Lihastöö ja tugevus

Skeletilihaseid moodustava lihaskoe peamine omadus on kontraktiilsus, mis viib närviimpulsside mõjul lihase pikkuse muutumiseni. Lihased toimivad liigestega ühendatud kangide luudele. Sel juhul toimib iga lihas liigesele ainult ühes suunas. Ühesuunalises liigeses (silindriline, plokikujuline) toimub luukangide liikumine ainult ühe telje ümber, seega paiknevad lihased sellise liigese suhtes mõlemal küljel ja toimivad sellele kahes suunas (painutamine - sirutamine; adduktsioon - röövimine, pöörlemine). Näiteks küünarliigeses on mõned lihased painutajad, teised ekstensorid. Üksteise suhtes on need lihased, mis toimivad liigesele vastassuundades, antagonistid. Reeglina toimivad igale liigesele ühes suunas kaks või enam lihast. Selliseid lihaseid, mis on toimesuunas sõbralikud, nimetatakse sünergistideks. Kahesuunalises liigeses (ellipsoidne, kondülaarne, sadulakujuline) on lihased rühmitatud selle kahe telje järgi, mille ümber liigutusi sooritatakse. Kuulliigeses, millel on kolm liikumistelge (mitmeteljeline liiges), on lihased mitmest küljest kõrvuti ja toimivad sellele eri suundades. Näiteks õlaliigeses on lihased - painutajad ja sirutajad, mis liiguvad ümber frontaaltelje, abductorid ja adductorid - ümber sagitaalse telje ning rotatorid - ümber pikitelje (sissepoole - pronatorid ja väljapoole - supinatorid).

Lihaste rühmas, mis sooritavad konkreetset liigutust, saame eristada põhilihaseid, mis antud liigutust tagavad, ja abilihaseid, mille abirolli näitab juba nimetus ise. Abilihased modelleerivad liigutust, andes sellele individuaalsed omadused.

Lihaste funktsionaalsete omaduste kirjeldamiseks kasutatakse selliseid näitajaid nagu nende anatoomiline ja füsioloogiline ristlõige. Anatoomiline ristlõige on lihase pikiteljega risti oleva ja kõhtu selle laiemas osas läbiva ristlõike suurus (pindala). See näitaja iseloomustab lihase suurust, selle paksust. Lihase füsioloogiline ristlõige on kõigi uuritava lihase moodustavate lihaskiudude koguristlõikepindala. Kuna kokkutõmbuva lihase tugevus sõltub lihaskiudude arvust ja ristlõike suurusest, iseloomustab lihase füsioloogiline ristlõige selle tugevust. Fusiformsetes, paelakujulistes lihastes, millel on paralleelne kiudude paigutus, langevad anatoomiline ja füsioloogiline ristlõige kokku. Teistsugune pilt on pentaallihastes, millel on suur hulk lühikesi lihaskimpe. Kahest võrdsest lihasest, millel on sama anatoomiline ristlõige, on pentaallihasel suurem füsioloogiline ristlõige kui fusiformsel lihasel. Pentaallihase lihaskiudude koguristlõige on suurem ja kiud ise on lühemad kui fusiformsel lihasel. Sellega seoses on pentalihasel suurem jõud kui viimasel, kuid selle lühikeste lihaskiudude kokkutõmbumisulatus on väiksem. Pentalihaseid leidub kohtades, kus on vaja märkimisväärset lihaste kokkutõmbumisjõudu suhteliselt väikese liikumisulatusega (säärte, jala ja mõned käsivarre lihased). Pikkadest lihaskiududest ehitatud fusiformsed, paelakujulised lihased lühenevad kokkutõmbumise ajal rohkem. Samal ajal arendavad nad vähem jõudu kui sama anatoomilise ristlõikega pentalihased.

Lihaste töö. Kuna lihase otsad on luude külge kinnitatud, lähenevad selle algus- ja kinnituspunktid kokkutõmbumise ajal üksteisele ning lihased ise teevad teatud hulga tööd. Seega muudavad inimkeha või selle osad oma asendit, kui vastavad lihased kokku tõmbuvad, liiguvad, ületavad raskusjõu takistuse või vastupidi sellele jõule järele annavad. Muudel juhtudel, kui lihased kokku tõmbuvad, hoitakse keha teatud asendis ilma liigutust sooritamata. Selle põhjal eristatakse lihastöö ületamist, järeleandmist ja hoidmist.

