Biomechanika

Temat: Rodzaje dźwigni, rodzaje pracy mięśniowej.

Dźwignia - jest utworzona przez sztywną belkę podpartą w dowolnym punkcie. Miejsce podparcia wyznacza oś obrotu dźwigni.

W każdej dźwigni możemy wyróżnić następujące elementy:

1) punkt podparcia (oś obrotu), wokół którego sztywny drążek obraca się. W ciele

ludzkim odpowiednikiem punktu podparcia jest staw, w którym występuje ruch.

2) ramię siły (wysiłku), czyli odległość pomiędzy punktem podparcia i punktem

przyłożenia siły wewnętrznej (pokonującej, siły mm). Punktem tym jest przyczep mięśnia.

3) ramię oporu (ciężaru), czyli odległość pomiędzy punktem podparcia i punktem, w

którym działa opór czy ciężar (siła zew), jaki ma być przezwyciężony czy podniesiony przez

to ramie.

Większość kości w ciele tworzy różnego rodzaju dźwignie, na które działają siły wywołane skurczem mięśni oraz siły obciążeń. Obciążeniem w układzie ruchowym jest zazwyczaj ciężar ciała lub poszczególnych jego segmentów oraz tarcie i wszelkie siły zewnętrzne działające na organizm.

Rodzaje dźwigni:

Dźwignia jednostronna - oś obrotu takiej dźwigni znajduje się na jej końcu. Miejsce przyłożenia siły mięśniowej (F_m) i miejsce przyłożenia wypadkowej siły obciążenia (F_o) znajdują się po tej samej stronie w stosunku do punktu podparcia.

Dźwignia dwustronna - stawowy punkt podparcia dźwigni znajduje się między miejscami przyłożenia siły mięśniowej i siły obciążenia. Jeśli wypadkowa momentów działających sił wynosi zero, to dźwignia pozostaje w stanie równowagi.

Ten typ dźwigni najczęściej reprezentowany jest w układach biomechanicznych

odpowiedzialnych za utrzymanie postawy stojącej. Zasada dźwigni dwustronnej

wykorzystywana jest do stabilizacji kręgosłupa. Tutaj, w systemie dźwigni dwustronnych,

pracują poszczególne kręgi. W postawie stojącej ciężar tułowia, stanowiący główne

obciążenie kręgów, jest równoważony napięciem mięśni prostowników grzbietu. O ile jednak

ramie działania siły mięśni prostowników jest stałe i wynosi ok. 5cm (licząc od środka krążka

międzykręgowego), o tyle ramię obciążenia łączące środek krążka ze środkiem ciężkości

tułowia może sie zmieniać, np. w zależności od położenia kkg czy głowy. Z tego wynika im

dłuższe ramię działania siły obciążenia tym większą pracę mięśnie prostowniki muszą

wykonać.

Przyjmując, że ramię działania siły mięśniowej ma długość L_m, a ramię siły obciążenia L_o, równanie równowagi dźwigni można zapisać w postaci :

Wiąże się to z zyskiem mechanicznym dźwigni:

Zysk mechaniczny dźwigni (ZM) - w stanie równowagi stosunek sił działających na dźwignię jest równy odwrotności stosunku długości ramion działania tych sił. Możemy wyrazić to wzorem:

Wartość ZM może zmieniać się w dowolnych granicach - oznacza to, że stan równowagi można osiągnąć dla dowolnych sił poprzez zmianę ramion działania tych sił. W ramach pojedynczego stawu przyczepy poszczególnych mięśni mają różne lokalizacje, dlatego zysk mechaniczny można odnosić do konkretnego mięśnia.

W łańcuchach kinematycznych zazwyczaj nie jesteśmy w stanie dowolnie zmieniać momentów siły mięśniowej dlatego, że miejsca przyczepu mięśni do kości są ustalone anatomicznie. Możemy za to wpływać na ramię siły obciążającej, czyli na moment obciążenia, oraz na wielkość siły mięśniowej potrzebnej do zrównoważenia obciążenia.

Parametry skurczu mięśnia (siła, zmiana długości mięśnia w czasie skurczu oraz szybkość skracania) zostają odpowiednio zwiększone albo zmniejszone w zależności od rodzaju dźwigni biomechanicznej.

Najczęściej w ciele ludzkim znajdują się dźwignie jednostronne ponieważ przyczepy są blisko stawu a opór dalej od stawu.

Podział dźwigni jest umowny, jest pewnym uproszczeniem ponieważ ruch to działanie synergistów a nie działanie jednego mięśnia.

