• ma любой силы будет наибольшим, когда линия действия находится под прямым углом к рычагу, или когда линия действия проходит как можно ближе к 90°.
Когда задачей мышцы является либо вращение сегмента, либо сопротивление его вращению, мышца наиболее эффективна с точки зрения биомеханики в той точке амплитуды, в которой она может создать наибольший вращающий момент, т. е. в точке, в которой ma мышцы является наибольшим. Критическим фактором оптимизации вращающего момента является достижение угла действия силы, максимально близкого к прямому углу. Угол приложения силы обычно не связан напрямую с суставным углом. Пример с двуглавой мышцей плеча на рис. 2.42 необычен в том смысле, что на нем угол сгибания локтя аналогичен углу приложения силы. Это справедливо потому, что линия действия бицепса устойчиво параллельна плечевой кости. Для большинства мышц угол действия силы значительно отличается от угла между двумя костями, образующим сустав. На рис. 2.43 показано ma дельтовидной мышцы в двух различных положениях плечевого сустава. На рис. 2.43,a отведение плечевого сустава составляет 0°, но угол тяги дельтовидной мышцы и плечевой кости составляет примерно 5°.
Рис. 2.43. Линия действия дельтовидной мышцы (ОСм) при отведении плеча в 0° (а) и в 60° (b). Плечо момента (ma) дельтовидной мышцы при отведении на 60° является большим, чем в любой другой точке амплитуды плечевого сустава
На рис. 2.43,b отведение в плечевом суставе составляет 60°, при этом изменение угла между линией действия дельтовидной мышцы и плечевой костью увеличилось всего на 15°. Однако при отведении в плечевом суставе на 60° дельтовидная мышца находится максимально далеко от оси плечевого сустава; ma для этой мышцы является максимальным, несмотря на то, что угол действия силы мышцы по-прежнему относительно невелик (хоть и больше, чем при отведении в 0°). Наибольшее ma любой силы в том случае когда угол приложения силы максимальный (или близок к 90° по отношению к рычагу), независимо от позиции сустава.
2.10.2. Плечо момента силы тяжести
Угол приложения любой силы к рычагу может изменяться по мере движения рычага в пространстве. Изменение угла приложения вызывает уменьшение или увеличение ma этой силы. На рис. 2.44 показано предплечье в тех же диапазонах сгибания локтя, что и на рис. 2.42; сила тяжести действует на рычаг предплечья в ЦТ. Когда меняется угол действия ЛСТ (гравитационный вектор), изменяется и длина ma. Как справедливо для всех сил, ma силы тяжести является максимальным, когда сила действует на рычаг под прямым углом. Однако, в отличие от мышечных сил, ЛСТ вертикальна всегда, и совершенно не зависит от положения сустава.
Рис. 2.44. Сила тяжести (СТ), действующая на предплечье под углом локтевого сгибания в:35°(а), 70°(b), 90°(c) и 145°(d). Силы тяжести та меняется в зависимости от положения предплечья
Например, на рис. 2.45 показаны две разные позиции предплечья и плечевой кости в пространстве. В обоих случаях локоть согнут на 135°. На рис. 2.45,a ma очень велико, поскольку угол между ЛСТ и рычагом равен 90° (величина ma достигает максимума). На рис. 2.45,b значительно меньше ma, поскольку угол между ЛСТ и рычагом всего около 30°:
• так как сила тяжести всегда действует по вертикали вниз, угол приложения силы тяжести изменяется по мере движения сегмента в пространстве;
• сила тяжести будет действовать перпендикулярно к сегменту, если он расположен параллельно земле;
• когда рычаг в теле расположен параллельно земле, сила тяжести, действующая на него, создает максимальный вращающий момент.
Рис. 2.45. ЛСТ остается вертикальной, несмотря на позицию предплечья в пространстве. Изменяется ma по мере изменения угла приложения ЛСТ к предплечью
На рис. 2.46 показаны три ранжированных упражнения на сгибание туловища. Межпозвоночное пространство от L5 до S1 рассматривается здесь как гипотетическая ось, вокруг которой вращается разделенный на части сегмент «голова/руки/туловище» (ГРТ). На рис. 2.46,a руки подняты над головой (краниальное положение). ЛСТ находится на большом расстоянии (ma) от оси L5-S1. Вращающий момент, создаваемый силой тяжести направлен против часовой стрелки и равен произведению веса ГРТ (2/3 веса тела) и ma. Если эту позу поддерживать (ротационное равновесие), то мышцы живота должны развивать равный вращающий момент в противоположном направлении.