MOZGATÓRENDSZER SZÖVETEI

Az előadások a következő témára: "MOZGATÓRENDSZER SZÖVETEI"— Előadás másolata:

1 MOZGATÓRENDSZER SZÖVETEI
AKTÍV - IZOM PASSZÍV - ÍN SZALAG PORC CSONT

2 A VÁZIZOM BIOMECHANIKÁJA

3 Maximum 80 dolgozik egyszerre
430 izom % Maximum 80 dolgozik egyszerre Zatziorsky, 1998

4 A kontrakció az izom aktív állapota
Mit csinálnak az izmok? Kontrahálódnak Mi az izomkontrakció? A kontrakció az izom aktív állapota Mi történika az izomban a kontrakció alatt? Az izom feszülése növekszik

5 SKELETAL MUSCLE A vázizom felépítése

6 Az izomkontrakció mikrostruktúrális alapjai

7 Szarkomérek 2 dimenziós, elektron mikroszkópos képe

8 A vékony és vastag filamentumok átfedésének jelentősége
Minél nagyobb az átfedés a két filamentum között (legsötétebb sáv), annál nagyobb erőkifejtésre képes az izom

9 A szarkomér komplett szerkezete

10 Hosszváltozás Rövidülés Nyugalmi hossz μm μm

11 Hosszváltozás Nyújtás 3.5 mm

12 Egy szarkomérben 240-280 kereszthíd található
1 cm-ben 4500 szarkomér és 1.1 millió kereszthíd található Egy kereszthíd 20 pJ munkát végez Sartorius izomban szarkomér és kereszthíd (McComas)

13 Az izomkontrakció létrejötte

14 A erőkifejtés alapegysége
Kereszthíd Nature 352 (25 July, 1991): pages 284 & 352, "Biomechanics goes quantum," The power stroke is 10 nm; the myosin head is about 20 nm long.

15 A single cycle of attachment, swivel, and detachment of the myosin head will produce a linear translation of the myofilaments of about 10 nm. If all cross-bridges in a myofibril cycle once synchronously, a relative movement equal to about 1% of the muscle length will occur, but obviously muscles shorten by more than 1%. The total shortening of a sarcomere during contraction may exceed 1,000 nm; therefore the relative movement of a thin and thick filament would be half this amount or 500 nm. To achieve this magnitude of change in total length when each cross-bridge cycle produces a 10-nm shortening, a minimum of 50 cycles must occur. The flexor muscles of the human upper arm can contract at the rate of 8 m/sec (Wilkie DR: J Physiol (Lond) 110: , 1949), during which they can shorten by as much as 10 cm. This contraction rate gives a contraction rate for the sarcomere of 160 nm/msec. If a stroke of the cross-bridge is taken to be 10 nm, then at this rate there will be a minimum of 16 strokes/msec. Thus, the swivel time for the cross-bridge must be of the order of 60 sec. Calculations for the frog's sartorius muscle, which can shorten at up to 4 cm/sec, indicate a swivel time of about 1 msec, but this contraction occurs at a lower temperature than those in mammals. In any case, it is clear that the swiveling of the cross-bridge must be a fast mechanical process. At the right is an animation that shows the repeated nature of the process

16

17 Mit csinál az izom a kontrakció alatt ?
Erőt fejt ki és forgatónyomatékot hoz létre A feszülését megváltoztatja az idő függvényében Megváltoztatja hosszát az idő függvényében Munkát végez Teljesítményt produkál Energiát tárol és hasznosít

18

19 AZ IZOMKONTRAKCIÓ TÍPUSAI

20 AZ IZOMKONTRAKCIÓ TÍPUSAI
IZOMETRIÁS (statikus) ANIZOMETRIÁS (dinamikus) Excentrikus Koncentrikus Nyújtásos - rövidüléses ciklus iZOKINETIKUS (állandó sebesség) IZOTÓNIÁS (állandó gyorsulás)

