Мышца, ее биомеханическая модель, свойства отдельных компонентов

Активной частью двигательного аппарата является скелетная мышца. Мышцы составляют от 1/3 до ½ веса тела человека, а выполнение двигательной функции в основном принадлежит поперечно-полосатой скелетной мускулатуре.

На разных этапах изучения мышцы предпринимались попытки предложить механической модели. Для Вебера такой моделью мышцы была витая стальная пружина, другими учеными была предложена модель: пружина, погруженная в вязкую жидкость (демпфер – вязкий компонент).

В 1924 г. Хилл предложили новую модель мышцы, состоящей из пружины, закрепленной с одного конца, соединенная с диском с другого конца, погруженного в вязкую жидкость. Хилл утверждал, что мышца содержит недемпфированный и демпфированный элементы.

На современном этапе скелетная мышца рассматривается как система, состоящая из трех элементов:

1 – собственно сократительный (контрактильный), состоит из актино-миозинового комплекса. Модель сокращения основана на теории скользящих нитей (Дещеревский, 1968). Взаимодействие между актином и миозином осуществляется посредством мостиков. Мостики находятся в трех состояниях: замкнутые мостики, развивающие тянущую силу; замкнутые мостики, тормозящие скольжение нитей; разомкнутые мостики.

2 – последовательно-упругий компонент (ПОУК), соединенный последовательно с контрактильным.

3 – параллельно-упругий компонент (ПАУК), параллельно соединенный с контрактильным.

Свойства контрактильного компонента мышцы подразделяются на:

1) биологические свойства;

2) собственно механические свойства;

3) квазимеханические свойства (немеханической природы), связанные с образованием и разрывом актин-миозиновых мостиков, зависят от степени возбуждения мышцы.

К биологическим свойствам мышечного волокна относят:

Возбудимость – способность под действием нервного импульса изменять свои свойства.

Сократимость – способность мышцы сокращаться при возбуждении. В результате происходит укорочение мышцы и возникает сила тяги.

Релаксация – свойство мышцы, проявляющееся в уменьшении их напряжения во времени при равной длине. Оно оценивается временем релаксации, уменьшение натяжения за определенный промежуток времени. Релаксация проявляется, например, при прыжке вверх, если во время глубокого приседа спортсмен делает паузу.

К механическим свойствам, а также при изменении состояния мышцы, и к квазимеханическим, относят:

Упругость – способность мышцы противостоять растяжению и способность восстанавливать свою форму после сокращения или устранения деформирующей силы. Существование упругих свойств объясняется тем, что при растяжении в мышце возникает энергия упругой деформации: чем больше растянута мышца, тем больше запасена потенциальная энергия. Запасенная таким образом энергия в финальной части движения 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. За счет сокращения мышца обладает переменной упругостью. Упругость мышцы колеблется от 10 до 120 кг/см², и это очень малая величина. Кожаный ремень имеет упругость 1500-2000.

Жесткость – способность противостоять прикладываемым силам. Жесткость определяется как отношение приращения восстанавливающей силы к приращению длины мышцы под действием внешней силы, характеризуется коэффициентом жесткости: К_ж = ΔF / Δl (Н/м). Величина жесткости мышцы от 0,5 до 3,73 10⁴ Н/м.

Жесткость мышцы зависит и от спортивной специализации: больше коэффициенты жесткости у представителей скоростно-силовых и силовых видов спорта, наименьшая – специализирующихся в проявлении выносливости.

Собственно механическая жесткость локализована в пассивных упругих компонентах, квазижесткость – в актино-миозиновых филаментах, зависит от степени напряжения мышцы. Величина, обратная жесткости, называется податливостью – показывает, насколько удлинится мышца при изменении внешней силы. Коэффициент податливости - величина, обратная коэффициенту жесткости (м/Н).

Твердость мышц – свойство оказывать сопротивление при местных контактных воздействиях, направленных на вдавливание.

Прочность – способность материала сопротивляться разрушению (в данном случае разрыву), а также необратимому изменению формы. Оценивается величиной растягивающей силы, при которой происходит разрыв мышцы. Оценить можно только на трупном материале. Разрыв мышцы происходит при силе 0,1-0,3 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.

К свойствам мышцы необходимо добавить пластичность – которая обуславливает необратимые изменения в мышечной ткани.

Вязкость мышечного волокна обусловлена наличием вязкой среду внутри мышечной клетки – саркоплазмы. С повышением температуры вязкость саркоплазмы уменьшается.

Демпфирование – свойство материала гасить колебания, или рассеивать энергию (за счет наличия внетримышечного трения и наличия вязкой среды). Методы определения рассеивания энергии подразделяются на прямые и косвенные. Прямыми являются методы, основанные на законе сохранения энергии, косвенные основаны на изучения затухающих колебаний.

Механический импеданс – отношение амплитуды гармонической вынуждающей силы к комплексной амплитуде скорости при гармонических вынужденных колебаниях исследуемой системы.

Мышца обладает упруго-вязкими свойствами. Вследствие этого во взаимосвязи «сила-длина» при циклической нагрузке наблюдается такое явление, как гистерезис: сила, образуемая во время увеличения длины, больше силы, образуемой при такой же длине мышцы при сокращении длины.

Дата добавления: 2014-01-07