BIOMECHANIKA

l Biomechanika nauka o strukturze ruchu człowieka

l.l(l)Zdefmiuj pojęcie biomechaniki i jego (pojęcia) genezę

Biomechanika w systemie nauk może być uważana za część biofizyki podobnie jak mechanika jest częścią fizyki. Słowo BIOMECHANIKA pochodzi od grec. BIOS- życie, mechane-narzędzie, mechanizm. Dosłownie jest to, więc nauka o żywych mechanizmach (ruchu)- albo o mechanice istot żywych. Biomechanika jest nauką badającą ruch mechaniczny człowieka oraz jego przyczyny i skutki.

1.2{2)Przedstaw i scharakteryzuj schematy dotyczące genezy i podziału biomechaniki.

ANATOMIA FIZJOLOGIA

-OPISUJE STRUKTURĘ -INTERPRETUJE FUNKCJE MIĘŚNI I

UKŁADU KOSTNO-MIĘŚNlOWEGO PROCESY STEROWANIA NIMI

BIOMECHANIKA

MECHANIKA

TO PRZYCZYNY RUCHU I ICH SKUTKI MUSZĄ BYĆ OPISANE WIELKOŚCIAMI FIZYCZNYMI

Biomechanika mając własny przedmiot badań oraz metody badawcze, łączy w sobie wiedzę z zakresu anatomii, fizjologii i fizyki - jest zatem nauką interdyscyplinarną. Można wyróżnić następujące działy biomechaniki:

1. Biomechanika ogólna-zajmuje się metodami i metodykami badawczymi, ogólnymi technikami mierniczymi i aparaturą, technikami komputerowymi.

2. Biomechonika stosowana

a) inżynierska-zajmuje się studiami i modelowaniem ruchu, technikami pomiarowymi, manipulacją i lokomocją człowieka, zwierząt, owadów, badaniem postawy, własności mechanicznych układu szkieletowo-mięśniowego .

b) medyczna i inżynieria rehabilitacyjna-zajmuje się .neurofizjologicznymi aspektami układu mięśniowo-stawowego, elekiromiografię, funkcjonalną stymulacją elektryczną mięśni, nerwów, kości, eliminacją bólu, badaniem chodu patologicznego, implantami, metodami rehabilitacji.

c) Sportu- zajmuje się badaniem i modelowaniem ruchu zawodnika wykonującego różne ćwiczenia gimnastyczne, w czasie skoku o tyczce, jazdy na nartach, rzutu dyskiem, wioślarstwa i wielu innych.

d) ergonomiczna- zagadnienia współdziałania człowieka, z maszyną. Ergonomia zajmuje się zagadnieniami istotnymi dla konstrukcji maszyn i eksploatacji ich w przemyśle.

1. Biomechanika nauki o strukturze ruchu człowieka.

1.1 Zdefiniuj pojęcie biomechaniki i jego (pojęcia) genezę

BIOMECHANIKA. to nauka badająca właściwości mechaniczne tkanek i narządów oraz ruch mechaniczny żywych organizmów -jego przyczyny i skutki.

Jest interdyscyplinarną nauką zajmującą się badaniem struktury ruchu org. żywych - w szczególności człowieka przy pomocy metod stosowanych w mechanice.

Jest nauką opierającą swoje podstawy na mechanice z jednej, biologii i medycynie z drugiej strony.

1.2 Przedstaw i scharakteryzuj schematy dotyczące genezy i podziału biomechaniki

Podział biomechaniki. 1.Ogólna-, 2.Stasowana- medycyna, rehabilitacja; sportu;

Inżynierska; Ergonomiczna,

Schemat chodzi tu (chyba) o rysunek, z którego wynika, że biomechanika jest

wyodrębniona z anatomii, fizjologii i mechaniki.

Kinezjologia- człowiek jako biomaszyna Posiada, bowiem: ukł. sterowania, ukł.

zasilania (sercowo-naczyniowy, oddechowy, pokarmowy) i ukł. ruchu (kości, stawy,

mięśnie).

2. Ogólna charakterystyka metod badawczych stosowanych w biomechanice.

2.1 Zdefiniuj pojęcia akcelerometria, dynamometria, elektrogoniometria(goniometria), elektromiografia (powierzchniowa, igłowa, implantowa), elektrostymulacja (funkcjonalna), fotokinemetria (kinemetria, fotometria), modelowanie, spidometria.

Akcelerometria (ALM) - to metoda badania przyspieszeń liniowych i kątowych.

Spidometria (SDM) - to metoda badania prędkości liniowych i kątowych.

Elektrogoniometria (EGM) - to metoda badania przemieszczeń kątowych kończyn, i i ich pochodnych.Dynamoaaetria (DNM) - dzieli się na mechaniczną, piezomeiryczną (efekt piezoelektryczny polega na pojawianiu się jonowych ładunków elektrycznych na odpowiednich ściankach kryształu w wyniku jego deformacji sprężystej wywołanej siłami zewnętrznymi), tensometryczną (efekt tensooporowy polega na zmianie rezystancji metali pod wpływem przyłożonych naprężeń R=f(F)). Metoda badań generowanych przez mięśnie

Fotokinemetria - metoda rejestracji ruchu człowieka przy pomocy kamer fotograficznych i filmowych (cyfrowych i analogowych) i systemów optoelektronicznych, jednocześnie metoda analizy ruchu na podstawie jego zapisu techniką światłoczułą, i elektroniczną

Elektromiografia (EMG) - metoda badania potencjałów bioelektrycznych mięśni szkieletowych.

Elektrostymulacja (funkcjonalna, ES, FES) - metoda badania charakterystycznych tkanek i ∑elektrycznego).

Modelowanie - metoda badań polegająca na zastąpieniu realnego układu (złożonego) poprzez układ prostszy (model) odzwierciedlający właściwości (strukturę) i funkcję badanego układu.

2.2 Scharakteryzuj (ogólnie) zastosowania tych metod w biomechanice- kinezjologii-fizjoterapii [w pytaniu szczegółowym można oczekiwać, że wskazane zostaną 2-3 metody do charakterystyki]

Elektrostymulacja przykładowe zastosowanie w leczeniu schorzenia tzw. stopy opadającej

Elektromiografia - np. diagnostyka mięśni porażonych.

Fotokinemetria - np. badanie chodu, diagnostyka chodu patologicznego.

Teza 3: (Parametry strukturalne układu ruchu człowieka)

3.1. (5) Zdefiniuj pojęcia (stopień swobody, ruchliwość, para biokmematyczna, łańcuch biokinematyczny otwarty i zamknięty, klasa biokmematyczna, kąt stawowy, zakres ruchu: czynny i bierny.

Stopień swobody - jest to niezależny ruch względny członów w stawie (określa ilość niezależnych kombinacji ruchowych ciała)

Człowiek ma 240 stopni swobody, z czego każda kończyna górna i kończyna dolna mają po 30 stopni swobody.