RODZAJE PRACY MIĘŚNIOWEJ:

Mięśnie mogą wykonywać różne rodzaje pracy:

- praca izotoniczna - zmienia się długość mięśnia, a jego napięcie jest stałe (przyczepy mięśnia zbliżają się do siebie przy stałym napięciu). Dzieli się na:

• pracę koncentryczną - w której dochodzi do zbliżania sie do siebie przyczepów, a

tym samym również skracania mięśni. Przykładem tego jest praca mięśni przeciwko sile

grawitacji.

• pracę ekscentryczną - gdzie z kolei dochodzi do oddalania sie przyczepów

mięśniowych, jednocześnie wydłużania sie mięśni. Przykładem tego jest praca

mięśni polegająca na powolnym „opuszczaniu”.

- praca izometryczna - gdzie przyczepy są ustalone (nie zbliżają się do siebie) przez cały czas trwania skurczu, a przykładem tego jest utrzymywanie wybranej pozycji przeciwko sile

grawitacji.

- auksotoniczna - mieszana, zmienia się długość i napięcie mięśnia.

Mięśnie nie działają pojedynczo. Każdy ruch człowieka wywoływany jest poprzez zespołowe działanie wielu pojedynczych mięśni. Z uwagi na charakter współdziałania możemy wyróżnić:

• mięśnie AGONISTYCZNE (jednakowego działania) - pracując jednakowo, razem lub pojedynczo, wywołują ten sam ruch, wypadkowa siła grupy antagonistów jest równa sumie sił składowych, np. mm. proste brzucha;

• mięśnie SYNERGISTYCZNE (wspólnego działania) - posiadają różne funkcje, ale tylko ich wspólne działanie wywołuje określony ruch. Wypadkowa siła grupy synergistów zależy od kierunku i wielkości sił składowych. W takich przypadkach mięśnie (np. przednia i tylnia część m naramiennego, zginacze i prostowniki promieniowe nadgarstka w ruchu odwiedzenia promieniowego ręki) przyczepiają się do ręki w taki sposób, że ciągną ja pod kątem w stosunku do siebie;

• mięśnie ANTAGONISTYCZNE (przeciwnego działania) - mają całkowicie przeciwne kierunki działania. Jeżeli jedne z nich się rozciągają, to drugie skracają. Jednakże mięśnie antagonistyczne wbrew swojej nazwie działają zespołowo, bo tylko wzajemne równoważenie napięcia pozwala na uzyskanie pożądanego położenia części ciała (inaczej mówiąc trudno byłoby zatrzymać ruch w pożądanym miejscu i uzyskać konkretne ułożenie części ciała, gdyby nie włączyły się do ruchu mięśnie antagonistyczne). Jeżeli zauważymy, że mięsień napinający się może ciągnąć daną część ciała tylko w swoją stronę, to wiadomym jest, że taki mechanizm wymaga regulacji poprzez hamowanie (mięśniami przeciwnego działania).

Dodatkowo praca jednego mięśnia nie ogranicza się do kilku opisanych ruchów, ponieważ te znane z anatomii są najczęściej przykładami pracy koncentrycznej. Jeśli jednak weźmiemy pod uwagę skurcz ekscentryczny działającego mięśnia (hamująca praca antagonistów), to okazuje się, że dany mięsień może wykonywać znacznie więcej ruchów. Na przykładzie mięśnia dwugłowego ramienia:

sk. E - skurcz ekscentryczny

sk. K - skurcz koncentryczny

BARK

Płaszczyzna strzałkowa:

• skurcz izometryczny - stabilizacja barku

• sk. K - zginanie ramienia

• sk. E - prostowanie ramienia

Płaszczyzna czołowa:

• odwodzenie: głowa długa - sk. K; głowa krótka - sk. E

• przywodzenie : głowa długa - sk. E; głowa krótka - sk. K

Płaszczyzna poprzeczna:

• rotacja wewnętrzna: głowa długa - sk. E; głowa krótka - sk. K

• rotacja zewnętrzna: głowa długa - sk. K; głowa krótka - sk. E

ŁOKIEĆ

Płaszczyzna strzałkowa:

• sk. izometryczny - stabilizacja łokcia

• sk. K - zginanie łokcia

• sk. E - prostowanie łokcia

Płaszczyzna poprzeczna (przy łokciu zgiętym do 90 ̊):

• rotacja wewnętrzna: głowa długa - sk. K; głowa krótka - sk. E

• rotacja zewnętrzna: głowa długa - sk. E; głowa krótka - sk. K

Bibliografia

1. Dr hab. n. biol. J. W. Błaszczyk, „Biomechanika kliniczna”, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2004

2. Dr O. Nowotny - Czupryna, wykłady z kinezjologii

3. http://fizjoterapeutom.pl

---