mozgatÓrendszer szÖvetei

AKTÍV - IZOM

PASSZÍV - ÍN

SZALAG

PORC

CSONT

A VÁZIZOM BIOMECHANIKÁJA

430 izom

Zatziorsky, 1998

Maximum 80 dolgozik egyszerre

A vázizom felépítése

Az izomkontrakció mikrostruktúrális alapjai

Szarkomérek 2 dimenziós, elektron mikroszkópos képe

A vékony és vastag filamentumok átfedésének jelentősége

Minél nagyobb az átfedés a két

filamentum között (legsötétebb sáv),

annál nagyobb erőkifejtésre képes az

izom

A szarkomér komplett szerkezete

Hosszváltozás

Rövidülés

2.0-2.2 μm

1.6-1.7 μm

Nyugalmi hossz

Nyújtás

3.5 m

Hosszváltozás

A vékony filamentum

Miozin molekulák

230-250

After model presented by Huxley, 1963

M lemez

test

nyak

fej

A vastag filamentum

Az izomkontrakció létrejötte

A erőkifejtés alapegysége

Kereszthíd

V

t

V

t

F

t

F

t

Izokinetikus Izotóniás

Állandó sebesség

Állandó feszülés

Változó sebesség, állandó gyorsulás

Változó feszülés

Állandó sebesség Állandó gyorsulás

IC

Fex

EC

PEC

SEC

CE

CE – kontraktilis elem

PEC – párhuzamos elasztikus komponens

SEC – sorba kapcsolt elasztikus komponens

ERŐ – IDŐ JELLEMZŐK

1. Rángásos

2. Tetanuszos

JELLEMZŐKJELLEMZŐK

1. 1. CsúcserőCsúcserő, , kontrakciós időkontrakciós idő, , félrelaxációs időfélrelaxációs idő

2. 2. Maximális izometriás erőMaximális izometriás erő (Fo, MVC), (Fo, MVC), az az erőkifejlődés rátája (meredeksége)erőkifejlődés rátája (meredeksége) (RTD)(RTD)

Size principle recruitment order, different contraction time (30 - 120 ms), time delay 5 ms,

Erõ (N)

Idõ (s)

RÁNGÁS

Csúcserő (Fp)

Kontrakciós idő (tp)

1/2 Fp

Félrelaxációs idő (1/2 Rt)

Tetanusz

F0 RTD= dF/dt

dF

dt

1/2Rt

Idő a RTDmax

Izometriás nyomaték – idő görbe

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Time (ms)

To

rqu

e (

Nm

) M0

RTD

dF

dt

= dM / dt

RTDr = dMr / dtr

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

Ttanár 2005. 03. 22.

ICF

>L0L0<L0

Az izom hossz-feszülés görbéje

Izületi szög – nyomaték kapcsolat

M

Izületi szögNeutrális

Csökkenő

Növekvő

Növekvő - csökkenő

Izületi szög – nyomaték összefüggésIzületi szög – nyomaték összefüggés

5 15 30 45 60 75 900

20

40

60

80

100

120

140

flexor

extensor

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

Nyomaték (Nm)

100

60

35

0102030405060708090

100

Szá

zalé

k

30° 90° 130°

Anatómiai térdizületi szög

6-7xTs 3,5-4,0xTs 2-2,5xTs

5200

3120

1820

3400

2040

1190

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

30° 90° 60°

Erő

(N

)

Férfiak

Nők

6,6

3,9

2,3

5,9

3,5

2,1

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

30° 90° 60°

Erő

/te

sts

úly

Férfiak

Nők

Abszolút és relatív értékek

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

A z egy ismétléses maximum a dinamikus (koncentrikus) maximális erőt fejezi ki.

Az 1RM azt súlynagyságot (súlyerőt) jelenti, amelyet egy személy adott tón, szögtartományban elmozdítani tud.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

1 2 3 4

Fo

rce

(N

)

Isometric

1RM

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

1 2 3 4

Fo

rce

(N

)

Isometric

1RM

Felvétel-lökés Szakítás1RM = 135 kg

37.7%

68.0%

82.9%79.0%

61.3% 65.8%

A maximális izometriás erő mindig nagyobb, mint az 1RM

Százalékos arány

40 - 85 %

Az izom izometriás erőkifejtése és elektromos aktivitása

0

50

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Idő (ms)

Ny

om

até

k (

Nm

)

-5000-4000-3000-2000-1000

010002000300040005000

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Idő (ms)

EM

G (

uV

)

Az izom elektromos aktivitásának mérése

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 1000 2000 3000 4000

idő (ms)

rEM

G (

uV

)

0

50

100

150

200

250

300

Ny

om

até

k (

Nm

)

