BIOMECHANIKA
WYKŁAD 7 Temat: Wybrane zagadnienia z fizjologii mięśni i fizyczne właściwości mięśni
FIZYCZNE WŁAŚCIWOŚCI MIĘŚNI
Krótka powtórka z biochemii skurczu mięśniowego
Skurcz mięśnia inicjuje acetylocholina, powstrzymuje cholinosteraza. Stopień skurczu mięśnia kontroluje ośrodkowy układ nerwowy. W przebiegu tych zmian biochemicznych glikogen wątroby utlenia się do prekursora, a potem do kwasu mlekowego. Kwas mlekowy wypłukiwany jest mięśni i częściowo ulega resyntezie do glikogenu, a częściowo utleniony jest do dwutlenku węgla i wody.
Intensywna praca mięśni daje wzrost stężenia kwasu mlekowego, część jego wypłukuje się, ale część zalega w
mięśniach, co jest jedną zasadniczych cech zmęczenia i wyczerpania.
Końcowe oczyszczenie mięśni z kwasu mlekowego zależy od perfuzji mięśni: Imm przekroju poprzecznego
mięśnia zawiera około 2 tyś. włośniczek, a w tej samej przestrzeni znajduje się tylko 200 pojedynczych włókien
mięśniowych, dowodzi to roli krążenia w pracy mięśni. W wyniku tych mian biochemicznych powstaje energia,
m.in.mechaniczna.
ELASTYCZNOŚĆ IKURCZLIWOŚĆ MIĘŚNIA
l/ elastyczność - jest wspólną cechą wszystkich bezwładnych ciał żywych;
21 kurczliwość - występuje pod wpływem bodźca nerwowego lub elektrycznego zastosowanego na mięsień.
Włókno mięśniowe reaguje zgodnie zasadą - „wszystko albo nic „ Stopień napięcia może być tylko zjawiskiem ilościowym tj zależnym od liczby jednostek motorycznych kurczących się w rym samym czasie.
Elastyczność włókna mięśniowego jest jego odpornością na rozciąganie i zdolnością do biernego przybierania
swej naturalnej długości po ustąpieniu sił rozciągających.
W kategoriach prawa Hooke'a mięsień nie jest całkowicie elastyczny. Punkt rozpadu włókna zostaje osiągnięty
na długo przed osiągnięciem modułu elastyczności Younga, kiedy to wydłużenie równa się długości
początkowej.
JEDNOSTKA MOTORYCZNAI WEWNĘTRZNA ORGANIZACJA MIĘŚNIA II Jednostka motoryczna
Jednostka motoryczna składa się z komórki motorycznej znajdującej się w rogach przednich substancji szarej rdzenia kręgowego , jej aksonu ( włókno nerwowe odśrodkowe licznymi odgałęzieniami bocznymi i włóknami nerwowymi, które ono unerwia.
Gdy komórka nerwowa osiągnie swój próg pobudzenia generuje impulsy, które wędrują wzdłuż aksonu i jego rozgałęzień do płytki motorycznej włókien mięśniowych. Następnie impulsy te za pośrednictwem chemicznego mediatora przekazywane są do włókien mięśniowych, wywołując skurcz wszystkich tych włókien, które zaopatruje dana komórka motoryczna
Kontrola mięśnia dokonuje się poprzez jednostkę motoryczna. Dlatego jest możliwa aktywacja pewnej części mięśnia bez aktywacji innej jego części. Przykładem jest praca mięśnia naramiennego.
21 Gęstość unerwienia - wielkość jednostek motorycznych.
Większość aksonów komórek motorycznych dzieli się obficie i poprzez swe gałązki końcowe (kolateralia)
unerwia liczne włókna mięśniowe. Wąchania w gęstości unerwienia są znaczne.
Jeden akson może unerwiać od 100 do 2000 włókien mięśniowych.
Wyjątkiem są mięśnie precyzyjne (mięśnie oka), które są zbudowane z bardzo małych jednostek motorycznych. Np. Stosunek unerwienia głowy przyśrodkowej mięśnia brzuchatego łydki (m. gastrocnemius) =1: 1934 a w mięśniu międzykostnym grzbietowym ( m.interosseus dorsalis) = 1: 340.
3/ liczba włókien mięśniowych mięśni szkieletowych.
Mięsień szkieletowy tworzy duża liczba włókien mięśniowych. Stwierdzono, że pierwszy mięsień glistowaty zawiera ok. 10 tysięcy włókien, pierwszy międzykostny grzbietowy - około 40 tysięcy włókien a głowę przyśrodkową mięśnia brzuchatego tworzy około l min włókien.
