Izommunka és erő

A vázizmokat alkotó izomszövet fő tulajdonsága az összehúzódási képesség, amely idegimpulzusok hatására az izomhossz megváltozásához vezet. Az izmok az ízületekkel összekötött emelők csontjaira hatnak. Ebben az esetben minden izom csak egy irányban hat az ízületre. Egytengelyű ízületben (hengeres, tömb alakú) a csontemelők mozgása csak egy tengely körül történik, így az izmok mindkét oldalon az ilyen ízülethez képest helyezkednek el, és két irányban hatnak rá (hajlítás - nyújtás; közelítés - elrablás, forgatás). Például a könyökízületben egyes izmok hajlítói, mások feszítőizomok. Egymáshoz képest ezek az izmok, amelyek ellentétes irányban hatnak az ízületre, antagonisták. Általános szabály, hogy két vagy több izom hat minden ízületre egy irányban. Az ilyen, a hatásirányban barátságos izmokat szinergikusoknak nevezzük. Kéttengelyű ízületben (ellipszoid, kondiláris, nyereg alakú) az izmok a két tengelye szerint csoportosulnak, amelyek körül a mozgásokat végzik. Egy gömbcsuklós ízületben, amelynek három mozgástengelye van (multiaxiális ízület), az izmok több oldalról szomszédosak, és különböző irányokba hatnak rá. Például a vállízületben vannak izmok - hajlítók és feszítők, amelyek a frontális tengely körül, elrabló és közelítő izmok - a sagittális tengely körül, és rotátorok - a hossztengely körül (befelé - pronátorok és kifelé - szupinátorok).

Egy adott mozgást végző izomcsoporton belül megkülönböztethetjük az adott mozgást biztosító főizmokat, és a segédizmokat, amelyek segédszerepét maga a név is jelzi. A segédizmok modellezik a mozgást, egyéni jellemzőket kölcsönözve neki.

Az izmok funkcionális jellemzőihez olyan mutatókat használnak, mint az anatómiai és fiziológiai keresztmetszetük. Az anatómiai keresztmetszet az izom hossztengelyére merőleges és a hason a legszélesebb részén áthaladó keresztmetszet nagysága (területe). Ez a mutató jellemzi az izom méretét, vastagságát. Az izom fiziológiai keresztmetszete az összes izomrost teljes keresztmetszeti területe, amelyből a vizsgált izmot alkotja. Mivel az összehúzódó izom erőssége az izomrostok számától és a keresztmetszet nagyságától függ, az izom fiziológiai keresztmetszete jellemzi az erejét. A fusiform, szalag alakú, párhuzamos rostszerkezetű izmokban az anatómiai és fiziológiai keresztmetszetek egybeesnek. Más a kép a pennate izmokban, amelyekben nagyszámú rövid izomköteg található. Két azonos anatómiai keresztmetszetű izom közül a pennate izom nagyobb fiziológiai keresztmetszettel rendelkezik, mint a fusiform izom. A pennate izomban az izomrostok teljes keresztmetszete nagyobb, és maguk a rostok rövidebbek, mint a fusiform izomban. E tekintetben a tollszárizmok nagyobb erővel rendelkeznek, mint az utóbbiak, de rövid izomrostjainak összehúzódási tartománya kisebb. A tollszárizmok ott találhatók, ahol jelentős izom-összehúzódási erőre van szükség viszonylag kis mozgástartomány mellett (az alsó lábszár, a lábfej izmai, az alkar egyes izmai). A hosszú izomrostokból felépülő orsó alakú, szalag alakú izmok összehúzódás közben nagyobb mértékben rövidülnek. Ugyanakkor kevesebb erőt fejtenek ki, mint az azonos anatómiai keresztmetszetű tollszárizmok.

Izommunka. Mivel az izom végei a csontokhoz kapcsolódnak, az összehúzódás során eredési és tapadási pontjai közelebb kerülnek egymáshoz, és maguk az izmok is bizonyos mennyiségű munkát végeznek. Így az emberi test vagy annak részei megváltoztatják a helyzetüket, amikor a megfelelő izmok összehúzódnak, elmozdulnak, legyőzik a gravitációs ellenállást, vagy éppen ellenkezőleg, engednek ennek az erőnek. Más esetekben, amikor az izmok összehúzódnak, a test egy bizonyos helyzetben marad anélkül, hogy mozgást végezne. Ennek alapján különbséget teszünk az izommunka leküzdése, engedése és megtartása között.

