milos vasic biomehanika seminarski 1 08-09

FAKULTET SPORTA I FIZIČKOG VASPITANJA

SEMINARSKI RAD

IZ

BIOMEHANIKE SA OSNOVAMA MOTORNE KONTROLE

TEMA: 1. ARHITEKTURA MIŠIĆA

2. ELASTIČNOST MIŠIĆA

3. ZAMOR

profesor: Dr Duško Ilić

student: Miloš Vasić, br. ind. 22-R/2008

FAKULTET SPORTA I FIZIČKOG VASPITANJA BIOMEHANIKA SA OSNOVAMA MOTORNE KONTROLE

2

SADRŽAJ

1. Arhitektura skeletnih mišića 3 2. Elastičnost mišića i ciklus skraćenja-izduženja (SSC) 5 2.1. Kontraktilni potencijal 6 2.2. Miotatički refleks 6 2.3. Akumulacija energije elastične deformacije 7 2.4. Tempiranje vremena za razvoj sile 8 2.5. Mišićno-tetivna interakcija i upotreba elastične energije u hodanju 8 3. Zamor 12 3.1. Savremeni fiziološki uzroci zamora 12 3.2. Zamor centralnog nervnog sistema 12 3.3. Zamor perifernog nervnog sistema 13 3.4. Uticaj zamora i temperature mišića na njegove mehaničke osobine 14 3.5. Zamor i motorno učenje 15 Literatura 16


3

1. ARHITEKTURA SKELETNIH MIŠIĆA

Svi skeletni mišići su sastavljeni iz mišićnih vlakana, a njihov raspored se značajno razlikuje među mišićima. Raspored vlakana ima izuzetan značaj na mogućnost mišića da realizuju pokret i stvaraju silu. Postoji više naziva koji bliže određuju raspored vlakana u mišićima, ali ipak mi sve njih delimo u dve glavne grupe:

1. Vretenaste mišiće – njihova vlakna su postavljena paralelno sa dužinom prostiranja mišića (slika 1.1A,B,C), ona su realativno duga, ali su i dalje kraća od ukupne dužine mišića. M. satorius, terazijski mišić, čija mišićna vlakna su izrazito duga – imaju oko 90% dužine celog mišića.

2. Perasti mišići – za razliku od vretenastih mišića, njihova se tetiva duboko uvlači u centralni deo mišića tako da se mišićna vlakna, koja se unutrašnjim pripojem pripajaju na urasloj tetivi, pružaju koso u polje. Peraste mišiće možemo podeliti u podkategorije u zavisnosti od broja tetiva koja se uvlače u mišiće u sledeće: 1. jednoperasti mišići (slika 1.1D) 2. dvoperasti mišići (slika 1.1E) i 3. višeperasti mišići (slika 1.1F).

O vezi između veličine mišića i mišićne sile se ne može govoriti bez uvida u arhitekturu određenog mišića, jer je potrebno znati broj mišićnih vlakana u mišiću, a to se određuje fiziološkim presekom, kao i dužinu mišićnih vlakana. Fiziološki presek je veličina površine koja se dobija upravnim rezom na sva mišićna vlakna u datom mišiću (slika 1.2). Kod perastih mišića fiziološki presek je značajno veći nego kod vretenastih mišića. Prema tome, ako su svi ostali faktori podjednaki, perasti mišići će vršiti veću silu u odnosu na vretenasti mišić. Fiziološki presek vretenastih mišića može se povećati hipertrofijom mišićnih vlakana i veoma retko povećanjem njihovog broja. Kod perastih mišića osim hipertrofijom, ugao pod kojim se mišićna vlakna pripajaju na tetivu takođe utiče na ukupnu silu kojom perasti mišić deluje na kosti. Što je veći ugao pripajanja mišićnih vlakana kod perastih mišića, veći je i fiziološki presek, a do tog povećanja ugla pripajanja može doći usled hipertrofije kao i izdužavanja perastih mišića. U većini slučajeva taj ugao iznosi oko 30° ili manje. Trening za razvoj snage povećava ugao pripajanja vlakana na tetivu (i fiziološki presek mišića), što proizilazi iz povećanja fiziološkog preseka pojedinačnog mišićnog vlakna.

Slika 1.1.: Raspored vlakana u skeletnim mišićima, vretenasti mišići (A, B, C); perasti mišići: (D) jednoperasti mišić, (E) dvoperasti mišić, (F) višeperasti mišić.


