Опорно-двигательный аппарат человека

Синергизм и антагонизм мышц. Выполнение любого двигательного акта представляет собой результат содружественного действия ряда отдельных мышц. В функциональном отношении в зависимости от направления усилий, развиваемых мышцами, их принято делить на синергисты и антагонисты.

Синергистами называют такие мышцы, которые участвуют в одном и том же движении. Например, наружная косая мышца живота одной стороны тела и внутренняя косая другой, работая в содружестве, обусловливают вращение туловища вокруг его вертикальной оси. В данном случае эти разные мышцы являются синергистами.

Антагонисты - это мышцы участвующие в движениях противоположного направления. Например, группа мышц, которая сгибает кисть, является антагонистом по отношению к той группе, которая ее разгибает. При каждом движении сокращаются не только мышцы, совершающие его, но и их антагонисты, противодействуя тяге и тем самым придавая движению точность и плавность.

Сила мышц.Сила мышцы характеризуется величиной максимального напряжения, которое она способна развить при сокращении. Сила мышцы зависит от анатомических, механических, физиологических и психических факторов:

- сократительной силы входящих в ее состав одиночных мышечных волокон.

- исходной длины и толщины мышцы;

- характера иннервации;

- механических условий действия ее на костные рычаги;

- степени тренированности, утомления и состояния нервной системы человека.

Анатомический фактор связан со структурой мышцы - количеством и направлением мышечных волокон. Чем последних больше, тем больше и сила мышцы. Для силовой характеристики мышц используют такие показатели, как их анатомический и физиологический поперечники (рис. 94).

Анатомический поперечник - это площадь поперечного сечения, проходящего через брюшко мышцы в наиболее широкой его части. Этот показатель характеризует толщину мышцы.

Физиологический поперечник представляет собой суммарную площадь поперечного сечения всех мышечных волокон, входящих в состав мышцы. Поскольку сила сокращающейся мышцы зависит от величины поперечного сечения мышечных волокон, то физиологический поперечник мышцы характеризует ее силу.

У мышц веретенообразной и лентовидной формы с параллельным расположением мышечных волокон анатомический и физиологический поперечники равны. У перистой мышцы физиологический поперечник больше, чем анатомический. В связи с этим перистая мышца обладает большей силой, чем равновеликая веретенообразная мышца. Поэтому перистые мышцы имеются там, где необходима значительная сила мышечных сокращений при сравнительно небольшом размахе движений (мышцы голени, стопы и т.д.). Сила мышцы, имеющей площадь поперечного сечения 1 см2, ориентировочно равна 8-10 кг.

Степень участия мышцы в том или ином движении зависит не только от ее подъемной силы, но также от плеча силы, под которым подразумевается кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы. Вращательный момент силы мышцы равен произведению ее подъемной силы на плечо этой силы:

М = F х L,

где М - момент силы, F - сила мышцы, L - плечо силы.

Из этого следует, что небольшая мышца, имеющая малую подъемную силу, но обладающая большим плечом силы, может иметь большее значение для движения, чем мышца с большей подъемной силой и малым плечом. Увеличению плеча силы мышц, а следовательно, момента их вращения способствуют блоки, сесамовидные кости, бугорки, гребни и пр.

Виды работы мышц. Различают два вида работы, которую могут выполнять мышцы: статическая и динамическая.

При статической или удерживающей работе происходит уравновешивание действия различных мышц, в результате чего движение отсутствует, хотя мышцы сокращаются (работают). Момент силы тяжести при этом равен моменту мышечной силы (например, работа мышц-сгибателей бедра при удерживании угла).

Динамическая работа связана с движением звеньев (рычагов) скелета.

Она бывает трех видов.

1. Если при движении момент силы мышц будет больше момента сил сопротивления, выполняется преодолевающая работа (например, работа мышц-сгибателей в тазобедренных суставах при выполнении угла).

2. Если момент силы сопротивления будет больше момента силы мышц, совершается уступающая работа. Уступающая работа мышц очень важна для организма. Она обеспечивает плавность движений, коррекцию точности движений (например, при медленном опускании ног из положения угла).

