Условия проявления силы мышц

Действие мышцы проявляется в виде силы тяги, которая стремится сблизить концы мышцы. Только лишь в некоторых случаях мышца, имеющая в исходном состоянии изогнутую форму (например, поперечная мышца живота и диафрагма), при напряжении не может сблизить своих концов, а действует боковым давлением (например, при вдохе, при натуживании).

Поскольку в мышце почти всегда одновременно напрягается ряд мышечных волокон, возникает некоторая суммация этих сил, или равнодействующая сила тяги мышцы. Каждая мышца имеет свою форму, размеры, количество мышечных волокон, свой состав медленных и быстрых волокон, свое место и особенность крепления, последовательность вовлечения в сокращение мышечных волокон или двигательных единиц, их синхронизацию и др., что в целом определяет ее равнодействующую силу.

В зависимости от поперечника, массы, длины и особенностей крепления, мышцы могут различаться по функции: а) определяющие тонкую и точную структуру движения; б) силовые действия. Длинные параллельно-волокнистые мышцы обладают значительным размахом, но относительно малосильны. Именно эти мышцы обеспечивают тонкое управление движением. Они наиболее выгодны в отношении проявления силы тяги всей мышцы в одном направлении. Мышцы с большой площадью прикрепления к костям имеют бóльший физиологический поперечник, чем параллельно-волокнистые, и величина их укорочения значительно меньше, но сокращаются они быстрее. Такие мышцы часто встречаются на нижних конечностях, где обеспечивают большую силу и скорость сокращения.

Равнодействующая сила мышцы оказывает одинаковую тягу на оба конца прикрепления мышцы. Направление равнодействующей, или линия тяги мышцы, соединяет центры поверхностей прикрепления концов мышцы. Причем, если волокна распределены неравномерно, то точка приложения равнодействующей смещена в сторону прикрепления более сильной части мышцы.

В проявлении мышечной силы существенную роль играют механические условия её действия. К ним относятся: расстояние от точки приложения силы до оси вращения (плечо рычага); угол, под которым сила тяги мышцы приложена к кости. Оба эти условия соединяются в понятие о плече силы.

Чем больше плечо рычага, тем больше, при прочих равных условиях, плечо силы. Чем больше приближается угол тяги к 90^о, тем ближе к максимуму плечо силы. В теле человека оба эти обстоятельства часто изменяются в различных направлениях – если плечо рычага больше, то плечо силы невелико. Например (рис. 1), двуглавая мышца плеча (бицепс), действующая на предплечье относительно локтевого сустава, имеет малое плечо рычага (прикрепляется близко к оси сустава), зато может действовать под углом от 10 до 160^о.

Рисунок 1 – Действие силы на рычаг под прямым (А), острым (Б) и тупым (В) углами.

Прямые и косые мышцы живота имеют большое плечо рычага относительно позвоночного столба и чаще всего они действуют под углом близким к 90о по отношению к рычагу, т. е. создаются благоприятные условия за счет большого рычага и оптимального угла приложения силы. У мышц-разгибателей позвоночного столба плечо рычага незначительное, они больше проигрывают в силе.

Каждая мышца, осуществляя тягу, создает момент силы, который может вызывать вращательное движение или изменить скорость этого движения. Момент силы мышцы даже при наибольшем ее напряжении далеко не всегда бывает максимальным, потому что угол тяги мышцы редко равен прямому. При каждом отклонении угла тяги от прямого часть силы тяги в соответствии с правилом разложения сил, действует вдоль рычага. Поэтому и момент силы при тяге под углом, отличающимся от прямого, меньше возможного максимального. Всякий вектор силы тяги, не перпендикулярный к звену, может быть разложен на тангенциальную (к направлению движения) составляющую, перпендикулярную к рычагу, и нормальную составляющую, действующую вдоль рычага. Из рисунка 1 (Б, В) видно, что нормальная составляющая при угле тяги мышцы меньше 90^о прижимает кости в суставе, а при угле больше 90^о – оттягивает кости друг от друга, увеличивая в обоих случаях давление костей друг на друга.

На проявление силы мышц влияет также опора, которую получает тот или иной конец мышцы. Если мышца, соединяющая два звена, имеет верхнюю опору, то к нему приближается нижнее (рис. 2). Если мышца имеет нижнюю опору, то, сокращаясь, она притягивает к нижнему звену верхнее (рис. 2, Б). Когда оба звена находятся вне опоры, тогда при сокращении мышцы они движутся навстречу друг другу – встречные движения (рис. 2, В). Если в каком-либо суставе напряжены мышцы-антагонисты, препятствующие движению, то оба звена остаются неподвижными (рис. 2, Г).

Учитывая возможность создания опоры путем закрепления как одного, так и другого конца мышцы, с функциональной точки зрения следует говорить о подвижном и неподвижном концах мышцы. В большинстве случаев, при движении подвижны оба конца мышцы.

Двусуставная мыщца – переходящая через два сустава – имеет при одном и том же напряжении (но при различных комбинациях) намного больше возможных вариантов движений, чем односуставная мышца.

Сила тяги мышцы проявляется в тесной зависимости от других сил, приложенных к тому же звену как рычагу. Так, в случаях, когда момент силы мышцы больше, чем момент сил, сопротивляющихся ее тяге, мышца совершает преодолевающую работу; звено движется в сторону тяги мышцы, и последняя сокращается. Если же момент силы сопротивления больше момента силы мышцы, то звено движется в противоположную сторону; мышца, растягиваясь, совершает уступающую работу. Оба эти вида работы мышцы называются динамическими. Когда момент силы мышцы и сопротивления равны друг другу, они взаимно уравновешиваются, звено остается неподвижным. Мышца в этом случае совершает удерживающую работу (статическую).