Raumenų darbas ir jėga

Pagrindinė raumeninio audinio, formuojančio griaučių raumenis, savybė yra susitraukimas, dėl kurio nervinių impulsų įtakoje keičiasi raumenų ilgis. Raumenys veikia sąnariais sujungtų svertų kaulus. Šiuo atveju kiekvienas raumuo veikia sąnarį tik viena kryptimi. Vienaašiame sąnaryje (cilindro formos, bloko formos) kaulų svertų judėjimas vyksta tik aplink vieną ašį, todėl raumenys yra išsidėstę tokio sąnario atžvilgiu iš abiejų pusių ir veikia jį dviem kryptimis (lenkimas - tiesimas; addukcija - atitraukimas, sukimas). Pavyzdžiui, alkūnės sąnaryje vieni raumenys yra lenkiamieji, kiti - tiesiamieji. Vienas kito atžvilgiu šie raumenys, veikiantys sąnarį priešingomis kryptimis, yra antagonistai. Paprastai du ar daugiau raumenų veikia kiekvieną sąnarį viena kryptimi. Tokie raumenys, draugiški veikimo kryptimi, vadinami sinergistais. Dviašiame sąnaryje (elipsoidiniame, krumpliniame, balno formos) raumenys grupuojami pagal dvi jo ašis, aplink kurias atliekami judesiai. Rutuliniame sąnaryje, kuris turi tris judėjimo ašis (daugiaašis sąnarys), raumenys yra greta iš kelių pusių ir veikia jį skirtingomis kryptimis. Pavyzdžiui, peties sąnarys turi raumenis – lenkiamuosius ir tiesiamuosius raumenis, kurie atlieka judėjimą aplink priekinę ašį, atitraukiamuosius ir pritraukiamuosius raumenis – aplink sagitalinę ašį, o rotatorius – aplink išilginę ašį (į vidų – pronatoriai, o į išorę – supinatoriai).

Raumenų grupėje, atliekančioje tam tikrą judesį, galime išskirti pagrindinius raumenis, užtikrinančius duotą judesį, ir pagalbinius raumenis, kurių pagalbinį vaidmenį nurodo pats pavadinimas. Pagalbiniai raumenys modeliuoja judesį, suteikdami jam individualių savybių.

Raumenų funkcinėms charakteristikoms naudojami tokie rodikliai kaip jų anatominis ir fiziologinis skerspjūvis. Anatominis skerspjūvis yra skerspjūvio dydis (plotas), statmenas raumens išilginei ašiai ir einantis per pilvą plačiausia jo dalimi. Šis rodiklis apibūdina raumens dydį, jo storį. Fiziologinis raumens skerspjūvis yra bendras visų tiriamąjį raumenį sudarančių raumeninių skaidulų skerspjūvio plotas. Kadangi susitraukiančio raumens jėga priklauso nuo raumeninių skaidulų skaičiaus ir skerspjūvio dydžio, fiziologinis raumens skerspjūvis apibūdina jo jėgą. Verpstės formos, juostelės formos raumenyse su lygiagrečiu skaidulų išsidėstymu anatominis ir fiziologinis skerspjūviai sutampa. Kitoks vaizdas yra varpos formos raumenyse, kuriuose yra daug trumpų raumenų pluoštų. Iš dviejų vienodų raumenų, turinčių tą patį anatominį skerspjūvį, varpos raumuo turi didesnį fiziologinį skerspjūvį nei varpos raumuo. Bendras varpos raumens raumenų skaidulų skerspjūvis yra didesnis, o pačios skaidulos yra trumpesnės nei varpos raumenyje. Šiuo atžvilgiu varpatinis raumuo yra stipresnis nei pastarasis, tačiau jo trumpųjų raumenų skaidulų susitraukimo amplitudė yra mažesnė. Varpatiniai raumenys randami ten, kur reikalinga didelė raumenų susitraukimo jėga esant santykinai mažam judesių amplitudei (blauzdos, pėdos raumenys, kai kurie dilbio raumenys). Verpstės formos, juostelės formos raumenys, sudaryti iš ilgų raumenų skaidulų, susitraukimo metu sutrumpėja labiau. Tuo pačiu metu jie išvysto mažiau jėgos nei varpatiniai raumenys, kurie turi tokį patį anatominį skerspjūvį.

Raumenų darbas. Kadangi raumens galai pritvirtinti prie kaulų, susitraukimo metu jo pradžios ir prisitvirtinimo taškai suartėja vienas su kitu, o patys raumenys atlieka tam tikrą darbą. Taigi, žmogaus kūnas ar jo dalys keičia savo padėtį, kai atitinkami raumenys susitraukia, juda, įveikia sunkio jėgos pasipriešinimą arba, atvirkščiai, pasiduoda šiai jėgai. Kitais atvejais, raumenims susitraukiant, kūnas laikomas tam tikroje padėtyje neatliekant judesio. Remiantis tuo, skiriamas raumenų darbo įveikimas, pasidavimas ir išlaikymas.