Ruchliwość - liczba stopni swobody członów ruchomych mechanizmu lub biomechanizmu

względem podstawy. Podstawą nazywamy człon, z którym umownie wiążemy nieruchomy

układ odniesienia (np. dla kończyny górnej - łopatka, dla dolnej - miednica, dla kręgosłupa -

czaszka)

Obliczanie ruchliwości biołańcucha:

W = 6n - ∑ ipi

gdzie:

n - liczba ruchomych członów

pi - liczba par biokinematycznych o klasach od I - V, przy czym i = 1,2,3

Para biokinematyczna - ruchowe połączenie dwóch lub więcej członów, wzajemnie

ograniczające ich ruchy względne. Ruchowe połączenie występuje wtedy, gdy między członami istnieje co najmniej jeden punkt wspólny a ich ruch względny wynosi co najmniej 5 stopni kontowych lub 1-3 mm). Za pary kinematyczne uznaje się stawy a nie uznaje się połączeń kości typu więzozrostów i chrząstkozrostów oraz tzw. stawów połścisłych.

Łańcuch biokinematyczny - spójny zespół członów połączonych w paty biokinematyczne. (np. palec, ręka, cała kończyna, odcinek kręgosłupa, cały kręgosłup, tułów) Wyróżniamy łańcuch biokinematyczny.

a) otwarty - łańcuch, który ma jedno ogniwo końcowe swobodne, np. kończyna górna. W łańcuchu otwartym ruch poszczególnych ogniw jest niezależny.

b) zamknięty - jest wtedy, gdy nastąpi połączenie ogniw końcowych ze sobą, np. kończyna dolna -> podłoże, miednica. W łańcuchu zamkniętym ruch jednego ogniwa przenosi się na sąsiednie ogniwa.

Klasa pary biokinematycznej - liczba odjętych stopni swobody w ruchu względnym członów, z których każdy może mieć maksymalnie 6 stopni swobody w przestrzeni. Np. jeśli jeden człon będzie miał panewkę, a drugi głowę (np. staw biodrowy), to będą one wykonywać tylko trzy ruchy obrotowe, a każdy nich liniowy spowoduje rozłączenie tej paty kinematycznej. Taka para ma zatem odjęte 3 stopnie swobody (liniowe) i nazywamy ją parą III klasy. W stawie międzypaliczkowym może odbywać się tylko jeden ruch zginania i prostowania. Każdy inny ruch obrotowy (dwa) lub ruch postępowy (trzy) spowoduje rozerwanie tej pary biokinematycznej. Ta para ma więc odjętych 5 stopni swobody i nazywamy ją parą klasy V.

U człowieka, a także i u zwierząt , w układzie kostno-stawowym występują, tylko pary obrotowe (drobne przesunięcia wzajemne traktujemy jako luzy) i dlatego mogą one być tylko parami klasy III, IV lub V.

KLASYFIKACJA PAR BIOKINEMATYCZNYCH

Klasa pary	Liczba stopni swobody	Liczba odjętych stopni swobody
III	3	3
IV	2	4
V	1	5

Kąt stawowy - w płaszczyźnie strzałkowej i czołowej jest to kąt, który tworzą dwie proste stanowiące osie symetrii (podłużne) dwóch sąsiednich członów, lub dla stawów przytułowiowych (ramienny, biodrowy) - prosta równoległa do osi kręgosłupa z osią podłużną danego członu. W płaszczyźnie poprzecznej - kąt utworzony przez osie, wokół których odbywa się ruch zginania i prostowania w dwóch sąsiednich stawach. W obrębie kręgosłupa- kąty stawowe określają położenie dwóch sąsiednich kręgów.

Zakres ruchu - (ruchomość, gibkość) wartość kąta obrotu członów, zawartego między ich krańcowymi położeniami w określonej płaszczyźnie ruchu. Zakres ruchu jest zależny zarówno od budowy stawu, jak i długości oraz podatności na rozciągnięcie mięśni. Dlatego zakres ruchu jest zależny od położenia kątowego w stawach sąsiednich, które decyduje o długości mięśni. Wyróżniamy zakres ruchu bierny - wymuszany przez sity zewnętrzne i czynny - wymuszany przez siły własnych mięśni.

3.2 (6) Przedstaw model (schemat) srtukturalny tułowia (kręgosłupa i klatki piersiowej) ioblicz ruchliwość tej struktury w stosunku do zdefiniowanej podstawy

Teoria struktury mechanizmów bada ogólne zależności liczbowe, które pozwalają na klasyfikację tych mechanizmów i wyliczanie ich stopni swobody. Liczba stopni swobody decyduje o możliwościach ruchowych danego mechanizmu czy maszyny. Biomaszyna ma ok. 240 stopni swobody.

Korzystając ze wzoru 'strukturalnego i tabeli oraz ryciny możemy obliczyć liczbę stopni swobody całego ciała człowieka.

Dla kręgosłupa uzyskujemy:

Wk = 6* 26 - ∑ (17*3 - 8*4 - 1*5) = 156 - 51 - 32 -5 = 68

A dodając klatkę piersiową, dla której jako podstawę przyjmujemy obojczyki, dla tułowia uzyskamy:

Wt = 6*50 - ∑(23*3 - 8*4 - 21*5) = 306 - 69 - 32 - 105 = 100

3.3 (7) Przedstaw model (schemat) strukturalny kończyny górnej i oblicz jej ruchliwość w stosunku do zdefiniowanej podstawy.

Kończyna górna, przy mostku jako podstawie, posiada 36 stopni swobody.

Wkkg = 6*48 - ∑ ( 6*3 - 12*4 - 30*5). = 288 - 18 - 48 - 150 = 72 (obie kończyny górne) czyli 72:2 = 36 dla jednej kończyny górnej

3.4 (8) Przedstaw model (schemat) strukturalny kończyny dolnej i oblicz jej ruchliwość w stosunku do zdefiniowanej podstawy.

Kończyna dolna przy miednicy jako postawie posiada 30 stopni swobody

Wkkd = 6*44 - ∑ (2*3 - 12*4 - 30*5) = 264 - 6 - 48 - 150 = 60 (obie kończyny dolne) czyli 60:2 = 30 dla jednej kończyny dolnej

3.5 (9) Scharakteryzuj człowieka jako żywą maszynę (biomaszynę). Zdefiniuj pojęcia i podaj przykłady receptorów typu: telereceptory, kontaktoreceptory, wisceroreceptory, propioreceptory.

Zadanie biomechaniki polega na badaniu ruchu mechanicznego człowieka Każdy ruch mechaniczny nieodłącznie związany jest z pracą mechaniczną. Urządzenie techniczne, które jest zdolne do produkcji pracy mechanicznej, nazywa się maszyną. Zatem z punktu widzenia biomechaniki możemy rozpatrywać człowieka jako żywą maszynę, czyli biomaszynę.

Każda maszyna, a więc i biomaszyna, składa się z trzech głównych układów: ruchowego, zasilania i sterowania. W sensie anatomicznym są to zbiory układów (narządów): kostno-stawowy i mięśniowy, które są odpowiednikami silników i przekładni wraz z parami kinematycznymi; pokarmowy, oddechowy i sercowo - naczyniowy, a także limfatyczny, które są odpowiednikami zbiorników paliwa i akumulatorów oraz przewodów rozprowadzających paliwo lub energie elektryczną; nerwowy i dokrewny, które są

odpowiednikami układów sterowniczych w maszynach.

