تمرين العضلات والقوة

الخاصية الرئيسية للأنسجة العضلية التي تشكل العضلات الهيكلية هي الانقباض، مما يؤدي إلى تغيير في طول العضلات تحت تأثير النبضات العصبية. تعمل العضلات على عظام الرافعات المتصلة بالمفاصل. في هذه الحالة، تعمل كل عضلة على المفصل في اتجاه واحد فقط. في المفصل أحادي المحور (أسطواني، على شكل كتلة)، تحدث حركة الرافعات العظمية حول محور واحد فقط، وبالتالي تقع العضلات فيما يتعلق بهذا المفصل على كلا الجانبين وتعمل عليه في اتجاهين (الثني - البسط؛ التقريب - الخطف، الدوران). على سبيل المثال، في مفصل الكوع، تكون بعض العضلات مثنية، والبعض الآخر باسطة. بالنسبة لبعضها البعض، تكون هذه العضلات، التي تعمل على المفصل في اتجاهين متعاكسين، متعارضة. وكقاعدة عامة، تعمل عضلتان أو أكثر على كل مفصل في اتجاه واحد. وتسمى هذه العضلات، الصديقة في اتجاه العمل، بالتآزر. في المفصل ثنائي المحور (البيضاوي، اللقمي، السرجي)، تُجمّع العضلات حسب محوريها اللذين تدور حولهما الحركة. أما في المفصل الكروي، الذي يحتوي على ثلاثة محاور حركة (مفصل متعدد المحاور)، فتتجاور العضلات من عدة جهات وتؤثر عليه في اتجاهات مختلفة. على سبيل المثال، يحتوي مفصل الكتف على عضلات - المثنية والباسطة - التي تُحرّك حول المحور الأمامي، وعضلات الخاطفة والمقرّبة - حول المحور السهمي، وعضلات التدوير - حول المحور الطولي (الكابات إلى الداخل والباسطات إلى الخارج).

في مجموعة العضلات التي تؤدي حركة معينة، يُمكن التمييز بين العضلات الرئيسية التي تُؤدِّي هذه الحركة، والعضلات المساعدة، والتي يُشير اسمها إلى دورها المساعد. تُحاكي العضلات المساعدة الحركة، مُعطيةً إياها خصائصها الخاصة.

بالنسبة للخصائص الوظيفية للعضلات، تُستخدم مؤشرات مثل مقطعها العرضي التشريحي والفسيولوجي. المقطع العرضي التشريحي هو حجم (مساحة) المقطع العرضي العمودي على المحور الطويل للعضلة والذي يمر عبر البطن في أوسع جزء منه. يميز هذا المؤشر حجم العضلة وسمكها. المقطع العرضي الفسيولوجي للعضلة هو إجمالي مساحة المقطع العرضي لجميع ألياف العضلات التي تتكون منها العضلة قيد الدراسة. بما أن قوة العضلة المنقبضة تعتمد على عدد ألياف العضلات وحجم المقطع العرضي، فإن المقطع العرضي الفسيولوجي للعضلة يميز قوتها. في العضلات المغزلية، وهي عضلات شريطية الشكل ذات ترتيب ألياف متوازي، تتطابق المقاطع العرضية التشريحية والفسيولوجي. يختلف الوضع في العضلات الريشية، التي تحتوي على عدد كبير من الحزم العضلية القصيرة. من بين عضلتين متساويتين لهما المقطع العرضي التشريحي نفسه، يكون للعضلة الريشية مقطع عرضي فسيولوجي أكبر من العضلة المغزلية. المقطع العرضي الكلي لألياف العضلات في العضلة الريشية أكبر، والألياف نفسها أقصر من العضلة المغزلية. في هذا الصدد، تتمتع العضلة الريشية بقوة أكبر من الأخيرة، لكن نطاق انقباض أليافها العضلية القصيرة أقصر. توجد العضلات الريشية حيث تتطلب قوة انقباض عضلي كبيرة مع نطاق حركة صغير نسبيًا (عضلات أسفل الساق والقدم وبعض عضلات الساعد). العضلات المغزلية الشريطية، المبنية من ألياف عضلية طويلة، تقصر بمقدار أكبر أثناء الانقباض. في الوقت نفسه، تُطور قوة أقل من العضلات الريشية، التي لها المقطع العرضي التشريحي نفسه.

عمل العضلات. بما أن أطراف العضلة متصلة بالعظام، فإن نقاط منشأها وارتباطها تتقارب أثناء الانقباض، وتقوم العضلات نفسها بقدر معين من العمل. وهكذا، يغير جسم الإنسان أو أجزاؤه مواقعها عندما تنقبض العضلات المقابلة، أو تتحرك، أو تتغلب على مقاومة الجاذبية، أو، على العكس، تستسلم لهذه القوة. في حالات أخرى، عندما تنقبض العضلات، يبقى الجسم في وضعية معينة دون القيام بأي حركة. بناءً على ذلك، يُميز بين التغلب على العمل العضلي، والاستسلام، والثبات.

