Меню

Возникновение силы упругой деформации в пассивной и активной мышцах

Трехкомпонентная модель мышцы, энергетически рациональная структура движения

Трехкомпонентная модель мышцы

Понять механику мышечного сокращения помогает представление мышцы в виде механической модели, составленной из комбинации сократительных и упругих компонентов (рис.2.5). Упругие компоненты мышцы моделируем в виде пружин с нелинейными упругими свойствами. Представление о мышце как о трехкомпонентной системе является биомеханической моделью. Это не означает, что мышца реально (то есть материально, вещественно) состоит из трех этих компонентов, а лишь означает, что мышца обладает свойствами, характерными для тех элементов, которыми мы моделируем мышцу. Выявив в предыдущем параграфе свойства элементов, из которых мы моделируем мышцу, рассмотрим, как эта модель будет разгонять биокинематические звенья.

Если мышца не была предварительно растянута, то ее следует рассматривать как систему, состоящую из сократительного (саркомер) и последовательного упругого компонентов (сухожилия мышц, места перехода миофибрилл в соединительную ткань). При возбуждении нерастянутой мышцы начинается процесс укорочения контрактильного компонента. Сила тяги, развиваемая контрактильным элементом при его укорочении, будет растягивать последовательный упругий компонент, передавая через него усилие разгоняемому звену. Растягивание последовательного упругого компонента будет длиться до тех пор, пока скорость звена не уравняется со скоростью контрактильного компонента. С этого момента растянутая последовательная пружина освобождается от деформирующей нагрузки и начинает релаксировать (восстанавливать исходную длину). Высвобождаемая при релаксации пружины энергия упругой деформации переходит в кинетическую энергию перемещаемого звена, сообщая ему дополнительную скорость. Скорость звена становится больше скорости сократительного процесса, и дальнейшее его стимулирование с потреблением энергии от организма становится нецелесообразным.

Рис. 2.5 Трехкомпонентная модель мышцы (по В.М.Зациорскому)

1 — параллельный упругий компонент,

2 — сократительный компонент,

3 — поседовательный упругий компонент

Таким образом, важнейшие свойства системы, составленной из сократительного и последовательно упругого элементов, является ее способность сообщать звену скорость, превышающую максимальную скорость сокращения мышцы.

Рассмотрим роль параллельного упругого компонента (соединительно — тканные образования, составляющие оболочку мышечного волокна) в механике мышечного сокращения.

При растягивании пассивной мышцы в параллельном упругом компоненте возникают силы упругой деформации. Зависимость между длиной пассивной мышцы и упругими силами показана на кривой 2, рис.2.6.

При возбуждении предварительно растянутой мышцы суммарная сила тяги активной мышцы (кривая 3, рис.2.6) равна сумме сил, которые проявляют: а) контрактильный компонент мышцы (кривая 1, рис.2.6), параллельный упругий компонент (кривая 2, рис.2.6).

Таким образом, при стимулировании сократительного процесса предварительно растянутой мышцы развиваемая ею суммарная сила тяги превышает силу тяги собственно контрактильного компонента. Зависимость между данной силой тяги активной мышцы (кривая 3, рис.2.6) называется характеристической зависимостью “сила — длина” мышцы.

Еще И.М.Сеченовым было замечено, что высокая скорость достигается тогда, когда мышцы посредством которых оно выполняется, сокращаются, находясь перед этим в сильно растянутом состоянии. Это явление получило в дальнейшем название баллистической работы.

Вывод о целесообразности баллистического эффекта не нов. Встает только вопрос, а как этого добиваться?

Ошибочно думать, что предварительное растягивание мышцы должно осуществляться ее антагонистом. Растягивать мышцу должна сила для данного сочленения внешняя. Например, сила тяжести, при амортизации, сила инерции звена, возникающая при движении в других сочленениях, работа по разгону этого звена, проделанная в предыдущей фазе (замах, обгон снаряда при метаниях).

Характерная зависимость “сила — скорость” мышцы

Впервые зависимость между силой тяги мышцы и скоростью ее сокращения была установлена экспериментальным путем А.В.Хиллом. Эта зависимость определяла: во сколько раз быстрее сокращается мышца, во столько раз меньшую силу она может развить. Графически эта зависимость изображается квадратической гиперболой (кривая 1, рис.2.7). Но эта зависимость справедлива лишь в режиме преодолевающей работы мышцы при ее активной укорочении.