Biomaszyna jako całość posiada wyjścia informacyjne, którymi są eksteroreceptory: wzrok, słuch, telereceptory), smak, dotyk, czucie zimna i ciepła (kontaktoreceptory) oraz wejścia energetyczne, którymi są jama ustna i jama nosowa. Wyjściami biomaszyny są efektory mięśniowe, które produkują pracę mechaniczną i przekazują za jej pomocą informację o stanach psychicznych i myśleniu (mowa, pismo, gestykulacja, mimika) oraz narządy wydalnicze (kał, mocz, dwutlenek węgla itp.) i wydzielnicze (gruczoły: ślinowe, potowe, łojowe itp.)

W obrębie biomaszyny można wyróżnić dwa podstawowe kanały: informacyjny i energetyczny (zwany również zasileniowym). Kanały informacyjne stanowią głównie drogi nerwowe (nerwy i szlaki nerwowe), które przekazują informację (bodźce) od i do układu nerwowego.

Kanałami informacyjnymi dla układu dokrewnego są naczynia krwionośne transportujące hormony głównie do układów zasilania, a także do układów, które nie wchodzą w skład biomaszyny, jak np. układy rozrodcze. Kanałami energetycznymi są głównie naczynia krwionośne i limfatyczne, które doprowadzają substancje energetyczne (paliwo) oraz tlen do wszystkich narządów człowieka Po zamianie substancji energetycznych na pracę mięśni praca ta porusza kości w stawach lub płyny i gazy, powodując ruchy człowieka i ruchy w jego narządach wewnętrznych.

Biomaszyna jest nieporównywalnie bardziej złożona strukturalnie i funkcjonalnie od maszyn zbudowanych przez człowieka . Jej układ ruchu, ma około 240 stopni swobody i ponad 400 mięśni. W maszynie liczby te przeważnie nie przekraczają kilku stopni swobody i kilku napędów. Układ zasilania w biomaszynie jest rozproszony po całym ciele i źródła energetyczne znajdują się zarówno w komórkach mięśniowych i nerwowych, jak i w komórkach wątroby, krwi, limfy czy tkanki tłuszczowej. Wartość substancji energetycznych jest również zróżnicowana, od wysoko- do nisko energetycznych, dzięki czemu biomaszyna może działać szybko, lecz krótko (rozwijając dużą moc), lub wolno i długo. Jasne jest, że tak skomplikowana struktura i funkcja wymaga bardzo złożonego układ sterowania, zawierającego ok. 15 - 17 miliardów komórek nerwowych. Tak wielka złożoność biomaszyny zezwala na wykonywanie niezliczonych rodzajów ruchów, podczas gdy maszyna

jest na ogół wyspecjalizowanym urządzeniem, wykonującym ściśle określone przez konstruktora zadani a ruchowe.

Biomaszyna płaci za to koniecznością uczenia się każdego ruchu od nowa. Musi opanowywać technikę mchu oddzielnie dla każdej czynności.

Po zapoznaniu się z czynnikami wpływającymi na efekt pracy biomaszyny można wydzielić logicznie strukturalne, geometryczne, informacyjne i energetyczne parametry wpływające na rezultat ruchowy (sportowy, pracy produkcyjnej, pracy inwalidów itp.) człowieka

Parametrami strukturalnymi układu ruchu biomaszyny są właściwości określane stosunkami liczbowymi, np. liczba kości, stawów i mięśni, klasa stawów (par kinematycznych) i mięśni (liczba stawów, ponad którymi przebiegają) oraz liczba funkcji mięśni. Parametry strukturalne układu ruchu są wrodzone i w normie wspólne wszystkich ludzi. Parametry geometryczne posiadają wymiary liniowe (metryczne). Zaliczamy do nich: długości kości (części ciała i dźwiganie), mięśni i ich ramion sił oraz przekroje, np. przekrój fizjologiczny i anatomiczny mięśni, powierzchnie osiągalne przez rękę, a także objętości, np. objętość podudzia, pojemność życiowa płuc itp. Długości ciała i ich stosunki są dla biomaszyny parametrami głownie wrodzonymi i składają się na tzw. talent ruchowy danego osobnika. Natomiast przekroje i objętości ciała podlegają zmianom pod wpływem treningu lub bezruchu.

Parametry energetyczne zależą głównie od możliwości oraz współdziałania między układami zasilania i ruchu (przy stałych względnie maksymalnych bodźcach przekazywanych z układu sterowania). Określają one zdolność rozwijania mocy przez człowieka w funkcji czasu. Ponieważ moc mechaniczna jest iloczynem siły (momentu) i prędkości:

N = F*v lub N = M*W

to parametry energetyczne decydują o cechach fizycznych: siła (F), prędkość (v), momencie sity (M) i prędkości kątowej (W), oraz o zmianie tych parametrów w czasie, które określane są jako wytrzymałość organizmu N(t) lub jako wytrzymałość siłowa F(t) czy prędkościowa v(t) organizmu. Cechy fizyczne zależą więc głównie od rozwoju układu zasilania i układu ruchu. Podlegają one wytrenowaniu w różnym stopniu. Najwydatniej można wytrenować siłę, średnio - wytrzymałość organizmu, najmniej - szybkość.

Parametry informacyjne decydują o współdziałaniu między częścią somatyczną układu sterującego i układem ruchu, czyli o procesie sterowania ruchami, który stanowi podstawę techniki i nauczania ruchu oraz o współdziałaniu między częścią wegetatywną układu sterowania i układem zasilania, co współdecyduje o samopoczuciu człowieka, które ma wpływ na jego cechy psychiczne.

W zależności od położenia receptory dzielimy na:

1) eksteroreceptory {kontaktoreceptory) -położone w obrębie powłoki wspólnej, odbierają wrażenia ze środowiska zewnętrznego (tzw. czucie eksteroceptywne) czucia dotyku, ucisku, zmian temperatury, bólu, smaku; receptor dotyku, kolbka końcowa i ciałko zmysłowe

2) propioreceptory - położone w mięśniach szkieletowych, torebkach stawowych i więzadłach odbierają tzw. czucie propioceptywne o stanie całego układu kostno -stawowo - mięśniowego, ruchu oraz pozycji kończyn i innych części ciała; receptory ścięgnowe, receptory błędnika

3) interoreceptory (wisceroreceptory) - położone w narządach wewnętrznych i jamach ciała odbierają tzw. czucie interoceptywne nazywane również czuciem trzewnym, dotyczące czucia bólu i odczuć pokrewnych oraz zmian chemicznych; receptory stawowe

4) telereceptory - odbierają wrażenia zewnętrzne na odległość, tzw. czucie teleceptywne z narządu wzroku, słuchu, powonienia; receptor wzroku, receptor słuchu

Teza 4: (Parametry funkcjonalne aktonów mięśniowych)

4.1 (10) Scharakteryzuj pojęcia: akton mięśniowy (Am), klasa aktonu (Ka), funkcja aktonu (Fa), antagonistyczność aktonu (Aa)

Akton mięśniowy (Am) -jest to mięsień, jego część lub głowa, których włókna mięśniowe mają jednakowy lub zbliżony kierunek przebiegu względem osi obrotu w stawach, ponad którymi dany akton przebiega Włókna mięśniowe aktonu spełniają jednakowe funkcje.

Klasa aktonu (Ka) -jest to liczba równa liczbie stawów, w których akton może przejawiać swoje funkcje. Tak więc akton mięśniowy o klasie 1 przebiega ponad jednym stawem (mięsień jednostawowy), o klasie 3 - ponad trzema stawami itd.

