Меню

Механические свойства скелетных мышц

Биомеханические 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.

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.

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.

Источник

Механические свойства мышц и механика мышечного сокращения.

При возбуждении мышцы изменяется ее механическое состояние; эти изменения называют сокращением. Оно проявляется в изменении натяжения и (или) длины мышцы, а также других ее механических свойств (упругости, твердости и др.). 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.). Упругие компоненты по механическим свойствам аналогичны пружинам: чтобы их растянуть, нужно приложить силу.

Для мышц характерно также такое свойство, как релаксация — снижение силы упругой деформации с течением времени. При отталкивании в прыжках с места сразу после быстрого приседания прыжок будет выше, чем при отталкивании после паузы в низшей точке подседа: после паузы упругие силы, возникшие при быстром приседании, вследствие релаксации не используются.

Механизм сокращения мышечного волокна:

В сосстоянии покоя кальций находится на саркоплазматическом ретикулуме, тропанин перекрывает актин-миозиновые нити. Мышечные волокна находятся в расслабленном состоянии.

В состоянии работы под действием нервного импульса возникает потенциал действия на оболочке клеточной мембраны. Кальций устремляется к тропанину и образует кальций-тропаниновый комплекс. Фермент АТФаза с кальцием образуют активное состояние. Возникают связи между актином и миозином (АТФ-АДФ+энергия)

В состоянии восстановления на оболочку мембраны перестает действовать нервный импульс, кальций устремляется обратно в ретикулум, присходит ресинтез АТФ ( АДФ+АДФ=АТФ+АМФ-шлаковый) Глю-МК+2АТФ)

8) Групповое взаимодействие мышц.

9. Биомеханическая характеристика силовых качеств

10. Биомеханическая характеристика выносливости

Если человек длительное время выполняет какое-то двигательное задание, то его движения можно классифицировать:

1)- по интенсивности (скорость, мощность, сила.);

а) скорость спортсмена (Н-р в беге ед измер-я—м/с);
б) мощность (Н-р педалирование на велоэргометре [Вт];
в) сила (Н-р при статическом удержании груза [ньютоны].

2)- по объему (расстояние, количество повторений и др)

а) пройденное расстояние (бег—метры);
б) выполненная работа (при вращении педалей велоэргометра-джоули);
в) импульс силы(при статическом усилии—ньютон/сек).

3)- по времени выполнения (секунда).

Читайте также:  Мышцы шейного отдела позвоночника человека

Эти показатели относят к эргометрическим.

Один из них всегда задается как параметр задания; два других — измеряются. Н-р, при беге на 5км дистанция задается заранее, а время бега и средняя скорость измеряются; при часовом беге задается время, а измеряются дистанция и скорость; при беге с заданной скоростью «до отказа» измеряются дистанция и время.
Наибольшая величина энергии, освобождаемой при мышечной работе, определяется величинами:
а) максимального кислородного долга,
б) кислородной емкости.

для оценки выносливости используют термин утомление, что означает временное снижение работоспособности. Биомеханика рассматривает только физическое утомление.

Повышение устойчивости спортивной техники к утомлению является одной из важнейших задач спорта. Это достигается длительной тренировкой. Так, велосипедист высокого класса, при утомлении почти не меняет своей техники. В процессе тренировки в год он совершает 5 миллионов оборотов педалей.

11) Утомление и его биомеханические проявления

Утомлением называется вызванное работой временное снижение работоспособности.

Утомление при мышечной работе проходит через две фазы:

1) фазу компенсированного утомления — в ней, несмотря на возра­стание затруднения, спортсмен сохраняет интенсивность выполнения двигательного задания например, сжиристь плавании; на прежнем уровне;

2) фазу декомпенсированного утомления — в ней спортсмен, не­смотря на все старания, не может сохранить необходимую интенсив­ность выполнения задания.

Утомление проявляется в специфических субъективных ощущениях, объективных физиологических и биохимических сдвигах (например, в уменьшении систолического выброса, сдвиге рН крови в кислую сторону).

В фазе компенсированного утомления скорость передвижения (или другой показатель интенсивности двигательного задания) не снижается, но происходят изменения в технике движений. Снижение одних по­казателей компенсируется ростом других. Наиболее часто уменьшается длина «шагов», что компенсируется возросшей их частотой. Особенно четко эта закономерность проявляется при задании удерживать как можно дольше постоянную скорость передвижения (например, при плавании за механическим лидером или светолидером).

Под влиянием утомления снижаются скоростно-силовые показа­тели утомленных мышц. Такое снижение может до известной степени компенсироваться сознательным или бессознательным изменением техники движения. Наблюдаемые в состоянии утомления изменения в технике дви­жений имеют двоякую природу:

— изменения, вызванные утомлением,

— и приспособительные реакции, которые должны компенсировать эти изменения, а также снижение функциональных (в частности, скоростно-силовых) возможностей спортсмена.

В результате далеко не всегда ясно, полезным или вредным является то или иное изменение в технике движений при утомлении (например, меньшее сгибание ноги в коленном суставе при беге: надо ли с ним бороться или именно такой вариант исполнения в утомленном состоянии лучше других?). Повышение устойчивости спортивной техники по отношению к утомлению — одна из важных задач во многих видах спорта. Это достигается длительной специальной тренировкой (в том числе и в состоянии утомления).

Экономизация зависит от :

С биомеханической точки зрения существует два пути повышения экомомности движений:

— понижение энергозатрат в каждом цикле

— рекуперация энергии ( преобразование кинетической энергии в потенциальную и ее переход в кинетическую)

Первый путь реализуется несколькими способами:

1) устранение ненужных сокращений мышц

2) устранение ненужных движений

3)уменьшение внешнего сопротивления

4) уменьшение внутрицикловых колебаний скорости

5)выбор оптимального соотношения между силой действия и скоростью рабочих движений.

6)ритмо-темповая структура (выбор соотношения между длиной и скоростью шагов)

1)кинетическая энергия движения может переходить в потенциальную энергию гравитации (пр: бег, тройной прыжок, вращение на перекладине)

12) Выносливость и биомеханические способы ее измерения.

Если предложить одно и то же двигательное задание разным людям, признаки утомления у них появятся через разное время. Причиной этого является, очевидно, разный уровень выносливости у этих людей. Выносливостью называется способность противостоять утомлению. При прочих равных условиях у более выносливых людей наступает позже как первая, так и вторая фаза утомления. Основным мерилом выносливости считают время, в течение которого человек способен поддерживать заданную интенсивность двигательного зада­ния (В. С. Фарфель, 1937).

Читайте также:  Упражнения для укрепления мышц спины и осанки для детей

Выделяют 3 способа определения выносливости:

I способ. задается время выполнения работы, измеряется объем работы (расстояние), определяется скорость выполнения.

III способ: скорость выполнения постоянная, измеряется время выполнения, определяется объем работы.

Выносливостью называется способность противостоять утомлению. Основной мерой выносливости является удержание заданной интенсивности движения. 2 типа показательности выносливости: явные (абсолютные) и и латентные (относительные). Латентных показателей выносливости много. В их основе лежит сравнение эргометрических показателей в данном двигательном задании с достижением в других заданиях

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.

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.

Читайте также:  Сводит мышцы ног продукты

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.

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

Adblock
detector