II. Крутящий момент внешней силы.
А. Величина силы тяжести и/или внешней силы (R)
Б. ПМ (плечомомента) гравитационной или внешней нагрузки
Заметим, что как в упрощенной, так и в концептуально расширенной формуле положительным чистым моментом — концентрическое сокращение, отрицательным чистым моментом будет эксцентрическое сокращение, а нулевым чистым моментом — сокращение изометрическое.
Изменение любого из вышеприведенных компонентов может и будет изменять результат формулы, а соответственно, и величину или направление чистого крутящего момента и угловой скорости. Во время обычной деятельности многие, а иногда все, компоненты изменяются одновременно. Влияние изменения одного компонента или субкомпонента можно определить при условии постоянства других компонентов. Далее, когда мы станем в качестве исходной точки отсчета использовать эту формулу, будет единовременно изменяться только один из факторов.
Компонент активного напряжения в общем напряжении мышцы в большой степени находится под волевым контролем человека, хоть и в некоторых границах физиологических ограничений (скорость проведения по аксону, скорость укорочения саркомеров). При увеличении числа вовлеченных двигательных единиц или частоты их разрядов, общая генерируемая мышцей сила может увеличиваться. Увеличение мышечной силы увеличивает чистый момент и угловую скорость, что предполагает концентрическое сокращение. Если требуется более медленное движение, человек может уменьшить число вовлекаемых двигательных единиц и частоту разрядов, что уменьшает как силу мышцы, так и чистый крутящий момент. Если движение вообще нежелательно, как при изометрическом сокращении, силу, создаваемую мышцей, можно уменьшать, вплоть до достижения равновесия мышечного крутящего момента с гравитационным, или моментом, создаваемым нагрузкой. Если человек хочет переместить вес вниз, причем контролируя это (эксцентрическое сокращение), мышечную силу можно минимизировать так, что момент внешней нагрузки будет больше момента, создаваемого мышцей. В этом случае ЧКМ будет иметь отрицательное значение, указывая на то, что направление угловой скорости противоположно направлению мышечной тяги. Чем больше будет отрицательный ЧКМ, тем быстрее будет двигаться конечность, преодолевая мышечное сопротивление.
Когда величина нагрузки, действующей на костный рычаг, увеличивается во время концентрического сокращения, увеличивается крутящий момент внешней силы, и если остальные факторы остаются без изменения, ЧКМ и угловая скорость уменьшаются. Уменьшение нагрузки снижает крутящий момент внешней силы и вызывает прирост угловой скорости. Если величина внешней силы увеличивается до такой точки, где ее момент сравнивается с моментом, создаваемым мышцей, то величина ЧКМ станет равна нулю, и сокращение превратится в изометрическое. Когда внешний крутящий момент начинает превышать момент мышечной силы, мышца переходит к эксцентрическому сокращению.
В любом из случаев преобладания мышечной или внешней силы меняются еще ПМ (плечи моментов), поскольку рычаг движется, а плечо момента зависимо от его положения в пространстве. ПМ мышцы и ПМ внешней нагрузки могут меняться в одинаковом направлении (в сторону увеличения или уменьшения) или, наоборот, в противоположных направлениях. Только по этой причине ЧКМ движущегося рычага будет переменным, даже если все остальные компоненты останутся постоянными. Если надо сохранять постоянную скорость, меняющиеся ПМ будут требовать постоянной подстройки активного мышечного напряжения. Должно изменяться активное напряжение, поскольку пассивное мышечное напряжение не находится под волевым управлением. Хотя изменение позиции сустава будет влиять на ПМ как мышечной, так и внешней силы, мышечная сила будет
также находиться под воздействием изменений длины мышцы, сопутствующих движению сустава. Изменение длины мышцы изменяет доли участия как активного, так и пассивного напряжения.
Фактическая угловая скорость, развиваемая рычагом, находится под влиянием многих постоянно меняющихся переменных. Соответственно, изменения скорости рычага по мере его прохождения в пределах АД являются общими.
21.1.5. Мышечная деятельность в управляемых условиях
Изокинетические упражнения и тестирование. Одним из достижений технологического прогресса стала разработка оборудования для тестирования и упражнений, позволяющего производить манипуляции и контролировать некоторые переменные, влияющие на мышечную функцию. При изокинетических упражнениях и тестировании, или изокинетическом мышечном сокращении, угловая скорость костного компонента устанавливается заранее и сохраняется неизменной по всей АД сустава при помощи механического устройства. Понятие «изокинетическое сокращение» может быть не столько собственно мышечным действием, сколько заданной переменной. Для сохранения постоянной скорости, сопротивление, создаваемое изокинетическим устройством, прямо пропорционально крутящему моменту, создаваемому мышцей во всех точках АД. Таким образом, когда крутящий момент мышцы увеличивается, пропорционально увеличивается и крутящий момент сопротивления. Контроль сопротивления можно выполнять механически, при помощи изокинетических устройств, таких как Biodex, Cybex, KIN-COM, Orthotron и т. п.