Funkcje aktonu (Fa) - są to dodatnie i ujemne składowe momentów sił, które akton może rozwijać względem osi obrotów stawów, ponad którymi przebiega. Funkcje aktonów określamy poprzez wyznaczanie składowych momentów ich sił w płaszczyznach strzałkowej, czołowej i poprzecznej. Jeśli ruchy w płaszczyźnie strzałkowej nazwiemy zginaniem i prostowaniem, to składowe momentów sił w tej płaszczyźnie wywołują funkcje zginania i prostowania. Przez analogię: w płaszczyźnie czołowej mamy funkcje przywodzenia i odwodzenia, a w płaszczyźnie poprzecznej - pronacji i supinacji.

Antagonistyczność aktonu (Aa) -jest to funkcja przeciwstawna w jednym stawie, która może być rozwijana lub nie, w zależności od zmiany znaku i ramienia sity danego aktonu. Zarówno znak, jak i wartość ramienia siły aktonu mogą się zmieniać przy przemieszczaniu członu z jednego położenia w drugie. Zmiana znaku ramienia siły powoduje zmianę zwrotu składowej momentu siły i funkcji danego aktonu, która staje się funkcją antagonistyczną, np. zamiast przywodzenia akton odwodzi, lub zamiast prostowania aktony zginają.

W szczególnym przypadku obrót członu (kości) powoduje, że punkty przyczepu aktonu,

wyznaczające linię działania jego sił) oraz oś obrotu w stawie, leżą na jednej prostej

(płaszczyźnie). Wówczas ramię siły aktonu równe jest zeru, a więc i składowa momentu

siły aktonu jako jego funkcja jest równa zeru. Akton mięśniowy rozwija wówczas funkcję

zerową aktonu, która zwiera jedynie kości tworzące dany staw.

4.2 (11) Scharakteryzuj parametry- funkcyjne (Ka, Fa, Aa) aktonów mięśniowych działających na staw ramienny.

Tabela: parametry strukturalne (liczby) funkcji aktonów stawu ramiennego

LP.	NAZWA AKTONU	STAW ZIINANIE	RAMI PROST	ENNY PRZYW	ODWIE	SUPI	PRON	KLASA AKTONU	LICZBA FUNKCJI	LICZBA FUNKCJI ANTAG ONISTY
		1	2	3	4	5	6
1	Piersiowy większy cz brzuszna	+	+	+			+	1	4	1
2	Piersiowy większy cz żebrowo-mostkowa	+	+	+			+	1	4	1
3	Piersiowy większycz obojczykowa	+		+			+	1	3
4	Najszerszy grzbietu cz piersiowa		+	+			+	1	3
5	Najszerszy grzbietu cz żebrowo – lędźwiowa	+	+	+			+	1	4	1
6	Nadgrzebieniowy				+	+	+	1	3	1
7	Podgrzebieniowy				+	+		1	2
8	Obły mniejszy		+	+		+		1	3
9	Obły większy	+	+	+			+	1	4	1
10	Podłopatkowy		+	+			+	1	3
11	Naramienny cz przednia	+		+	+		+	1	4	1
12	Naramienny cz boczna	+	+		+	+	+	1	5	2
13	Naramienny cz tylna		+	+	+	+		1	4	1
14	Kruczo ramienny	+		+		+	+	1	4	1
15	Dwugłowy ramienia głowa długa	+			+		+	3	5
16	Dwugłowy ramienia głowa krótka	+		+				3	4
17	Trójgłowy ramienia głowa długa		+	+				2	3
	Liczba zespołu aktonu	10	10	13	6	6	12	22	62	10

Analiza strukturalna funkcji mięsni pozwala na schematyczne zrozumienie całej złożoności rozkładu i działania mięśni. Na tej podstawie możemy obliczyć sumę funkcji dowolnych aktonów, obsługujących wybrane stawy lub łańcuchy biokinematyczne.

W tych wypadkach posługujemy się wzorem:

Zf=∑=i fi

Gdzie:

Zf – suma funkcji zespołu aktonów

Fi – liczba aktonów o określonych liczbach funkcji (i=1,2…n)

Zgodnie z tym wzorem staw ramienny posiada

f2 = 1, f3=6, f4=8, f5=2

zatem

Zf=2x1 + 3x6 + 4x8 + 5x2 = 2 + 18 + 32 + 10 = 62

Tak więc aktony stawu ramiennego rozwijają 62 funkcje.

Aktony mięśniowe obsługujące staw ramienny rozwijają (62/264 *100)ok. 23,48% wszystkich funkcji kończyny górnej.

(264 – suma wszystkich liczb funkcji wszystkich aktonów kg)

Tabela: liczba funkcji aktonów w zespołach stawu ramiennego

Lp	Nazwa zespołu mięsni	Staw ramienny
1	Zginacze	10
2	Prostowniki	10
3	Przywodziciele	13
4	Odwodziciele	6
5	Supinatory	6
6	Pronatory	12
suma		57

Sumę klas aktonów obsługujących dany staw lub łańcuch biokinematyczny możemy obliczyć na podstawie wzoru

Zk= ∑=j kj

Zk – suma klas zespołu aktonów

kj – liczba aktonów określonych klasach (j=1,2…n)

Dla stawu ramiennego uzyskujemy:

k2=14, k2=1, k3=2

stąd suma klas aktonów

Zk=2x14 + 2x1 + 3x2 = 14 + 2 +6=22

Zatem w stawie ramiennym przeważają aktony z klasą 1, czyli mięśnie jednostawowe.

4.2 (12) Scharakteryzuj parametry funkcyjne (Ka, Fa, Aa) aktonów mięśniowych działających na staw biodrowy.

Tabela: parametry strukturalne (liczby) funkcji aktonów stawu biodrowego

LP.	NAZWA AKTONU	STAW Zginanie	RAMI Prostowanie	ENNY Przywodzenie	Odwodzenie	Supinacja	Pronacja	KLASA AKTONU	LICZBA FUNKCJI	LICZBA FUNKCJI ANTAG ONISTY
		1	2	3	4	5	6
1	Pośladkowy średni cz przednia	+			+		+	1	3
2	Pośladkowy średni cz tylna		+		+	+		1	3
3	Pośladkowy mały cz przednia	+			+		+	1	3
4	Pośladowy mały cz tylna		+		+	+		1	3
5	Czworoboczny uda		+	+		+		1	3
6	Bliźniaczy górny		+	+		+		1	3
7	Bliźniaczy dolny		+	+		+		1	3
8	Zasłonowy zewnętrzny		+	+		+		1	3
9	Zasłonowy wewnętrzny		+	+		+		1	3
10	Lędźwiowo udowy	+		+		+		1	3
11	biodrowy	+		+		+		1	3
12	gruszkowaty		+		+	+		1	3
13	łonowy	+		+		+		1	3
14	Przywodziciel mały	+		+		+		1	3
15	Przywodziciel krótki	+		+		+		1	3
16	Przywodziciel długi	+		+		+		1	3
17	Przywodziciel wielki cz przednia	+		+		+		1	3

18	Przywodziciel wielki cz dolna		+	+			+	1	3
19	Pośladkowy wielki cz dolna		+	+		+		1	3
20	Pośladkowy wielki cz dolna		+		+	+		1	3
21	Napinacz powięzi szerokiej	+			+		+	2	5	1
22	Smukły		+	+		+		2	5
23	Krawiecki	+			+	+		2	5
24	Półbłoniasty		+	+				2	4
25	Półścięgnisty		+	+				2	4
26	Prosty uda	+			+	+		2	4
27	Dwugłowy uda – głowa długa		+	+		+	+	2	6	1
	Liczba zespołu aktonów	12	15	18	9	21	5	34	93	2

Zf=∑=i fi

Dla stawu biodrowego mamy:

f3=30, f4=3, f5=3, f6=1

zatem

Zf= 3x20 + 4x3 + 5x3 + 6x1 = 60 + 12 + 15 +6 = 93

Tak więc aktony stawu biodrowego rozwijają 93 funkcje

Aktony mięśniowe obsługujące staw biodrowy rozwijają (93/269*100), ok. 34,5% wszystkich funkcji kończyny dolnej.

