Lavoro muscolare e forza

La proprietà principale del tessuto muscolare che forma i muscoli scheletrici è la contrattilità, che porta a una variazione della lunghezza del muscolo sotto l'influenza degli impulsi nervosi. I muscoli agiscono sulle ossa delle leve collegate dalle articolazioni. In questo caso, ciascun muscolo agisce sull'articolazione in una sola direzione. In un'articolazione monoassiale (cilindrica, a forma di blocco), il movimento delle leve ossee avviene solo attorno a un asse, quindi i muscoli sono posizionati rispetto a tale articolazione su entrambi i lati e agiscono su di essa in due direzioni (flessione - estensione; adduzione - abduzione, rotazione). Ad esempio, nell'articolazione del gomito, alcuni muscoli sono flessori, altri estensori. Relativamente l'uno all'altro, questi muscoli, che agiscono sull'articolazione in direzioni opposte, sono antagonisti. Di norma, due o più muscoli agiscono su ciascuna articolazione in una direzione. Tali muscoli, che agiscono in direzione amica, sono chiamati sinergici. In un'articolazione biassiale (ellissoidale, condilare, a forma di sella), i muscoli sono raggruppati secondo i suoi due assi, attorno ai quali vengono eseguiti i movimenti. In un'articolazione a sfera e cavità, che presenta tre assi di movimento (articolazione multiassiale), i muscoli sono adiacenti da più lati e agiscono su di essa in direzioni diverse. Ad esempio, l'articolazione della spalla presenta muscoli - flessori ed estensori - che eseguono il movimento attorno all'asse frontale, abduttori e adduttori - attorno all'asse sagittale e rotatori - attorno all'asse longitudinale (pronatori verso l'interno e supinatori verso l'esterno).

In un gruppo di muscoli che eseguono un movimento specifico, possiamo distinguere i muscoli principali, che forniscono il movimento in questione, e i muscoli ausiliari, il cui ruolo ausiliario è indicato dal nome stesso. I muscoli ausiliari modellano il movimento, conferendogli caratteristiche individuali.

Per le caratteristiche funzionali dei muscoli, vengono utilizzati indicatori come la sezione trasversale anatomica e fisiologica. La sezione trasversale anatomica è la dimensione (area) della sezione trasversale perpendicolare all'asse longitudinale del muscolo e che attraversa il ventre muscolare nella sua parte più ampia. Questo indicatore caratterizza le dimensioni del muscolo e il suo spessore. La sezione trasversale fisiologica del muscolo è l'area della sezione trasversale totale di tutte le fibre muscolari che compongono il muscolo in esame. Poiché la forza di un muscolo in contrazione dipende dal numero di fibre muscolari e dalle dimensioni della sezione trasversale, la sezione trasversale fisiologica del muscolo ne caratterizza la forza. Nei muscoli fusiformi, nastriformi con fibre disposte parallelamente, le sezioni trasversali anatomiche e fisiologiche coincidono. Un quadro diverso si ha nei muscoli pennati, che presentano un gran numero di fasci muscolari corti. Tra due muscoli uguali con la stessa sezione trasversale anatomica, il muscolo pennato ha una sezione trasversale fisiologica maggiore rispetto al muscolo fusiforme. La sezione trasversale totale delle fibre muscolari in un muscolo pennato è maggiore e le fibre stesse sono più corte rispetto a un muscolo fusiforme. In questo senso, un muscolo pennato ha una forza maggiore di quest'ultimo, ma l'ampiezza di contrazione delle sue fibre muscolari corte è minore. I muscoli pennati si trovano dove è richiesta una forza di contrazione muscolare significativa con un'ampiezza di movimento relativamente ridotta (muscoli della parte inferiore della gamba, del piede, alcuni muscoli dell'avambraccio). I muscoli fusiformi, a forma di nastro, costituiti da fibre muscolari lunghe, si accorciano maggiormente durante la contrazione. Allo stesso tempo, sviluppano meno forza rispetto ai muscoli pennati, che hanno la stessa sezione trasversale anatomica.

