Muskelarbejde og styrke

Hovedegenskaben ved muskelvæv, der danner skeletmuskler, er kontraktilitet, hvilket fører til en ændring i muskellængden under påvirkning af nerveimpulser. Muskler virker på knoglerne i arme, der er forbundet af led. I dette tilfælde virker hver muskel kun på leddet i én retning. I et enakset led (cylindrisk, blokformet) sker bevægelsen af knoglearme kun omkring én akse, så musklerne er placeret i forhold til et sådant led på begge sider og virker på det i to retninger (fleksion - ekstension; adduktion - abduktion, rotation). For eksempel er nogle muskler i albueleddet fleksorer, andre er ekstensorer. I forhold til hinanden er disse muskler, der virker på leddet i modsatte retninger, antagonister. Som regel virker to eller flere muskler på hvert led i én retning. Sådanne muskler, der er venligt forankret i virkningsretningen, kaldes synergister. I et biaxialt led (ellipsoidt, kondylært, sadelformet) er musklerne grupperet efter dets to akser, omkring hvilke bevægelser udføres. I et kugleled, som har tre bevægelsesakser (et multiaksialt led), støder musklerne op til hinanden fra flere sider og virker på det i forskellige retninger. For eksempel har skulderleddet muskler - flexorer og extensorer, som udfører bevægelse omkring frontalaksen, abduktorer og adduktorer - omkring sagittalaksen, og rotatorer - omkring længdeaksen (indadgående - pronatorer og udadgående - supinatorer).

I en gruppe af muskler, der udfører en bestemt bevægelse, kan vi skelne mellem de hovedmuskler, der sørger for den givne bevægelse, og hjælpemusklerne, hvis hjælperolle er angivet af selve navnet. Hjælpemusklerne modellerer bevægelsen og giver den individuelle karakteristika.

For at måle musklernes funktionelle karakteristika anvendes indikatorer som deres anatomiske og fysiologiske tværsnit. Det anatomiske tværsnit er størrelsen (arealet) af tværsnittet vinkelret på musklens længdeakse og gennem bugen i dens bredeste del. Denne indikator karakteriserer musklens størrelse, dens tykkelse. Musklens fysiologiske tværsnit er det samlede tværsnitsareal af alle muskelfibre, der udgør den undersøgte muskel. Da styrken af en kontraherende muskel afhænger af antallet af muskelfibre og tværsnittets størrelse, karakteriserer musklens fysiologiske tværsnit dens styrke. I fusiforme, båndformede muskler med parallel fiberopstilling falder de anatomiske og fysiologiske tværsnit sammen. Et andet billede ser ud i pennate muskler, som har et stort antal korte muskelbundter. Af to lige store muskler med samme anatomiske tværsnit har pennate muskler et større fysiologisk tværsnit end fusiforme muskler. Det samlede tværsnit af muskelfibre i en pennate muskel er større, og fibrene i sig selv er kortere end i en fusiform muskel. I denne henseende har en pennatmuskel større styrke end sidstnævnte, men kontraktionsområdet for dens korte muskelfibre er mindre. Pennatmuskler findes, hvor der kræves betydelig muskelkontraktionskraft med et relativt lille bevægelsesområde (muskler i underbenet, foden, nogle muskler i underarmen). Fusiforme, båndformede muskler, bygget af lange muskelfibre, forkortes mere under kontraktion. Samtidig udvikler de mindre kraft end pennatmuskler, som har samme anatomiske tværsnit.

Muskelarbejde. Da musklen er fastgjort til knoglerne, kommer dens udgangs- og fæstepunkter tættere på hinanden under sammentrækningen, og musklerne selv udfører en vis mængde arbejde. Således ændrer menneskekroppen eller dens dele deres position, når de tilsvarende muskler trækker sig sammen, bevæger sig, overvinder tyngdekraftens modstand eller omvendt giver efter for denne kraft. I andre tilfælde, når musklerne trækker sig sammen, holdes kroppen i en bestemt position uden at udføre en bevægelse. Baseret på dette skelnes der mellem at overvinde, give efter og holde muskelarbejde.