4

Upoređujući vretenste i peraste mišiće približno iste dužine primećujemo da vretenasti, u odnosu na peraste, mišići imaju duža mišićna vlakna. Zbog toga što dužina skraćenja mišića zavisi od dužine mišićnih vlakana – vretenasti mišići se mogu skratiti više od perastih. Povećanje dužine mišićnih vlakana kod vretenastih mišića ne dovodi do istih efekata kao kod perastih mišića, već usled povećanja dužine mišića povećava i brzinu mišićnog skraćenja, ali smanjuje mišićnu silu vretenastih mišića. Dugačka vlakna u vretensatim mišićima odgovaraju velikim brzinama mišićnih skraćenja, pa ipak, prostorno ograničenje ljudskog tela sprečava mišiće sa dugačkim vlaknima da imaju veoma velike fiziološke preseke i iz toga mogućnost ispoljavanja velikih mišićnih sila. Sa druge strane, mišići sa velikim fiziološkim presekom mogu se smestiti u male prostore raspoređivajem mišićnih vlakana u perasti oblik. U svakom slučaju, perasti mišići su ograničeni po pitanju brzine mišićnog skraćenja. Uticaj arhitekture mišića na mehaničke osobine mišića, može se objasniti pomoću uprošćenog mehaničkog modela gde će jedan mišić biti sastavljen iz dva potpuno ista mišićna vlakna (iste dužine i širine), ali drugačije postavljenih u samom mišiću (slika 1.3). Kod modela koji treba da predstavlja perasti mišić vlakna će biti postavljena paralelno u odnosu na pravac mišića, a kod modela vretenastog redno u odnosu na pravac pružanja mišića. Obradićemo aspekte generisanja mišićne sile, maksimalne brzine skraćenja, rada i snage mišića.

1. Pošto sila zavisi od fiziološkog preseka, a kod prvog modela ova površina je dva puta veća, sledi Fa=2Fb (model a razvija dva puta jaču silu).

2. Pošto je maksimalna brzina skraćenja proporcionalna dužini mišića, a kod drugog modela je ova dužina dva puta veća, sledi vb=2va (model b ima dva puta veću maksimalnu brzinu skraćenja).

3. Rad koji mišić može da izvrši jednak je proizvodu njegove sile i dužine skraćenja. Model a razvija dva puta veću silu, ali zato model b može dva puta više da se skrati, pa sledi Aa=Ab (oba modela vrše jednak rad).

Slika 1.2 fiziološki presek kod: (A) vretnastog mišića; (B) jednoperatsog mišića; (C) dvoperastog mišića


5

4. Snaga mišića je iz definicije jednaka je proizvodu sile i brzine skraćenja. Model a razvija dva puta veću silu, ali zato model b ima dve puta veću brzinu skraćenja, pa sledi Pa=Pb (oba modela imaju istu snagu).

Slika 1.3 Modeli arhitekture mišića sastavljenih od dva vlakna (šrafirani pravougaonici): (a) paralelna i (b) redna arhitektura. Prikazan je i odnos dužine ovih mišića (x), njihovih izometrijskih sila (F) i maksimalnih

brzina skraćenja (v) Iz svega navedenog proizilazi da raspored vlakana peraste mišiće specijalizuje za ispoljavanje sile, ali ih ograničava po pitanju brzine. Suprotno njima, vretenasti mišići imaju veću brzinu skraćenja, ali ispoljavaju manju mišićnu silu u poređenju sa perastim mišićem iste veličine. Ove strukturne karakteristike mišića reaguju na povećanu ili smanjenju fiziču aktivnost tokom vremena i u skladu sa tim mogu se poboljšati ili pogoršati. Metode treninga koje za cilj imaju zadebljanje i skraćenje mišićnih vlakana povećavaju izometrijske sile i sposobnost savladavanja velikih tereta, ali smanjuju snagu mišića pri velikim brzinama pokreta. Suprotni efekti se dobijaju treningom koji za rezultat imaju povećanje dužine i (ne uvek) smanjenje debljine mišića. Dakle, promenom arhitekture mišića pod uticajem treninga može se selektivno povećavati jačina ili snaga pri brzim pokretima, ali uvek jedno na račun drugoga. 2. ELASTIČNOST MIŠIĆA I CIKLUS IZDUŽENJA-SKRAĆENJA (SSC)

Elastičnost mišića pomenućemo u smislu akumiliranja energije elastične deformacije, a pre toga da se upoznamo sa pojavom gde ona možda ima najveći uticaj.

