Меню

Механические нагрузки мышц это

Механические свойства мышц

Биодинамика мышц.

Основное назначение мышцы- преобразование химической энергии в механическую работу, которая необходима для перемещения звеньев тела.

Главными биомеханическими показателями, характеризующими деятельность мышц,

Физиологически мышца может находиться в пассивном и активном состояниях.

Мышца не является ни чисто упругим, ни чисто вязким элементом. Мышца вязко –упру-

гий элемент, вязко- уругая среда, для которой справедливы законы классической механики. Фундаментальными понятиями механики сплошных сред являются: упругость,

Рассмотрим некоторые из них.

1. Упругость-свойство тел менять свои размеры и форму под действием внешних сил и

Самопроизвольно их восстанавливать при прекращении внешних воздействий. Упругость тел обусловлена силами взаимодействия атомов и молекул.

2. Вязкость-внутреннее трение среды.

3. Деформация-относительное изменение длины.

Упругая деформация возникает и исчезает одновременно с нагрузкой и не сопровождается рассеянием энергии.

Для упругой деформации справедлив закон Гука :

Значения Е для различных материалов приведены в таблице 1.

Эластин- упругий белок; находится преимущественно в стенках артерий. Коллаге- волокнистый белок; в мышцах примерно 20% всех белков приходится на коллаген.

В случае вязкой среды напряжение ( ) определяется скоростью деформации

Для вязко- упругой деформации характерна явная зависимость от скорости деформации. При снятии нагрузки деформация с течением времени самопроизвольно стремится к нулю.

Следовательно, значительные напряжения в мышце, близкие к пределу ее прочности, могут возникать только по причине высокой скорости растяжения.при умеренных величинах деформации.

6. Жесткость- это способность мышцы противодействовать прикладываемым силам. Определяется как отношение приращения восстанавливающей силы к приращению длины мышцы под действием внешней силы.

7.Релаксация- свойство мышцы, проявляющееся в постепенном уменьшении силы тяги при постоянной длине мышцы.

Рис 1 Кривая Хилла. Рис 2 Гистерезис взаимосвязи

Источник

Механические свойства мышц

Двигательная деятельность человека происходит при помощи мышечной ткани, обладающей сократительными структурами. Работа мышц осуществляется благодаря сокращению (укорачиванию с утолщением) миофибрилл, которые находятся в мышечных клетках. Работа мышц осуществляется посредством их присоединения к скелету при помощи сухожилий.

К биомеханическим свойствам мышц относят сократимость, упругость, жесткость, прочность и релаксацию.

Сократимость – это способность мышцы сокращаться при возбуждении. В результате сокращения происходит укорочение мышцы и возникает сила тяги.

Упругость мышцы состоит в ее способности восстанавливать первоначальную длину после устранения деформирующей силы. Существование упругих свойств объясняется тем, что при растяжении в мышце возникает энергия упругой деформации. При этом мышцу можно сравнить с пружиной: чем сильнее растянута пружина, тем большая энергия в ней запасена. Это явление широко используется в спорте. Например, в хлесте предварительно растягиваются и параллельный, и последовательный упругий компонент мышц, чем накапливается энергия. Запасенная таким образом энергия в финальной части движения (толкания, метания и т.д.) преобразуется в энергию движения (кинетическую энергию).

Аналогия мышцы с пружиной позволяет применить к ее работе закон Гука, согласно которому удлинение пружины нелинейно зависит от величины растягивающей силы. Кривую поведения мышцы в этом случае называют «сила-длина». Зависимость между силой и скоростью мышечного сокращения («сила-скорость») называют кривой Хилла.

Жесткость – это способность противодействовать прикладываемым силам. Коэффициент жесткости определяется как отношение приращения восстанавливающей силы к приращению длины мышцы под действием внешней силы: Кж=DF/Dl (Н/м).

Величина, обратная жесткости, называется податливостью мышцы. Коэффициент податливости: Кп=Dl /DF (м/Н) – показывает, насколько удлинится мышца при изменении внешней силы. Например, податливость сгибателя предплечья близка к 1 мм/Н.

Прочность мышцы оценивается величиной растягивающей силы, при которой происходит разрыв мышцы. Сила, при которой происходит разрыв мышцы составляет от 0.1 до 0.3 Н/мм2. Предел прочности сухожилий на два порядка величины больше и составляет 50 Н/мм2. Однако, при очень быстрых движениях возможен разрыв более прочного сухожилия, а мышца остается целой, успев самортизировать.

