АТЛАС АНАТОМИИ ЧЕЛОВЕКА - Г.Л. Билич - 2014

Мышечная система

РАБОТА МЫШЦ. ЭЛЕМЕНТЫ БИОМЕХАНИКИ

Основное свойство мышечной ткани — сократимость. Под влиянием нервных импульсов мышца укорачивается. Мышцы действуют на костные рычаги, соединяющиеся при помощи суставов, каждая мышца действует на сустав в одном направлении. У одноосного сустава (цилиндрический, блоковидный) костные рычаги совершают движение только вокруг одной оси. Мышцы располагаются с двух сторон по отношению к такому суставу и действуют на него в двух направлениях (например, сгибание — разгибание, приведение — отведение, вращение внутрь — пронация, кнаружи — супинация). Мышцы, действующие на сустав в противоположных направлениях (например, сгибатели и разгибатели), являются антагонистами. На каждый сустав в одном направлении действуют, как правило, две мышцы или более. Такие содружественно действующие в одном направлении мышцы называют синергистами. У двухосного сустава (эллипсоидный, мыщелковый, седловидный) мышцы группируются соответственно двум его осям, вокруг которых совершаются движения. К шаровидному суставу, имеющему три оси движения (многоосный сустав), мышцы прилежат с нескольких сторон и действуют на него в разных направлениях. Так, например, вокруг плечевого сустава имеются мышцы-сгибатели и разгибатели, осуществляющие движение вокруг фронтальной оси. Отводящие и приводящие мышцы выполняют движение вокруг сагиттальной оси, мышцы-вращатели — вокруг продольной оси (внутрь — пронаторы и кнаружи — супинаторы).

В группе мышц, выполняющих то или иное движение, можно выделить основные, главные, обеспечивающие данное движение, и вспомогательные, о подсобной роли которых говорит само название. Они дополняют, моделируют движение, придают ему индивидуальные особенности.

Работа мышц подчиняется принципу Бернулли — правилу, которое устанавливает зависимость силы сокращения мышцы от длины мышечных волокон (Бернулли Даниэл (Bernoulli Daniel, 1700—1782) — математик и механик).

Для функциональной характеристики мышц используют их анатомический и физиологический поперечники (рис. 225). Анатомический поперечник показывает величину мышцы, ее толщину, площадь ее поперечного сечения, перпендикулярного длиннику мышцы и проходящего через брюшко в наиболее широкой его части. Физиологический поперечник представляет собой суммарную площадь поперечного сечения всех мышечных волокон, входящих в состав мышцы. Поскольку сила сокращающейся мышцы зависит от величины поперечного сечения мышечных волокон, физиологический поперечник мышцы характеризует ее силу.

Рис. 225. Анатомический и физиологический поперечники мышцы (А — схема, Б — анатомический (сплошная линия) и физиологический (прерывистая линия) поперечники мышц различной формы

I —лентовидная мышца; II — веретенообразная мышца; III —одноперистая мышца

У мышц веретенообразной и лентовидной формы с параллельным расположением волокон анатомический и физиологический поперечники совпадают. Из двух равновеликих мышц, имеющих одинаковый анатомический поперечник, перистая мышца имеет физиологический поперечник больше, чем веретенообразная. Суммарное поперечное сечение мышечных волокон перистой мышцы больше, а сами волокна короче, чем у веретенообразной. В связи с этим перистая мышца обладает большей силой, но размах сокращения ее коротких мышечных волокон меньше, чем у веретенообразной мышцы.

Перистые мышцы имеются там, где необходима значительная сила мышечных сокращений при сравнительно небольшом размахе движений (мышцы голени, стопы, некоторые мышцы предплечья). Веретенообразные, лентовидные мышцы, построенные из длинных мышечных волокон, при сокращении укорачиваются на значительную величину. Размах движений с участием таких длинных мышц большой. Веретенообразные, лентовидные мышцы развивают меньшую силу, чем перистые мышцы, имеющие одинаковый с ними анатомический поперечник. Так, например, портняжная мышца человека — лентовидной формы, она состоит из длинных мышечных волокон. При сокращении она может переместить бедро на большое расстояние, хотя ее сила невелика. Перистая дельтовидная мышца, состоящая из множества коротких волокон, переместит плечо на короткое расстояние, развивая при этом большую подъемную силу.

