6. Работа мышц

Основное свойство мышечной ткани - сократимость. Мышцы при со­кращении превращают значительную часть (1/3-1/4) химической энергии в механическую работу, выделяя при этом теплоту. При сокращении мышцы укорачиваются и утолщаются, сближая точки прикрепления и начала мыш­цы. При этом одна из костей не меняет положения, поэтому место, где на ней начинается мышца, называется укрепленной точкой (punctum ftxum). Другая кость совершает движения, и точка прикрепления мышцы на ней подвижная (punctum mobile). Положение точек при движении может изменяться.

Сила мышц складывается из сил, проявляемых всеми входящими в его состав мышечными волокнами. Для оценки силы сокращения мышцы, т.е. ее функциональной характеристики, используют два показателя - анатомиче­ский и физиологический поперечники мышц.

Анатомический поперечник - это площадь поперечного сечения мышцы в ее наиболее широкой части. Для веретенообразных, лентовидных и плоских мышц, где мышечные волокна расположены рядом и ориентированы вдоль оси мышцы, поперечный "срез" пройдет через все волокна. Таким об­разом, в этих мышцах сила всей мышцы пропорциональна площади ее ана­томического поперечника, то есть толщине мышцы.

Если разрезать поперек перистую мышцу, то это совпадение не обна­руживается, так как мышечные волокна ориентированы косо к оси мышцы и не могут одновременно попасть в плоскость такого среза. То есть анатомиче­ский поперечник перистых мышц не может характеризовать их силу. Поэто­му возникло понятие "физиологический поперечник", который представля­ет собой сумму поперечного сечения всех мышечных волокон, входящих в состав мышцы. Для веретенообразных и плоских мышц он соответствует анатомическому поперечнику. Именно физиологический поперечник харак­теризует абсолютную силу сокращения мышцы. В среднем при физиологиче­ском поперечнике в 1 см² сила мышцы составляет 3,6-10 кг. Если сложить силу всех мышц тела обычного человека, то окажется, что она в 27 раз пре­вышает массу тела.

Как указывалось ранее, мышечные волокна способны укорачиваться ~ до половины своей длины. Чем больше укорачивается мышечное волокно, тем на большее расстояние перемещается точка его прикрепления. Следова­тельно, чем длиннее мышечное волокно, тем больше размах движения, кото­рое производит мышца. То есть, чтобы определить возможности мышцы нужно знать среднюю длину ее мышечных волокон. Если сила мышцы про­порциональна ее физиологическому поперечнику, а расстояние перемещения точки прикрепления пропорционально средней длине мышечных волокон, то работа мышцы при сокращении равна произведению силы на расстояние пе­ремещения punctum mobile. To есть работа мышцы пропорциональна ее объ­ему. Мышцы равного объема, сокращаясь, производят количественно одина­ковую работу, но она может быть качественно разной. Одни мышцы работа­ют с большей силой и малым размахом движений, другие - с малой силой и большим размахом движений. Первые из них П.Ф.Лесгафт условно назвал "сильными", другие "ловкими". При сравнении веретенообразных и перистых мышц одинакового объема отмечено, что первые являются более "ловкими", а вторые - более "сильными". Таким образом, форма и строение мышцы не безразличны для особенностей ее функции. Они развиваются в фило- и онто­генезе в результате непрерывного приспособления формы и строения к функции в процессе тренировки. Рациональность конструкции мышечной системы четко подмечена П.Ф.Лесгафтом написавшим, что "В относительно малом объеме и при относительно малой трате материала мышцы в состоя­нии проявить большую ловкость или большую силу и своей упругостью уменьшить влияние толчков и сотрясений".

Эффект сокращения мышцы зависит от условий, в которых она действует. При сокращении мышц тело человека изменяет свое положение, а мышцы преодолевают сопротивление силы тяжести, или уступают силе тяжести, или удерживают тело (часть тела) в определенном положении без выполнения движения. По этим особенностям работы мышц различают: преодолевающую, уступающую и удерживающую работу мышцы. Выделяют еще понятие "изометрическое сокращение", то есть сокращение, вызывающее только напряжение мышцы без изменения положения точек фиксации мышцы. Уступающая работа мышц важна наряду с преодолевающей, так как от нее зависит согласованность, координация работы мышц противоположного действия, отсюда – плавность движений. Удерживающая работа определяет позу тела, фиксирует суставы, удерживает части тела в определенном положении относительно друг друга. Преодолевающую и уступающую работу называют баллистической или миодинамической, а удерживающую - миостатической или позиционной.работой. Мышцы тела живого человека постоянно осуществляют какую-то миодинамическую или миостатическую работу. Они находятся в состоянии постоянного напряжения. Только в состоянии глубокого сна это напряжение уменьшается, но полностью мышцы не рас­слабляются. Полное расслабление можно наблюдать только у мертвого. Человек так запрограммирован, что не может не двигаться. Неподвижность нам явно противопоказана.

