Trabalho muscular e força

A principal propriedade do tecido muscular que forma os músculos esqueléticos é a contratilidade, que leva a uma mudança no comprimento do músculo sob a influência de impulsos nervosos. Os músculos atuam nos ossos por meio de alavancas conectadas por articulações. Nesse caso, cada músculo atua na articulação em apenas uma direção. Em uma articulação uniaxial (cilíndrica, em forma de bloco), o movimento das alavancas ósseas ocorre apenas em torno de um eixo, de modo que os músculos estão localizados em relação a essa articulação em ambos os lados e atuam sobre ela em duas direções (flexão - extensão; adução - abdução, rotação). Por exemplo, na articulação do cotovelo, alguns músculos são flexores, outros são extensores. Em relação uns aos outros, esses músculos, atuando na articulação em direções opostas, são antagonistas. Como regra, dois ou mais músculos atuam em cada articulação em uma direção. Esses músculos, amigáveis na direção de ação, são chamados de sinergistas. Em uma articulação biaxial (elipsoide, condilar, em forma de sela), os músculos são agrupados de acordo com seus dois eixos, em torno dos quais os movimentos são realizados. Em uma articulação esférica, que possui três eixos de movimento (uma articulação multiaxial), os músculos são adjacentes por vários lados e atuam sobre ela em diferentes direções. Por exemplo, a articulação do ombro possui músculos - flexores e extensores, que realizam movimentos em torno do eixo frontal, abdutores e adutores - em torno do eixo sagital, e rotadores - em torno do eixo longitudinal (pronadores para dentro e supinadores para fora).

Em um grupo de músculos que executam um movimento específico, podemos distinguir os músculos principais que proporcionam o movimento em questão e os músculos auxiliares, cuja função auxiliar é indicada pelo próprio nome. Os músculos auxiliares modelam o movimento, conferindo-lhe características individuais.

Para as características funcionais dos músculos, são utilizados indicadores como sua seção transversal anatômica e fisiológica. A seção transversal anatômica é o tamanho (área) da seção transversal perpendicular ao longo eixo do músculo e passando pelo ventre em sua parte mais larga. Este indicador caracteriza o tamanho do músculo, sua espessura. A seção transversal fisiológica do músculo é a área transversal total de todas as fibras musculares que compõem o músculo em estudo. Como a força de um músculo em contração depende do número de fibras musculares e do tamanho da seção transversal, a seção transversal fisiológica do músculo caracteriza sua força. Em músculos fusiformes, em forma de fita, com arranjo de fibras paralelas, as seções transversais anatômicas e fisiológicas coincidem. Um quadro diferente ocorre nos músculos penados, que possuem um grande número de feixes musculares curtos. De dois músculos iguais com a mesma seção transversal anatômica, o músculo penado tem uma seção transversal fisiológica maior do que o músculo fusiforme. A secção transversal total das fibras musculares em um músculo penado é maior, e as próprias fibras são mais curtas do que em um músculo fusiforme. Nesse sentido, um músculo penado tem maior força do que este último, mas a amplitude de contração de suas fibras musculares curtas é menor. Os músculos penados são encontrados onde uma força significativa de contração muscular é necessária com uma amplitude de movimento relativamente pequena (músculos da perna, pé, alguns músculos do antebraço). Músculos fusiformes, em forma de fita, construídos a partir de fibras musculares longas, encurtam-se em maior quantidade durante a contração. Ao mesmo tempo, eles desenvolvem menos força do que os músculos penados, que têm a mesma secção transversal anatômica.

Trabalho muscular. Como as extremidades do músculo estão fixadas aos ossos, os pontos de sua origem e fixação se aproximam durante a contração, e os próprios músculos realizam uma certa quantidade de trabalho. Assim, o corpo humano ou suas partes mudam de posição quando os músculos correspondentes se contraem, se movem, superam a resistência da gravidade ou, inversamente, cedem a essa força. Em outros casos, quando os músculos se contraem, o corpo é mantido em uma determinada posição sem realizar nenhum movimento. Com base nisso, distingue-se entre superar, ceder e manter o trabalho muscular.