В режиме же выступающей работы при растягивании активной мышцы взаимосвязь “сила — скорость” иная: чем с большей скоростью растягивается мышца, тем большую силу она проявляет (кривая П, рис.2.7). Пример сказанному: из исходного положения “вис” на перекладине подтянуться (преодолевающий режим работы мышц), проявляя большую силу мы можем только медленно. Медленно же опуститься в вис (уступающий режим) значительно труднее, чем быстро, так как в уступающем режиме большую силу развить можно только при большей скорости.

Рис. 2.7 Зависимость “сиа — скорость” мышцы

I — режим активного укорочения мышцы при преодолевающей работе,

II — режим растягивания (удлиненная) активной мышцы при уступающей работе,

Рив и Рин — верхняя и нижняя границы предельного изометрического напряжения мышцы

Д=(Рив — Рин) — интервал предельных напряжению мышцы в изометрическом режиме Д 0,2 Рин

Итак, реальная зависимость между силой тяги мышцы и скоростью ее укорочении или растяжения представлена на рис.2.7. Анализ зависимости показывает: если статическому (изометрическому) режиму работы непосредственно предшествовал преодолевающий (кривая 1), то развиваемая мышцей максимальная изометрическая сила не превышает величину Рин, если же статическому режиму предшествовал уступающий (кривая 2), то мышца развивает усилие Рив. Пример сказанному: если гимнаст из исходного положения “упор” на кольцах опускается в положение “крест”, то его мышцы для удержания положения “крест” могут развивать усилие Рив (статическому режиму работы мышц предшествовал уступающий). Если же гимнаст выполняет “крест” из положения “вис” на кольцах, то статическому режиму работы мышц будет предшествовать преодолевающий, и мышцы гимнаста для удержания положения “крест” смогут проявить усилие только Рин, то есть меньше, чем в предыдущем случае.

На рис. 2.8 представлена зависимость коэффициента полезного действия мышцы (КПД превращения мышцей химической энергии в механическую) от скорости ее сокращения. Наиболее высокий КПД мышцы наблюдается в диапазоне скоростей сокращения от 0,2 до 0,4 от максимальной.

Модель энергетически рациональной структуры движения

Полная механическая энергия мышцы, идущая на совершение работа по перемещению звеньев нашего тела, складывается из энергии сократительного процесса (происходящего с потреблением энергии от организма) и энергии упругой деформации мышц ( практически “бесплатной” для организма). Остановимся на вопросе эффективности использования полной энергии мышцы в процессе выполнения наших движений, то есть рассмотрим модель энергетически рациональной структуры движения.

Рассмотрим этот вопрос на примере выполнения циклических движений, в которых движения биомеханических звеньев носят возвратно — вращательный характер. Возвратное движение характеризуется сменой направления движения на противоположное (туда — обратно). Например, движение маховой ноги при прыжках в длину, Обычно и прямое, и возвратное движение состоят из двух фаз: а) прямое — разгон и торможение звена; б) обратное — вновь разгон и торможение (рис.2.9). при этом наиболее характерными фазами большинства наших суставных движений являются торможение прямого движения и разгон обратного. Между этими фазами существует граничная поза, то есть положение звена, при котором происходит смена направления движения (смена направления скорости).

На рис. 2.10 представлена энергетически рациональная модель структуры возвратных движений. Рассмотрим режим работы мышц, осуществляющих движение, и их антагонистов в каждой фазе движения.

1. Прямое движение. Сгибание бедра — разгон. происходит стимуляция сократительного процесса мышц сгибателей бедра с потреблением энергии от организма. Эта энергия совершает работу по разгону звена. Как только скорость звена достигнет скорость сокращения мышцы, дальнейший разгон звена осуществляет релаксирующий последовательный упругий компонент за счет превращения накопленной потенциальной энергии упругой деформации в кинетическую энергию движения звена. Это дополнительная порция сообщаемой звену энергии, а значит, и скорости. Стимуляция сократительного процесса должна прекратиться, так как не дает механического эффекта.

Мышцы антагонисты (разгибатели бедра) не возбуждены. В конце фазы разгона начинается постепенное растягивания невозбужденного антагониста (разгибателя бедра).