4/ Kształt mięśni szkieletowych.
Kształt mięśnia jest determinowany przez przestrzeń, którą zajmuje. Przystosowanie się mięśnia do tej przestrzeni osiągane jest poprzez: wahania w długości włókien mięśniowych, przez różnice w kątach przyczepu włókien mięśniowych do ścięgien, przez przybieranie kształtu walca lub skracanie się mięśnia.
FIZJOLOGICZNY PRZEKRÓJ POPRZECZNY MIĘŚNIA
Fizjologiczny przekrój poprzeczny mięśnia to jego przekrój w miejscu gdzie jest najgrubszy w warunkach, gdy jest w połowie całkowitego wydłużenia i całkowitego skrócenia.
Im większy pp mięśnia tym większe napięcie (siłę) może wyprodukować.
ABSOLUTNA SIŁA MIĘŚNIA
Maksymalne napięcie, jakie może on wyprodukować na jednostkę fizjologicznego przekroju poprzecznego. Przyjmuje się, że mięsień może generować siłę 3-4 kg/cm2.
ZALEŻNOŚĆ MIĘDZY DŁUGOŚCIĄ I NAPIĘCIEM MIĘŚNIA
II Zmiany długości mięśnia
Czynnościowe wychylenia mięśnia jest to odległość , na jaką mięsień może ulec skróceniu po uprzednim
wydłużeniu, o ile staw lub stawy, ponad którymi mięsień przebiega ,może na to pozwolić.
Zakres tych wychyleń wącha się od34 - 89%.
Największe zmiany dotyczą mięśni, które przechodzą nad więcej niż jednym stawem, np. mięśni zginaczy stawu
kolanowego.
Zależność 2:1 (maksymalne wydłużenie do maksymalnego skrócenia mięśnia ) znane jest jako prawo Webera-
Ficka).
W większości kombinacji ruchów zmiany długości mięśnia wystarczają, aby poruszać stawem w pełnym zakresie jego ruchów. Lecz mięsień ,który przechodzi nad dwoma stawami lub większą ilością stawów, jeżeli zostanie pobudzony do skurczu „ nad wszystkimi stawami równocześnie", może osiągnąć taki punkt skrócenia, przy którym nie będzie mógł wyprodukować żadnego użytecznego napięcia Stanie się aktywnie niewydolny. Jeżeli mięśnie po przeciwnej stronie stawu są także typu wielostanowego, mięśnie te będą się wydłużały równocześnie nad dwoma lub więcej stawami i mogą osiągnąć stan biernej niewydolności, tzn. Bez możliwości ich dalszej elongacji.
Takie ograniczenie wywołane przez mięśnie antagonistyczne jest często czynnikiem współdziałającym w niepełnej ruchomości stawu.
Na przykład, jeżeli w pozycji stojącej jedna stopa zostanie uniesiona z podłogi, a kolano ulegnie zgięciu, podczas , gdy drugie kolano będzie pozostawało w pełnym wyproście, to całkowity zakres zgięcia kolana będzie trudny lub stanie się niemożliwy. Jednak jeżeli powoli się na zginanie biodra podczas prób zginania kolana, to całkowity zakres zginania uzyska się be trudności.
W pierwszym przypadku mięśnie zginające kolano, które przechodzą po stronie prostowników stawu biodrowego i po stronie zginaczy stawu kolanowego, wymagają skrócenia nad obydwoma tymi stawami. Mięsień prosty uda równocześnie musi się wydłużać nad biodrem i kolanem. W drugim przypadku mięśnie zginacze kolana wydłużają się nad stawem biodrowym podczas zginania kolana tak, że unika się krańcowej ekskursji, nie powodując ograniczenia ze strony mięśnia prostego uda. (przykład ze zgięciem nadgarstka)
2/ Diagram długość-napięcie
Jeżeli mięsień odłączy się od przyczepu i sprowokuje do skurczu izomerrycznego przy różnych jego
długościach, to mona uzyskać informacje o zdolności mięśnia do produkowania napięcia w różnych punktach
jego ruchów. Przez graficzne przedstawienie napięcia wywołanego Przy różnych długościach mięśnia, uzyskuje się diagram długość - napięcie mięśnia.
Kineoplastyka -jest zabiegiem chirurgicznym u osób po amputacjach, polegającym na wytworzeniu poprzecznego tunelu przez brzusiec mięśnia, do którego wprowadza się pręt (po oprzyrządowaniu służy do sterowania protezą).
a/ długość spoczynkowa lub naturalna długość mięśnia
Mięsień lub włókno mięśniowe ma długość spoczynkową, gdy nie jest stymulowane i nie działają na nie siły
zewnętrzne.