O trabalho muscular de superação é realizado quando a força de contração muscular altera a posição de uma parte do corpo, membro ou seu elo, com ou sem carga, superando a força de resistência.

Trabalho inferior é aquele em que a força muscular cede à força da gravidade da parte do corpo (membro) e à carga que ela suporta. O músculo trabalha, mas não encurta, mas sim alonga; por exemplo, quando é impossível levantar ou segurar um objeto com grande massa. Com grande esforço muscular, o corpo precisa ser abaixado até o chão ou outra superfície.

O trabalho de sustentação é realizado quando a força das contrações musculares mantém um corpo ou carga em uma determinada posição sem se mover no espaço. Por exemplo, uma pessoa fica em pé ou sentada sem se mover, ou mantém uma carga na mesma posição. A força das contrações musculares equilibra a massa do corpo ou da carga. Nesse caso, os músculos se contraem sem alterar seu comprimento (contração isométrica).

Trabalho de superação e de cedência, quando a força das contrações musculares movimenta o corpo ou suas partes no espaço, pode ser considerado trabalho dinâmico. Trabalho de sustentação, no qual o movimento de todo o corpo ou de parte dele não ocorre, é considerado trabalho estático.

Ossos conectados por articulações atuam como alavancas quando os músculos se contraem. Em biomecânica, distingue-se uma alavanca de primeira classe, quando os pontos de resistência e aplicação da força muscular estão em lados opostos do fulcro, e uma alavanca de segunda classe, na qual ambas as forças são aplicadas em um lado do fulcro, a distâncias diferentes dele.

O primeiro tipo de alavanca de dois braços é chamado de "alavanca de equilíbrio". O fulcro está localizado entre o ponto de aplicação da força (a força da contração muscular) e o ponto de resistência (gravidade, massa do órgão). Um exemplo desse tipo de alavanca é a conexão da coluna vertebral com o crânio. O equilíbrio é alcançado sob a condição de que o torque da força aplicada (o produto da força que atua sobre o osso occipital pelo comprimento do braço, que é igual à distância do fulcro ao ponto de aplicação da força) seja igual ao torque da gravidade (o produto da gravidade pelo comprimento do braço, igual à distância do fulcro ao ponto de aplicação da gravidade).

A alavanca do segundo tipo é de braço único. Em biomecânica (em oposição à mecânica), ela vem em dois tipos. O tipo de tal alavanca depende da localização do ponto de aplicação da força e do ponto de ação da gravidade, que em ambos os casos estão no mesmo lado do fulcro. O primeiro tipo da alavanca do segundo tipo (alavanca de força) ocorre quando o braço de aplicação da força muscular é mais longo que o braço de resistência (gravidade). Considerando o pé como exemplo, podemos ver que o fulcro (eixo de rotação) é a cabeça dos ossos metatarsianos, e o ponto de aplicação da força muscular (o músculo tríceps sural) é o calcâneo. O ponto de resistência (gravidade corporal) está na junção dos ossos da canela com o pé (articulação do tornozelo). Nesta alavanca, há um ganho de força (o braço de aplicação da força é mais longo) e uma perda na velocidade de movimento do ponto de resistência (seu braço é mais curto). No segundo tipo de alavanca de braço único (alavanca de velocidade), o braço de aplicação da força muscular é mais curto que o braço de resistência, onde a força oposta, a gravidade, é aplicada. Para superar a gravidade, cujo ponto de aplicação está a uma distância considerável do ponto de rotação na articulação do cotovelo (o fulcro), é necessária uma força significativamente maior dos músculos flexores fixados perto da articulação do cotovelo (no ponto de aplicação da força). Nesse caso, há um ganho na velocidade e na amplitude de movimento da alavanca mais longa (o ponto de resistência) e uma perda na força que atua no ponto de aplicação dessa força.