Svalová práca a sila

Hlavnou vlastnosťou svalového tkaniva, ktoré tvorí kostrové svaly, je kontraktilita, ktorá vedie k zmene dĺžky svalu pod vplyvom nervových impulzov. Svaly pôsobia na kosti pák, ktoré sú spojené kĺbmi. V tomto prípade každý sval pôsobí na kĺb iba v jednom smere. V jednoosom kĺbe (valcovitom, blokovom) dochádza k pohybu kostných pák iba okolo jednej osi, takže svaly sú umiestnené vo vzťahu k takémuto kĺbu na oboch stranách a pôsobia naň v dvoch smeroch (flexia - extenzia; addukcia - abdukcia, rotácia). Napríklad v lakťovom kĺbe sú niektoré svaly flexory, iné extenzory. Vo vzťahu k sebe navzájom sú tieto svaly, pôsobiace na kĺb v opačných smeroch, antagonistami. Spravidla dva alebo viac svalov pôsobia na každý kĺb v jednom smere. Takéto svaly, priateľské v smere pôsobenia, sa nazývajú synergisty. V dvojosom kĺbe (elipsoidnom, kondylárnom, sedlovitom) sú svaly zoskupené podľa jeho dvoch osí, okolo ktorých sa vykonávajú pohyby. V guľovom kĺbe, ktorý má tri osi pohybu (multiaxiálny kĺb), sú svaly priľahlé z viacerých strán a pôsobia naň v rôznych smeroch. Napríklad ramenný kĺb má svaly - flexory a extenzory, ktoré vykonávajú pohyb okolo čelnej osi, abduktory a adduktory - okolo sagitálnej osi a rotátory - okolo pozdĺžnej osi (smerom dovnútra - pronatory a smerom von - supinatory).

V skupine svalov, ktoré vykonávajú určitý pohyb, môžeme rozlíšiť hlavné svaly, ktoré daný pohyb zabezpečujú, a pomocné svaly, ktorých pomocnú úlohu naznačuje samotný názov. Pomocné svaly modelujú pohyb a dávajú mu individuálne charakteristiky.

Pre funkčné charakteristiky svalov sa používajú také ukazovatele, ako je ich anatomický a fyziologický prierez. Anatomický prierez je veľkosť (plocha) prierezu kolmého na dlhú os svalu a prechádzajúceho bruchom v jeho najširšej časti. Tento ukazovateľ charakterizuje veľkosť svalu, jeho hrúbku. Fyziologický prierez svalu je celková plocha prierezu všetkých svalových vlákien, ktoré tvoria skúmaný sval. Keďže sila sťahujúceho sa svalu závisí od počtu svalových vlákien a veľkosti prierezu, fyziologický prierez svalu charakterizuje jeho silu. Vo vretenovitých, pásovitých svaloch s rovnobežným usporiadaním vlákien sa anatomické a fyziologické prierezy zhodujú. Iný obraz je u pennatých svalov, ktoré majú veľký počet krátkych svalových zväzkov. Z dvoch rovnakých svalov s rovnakým anatomickým prierezom má pennatý sval väčší fyziologický prierez ako vretenovitý sval. Celkový prierez svalových vlákien v pennatom svale je väčší a samotné vlákna sú kratšie ako vo vretenovitom svale. V tomto ohľade má pennatý sval väčšiu silu ako druhý, ale rozsah kontrakcie jeho krátkych svalových vlákien je menší. Pennaté svaly sa nachádzajú tam, kde je potrebná značná sila svalovej kontrakcie s relatívne malým rozsahom pohybu (svaly dolnej končatiny, chodidla, niektoré svaly predlaktia). Vretenovité, pásovité svaly, tvorené dlhými svalovými vláknami, sa počas kontrakcie skracujú o viac. Zároveň vyvíjajú menšiu silu ako pennaté svaly, ktoré majú rovnaký anatomický prierez.

Práca svalov. Keďže konce svalu sú pripojené ku kostiam, body jeho začiatku a úponu sa počas kontrakcie k sebe približujú a samotné svaly vykonávajú určité množstvo práce. Ľudské telo alebo jeho časti teda menia svoju polohu, keď sa zodpovedajúce svaly sťahujú, pohybujú, prekonávajú odpor gravitácie alebo naopak tejto sile poddávajú. V iných prípadoch, keď sa svaly sťahujú, telo je držané v určitej polohe bez vykonania pohybu. Na základe toho sa rozlišuje medzi prekonávaním, poddávaním a držaním práce svalov.