Az izommunka leküzdéséről akkor beszélünk, amikor az izom-összehúzódás ereje megváltoztatja egy testrész, végtag vagy annak összeköttetésének helyzetét, terheléssel vagy anélkül, leküzdve az ellenállás erejét.

Az alsóbbrendű munka az, amelynél az izomerő enged a testrész (végtag) gravitációs erejének és az általa tartott terhelésnek. Az izom dolgozik, de nem rövidül, hanem megnyúlik; például amikor lehetetlen egy nagy tömegű tárgyat felemelni vagy megtartani. Nagy izomerővel a testet le kell engedni a padlóra vagy más felületre.

Tartómunkát akkor végzünk, ha az izom-összehúzódások ereje egy testet vagy terhet egy bizonyos helyzetben tart anélkül, hogy a térben elmozdulna. Például egy személy mozgás nélkül áll vagy ül, vagy egy terhet tart ugyanabban a helyzetben. Az izom-összehúzódások ereje kiegyensúlyozza a test vagy a teher tömegét. Ebben az esetben az izmok hosszuk megváltoztatása nélkül húzódnak össze (izometrikus összehúzódás).

A leküzdő és áteresztő munka, amikor az izom-összehúzódások ereje a testet vagy annak részeit a térben mozgatja, dinamikus munkának tekinthető. A megtartó munka, amelyben az egész test vagy testrész mozgása nem történik meg, statikus munka.

Az ízületekkel összekötött csontok emelőként működnek az izmok összehúzódásakor. A biomechanikában megkülönböztetünk egy első osztályú kart, amikor az ellenállási és izomerő-alkalmazási pontok a forgáspont különböző oldalain vannak, és egy másodosztályú kart, amelyben mindkét erő a forgáspont egyik oldalán, attól különböző távolságra ható.

Az első típusú kétkarú emelőt "egyensúlyozó emelőnek" nevezik. A forgáspont az erő hatópontja (izom-összehúzódás ereje) és az ellenállás pontja (gravitáció, szervtömeg) között helyezkedik el. Ilyen emelőre példa a gerincoszlop és a koponya összeköttetése. Az egyensúly azzal a feltétellel érhető el, hogy az alkalmazott erő nyomatéka (a nyakszirtcsontra ható erő és a kar hosszának szorzata, amely megegyezik a forgáspont és az erő hatópontja közötti távolsággal) megegyezik a gravitáció nyomatékával (a gravitáció és a kar hosszának szorzata, amely megegyezik a forgáspont és a gravitáció hatópontja közötti távolsággal).

A második típusú emelő egykarú. A biomechanikában (szemben a mechanikával) két típusa van. Az ilyen emelő típusa az erő alkalmazási pontjának és a gravitáció hatáspontjának helyétől függ, amelyek mindkét esetben a forgáspont ugyanazon oldalán helyezkednek el. A második típusú emelő első típusa (erőemelő) akkor fordul elő, amikor az izomerő alkalmazási karja hosszabb, mint az ellenállás (gravitáció) karja. A lábfejet példaként tekintve láthatjuk, hogy a forgáspont (forgástengely) a lábközépcsontok feje, az izomerő alkalmazási pontja (a triceps surae izom) pedig a sarokcsont. Az ellenállási pont (testgravitáció) a sípcsont és a lábfej találkozásánál található (bokaízület). Ebben az emelőben erőnövekedés (az erő alkalmazási karja hosszabb), az ellenállási pont mozgási sebessége pedig csökken (a karja rövidebb). A második típusú egykarú emelőnél (sebességemelő) az izomerő alkalmazásának karja rövidebb, mint az ellenállás karja, ahol az ellentétes erő, a gravitáció hat. A gravitáció leküzdéséhez, amelynek alkalmazási pontja jelentős távolságra van a könyökízületben lévő forgásponttól (a támasztóponttól), lényegesen nagyobb erőre van szükség a könyökízület közelében (az erő alkalmazásának pontján) tapadó hajlítóizmok részéről. Ebben az esetben a hosszabb emelő (az ellenállás pontja) sebessége és mozgástartománya megnő, és az erő alkalmazásának pontján ható erő csökken.