2. Торможение прямого движения — сгибание бедра. Звено начинает тормозиться, когда его кинетическая энергия тратится на работе против сил тяжести звена и на работу против упругих сил растягивающегося антагониста (разгибателя бедра). Возникающие по мере растягивания антагониста все большие и большие упругие силы(нелинейная упругость, переменная жесткость) тормозят прямое движение бедра.

В граничной позе прямое движение останавливается. Скорость звена равняется нулю. Происходит смена направления движения. Вся кинетическая энергия звена израсходована на работу против сил тяжести звена и упругих сил растягивающихся, невозбужденных антагонистов.

В каком же состоянии оказываются мышцы в граничной позе к моменту начала второго возвратного движения — разгибания бедра?

Сгибатели бедра — расслаблены и возбуждены, они не удерживают сочленение в согнутом положении и не оказывают сопротивления начинающемуся возвратному движению.

Разгибатели бедра — не возбуждены, но предельно растянуты (внешней для них силой инерции звена, а не силой тяги мышц — сгибателей бедра). они накопили потенциальную энергию упругой деформации упругого компонента, на приобретение которой не потребовалось затраты химической энергии организма.

3. Обратное движение бедра. Разгон. Разгибание бедра.

Мышцы разгибателя бедра предельно растянуты, упругие силы изменяют направление движения звена на обратное. В этот момент необходимо включение в работу сократительных компонентов разгибателей бедра (должен начаться сократительный процесс как результат возбуждения мышцы). Сила тяги сократительных компонентов будет складываться с силами упругой деформации параллельного упругого компонента. Суммарная сила тяги мышцы увеличится. И опять сократительный процесс мышц бедра (с потреблением энергии от организма) должен прекратиться, как только скорость звена достигнет скорости укорочения мышцы. Дополнительную порцию кинетической энергии звено получит от последовательного упругого компонента.

4. Обратное движение. Торможение разгибателей бедра. протекает по тем же закономерностям, как и торможение прямого движения. Силы инерции звена растягивают мышцы антагонисты (сгибатели бедра). Упругие силы растягивающихся мышц сгибателей бедра тормозят движение.

К концу фазы торможения, перед моментом вторичного начала прямого движения, наблюдается следующая картина: разгибатели бедра расслаблены и не возбуждены, они не удерживают сочленение в разогнутом положении и не оказывают сопротивление начинающемуся возвратному движению (сгибанию бедра). Сгибатели бедра — не возбуждены, предельно растянуты внешней силой, накопили энергию упругой деформации для выполнения работы по разгону звена в следующей фазе движения.

источник

Механические свойства мышц

Биодинамика мышц.

Основное назначение мышцы- преобразование химической энергии в механическую работу, которая необходима для перемещения звеньев тела.

Главными биомеханическими показателями, характеризующими деятельность мышц,

являются: а) сила , регистрируемая на ее конце ( сила тяги) и б) скорость изменения ее длины (скорость сокращения, укорочения ).

Физиологически мышца может находиться в пассивном и активном состояниях.

Пассивную мышцу по своим физико- механическим свойствам можно рассматривать как физическое тело, которое одновременно обладает свойствами упругости и вязкости .

Мышца не является ни чисто упругим, ни чисто вязким элементом. Мышца вязко –упру-

гий элемент, вязко- уругая среда, для которой справедливы законы классической механики. Фундаментальными понятиями механики сплошных сред являются: упругость,

вязкость, деформация, напряжение ,жесткость, прочность, релаксация , гистерезис и др. .

Рассмотрим некоторые из них.

1. Упругость-свойство тел менять свои размеры и форму под действием внешних сил и

Самопроизвольно их восстанавливать при прекращении внешних воздействий. Упругость тел обусловлена силами взаимодействия атомов и молекул.

2. Вязкость-внутреннее трение среды.

3. Деформация-относительное изменение длины.

где — начальная длина мышцы ; — величина удлинения. .

4. Напряжение механическое ( ) -мера внутренних сил, возникающих при деформации материала. Для однородного стержня:

где — площадь поперечного сечения образца; — сила , приложенная к стержню.

Упругая деформация возникает и исчезает одновременно с нагрузкой и не сопровождается рассеянием энергии.

Для упругой деформации справедлив закон Гука :

где Е — модуль Юнга , определяемый природой вещества. При растяжении различных материалов , в общем случае, Е= При малых значениях деформации ( ), считают Е=const.