21 IZOMETRIÁS KONTRAKCIÓ

22 KONCENTRIKUS KONTRAKCIÓ

23

24 EXCENTRIKUS KONTRAKCIÓ

25 NYÚJTÁSOS-RÖVIDÜLÉSES CIKLUS

26

27 Izokinetikus Izotóniás
V t V t Változó sebesség, állandó gyorsulás Állandó sebesség F t F t Változó feszülés Állandó feszülés

28 Fex IC EC PEC CE SEC CE – kontraktilis elem
PEC – párhuzamos elasztikus komponens SEC – sorba kapcsolt elasztikus komponens

29

30 IZOMETRIÁS KONTRAKCIÓ

31 ERŐ – IDŐ JELLEMZŐK 1. Rángásos 2. Tetanuszos

32 RÁNGÁS Erõ (N) 1/2 Fp Idõ (s) Csúcserő (Fp) Kontrakciós idő (tp)
Félrelaxációs idő (1/2 Rt) Size principle recruitment order, different contraction time (30 - 120 ms), time delay 5 ms,

33

34 Tetanusz F0 RTD= dF/dt 1/2Rt dF dt Idő a RTDmax

35 Izometriás nyomaték – idő görbe
RTD = dM / dt RTDr = dMr / dtr M0 dF dt

36 A maximális izometriás erő nagyságát befolyásoló tényezők
Izomhossz (erő- hossz összefüggés) Izületi szög (nyomaték – izületi szög összefüggés) Az izom élettani keresztmetszete (hipertrófia) Izomfelépítés, architektúra (tollazottsági szög) Testhelyzet

37 Az izom hossz-feszülés görbéje IC

38 Izületi szög – nyomaték kapcsolat
Növekvő - csökkenő M Növekvő Csökkenő Neutrális Izületi szög

39 Testhelyzet

40 A maximális izometriás erő és az egy ismétléses maximum (1RM) viszonya

41 Clean and jerk Snatch 1RM = 135 kg 37.7% 68.0% 82.9% 61.3% 65.8% 79.0%

42 Az erőkifejlődés meredeksége (explozív erő)

43 Akaratlagos izometriás erő (nyomaték) kifejtése hosszabb-rövidebb időt vehet igénybe
Freund, H. (1983)

44 Normál Gyors

45 KONCENTRIKUS KONTRAKCIÓ

46 A koncentrikus kontrakció létrejöhet
súlyokkal kontrollált sebességgel állandó szögsebesség növekvő sebességgel állandó gyorsulással növekvő gyorsulással

47 Normál koncentrikus kontrakció
IC CC Fi = 0 G > 0 Fi = G Fi > G G > Fi

48 Erő (nyomaték) – sebesség összefüggés

49 Teljesítmény – sebesség görbe
P = F · v (Nm/s, Watt) P = M · ω (Nm rad/s, Watt)

50 (F + a) (V + b) = konstans = b (F0 +a)
HILL EGYENLET ERŐ (F + a) (V + b) = konstans = b (F0 +a) NYOMATÉK (M + a) ( + b) = konstans = b (M0 +a) ω

51 A görbék jellemzői Fo (Mo) - mért Vo – számolt vagy becsült
P0 Fo (Mo) - mért Vo – számolt vagy becsült Po - számított F Po-nál - számított a/F0 F, F% F% Po-nál - számított a/Fo (= b/Vo) - F -V görbe alakja V0

52 Néhány változó értéke A maximális teljesítmény az izom azzal a teher (súly) nagysággal éri el, amely a maximális statikus erő százaléka. Példa: Ha maximális statikus erő 1000 N, akkor a maximális teljesítmény az izom akkor éri el, ha N súlyerőt kell mozgatni meghatározott úton a lehető legrövidebb idő alatt.