(269 – suma wszystkich liczb funkcji wszystkich aktonów kd).

Tabela: funkcji aktonów w zespołach stawu biodrowego

Lp	Nazwa zespołu mięsni	Staw ramienny
1	Zginacze	12
2	Prostowniki	15
3	Przywodziciele	18
4	Odwodziciele	9
5	Supinatory	21
6	Pronatory	5
suma		80

Suma klas aktonów obsłgujących dany staw lub łańcuch biokinetyczny:

Zk = ∑ = j kj

Dla stawu biodrowego uzyskujemy

k1=20, k2 = 7

stąd suma klas aktonów

Zk = 1x20 + 2x7 = 20 + 14=34

5.Pytania do tezy: Parametry masowe (inercyjne) człowieka:

5.1.(13) Zdefiniuj pojęcia: masy, środka masy, środka ciężkości, promienia środka masy,

bezwładności, momentu bezwładności, momentu siły ciężkości

-Masa - to ilość materii. W systemie miar SI wyrażana jest w kilogramach.

Zgodnie z prawem zachowania masy - masa materii uczestniczącej w dowolnym procesie

fizycznym lub chemicznym pozostaje stała, jednak zgodnie z Teorią Względności Alberta

Einsteina masa może być przekształcana w energię i na odwrót, w niektórych procesach

fizycznych.

-Środek masy - punkt określony przez rozkład mas w danym ciele lub układzie ciał. Położenie środka masy wyraża się wzorem:

$$r = \frac{\sum_{k}^{}{m_{k}r_{k}}}{\sum_{k}^{}m_{k}}$$

-Środek ciężkości - punkt ciała lub układu ciał, w którym przyłożona jest wypadkowa siła ciężkości działająca na ciało. W jednorodnym polu grawitacyjnym położenie środka ciężkości pokrywa się z położeniem środka masy

-Promień środka masy –

-Bezwładność, inercja -właściwość ciał materialnych, znajdująca odbicie w I i II zasadzie mechaniki. Gdy na ciało nie działają siły zewnętrzne łub wzajemnie się one równoważą, bezwładność przejawia się w tym, że ciało zachowuje niezmienny stan ruchu lub spoczynku względem inercjalnego układu odniesienia Jeśli na ciało działa niezrównoważony układ sił, bezwładność przejawia się w tym, że zmiana stanu spoczynku lub ruchu ciała nie zachodzi nagle, lecz stopniowo, tym wolniej, im większa jest bezwładność ciała Miarą bezwładności ciała w ruchu postępowym jest jego masa, a w ruchu obrotowym moment bezwładności.

Moment bezwładności - jest wielkością charakteryzującą rozłożenie masy ciała w stosunku do osi obrotu Miarą bezwładności ciała w ruchu obrotowym jest moment bezwładności. Moment bezwładności określamy ze wzoru

J=M/εo

Oznaczenia:

J- moment bezwładności

M- wielkość zmiany momentu siły

εo- chwilowa wartość przyspieszenia mierzonego natychmiast po wymuszonym skoku momentu siły –

Moment siły ciężkości -

5.2.(14) Zdefiniuj pojęcia: siła, siła ciężkości, siła bezwładności, siła wewnętrzna, siła zewnętrzna, siła tarcia, siła reakcji, siła czynna, siła bierna, siła oporu, siła aerodynamiczna, siła hydrodynamiczna, gradient siły, narost siły .

-Siła - „Poprzez siłę,, jako cechę fizyczną człowieka, należy rozumieć maksymalną siłę (moment siły) poszczególnych grup mięśniowych bądź sumę maksymalnych sił (momentów sił) w głównych stawach człowieka mierzonych w warunkach statyki" -Fidelus 1972

Wielkością, która zmienia stan ruchu ciała, (a więc zmienia pęd i prędkość) jest siła. Siłę najczęściej wyraża się w niutonach - N.

1 N = 1 kg * m/s²

Jeden niuton jest to siła, która jednemu kilogramowi nadaje przyspieszenie o wartości 1 m/s².

Siła - jest wielkością fizyczną., będąca miarą oddziaływania ciał materialnych; oddziaływania te występują za pośrednictwem pól fizycznych (np. pola grawitacyjnego, pola elektromagnetycznego.).

-Siła ciężkości - siłą ciężkości ciał nazywa się siłę przyłożoną do ciała i równą sumie geometrycznej siły przyciągania ziemskiego oraz siły odśrodkowej wywołanej przez dobowy obrót Ziemi. Siła ta pokrywa się z siłą przyciągania ziemskiego tylko na biegunach Ziemi (siła odśrodkowa jest tam równa zeru).

P = m * g

Oznaczenia:

m - masa ciała

g - przyspieszenie ziemskie

średnio g = 9,81 m/s", w przybliżeniu 10 m/s².

-Siła bezwładności –

-Siła wewnętrzna - siły, którymi działają na siebie części składowe układu.

-Siła zewnętrzna - siły oddziaływania układu z ciałami spoza układu.

-Siła tarcia - (T, F_t) - siła występująca na styku powierzchni dwóch ciał i przeciwdziałająca ich względnemu lub zamierzonemu ruchowi (podczas każdej próby wywołania takiego ruchu przez przyłożenie zewnętrznej siły). Siła tarcia jest równoległa do powierzchni styku obu ciał i ma zwrot przeciwny do przemieszczenia lub zamierzonego przemieszczenia. Siła tarcia zależy od rodzaju powierzchni trących oraz od siły nacisku między nimi. Siła tarcia powodująca hamowanie. Wytracona w ten sposób energia zamienia się w ciepło i jest bezpowrotnie tracona. Siła tarcia jest skierowana w przeciwną stronę do kierunku ruchu. Jej wartość wyraża wzór:

Oznaczenia:

T= f * N

T - siła tarcia

f - współczynnik tarcia (cecha charakterystyczna danego materiału)

N - siła nacisku (siła działająca pod kątem prostym do płaszczyzny styku trących powierzchni, najczęściej jest to składowa ciężaru)

-Siła reakcji -

-Siła czynna - w odróżnieniu od reakcji więzów, wszystkie pozostałe siły (zewnętrzne i wewnętrzne) przyłożone do układu mechanicznego, nazywa się siłami czynnymi.