Значения Е для различных материалов приведены в таблице 1.

Материал Модуль Юнга ,Па
Коллаген
Кость
Дуб
Сталь 2 10
Эластин 6 10
Резина

Эластин- упругий белок; находится преимущественно в стенках артерий. Коллаге- волокнистый белок; в мышцах примерно 20% всех белков приходится на коллаген.

В случае вязкой среды напряжение ( ) определяется скоростью деформации

где — коэффициент вязкости среды.

Для вязко- упругой деформации характерна явная зависимость от скорости деформации. При снятии нагрузки деформация с течением времени самопроизвольно стремится к нулю.

Величина механического напряжения в мышце , подвергающейся деформации, зависит как от величины деформации ( ), так и скорости растяжения т.е. является суммой величин::

Следовательно, значительные напряжения в мышце, близкие к пределу ее прочности, могут возникать только по причине высокой скорости растяжения.при умеренных величинах деформации.

5.Прочность-оценивается величиной растягивающей силы , при которой мышца разрывается. Предельное значение растягивающей силы определяют по кривой Хилла. Предел прочности для мышцы составляет 0,1- 0.3 н.\ мм. Предел прочности фасций- около 14 н.\мм; сухожилия- 50 н.\мм.

6. Жесткость- это способность мышцы противодействовать прикладываемым силам. Определяется как отношение приращения восстанавливающей силы к приращению длины мышцы под действием внешней силы.

7.Релаксация- свойство мышцы, проявляющееся в постепенном уменьшении силы тяги при постоянной длине мышцы.

8.Гистерезис-это следствие вязко- упругих свойств мышцы. Проявляется это в том, что сила, возникающая при определенной длине мышцы во время ее удлинения (растяжения),больше силы ,образуемой при такой же длине мышцы на фазе ее сокращения.

Рис 1 Кривая Хилла. Рис 2 Гистерезис взаимосвязи

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Только сон приблежает студента к концу лекции. А чужой храп его отдаляет. 8877 — | 7565 — или читать все.

85.95.179.227 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

источник

3.6. Силы упругой деформации

Сила упругой деформации — это мера действия деформированного тела на другие тела, с которыми оно соприкасается. Величина и направление упругих сил зависят от упругих свойств деформи­рованного тела, а также от вида (сжатие, растяжение и др.) и величины деформации.

Все реальные твердые тела, а также жидкости и газы в той или иной степени деформируются под действием приложенных сил, при этом в них возникают силы упругой деформации (или упругие силы).

В так называемых упругих телах относительно невелик модуль Юнга. Деформации значительны, так как даже малые силы вызывают относительно большие деформации. После прекращения де­формирующего воздействия упругие силы восстанавливают форму тела. К таким телам, действующим на тело человека, можно отнести батут, пружинящий трамплин, эспандер. При деформации они пог­лощают работу (увеличивается их потенциальная энергия), а затем, восстанавливая свою форму, совершают работу (уменьшается потенциальная энергия). Эспандер (резиновый или пру­жинный) поглощает работу, совершаемую спортсменом. При исполь­зовании же батута и мостика существенна работа, которую совер­шают эти снаряды, восстанавливая свою форму.

Упругие взаимодействия имеют место при деформации тел, связан­ных с опорой под действием сил тяготения (проявление веса); при де­формации опоры (опорные реакции), ускоряемых тел (силы инерции), отчасти среды (силы сопротивления среды), соприкасающихся поверх­ностей (силы трения).

Выделение сил упругой деформации в отдельную группу как внеш­них относительно человека сил целесообразно только в случаях зна­чительных деформаций внешних упругих тел.

4. Внутренние относительно системы силы

При биомеханическом исследовании движений человека рассмат­риваются обычно внутренние относительно его тела силы. Они возни­кают при взаимодействии частей биомеханической системы тела.

Внутренние силы механической системы — мера взаимодействия входящих в нее тел.

Внутренние силы нельзя мысленно рассматривать как приложен­ные к центру тяжести системы. Они не могут сами по себе изменять движение ОЦТ системы и ее кинетический момент.