W takim stanie nie rejestrujemy napięcia w mięśniu i jest to długość, do której mięsień ma tendencję do powrotu
po ustaniu pobudzenia pod warunkiem, że nie działają na niego siły zewnętrzne.
Długość naturalna mięśnia to długość mięśnia odnerwionego.
b/ krzywa napięcia biernego (elastyczności)
Jeżeli zaczniemy rozciąganie mięśnia od napięcia spoczynkowego, to niestymulowane włókno mięśniowe
zaczyna się wydłużać. Pojawia się napięcie początkowo wolno, wraz z narastaniem rozciągnięcia coraz
szybciej.
Jest to napięcie bierne wywołane elastycznością sarcolemmy i otoczek łącznotkankowych włókien
mięśniowych.
Krzywa ta nazywa się krzywą napięcia biernego, lub biernego rozciągania elementów tkanki mięśniowej.
c/ Diagram długość - napięcie dla stymulowanego włókna mięśniowego.
Największe napięcie izometryczne mięśnia stymulowanego uzyskuje się gdy jest on wydłużony nieznacnie poza
swą długość spoczynkową.
Z drugiej strony wg Ramseya i Streeta długość spoczynkowa to długość Przy której mięsień może wyzwalać
maksymalne napięcie.
d/ krzywa napięcia wywołanego Przez elementy kurczliwe.
Dla uzyskania optymalnego efektu mięsień przed skurczem powinien być wydłużony. Ma to istotne znaczenie
Przy doborze ćwiczeń leczniczych dla mięśni słabych. Mięśnie słabe reagować wtedy, gdy zostaną wydłużone.
Jest to również wykorzystywane w czynnościach sportowych( np. zamach przed rzutem).
Mięśnie przechodzące ponad więcej niż jednym stawem mają daleko większe potencjalne Możliwości
wychyleń, niż mięśnie jednostanowe. Może to także narażać mięsień na niepożądane rozciąganie poza granice
bezpieczeństwa.
DZIAŁANIE MIĘŚNIA PRZEZ ŚCIĘGNO
Bierne napięcie bez towarzyszącego skurczu mięśni (rozciągnięcie elementów elastycznych mięśnia) może spowodować ruchy stawów, jeżeli mięsień jest wydłużony nad dwoma lub więcej stawami równocześnie. Jest to działanie ścięgien (Przykład nadgarstek - Przy biernym zgięciu nadgarstka, palce prostują się, można to wykorzystać osłabieniu prostowników palców).
USZKODZENIE MIĘŚNI DWUSTAWOWYCH PR ZEZ ICH BIERNE ROZCIĄGANIE
/
Mięśnie powinny być chronione przed nadmiernym rozciąganiem. W przypadku zdrowych mięśni dwustawowych po przekroczeniu pewnego punktu rozciąganie powoduje opór i uczucie bólu lub niewygody. Zabezpiecza to mięsień przed uszkodzeniem. W mięśniu porażonym mięśnie nadmiernie rozciągane mogą ulec uszkodzeniu ( np. mięśnie tylne uda).
C ZYNNOŚCIOWE KORZYŚCI MIĘŚNI PRZECHODZĄCYCH NAD DWOMA LUB WIĘCEJ STAWAMI.
Mięśnie dwustawowe są bardziej wydolne niż mięśnie jednostawowe, ponieważ zachowują one korzystną długość przez większą część zakresu i ich szybkość skracania się jest mniejsza niż mięśni jednostkowych.
WPŁYW SZYBKOŚCI SKURCZU NA NAPIĘCIE MIĘŚNIA
Szybkość skurczu lub szybkość skracania się w zasadniczy sposób wpływa na napięcie, jakie mięsień może
wyprodukować.
Zasady rządzące szybkością skracania się (lub wydłużania ) mięśnia i maksymalnego napięcia
produkowanego przez mięsień lub jego włókno:
- skurcze izometryczne mają wyższe wartości napięcia niż skurcze skracające mięsień,
- jeżeli szybkość skracania się mięśnia wrasta, to jego napięcie zmniejsza się,
- w czasie skurczu wydłużającego mięsień może wytworzyć się jego większe napięcie niż podczas skurczów izometrycznych lub skracających,
- do pewnego punktu, gdy wzrasta szybkość rozciągania mięśnia, wzrasta także jego napięcie.