Читайте также:  Кефир после тренировки мышцы

Релаксация – свойство мышца, проявляющееся в постепенном уменьшении силы тяги при постоянной длине мышцы. Релаксация проявляется, например, при прыжке вверх, если во время глубокого приседа спортсмен делает паузу. Чем пауза длительнее, тем сила отталкивания и высота выпрыгивания меньше.

Существует два вида группового взаимодействия мышц: синергизм и антагонизм.

Мышцы-синергисты перемещают звенья тела в одном направлении. Например, при сгибании руки в локтевом суставе участвуют двуглавая мышца плеча, плечевая и плече-лучевая мышцы и т.д. Результатом синергического взаимодействия мышц служит увеличение результирующей силы действия. При наличии травмы, а также при локальном утомлении какой-либо мышцы ее синергисты обеспечивают выполнение двигательного действия.

Мышцы-антагонисты имеют, наоборот, разнонаправленное действие. Так, если одна из них выполняет преодолевающую работу, то другая – уступающую.

Механические свойства костей определяются их разнообразными функциями; кроме двигательной, они выполняют защитную и опорную функции. Так кости черепа и грудной клетки защищают внутренние органы, а кости позвоночника и конечностей выполняют опорную функцию.

Выделяют 4 вида механического воздействия на кость: растяжение, сжатие, изгиб и кручение. Установлено, что прочность кости на растяжение почти равна прочности чугуна. При сжатии прочность костей еще выше. Самая массивная кость – большеберцовая (основная кость бедра) выдерживает силу сжатия в 16–18 кН.

Менее прочны кости на изгиб и кручение. Однако регулярные тренировки приводят к гипертрофии костей. Так, у штангистов утолщаются кости ног и позвоночника, у теннисистов – кости предплечья и т.п.

Механические свойства суставов зависят от их строения. Суставная поверхность смачивается синовиальной жидкостью, которую хранит суставная сумка. Синовиальная жидкость обеспечивает уменьшение трения в суставе примерно в 20 раз. При этом при снижении нагрузки на сустав жидкость поглощается губчатыми образованиями сустава, а при увеличении нагрузки она выжимается для смачивания поверхности сустава и уменьшения коэффициента трения.

Очень часто для того, чтобы понять механизм работы объекта, его заменяют адекватной моделью. Модель – образ объекта, который содержит его характерные черты. Вначале предполагали, что мышца может моделироваться системой, состоящей из двух компонентов: активного и пассивного. Сократительный (активный) элемент уподоблялся демпфирующему компоненту. Пассивный элемент представлялся упругим компонентом. В последующем А. Хилл предложил модель мышцы, состоящую из трех компонентов (рис. 3.3), которая в настоящее время является общепринятой.

Изложенный процесс сокращения элементарного блока миофибриллы представляет собой энергетический процесс, в котором химическая энергия превращается в механическую работу. Взаимодействие сократительных и эластичных компонентов мышцы наглядно изображено на механической модели мышцы (рис. 39).

Сократительный компонент мышцы (СК) состоит из миофибрилл. Эластичный компонент подразделяется на последовательно включаемый эластичный компонент (Пoc) и параллельно-эластичный компонент (Пар). В состав первого входят сухожилия и другие элементы соединительной ткани мышцы, второй образуется, в частности, из соединительно-тканных оболочек мышечных волокон и их пучков.

Если укорачивается сократительный компонент, то сначала растягивается Пос (рис.39, b). Лишь после того, как развиваемая в Пос сила напряжения превысит величину внешней силы (например, сопротивление соперника или поднимаемого с земли отягощения), сократится вся мышца. Напряжение Пос во время укорачивания мышцы остается постоянным (рис. 39, с). Пар помогает сначала укоротить сократительный компонент, а затем вернуть его к длине покоя. Если мышца растягивается, то внешняя сила настолько сильно удлиняет Пос, что в конце концов за ним приходится следовать и сократительному компоненту (СК) ( рис. 39, d).

Существуют два случая группового взаимодействия мышц: синергизм и антагонизм.