Внутренние силы осуществляют притягивание и оттал­кивание внутри системы, между ее частями. В абсолютно твер­дом теле они попарно взаимно уравновешиваются. В системе внутрен­ние силы попарно не уравновешиваются, если приложены к разным частям системы (телам),— каждая производит свое действие.

К внутренним для тела человека силам относятся силы мышечной тяги и силы пассивного противодействия органов и тканей.

4.1. Силы мышечной тяги

Силы мышечной тяги приложены к звеньям кинематических це­пей внутри тела. Мышцы в своей активности всегда объединены в груп­пы. Силы тяги каждой мышцы изменяются. Поэтому изменяются и тяги отдельной группы мышц и тяги взаимодействующих групп мышц. Мышцы могут по ходу движения включаться в работу, выключаться из нее, а также, изменяя функцию, переходить из одной группы в дру­гую. Совместное действие мышц обеспечивает сохранение и направлен­ное изменение взаимного расположения звеньев.

Работа мышц — основной источник энергии движений человека (энергетическая функция). Мышцы, изменяя положение частей тела, обусловливают его воздействие на опору, среду и внеш­ние тела. Посредством мышечных тяг человек управляет движениями, используя внешние силы и остальные внутренние силы (управляющая функция).

источник

Возникновение силы упругой деформации в пассивной и активной мышцах

Упругая деформация в силовых видах спорта.
Автор: Андрей Антонов

Я думаю всем известно такое понятие, как энергия упругой деформации сухожилий. В ряде видов спорта спортсмены используют для достижения результата не только силу мышц, но и накопленную энергию эластичных элементов мышечного аппарата. С вопросом об использовании этой энергии в силовых видах спорта мы обратились к нашему постоянному консультанту, профессору Виктору Николаевичу Селуянову. К тому же Виктор Николаевич является одним из авторов замечательного учебника «Биомеханика двигательного аппарата человека», написанного им в соавторстве с В. М. Зациорским и А. С. Аруином. В этом учебнике есть целая глава, посвященная биомеханики сухожильно-связочного аппарата. К сожалению учебник вышел в печать в далеком 1981 году и больше не переиздавался, а в современных учебниках биомеханики этому вопросу не уделяется должного внимания.

Железный Мир: Здравствуйте Виктор Николаевич! Я думаю, что не все читатели знакомы с Вашим с соавторами учебником, поэтому начнем с самых азов. Расскажите,что скрывается за этим понятием упругая деформация мышц.

Виктор Селуянов: Упругость в биологических объектах связана с коллагеновыми образованиями. Они как правило представляют собой спираль, поэтому легко могут растягиваться и возвращаться в начальное состояние в пределах допустимой биологической нормы. Встречается короткодиапазонная упругость и длиннодиапазонная. Короткодиапазонная упругость — это упругость структурных элементов миофибриллы. Начнем с сактиномиозиновогомостика, состоящего из головки,тела и места крепления к миазиновомуфиламенту. Тело мостика – тончайшая ниточка представляет собой по сути пружинку. Физики специально изучали ее свойства и получили ее коэффициент упругости и другие характеристики. Но она очень мало растягивается, очень жесткая. Практического значения для выполнения упражнения не имеет. Но она необходима чтобы там, на микроуровне, выполнять движения и амортизировать всякие рассогласования в работе и несчастные случаи, которые там происходят. Так же упругостью обладают миозин, зет пластинка и титин. Титин тоже представляет из себя некоторую коллагеновую нить, которая может деформироваться. Сама зет пластинка может колебаться в ту или другую сторону. Но все это мелочи, на которые практикам не следует обращать внимание. Главная упругость, длиннодиапазонная, находится в сухожильной части. И если это сухожилие достаточно длинное, оно растягивается на 2-3 мм. Иногда на 5 мм. Коленный сустав только за счет длины сухожилия может изменять угол на 10-20 гр. Именно это и происходит, когда человек бежит. Он натыкается на опору, коленный сустав амортизирует и отдает энергию обратно. При этом мышцы практически не сокращаются. Происходит накопление и отдача энергии упругой деформации.

ЖМ: А разве при беге не более важно ахиллово сухожилие.

