DZIAŁANIE MIĘŚNIA NA BELKĘ KOSTNĄ
BIOMECHANICZNY WPŁYW MIĘŚNIA NA KOŚĆ
Narząd ruchu człowieka składa się z dwóch, podstawowych elementów: systemu szkieletowego, który pełni funkcje motoryczne, stanowiąc zespół dźwigni napędowych, połączonych stawami oraz systemu mięśniowego, który jest odpowiedzialny za wprawianie tych dźwigni w ruch.
Dźwignia kostna jest sztywnym elementem podpartym na punkcie (osi) obrotu tak, że może się względem niego poruszać ruchem obrotowym. O ruchu obrotowym dźwigni decydują momenty sił. Wielkość siły obrotowej mięśnia, działającego na staw zależy od długości linii działania siły mięśnia od osi obrotu, tj. od ramienia siły. Iloczyn siły mięśnia i ramienia siły nazywamy momentem siły mięśnia - im dłuższe jest ramię siły i im większa siła skurczu, tym większy jest moment siły. Zależność tą opisuje wzór:
M = F∙r
Gdzie: F- to wielkość siły, a r - jej ramię.
W zależności od ukształtowania struktury kostnej, w stawach może dochodzić do różnorodnych ruchów w trzech płaszczyznach. Wymaga to przystosowawczej zmiany długości mięśni w zależności od aktualnego położenia stawu. Zmiany te mogą być zarówno czynne, jak i bierne. W zależności od lokalizacji i zakresu ruchomości stawów różne mogą być zmiany długości poszczególnych mięśni. Jednak, aby wykonywać ruchy złożone o zróżnicowanym zasięgu niezbędny jest układ wielosegmentowy - składający się z kilku członów połączonych ruchomymi stawami. W biomechanice taki zespół funkcjonalny nazywany jest łańcuchem kinematycznym, którego ruchy są możliwe dzięki układowi mięśniowemu. Mięśnie, pracując w zespołach przeciwstawnych pełnią kilka funkcji działając na kość. Muszą pokonywać bierny opór swoich antagonistów (jest to proces niezbędny, ponieważ pojedynczy mięsień rozwija w czasie skurczu względnie dużą składową stabilizująca swej siły, sam nie może ustabilizować stawu. Aby tego dokonać, jego własna składowa obrotowa siły musi ulec stłumieniu lub zahamowaniu na co pozwala działanie mięśni antagonistycznych), ciężar ciała (lub jego segmentu), tarcie oraz wszelkie siły zewnętrzne działające na organizm, aby zrealizować dany program ruchowy. Ograniczają stopnie swobody łańcucha kinematycznego. Rozpraszają nadmiar energii działającej na układ ruchu. Doskonałe właściwości lepko - sprężyste sprawiają, że mięsień w czasie rozciągania jest w stanie pochłonąć i rozproszyć znaczne ilości energii kinetycznej. Pozwala to na amortyzację wstrząsów, które mogły by być czynnikiem wpływającym na przeciążenie stawów oraz kości podczas realizacji danego ruchu np. schodzenia ze schodów. Gdy ciało znajduje się w pozycji statycznej siła grawitacji wpływająca na wygięcie kości również może napotkać na siły mięśniowe zdolne do neutralizacji sił kompresyjnych i naprężających. Można to przedstawić na przykładzie kości udowej. Stojąc na jednej nodze, pasmo biodrowo - piszczelowe podtrzymuje miednicę wbrew sile grawitacji. Miesień obszerny boczny w czasie kurczenia się odciąga pasmo biodrowo - piszczelowe od kości, przez co możliwe jest zwiększenie momentu obrotowego. Optyczne obrazy napięć wykazują, że kompresja i naprężenia wyginanej kości maleją w wyniku działania mięśni. Tego typu reakcje występują w całym organizmie i odnoszą się nie tylko do mięśni jedno, ale i dwustawowych, gdzie np. w stawie łokciowym kombinacja dwu i jednostawowych mięśni powoduje zmniejszenie naprężenia kości ramiennej w wyniku skurczu mięśnia dwugłowego ramienia, podczas gdy dla kontrastu skurcz mięśnia ramienno - promieniowego zmniejsza tylko naprężenia w górnej części kości promieniowej i łokciowej oraz dolnej części kości ramiennej.
FIZJOLOGICZNY WPŁYW MIĘŚNIA NA KOŚĆ.
Szkielet kostny stanowi dla układu mięśniowego system dźwigni, dzięki któremu siła wyzwalana przez mięśnie jest przenoszona na struktury zewnętrzne szkieletu. Pozwala to na aktywność ruchową, która jest źródłem bodźców mechanicznych. W wyniku pracy mięśni dochodzi do powstawania obciążeń mechanicznych, które prowadzą do funkcjonalnej przebudowy kości (prawo Wolffa) oraz są istotnym czynnikiem gojenia się złamań, co tłumaczą dwie teorie:
Zjawisko piezoelektryczności kostnej, w którym w wyniku naprężeń mechanicznych dochodzi do generowania w kości potencjałów elektrycznych. Wpływa to na aktywność komórek kostnych - osteoblastów pobudzanych przez potencjał ujemny i osteoklastów pobudzanych przez potencjał dodatni.
Naprężenia kostne zwiększają rozpuszczalność kryształów hydroksyapatytów, powodując wzrost stężenia jonów wapniowych w płynie pozakomórkowym. To następnie może pobudzać aktywność komórek kostnych lub może uruchamiać inne mechanizmy, np. hormonalne.
Obecnie jednak, w wyniku przeprowadzania wielu doświadczeń nauka przychyla się do teorii machanoelektrycznej. Pobudzenie wcześniej wymienionych komórek kostnych powoduje modelowanie struktury kostnej w zależności od naprężeń głównych, gdzie osteoblasty są komórkami kościotwórczymi (wytwarzają macierz kostną), a osteoklasty komórkami odpowiedzialnymi za proces resorpcji kości. Warto również dodać, że naprężenia występujące podczas obciążeń mechanicznych dają efekt chemiczny w przebudowie kości - wpływają na koncentracje wapna i zwiększają intensywność reakcji chemicznych. Omawiane zjawisko modelowania struktury kości jest najintensywniejsze w okresie rozwoju. Trzeba jednak pamiętać, że nadmierne przeciążenia aparatu ruchowego, zwłaszcza w okresie jego wzrostu powoduje zahamowanie wzrostu kości i ich pogrubienie.
Michał Pigoński gr. 20 A
2