Lavoro muscolare. Poiché le estremità del muscolo sono attaccate alle ossa, i punti di origine e di attacco si avvicinano durante la contrazione, e i muscoli stessi svolgono una certa quantità di lavoro. Pertanto, il corpo umano o le sue parti cambiano posizione quando i muscoli corrispondenti si contraggono, si muovono, superano la resistenza della gravità o, al contrario, cedono a questa forza. In altri casi, quando i muscoli si contraggono, il corpo viene mantenuto in una determinata posizione senza eseguire alcun movimento. In base a ciò, si distingue tra superamento, cedimento e mantenimento del lavoro muscolare.

Il superamento del lavoro muscolare si verifica quando la forza della contrazione muscolare modifica la posizione di una parte del corpo, di un arto o di un suo collegamento, con o senza carico, superando la forza di resistenza.

Il lavoro inferiore è un lavoro in cui la forza muscolare cede alla forza di gravità della parte del corpo (arto) e al carico che sostiene. Il muscolo lavora, ma non si accorcia, bensì si allunga; ad esempio, quando è impossibile sollevare o sostenere un oggetto di grande massa. Con un grande sforzo muscolare, il corpo deve essere abbassato a terra o su un'altra superficie.

Il lavoro di mantenimento si verifica quando la forza delle contrazioni muscolari mantiene un corpo o un carico in una determinata posizione senza muoversi nello spazio. Ad esempio, una persona sta in piedi o seduta senza muoversi, oppure mantiene un carico nella stessa posizione. La forza delle contrazioni muscolari bilancia la massa del corpo o del carico. In questo caso, i muscoli si contraggono senza variare la loro lunghezza (contrazione isometrica).

Il lavoro di superamento e di cedimento, quando la forza delle contrazioni muscolari muove il corpo o sue parti nello spazio, può essere considerato lavoro dinamico. Il lavoro di mantenimento, in cui il movimento dell'intero corpo o di una sua parte non avviene, è lavoro statico.

Le ossa collegate dalle articolazioni agiscono come leve quando i muscoli si contraggono. In biomeccanica, si distingue una leva di primo genere, quando i punti di resistenza e di applicazione della forza muscolare si trovano su lati diversi del fulcro, e una leva di secondo genere, in cui entrambe le forze sono applicate su un lato del fulcro, a distanze diverse da esso.

Il primo tipo di leva a due bracci è chiamata "leva di equilibrio". Il fulcro si trova tra il punto di applicazione della forza (la forza di contrazione muscolare) e il punto di resistenza (la gravità, la massa dell'organo). Un esempio di tale leva è la connessione tra la colonna vertebrale e il cranio. L'equilibrio si ottiene a condizione che il momento torcente della forza applicata (il prodotto della forza agente sull'osso occipitale per la lunghezza del braccio, che è uguale alla distanza tra il fulcro e il punto di applicazione della forza) sia uguale al momento torcente della gravità (il prodotto della gravità per la lunghezza del braccio, pari alla distanza tra il fulcro e il punto di applicazione della gravità).

La leva di secondo tipo è a braccio singolo. In biomeccanica (a differenza della meccanica), si presenta in due tipologie. Il tipo di tale leva dipende dalla posizione del punto di applicazione della forza e del punto di azione della gravità, che in entrambi i casi si trovano dallo stesso lato del fulcro. Il primo tipo di leva di secondo tipo (leva di forza) si verifica quando il braccio di applicazione della forza muscolare è più lungo del braccio di resistenza (gravità). Considerando il piede come esempio, possiamo vedere che il fulcro (asse di rotazione) è la testa del metatarso e il punto di applicazione della forza muscolare (il muscolo tricipite surale) è il calcagno. Il punto di resistenza (gravità corporea) si trova alla giunzione tra le tibie e il piede (articolazione della caviglia). In questa leva, si verifica un aumento di forza (il braccio di applicazione della forza è più lungo) e una perdita di velocità di movimento del punto di resistenza (il suo braccio è più corto). Nel secondo tipo di leva a braccio singolo (leva di velocità), il braccio di applicazione della forza muscolare è più corto del braccio di resistenza, dove viene applicata la forza opposta, la gravità. Per vincere la gravità, il cui punto di applicazione si trova a una distanza considerevole dal punto di rotazione dell'articolazione del gomito (il fulcro), è necessaria una forza significativamente maggiore dei muscoli flessori inseriti in prossimità dell'articolazione del gomito (nel punto di applicazione della forza). In questo caso, si ottiene un guadagno in velocità e ampiezza di movimento della leva più lunga (il punto di resistenza) e una perdita nella forza agente nel punto di applicazione di tale forza.