Скелетная мышца передает костям силу своего сокращения через сухожилия. Нервный импульс вызывает мышечное сокращение, которое в мышце проявляется укорочением и развитием напряжения. Укорочение мышцы ведет к напряжению сухожилий, прикрепляющихся к костным рычагам.

Кости, соединенные суставами, при сокращении мышц действуют как рычаги. Если на рычаг (кость) действуют с двух сторон две силы, то одна из них будет действующей, другая противодействующей. В организме человека действующей силой является сила мышечного сокращения, противодействует ей либо сила тяжести тела, либо сила сокращения других мышц- антагонистов. Плечом силы является часть тела, его сегмент, на конец которого действует эта сила. Чем длиннее плечо рычага, на которое действует сила, тем эффективнее работа рычага. Расположение точки опоры по отношению к точкам приложения действующей и противодействующей сил определяет тип рычага (рис. 226).

Рис. 226. Действие мышц на костные рычаги (схема):

I — рычаг равновесия; II — рычаг силы; III — рычаг скорости; А — точка опоры; Б — точка приложения силы;

B — точка сопротивления

В биомеханике выделяют рычаги первого и второго рода. В рычаге первого рода (рычаг равновесия) точки приложения действующих на него сил (сопротивления и приложения мышечной силы) находятся по разные стороны от точки опоры. Этот рычаг двуплечий (рычаг равновесия). Примером может служить соединение позвоночника с черепом. Точка опоры лежит на поперечной оси, проходящей через мыщелки затылочной кости. Точкой приложения силы является зона прикрепления мышц-разгибателей к затылочной кости. Противодействующей (сила сопротивления) является сила тяжести головы. Сокращение мышц-разгибателей предотвращает сгибание головы под влиянием силы тяжести. Этот рычаг находится в состоянии равновесия, если момент вращения прилагаемой силы (произведение величины мышечной силы, действующей на затылочную кость, на длину плеча — расстояние от точки опоры до точки приложения силы) равен моменту вращения силы тяжести. Момент вращения силы тяжести является произведением величины силы тяжести на длину соответствующего плеча (расстояние от точки опоры до точки приложения силы тяжести).

Рычаг второго рода одноплечий, обе силы прилагаются по одну сторону от точки опоры. В зависимости от места приложения мышечной силы и противодействия силы тяжести (сила сопротивления) различают два вида рычага второго рода. Первый — это рычаг силы, у которого плечо приложения мышечной силы длиннее плеча сопротивления (силы тяжести). Например, точкой опоры и осью вращения стопы служат головки костей плюсны. Точкой приложения мышечной силы, на которую действует трехглавая мышца голени, является пяточная кость. Точкой сопротивления (тяжести тела) является блок таранной кости, через который проходит поперечная ось голеностопного сустава. Плечо силы тяжести, которая действует на стопу в голеностопном суставе, короткое, плечо приложения мышечной силы (сокращение икроножной мышцы) —длинное. Благодаря этому большой вес тела человека уравновешивается сокращением икроножной мышцы. В рычаге силы имеется выигрыш в силе, но скорость передвижения уменьшена.

Вторая разновидность рычага второго рода — рычаг скорости, у которого плечо приложения мышечной силы короче, чем плечо сопротивления. Примером рычага скорости являются локтевой сустав и действующие на образующие его кости силы. В этом рычаге точкой опоры (ось вращения) является центр локтевого сустава, точкой приложения силы мышц-сгибателей предплечья является бугристость локтевой кости, которая находится вблизи локтевого сустава (короткое плечо приложения силы). Точка сопротивления, на которую действует противодействующая сила тяжести, находится на удалении от сустава — это кисть и груз, который может на ней находиться. Расстояние от точки опоры до точки сопротивления («плечо сопротивления») в этом случае длинное. Для преодоления силы тяжести, которая действует на значительном расстоянии от точки опоры, необходимо очень большое усилие мышц-сгибателей, прикрепляющихся в точке приложения силы, расположенной вблизи локтевого сустава. При этом, в отличие от рычага силы, имеются выигрыш в скорости и размахе движения более длинного рычага (предплечье и кисть) и проигрыш в силе, действующей в точке ее приложения.