ВС: Я сейчас говорю только про коленное сухожилие. А в ахиллах происходит то же самое. Ахиллово сухожилие длиннее и там еще больше накапливается энергия упругой деформации (ЭУД). От длины сухожилий зависит эта величина ЭУД. Самое главное с какой амплитудой работает сухожилие. Человек, который использует ЭУД, то есть бежит, натыкается и потом подпрыгивает. Если при этом его мышца не сокращается, то молекулы АТФ практически не тратится, тратятся только на первый захват, а потом растягивается сухожилие, мышца остается в растянутом положении. Молекула АТФ не может истратится, когда мостик находится в растянутом положении. И в результате спортсмен начинает очень мало расходовать энергии во время движения. Движение происходит за счет накопления и отдачи ЭУД. Поэтому во всех видах спорта где начинают использовать ЭУД КПД резко возрастает. Дальше можно привести типы движений где считали КПД. Самый простой случай ходьба вверх и вниз по лестнице. Вверх КПД =20%. Когда вниз, то полагают это 1/3 от затрат, когда идешь вверх. Но если вычесть затраты на работу внутренних органов, то метаболические затраты практически равны нулю. Если потом разделить механическую работу по спусканию на энергию метаболическую, то КПД получается более 1000 %. Из животных самым экономичным считают кенгуру. У него очень длинные сухожилия и он совершает прыжки используя ЭУД. При весьма скудных величинах потребления кислорода он бежит со скоростью 60 км/ч.

ЖМ: Расскажите поподробнее как запускается механизм ЭУД.

ВС: Для начала нужно создать встречное движение, направленную в сторону противоположную от направления основного движения. В беге и прыжках это движение осуществляется под действием силы тяжести, в метании используется замах, который осуществляют мышцы антагонисты. А перед тем как запустить в движение в обратную сторону необходимо начать напрягать целевые мышцы. Когда они напрягаются в негативной фазе, начинают растягиваться упругие компоненты. Сила мышц увеличивается за счет рекрутирования новых ДЕ, негативное движение тормозится и следует позитивное движение, которое обеспечивается как мышцами, так и ЭУД растянутых сухожилий и поэтому имеет больший силовой показатель. Самый простой пример это разница между выпрыгиванием из статического полуприседа и выпрыгиваниемс использованием быстрого подседа. В одном эксперименте группа испытуемых (31 чел.) совершала однократные прыжки вверх с места на максимальную высоту с паузой и без паузы после приседания. Все испытуемые выполняли по 3 попытки каждого варианта без помощи маховых движений рук. В результате при выполнении без паузы результат был лучше на 8%.Чем больше вклад такой неметаболической энергии в общую величину энергии, обеспечивающей выполнение основного движения, тем меньше требуется метаболической энергии, тем более экономично выполняется это движение.

ЖМ: Чем сильнее растянуто сухожилие, тем больше будет ЭУД?

ЖМ: Если марафонец бежит через пятку он в большей степени использует ЭУД ахиллового сухожилия, чем спринтер, который бежит на носках?

ВС: Наоборот. При беге с пятки ЭУД не накапливается в ахилловом сухожилии. Это для спринтера неправильно. Надо поставить стопу на носок. Тогда угол в голеностопном суставе начнет меняться при напряженной мышце. Ахилово сухожилие растянется и отдаст энергию при толчке. Поставил на пятку – ничего в гленостопном суставе не растягивается , внешние силы равны нолю.
На пятках бежать можно, но при этом ставятся совсем другие задачи. Марафон нельзя бежать на носках. За время прохождения дистанции марафона камбаловидная мышца в ноль разрушится. Поэтому марафонцы соревнуются два раза за сезон. Чтобы мышцы не разрушались, надо бежать с пятки, а под пяткой должна быть мягкая подошва.

ЖМ: Так ведь марафонки (специальная обувь марафонцев) имеют жесткую подошву.

ВС: Вот это плохо. Поэтому они и травмируются так сильно. После суточного марафона (примерно 260-280 км) мышцы болят, температура тела поднимается до 40оС. Выздоровление наступает через 10 дней.

источник

Трехкомпонентная модель мышцы

Понять механику мышечного сокращения помогает представление мышцы в виде механической модели, составленной из комбинации сократительных и упругих компонентов (рис.2.5). Упругие компоненты мышцы моделируем в виде пружин с нелинейными упругими свойствами. Представление о мышце как о трехкомпонентной системе является биомеханической моделью. Это не означает, что мышца реально (то есть материально, вещественно) состоит из трех этих компонентов, а лишь означает, что мышца обладает свойствами, характерными для тех элементов, которыми мы моделируем мышцу. Выявив в предыдущем параграфе свойства элементов, из которых мы моделируем мышцу, рассмотрим, как эта модель будет разгонять биокинематические звенья.