Мышцы-синергисты перемещают звенья тела в одном направлении. Например, в сгибании руки в локтевом суставе участвуют двуглавая мышца плеча, плечевая и плечелучевая мышцы и т.д. Результатом синергического взаимодействия мышц служит увеличение результирующей силы действия. Но этим значение синергизма мышц не исчерпывается. При наличии травмы, а также при локальном утомлении какой-либо мышцы ее синергисты обеспечивают выполнение двигательного действия. Мышцы-антагонисты (в противоположность мышцам-синергистам) имеют разнонаправленное действие. Так, если одна из них выполняет преодолевающую работу, то другая — уступающую. Мышцы-антагонисты обеспечивают: 1) высокую точность двигательных действий; 2) снижение травматизма.

Читайте также:  Мышцы в тонусе у шестимесячного ребенка

Одно и многосуставные мышцы. По отношению к суставам, через которые (один, два или несколько) перекидываются мышцы называют одно-, дву-, или многосуставными. Многосуставные мышцы выполняют сложные движения в двух или трех суставах одновременно.

Примером двусуставной мышцы является двуглавая мышца плеча

Источник

Динамический и статический режимы работы мышц и их виды.

Лекция № 3

Биомеханические особенности мышечной системы

Механические свойства мышц. Механика мышечного сокращения.

Скелетные мышцы являются основным источником механической энергии человеческого тела. Их можно сравнить с двигателем.

Основная функция мышц – преобразование химической энергии в механическую работу.

Главные биомеханические показатели, характеризующие деятельность мышц:

а) сила, регистрируемая на ее конце (сила тяги);

б) скорость изменения длины.

Механические свойства мышц слож­ны и зависят от механических свойств элементов, образующих мышцу (мышечные волокна, соединительные образования и т.п.), и состояния мышцы (возбуждения, утомления и пр.).

Длину мышцы без нагрузки называют длиной покоя.

Механические свойства мышц:

Сократимость − это способность мышцы сокращаться при возбуж­дении. В результате сокращения происходит укорочение мышцы, и воз­никает сила тяги.

Покоящаяся мышца обладает упругостью. Если к ее концу приложена внешняя сила, мышца растягивается, а после снятия нагрузки восстанавливается.

Упругость − способность восстанавливать пер­воначальную длину после устранения деформирующей силы.

Сначала мышца растягивается легко, а затем даже для небольшого удлинения нужна большая сила.

Если мышцу растягивать повторно, через небольшие интервалы времени, то ее длина увеличится больше, чем при однократном воздейст­вии. Это свойство мышц широко используется в практике при выполне­нии упражнений на гибкость (пружинистые движения, повторные махи и т.п.).

Длина, которую стремиться принять мышца, будучи свободной от нагрузки, называетсяравновесной. При такой длине упругие силы равны 0. В живом организме длина мышцы всегда несколько больше равновесной и даже расслабленные мышцы сохраняют некоторое напряжение. Чем больше в мышце соединительных образований, тем раньше возникают упругие силы при растягивании.

Жесткость− это способность противодействовать прикладываемым силам.

Податливость − величина обратная жесткости.

Прочность − оценивается величиной силы ее растягивания, при ко­торой происходит разрыв мышцы.

Релаксация − свойство мышцы, проявляющееся в постепенном уменьшении силы тяги при постоянной длине.

Релаксация проявляется при отталкивании в прыжках с места; сразу после быстрого приседания прыжок будет выше, чем при отталкивании после паузы в нижней точке приседа, так как после паузы упругие силы, возникшие при быстром приседании вследствие релаксации не используются (чем пауза длительнее, тем сила от­талкивания и высота выпрыгивания меньше).

Механическое действие мышц.

Механическое действие мышц проявляется как тяга, приложенная к месту их прикрепления.

Величина силы тяги мышцы зависят от совокупности механических, ана­томических и физиологических условий.

Основным механическим условием, определяющим тягу мышцы, служит нагрузка. Без нагрузки для мышцы не мо­жет быть ее напряжения, не может быть ее силы тяги. Нагрузка растягивает мышцу при ее уступающей работе. Против нагрузки мышца выполняет преодолевающую работу. С нарастанием нагрузки сила тяги увеличивается, но не беспредельно.

На­грузка может быть представлена весом отягощения, а также его силой инерции и другими силами.

