Работа мышц (элементы биомеханики мышц)

Основным свойством мышечной ткани, на котором основана работа мышц, является сократимость. При сокращении мышцы происходит укорочение ее и сближение двух точек, к которым она прикреплена. Из этих двух точек подвижный пункт прикрепления, punctum mobile, притягивается к неподвижному, punctum fixum, и в результате происходит движение данной части тела.

Действуя сказанным образом, мышца производит тягу с известной силой и, передвигая груз (например, тяжесть кости), совершает определенную механическую работу. Сила мышцы зависит от количества входящих в ее состав мышечных волокон и определяется площадью так называемого физиологического поперечника, т. е. площадью разреза в том месте, через которое проходят все волокна мышцы, т.е. суммарной площадью поперечников всех мышечных волокон.Анатомический поперечник – это поперечное сечение в наиболее широкой части брюшка мышцы. Величина сокращения зависит от длины мышцы.

В процессе сокращения мышца совершает преодолевающую работу. При этом, в мышцах-антагонистах совершается уступающая работа. Преодолевающую и уступающую работы, обеспечивающие передвижение тела в пространстве, называют динамической работой. Если силой мышечных сокращений тело или груз удерживаются в определенном положении без перемещения в пространстве, то эту работу называют статической.

Кости, движущиеся в суставах под влиянием мышц, образуют в механическом смысле рычаги, т. е. как бы простейшие машины для передвижения тяжестей.

Наименее энергозатратным является рычаг равновесия (атлантозатылочный сустав и таз, опирающийся на головки бедренных костей), при котором точка опоры равноудалена от точек приложения сил. В этом случае требуются минимальные энергозатраты по возвращению в исходное равновесное положение элементов сустава, а также поддержание головы и туловища в течение длительного времени.

Противоположным в смысле энергозатрат является рычаг силы – точка приложения мышечной силы длиннее рычага сопротивления, например стопа, точкой опоры которой служат головки плюсневых костей. Точка приложения мышечной силы – пяточная кость, а точка сопротивления (вес тела) приходится на голеностопный сустав. Рычаг силы характеризуется выигрышем в силе и проигрышем в скорости.

Рычаг скорости имеет плечо приложения мышечной силы короче, чем плечо сопротивления, например предплечье, сгибающееся в локтевом суставе. При этом происходит выигрыш в скорости и проигрыш в силе.

Чем дальше от места опоры будут прикрепляться мышцы, тем выгоднее, ибо благодаря увеличению плеча рычага лучше может быть использована их сила. С этой точки зрения П. Ф. Лесгафт различает мышцы сильные, прикрепляющиеся вдали от точки опоры, и ловкие, прикрепляющиеся вблизи нее. Каждая мышца имеет начало, origo, и прикрепление, insertio. Поскольку опорой для всего тела служит позвоночный столб, расположенный по средней линии тела, постольку начало мышцы, совпадающее обычно с неподвижной точкой, расположено ближе к средней плоскости, а на конечностях — ближе к туловищу, проксимально; прикрепление мышцы, совпадающее с подвижной точкой, находится дальше от середины, а на конечностях — дальше от туловища, дистально. Punctum fixum и punctum mobile могут меняться своими местами в случае укрепления подвижной точки и освобождения фиксированной. Например, при стоянии подвижной точкой прямой мышцы живота будет ее верхний конец (сгибание верхней части туловища), а при висе тела с помощью рук на перекладине — нижний конец (сгибание нижней части туловища).

Так как движение совершается в двух противоположных направлениях (сгибание — разгибание, приведение — отведение и др.), то для движения вокруг какой-либо одной оси необходимо не менее двух мышц, располагающихся на противоположных сторонах. Такие мышцы, действующие во взаимно противоположных направлениях, называются антагонистами. При каждом сгибании действует не только сгибатель, но обязательно и разгибатель, который постепенно уступает сгибателю и удерживает его от чрезмерного сокращения. Поэтому антагонизм мышц обеспечивает плавность и соразмерность движений. Каждое движение, таким образом, есть результат действия антагонистов.

В отличие от антагонистов мышцы, равнодействующая которых проходит в одном направлении, называются агонистами, или синергистами. В зависимости от характера движения и функциональной комбинации мышц, участвующих в нем, одни и те же мускулы могут выступать то как синергисты, то как антагонисты.

Одна и та же мышца в зависимости от положения тела или его части, при котором она действует, и фазы соответствующего двигательного акта часто меняет свою функцию. Например, трапециевидная мышца по-разному участвует своими верхней и нижней частями при подъеме руки выше горизонтального положения. Так, при отведении руки обе названные части трапециевидной мышцы одинаково активно участвуют в этом движении, затем (после подъема выше 120°) активность нижней части названного мускула прекращается, а верхней — продолжается до вертикального положения руки.