การทำงานของกล้ามเนื้อและความแข็งแรง

คุณสมบัติหลักของเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อที่สร้างกล้ามเนื้อโครงร่างคือความหดตัวซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความยาวของกล้ามเนื้อภายใต้อิทธิพลของแรงกระตุ้นประสาท กล้ามเนื้อมีผลต่อกระดูกของคานที่เชื่อมต่อกันด้วยข้อต่อ ในกรณีนี้กล้ามเนื้อแต่ละมัดมีผลต่อข้อต่อในทิศทางเดียวเท่านั้น ในข้อต่อแกนเดียว (ทรงกระบอก รูปบล็อก) การเคลื่อนไหวของคานกระดูกจะเกิดขึ้นรอบแกนเดียวเท่านั้น ดังนั้นกล้ามเนื้อจึงตั้งอยู่ในความสัมพันธ์กับข้อต่อดังกล่าวทั้งสองด้านและมีผลต่อข้อต่อในสองทิศทาง (การงอ - การเหยียด การหุบ - การหุบออก การหมุน) ตัวอย่างเช่น ในข้อศอก กล้ามเนื้อบางมัดเป็นกล้ามเนื้องอ กล้ามเนื้ออื่น ๆ เป็นกล้ามเนื้อเหยียด เมื่อสัมพันธ์กัน กล้ามเนื้อเหล่านี้ซึ่งมีผลต่อข้อต่อในทิศทางตรงข้ามจะเป็นกล้ามเนื้อคู่ต่อสู้ ตามกฎแล้ว กล้ามเนื้อสองมัดขึ้นไปจะมีผลต่อข้อต่อแต่ละข้อในทิศทางเดียว กล้ามเนื้อดังกล่าวซึ่งเป็นมิตรในทิศทางของการกระทำ เรียกว่า กล้ามเนื้อประสานกัน ในข้อต่อสองแกน (รูปวงรี กระดูกขากรรไกร กระดูกอาน) กล้ามเนื้อจะถูกจัดกลุ่มตามแกนทั้งสองแกนซึ่งทำการเคลื่อนไหวรอบๆ แกนทั้งสอง ในข้อต่อกระดูกเชิงกรานซึ่งมีแกนการเคลื่อนไหวสามแกน (ข้อต่อหลายแกน) กล้ามเนื้อจะอยู่ติดกันจากหลายด้านและทำงานต่อแกนดังกล่าวในทิศทางต่างๆ ตัวอย่างเช่น ข้อไหล่มีกล้ามเนื้อ ได้แก่ กล้ามเนื้องอและกล้ามเนื้อเหยียด ซึ่งทำการเคลื่อนไหวรอบๆ แกนหน้าผาก กล้ามเนื้อดึงและกล้ามเนื้อเข้าด้านใน ซึ่งทำการเคลื่อนไหวรอบๆ แกนซากิตตัล และกล้ามเนื้อหมุน ซึ่งทำการเคลื่อนไหวรอบๆ แกนตามยาว (เข้าด้านใน - กล้ามเนื้อคว่ำหน้า และออกด้านนอก - กล้ามเนื้อซูพิเนเตอร์)

ในกลุ่มของกล้ามเนื้อที่เคลื่อนไหวเฉพาะ เราสามารถแยกกล้ามเนื้อหลักที่ทำหน้าที่เคลื่อนไหวนั้นและกล้ามเนื้อเสริมซึ่งมีบทบาทช่วยซึ่งระบุโดยชื่อของมันเอง กล้ามเนื้อเสริมจะจำลองการเคลื่อนไหวโดยให้ลักษณะเฉพาะของมัน

