Biofizyka cwiczenie 12

1. Wskaż kierunek i zwrot momentu siły na przykładzie dowolnego mięśnia i stawu (rysunek). Jak się oblicza wartość momentu siły?

2. Zapisz wzorem warunek równoważenia się ził w dowolnie wybranym stawie.

3. Relaksacja naprężenia mięśnia? Wyjaśnić na podstawie modelu mięśnia Maxwella.

Moment siły (moment obrotowy) siły F względem punktu O – iloczyn wektorowy promienia wodzącego r, o początku w punkcie O i końcu w punkcie przyłożenia siły, oraz siły F: Wartość moemntu siły: M = rFsinalfaWektor momentu siły jest wektorem osiowym (pseudowektorem), zaczepiony jest w punkcie O, a jego kierunek jest prostopadły do kierunkupłaszczyzny wyznaczonej przez wektor F i promień wodzący r.Kierunek – wyznacza prosta prostopadła do płaszczyzny utwozone przez wektory r -> i F ->Zwrót – określa tzw. Reguła śruby prawoskrętnej. Jeśli kręcimy śrubą tak jakbyśmy chcieli nałożyć wektor r-> na F-> po najbliższej drodze kątowej alfa to ruch postępowy śruby wskaże zwrot wektora M-> W przypadku dźwigni dwustronnej o nierównych ramionach, pozostanie ona w równowadze, gdy wartości momentów sił przyłożone do obu ramion będą równe, a ściślej, gdy suma wektorów momentów będzie równa zeru:

Ślizgowa teoria skurczu komórek mięśniowych: teoria wyjaśniająca mechanizm skurczu mięśnia, opracowana przez H. Huxleya i J. Hansona. Wykazali oni, że podczas skurczu mięśnia nie zmienia się ani długość miofilamentów, ani szerokość prążka A , gdyż następuje wzajemne przesuwanie się ("ślizganie się") miofilamentów cienkich (aktynowych) i grubych (miozynowych). Ruch ślizgowy jest możliwy dzięki odpowiedniej budowie obydwu rodzajów tych włókien białkowych. W ten sposób zmniejsza się odległość między płytkami Z, czemu towarzyszy skurcz mięśnia. Rodzaje dźwigni: dźwignia, dwustronna, dźwignia jednostronna.

Dźwignia dwustrona: punkt podparcia O (punkt obrotu w stawie) leży pomiędzy siłami F0 -> (siła oporu która chcemy pokonać) i Fp-> (siła pokonująca opór, czyli siła mięsni). Siła reakcji więzów w stawie jest wtedy sumą geometryczną obu sił. Na przykład głowa podpara w stawie szczytowo-potylicznym. Dźwignia jednostrona: siła mięśniowa i siła zewnętrzna działają po tej samej stronie obrotu Dźwignia 1 rodzaju – obustonna – rozkład sił w stawie szczytowow-potylicznym

Dźwignia 2 rodzaju – biceps w stawie łokciowym pokonujący siłę ciężkośki przedramienia Dźwignia 3 rodzaju – siła mięśnia ramienno-promieniowego oraz siła ciężkości przedramienia i ręki.

Każdya dźwignia ma: punkt podparcia czyli oś obrotu wokół którego sztywny drążek obraca się. W ciele człowieka jest to staw. Ma też ramię siły czyli odleglosc pomiędzy punktem podparcia i punktem przylozenia sily wewnętrznej. Jest tym przyczep mięśnia. Ma tez ramie oporu czyli odleglosc pomiędzy punktem podparca i punktej w ktrym działa opor czy ciezar jaki ma być przezwyciężony czy podniesiony przez to ramię.

Zaleta dźwigni dwustronnej: siłą działa się z góry, a nie z dołu. Ciężar punktu podparcia stanowi tu mniejsze dodatkowe obciążenie, ponieważ ciężar obu ramion nawzajem się równoważy.Siła mięśnia zależy od długości mięśnia. Siła mięsniowa jest funkcja jego długośći. Zakres skręcania i wydłużania włókna mięśniowego względem długości wyjściowej sarkomery jest ograniczony. Pojedyncze włókienko wyzwala maksymalną siłę kiedy wszystkie połączenia pomiędzy resztkami miozynowymi i nitkami aktyny są związane – mamy do czynienia wówczas z tzw. gęstym mięśniem. Siła ta maleje wraz z jego rozciąganiem, co tłumaczy się tym, że maleje wówczas liczba połączeń mostkowych. Siła mięsnia zależy od liczby kurczących się włókien mięśniowych (pobudzonych jednostek ruchowych). Włólna mięśniowe człowieka działają w pewnych zespołach – jednostkach motorycznych. Działają one na zasadzie wszystko albo nic – jeśli impuls coeirajacy do układu nerwowego ma wartość ponadprogowa to wszystkie wlokna miesnie się kurcza jeśli podprogowa to nie dzieje się nic.

Siła mięśnia zależy od prędkości skurczu. Wzór Hilla: ( Fm + a)(v + b) = (Fmax + a) b = const. gdzie Fm – siła rozwijana przez mięsień skracający się z prędkością v; a – stała charakterystyczna dla mięśnia, zależna od ciepła jego skracania się oraz oporu wewnętrznego; b – stała zależna od długości mięśnia i jego temp.; Fmax – maksymalna wartość siły generowanej przez mięsnie przy założeniu, że v = 0 Czynniki wpływające na wartość momentu siły: odległość od przyczepu mięśnia do osi obrotu przechodzącej przez staw. Wartość momenty siły maleje wraz ze wzrsotem odlgłości. 2 czynnik: kąt stawowy – w odniesieniu do danej osi obrotu jest to wartość kąta zawartego pomiędzy rzutami osi długich czlonow rzutowanych na plaszczyzne prostopadla do osi obrotu. Kat jaki tworza prsote laczace srodku obrotu dwóch sąsiednich stawow. Hypomochlion- jest to wynioslosc kostna lub inny element łącznotkankowy który powoduje zwiększenie kata działania miesni. Czynnik 3: kąt działania mięsni – kąt utworozny przez linię łącząca punkt przyczepu mięśnia z osia obrotu w stawei oraz linia styczną do sciegna mięśnia. Zalezy od kata stawu, na który miesien działa i od miejsca przyczepu mięśnia. Relaksacja naprężenia – po nagłym wydłużeniu i dalszym utrzymywaniu stałej długości ciała, występujące w nim napręzenie maleje z czasem. R

elaksacja odkształcenia – przy utrzymywaniu stałej siły odkształcającej, długość ciała rośnie z czasem (płynięcie, pełzanie)

Model Maxwella: służy do opisu właściwości materiałów o przewadze elementów lepkich. Szybkość odkształceń jest sumą szybkości odkształcęń zachodzących w elemencie sprężystym i lepkim. W chwili t=0 przyłożone naprężenie powoduje natychmiastowe odkształcenie elementu sprężystego, które potem zanika.

Model Kelvina-voighta: Służy do opius właściowości lepko-sprężystych ciał o przewadze elementów sprężystych. Naprężenie jest suma naprezen wywolanych odkształceniem (przyrostem długośći) w elemencie sprężystym o module sprezystosci E oraz w elemencie lepkim o lepkosi (znaczek grecki r i dwójka na dole jakby). Po przyłożeniu naprężenia w czasie t=0 ciało nie osiąga w sposób natychmiastowy ostatecznej długośći l0, lecz po czasie t= nieskończoność.