Prekonanie svalovej práce sa vykonáva, keď sila svalovej kontrakcie zmení polohu časti tela, končatiny alebo jej článku, so záťažou alebo bez nej, čím prekoná silu odporu.

Nižšia práca je práca, pri ktorej svalová sila ustúpi gravitačnej sile časti tela (končatiny) a záťaži, ktorú drží. Sval pracuje, ale neskracuje sa, ale skôr sa predlžuje; napríklad, keď nie je možné zdvihnúť alebo udržať predmet s veľkou hmotnosťou. Pri veľkom svalovom úsilí musí byť telo spustené na podlahu alebo iný povrch.

Držacia práca sa vykonáva, ak sila svalových kontrakcií drží teleso alebo bremeno v určitej polohe bez pohybu v priestore. Napríklad človek stojí alebo sedí bez pohybu, alebo drží bremeno v rovnakej polohe. Sila svalových kontrakcií vyvažuje hmotnosť tela alebo bremena. V tomto prípade sa svaly sťahujú bez zmeny svojej dĺžky (izometrická kontrakcia).

Prekonávanie a ustupovanie práci, pri ktorej sila svalových kontrakcií pohybuje telom alebo jeho časťami v priestore, možno považovať za dynamickú prácu. Držaciu prácu, pri ktorej nedochádza k pohybu celého tela alebo jeho časti, možno považovať za statickú prácu.

Kosti spojené kĺbmi pôsobia ako páky pri sťahovaní svalov. V biomechanike sa rozlišuje páka prvého stupňa, keď sú body odporu a pôsobenia svalovej sily na rôznych stranách bodu otáčania, a páka druhého stupňa, pri ktorej obe sily pôsobia na jednej strane bodu otáčania, v rôznych vzdialenostiach od neho.

Prvý typ dvojramennej páky sa nazýva „rovnovážna páka“. Oporný bod sa nachádza medzi bodom pôsobenia sily (sila svalovej kontrakcie) a bodom odporu (gravitácia, hmotnosť orgánu). Príkladom takejto páky je spojenie chrbtice s lebkou. Rovnováha sa dosiahne za podmienky, že krútiaci moment pôsobiacej sily (súčin sily pôsobiacej na tylovú kosť a dĺžky ramena, ktorá sa rovná vzdialenosti od oporného bodu k bodu pôsobenia sily) sa rovná krútiacemu momentu gravitácie (súčin gravitácie a dĺžky ramena, ktorá sa rovná vzdialenosti od oporného bodu k bodu pôsobenia gravitácie).

Páka druhého druhu je jednoramenná. V biomechanike (na rozdiel od mechaniky) sa vyskytuje v dvoch typoch. Typ takejto páky závisí od umiestnenia bodu pôsobenia sily a bodu pôsobenia gravitácie, ktoré sú v oboch prípadoch na rovnakej strane bodu otáčania. Prvý typ páky druhého druhu (páka sily) vzniká, keď je rameno pôsobenia svalovej sily dlhšie ako rameno odporu (gravitácia). Na príklade chodidla vidíme, že bod otáčania (os otáčania) je hlava metatarzálnych kostí a bod pôsobenia svalovej sily (triceps surae) je pätová kosť. Bod odporu (gravitácia tela) sa nachádza na spoji holenných kostí s chodidlom (členkový kĺb). Pri tejto páke dochádza k nárastu sily (rameno pôsobenia sily je dlhšie) a k strate rýchlosti pohybu bodu odporu (jeho rameno je kratšie). Pri druhom type jednoramennej páky (rýchlostná páka) je rameno pôsobenia svalovej sily kratšie ako rameno odporu, kde pôsobí protiľahlá sila, gravitácia. Na prekonanie gravitácie, ktorej bod pôsobenia je v značnej vzdialenosti od bodu otáčania v lakťovom kĺbe (oporný bod), je potrebná výrazne väčšia sila ohýbacích svalov pripojených v blízkosti lakťového kĺbu (v bode pôsobenia sily). V tomto prípade dochádza k nárastu rýchlosti a rozsahu pohybu dlhšej páky (bodu odporu) a k strate sily pôsobiacej v bode pôsobenia tejto sily.