Overvindelse af muskelarbejde udføres, når kraften fra muskelkontraktion ændrer positionen af en kropsdel, et lem eller et led, med eller uden belastning, og dermed overvinder modstandskraften.

Inferiort arbejde er arbejde, hvor muskelstyrken giver efter for tyngdekraften fra kropsdelen (lemmet) og den belastning, den bærer. Musklen arbejder, men den forkortes ikke, men forlænges snarere; for eksempel når det er umuligt at løfte eller holde en genstand med en stor masse. Med stor muskelindsats skal kroppen sænkes ned på gulvet eller en anden overflade.

Holdearbejde udføres, når kraften fra muskelkontraktioner holder en krop eller byrde i en bestemt position uden at bevæge sig i rummet. For eksempel står eller sidder en person uden at bevæge sig, eller holder en byrde i samme position. Kraften fra muskelkontraktioner afbalancerer kroppens eller byrdens masse. I dette tilfælde trækker musklerne sig sammen uden at ændre deres længde (isometrisk kontraktion).

Overvindelse og eftergivende arbejde, når kraften fra muskelsammentrækninger bevæger kroppen eller dens dele i rummet, kan betragtes som dynamisk arbejde. Holdearbejde, hvor bevægelse af hele kroppen eller en del af kroppen ikke forekommer, er statisk arbejde.

Knogler forbundet af led fungerer som løftestænger, når muskler trækker sig sammen. Inden for biomekanik skelnes der mellem en løftestang af første klasse, hvor modstands- og påføringspunkterne af muskelkraft er på forskellige sider af omdrejningspunktet, og en løftestang af anden klasse, hvor begge kræfter påføres på den ene side af omdrejningspunktet i forskellige afstande fra det.

Den første type toarmet håndtag kaldes "balancehåndtaget". Omdrejningspunktet er placeret mellem kraftpåføringspunktet (muskelkontraktionskraften) og modstandspunktet (tyngdekraft, organmasse). Et eksempel på et sådant håndtag er rygsøjlens forbindelse med kraniet. Ligevægt opnås under den betingelse, at den påførte krafts drejningsmoment (produktet af den kraft, der virker på nakkebenet, med armens længde, som er lig med afstanden fra omdrejningspunktet til kraftpåføringspunktet) er lig med tyngdekraftens drejningsmoment (produktet af tyngdekraften med armens længde, lig med afstanden fra omdrejningspunktet til tyngdekraftens angrebspunkt).

Den anden type håndtag er enarmet. Inden for biomekanik (i modsætning til mekanik) findes den i to typer. Typen af et sådant håndtag afhænger af placeringen af kraftpåføringspunktet og tyngdekraftens virkningspunkt, som i begge tilfælde er på samme side af omdrejningspunktet. Den første type af den anden type håndtag (kraftpåføringspunkt) opstår, når muskelkraftpåføringsarmen er længere end modstandsarmen (tyngdekraften). Hvis vi tager foden som et eksempel, kan vi se, at omdrejningsaksen (rotationsaksen) er hovedet på mellemfodsknoglen, og muskelkraftpåføringspunktet (triceps surae-musklen) er hælbenet. Modstandspunktet (kroppens tyngdekraft) er ved overgangen mellem skinnebenet og foden (ankelleddet). I dette håndtag er der en kraftforøgelse (kraftpåføringsarmen er længere) og et tab af modstandspunktets bevægelseshastighed (dens arm er kortere). I den anden type enkeltarmshåndtag (hastighedshåndtag) er muskelkraftens påføringsarm kortere end modstandsarmen, hvor den modsatrettede kraft, tyngdekraften, påføres. For at overvinde tyngdekraften, hvis påføringspunkt er i en betydelig afstand fra rotationspunktet i albueleddet (drejepunktet), kræves en betydeligt større kraft fra de bøjemuskler, der er fastgjort nær albueleddet (ved kraftpåføringspunktet). I dette tilfælde er der en gevinst i hastigheden og bevægelsesområdet for det længere håndtag (modstandspunktet) og et tab i den kraft, der virker på påføringspunktet for denne kraft.