BIOMECHANIKA

WYKŁAD 10

Temat: Biomechanika mięśni

SKŁADOWE OBROTOWE I STABILIZUJĄCE SIŁY MIĘŚNI

Gdy mięsień porusza ramieniem dźwigni, do której jest przytwierdzony w stawie jako centrum ruchu, rozwija dwa typy przyspieszenia (akceleracji).

1/ przyspieszenie styczne ( tangencjalne), które powoduje ruch w kierunku liniowym; ruch ten jest kontynuowany na tej drodze w linii prostej. Przyspieszenie to jest równe szybkości dzielonej przez czas:

at= V/t

2/ przyspieszenie normalne lub prostopadłe, skierowane od środka stawu w kierunku promieniowym (a_n) . Równa się ono kwadratowi szybkości ( V²) dzielonej przez promień.

a_n = V²/r

Jest to akceleracja promieniowa czy odśrodkowa, która ma tendencję oddzielania od siebie poruszających się członów stawu od środka ruchu.

Mięsień podczas ruchu musi rozwijać komponentę obrotową( wykonującą ruch) i komponentę stabilizującą

( przeciwdziała rozrywającej elementy kostne stawu sile odśrodkowej), innymi słowy podzielić się na składową obrotową i stabilizującą.

Proporcje tych składowych zależą od kąta, pod jakim ścięgno mięśnia jest przytwierdzone do kości w jego przyczepie dalszym ( lub dokładniej od kąta (α ) utworzonego przez mechaniczną oś mięśnia ramię dźwigni, do której mięsień jest przytwierdzony. Obrotowa składowa jest proporcjonalna do sin α , a stabilizująca obrotowa do cos α.

Im bardziej kąt przyczepu mięśnia jest bliski 90^o tym większa jest składowa obrotowa( np. m. piersiowy).

W większej części mięśnie są przytwierdzone pod małym kątem co powoduje, że utrzymanie pozycji, równowagi i stabilizacja jest w rzeczywistości funkcją pierwotną, ruchy obrotowe mają wtórne znaczenie.

Dla stabilizacji stawu składowa stabilizująca jest wspomagana działaniem mięśni antagonistycznych i działaniem sił zewnętrznych np. grawitacji.

MORFOLOGICZNA ADAPTACJA MIĘŚNIA

1/ Budowa anatomiczna mięśnia

Anatomiczna budowa mięśnia wskazuje, czy jest on zbudowany pierwotnie dla siły czy dla szybkości, podczas gdy jego całkowita praca pierwotnie zależy od masy.

Ogólne napięcie mięśnia może być zmierzone przez określenie fizjologicznego przekroju poprzecznego w cm² i pomnożenie uzyskanych wartości przez stałą dla przekroju poprzecznego jednostkę, która wynosi 3,6 kg/cm²

SIŁA I SZYBKOŚĆ

Warunki właściwe do odpowiedniego ujawnienia szybkości lub siły są następujące:

1/ anatomiczna budowa mięśnia:

a/ dla siły - włókna są krótkie, liczne, o układzie pierzastym,

b/ dla szybkości - włókna są długie i mniej liczne, o układzie równoległym ( wrzecionowatym);

2/ dźwignia mięśnia:

a/ dla siły - mięsień jest przytwierdzony w większej odległości od osi ruchu,

b/ dla s szybkości -mięsień jest przytwierdzony do kości bliżej osi ruchu.

Duże stawy są zaopatrzone w oba typy mięśni.

NATURALNA DŁUGOŚĆ, ODLEGŁOŚĆ SKURCZOWA I NAPIĘCIE MIĘŚNIOWE

Istnieje stała relacja między naturalną długością mięśnia (L) a jego różną długością w skurczu( l ) i stopniem dokonywanego ruchu obrotowego.

Oznacza to , że dla każdej jednostki skrócenia mięśnia istnieje stała kątowa wartość wykonywanego przez mięsień ruchu obrotowego: skrócenie mięśnia i kąt ruchu obrotowego są arytmetycznie proporcjonalne.

Istnieje również pewna relacja między długością skurczu mięśnia ( e) i napięciem mięśnia ( t).

Stosunek napięcia mięśnia do jego długości nie jest arytmetycznie proporcjonalny, jeżeli bowiem skurcz postępuje, to siła skurczu mniejsza się, i to coraz szybciej

Naturalna długość mięśnia jest równoznaczna z „ długością spoczynkową”, jest ona pewną znaną różnicą w długości mięśnia, którego napięcie odpowiada napięciu mięśnia odnerwionego i mięśnia, który jest zupełnie zwiotczały.

Mięsień kurcząc się wywołuje efekt na dwóch końcach. W punkcie przyczepu początkowego i końcowego.

Działa centralnie i obwodowo. Efekt skurczu mięśnia wpływa również bezpośrednio na staw, działa wobec sąsiedztwa i na stawy odległe. Dokonując obliczeń motorycznych należy uwzględnić również grawitację i bezwładność poruszających się odcinków ciała.

Mięśnie, które rozprzestrzeniają się nad dwoma stawami produkują w okolicy obu swoich przyczepów przyspieszenia odwrotnie proporcjonalne do poruszanych mas. Mięśnie tylne uda produkują ten sam moment rotacyjny w okolicy stawu kolanowego i biodrowego, lecz przyspieszenie jest w odwrotnej proporcji do mas prezentowanych przez ramiona obu dźwigni.

Mięśnie dwustawowe rozpoczynają działanie, kiedy obciążenia grawitacyjne obracają stawami w przeciwnym kierunku ( linia siły ciężkości przechodzi przed stawem kolanowym i skokowym; grawitacja prostuje staw kolanowy w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, a zgięcie grzbietowe w stawie skokowym w kierunku przeciwnym).

W mięśniach dwustawowych mogą istnieć dwie dynamiczne sytuacje:

- dwa końce mięśnia zbliżają się do siebie w czasie skurczu:np. mięsień prosty uda, kurcząc się zgina staw biodrowy i prostuje staw kolanowy.

Mięśnie tylne uda są wtedy rozciągnięte na obu końcach

- mięsień jest unieruchomiony na jednym końcu przez jego antagonistę. Zachowuje wtedy swoją początkową długość. Jest to więc skurcz izometryczny, np. mięsień prosty uda zgina staw biodrowy, podczas gdy mięśnie tylne uda zginają staw kolanowy.

---