Lihastöö ületamine toimub siis, kui lihaste kokkutõmbumise jõud muudab kehaosa, jäseme või selle lüli asendit koormusega või ilma, ületades vastupanujõu.

Halvem töö on töö, mille puhul lihasjõud annab järele kehaosa (jäseme) raskusjõule ja selle poolt hoitavale koormusele. Lihas töötab, kuid see ei lühene, vaid pigem pikeneb; näiteks kui suure massiga eset on võimatu tõsta või hoida. Suure lihaspingutusega tuleb keha langetada põrandale või muule pinnale.

Hoidmistööd tehakse siis, kui lihaste kokkutõmbumise jõud hoiab keha või koormat teatud asendis ilma ruumis liikumata. Näiteks inimene seisab või istub liikumatult või hoiab koormat samas asendis. Lihaste kokkutõmbumise jõud tasakaalustab keha või koorma massi. Sel juhul tõmbuvad lihased kokku ilma oma pikkust muutmata (isomeetriline kokkutõmbumine).

Ületamis- ja andmistööd, mille puhul lihaste kokkutõmbumise jõud liigutab keha või selle osi ruumis, võib pidada dünaamiliseks tööks. Hoidmistööd, mille puhul kogu keha või kehaosa liikumist ei toimu, on staatiliseks tööks.

Liigestega ühendatud luud toimivad lihaste kokkutõmbumisel hoobadena. Biomehaanikas eristatakse esimese klassi kangi, mille puhul takistus- ja lihasjõu rakenduspunktid asuvad tugipunkti erinevatel külgedel, ning teise klassi kangi, mille puhul mõlemad jõud rakendatakse tugipunkti ühel küljel, sellest erinevatel kaugustel.

Esimest tüüpi kaheharulist kangi nimetatakse "tasakaaluskangiks". Tugipunkt asub jõu rakenduspunkti (lihaste kokkutõmbumise jõud) ja takistuspunkti (raskusjõud, elundi mass) vahel. Sellise kangi näiteks on selgroo ühendus koljuga. Tasakaal saavutatakse tingimusel, et rakendatud jõu pöördemoment (kuklaluule mõjuva jõu ja käe pikkuse korrutis, mis on võrdne kaugusega tugipunktist jõu rakenduspunktini) on võrdne raskusjõu pöördemomendiga (raskusjõu ja käe pikkuse korrutis, mis on võrdne kaugusega tugipunktist raskusjõu rakenduspunktini).

Teist tüüpi kang on üheharuline. Biomehaanikas (erinevalt mehaanikast) on seda kahte tüüpi. Sellise kangi tüüp sõltub jõu rakenduspunkti ja raskusjõu toimepunkti asukohast, mis mõlemal juhul asuvad tugipunktist samal küljel. Teist tüüpi kangi esimene tüüp (jõukang) tekib siis, kui lihasjõu rakendusharu on pikem kui vastupanuharu (raskusjõud). Jala näitel näeme, et tugipunkt (pöörlemistelg) on pöialuude pea ja lihasjõu rakenduspunkt (kolmikpealihase lihas) on kannaluu. Vastupanupunkt (keha raskusjõud) asub sääreluu ja jala ühenduskohas (pahkluu liiges). Selle kangi puhul toimub jõu juurdekasv (jõu rakendusharu on pikem) ja vastupanupunkti liikumiskiiruse vähenemine (selle haru on lühem). Teist tüüpi üheharulise kangi (kiirushoova) puhul on lihasjõu rakendushark lühem kui vastupanuhark, millele rakendub vastasjõud ehk gravitatsioon. Raskusjõu ületamiseks, mille rakenduspunkt asub küünarliigese pöörlemispunktist (tugipunktist) märkimisväärsel kaugusel, on vaja küünarliigese lähedal (jõu rakenduspunktis) kinnitunud painutajalihaste oluliselt suuremat jõudu. Sel juhul suureneb pikema kangi (takistuspunkti) kiirus ja liikumisulatus ning selle jõu rakenduspunktis mõjuv jõud väheneb.