Biomechanika mięśnia i tonus/napięcie mięśniowe

Biomechanika mięśnia

Biomechanika mięśnia opisuje jego zdolność do wykonania pracy jako efektora. To dzięki mięśniom możemy wprowadzić nasze ciało w ruch. Włókna mięśniowe generują siłę m.in. bazując na rozciągnięciu i prędkości w celu wytworzenia ruchu lub stabilności. Ich funkcjonowanie zależy od wewnętrznych właściwości mięśnia (czym się zajmiemy) i zewnętrznego układu.

Z charakterystyki struktury mięśnia wynika, że mięsień ma elementy czynne, zdolne do wytwarzania siły i elementy bierne zdolne do magazynowania i oddawania energii. Można je podzielić na 3 różne komponenty w zależności od ich funkcji i budowy: 

  • Elementy czynne: EK – elementy kurczliwe
  • Elementy bierne: RES – równoległe elementy sprężyste (błony otaczające elementy kurczliwe- błony komórkowe włókien mięśniowych, siateczki sarkoplazmatyczne, namięsna i omięsna) SES – szeregowe elementy sprężyste (w powięziach czyli m.in. ścięgnach i rozcięgnach)
*RES i SES definiowane są w odniesieniu do ułożenia względem elementów kurczliwych.

Więcej informacji o budowie/elementach czynnych i funkcji mięśni.

Elementy bierne

Elementy bierne mają pewną sprężystość, która polega na odzyskiwaniu pierwotnych kształtów po usunięciu naprężeń mechanicznych wywołujących odkształcenia (deformacja lepkosprężysta). Oznacza to, że nawet gdy mięsień nie jest pobudzony, to do jego wydłużenia potrzebna jest siła. Odkształcenie może być spowodowane działaniem elementów kurczliwych lub – przy ich biernym zachowaniu – przez siłę zewnętrzną. Dlatego mięsień zachowuje się w ten sposób, że każde jego dodatkowe wydłużenie o pewną stałą wartość wymaga użycia coraz większej siły. Oznacza to, że jego sztywność będąca miarą odporności na odkształcenie rośnie. Skutkiem tego jest pojawienie się wewnętrznych sił sprężystości, oraz związanej z ich istnieniem potencjalnej energii mechanicznej, tzw. energii sprężystości (,,bierna siła” generowana przez mięśnie). 

Ten rodzaj energii w strukturach biernych mięśni musi być brany pod uwagę przy rozpatrywaniu siły wytwarzanej przez mięsień z odwzorowaniem jego własności strukturalnych i funkcjonalnych.

Przedstawienie uogólnionej zależności siły mięśnia od stanu jego długości uwzględniając obie składowe mięśnia tj. czynną i bierną.
Uogólniona zależność siły mięśnia od stanu jego długości uwzględniając obie składowe mięśnia tj. czynną i bierną.

Z udziałem obu tych składowych, siła w zasadzie wzrasta wraz z rozciągnięciem mięśnia i maleje, gdy mięsień się skraca. Kształt owej zależności nie jest jednakowy dla wszystkich mięśni i zależy od indywidualnych cech budowy. Prawdopodobnie od stosunku długości części ścięgnistych do brzuśca i różnych rodzajów mięśni szkieletowych.

Krzywa d ma swoje maximum przy długości mięśnia większej o około 20% od długości spoczynkowej. To dlatego, że siła pojawia się z pewnym opóźnieniem w stosunku do pierwszych przesunięć na mostkach.

RES i SES w praktyce

Uważa się, że RES rozkłada siły podczas pasywnego rozciągania i utrzymuje ułożenie włókien mięśniowych, podczas gdy SES służy do magazynowania energii sprężystej, która jest uwalniana podczas skurczu mięśni i odgrywa rolę w stabilności podczas skurczu izometrycznego.

Podsumowując mięśnie posiadają swoiste napięcie/tonus, które:

  • nie jest stałe podczas skurczu 
  • jest ściśle powiązane z długością mięśnia 
  • jest rezultatem sumowania oddziaływań aktywnych i pasywnych komponentów mięśnia:
  • aktywne  pochodzące z elementów kurczliwych (liczba mostków aktynowo-miozynowych) ułożonych równolegle                              
  • pasywne  pochodzące z elementów sprężystych (głównie filamenty zbudowane z tytyny) ułożone równolegle i szeregowo.

Bibliografia:

  • Tadeusz Bober, Jerzy Zawadzki: Biomechanika układu ruchu człowieka.
  • Bahler, A. (1967). Series elastic component of mammalian skeletal muscle. American Journal of Physiology-Legacy Content, 213(6), 1560–1564. doi:10.1152/ajplegacy.1967.213.6.1560
  • Rode, C., Siebert, T., Herzog, W., & Blickhan, R. (2009). THE EFFECTS OF PARALLEL AND SERIES ELASTIC COMPONENTS ON THE ACTIVE CAT SOLEUS FORCE-LENGTH RELATIONSHIP. Journal of Mechanics in Medicine and Biology, 09(01), 105–122. doi:10.1142/s0219519409002870
  • Daniel J. Schneck, Joseph D. Bronzino: Biomechanics Principles and Applications

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *