עבודת שרירים וכוח

המאפיין העיקרי של רקמת השריר היוצרת שרירי שלד הוא התכווצות, מה שמוביל לשינוי באורך השריר תחת השפעת דחפים עצביים. שרירים פועלים על עצמות המנופים המחוברים על ידי מפרקים. במקרה זה, כל שריר פועל על המפרק בכיוון אחד בלבד. במפרק חד-צירי (גלילי, בצורת בלוק), תנועת מנופי העצם מתרחשת רק סביב ציר אחד, ולכן השרירים ממוקמים ביחס למפרק כזה משני הצדדים ופועלים עליו בשני כיוונים (כיפוף - הארכה; אדוקציה - חטיפה, סיבוב). לדוגמה, במפרק המרפק, חלק מהשרירים הם כופפים, אחרים הם אקסטנסורים. ביחס זה לזה, שרירים אלה, הפועלים על המפרק בכיוונים מנוגדים, הם אנטגוניסטים. ככלל, שני שרירים או יותר פועלים על כל מפרק בכיוון אחד. שרירים כאלה, ידידותיים לכיוון הפעולה, נקראים סינרגיסטים. במפרק דו-צירי (אליפסואידי, קונדילרי, בצורת אוכף), השרירים מקובצים לפי שני ציריו, סביבם מתבצעות תנועות. במפרק כדורי, בעל שלושה צירי תנועה (מפרק רב-צירי), השרירים סמוכים מכמה צדדים ופועלים עליו בכיוונים שונים. לדוגמה, במפרק הכתף יש שרירים - כופפים ומיישרים, המבצעים תנועה סביב הציר הקדמי, שרירי חוטפים ומיישרים - סביב הציר הסגיטלי, ומסובבים - סביב הציר האורכי (פנימה - פרונטורים וחוצים - סופינטורים).

בקבוצת שרירים המבצעת תנועה מסוימת, ניתן להבחין בין השרירים העיקריים המספקים את התנועה הנתונה, לבין שרירי העזר, שתפקידם העזר מצוין בשמם עצמו. שרירי העזר מדגמנים את התנועה, ומעניקים לה מאפיינים ייחודיים.

עבור המאפיינים התפקודיים של השרירים, משתמשים באינדיקטורים כגון חתך הרוחב האנטומי והפיזיולוגי שלהם. החתך האנטומי הוא גודל (שטח) החתך הניצב לציר הארוך של השריר ועובר דרך הבטן בחלקו הרחב ביותר. אינדיקטור זה מאפיין את גודל השריר ואת עוביו. החתך הפיזיולוגי של השריר הוא שטח החתך הכולל של כל סיבי השריר המרכיבים את השריר הנחקר. מכיוון שעוצמתו של שריר מתכווץ תלויה במספר סיבי השריר ובגודל החתך, החתך הפיזיולוגי של השריר מאפיין את עוצמתו. בשרירים בצורת סרט עם סידור סיבים מקביל, החתכים האנטומיים והפיזיולוגיים חופפים. תמונה שונה היא בשרירים בעלי חצובה, בעלי מספר רב של צרורות שרירים קצרים. מבין שני שרירים שווים בעלי חתך אנטומי זהה, לשריר הבעל יש חתך פיזיולוגי גדול יותר מאשר לשריר בעל החצובה. החתך הכולל של סיבי השריר בשריר בעל חצובה גדול יותר, והסיבים עצמם קצרים יותר מאשר בשריר בעל חצובה. בהקשר זה, לשריר pennate יש כוח גדול יותר מאשר לשריר pennate, אך טווח ההתכווצות של סיבי השריר הקצרים שלו קטן יותר. שרירי pennate נמצאים במקומות בהם נדרש כוח משמעותי של התכווצות שרירים עם טווח תנועה קטן יחסית (שרירי שוק, כף רגל, חלק משרירי האמה). שרירים בצורת סרט, בצורת כיוונים, הבנויים מסיבי שריר ארוכים, מתקצרים במידה רבה יותר במהלך ההתכווצות. יחד עם זאת, הם מפתחים פחות כוח מאשר שרירי pennate, בעלי אותו חתך אנטומי.

עבודת שרירים. מכיוון שקצות השריר מחוברים לעצמות, נקודות המוצא והחיבור שלו מתקרבות זו לזו במהלך ההתכווצות, והשרירים עצמם מבצעים כמות מסוימת של עבודה. לפיכך, גוף האדם או חלקיו משנים את מיקומם כאשר השרירים המתאימים מתכווצים, נעים, מתגברים על התנגדות הכבידה או, להפך, נכנעים לכוח זה. במקרים אחרים, כאשר השרירים מתכווצים, הגוף מוחזק בתנוחה מסוימת מבלי לבצע תנועה. על סמך זה, מבחינים בין התגברות, כניעה והחזקת עבודת שרירים.