3. Баллистическая работа мышц является разновидностью преодолевающей работы. Она характеризуется резким и быстрым сокращением предварительно растянутой мышцы. Причем это сокращение прекращается раньше окончания движения, которое заканчивается по инерции (например, работа четырехглавой мышцы бедра, разгибающей голень, при ударе ногой по мячу).

По характеру работы скелетные мышцы П.Ф. Лесгафт разделил на две группы: сильные и ловкие.

Сильные мышцы (например, большая ягодичная, трехглавая мышца голени) производят главным образом статическую работу. Во время работы они проявляют большую силу при незначительном изменении своей длины. Скорость и размах движения при их сокращениях невелики. Работой этих мышц, противодействующих силе тяжести, тело удерживается в вертикальном положении, сохраняется та или иная поза. В подобной статической работе мышц проявляется опорная функция мускулатуры. Сильные мышцы характеризуются косым направлением коротких мышечных волокон (перистые мышцы), большим физиологическим и анатомическим поперечником.

Ловкие мышцы (например, двуглавая мышца плеча) совершают преимущественно динамическую работу. Они характеризуются длинными, обычно параллельно расположенными волокнами, малым физиологическим и анатомическим поперечником. Эти мышцы слабее перистых мышц, однако, укорачиваясь при сокращении на большую длину, они производят движения (перемещения костных рычагов) быстро и на большое расстояние.

Направление тяги мышцы. Рычаги. Сила мышечной тяги, приводящей в движение ту или иную часть тела, определяется ее равнодействующей, которая у длинных, широких и веретенообразных мышц проходит по линии, соединяющей середину места начала мышцы с серединой места ее прикрепления. В зависимости от направления мышечных пучков равнодействующую тяги мышцы можно разложить на составляющие по правилу параллелограмма (рис. 95).

Поскольку действие силы мышц передается на кости, то последние можно рассматривать как рычаги. Каждый рычаг имеет четыре компонента: твердое тело, точку опоры и две силы, приложенные к твердому телу: сила действия мышцы и сила сопротивления. В двигательном аппарате человека твердым телом является кость, точкой опоры - сустав. На кость действуют и сила тяги (сокращения) мышц, и сила сопротивления (сила тяжести части тела, сила тяжести снаряда и др.). В зависимости от расположения действующих сил по отношению к точке опоры в биомеханике различают два типа рычагов.

Рычаг первого рода, или рычаг равновесия, когда точки приложения действующих на него сил (тяжести и мышечной тяги) находятся по разные стороны от точки опоры. Рычаг первого рода - двуплечий. Точка опоры располагается между точкой приложения мышечной силы и точкой приложения силы тяжести. Исходя из формулы: М = F х L, если плечи приложения сил равны, то сила мышечной тяги равна силе тяжести. Если плечо мышечной тяги больше плеча силы тяжести, то для удержания равновесия достаточно меньшего напряжения мышц. Например, соединение позвоночника с черепом.

Рычаг второго рода - одноплечий, в нем обе силы действуют на кость по одну сторону от точки опоры. В зависимости от места расположения точек приложения силы и действия силы тяжести, которые находятся в том и в другом случае по одну сторону от точки опоры, различают два вида рычага второго рода.

1. Рычаг силы наблюдается в том случае, когда плечо приложения мышечной тяги длиннее плеча силы тяжести. Например, в стопе точкой опоры служат головки костей плюсны, точкой приложения мышечной тяги (трехглавая мышца голени) является пяточная кость, а точкой силы тяжести - голеностопный сустав. В этом рычаге имеется выигрыш в силе (плечо мышечной тяги длиннее) и проигрыш в скорости перемещения точки сопротивления (плечо силы тяжести короче).

2. Рычаг скорости образуется в том случае, когда плечо приложения мышечной тяги короче, чем плечо силы тяжести. Например, в локтевом суставе при преодолении силы тяжести, отстоящей на значительном расстоянии от точки опоры, необходима значительно большая сила мышц-сгибателей. При этом происходят выигрыш в скорости и размахе движения более длинного рычага (точка сопротивления) и проигрыш в силе, действующей в точке приложения этой силы.