Az izom izometriás erőkifejtése és elektromos aktivitása között lineáris kapcsolat van

Akaratlagos izometriás erő (nyomaték) kifejtése hosszabb-rövidebb időt vehet igénybe

0

50

100

150

200

250

0 1000 2000 3000 4000

Idő (ms)

Nyo

mat

ék (

Nm

)

-6000

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 1000 2000 3000 4000 5000

EM

G (

uV

)

Freund, H. (1983)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Idő (ms)

Nyo

ma

ték

(Nm

)

Az erőkifejlődés meredeksége (explozív erő)

0

500

1000

1500

2000

2500

0 200 400 600 800 1000

Idő (ms)

EM

G (

uV

)

0

100

200

300

400

500

Ny

om

até

k (

Nm

)

EMG Nyomaték

0

500

1000

1500

2000

2500

0 200 400 600 800 1000

Idő (ms)

EM

G (

uV

)

0

100

200

300

400

500

Ny

om

até

k (

Nm

)

EMG Nyomaték

Normál

Gyors

2005.04.03.

A koncentrikus kontrakció létrejöhet

• súlyokkal

• kontrollált sebességgel

• állandó szögsebesség

• növekvő sebességgel

• állandó gyorsulással

• növekvő gyorsulással

Normál koncentrikus kontrakció

IC CC

Fi = 0 G > 0

G > Fi

Fi = G Fi > G

Erő (nyomaték) – sebesség összefüggés

Teljesítmény – sebesség görbe

P = F · v (Nm/s, Watt)

P = M · ω (Nm rad/s, Watt)

HILL EGYENLET

ERŐ

(F + a) (V + b) = konstans = b (Fo +a)

NYOMATÉK

(M + a) ( + b) = konstans = b (Mo +a)ω

A görbék jellemzőiA görbék jellemzőiFo

Vo

Po

F, F%a/Fo

FoFo (Mo) (Mo) - m - mértért

Vo – Vo – számolt vagy becsültszámolt vagy becsült

Po - Po - számítottszámított

F PoF Po-nál -nál - - számítottszámított

F% PoF% Po-nál-nál - - számítottszámított

a/Fo (= b/Vo) - F -V a/Fo (= b/Vo) - F -V görbe alakjagörbe alakja

HH - - számítottszámított

H

Néhány változó értéke

A maximális teljesítmény az izom azzal a teher (súly) nagysággal éri el, amely a

maximális statikus erő 30-40 százaléka.

Példa:

Ha maximális statikus erő 1000 N, akkor a maximális teljesítmény az izom akkor éri el, ha 300-400 N súlyerőt kell mozgatni meghatározott úton a lehető legrövidebb idő alatt.

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

Az excentrikus kontrakció

0

100

200

300

400

500

0 500 1000 1500

t (m)

M (

Nm

)

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

nő.

Mi az oka az izom feszülés növekedésének?

• az elasztikus elemek ellenállása

• a motoros egységek tüzelési frekvenciája

• új motoros egységek bekapcsolása

Izometriás

Fex

EC

Maximálisan ingerelt izolált izom

IC EC

Fex

Hill 1938

Fec / Fic = 1.8

Béka gastrocnemius

Intakt izomban a nyújtás kiválthatja a nyújtási reflexet,

amely bizonyos feltételek alatt növelheti az izom feszülését.

Gyors feszülésnövekedés0

2000

4000

6000

8000

0 2 4 6 8 10 12

Elongation (mm)

Forc

e (N

)

Megnövekedett passzív feszülés

Fex

IC EC CCSSC

IC EC

Fex

CCSSC

050

100150200250300350

0 200 400 600 800 1000 1200

Tor

que

(m)

100

120

140

160

180

0 200 400 600 800 1000 1200

Time (ms)

Ang

le (

degr

ees)

NYÚJTÁSOS – RÖVIDÜLÉSES CIKLUS

NYÚJTÁSOS – RÖVIDÜLÉSES CIKLUS

Izometr. Exc. Conc.

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5

Joint angle (radian)

Wor

k (J

)

nyúlás

rövidülés

122,7

72,6

61,9

36,3

0

50

100

150

200

W (

J)

QF LP

37,7

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1

Hat

ásfo

k (

%)

Elasztikus energia tárolás és felhasználás

Mechanikai hatásfok

Negatív munka

Pozitív munka

A munkavégzés hatásfoka

W

WHatásfok pozitív

MECHANIKAI HATÁSFOK

negpoz

poz

WW

WHatásfok

SQ CMJ

Az izomnyújtás okozta pozitív munka növekedésAz izomnyújtás okozta pozitív munka növekedés

)()( SQpozCMJpoz WW )(SQCMJ hgmhgm