Мускулна работа и сила

Основното свойство на мускулната тъкан, която формира скелетните мускули, е контрактилността, която води до промяна в дължината на мускула под въздействието на нервни импулси. Мускулите действат върху костите на лостовете, които са свързани чрез стави. В този случай всеки мускул действа върху ставата само в една посока. В едноосна става (цилиндрична, блоковидна) движението на костните лостове се осъществява само около една ос, така че мускулите са разположени спрямо такава става от двете страни и действат върху нея в две посоки (флексия - екстензия; аддукция - абдукция, ротация). Например, в лакътната става някои мускули са флексори, други са екстензори. Един спрямо друг тези мускули, действащи върху ставата в противоположни посоки, са антагонисти. Като правило, два или повече мускула действат върху всяка става в една посока. Такива мускули, дружелюбни по посока на действие, се наричат синергисти. В двуосна става (елипсоидна, кондиларна, седловидна) мускулите са групирани според двете ѝ оси, около които се извършват движения. В сферично-гнездовата става, която има три оси на движение (многоосна става), мускулите са съседни от няколко страни и действат върху нея в различни посоки. Например, раменната става има мускули - флексори и екстензори, които извършват движение около фронталната ос, абдуктори и аддуктори - около сагиталната ос, и ротатори - около надлъжната ос (навътре - пронатори и навън - супинатори).

В група мускули, които извършват определено движение, можем да различим основните мускули, които осигуряват даденото движение, и спомагателните мускули, чиято спомагателна роля е посочена от самото име. Спомагателните мускули моделират движението, придавайки му индивидуални характеристики.

За функционалните характеристики на мускулите се използват показатели като тяхното анатомично и физиологично напречно сечение. Анатомичното напречно сечение е размерът (площта) на напречното сечение, перпендикулярно на дългата ос на мускула и преминаващо през корема в най-широката му част. Този показател характеризира размера на мускула, неговата дебелина. Физиологичното напречно сечение на мускула е общата площ на напречното сечение на всички мускулни влакна, които изграждат изследвания мускул. Тъй като силата на свиващия се мускул зависи от броя на мускулните влакна и размера на напречното сечение, физиологичното напречно сечение на мускула характеризира неговата сила. При вретеновидни, лентовидни мускули с паралелно разположение на влакната, анатомичните и физиологичните напречни сечения съвпадат. Различна картина е при перестите мускули, които имат голям брой къси мускулни снопове. От два равни мускула с еднакво анатомично напречно сечение, перестият мускул има по-голямо физиологично напречно сечение от вретеновия мускул. Общото напречно сечение на мускулните влакна в перестия мускул е по-голямо, а самите влакна са по-къси, отколкото във вретеновиден мускул. В тази връзка, перестият мускул има по-голяма сила от последния, но обхватът на свиване на късите му мускулни влакна е по-малък. Перестите мускули се срещат там, където е необходима значителна сила на мускулно свиване с относително малък обхват на движение (мускули на подбедрицата, стъпалото, някои мускули на предмишницата). Вретеновидните, лентовидни мускули, изградени от дълги мускулни влакна, се скъсяват с по-голяма степен по време на свиване. В същото време те развиват по-малка сила от перестите мускули, които имат същото анатомично напречно сечение.

Мускулна работа. Тъй като краищата на мускула са прикрепени към костите, точките на неговото начало и прикрепване се приближават една до друга по време на свиване и самите мускули извършват определено количество работа. По този начин човешкото тяло или неговите части променят позицията си, когато съответните мускули се свиват, движат, преодоляват съпротивлението на гравитацията или, обратно, се поддават на тази сила. В други случаи, когато мускулите се свиват, тялото се задържа в определено положение, без да извършва движение. Въз основа на това се прави разлика между преодоляване, отстъпване и задържане на мускулна работа.

Преодоляването на мускулната работа се извършва, когато силата на мускулното свиване променя положението на част от тялото, крайник или неговата връзка, със или без натоварване, преодолявайки силата на съпротивлението.

По-малката работа е работа, при която мускулната сила отстъпва на силата на гравитацията на частта от тялото (крайника) и товара, който тя държи. Мускулът работи, но не се скъсява, а по-скоро се удължава; например, когато е невъзможно да се повдигне или задържи предмет с голяма маса. При голямо мускулно усилие тялото трябва да се спусне на пода или друга повърхност.

Работа по задържане се извършва, ако силата на мускулните контракции държи тяло или товар в определено положение, без да се движи в пространството. Например, човек стои или седи, неподвижно, или държи товар в същото положение. Силата на мускулните контракции уравновесява масата на тялото или товара. В този случай мускулите се свиват, без да променят дължината си (изометрично свиване).

Преодоляването и отдаването на работа, когато силата на мускулните контракции движи тялото или негови части в пространството, може да се счита за динамична работа. Задържащата работа, при която не се осъществява движение на цялото тяло или част от тялото, е статична работа.

Костите, свързани чрез стави, действат като лостове, когато мускулите се свиват. В биомеханиката се разграничават лост от първи клас, когато точките на съпротивление и приложение на мускулната сила са от различни страни на опорната точка, и лост от втори клас, при който и двете сили се прилагат от едната страна на опорната точка, на различни разстояния от нея.

Първият вид двураменен лост се нарича „лост за баланс“. Опорната точка се намира между точката на приложение на сила (силата на мускулното съкращение) и точката на съпротивление (гравитация, маса на органа). Пример за такъв лост е връзката на гръбначния стълб с черепа. Равновесие се постига при условие, че въртящият момент на приложената сила (произведението на силата, действаща върху тилната кост, по дължината на рамото, което е равно на разстоянието от опорната точка до точката на приложение на силата) е равен на въртящия момент на гравитацията (произведението на гравитацията по дължината на рамото, равно на разстоянието от опорната точка до точката на приложение на гравитацията).

Лостът от втори вид е еднораменен. В биомеханиката (за разлика от механиката) той се среща в два вида. Видът на такъв лост зависи от местоположението на точката на приложение на сила и точката на действие на гравитацията, които и в двата случая са от една и съща страна на опорната точка. Първият вид лост от втори вид (лост на сила) възниква, когато рамото на приложение на мускулна сила е по-дълго от рамото на съпротивление (гравитация). Разглеждайки стъпалото като пример, можем да видим, че опорната точка (оста на въртене) е главата на метатарзалните кости, а точката на приложение на мускулна сила (трицепсът на сурата) е калканеусът. Точката на съпротивление (гравитация на тялото) е на кръстовището на пищялите със стъпалото (глезенната става). При този лост има печалба в силата (рамото на приложение на сила е по-дълго) и загуба в скоростта на движение на точката на съпротивление (рамото ѝ е по-късо). При втория тип еднораменен лост (лост за скорост), рамото на прилагане на мускулна сила е по-късо от рамото на съпротивление, където се прилага противоположната сила - гравитацията. За преодоляване на гравитацията, чиято точка на приложение е на значително разстояние от точката на въртене в лакътната става (опорната точка), е необходима значително по-голяма сила на мускулите-флексори, прикрепени близо до лакътната става (в точката на приложение на силата). В този случай се наблюдава печалба в скоростта и обхвата на движение на по-дългия лост (точката на съпротивление) и загуба в силата, действаща в точката на приложение на тази сила.