-Siła bierna- reakcja podłoża, tarcie, opór H2O, opór powietrza, opór takanek biernych, bezwładność

-Siła oporu –

-Siła aerodynamiczna - wypadkowa siła działająca na ciało stale umieszczone w opływającym gazie. Przy mchu poziomym składowa pionowa siły aerodynamicznej nazywana jest siłą nośną, a składowa zgodna z kierunkiem ruchu (o przeciwnym zwrocie) - oporem aerodynamicznym

-Siła hydrodynamiczna - siła, z jaką ciecz działa na poruszające się w niej ciało zanurzone całkowicie (np. płat nośny wodolotu) łub częściowo (np. kadłub statku); składowe siły hydrodynamicznej — opór (przeciwny do prędkości ciała) i siła nośna (prostop. do oporu)

-Gradient siły - nachylenie krzywej siły względem osi czasu.

-Narost siły – narastanie krzywej siły mięśniowej w funkcji czasu, charakteryzuje zdolność mięśnia do szybkiego wyzwalania siły.

5.3.(15) Scharakteryzuj sposoby wyznaczania położenia ogólnego środka masy (OSM) człowieka:

*metodami bezpośrednimi (zastosowanie dźwigni jednostronnej)

*metodami pośrednimi (zastosowanie metody sumy momentów sił/lub składania sił)

a)Metoda bezpośrednia-zastosowanie dźwigni jednostronnej.

DŹWIGNIA - to sztywna belka podparta w jednym punkcie tak, że może ona względem niego wykonywać ruchy obrotowe, W ruch obrotowy wprawiają ją działające na nią momenty sił. Gdy momenty te równoważą się to dźwignia jest w równowadze. Tę własność dźwigni wykorzystujemy do wyznaczania środków ciężkości ciał na niej ułożonych.

Q*r = R*l

r - ramię siły Q , odległość OSM od punktu podparcia dźwigni (mierzona wzdłuż osi długiej

ciała)

R- siła reakcji

1 - długość dźwigni, ramię siły R

Q - ciężar ciała

R -wyznaczamy opierając koniec dźwigni na wadze, która wskaże wartość sity reakcji.

b)Metoda pośrednia - sumowanie sił

Do wyznaczania OSC (jego położenia) dla układu ciał, konieczna jest znajomość ciężaru o połączeń środków ciężkości elementów układu. Środek ciężkości stanowi punkt przyłożenia wypadkowej siły ciężkości całego układu, zatem poszukiwanie środka ciężkości sprawdza się do wyznaczenia jego położenia metodą sumowania wektorów - ciężarów kolejnych elementów.

Wyznaczymy wektor, który będzie wypadkową ciężarów elementów układu a jego wartość równa będzie ciężarowi całego układu zaś punkt przyłożenia- środkiem ciężkości Q, q1, q2, q3, ......., qk- ciężary części ciała

Metoda ta pozwała zatem wyznaczyć w sposób pośredni OSC ciała ludzkiego, jeśli znajduje się ono w określonej stałej pozycji; utrwalonej, np. na zdjęciu lub klatce filmowej. Aby tego dokonać, należy. wpierw określić ciężar} części ciała oraz zlokalizować położenie ich środków ciężkości.

5.4.(16)Przedstaw wielkości promieni środków mas segmentów ciała człowieka wielkości mas segmentów ciała człowieka wg Zatziorsky'ego:

głowa (stanowi) 6,940

tułów	43,457
ramię	2,707
przedramię	1,625		% ciężaru całkowitego
ręka	0,614
udo	14,165
podudzie	4,330
stopa	1,371

5.5.(17) Przedstaw wielkości promieni środków mas segmentów ciała człowieka.

głowa	55,0
tułów	44,5
ramię	45,0
przedramię	42,7
ręka	37,0
udo	45,5
podudzie	40,5

Stopa 44,1 % ich długości

Promienie środków ciężkości ciała w % ich długości mierzy się zawsze od bliższego końca. Równanie REGRESJI wg. Zatziorskv'ego:

Głowa r = 8,357- 0,0025 x + 0,023y

Górna cz. tułowia r = 3,32 + 0,0076 x 4- 0,047y

Środkowa cz. tułowia r =1,398 + 0,0058 x + Q,Q45y

Dolna cz. tułowia r = 1,182 + 0,0018 x + 0,0434y

Ramię r = 1,67 + 0,03 x + 0,Q54y

i Przedramię r = 0,192 - 0,028 x+0,093y

Ręka . r = 4,11 +0,026 x + 0,033y

Udo r = -2,42 + 0,038 x + 0,135y

Podudzie r = -6,05 - 0,039 x + 0,142y

Stopa r = 3,767 + 0,065 x + 0,033y

6.Biomechanika mięśni

6.1.(18) Zdefiniuj pojęcia: siła mięśniowa, siła (mięśniowa) bezwzględna, siła względna,

Siła mięśniowa -jest to zdolność organizmu do pokonywania oporu zewnętrznego lub opora

własnego ciała w warunkach statyki lub ruchach o małej prędkości a znacznej intensywności.

Siła mięśniowa bezwzględna - jest to wielkość kiedy w 1 cm.² Przekroju mięśnia może

rozwinąć siłę o wielkości 7-10 kG

Siła mięśniowa względna - wyrażana jako stosunek wielkości sity absolutnej do masy ciała

lub masy ciała szczupłego (LBM). Jest to miara znacznie bardziej obiektywna i trafna dla

scharakteryzowania rzeczywistej siły mięśniowej- jest tez znacznie ważniejsza w bardzo

wielu typach aktywności ruchowej wymagających przemieszczania ciała w przestrzeni ( np.

gimnastyka, sporty- limitowane w kategorii wagowymi, biegi, skoki itp.)

Siła absolutna - rozumiana jako wielkość siły rozwijanej przez mięśnie bez względu na ich

rozmiary.(np. rzuty, zapasy, i podnoszenie ciężarów w najcięższych kategoriach)

6.2,(19) Scharakteryzuj pojęcie jednostki ruchowej (Historycznej), zasadę „wszystko albo nic", strukturę włókien mięśniowych.

Jednostka motoryczna-stanowi jedna komórka mięśniowa (wraz ze wszystkimi swoimi wypustkami) biegnąca do mięśnia oraz wszystkie komórki mięśniowe przez nią unerwione.

Pod wpływem działającego na komórkę mięśniową pojedynczego bodźca o sile progowej łub większej od progowej, jej błona komórkowa ulega depolaryzacji po której następuje skurcz całej komórki. Bodziec podprogowy nie wywołuje depolaryzacji błony komórkowej i komórka się nie kurczy.

„wszystko albo nic" - komórka odpowiada na bodziec zgodnie z prawem, tzn., że pod wpływem każdego bodźca o intensywności progowej lub większej od progowej reaguje maksymalnie, nie odpowiada zaś na bodźce podprogowe.

Włókno mięśniowe - składa się z segmentów zwanych sarkomerami. Sarkomer taki obejmuje jeden taki prążek anizotropowy i sąsiadujące z nim dwie połówki prążka izotropowego. Prążek anizotropowy - tworzą nitki grube - miozyny, prążek izotropowy zaś - nitki cienkie -aktyny, które są doczepione do błony granicznej Z. Błona Z dzieli na dwie połówki każdy prążek izotropowy należący do dwóch sąsiednich sarkomerów.

W czasie skracania się komórki nitki aktyny wślizgują się pomiędzy nitki miozyny (prążki znikają).