К другим механическим условиям относят:

1) закрепление звеньев (при верхней и нижней опоре);

2) соотношение сил, вызывающих движение;

3) начальные условия движения (положения звеньев пары, их скорость и направление).

К анатомическим условиям проявления тяги мышцы относят строение мышцы и ее расположение (в данный мо­мент движения).

Читайте также:  Сводит все мышцы и скулы

Физиологический поперечник мышцы опре­деляет суммарную тягу всех волокон с учетом их взаимного расположения. От расположения волокон зависит и величина их упругой деформации при растягивании всей мышцы, а значит, и величина возникающих упругих сил.

Расположение мышцы в каждый момент движения определяет угол ее тяги относительно костного рычага и величину растягивания.

Физиологические условия, определяющие величину тяги мышцы, в основном сводятся к условиям возбуждения мыш­цы и его изменения, в частности при утомлении.

Динамический и статический режимы работы мышц и их виды.

Любая физическая работа может быть подразделена на динамическую (динамический режим) и статическую (статический режим).

Статический режим наблюдается при сохранении положений звеньев тела. При этом, отсутствуют заметные движения в суставах, нет внешнего механического эффекта.

Все виды статической работы мышц представляют собой один механический процесс – уравновешивание сил рычага или системы рычагов.

С точки зрения биомеханики различают 3 качественных различия статической деятельности мышц.

1. Удерживающая работа мышц совершается против момента силы тяжести, то есть моментами силы тяги мышц уравновешиваются моменты сил тяжести звеньев человеческого тела.

2. Укрепляющая работа мышц совершается против сил тяжести, действующих на разрыв сочленений костей; силы мышечной тяги укрепляют суставы, принимая на себя почти всю нагрузку.

Динамический режим мышечной деятельности вызывает движение звена или звеньев тела, при этом расстояние между точками прикрепления мышцы изменяется.

В его основе лежит ауксотоническое сокращение мышц, где укорочение мышцы сочетается с развитием в ней напряжения.

Динамическая работа – работа, при которой мышцы приводят в движение части тела человека, и тело перемещается в отношении опоры, земной или водной поверхности. Эта работа имеет физическое выражение, может быть определен коэффициент полезного действия.

Мышечные усилия (но не сокращения) могут быть подразделены на: 1) поддерживающие, преодолевающие и уступающие, 2) концентрические (укорочение мышц) и эксцентрические (удлинение мышц).

Различают 2 вида динамической работы мышц: преодолевающую и уступающую.

Преодолевающая работа мышц сопровождается ее ускорением: мышца совершает положительную работу, ее тяга направлена на увеличение скорости звена.

В некоторых движениях, преимущественно замедленных, преодолевающая работа мышц сохраняется до конца движения в данном направлении (например, при подтягивании в висе) и это называется непрерывной тягой.

При быстрых движениях (скоростных, скоростно-силовых) преодолевающая работа наблюдается только в начальной точке движения, когда звену сообщается положительное ускорение – совершается разгон звена. В дальнейшем мышцы выключаются из работы, и движение продолжается по инерции. Такая преодолевающая работа называется начальной тягой в движении или боллистической работой мышц.

Уступающая работа мышцы сопровождается ее растяжением, при этом мышцей производится отрицательная работа, так как ее тяга направлена на уменьшение скорости. Это является причиной много­численных травм у спортсменов (например, разрыва ахиллова сухожилия у спринтеров и прыгунов в длину).

Уступающая работа производится только мышцами – антогонистами, но она иногда может быть вредной, если преждевременно тормозит движение звена и мешает преодолевающей работе других мышц.

Однако, чаще работа мышц-антагонистов почти во всех движениях играет очень важную управляющую роль:

а) мышцы – антагонисты данного движения притормаживают звено, регулируют скорость движения звена;

б) мышцы – антагонисты останавливают звено в заданном положении;

в) направление тяги антагонистических групп мышц регулируют направление движений, то есть управляет движением звена в 2-х и 3-х осных суставах.

Сравнение преодолевающей и уступающей работы динамического режима мышечной деятельности показывает следующее:

а) преодолевающая работа наблюдается не во всех движениях человека и не в каждый момент тех движений, которые осуществляются по инерции и под действием внешних сил и внутренних пассивных сил.

б) уступающая работа имеется во всех движениях, иногда на протяжении всего движения и всегда к моменту окончания движения.

Источник

Adblock
detector