Svalová práce a síla

Hlavní vlastností svalové tkáně, která tvoří kosterní svaly, je kontraktilita, která vede ke změně délky svalu vlivem nervových impulsů. Svaly působí na kosti pák, které jsou spojeny klouby. V tomto případě každý sval působí na kloub pouze v jednom směru. V jednoosém kloubu (válcovitém, blokovitém) dochází k pohybu kostních pák pouze kolem jedné osy, takže svaly jsou umístěny ve vztahu k takovému kloubu na obou stranách a působí na něj ve dvou směrech (flexe - extenze; addukce - abdukce, rotace). Například v loketním kloubu jsou některé svaly flexory, jiné extenzory. Ve vztahu k sobě navzájem jsou tyto svaly, působící na kloub v opačných směrech, antagonisty. Zpravidla dva nebo více svalů působí na každý kloub v jednom směru. Takové svaly, přátelské ve směru působení, se nazývají synergisté. V biaxiálním kloubu (elipsoidním, kondylárním, sedlovitém) jsou svaly seskupeny podle jeho dvou os, kolem kterých se provádějí pohyby. V kulovém kloubu, který má tři osy pohybu (víceosý kloub), jsou svaly přilehlé z několika stran a působí na něj v různých směrech. Například ramenní kloub má svaly - flexory a extenzory, které vykonávají pohyb kolem čelní osy, abduktory a adduktory - kolem sagitální osy a rotátory - kolem podélné osy (dovnitř - pronatory a ven - supinatory).

Ve skupině svalů, které vykonávají určitý pohyb, můžeme rozlišit hlavní svaly, které daný pohyb zajišťují, a pomocné svaly, jejichž pomocná role je naznačena samotným názvem. Pomocné svaly modelují pohyb a dodávají mu individuální charakteristiky.

Pro funkční charakteristiky svalů se používají ukazatele, jako je jejich anatomický a fyziologický průřez. Anatomický průřez je velikost (plocha) průřezu kolmého k dlouhé ose svalu a procházejícího břichem v jeho nejširší části. Tento ukazatel charakterizuje velikost svalu, jeho tloušťku. Fyziologický průřez svalu je celková plocha průřezu všech svalových vláken, která tvoří studovaný sval. Protože síla stahujícího se svalu závisí na počtu svalových vláken a velikosti průřezu, charakterizuje fyziologický průřez svalu jeho sílu. U vřetenovité, páskovité svaly s paralelním uspořádáním vláken se anatomické a fyziologické průřezy shodují. Jiný obraz je u pennatálních svalů, které mají velký počet krátkých svalových svazků. Ze dvou stejných svalů se stejným anatomickým průřezem má pennatální sval větší fyziologický průřez než vřetenovitý sval. Celkový průřez svalových vláken v pennatálním svalu je větší a samotná vlákna jsou kratší než u vřetenovitého svalu. V tomto ohledu má pennatý sval větší sílu než druhý jmenovaný, ale rozsah kontrakce jeho krátkých svalových vláken je menší. Pennaté svaly se nacházejí tam, kde je vyžadována značná síla svalové kontrakce s relativně malým rozsahem pohybu (svaly dolní části nohy, chodidla, některé svaly předloktí). Vřetenovité, stuhovité svaly, tvořené dlouhými svalovými vláken, se během kontrakce zkracují o větší množství. Zároveň vyvíjejí menší sílu než pennaté svaly, které mají stejný anatomický průřez.

Svalová práce. Protože konce svalu jsou připevněny ke kostem, body jeho počátku a úponu se během kontrakce k sobě přibližují a svaly samotné vykonávají určité množství práce. Lidské tělo nebo jeho části tak mění svou polohu, když se odpovídající svaly stahují, pohybují, překonávají odpor gravitace nebo naopak této síle podléhají. V jiných případech, když se svaly stahují, je tělo drženo v určité poloze, aniž by provádělo pohyb. Na základě toho se rozlišuje mezi překonáváním, poddáváním a zadržováním svalové práce.

Překonávání svalové práce se provádí, když síla svalové kontrakce změní polohu části těla, končetiny nebo jejího článku, se zátěží nebo bez ní, a překoná tak sílu odporu.

Nižší práce je práce, při které svalová síla ustupuje gravitační síle části těla (končetiny) a zátěži, kterou nese. Sval pracuje, ale nezkracuje se, ale spíše se prodlužuje; například když je nemožné zvednout nebo udržet předmět s velkou hmotností. Při velké svalové námaze musí být tělo spuštěno na podlahu nebo jiný povrch.

Držící práce se vykonává, pokud síla svalových kontrakcí drží těleso nebo břemeno v určité poloze, aniž by se pohybovalo v prostoru. Například člověk stojí nebo sedí bez pohybu, nebo drží břemeno ve stejné poloze. Síla svalových kontrakcí vyrovnává hmotnost tělesa nebo břemene. V tomto případě se svaly stahují, aniž by se změnila jejich délka (izometrická kontrakce).

Překonávání a podřizování práce, kdy síla svalových kontrakcí pohybuje tělem nebo jeho částmi v prostoru, lze považovat za dynamickou práci. Udržovací práci, při které nedochází k pohybu celého těla nebo jeho části, je statická práce.

Kosti spojené klouby fungují jako páky při stahování svalů. V biomechanice se rozlišuje páka první třídy, kdy body odporu a působení svalové síly jsou na různých stranách bodu otáčení, a páka druhé třídy, u které obě síly působí na jedné straně bodu otáčení, v různých vzdálenostech od něj.

První typ dvouramenné páky se nazývá „rovnovážní páka“. Otočný bod se nachází mezi bodem působení síly (síla svalové kontrakce) a bodem odporu (gravitace, hmotnost orgánu). Příkladem takové páky je spojení páteře s lebkou. Rovnováhy je dosaženo za podmínky, že točivý moment působící síly (součin síly působící na týlní kost a délky paže, která se rovná vzdálenosti od bodu otáčení k bodu působení síly) je roven točivému momentu gravitace (součin gravitace a délky paže, která se rovná vzdálenosti od bodu otáčení k bodu působení gravitace).

Páka druhého druhu je jednoramenná. V biomechanice (na rozdíl od mechaniky) se vyskytuje ve dvou typech. Typ takové páky závisí na umístění bodu působení síly a bodu působení gravitace, které se v obou případech nacházejí na stejné straně bodu otáčení. První typ páky druhého druhu (páka síly) vzniká, když je rameno působení svalové síly delší než rameno odporu (gravitace). Na příkladu chodidla vidíme, že bodem otáčení (osa otáčení) je hlava metatarzálních kostí a bodem působení svalové síly (trojhlavý sval) je patní kost. Bod odporu (gravitace těla) se nachází na spojení holenních kostí s chodidlem (hlezenní kloub). U této páky dochází ke zvýšení síly (rameno působení síly je delší) a ke ztrátě rychlosti pohybu bodu odporu (jeho rameno je kratší). U druhého typu jednoramenné páky (rychlostní páky) je rameno působení svalové síly kratší než rameno odporu, kde působí protilehlá síla, gravitace. K překonání gravitace, jejíž bod působení je ve značné vzdálenosti od bodu rotace v loketním kloubu (oporného bodu), je zapotřebí výrazně větší síla flexorových svalů uchycených v blízkosti loketního kloubu (v bodě působení síly). V tomto případě dochází ke zisku rychlosti a rozsahu pohybu delší páky (bodu odporu) a ke ztrátě síly působící v bodě působení této síly.