Если мышца не была предварительно растянута, то ее следует рассматривать как систему, состоящую из сократительного (саркомер) и последовательного упругого компонентов (сухожилия мышц, места перехода миофибрилл в соединительную ткань). При возбуждении нерастянутой мышцы начинается процесс укорочения контрактильного компонента. Сила тяги, развиваемая контрактильным элементом при его укорочении, будет растягивать последовательный упругий компонент, передавая через него усилие разгоняемому звену. Растягивание последовательного упругого компонента будет длиться до тех пор, пока скорость звена не уравняется со скоростью контрактильного компонента. С этого момента растянутая последовательная пружина освобождается от деформирующей нагрузки и начинает релаксировать (восстанавливать исходную длину). Высвобождаемая при релаксации пружины энергия упругой деформации переходит в кинетическую энергию перемещаемого звена, сообщая ему дополнительную скорость. Скорость звена становится больше скорости сократительного процесса, и дальнейшее его стимулирование с потреблением энергии от организма становится нецелесообразным.

Рис.2.5 Трехкомпонентная модель мышцы (по В.М.Зациорскому)

1 — параллельный упругий компонент,

2 — сократительный компонент,

3 — поседовательный упругий компонент

Таким образом, важнейшие свойства системы, составленной из сократительного и последовательно упругого элементов, является ее способность сообщать звену скорость, превышающую максимальную скорость сокращения мышцы.

Рассмотрим роль параллельного упругого компонента (соединительно — тканные образования, составляющие оболочку мышечного волокна) в механике мышечного сокращения.

При растягивании пассивной мышцы в параллельном упругом компоненте возникают силы упругой деформации. Зависимость между длиной пассивной мышцы и упругими силами показана на кривой 2, рис.2.6.

При возбуждении предварительно растянутой мышцы суммарная сила тяги активной мышцы (кривая 3, рис.2.6) равна сумме сил, которые проявляют: а) контрактильный компонент мышцы (кривая 1, рис.2.6), параллельный упругий компонент (кривая 2, рис.2.6).

Таким образом, при стимулировании сократительного процесса предварительно растянутой мышцы развиваемая ею суммарная сила тяги превышает силу тяги собственно контрактильного компонента. Зависимость между данной силой тяги активной мышцы (кривая 3, рис.2.6) называется характеристической зависимостью “сила — длина” мышцы.

Еще И.М.Сеченовым было замечено, что высокая скорость достигается тогда, когда мышцы посредством которых оно выполняется, сокращаются, находясь перед этим в сильно растянутом состоянии. Это явление получило в дальнейшем название баллистической работы.

Вывод о целесообразности баллистического эффекта не нов. Встает только вопрос, а как этого добиваться?

Ошибочно думать, что предварительное растягивание мышцы должно осуществляться ее антагонистом. Растягивать мышцу должна сила для данного сочленения внешняя . Например, сила тяжести, при амортизации, сила инерции звена, возникающая при движении в других сочленениях, работа по разгону этого звена, проделанная в предыдущей фазе (замах, обгон снаряда при метаниях).

Дата добавления: 2015-05-09 ; Просмотров: 1187 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

источник

Биомеханика мышц

Скелетные мышцы являются основными движителями нашего тела. Их количество превышает 600. С биомеханической точки зрения основными показателями их деятельности в организме человека являются сила тяги и скорость изменения длины. Следует подчеркнуть, что мышца может только тянуть, толкать она не может. Именно поэтому для управления движениями в суставах относительно той или иной степени свободы необходимы как минимум две мышцы-антагонисты. Реально их значительно больше, что создает значительные трудности в понимании того, как мозг распределяет степень участия мышц в суставных движениях. Это одна из нерешенных пока проблем организации движений человека, которая в биомеханике получила название проблема избыточности в управлении мышечной активностью.