6.3,(20) Zdefinuj pojęcia ; przekroju poprzecznego (fizjologicznego) mięśnia, długości

mięśnia, kata działania sily mięśnia, kata stawowego

-przekrój poprzeczny ( fizjologiczny) mięśnia - uwidacznia strukturę mięśnia w płaszczyźnie poprzecznej, to powierzchnia przekroju poprzecznego wszystkich jego włókien

-kąt stawowy - w płaszczyźnie strzałkowej i czołowej nazywamy kąt, który tworzą dwie proste, stanowiące osie symetrią podłużne) dwu sąsiednich członów, lub dla stawów "przjtułowiowych( ramiennych i biodrowych) - prosta równoległa do osi kręgosłupa z osią podłużną danego członu, natomiast w płaszczyźnie poprzecznej nazywamy kąt tworzony przez osie, wokół których odbywa się ruch zginania i prostowania w dwóch sąsiednich stawach. W obrębie kręgosłupa kąty stawowe określają położenie dwóch sąsiednich kręgów ---kąt działania siły mięśnia - Jest to kąt, który tworzą: linia łącząca punkt przyczepu mięśnia z osią obrotu w stawie oraz linia styczna do ścięgna mięśniowego w punkcie jego przyczepu. Kąt działania mięśnia może być zwiększony przez hypomochlion, który stanowi wyniosłość kostna lub inny element tkanki łącznej, powodujące zwiększenie kąta działania mięśnia.

6.4.(21) Zdefiniuj i scharakteryzuj pojęcia ; skurcz mięśnia, skurcz tężcowy(zupełny i niezupełny), skurcz izometryczny, skurcz izotoniczny, skurcz auksotoniczny, czynność statyczna i dynamiczna, czynność koncentryczna i ekscentryczna

- Skurcz mięśnia- skrócenie włókienek kurczliwych mięśnia pod wpływem impulsów z ośrodków nerwowych

- Skurcz tężcowy zupełny - występuje, gdy bodźce pobudzają mięsień w odstępach czasu krótszych, niż trwa skurcz pojedynczy

- Skurcz tężcowy niezupełny - występuje, gdy pobudzanie mięśnia w odstępach czasu dłuższych niż czas trwania skurczu pojedynczego pozwala na częściowy rozkurcz mięśnia pomiędzy bodźcami

- Skurcz izometryczny - charakteryzuje się wzrostem napięcia mięśnia bez zmian jego długości. Przyczepy mięśnia w układzie szkieletowym nie zmieniają swojej odległości.

- Skurcz izotoniczny - komórki mięśniowe skracają się i cały mięsień ulega skróceniu, jego napięcie nie zmienia się. Przyczepy mięśnia w układzie szkieletowym zbliżają się do siebie.

- Skurcz auksotoniczny - jednoczesne zbliżanie przyczepów i wzrost napięcia . Jest to typ skurczów tężcowych mięśni szkieletowych, które powodują ruchy kończyn i całego ciała

- Skurcz koncentryczny - zbliżają się przyczepy mięśnia do siebie

- Skurcz ekscentryczny - przyczepy mięśnia oddalają się od siebie

- Czynność statyczna - gdy pobudzony mięsień nie zmienił swojej długości i tym samym nie zmieniła się odległość między jego przyczepami. Mięsień działający statycznie może spełniać funkcje: stabilizacyjne, zrównoważenia, wzmocnienia układów biernych.

- Czynność dynamiczna - następuje wówczas gdy pobudzony mięsień zmienia swoją długość podczas przeciwdziałania siłom zewnętrznym:

- może ulec skróceniu pokonując opór zewnętrzny - czynność koncentryczna ∆l<0 a suma momentów sił mięśniowych jest większa od przeciwnie skierowanej sumy momentów sił zewnętrznych.

∑Mm > ∑Mz

- może ulec rozciągnięciu ustępując siła zewnętrznym - czynność ekscentryczna ∆l>0 a suma momentów sił mięśniowych jest mniejsza od przeciwnie skierowanej sumy momentów sił zewnętrznych.

∑Mm<∑Mz

6.5(22) Zdefiniuj pojęcia funkcje mięśniowe: stabilizacyjne, dynamiczne i podaj przykłady.

mięśnie stabilizacyjne -są to mięśnie, które nie biorą bezpośredniego udziału w ruchu np. , mięśnie przykręgosłupowe

mięśnie dynamiczne:

- Mięśnie synergistyczne - są to mięśnie, które biorą udział w wykonywaniu określonego ruchu np. zgięcie w stawie

- Mięśnie antagonistyczne ~ są to mięśnie, które przeciwstawiają się wykonywaniu określonego ruchu np. prostowanie w stawie

6.6(23) Zdefiniuj i scharakteryzuj ogólne czynniki wpływające na silę mięśnia, (Od czego zależy siła mięśnia?).

Siła mięśnia zależy przede wszystkim od:

a. Masy ciała- Mięśnie stanowią przeciętnie około 30% masy ciała. Im większy jest procentowy udział masy mięśniowej w stosunku do masy ciała tym większa jest siła mięśni. Wartość siły mięśni można ocenić, stosując laboratoryjny pomiar momentu siły grupy mięśni-ten jest najwłaściwszy.

Wyniki wyraża się w jednostkach bezwzględnych, tj. w niutonach- N (siła), a właściwy pomiar laboratoryjny daje wynik w niutonach - Nm (moment siły)- niutonometrach

b. Siła właściwa; przekrój fizjologiczny a kształt mięśnia- Przekrój fizjologiczny mięśnia to powierzchnia przekroju poprzecznego wszystkich jego włókien.

Wartość siły mięśnia wiąże się z jego przekrojem fizjologicznym. Stosunek siły mięśnia do jego przekroju fizjologicznego nazywa się siłą właściwą, a jej wartość waha się od 16 do 30 N/cm²

Gdyby wszystkie mięśnie były maksymalnie pobudzone i działały w tym samym kierunku, to ich całkowita siła .wynosiłaby 168kN!(CIEKAWOSTKA)

c. Wpływ przebiegu włókien na wartość siły mięśnia-

-z dwóch mięśni: pierzastego pierzastego obłego, o tym samym obwodzie, mięsień pierzasty ma większy przekrój fizjologiczny. Przekrój wzrasta wraz ze wzrostem kąta pierzastości. -z dwóch mięśni: pierzastego pierzastego obłego, o tym samym obwodzie, mięsień pierzasty rozwija większą siłę. Im większy zaś kąt pierzastości mięśnia tym mniejsza jest jego składowa użyteczna działająca wzdłuż osi długiej.

d. Długość mięśnia i wykorzystanie EK i SES-

- mięsień zawierający brzusiec ścięgna jest zdolny do wyzwolenia większej siły, gdy jest rozciągnięty, niż wtedy, gdy jest skrócony.

- siła mięśnia pochodząca od elementów kurczliwych EK jest największa w pośrednim stanie jego długości spoczynkowej. Gdy uwzględnimy ponadto udział elementów sprężystych SES i RES, to największą siłę dysponuje mięsień częściowo wydłużony.

e. Liczba pobudzonych włókien, częstość impulsów pobudzenia, temperatura mięśnia- Efekt działania mięśnia w postaci wyzwolonej siły zależy od liczby pobudzonych włókien oraz częstotliwości impulsów pobudzenia. Maksymalna częstotliwość tych bodźców sięga 40-50 Hz.