สำหรับลักษณะการทำงานของกล้ามเนื้อนั้น จะใช้ตัวบ่งชี้ เช่น หน้าตัดทางกายวิภาคและสรีรวิทยา หน้าตัดทางกายวิภาคคือขนาด (พื้นที่) ของหน้าตัดที่ตั้งฉากกับแกนยาวของกล้ามเนื้อและผ่านส่วนท้องในส่วนที่กว้างที่สุด ตัวบ่งชี้นี้แสดงถึงขนาดของกล้ามเนื้อ ความหนาของกล้ามเนื้อ หน้าตัดทางสรีรวิทยาของกล้ามเนื้อคือพื้นที่หน้าตัดทั้งหมดของเส้นใยกล้ามเนื้อทั้งหมดที่ประกอบเป็นกล้ามเนื้อที่ศึกษา เนื่องจากความแข็งแรงของกล้ามเนื้อที่หดตัวขึ้นอยู่กับจำนวนของเส้นใยกล้ามเนื้อและขนาดของหน้าตัด หน้าตัดทางสรีรวิทยาของกล้ามเนื้อจึงแสดงถึงความแข็งแรงของกล้ามเนื้อ ในกล้ามเนื้อรูปกระสวยที่มีรูปร่างคล้ายริบบิ้นที่มีการเรียงตัวของเส้นใยขนาน หน้าตัดทางกายวิภาคและสรีรวิทยาจะตรงกัน ภาพที่แตกต่างคือกล้ามเนื้อรูปขนนกซึ่งมีมัดกล้ามเนื้อสั้นจำนวนมาก ในกล้ามเนื้อสองมัดที่มีหน้าตัดทางกายวิภาคเท่ากัน กล้ามเนื้อรูปขนนกจะมีหน้าตัดทางสรีรวิทยาที่ใหญ่กว่ากล้ามเนื้อรูปกระสวย หน้าตัดรวมของเส้นใยกล้ามเนื้อในกล้ามเนื้อเพนเนทมีขนาดใหญ่กว่า และเส้นใยเองก็สั้นกว่าในกล้ามเนื้อฟิวซิฟอร์ม ในเรื่องนี้ กล้ามเนื้อเพนเนทมีความแข็งแรงมากกว่ากล้ามเนื้อฟิวซิฟอร์ม แต่ช่วงการหดตัวของเส้นใยกล้ามเนื้อสั้นจะสั้นกว่า กล้ามเนื้อเพนเนทพบได้ในที่ที่ต้องใช้แรงหดตัวของกล้ามเนื้อมากพอสมควรในขณะที่มีช่วงการเคลื่อนไหวที่ค่อนข้างน้อย (กล้ามเนื้อของหน้าแข้ง เท้า และกล้ามเนื้อบางส่วนของปลายแขน) กล้ามเนื้อฟิวซิฟอร์มที่มีรูปร่างคล้ายริบบิ้น ซึ่งสร้างจากเส้นใยกล้ามเนื้อยาว จะสั้นลงมากกว่าในระหว่างการหดตัว ในขณะเดียวกัน กล้ามเนื้อเหล่านี้ก็สร้างแรงน้อยกว่ากล้ามเนื้อเพนเนทซึ่งมีหน้าตัดทางกายวิภาคเท่ากัน

การทำงานของกล้ามเนื้อ เนื่องจากปลายของกล้ามเนื้อยึดติดกับกระดูก จุดกำเนิดและจุดยึดของกล้ามเนื้อจะเข้ามาใกล้กันมากขึ้นในระหว่างการหดตัว และกล้ามเนื้อเองก็ทำงานในปริมาณหนึ่ง ดังนั้น ร่างกายของมนุษย์หรือส่วนต่างๆ ของร่างกายจึงเปลี่ยนตำแหน่งเมื่อกล้ามเนื้อที่เกี่ยวข้องหดตัว เคลื่อนไหว เอาชนะแรงต้านของแรงโน้มถ่วง หรือในทางกลับกัน ยอมจำนนต่อแรงนี้ ในกรณีอื่นๆ เมื่อกล้ามเนื้อหดตัว ร่างกายจะถูกตรึงไว้ในตำแหน่งหนึ่งๆ โดยไม่เคลื่อนไหว จากนี้ จะสามารถแยกแยะระหว่างการเอาชนะ การยอมจำนน และการยึดการทำงานของกล้ามเนื้อไว้ได้

การเอาชนะการทำงานของกล้ามเนื้อจะเกิดขึ้นเมื่อแรงหดตัวของกล้ามเนื้อเปลี่ยนตำแหน่งของส่วนต่างๆ ของร่างกาย แขนขา หรือข้อต่อ โดยมีหรือไม่มีภาระก็ได้ โดยสามารถเอาชนะแรงต้านทานได้

งาน ที่ต่ำกว่ามาตรฐานคือ งานที่ความแข็งแรงของกล้ามเนื้อลดลงเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของส่วนของร่างกาย (แขนขา) และน้ำหนักที่รับไว้ กล้ามเนื้อทำงานแต่ไม่ได้สั้นลงแต่กลับยาวขึ้น เช่น เมื่อไม่สามารถยกหรือถือวัตถุที่มีมวลมากได้ ต้องใช้แรงของกล้ามเนื้อมากจึงจะปล่อยร่างกายลงสู่พื้นหรือพื้นผิวอื่นได้

การทำงานแบบยึดเกาะจะเกิดขึ้นเมื่อแรงที่เกิดจากการหดตัวของกล้ามเนื้อทำให้ร่างกายหรือสิ่งของใดๆ อยู่ในท่าทางใดท่าทางหนึ่งโดยไม่เคลื่อนที่ในอวกาศ ตัวอย่างเช่น บุคคลนั้นยืนหรือนั่งโดยไม่เคลื่อนไหว หรือถือสิ่งของใดๆ ไว้ในท่าทางเดียวกัน แรงที่เกิดจากการหดตัวของกล้ามเนื้อจะทำให้มวลของร่างกายหรือสิ่งของนั้นๆ สมดุลกัน ในกรณีนี้ กล้ามเนื้อจะหดตัวโดยไม่เปลี่ยนความยาว (การหดตัวแบบไอโซเมตริก)