Эксперименты на изолированных мышцах животных и человека показали, что сила тяги мышцы складывается из двух составляющих. Одна из них, назовем ее активной составляющей, обусловлена сократительными возможностями мышечной ткани. Другая составляющая силы возникает при растягивании мышцы и обусловлена наличием в ней соединительной ткани, которая ведет себя подобно пружине и способна накапливать энергию упругой деформации при растягивании мышцы. Назовем ее пассивной составляющей силы тяги мышцы. Следует подчеркнуть, что активная сила тяги сопровождается затратами химической энергии, запасенной в мышцах, и, как следствие, приводит к утомлению. Пассивная составляющая силы тяги имеет сугубо механическую природу и не требует затрат химической энергии.

Рассмотрим основные зависимости, раскрывающие сущность механики мышечного сокращения.

На рис. 6 показаны зависимости силы тяги изолированной мышцы от ее длины. Видно, что с увеличением длины мышцы суммарная сила тяги (а) увеличивается, но при этом активная (с) и пассивная (Ь) составляющие силы изменяются по-разному. Сила упругой деформации (Ь) нелинейно возрастает с увеличением длины мышцы. Активная сила (с) сначала увеличивается, а затем уменьшается, т. е. максимум силы тяги наблюдается при некоторой оптимальной длине мышцы, которая получила название длина покоя. Отметим, что в зависимости от количества соединительной ткани в мышце характер кривых «сила- длина» и доля вклада активной и пассивной силы в общую силу тяги мышцы изменяются (рис. 6-1, II, и III).

л.

Зависимость силы тяги мышцы (F) от ее длины (I).

Сплошная линия (а) — общая сила тяги; сплошная линия (Ь) — сила тяги мышцы при ее пассивном состоянии;

пунктирная линия (с) — сила тяги сократительных элементов мышцы.

Дата добавления: 2015-07-24 ; просмотров: 1003 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

источник

Биомеханика мышц

Скелетные мышцы являются основными движителями нашего тела. Их количество превышает 600. С биомеханической точки зрения основными показателями их деятельности в организме человека являются сила тяги и скорость изменения длины. Следует подчеркнуть, что мышца может только тянуть, толкать она не может. Именно поэтому для управления движениями в суставах относительно той или иной степени свободы необходимы как минимум две мышцы-антагонисты. Реально их значительно больше, что создает значительные трудности в понимании того, как мозг распределяет степень участия мышц в суставных движениях. Это одна из нерешенных пока проблем организации движений человека, которая в биомеханике получила название проблема избыточности в управлении мышечной активностью.

Эксперименты на изолированных мышцах животных и человека показали, что сила тяги мышцы складывается из двух составляющих. Одна из них, назовем ее активной составляющей, обусловлена сократительными возможностями мышечной ткани. Другая составляющая силы возникает при растягивании мышцы и обусловлена наличием в ней соединительной ткани, которая ведет себя подобно пружине и способна накапливать энергию упругой деформации при растягивании мышцы. Назовем ее пассивной составляющей силы тяги мышцы. Следует подчеркнуть, что активная сила тяги сопровождается затратами химической энергии, запасенной в мышцах, и, как следствие, приводит к утомлению. Пассивная составляющая силы тяги имеет сугубо механическую природу и не требует затрат химической энергии.

Рассмотрим основные зависимости, раскрывающие сущность механики мышечного сокращения.

На рис. 6 показаны зависимости силы тяги изолированной мышцы от ее длины. Видно, что с увеличением длины мышцы суммарная сила тяги (а) увеличивается, но при этом активная (с) и пассивная (Ь) составляющие силы изменяются по-разному. Сила упругой деформации (Ь) нелинейно возрастает с увеличением длины мышцы. Активная сила (с) сначала увеличивается, а затем уменьшается, т. е. максимум силы тяги наблюдается при некоторой оптимальной длине мышцы, которая получила название длина покоя. Отметим, что в зависимости от количества соединительной ткани в мышце характер кривых «сила- длина» и доля вклада активной и пассивной силы в общую силу тяги мышцы изменяются (рис. 6-1, II, и III).

л.

Зависимость силы тяги мышцы (F) от ее длины (I).

Сплошная линия (а) — общая сила тяги; сплошная линия (Ь) — сила тяги мышцы при ее пассивном состоянии;

пунктирная линия (с) — сила тяги сократительных элементов мышцы.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: При сдаче лабораторной работы, студент делает вид, что все знает; преподаватель делает вид, что верит ему. 9427 — | 7320 — или читать все.

85.95.179.227 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

источник