5. Біомеханіка м’язів

Скелетні м'язи є основним джерелом механічної енергії людського тіла. Їх можна порівняти з двигуном. На чому ж заснований принцип дії такого “живого двигуна”? Що пускає в хід м'яз і які властивості він при цьому виявляє? Як м'язи взаємодіють між собою? І нарешті, які режими функціонування м'язів є найкращими? Відповіді на ці питання ви знайдете в цьому розділі.

5.1. Біомеханічні властивості м'язів

До них відносяться скоротність, а також пружність, твердість, міцність і релаксація.

Скоротність – це здатність м'яза скорочуватися при збудженні. У результаті скорочення відбувається укорочення м'яза і виникає сила тяги.

Для розповіді про механічні властивості м'яза скористаємося моделлю (мал. 1.11), у якій сполучнотканинні утворення (паралельний пружний компонент) мають механічний аналог у виді пружини (1). До сполучнотканинних утворень відносяться: оболонка м'язових волокон і їхніх пучків, сарколема і фасції.

При скороченні м'яза утворюються поперечні актино-миозинові містки, від числа яких залежить сила скорочення м'яза. Актино-миозинові містки скорочувального компонента зображуються на моделі у виді циліндра, у якому рухається поршень (2).

Аналогом послідовного пружного компонента є пружина (3), послідовно з'єднана з циліндром. Вона моделює сухожилля і міофібрили (скорочувальні нитки, що складають м'яз), що у даний момент не беруть участь у скороченні.

Модель відображає пружні властивості м'яза, тобто його здатність відновлювати первісну довжину після усунення деформуючої сили. Існування пружних властивостей порозумівається тим, що при розтягуванні в м'язі виникає енергія пружної деформації. Тут м'яз можна порівняти з пружиною чи з гумовим джгутом: чим сильніше розтягнута пружина, тим більша енергія в ній запасена. Це явище широке використовується в спортивній практиці. Наприклад, у хльосканні попереднє розтягування м'язів приведе до розтягування і рівнобіжного, і послідовного пружного компонента. У них запасається енергія пружної деформації, що у фінальній частині руху (метання, штовхання і т.д.) перетвориться в енергію руху (кінетичну енергію).

За законом Гука для м'яза його подовження нелінійно залежить від величини сили, що розтягує, (мал. 1.12). Ця крива (її називають “сила-довжина”) є однієї з характеристичних залежностей, що описують закономірності м'язового скорочення. Іншу характеристичну залежність “силу-швидкість” називають на честь відомого англійського фізіолога, що вивчав її кривою Хілла (рис.1.12)

По характеристичних кривих визначають твердість і міцність м'яза.

Твердість – це здатність протидіяти силам, що прикладаються. Коефіцієнт твердості визначається як відношення збільшення сили, що відновлює, до збільшення довжини м'яза під дією зовнішньої сили:

= .

Величина, зворотна твердості, називається піддатливістю м'яза. Коефіцієнт піддатливості:

показує, наскільки подовжиться м'яз при зміні зовнішньої сили на одиницю. Наприклад, піддатливість згинача передпліччя близька до 1 мм/Н.

Міцність м'яза оцінюється величиною сили, що розтягує, при якій відбувається розрив м'яза. Граничне значення сили, що розтягує, визначається за кривою Хілла (див. рис. 1.13). Сила, при якій відбувається розрив м'яза (у перерахуванні на 1 мм² його поперечного перерізу), складає від 0,1 до 0,3 Н/мм². Для порівняння: межа міцності сухожилля близько 50 Н/мм², а фасцій близько 14 Н/мм². Виникає питання: чому іноді рветься сухожилля, а м'яз залишається цілим? Очевидно, це може відбуватися при дуже швидких рухах: м'яз устигає замортизувати, а сухожилля ні.

Релаксація – властивість м'яза, що виявляється в поступовому зменшенні сили тяги при постійній довжині м'яза. Релаксація виявляється, наприклад, при зістрибуванні і стрибку нагору, якщо під час глибокого присідання людина робить паузу. Чим пауза триваліше, тим сила відштовхування і висота вистрибування менше.