A VÁZIZOM BIOMECHANIKÁJA

Az előadások a következő témára: "A VÁZIZOM BIOMECHANIKÁJA"— Előadás másolata:

1 A VÁZIZOM BIOMECHANIKÁJA

2 A vázizom felépítése

3 Mi az izmok alapfunkciója?
Kontrakció Mi az izomkontrakció? A kontrakció az izom aktív állapota Mi történik az izomban a kontrakció alatt? Az izom feszülése növekszik, amely által (1)erőt fejtenek ki az eredési és tapadási helyekre , (2)forgatónyomatékot hoznak létre.

4 Az izomkontrakció alapegysége
a szarkomér

5 Szarkomérek 2 dimenziós, elektron mikroszkópos képe

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

7 Egy szarkomer működésének 3D animációja

8 Az erőkifejtés, munkavégzés alapegysége
a kereszthíd

9 Egy szarkomérben 240 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)

10 A erőkifejtés alapegysége
Kereszthíd

11 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

12 AZ IZOMKONTRAKCIÓ TÍPUSAI

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

14 IZOMETRIÁS KONTRAKCIÓ

15 KONCENTRIKUS KONTRAKCIÓ

16 EXCENTRIKUS KONTRAKCIÓ

17 NYÚJTÁSOS-RÖVIDÜLÉSES CIKLUS

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

19 Az izom három komponenses modellje
IC Fex EC PEC CE SEC CE – kontraktilis elem PEC – párhuzamos elasztikus komponens SEC – sorba kapcsolt elasztikus komponens

20 IZOMETRIÁS KONTRAKCIÓ

21 Tetanusz izomkontrakció erő-idő görbéje
F0 RTD= dF/dt 1/2Rt dF dt Idő a RTDmax

22 Akaratlagos izometriás köntrakció nyomaték – idő görbe
RTD = dM / dt RTDr = dMr / dtr M0 dF dt

23 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

24 Az izom hossz-feszülés görbéje IC

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

26 Izületi szög – nyomaték összefüggés
Nyomaték (Nm) 140 120 100 80 flexor 60 extensor 40 20 5 15 30 45 60 75 90 flexor 63.6 57.4 56.9 49.5 50.5 45.7 36.1 extensor 61.5 85.5 107.4 120.9 119.5 117 103.9

27 Testhelyzet

28 Testhelyzet

29 Az izmok felépítettsége (arhitektura)

30 Párhuzamos rostlefutású
Tollazott Az izom erőkifejtésének iránya egybe esik az izomrostok erőkifejtésének irányával Az izom erőkifejtésének iránya nem esik egybe az izomrostok lefutásának irányával

31 Tollazottsági szög Aponeurosis Rostok  Aponeurosis

32 Anatómiai és élettani keresztmetszet

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

34 Élettani keresztmetszet ( PCSA )

35 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

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

37 Akaratlagos izometriás erő (nyomaték) kifejtés kezdetének időbeli lefolyása
Freund, H. (1983)

38 Az izmok elektromos aktivitása és az erőkifejlődés gyorsasága
Normál Gyors

39 KONCENTRIKUS KONTRAKCIÓ

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

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

42 Erő (nyomaték) – sebesség összefüggés

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

44 (F + a) (V + b) = konstans = b (Fo +a)
HILL EGYENLET ERŐ (F + a) (V + b) = konstans = b (Fo +a) NYOMATÉK (M + a) ( + b) = konstans = b (Mo +a) ω

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

46 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.

47 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

48 A rövidülési sebesség párhuzamos lefutású és tollazott izmokban
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

49 EXCENTRIKUS KONTRAKCIÓ

50 Az excentrikus kontrakció

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

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

53 Hol raktározódik az elasztikus energia az izomban?
Rövid nyújtás: sorba kapcsolt elasztikus elemekben (pl. inak) Hosszú nyújtás: sorba kapcsolt elasztikus elemekben (pl. inak, kereszthíd) Párhuzamos elasztikus elemekben (pl. izompólya, rost membrán)

54 Maximálisan ingerelt izolált izom
Fex EC Izometriás

55 IC EC Fex

56

57 Intakt izomban a nyújtás kiválthatja a nyújtási reflexet,
A nyújtásos reflex hatására az izom feszülése növekszik (több motoros egység kerül bekapcsolásra és/vagy a működő motoros egységekben több kereszthíd kapcsolat keletkezik amely bizonyos feltételek alatt növelheti az izom feszülését.

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

59 Az izmok excentrikus kontrakció alatt 1,2-1,8-szor nagyobb erőkifejtésre képesek, mint izometriás kontrakció során

60 Hill 1938 Béka gastrocnemius Fec / Fic = 1.8

61 NYÚJTÁSOS - RÖVIDÜLÉSES
CIKLUS

62 A külső erő munkát végez az izmon elhasználva a rendelkezésére álló energiát, amelynek egy része az izomban, mint elasztikus energia tárolódik. Mivel a külső erő már nem tud munkát végezni az izmon, az izom végez munkát a külső ellenállással szemben felhasználva a tárolt elasztikus energiát.

63 SSC IC EC CC Fex

64 NYÚJTÁSOS – RÖVIDÜLÉSES CIKLUS

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

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

67 MECHANIKAI HATÁSFOK

68 Guggoló helyzetből felugrás Izületi hajlítás-nyújtás-felugrás

69

70 Stretch reflex

71 SSC IC EC CC Fex

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

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