Настольная книга остеопата. Основы биомеханики движения тела - страница 36

На рис. 2.40,а показано сгибание сегмента «предплечье/кисть» (ротация против часовой стрелки) за счет концентрически сокращающейся мышцы (ОСм), преодолевающей сопротивление силы тяжести (СТ).

Рис. 2.40.В механически неэффективном рычаге третьего рода движение точки приложения УП (ОСм) по малой дуге создает большую дугу движения рычага на дистальном конце (а). В механически эффективном рычаге второго рода движение точки приложения УП (СТ) по малой дуге вызывает небольшое увеличение дуги на дистальном конце (b)

Это рычаг третьего рода, поскольку усилие прилагается ближе к оси, чем сопротивление. Уже демонстрировалось, что для того чтобы произвести сгибание сегмента «предплечье/кисть», величина ОСм должна быть существенно большей, чем СТ. Система и в самом деле неэффективна. Однако когда ОСм тянет за место прикрепления (на проксимальной части рычага «предплечье/кисть») по очень маленькой дуге, дистальная часть рычага перемещается по гораздо большей дуге. Хотя сила мышцы, необходимая для движения, была большой, по сравнению с сопротивлением, она вызвала значительное угловое смещение и большую угловую скорость дистальной части сегмента. Там, где задачей человеческой функции является максимальное угловое смещение дистального сегмента в пространстве (за счет расхода энергии), использование рычага третьего рода эту задачу успешно решает. Фактически чем короче плечо рычага усилия (чем меньше механическое преимущество), тем больше угловое смещение и угловая скорость дистального конца рычага для данной дуги смещения за счет силы действия.

В рычагах второго рода в человеческом организме усилие обычно (хоть и не всегда) является внешней силой. Хотя усилие в рычаге второго рода может быть меньше, чем сопротивление, угловое смещение и скорость на дистальном конце сегмента тоже будут меньшими. Малая дуга точки приложения силы действия (СТ) выражается только лишь в небольшом приросте углового смещения дистального сегмента (см. рис. 2.40,b). В любом рычаге второго рода (и в рычаге первого рода, если ПУ больше ПС) рычаг оказывается эффективным в плане силового выхода для создания момента, однако выигрыш в плане углового смещения дистального конца сегмента в пространстве весьма невелик. По сути, большее ПУ (явное механическое преимущество) приводит к меньшему угловому смещению дистального конца для данного усилия:

• когда мышца является источником силы действия, а ПУ меньше ПС, то усилие должно быть довольно значительным, однако, необходимые затраты мышечной силы нивелируются значительным угловым смещением и большой угловой скоростью дистальной части сегмента. Это справедливо (в различной степени) для всех рычагов третьего рода и рычагов первого рода, в которых ПУ больше ПС;

• когда силой действия является внешняя сила, и ПУ больше ПС, то усилие может быть много меньше сопротивления, однако меньшим будет и выигрыш в угловом смещении и скорости. Это справедливо (в различной степени) для всех рычагов второго рода и рычагов первого рода с ПУ большим, чем ПС.

Когда рассматриваются преимущества и недостатки рычагов каждого рода, важно помнить о роли мышц. В типичных рычагах второго рода в организме (дистальный конец свободен), эффективной силой, действующей на рычаг, является внешнее усилие. Мышца затрачивает значительное количество эксцентрического сопротивления для контролирования движения рычага. В рычагах третьего рода мышечное усилие преодолевает сопротивление, но за счет значительных запросов к этому усилию. Соответственно, мышца способна развивать значительную силу независимо от рода рычага. Как будет показано в части IV, мышца построена так, чтобы оптимизировать создание больших усилий, требуемых как для значительных угловых перемещений дистальных сегментов тела при механически неэффективных системах рычагов, так и для сопротивления внешним усилиям в механически эффективных рычажных системах.

Более полное понимание функциональной значимости классификации рычагов и роли мышц в системах человеческих рычагов может быть достигнуто через рассмотрение механического понятия работы и связанного с ней понятия энергии. В терминах механики работа проделывается силой, действующей на предмет, когда сила приложена параллельно движению предмета. Величина работы (