PRACA MIĘŚNI
Praca mięśni polega na tym, że ich siła pokonuje jakiś opór, co nie oznacza, że zostanie wykonany ruch. Gdy mięsień wykonuje widoczną pracę, kurczy się nie jako coś elastycznego (po uprzednim rozciągnięciu), ale jak dżdżownica, która daje się „teleskopować" różne segmenty swego ciała, których jest zbudowana. W podobny sposób włókno mięśniowe staje się krótsze, lecz szersze, gdy dokonuje skurczu. Dzieje się tak pod wpływem impulsu motorycznego, który przechodząc przez nerw dochodzi do szeregu włókien mięśniowych -jednostek motorycznych mięśnia - które reagują na te impulsy nerwowe skurczem wszystkich włókien jednostek pobudzonych godnie z prawem „ wszystko albo nic".
Perrot (1977) wyróżnia cztery odmiany pracy mięśniowej.
l/ tonus -jest to przyrodzona właściwość wszystkich żywych, dowolnych mięśni (poprzecznie prążkowanych),
które cały czas wykonują pewną pracę. Mięśnie te nigdy nie wiotczeją całkowicie( jedynie w warunkach
anestezji).
Tonus jest różny w różnych mięśniach i różnych stanach zdrowia fizycznego i psychicznego. Wysoki tonus
mają na przykład mięśnie odpowiadające za utrzymanie postawy ciała
Tonus zmienia się wraz z wiekiem. Jest to szczególnie istotne dla osób starszych, gdy obniżone napięcie mięśni
może powodować obniżenie a nawet wypadanie niektórych narządów wewnętrznych, powstawanie przepuklin.
Tonus zmienia się wraz ze zmianą warunków zewnętrznych
Pojęcie tonusu ma podstawowe znaczenie dla fizjoterapeutów. Wg Woźniewskiego i Zagrobelnego jest w nim i
tajemnica postawy osobniczej i klucz sukcesu w korekcji ubytków i wad postawy.
II praca koncentryczna,
3/ praca ekscentryczna - jest ona dalece mniej kosztowna energetycznie w porównaniu z pracą koncentryczną.
Jest to c zęsto wykorzystywane w klinice w treningu mięśni słabych.
Chory może stawiać opór biernemu rozciąganiu jego mięśni, ale jednocześnie może nie być zdolny do
wytworzenia skurczu izometrycznego bądź koncentrycznego.
4/ praca statyczna,
Różnica między pracą statyczną a tonusem polega na rym, że ten ostatni odbywa się bez udziału świadomości.
/
WSPÓŁDZIAŁANIE CZYNNIKÓW MECHANICZNYCH IFIZJOLOGICNYCH W CZASIE RUCHÓW W STAWIE
W każdej pozycji stawu wynik maksymalnego, izometrycznego skurczu mięśnia w terminach momentów sił zależy od warunków mechanicznych (dźwignia mięśnia przy danym kącie stawowym) i od względnej długości mięśnia zgodnie z krzywą Blixa.
W czasie ruchów stawie należy wziąć pod uwagę szybkość skurczu, ponieważ napięcie , jakie mięsień może rozwinąć, maleje wraz ze wzrostem szybkości skracania się mięśnia.
a/ krzywe dźwigni
Każdy mięsień ma inną krzywą, np. dla stawu łokciowego krzywe wykazują że wszystkie zginacze łokcia mają krańcowo słabą dźwignię na początku zginania, wzrasta ona szybko by osiągnąć szczyt przy 100-110 stopniach zgięcia, od a następnie zmniejsza się ponownie.
b/ krzywe momentów sił
Jeżeli maksymalny moment, jaki mięsień lub grupa mięśni może wyprodukować podczas skurczu w różnych
pozycjach stawu, zestawi się graficznie kątami stawów, to otrzymuje się krzywą momentów sił.
Typowa krzywa momentów sił wykazuje, że maksymalny moment sił przypada w tej pozycji stawu, w której
mięśnie są wydłużone (krzywe takie jakie daje badanie zginaczy łokcia są wyjątkami.).
KLASYFIKACJA MIĘŚNI ZGODNIE Z ICH WSPÓŁDZIAŁANIEM W RUCHU STAWU
Dla opisania funkcji mięśnia podczas ruchu w stawie używa się najczęściej trzech pojęć: agonista, antagonista, mięsień synergistyczny.
a/ mięśnie antagonistyczne i agonistyczne
Mięsień, który uważa się za zasadniczy w wywoływaniu specyficznego ruchu określa się jako agonistyczny. Antagonista działa na staw w przeciwnym kierunku.
b/ mięsień synergistyczny
Mięsień można nazwać synergistycznym, gdy kurczy się on tylko razem z innym mięśniem.