Условие равновесия рычага и расчёт силы тяги мышцы

Проигрыш в силе тяги мышц, характерный для большинства суставов тела человека, отражает весьма важную особенность строения скелетно-мышечной системы. Она состоит в том, что мышцы крепятся очень близко к осям вращения в суставах и как следствие этого имеют малые величины плеч сил. Внешние нагрузки действуют на больших плечах сил. Такое строение приводит к проигрышу в мышечных силах, но к выигрышу в размахе и скорости движения в суставе.

Рис. 9

Зависимость момента силы от угла в локтевом суставе

При сгибании предплечья в локтевом суставе

На рис. 9 приведена зависимость силы сгибателей предплечья от угла в локтевом суставе. Видно, что наиболее выгодное положение соответствует углу, близкому к 90⁰. При увеличении или уменьшении угла момент силы уменьшается.

Основными причинами изменения силовых возможностей человека при изменении угла в суставе являются: 1) изменение плеча силы тяги мышцы; 2) изменение длины мышцы; 3) изменение угла, под которым мышца тянет за кость (рис. 10).

Силу тяги мышцы (F) можно разложить на две составляющие. Одна из них направлена перпендикулярно предплечью (R) и создает вращательный момент в суставе. Другая составляющая силы (P) действует вдоль предплечья и укрепляет сустав, вращательного момента она не создает, поскольку проходит через ось вращения в локтевом суставе.

Рис. 10

Изменение силы тяги двуглавой мышцы плеча (F),

Составляющих этой силы (P и R), плеча силы тяги (d),

И угла тяги мышцы за предплечье в зависимости от угла в локтевом суставе

Из рисунка видно, что с увеличением угла в суставе длина мышцы увеличивается, а следовательно, увеличивается и сила ее тяги (F) за кость. Однако вращающая составляющая этой силы (R) и плечо силы тяги мышцы (d) изменяются не столь однонаправленно. Наибольшие величины этих показателей соответствуют позе № 3, и поэтому в ней проявляется наибольший момент силы в суставе. Несмотря на то, что в позе № 1 сила тяги мышцы наибольшая, значительная часть ее расходуется на укрепление сустава, а не на поворот звена. Это связано с тем, что мышца тянет под очень острым углом по направлению к предплечью, а значит, составляющая P будет больше, чем R.

Рассмотренные закономерности действия мышц на костные рычаги характерны для большинства суставов тела человека.

Гораздо более сложные взаимоотношения в действии мышц на костные рычаги наблюдаются в кинематических цепях. Это связано не только с участием в движении большего числа звеньев тела и мышц, но и с тем, что в теле человека довольно много двусуставных мышц, которые, в отличие от односуставных мышц, обслуживают сразу два сустава. Так, например, прямая мышца бедра разгибает ногу в коленном суставе и сгибает в тазобедренном суставе. Наружная и внутренняя головки трехглавой мышцы голени разгибают стопу в голеностопном суставе и сгибают голень в коленном суставе. Двуглавая мышца плеча сгибает предплечье в локтевом суставе и плечо – в плечевом суставе.

Рис. 11

Зависимость силы давления стопы на опору от угла в коленном суставе