TJG Online
Anatomija un fizioloģija

Kas ir muskuļu biomehānika?

Atjaunināts Publicēts 4 min lasīšana

Īsā atbilde

Muskuļu biomehānika ir zinātnes nozare, kas pēta muskuļu darbību ar mehānikas likumiem: kā muskuļa saraušanās pārvēršas vilcējspēkā, kā cīpsla to nodod kaulam un kā šis spēks locītavā kļūst par griezes momentu, kas kustina ķermeni. Tā atbild ne tikai uz jautājumu, cik stiprs ir muskulis, bet uz jautājumu, cik stiprs tas ir konkrētā locītavas leņķī un konkrētā kustības ātrumā.

Spēka avots ir sarkomērs, muskuļa šķiedras atkārtojošā vienība. Tajā resnie miozīna pavedieni ar saviem izaugumiem pieķeras tievajiem aktīna pavedieniem un tos ievelk uz vidu, tērējot ATF. Šķiedra nesaīsinās visā garumā vienlaicīgi; saīsinās tūkstošiem sarkomēru virknē, un to summa dod muskuļa saīsinājumu. Spēka lielumu nosaka tas, cik daudz pavedienu vienlaikus ir sakabināti.

No tā izriet pirmā biomehānikas likumsakarība: spēka atkarība no garuma. Pārāk izstieptā muskulī pavedieni pārklājas maz, pārāk saīsinātā tie viens otram traucē, un abos gadījumos spēks ir mazāks nekā vidējā garumā. Tāpēc rokas saliecēja spēks elkonī ir vislielākais aptuveni pusceļā starp pilnīgu iztaisnošanu un pilnīgu saliekšanu, nevis galējos stāvokļos.

Otra likumsakarība ir spēka atkarība no ātruma. Jo ātrāk muskulis saīsinās, jo mazāku spēku tas spēj attīstīt, jo pavedieniem trūkst laika sakabināties. Turpretī tad, kad muskulis strādā izstiepdamies, tas ir, bremzējot kustību, tas iztur lielāku slodzi nekā velkot. Tieši tāpēc svaru var nolaist lēnām, kaut arī pacelt to vairs neizdodas.

Trešā daļa ir svira. Locītavā nozīme ir nevis pašam spēkam, bet griezes momentam, kas ir spēka un pleca reizinājums. Muskuļa plecs ir attālums no tā vilkšanas līnijas līdz locītavas griešanās asij, un tas kustības laikā mainās. Tāpēc viens un tas pats muskuļa spēks dažādos leņķos rada dažādu griezes momentu, un tāpēc vingrojums var būt grūts tikai vienā kustības posmā.

Kāpēc muskulim jāvelk daudz stiprāk nekā sveram nastu

Vairums cilvēka locītavu darbojas pēc trešā tipa sviras: locītavas ass ir vienā galā, nasta otrā, bet muskuļa piestiprinājums pavisam tuvu asij. Divgalvainais pleca muskulis piestiprinās pie spieķa kaula dažus centimetrus no elkoņa, bet svars rokā atrodas aptuveni apakšdelma garumā no tā.

Šāda svira zaudē spēkā, bet iegūst ātrumā un kustības amplitūdā: neliels muskuļa saīsinājums pārvēršas lielā un ātrā plaukstas ceļā. Cena par to ir slodze uz locītavu: kaula galvai jāiztur gan nastas svars, gan muskuļa krietni lielākais vilcējspēks. Tieši tāpēc locītavu skrimslis nodilst pat no slodzēm, kas šķiet nelielas.

Trīs darba veidi un kāpēc viens no tiem sāpina

Koncentriskā darbā muskulis saīsinās un pārvar pretestību, piemēram, ceļot svaru. Izometriskā darbā garums nemainās, bet spēks ir, piemēram, turot priekšmetu nekustīgi. Ekscentriskā darbā muskulis strādā, būdams izstiepts, piemēram, lēnām nolaižot svaru vai kāpjot lejā pa kāpnēm.

Ekscentriskais darbs rada vislielāko spēku un vienlaikus visvairāk sīkbojājumu muskuļa šķiedrās, tāpēc tieši pēc lejupkāpšanas kalnā vai pēc nepierastas lejupejošas slodzes nākamajās dienās ir visstiprākais muskuļu sāpīgums. Tas pats iemesls izskaidro, kāpēc vairums skrējēju muskuļu plīsumu notiek nevis atgrūdiena, bet bremzēšanas fāzē.

Šo pašu īpašību izmanto rehabilitācijā: kontrolēta ekscentriska slodze ir viens no labāk pamatotajiem cīpslu pārslodzes ārstēšanas paņēmieniem, un to izvēlas un dozē fizioterapeits.

Kad tas kļūst par medicīnisku jautājumu

Muskuļa vai cīpslas plīsumam raksturīgs pēkšņs, ass sāpju uzliesmojums slodzes brīdī, dažkārt ar dzirdamu sprakšķi, kam seko spēka zudums, pietūkums un vēlāk zilums. Ja pēc šādas traumas kustība neizdodas vispār vai muskulī jūtams iedobums, nepieciešams ārsts, parasti traumatologs vai ortopēds.

Nekavējoties jāmeklē palīdzība, ja pēc smagas slodzes vai saspieduma parādās tumšs urīns, spēcīgas muskuļu sāpes un pietūkums, jo tā var liecināt par muskuļu šūnu masveida sabrukumu. Tāpat jāizvērtē ikviens muskuļa vājums, kas parādās bez slodzes un turpina pieaugt: tas jau ir neirologa, nevis biomehānikas jautājums.

Ar ko biomehāniku jauc

Bieži to jauc ar muskuļa fizioloģiju. Fizioloģija skaidro, kas notiek šūnā: jonu plūsmas, ATF, nogurumu. Biomehānika skaidro, kas notiek ar spēkiem ārpusē: virzieni, plecu garumi, momenti, locītavu slodze. Praksē tās ir nedalāmas, bet jautājums „kāpēc vingrojums grūtāks noteiktā leņķī" ir biomehānikas, nevis fizioloģijas jautājums.

Otra jaukšana ir starp spēku un jaudu. Spēks ir tas, cik lielu pretestību var pārvarēt, jauda ir spēka un ātruma reizinājums. Cilvēks var būt ļoti spēcīgs un vienlaikus mazjaudīgs, jo lielākais spēks rodas lēnā kustībā. Tieši tāpēc svarcelšanas treniņš un lēkšanas treniņš nav savstarpēji aizstājami.

Detaļa, kas izskaidro cīpslu nozīmi

Cīpsla nav vienkārši trose. Tā ir elastīga un skriešanas vai lēciena laikā uzkrāj enerģiju kā atspere, kad muskulis tiek izstiepts, un atdod to atpakaļ nākamajā atgrūdienā. Ahileja cīpsla šādi ietaupa ievērojamu daļu no skrējiena enerģijas, un tieši tāpēc cilvēks skrien daudz ekonomiskāk, nekā izriet no muskuļu darba vien.

No tā izriet praktisks secinājums: muskuļa spēks aug nedēļās, bet cīpslas un saites pielāgojas krietni lēnāk. Straujš slodzes pieaugums tāpēc pirmām kārtām bojā nevis muskuli, bet cīpslu, un tas ir biežākais iemesls sportojoša cilvēka pārslodzes traumām.

Avoti

Visi jautājumi sadaļā Anatomija un fizioloģija Sadaļas jautājumi ar burtu M Ziņot par neprecizitāti