορροπίας". Το υπομόχλιο βρίσκεται μεταξύ του σημείου εφαρμογής της δύναμης (η δύναμη της μυϊκής συστολής) και του σημείου αντίστασης (βαρύτητα, μάζα οργάνων). Ένα παράδειγμα τέτοιου μοχλού είναι η σύνδεση της σπονδυλικής στήλης με το κρανίο. Η ισορροπία επιτυγχάνεται υπό την προϋπόθεση ότι η ροπή της εφαρμοζόμενης δύναμης (το γινόμενο της δύναμης που ασκείται στο ινιακό οστό επί το μήκος του βραχίονα, το οποίο είναι ίσο με την απόσταση από το υπομόχλιο έως το σημείο εφαρμογής της δύναμης) είναι ίση με τη ροπή της βαρύτητας (το γινόμενο της βαρύτητας επί το μήκος του βραχίονα, ίσο με την απόσταση από το υπομόχλιο έως το σημείο εφαρμογής της βαρύτητας).

Ο μοχλός δεύτερου είδους είναι μονόχειρας. Στη βιομηχανική (σε αντίθεση με τη μηχανική), διατίθεται σε δύο τύπους. Ο τύπος ενός τέτοιου μοχλού εξαρτάται από τη θέση του σημείου εφαρμογής δύναμης και του σημείου δράσης της βαρύτητας, τα οποία και στις δύο περιπτώσεις βρίσκονται στην ίδια πλευρά του υπομοχλίου. Ο πρώτος τύπος μοχλού δεύτερου είδους (μοχλός δύναμης) εμφανίζεται όταν ο βραχίονας εφαρμογής της μυϊκής δύναμης είναι μακρύτερος από τον βραχίονα αντίστασης (βαρύτητα). Θεωρώντας το πόδι ως παράδειγμα, μπορούμε να δούμε ότι το υπομόχλιο (άξονας περιστροφής) είναι η κεφαλή των μεταταρσίων οστών, και το σημείο εφαρμογής της μυϊκής δύναμης (ο τρικέφαλος μυς) είναι η πτέρνα. Το σημείο αντίστασης (βαρύτητα σώματος) βρίσκεται στη συμβολή των οστών της κνήμης με το πόδι (άρθρωση του αστραγάλου). Σε αυτόν τον μοχλό, υπάρχει αύξηση της δύναμης (ο βραχίονας εφαρμογής της δύναμης είναι μακρύτερος) και απώλεια της ταχύτητας κίνησης του σημείου αντίστασης (ο βραχίονάς του είναι κοντύτερος). Στον δεύτερο τύπο μοχλού μονού βραχίονα (μοχλός ταχύτητας), ο βραχίονας εφαρμογής της μυϊκής δύναμης είναι μικρότερος από τον βραχίονα αντίστασης, όπου εφαρμόζεται η αντίθετη δύναμη, η βαρύτητα. Για να ξεπεραστεί η βαρύτητα, το σημείο εφαρμογής της οποίας βρίσκεται σε σημαντική απόσταση από το σημείο περιστροφής στην άρθρωση του αγκώνα (το υπομόχλιο), απαιτείται σημαντικά μεγαλύτερη δύναμη των καμπτήρων μυών που συνδέονται κοντά στην άρθρωση του αγκώνα (στο σημείο εφαρμογής της δύναμης). Σε αυτήν την περίπτωση, υπάρχει αύξηση στην ταχύτητα και το εύρος κίνησης του μακρύτερου μοχλού (το σημείο αντίστασης) και απώλεια στη δύναμη που ασκείται στο σημείο εφαρμογής αυτής της δύναμης.