งานที่ต้องเอาชนะและยอมจำนน เมื่อแรงหดตัวของกล้ามเนื้อทำให้ร่างกายหรือส่วนต่างๆ ของร่างกายเคลื่อนไหวในอวกาศ ถือเป็นงานไดนามิก งานที่ต้องยึดจับซึ่งไม่มีการเคลื่อนไหวของร่างกายทั้งหมดหรือบางส่วน ถือเป็นงานแบบคงที่

กระดูกที่เชื่อมต่อกันด้วยข้อต่อจะทำหน้าที่เป็นคันโยกเมื่อกล้ามเนื้อหดตัว ในชีวกลศาสตร์ คันโยกชั้นหนึ่งจะถูกแยกออกเมื่อจุดต้านทานและแรงที่ใช้ของกล้ามเนื้ออยู่คนละด้านของจุดหมุน และคันโยกชั้นสองซึ่งแรงทั้งสองกระทำที่ด้านหนึ่งของจุดหมุนในระยะห่างที่ต่างกัน

คันโยกสองแขนประเภทแรกเรียกว่า "คันโยกสมดุล" จุดหมุนตั้งอยู่ระหว่างจุดที่ใช้แรง (แรงหดตัวของกล้ามเนื้อ) และจุดต้านทาน (แรงโน้มถ่วง มวลอวัยวะ) ตัวอย่างของคันโยกดังกล่าวคือการเชื่อมต่อกระดูกสันหลังกับกะโหลกศีรษะ สมดุลจะเกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขที่แรงบิดของแรงที่กระทำ (ผลคูณของแรงที่กระทำกับกระดูกท้ายทอยด้วยความยาวของแขน ซึ่งเท่ากับระยะทางจากจุดหมุนถึงจุดที่ใช้แรง) เท่ากับแรงบิดของแรงโน้มถ่วง (ผลคูณของแรงโน้มถ่วงด้วยความยาวของแขน เท่ากับระยะทางจากจุดหมุนถึงจุดที่ใช้แรง)

คันโยกประเภทที่สองมีแขนเดียว ในวิชาชีวกลศาสตร์ (ต่างจากกลศาสตร์) คันโยกประเภทนี้มี 2 ประเภท ประเภทของคันโยกประเภทนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของจุดออกแรงและจุดกระทำของแรงโน้มถ่วง ซึ่งทั้งสองกรณีจะอยู่ด้านเดียวกันของจุดหมุน คันโยกประเภทแรกของคันโยกประเภทที่สอง (คันโยกของแรง) เกิดขึ้นเมื่อแขนที่ออกแรงของกล้ามเนื้อยาวกว่าแขนที่ออกแรงต้าน (แรงโน้มถ่วง) เมื่อพิจารณาเท้าเป็นตัวอย่าง เราจะเห็นว่าจุดหมุน (แกนหมุน) คือส่วนหัวของกระดูกฝ่าเท้า และจุดออกแรงของกล้ามเนื้อ (กล้ามเนื้อไตรเซปส์ซูรา) คือกระดูกส้นเท้า จุดออกแรงต้าน (แรงโน้มถ่วงของร่างกาย) อยู่ที่จุดต่อระหว่างกระดูกหน้าแข้งกับเท้า (ข้อเท้า) ในคันโยกประเภทนี้ จะมีแรงเพิ่มขึ้น (แขนที่ออกแรงต้านยาวขึ้น) และความเร็วของการเคลื่อนไหวของจุดต้านลดลง (แขนสั้นลง) ในคันโยกแขนเดียวประเภทที่สอง (คันโยกความเร็ว) แขนที่ใช้ออกแรงของกล้ามเนื้อจะสั้นกว่าแขนต้านซึ่งใช้แรงต้าน คือ แรงโน้มถ่วง เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงซึ่งจุดที่ใช้ออกแรงนั้นอยู่ห่างจากจุดหมุนของข้อศอก (จุดหมุน) พอสมควร จำเป็นต้องใช้แรงที่มากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญจากกล้ามเนื้องอที่ยึดไว้ใกล้ข้อศอก (ที่จุดที่ใช้แรง) ในกรณีนี้ ความเร็วและระยะการเคลื่อนไหวของคันโยกที่ยาวกว่า (จุดต้าน) จะเพิ่มขึ้น และแรงที่กระทำในจุดที่ใช้แรงนี้จะลดลง