Для ротационного движения рычага, его вращения, необходимо действие приложенной силы. При этом сила должна действовать под углом к рычагу, для того чтобы получилось движение. Если линия действия приложенной силы совпадает точно с длиной рычага, движения не произойдет, а рычаг будет (в зависимости от направления силы) стабилизирован у своей точки опоры или же сила будет стремиться оторвать рычаг от нее.
В условиях человеческого тела приложенные силы приведут его части в движение только в том случае, если они приложены к костным рычагам под углом. Это относится и к мышечной силе. Необходимо, чтобы линия натяжения мышцы заключала с механической осью соответствующего сегмента некоторый угол для передвижения сегмента. Но даже когда мышца тянет сегмент под углом, обычно не вся, а только часть ее силы используется, для получения движения.
Считается, что мышечная сила обладает двумя составными частями. Одна ротационная, или рабочая, вызывающая вращение костного рычага. У нее направление перпендикулярно механической оси сегмента. Вторая часть неротационная (нерабочая). Ее линия действия совпадает с механической осью сегмента, и в зависимости от ее направления может привести к стабилизирующему или дислоцирующему эффекту.
Какая часть развитой при мышечном сокращении силы попадает на рабочую и на нерабочую составные части и каково будет направление нерабочей составной части зависит от угла натяжения мышцы. Установлена следующая закономерность: ротационная составная часть прямо пропорциональна синусу угла натяжения, а неротационная - косинусу этого угла.
Когда мышца тянет кость под углом менее 90°, нерабочая составная часть будет направлена к проксимальному суставу, т. е. к опорной точке, рычага, и она будет стабилизирующей. С увеличением угла натяжения рабочая составная часть возрастает, и при 90° вся сила используется для вращения костного рычага (синус 90° = 0), а нерабочая составная часть будет равна нулю. При дальнейшем нарастании угла натяжения более 90°, ротационная составная часть уменьшается, а нерабочая увеличивается, получая уже дистальное направление от опорной точки, т. е. становится дислоцирующей.
Природа устроила человеческое тело так, что мышцы обычно расположены вдоль костей, огибая их, что с точки зрения биологической защиты весьма целесообразно. Однако в таком случае направление мышечной силы почти параллельно механической оси костного сегмента, и следовало бы ожидать совсем небольшой угол натяжения мышц. Соответственно и небольшая часть мышечной силы была бы использована для движения (незначительный ротационный компонент!). Но здесь именно проявляется роль анатомических блоков. Изменяя ход мышечных сухожилий, они увеличивают угол натяжения мышц. Это приводит к увеличению ротационного компонента мышечной силы, а затем и к более эффективному использованию движения. Все же расположение большинства скелетных мышц остается таким, что, по крайней мере, в начале движения мышцы заключают с костным рычагом совсем небольшой угол и проявляют главным образом стабилизирующее действие. Вот почему некоторые кинезиологи считают, что стабилизация и равновесие являются первой функцией мышц, а движение второй.
Благодаря стабилизирующей функции, мышцы дополняют связи и укрепляют суставы. Это особенно относится к суставам большой подвижности и со сравнительно слабыми связками, примером чего является плечевой сустав. Он укреплен такими мышцами как m. coracobrachialis и т. subclavius, которые при всех позициях сустава остаются почти параллельными костному рычагу. Они выполняют главным образом стабилизирующую роль, сокращаясь в тот момент, когда суставу грозит дислокация при сильных движениях.
При продолжающемся движении, когда угол натяжения мышцы станет больше 90°, неротационная составная часть мышечной силы будет дислоцирующей, т. е. будет тянуть в направлении от сустава. На практике дело не доходит до дислокации по двум причинам. Во-первых, при таком положении мышцы уже сократились близко до своей максимальной точки, а при этих условиях их сила минимальна. Во-вторых, в этой фазе движения вступают в действие обычно и другие мышцы, которые обеспечивают необходимую стабилизацию сустава.
Момент силы и момент гравитации при движениях человека. Истинным плечом силы рычага в механике называют перпендикулярное расстояние от линии действия силы до точки опоры. Истинным плечом сопротивления соответственно является перпендикулярное расстояние от линии действия сопротивления до точки опоры. Когда сила и сопротивление действуют в направлении линий, заключающих с рычагом прямой угол, тогда истинные плечи силы и сопротивления будут частями самого рычага. Однако, в обратном случае, когда линии действия не заключают прямого угла с рычагом, перпендикулярное расстояние между точкой приложения силы (сопротивления) не будет уже частью самого рычага. В человеческом теле при анатомических рычагах обычно как сила (мышечное натяжение), так и сопротивление (гравитация) не имеют перпендикулярного направления к костному рычагу. Поэтому здесь истинные плечи силы и сопротивления находят с помощью биомеханической схемы и измерений. А именно, длина истинного плеча силы и сопротивления и их взаимоотношение являются решающим фактором, определяющим свойства рычагов, закономерности и соответствующие вычисления. Это в большой степени обусловливает также эффективность совершаемых мышечных движений. Если истинное плечо силы анатомического рычага в два раза длиннее истинного плеча силы другого рычага, то для движения первого требуется в два раза меньшая мышечная сила, чем для второго.
Основы кинезитерапии и кинезиологии, часть 1
Часть 2 | Часть 3 | Часть 4 | Часть 5 | Часть 6 | Часть 7 | Часть 8 | Часть 9 | Часть 10 | Часть 11