Биомеханические свойства мышц

Рис. 2.1 Строение саркомера

Сократимость - это способность мышцы укорачиваться при возбуждении, в результате чего возникает сила тяги. Свойство сократимости принадлежат собственно сократительным (контрактильным) элементам мышцы. Первичным сократительным механизмом мышечной ткани является саркомер (рис.2.1).

Саркомер состоит из тонких белковых нитей актина и толстых белковых нитей миозина. Темные нити миозина пересекаются посередине МЫШЦ мембраной, светлые полосы тоже разделены промежуточной Z мембраной. Повторяющийся период то Z до Z мембраны называется саркомером.

Тонкие нити активно расположены с обеих сторон наподобие гребенки между толстыми миозиновыми нитями. При возбуждении мышц тонкие нити актина вдвигаются с обеих сторон между толстыми нитями миозина. Происходит сокращение мышцы, уменьшение ее длины. Поскольку каждая миофибрилла состоит из большего числа (n) последовательно расположенных саркомеров, то величина и скорость изменения длины мышцы в n раз больше, чем у одного саркомера.

Сила тяги, развиваемая миофибриллой, состоящей из n последовательно расположенных саркомеров, равна силе тяги одного саркомера. Эти же самые n саркомеров, соединенные параллельно (что соответствует большому числу миофибрилл), дают n - кратное увеличение в силе тяги, но скорость изменения длины мышцы такая же, как скорость сокращения одного саркомера.

Поэтому увеличение физиологического поперечника мышцы приводит к увеличению ее силы, но не изменяет скорости ее укорочения, и наоборот, увеличение длины мышцы приводит к увеличению скорости сокращения, но не влияет на ее силу. Мы говорим: короткие мышцы - сильные, длинные мышцы - быстрые.

Рис. 2.2 Зависимость между длиной саркомера и силой

Сила тяги сократительных компонентов мышцы зависит от длины мышцы (рис.2.2). Сила тяги максимальная при так называемой длине покоя мышцы, когда имеет место наибольшее перекрытие актиномиозиновых мостиков. При растяжении или активном укорочении мышцы перекрытия актиномиозиновых мостиков уменьшается, и уменьшается сила тяги сократительного компонента. В сократительном компоненте мышцы под влиянием нервного импульса происходит превращение химической энергии энергетически богатых структур в механическую энергию мышечного сокращения и теплоту (это уже потери подводимой энергии). Таким образом, работа сократительного компонента происходит с поглощением энергии от организма.

Упругость - это способность восстанавливать первоначальную длину после устранения деформирующей силы. носителями упругих свойств мышцы являются соединительно - тканные образования, составляющие оболочку мышечного волокна, сухожилия мышц, места перехода миофибрилл в соединительную ткань. При растягивании упругих компонентов мышцы возникают упругие силы противодействия деформации, и накапливается (аккумулируется) энергия упругой деформации. После снятия деформирующих нагрузок мышцы отдает эту накопленную энергию на совершение механической работы по перемещению биокинематических звеньев. Эта работа упругих сил производится без потребления запасов химической энергии от организма, то есть она “бесплатна” для организма.

В линейной упругой системе (например, пружине) упругие силы растут пропорционально величине растяжения пружины (рис.2.3):

где Р - упругая сила,

- величина растягивания (деформации) пружины

с - коэффициент упругости (жесткость) пружины

Жесткость материала или конструкции - это способность противодействовать прикладываемым силам. Чем больше жесткость, тем большую силу нужно приложить к упругому телу, чтобы растянуть его на заданную величину. Жесткость линейной (идеальной) упругой системы - есть величина постоянная на всем участке деформации. Мышца - это нелинейное упругое образование. Упругие силы в мышце растут непропорционально растяжению (рис.2.4, кривая 2). Вначале мышца растягивается легко, а затем даже для небольшого ее растяжения надо прикладывать все большую силу. Мышца ведет себя как трикотажный шарф: вначале он легко растягивается, а затем становится практически нерастяжимым. Иными словами, мышца обладает высоко нелинейной упругостью. Упругое сопротивление мышцы (ее жесткость) растет по мере растягивания мышцы, то есть мышца - это упругая система с переменной жесткостью.

Рис.2.3 Зависимость упругой силы Р от величины растяжения пружины D l. Упругость (жесткость) пружины 2 в два раза больше, чем пружины I. Механическая работа А, затраченная на растягивание пружины, переходит в энергию упругой деформации и выражается площадью под кривой

Рис.2.4 Зависимость упругой силы Р от величины деформации D l для линейной (кривая 1) и нелинейной (кривая 2) упругой системы.

Прочность мышцы оценивается величиной растягивающей силы, при которой происходит разрыв мышцы. Сила, при которой происходит разрыв мышцы (в пересчете на 1 кв.мм. ее поперечного сечения), составляет от 0,1 до 0,3 н/кв.мм. Предел прочности сухожилия составляет около 50 н/кв.мм, а фасций - около 14 н/кв.мм.

Релаксация (расслабление) - свойство мышцы, проявляющееся в уменьшении с течением времени силы тяги при постоянной длине мышцы. Пример: перед выпрыгиванием вверх мы приседаем. Этим мы предварительно растягиваем мышцы (ягодичные, четырехглавую бедра, трехглавую голени), которые будут выполнять рабочую функцию (создать силу тяги) в фазу отталкивания. Чем длительнее пауза между приседанием и отталкиванием, тем больше релаксируются растянутые мышцы. То есть с увеличением паузы сила тяги этих мышц будет уменьшаться, следовательно, будет уменьшаться и высота выпрыгивания, вследствие рассеивания энергии упругой деформации, накопленной в фазе приседания.

Вязкость определяется наличием внутреннего трения в сократительном компоненте мышцы. Это свойство вызывает потери энергии мышечного сокращения, идущие на преодоление вязкого трения, обусловленного силами внутреннего взаимодействия между актиномиозиновыми нитями саркомера. В диапазоне укорочения мышцы потери на преодоление сил внутреннего трения больше, чем в диапазоне ее растягивания.

Дата добавления: 2015-05-09