53 Az a/F0 értéke nulla és 1,0 között változhat
Az a/F0 értéke nulla és 1,0 között változhat. Soha nem éri el a két szélső értéket. Az emlősök harántcsikos izmaira az jellemző, hogy az a/F0 érték 0,15 és 0,40 közé esik

54 P = 3184 Watts Weight (F) at P0 = 1752 N F at P0 = 31.8 % a/F0 = 0.42

55 Az “a” és “b” konstansok meghatározása
Fo = 4000 N Fo - F/ V F V Fo-F/V y = bx + a 1500 900 b= dy/dx a 300 Súlyerő (N)

56 A rövidülési sebesség különböző izmokban
Párhuzamos Pennátusz Izomhossz 20 cm 20 cm rosthossz 20 cm 4 cm Szarkomer hossz 2 um 2 um Szarkomer/rost 20 000 A szarkomer rövidülési sebessége 10 u/s 10 u/s Az izom rövidülési sebessége 100 cm/s 15 cm/s 15 cm/s

57 Az izmok felépítettsége (arhitektura)

58 Tollazottsági szög Aponeurosis Rostok  Aponeurosis

59 Anatómiai és élettani keresztmetszet

60 Az élettani keresztmetszet kiszámítása ( PCSA )
izomtömeg x cos a PCSA = rosthossz x sűrűség (1.067 g cm3 )

61 Élettani keresztmetszet ( PCSA )

62 Jellemzők Sartorius 448 0.88 0.00 1.7 Vastus lat. 72 0.23 0.12 (6.7)
izom rosthossz hosszarány pennáltság PCSA (mm) szög(rad) (cm2) Sartorius 448 0.88 0.00 1.7 Vastus lat. 72 0.23 0.12 (6.7) 30.6 Gastr. med. 37 0.16 0.25 (14.4) 32.4 Soleus 25 0.08 0.48 (27.6) 58.0 1 degree = rad

63 Az izom specifikus feszülése (tenziója)
Egységnyi izomerő = N/ cm2 (PCSA)

64 EXCENTRIKUS KONTRAKCIÓ

65 Az excentrikus kontrakció

66 Mivel a külső erő nagyobb, mint az izom által kifejthető legnagyobb erő, ezért az izom hossza növekszik és feszülése nő.

67 Mi az oka az izom feszülés növekedésének?
az elasztikus elemek ellenállása a motoros egységek tüzelési frekvenciája új motoros egységek bekapcsolása

68 Nyújtás különböző izomhosszakon

69 Maximálisan ingerelt izolált izom
Fex EC Izometriás

70 IC EC Fex

71 Akaratlagos izomkontrakció
Nyomaték Szög EMG (VL) EMG (BF)

72 Hill 1938 Béka gastrocnemius Fec / Fic = 1.8

73

74 Intakt izomban a nyújtás kiválthatja a nyújtási reflexet,
amely bizonyos feltételek alatt növelheti az izom feszülését.

75 Gyors feszülésnövekedés (short range stiffness)
Aktív feszülés Visszamaradó feszülés

76 Az izom feszülésének nagysága nyújtás előtt
100 % 80 % 60 % 40 % 20 %

77 306 Nm 259Nm 75 Nm

78 Az aktív feszülésnövekedés mértéke függ
az izomhossztól a megnyújtás sebességétől az izom kezdeti feszülésétől a nyújtást megelőző feszülés növekedés nagyságától (RTD)

79 A visszamaradó feszülés mértéke függ
az izomhossztól A nyugalmi hossznál nagyobb hosszon jelentősebb

80 NYÚJTÁSOS - RÖVIDÜLÉSES
CIKLUS

81 A külső erő munkát végez az izmon elhasználva a rendelkezésére álló energiát, amelynek egy része az izomban, mint elasztikus energia tárolódik.

82 NYÚJTÁSOS – RÖVIDÜLÉSES CIKLUS

83 SSC IC EC CC Fex

84 SSC IC EC CC Fex

85

86 Nyomaték-idő EMG, Vastus lateralis
Mecc Nyomaték-idő IC EC CC EMG, Vastus lateralis

87 Elasztikus energia tárolás és felhasználás
Mechanikai hatásfok rövidülés Pozitív munka Negatív munka nyúlás

88 A munkavégzés hatásfoka

89 MECHANIKAI HATÁSFOK

90 SJ CMJ Az izomnyújtás okozta pozitív munka növekedés

91

92

93 Stretch reflex