Для биомеханики важно понимать взаимоотношения между направлением тяги, которую производит сокращающаяся мышца и осями движения в суставе. Мышца действует на те оси в суставе, с которыми направление мышечной тяги образует угол. Чем ближе угол направления тяги к прямому, тем большее участие принимает мышца в движении вокруг этой оси сустава. Мышцы располагаются таким образом, что каждая ось обслуживается как минимум двумя мышцами противоположного действия - антагонистами. Например: сгибание в локтевом суставе выполняют mm. biceps brachii et brachialis, а разгибание - mm. triceps brachii et anconeus. Эти мышцы выполняют противоположную функцию: одни - преодолевающую работу, другие - уступающую. По­этому движения осуществляются плавно. Если нарушается координация работы мышц со стороны центральной нервной системы – движения теряют плавность. Если мышцы дополняют друг друга при выполнении одного и того же движения, то они являются синергистами. Одни и те же мышцы при выполнении различных движений могут быть или синергистами, или антагонистами. Как правило, при выполнении каждого движения наблюдается ком-бинирование сокращений нескольких мышц. При этом среди мышц, выпол­няющих одно и тоже движение, можно выделить главные мышцы, обеспечи­вающие данное движение, и вспомогательные, которые способствуют движению, придают ему индивидуальные особенности. Необходимо отметить, что в отличие от одно- или двухсуставных, многосуставные мышцы отлича­ется наиболее сложным действием, так как приводят в движение отдел скелета на котором располагаются, и могут изменить положение не только тех костей к которым прикрепляются, но других костей, находящихся на пути от начала мышцы до ее прикрепления.

"Ловкость", изящность движений, выполняемых мышцей, зависит так­же и от особенностей нейромоторных единиц, обеспечивающих ее работу. Нейромоторная единица включает в себя: 1) тело двигательного нейрона, расположенное в ядре соответствующего спинномозгового или черепного нерва; 2) аксон двигательного нейрона - нервное волокно, несущее нервный импульс из мозга в мышцу; 3) группа мышечных волокон, имеющих контакт с разветвлениями этого аксона, посредством нервных окончаний (сокра­щающихся под действием импульсов одного этого нейрона). Число мышеч­ных волокон, связанных с одним двигательным нейроном колеблется от 5-8 в мышцах предплечья до 579 в икроножной мышце.

Эффективность работы мышц зависит также и от места приложения силы и направления силы тяжести на костях, относительно суставов. То есть конструкцией того рычага, который образуют, приводимые в движение дан­ной мышцей кости, соединенные посредством суставов. В биомеханике при­нято выделять два рода рычагов:

Рычаг первого рода двуплечий ибо в нем точка сопротивления и точка приложения силы находятся по разные стороны от точки опоры (рычаг рав­новесия - атлантозатылочный сустав).

Рычаг второго рода характеризуется тем, что в нем точки сопротивле­ния и приложения силы находятся по одну сторону от точки опоры, но на разных расстояниях. Рычаг второго рода бывает двух видов: 1) рычаг силы, когда плечо приложения силы длиннее, чем плечо сопротивления (голено­стопный сустав); 2) рычаг скорости, когда плечо приложения силы короче, чем плечо сопротивления (локтевой сустав).

Таким образом, можно подытожить, что сила мышц зависит от сле­дующих факторов:

• площади ее поперечного сечения;

• площади опоры на костях, фасциях, других мышцах;

• величины угла между осью сустава и направлением тяги мышцы (перекресты усиливают действие мышц);

• способа приложения силы (конструкция рычага);

• степени возбуждения мышцы под влиянием ЦНС.

Эффективность мышечного сокращения у одного и того же человека может изменяться даже на протяжении нескольких минут. На это могут по­влиять и причины, которые вроде бы не связаны с конструкцией аппарата движения. Это психоэмоциональное состояние человека, степень его подго­товки к выполнению мышечной работы. Следовательно, эффект мышечного сокращения и в целом работы мышц определяется:

• массой мышцы;

• степенью предварительного растяжения мышцы;

• количеством и толщиной мышечных волокон;

• углом тяги мышцы, относительно оси сустава;

• степенью усталости мышцы;

• балансом антогонистов;

• функцией многосуставных мышц, участвующих в движении;

• строением нейромоторной единицы.