يتم التغلب على العمل العضلي عندما تقوم قوة انقباض العضلات بتغيير موضع جزء من الجسم أو أحد الأطراف أو رابطه، مع أو بدون حمل، متغلبًا على قوة المقاومة.

العمل الأدنى هو العمل الذي تخضع فيه قوة العضلة لقوة جاذبية جزء الجسم (الطرف) والحمل الذي تتحمله. تعمل العضلة، لكنها لا تقصر، بل تطول؛ على سبيل المثال، عندما يستحيل رفع أو حمل جسم ذي كتلة كبيرة. ببذل جهد عضلي كبير، يجب إنزال الجسم إلى الأرض أو سطح آخر.

يُؤدَّى عمل التثبيت إذا كانت قوة انقباضات العضلات تُثبِّت الجسم أو الحمل في وضعية مُعيَّنة دون حركة. على سبيل المثال، يقف الشخص أو يجلس دون حركة، أو يُثبِّت الحمل في الوضعية نفسها. تُوازِن قوة انقباضات العضلات كتلة الجسم أو الحمل. في هذه الحالة، تنقبض العضلات دون تغيير في طولها (انقباض متساوي القياس).

يمكن اعتبار عمل التغلب والاستسلام، عندما تُحرّك قوة انقباضات العضلات الجسم أو أجزائه في الفراغ، عملاً ديناميكيًا. أما عمل الثبات، الذي لا يتضمن حركة الجسم كله أو جزء منه، فهو عمل ثابت.

تعمل العظام المتصلة بالمفاصل كرافعات عند انقباض العضلات. في الميكانيكا الحيوية، يُميز بين رافعة من الدرجة الأولى، حيث تكون نقاط المقاومة وتطبيق القوة العضلية على جانبين مختلفين من نقطة الارتكاز، ورافعة من الدرجة الثانية، حيث تُطبق كلتا القوتين على جانب واحد من نقطة الارتكاز، على مسافات مختلفة منها.

يُطلق على النوع الأول من الرافعات ثنائية الذراع اسم "رافعة التوازن". تقع نقطة الارتكاز بين نقطة تطبيق القوة (قوة انقباض العضلات) ونقطة المقاومة (الجاذبية، كتلة العضو). ومن أمثلة هذه الرافعات اتصال العمود الفقري بالجمجمة. يتحقق التوازن بشرط أن يكون عزم القوة المطبقة (حاصل ضرب القوة المؤثرة على العظم القذالي في طول الذراع، أي المسافة من نقطة الارتكاز إلى نقطة تطبيق القوة) مساويًا لعزم الجاذبية (حاصل ضرب الجاذبية في طول الذراع، أي المسافة من نقطة الارتكاز إلى نقطة تطبيق الجاذبية).

الرافعة من النوع الثاني هي ذراع واحدة. في الميكانيكا الحيوية (على عكس الميكانيكا)، تأتي في نوعين. يعتمد نوع هذه الرافعة على موقع نقطة تطبيق القوة ونقطة عمل الجاذبية، والتي تكون في كلتا الحالتين على نفس جانب نقطة الارتكاز. يحدث النوع الأول من الرافعة من النوع الثاني (رافعة القوة) عندما يكون ذراع تطبيق القوة العضلية أطول من ذراع المقاومة (الجاذبية). بالنظر إلى القدم كمثال، يمكننا أن نرى أن نقطة الارتكاز (محور الدوران) هي رأس عظام مشط القدم، ونقطة تطبيق القوة العضلية (عضلة ثلاثية الرؤوس الساقية) هي عظم الكعب. تقع نقطة المقاومة (جاذبية الجسم) عند تقاطع عظام الساق مع القدم (مفصل الكاحل). في هذه الرافعة، هناك زيادة في القوة (ذراع تطبيق القوة أطول) وفقدان في سرعة حركة نقطة المقاومة (ذراعها أقصر). في النوع الثاني من رافعات الذراع الواحدة (رافعة السرعة)، يكون ذراع تطبيق القوة العضلية أقصر من ذراع المقاومة، حيث تُطبق القوة المعاكسة، أي الجاذبية. للتغلب على الجاذبية، التي تقع نقطة تطبيقها على مسافة كبيرة من نقطة دوران مفصل الكوع (نقطة الارتكاز)، يلزم بذل قوة أكبر بكثير من عضلات الثني المتصلة بمفصل الكوع (عند نقطة تطبيق القوة). في هذه الحالة، تزداد سرعة ومدى حركة الذراع الأطول (نقطة المقاومة)، وتنخفض القوة المؤثرة عند نقطة تطبيق هذه القوة.