התגברות על עבודת שרירים מתבצעת כאשר כוח התכווצות השרירים משנה את מיקום איבר הגוף, הגפה או החוליה שלו, עם או בלי עומס, ומתגבר על כוח ההתנגדות.

עבודה נחותה היא עבודה שבה כוח השריר נכנע לכוח הכבידה של חלק הגוף (גפה) ולמטען שהוא נושא. השריר פועל, אך אינו מתקצר, אלא מתארך; לדוגמה, כאשר אי אפשר להרים או להחזיק חפץ בעל מסה גדולה. במאמץ שרירי גדול, יש להוריד את הגוף לרצפה או למשטח אחר.

עבודת אחיזה מתבצעת כאשר כוח התכווצויות השרירים מחזיק גוף או מטען בתנוחה מסוימת מבלי לזוז במרחב. לדוגמה, אדם עומד או יושב מבלי לזוז, או מחזיק מטען באותו תנוחה. כוח התכווצויות השרירים מאזן את מסת הגוף או המטען. במקרה זה, השרירים מתכווצים מבלי לשנות את אורכם (התכווצות איזומטרית).

עבודה של התגברות וכניעה, כאשר כוח התכווצויות השרירים מזיז את הגוף או את חלקיו במרחב, יכולה להיחשב כעבודה דינמית. עבודת החזקה, שבה לא מתרחשת תנועה של כל הגוף או חלק ממנו, היא עבודה סטטית.

עצמות המחוברות באמצעות מפרקים משמשות כמנופים כאשר שרירים מתכווצים. בביומכניקה, מבחינים בין מנוף מסוג ראשון, כאשר נקודות ההתנגדות והפעלת כוח השרירים נמצאות בצדדים שונים של נקודת המשען, ומנוף מסוג שני, שבו שני הכוחות מופעלים בצד אחד של נקודת המשען, במרחקים שונים ממנו.

הסוג הראשון של מנוף דו-זרועי נקרא "מנוף שיווי משקל". נקודת המשען ממוקמת בין נקודת הפעלת הכוח (כוח התכווצות השרירים) לנקודת ההתנגדות (כוח המשיכה, מסת האיבר). דוגמה למנוף כזה היא החיבור של עמוד השדרה עם הגולגולת. שיווי משקל מושג בתנאי שמומנט הכוח המופעל (מכפלת הכוח הפועל על עצם העורף באורך הזרוע, השווה למרחק מנקודת המשען לנקודת הפעלת הכוח) שווה למומנט הכבידה (מכפלת הכבידה באורך הזרוע, השווה למרחק מנקודת המשען לנקודת הפעלת הכבידה).

מנוף מסוג שני הוא בעל זרוע אחת. בביומכניקה (בניגוד למכניקה), הוא מגיע בשני סוגים. סוג מנוף כזה תלוי במיקום נקודת הפעלת הכוח ונקודת הפעולה של כוח הכבידה, שבשני המקרים נמצאות באותו צד של נקודת המשען. הסוג הראשון של מנוף מסוג שני (מנוף כוח) מתרחש כאשר זרוע הפעלת כוח השריר ארוכה יותר מזרוע ההתנגדות (כוח הכבידה). אם נבחן את כף הרגל כדוגמה, נוכל לראות שנקודת המשען (ציר הסיבוב) היא ראש עצם המטטרסל, ונקודת הפעלת כוח השריר (שריר התלת ראשי) היא עצם העקב. נקודת ההתנגדות (כוח הכבידה של הגוף) נמצאת בצומת עצמות השוק עם כף הרגל (מפרק הקרסול). במנוף זה, יש עלייה בכוח (זרוע הפעלת הכוח ארוכה יותר) ואובדן במהירות התנועה של נקודת ההתנגדות (זרועה קצרה יותר). בסוג השני של מנוף בעל זרוע אחת (מנוף מהירות), זרוע הפעלת כוח השרירים קצרה מזרוע ההתנגדות, שם מופעל הכוח הנגדי, כוח הכבידה. כדי להתגבר על כוח הכבידה, שנקודת הפעלתו נמצאת במרחק ניכר מנקודת הסיבוב במפרק המרפק (נקודת המשען), נדרש כוח גדול משמעותית של שרירי הכופף המחוברים ליד מפרק המרפק (בנקודת הפעלת הכוח). במקרה זה, יש עלייה במהירות ובטווח התנועה של המנוף הארוך יותר (נקודת ההתנגדות) ואובדן בכוח הפועל בנקודת הפעלת כוח זה.