A A A

Pod znakiem dźwigni

Skoro mowa o sile i przemieszczaniu poszczególnych części ciała względem siebie, a całego ustroju względem podłoża, zjawia się automatycznie pojęcie drogi, a w ślad za tym i pracy mięśniowej. W naukach biologicznych rozróżnia się dwa rodzaje pracy mięśniowej: pracę dynamiczną i pracę statyczną. Podany wyżej wzór pozwala na obliczenie pracy dynamicznej, tzn. takiej, w której zachodzi przesunięcie środka ciężkości, a tym samym zmiana położenia ciała lub jego części. Pracę dynamiczną wykonują mięśnie zaangażowane w działaniu koncentrycznym lub ekscentrycznym. Z punktu widzenia fizyki mięśnie działające stabilizująco nie wykonują żadnej pracy, ponieważ droga równa się zeru. Jednakże w czasie trwania owego napięcia mięśni przeciwstawiającego się z siłą równą sile ciężkości, zużycie energii mięśniowej jest znaczne, przewyższające nieraz wydatek energetyczny pracy dynamicznej. Owo nasilenie procesów oksyredukcyjnych w mięśniu jest tym większe, im dłużej trwa działanie stabilizujące. Cechą charakterystyczną mięśni szkieletowych jest działanie na zasadzie dźwigni, zarówno jednostronnych, jak i dwustronnych. Złożona budowa kostno-mięśniowa kręgosłupa to misterny system dźwigni dwustronnych, ułożonych jedna nad drugą. W kończynach przeważają dźwignie jednostronne. Wśród obu typów dźwigni wyróżnić można poza tym dwa rodzaje: dźwignię siłową, zwaną również szybkościową, oraz dźwignię oszczędnościową, zwaną inaczej precyzyjną. Cechą charakterystyczną dźwigni siłowych (tak jednostronnej, jak i dwustronnej) jest ramię siły działania mięśnia krótsze od ramienia działania siły oporu (przez którą rozumiemy siłę bezwładności, siłę tarcia, siłę ciężkości itp.). Celem pokonania momentu oporu, stanowiącego iloczyn siły oporu (R) przez jej ramię (r), należy przyłożyć odpowiednio większą siłę mięśniową na zasadzie odwrotnej proporcjonalności ramion dźwigni. Im krótsze ramię siły mięśniowej, tym większa musi być jego siła do zrównoważenia momentu oporu. Dysproporcja w długości ramion sprawia, że przesunięcie punktu „A" w położenie „A1" powoduje równoczesne przemieszczenie punktu ,,B" w miejsce „B1". Z załączonego rysunku jasno wynika, że punkt „B" w tej samej jednostce czasu odbędzie dłuższą drogę niż punkt „A", a zatem ulegnie przesunięciu w nowe położenie z większą prędkością niż punkt ,,A". Dlatego właśnie dźwignię siłową nazywa się również dźwignią szybkościową. Wspomniany wyżej typ dźwigni oszczędnościowej różni się tym od poprzedniej, że ramię siły mięśnia jest dłuższe od ramienia siły oporu. W tej sytuacji nawet znaczna siła oporu (R) może być zrównoważona niewielką siłą mięśnia, jeśli ramię siły mięśniowej będzie odpowiednio długie, tak aby momenty obu sił i były sobie równe. Taki układ ramion pociąga za sobą małe zużycie energii mięśniowej; stąd wywodzi się nazwa dźwigni oszczędnościowej. Dźwignie dwustronne oszczędnościowe występują w łańcuchu stawowym kręgosłupa; dźwignie oszczędnościowe jednostronne przeważają w łańcuchach kończynowych, zwłaszcza w ich odcinkach dystal-nych (podudzie, przedramię, ręka, stopa). Patrząc na załączone rysunki możemy stwierdzić, że mięsień przyczepiając się do kości tworzy z nią pewien kąt. Kąt ten nazywamy kątem natarcia. Ściśle rzecz biorąc, jedno ramię tego kąta wyznacza prosta łącząca punkt przyczepu mięśnia z osią obrotu w stawie , drugie ramię tworzy prosta PM, zgodna z kierunkiem dziania mięśnia. Ponieważ belka kostna stanowi układ sztywny, a siła mięśnia działa wzdłuż prostej PM, ulega ona rozłożeniu na dwie składowe: stawą i obrotową .