Raumenų darbo įveikimas atliekamas, kai raumenų susitraukimo jėga keičia kūno dalies, galūnės ar jos jungties padėtį, su apkrova arba be jos, įveikdama pasipriešinimo jėgą.

Prastesnės kokybės darbas yra toks darbas, kai raumenų jėga pasiduoda kūno dalies (galūnės) sunkio jėgai ir jos laikomo krūvio poveikiui. Raumuo dirba, bet nesutrumpėja, o pailgėja; pavyzdžiui, kai neįmanoma pakelti ar išlaikyti didelės masės objekto. Didelėmis raumenų pastangomis kūną reikia nuleisti ant grindų ar kito paviršiaus.

Laikymo darbas atliekamas, jei raumenų susitraukimų jėga išlaiko kūną arba krovinį tam tikroje padėtyje nejudant erdvėje. Pavyzdžiui, žmogus stovi arba sėdi nejudėdamas arba laiko krovinį toje pačioje padėtyje. Raumenų susitraukimų jėga subalansuoja kūno arba krovinio masę. Šiuo atveju raumenys susitraukia nekeisdami savo ilgio (izometrinis susitraukimas).

Įveikimo ir pasvirimo darbas, kai raumenų susitraukimų jėga judina kūną ar jo dalis erdvėje, gali būti laikomas dinaminiu darbu. Laikymo darbas, kai nejuda visas kūnas ar jo dalis, yra statinis darbas.

Sąnariais sujungti kaulai veikia kaip svirtys, kai raumenys susitraukia. Biomechanikoje skiriama pirmos klasės svirtis, kai pasipriešinimo ir raumenų jėgos taikymo taškai yra skirtingose atramos taško pusėse, ir antros klasės svirtis, kai abi jėgos veikia vienoje atramos taško pusėje, skirtingais atstumais nuo jo.

Pirmasis dvisvirtės svirties tipas vadinamas „pusiausvyros svirtimi“. Atraminis taškas yra tarp jėgos taikymo taško (raumenų susitraukimo jėgos) ir pasipriešinimo taško (gravitacijos, organo masės). Tokios svirties pavyzdys yra stuburo jungtis su kaukole. Pusiausvyra pasiekiama esant sąlygai, kad taikomos jėgos sukimo momentas (pakaušikaulį veikiančios jėgos ir rankos ilgio sandauga, kuri lygi atstumui nuo atramos taško iki jėgos taikymo taško) yra lygus gravitacijos sukimo momentui (gravitacijos ir rankos ilgio sandauga, lygi atstumui nuo atramos taško iki gravitacijos taikymo taško).

Antrojo tipo svirtis yra vienarankė. Biomechanikoje (priešingai nei mechanikoje) ji būna dviejų tipų. Tokios svirties tipas priklauso nuo jėgos taikymo taško ir sunkio jėgos veikimo taško vietos, kurie abiem atvejais yra toje pačioje atramos taško pusėje. Pirmasis antrojo tipo svirties tipas (jėgos svirtis) atsiranda, kai raumenų jėgos taikymo petys yra ilgesnis už pasipriešinimo (gravitacijos) petį. Nagrinėjant pėdą kaip pavyzdį, matome, kad atramos taškas (sukimosi ašis) yra padikaulių galva, o raumenų jėgos taikymo taškas (tricepsinis žandikaulio raumuo) – kulnakaulis. Pasipriešinimo taškas (kūno sunkis) yra blauzdikaulių ir pėdos sandūroje (čiurnos sąnarys). Šioje svirtyje padidėja jėga (jėgos taikymo petys ilgesnis) ir sumažėja pasipriešinimo taško judėjimo greitis (jo petys trumpesnis). Antrojo tipo vienos svirties svirtyje (greičio svirtyje) raumenų jėgos taikymo svirtis yra trumpesnė nei pasipriešinimo svirtis, kurioje veikia priešinga jėga – gravitacija. Norint įveikti gravitaciją, kurios taikymo taškas yra gerokai nutolęs nuo alkūnės sąnario sukimosi taško (atramos taško), reikalinga žymiai didesnė prie alkūnės sąnario (jėgos taikymo taške) pritvirtintų lenkiamųjų raumenų jėga. Šiuo atveju padidėja ilgesnės svirties (pasipriešinimo taško) greitis ir judesių amplitudė, o šios jėgos taikymo taške veikianti jėga sumažėja.