Istnieje dodatni związek między częstotliwością impulsów pobudzenia a wartością siły

wyzwalanej przez mięsień, szczególne w działaniu izometrycznym.

f. Siła mięśnia a prędkość jego skracania się-

Wartość siły rozwijanej przez mięsień jest zależna od prędkości jego skracania się; zależność

ta w przybliżeniu jest odwrotnie proporcjonalna.

Moc definiuje się jako stosunek pracy do czasu, w którym została ona wykonana:

RES – równoległe elementy sprężyste

SES – szeregowe elementy sprężyste

EK – elementy kurczliwe

P=∆W/∆t

6.7(24) Scharakteryzuj zależność typu: siła-długość mięśnia F=F(L)

Sarkomer wyzwala największą siłę przy długości wyjściowej, wynoszącej od 2 do 2,25µrn; wydłużony lub skrócony, traci na zdolności do wyzwalania siły.

W modelu mięśnia możemy wyróżnić elementy kurczliwe EK oraz elementy sprężyste ułożone równolegle RES (równoległe elem. sprężyste) i szeregowo SES (szeregowe elem. sprężyste).

Mięsień zawierający brzusiec ścięgna jest zdolny do wyzwolenia większej siły, gdy jest rozciągnięty, niż wtedy, gdy jest skrócony.

Siła mięśnia pochodząca od elementów kurczliwych EK jest największa w pośrednim stanie jego długości spoczynkowej. Gdy uwzględnimy ponadto udział elementów sprężystych SES i RES, to największą siłę dysponuje mięsień częściowo wydłużony.

6.8(25)Scharakteryzuj zależność typu: siła - czas F = F(t).

Siła rozwijana przez mięsień wzrasta stopniowo od minimum do swojego maksimum. Inaczej mówiąc, do osiągnięcia przez mięsień siły maksymalnej niezbędny jest pewien czas, czas narastania siły. Czas ten w warunkach statyki zależy głównie od czterech czynników:

-Rodzaju mięśni : szybkie, powolne;

-Temperatury mięśnia;

-Częstotliwości impulsów pobudzających;

-Zmęczenia (spadku poziomu substancji energii).Zmęczenie mięśnia spowodowane głównie wyczerpaniem się zasobów energii powoduje wzrost czasu narastania sity do jej wartości maksymalnej.

6.9(26) Scharakteryzuj zależność typu: moment siły a kąt działania mięśnia "M = f(p) dla kąta β=90deg, β<90deg i β>90deg.

W warunkach działania mięśni na dźwignie kostne rozkład siły mięśnia na składowe zależy od kąta, pod jakim działa ona na dźwignię kostną, oraz od zmienności tego kąta. Kąt zawarty miedzy wektorem sił mięśnia działającej wzdłuż ścięgna, a kością nazywamy kątem ścięgnowo-kostnym. Ten kąt zmienia się wraz ze zmianą kąta w stawie, aczkolwiek nie w sposób tożsamy.

-Kąt ścięgnowo-kostny jest to kąt zawarty między osią długą kości, na którą działa mięsień, a kierunkiem przebiegu ścięgna tego mięśnia.

-Zmiana kąta w stawie nie równa się zmianie kąta ścięgnowo-kostnego.

-Najkorzystniejsza teoretycznie wartość kąta ścięgnowo-kostnego to taka, która daje pełne wykorzystanie wyzwalanej siły mięśnia, czyli 90°.

β< 90°; β= 90°; β>90°

Wartość momentu siły pojedynczego mięśnia(tzw. składowa momentu sity mięśniowej) zależy od kąta w stawie, na który działa dany mięsień. Podobne stwierdzenie można sformułować w odniesieniu do sumarycznego momentu grupy mięśni.

6.10.(27) scharakteryzuj zasady pomiaru siły mięśni (momentu siły) w warunkach

statyki lub quasi – statyki

- należy zlokalizować położenie osi badanego stawu - oś stawu musi pokrywać się z

osią dźwigni momentomierza

- ustalić wartość kątów w stawach sąsiednich

- ustabilizować pozycję ciała (stawy sąsiednie), uniemożliwić zmiany położenia osi

obrotu badanego stawu

- unieruchomić u ustabilizować jeden z członów oraz stawy sąsiednie

- podać wartość kąta w stawie obsługiwanym przez badaną grupę mięśni, przy której dokonuje się pomiaru

- pozycje kątowe w sąsiednich stawach powinny się znajdować w ich anatomicznym ułożeniu

6.11,(28) Scharakteryzuj sposób pomiaru (badania) momentu siły dowolnego zespołu mięśni w statyce lub quasi-staiyce. Narysuj stanowisko pomiarowe, dokonaj analizy sil i momentów sił działających, zaznacz niezbędne stabilizacje, sformułuj równanie momentów sił do obliczenia momentu siły badanego zespołu mięśniowego

rys. wykorzystanie warunku równowagi dźwigni kostnej (podudzia) do pomiaru momentu

siły zginaczy stawu kolanowego

D - dynamometr

Fz - siła zewnętrzna

Fm - zastępcza siła mięśniowa zginaczy stawu kolanowego

Mi = I_z * ε Iz - zastępczy moment bezwładności; - przyśpieszenie kątowe

M_T = B *ω B —tłumienie zastępujące; ω - prędkość ruchu w stawie

M_S = K * α K - zastępcza sztywności; α - kąt stawowy

Mi + M_T + M_S = M_m + M_z

M_m = Mi + M_T + M_S - M_z

Jeżeli w pewnych warunkach wartości momentów sił bezwładności, tłumienia i sprężystości będą równe 0

(ε=0, ω= 0, α=0)

czyli dźwignia kostna znajduje się w równowadze, a kąt stawowy przyjmuje wartość spoczynkową to równanie będzie następujące:

-Mz = M_m

M_i- wypadkowy moment sił bezwładności członów ruchomych w stawie

M_T- zastępczy moment sił tarcia i tłumienia

M_S - moment sił sprężystości, wywołany odkształcaniem elementów biernych

M_m - sumaryczny moment sił mięśniowych grupy

M_z - wypadkowy moment sił zewnętrznych - np. grawitacji, oporów środka...

6.12.(29) Zdefiniuj pojęcie udziału mięśnia. Przedstaw i scharakteryzuj równanie

udziałów mięśniowych K. Fidelusa

UDZIAŁ MIĘŚNIOWY - liczbowa wartość funkcji aktonu mięśniowego w stawie. Równowaga sił w statyce:

∑F₁=0 ∑M₁ = 0

∑M_Z = ∑M_W

M_z = M_SYN - M_ant - M_p - M_T

$$M_{W} = G\ \Sigma^{n}\ P_{i}\ r_{i}\left( \alpha \right)\left\lbrack \frac{F_{1}}{F_{0i}}\left\lbrack \frac{l_{i}}{l_{0i}}\left( \propto \right) \right\rbrack \right\rbrack\ \frac{V_{i}}{V_{\max}}\text{\ \ }\left\lbrack \text{N\ m} \right\rbrack$$

M_z - moment sił zewnętrznych

Mw - moment sił wewnętrznych

M_syn - moment składowej aktywnej siły synergentów

M_ant - moment składowej aktywnej sity antagonistów

M_P - moment siły elementów pasywnych części miękkich

M_T - moment siły tarcia w stawie

G - naprężenie mięśni [N(cm )]

P_i - pole przekroju fizjologicznego _i - tego mięśnia[cm*]

r_i - ramię siły _i - tego mięśnia[m]

α - kąt stawowy