Mehaničke karakteristike skeletnih mišića imaju toliko značajan uticaj na silu i brzinu mišićne kontrakcije da centralni nervni sistem ima prioritetnu strategiju delovanja mišića da bi maksimizirao performanse u većini brzih kretanja. Ova strategija je od najveće koristi pri najvećim naporima, ali se takođe koristi i pri submaksimalnim naporima. Većina kretanja nesvesno započinje ciklusom izduženje-skraćenje, odnosno ekcentrične kontrakcije koja neposredno prethodi koncentričnoj, u daljem tekstu SSC (Stretch-Shortening Cycle): kretanje suprotno od željenog smera kretanja je usporeno ekcentričnom mišićnom kontrakcijom iza koje momentalno sledi koncetrična kontrakcija u željenom smeru. Ovaj skok iz ekcentrične kontrakcije rezultira u potencijalnom povećanju sile u sledujućoj koncentričnoj kontrakciji ukoliko je stanka između dve mišićne kontrakcije minimalana. To je izuzetno bitno u treningu sile i snage u sportskim aktivnostima. U uobičajenim kretanjima mišići takođe koriste SSC i tamo gde se mišići izlažu koncentričnom skraćenju koje prati ekcentrično


6

izduženje. Neki podaci nam govore da se mišićna vlakna mogu skratiti dok se u isto vreme cela mišićno-tetivna jedinica izdužava. Šta više, brzina uzmaknuća-trzaja tetive tokom faze skraćenja može biti takva da je brzina mišićnih vlakana manja nego cele mišićno-tetivne jedinice. Ta interakcija između tetivnih struktura i mišićnih vlakana može suštinski delovati na elastični i refleksni potencijal u SSC-u, bilo da doprinose tome da mišićna vlakna dosegnu svoju optimalnu dužinu i brzinu ili ne. Dokazano je da je mišićna sila koncentrične kontrakcije veća kada usledi nakon submaksimalne ekcentrične kontrakcije. Poboljšanje u performansama koristeći SSC u sadejstvu sa koncentričnom kontrakcijom je obično između 10 i 20%, ali može biti i veće i ako su biomehanički koreni ovog funkionalnog dobitka i dalje nejasni.

Postoje četiri potencijalna razloga ispoljavanja velike mišićne sile u koncentričnoj fazi SSC:

1. kontraktilni potencijal mišićne sile 2. refleksni potencijal 3. akumulacija energije elastične deformacije 4. tempiranje vremena za razvoj sile

2.1. KONTRAKTILNI POTENCIJAL

Kontraktilni potencijal mišićne sile je jedan od nekoliko varijacija u potencijalu mišićne sile zasnovane na predhodnoj mišićnoj akciji. Taj fenomen se naziva događajno-zavisna ponašanja. Akcija skraćenja nastoji da poništi izlaznu silu naredne mišićne akcije, dok ekcentrična kontrakcija nastoji da poveća koncentričnu kontrakciju koja iza nje momentalno sledi.

2.2. MIOTATIČKI REFLEKS Miotatički ili refleks istezanja se sastoji iz sledećeg. Senzorni receptori u telu skeletnog mišića su proprioceptori1

1 Proprioceptori su nervni završeci koji prenose sve informacije o lokomotornom sistemu centralnom nervnom sistemu. Proprioceptori (takođe se nazivaju i mehanoreceptori) su izvor svih propriocepcija: osećaja za položaj i kretanje sopstvenog tela. Proprioreceptori registruju svaku promenu u fizičkom pomeranju (kretanju ili poziciji) i svaku promenu tenzije, ili sile, u telu. Nalaze se na krajevima nervnih završetaka pri zglobovima, mišićima i tetivama. Proprioreceptori vezani za istezanje se nalaze u tetivama i mišićnim vlaknima.

, a proprioreceptori vazani za dužinu mišića naročito su osetljivi na brza istezanja. Kada se mišići veoma brzo istegnu, kao u kretanju o kome pričamo, senzorni receptori mišića aktiviraju refleks koji snažno aktivira mišić koji je istegnut. Istraživanja koja su vršena na treniranim osobama pokazala su veću mišićnu aktivaciju u koncentričnoj fazi SSC-a u poređenju sa ne treniranim osobama. U nedostatku preciznih vrednosti za elektromehaničku stanku (misli se na odnos sile i brzine) ostaje nejasno da li refleks istezanja doprinosi većoj mišićnoj sili u kasnoj ekcentričnoj fazi ili u sledujućoj koncentričnoj fazi. Doprinos refleksa istezanja u SSC-u je kontraverzan i mora se još dosta izučavati.


7

2.3. AKUMULACIJA ENERGIJE ELASTIČNE DEFORMACIJE

Akumulacija energija elastične deformacije – jedno od najkontraverznijih rešenja je uloga elastične energije deponovane u ekcentričnoj fazi, koja kasnije može biti iskorišćena u koncentričnoj fazi SSC-a. Dok mišićna vlakna imaju svojstvo da razvijaju silu (aktivna komponenta mišićne sile) i da se svojom unutrašnjom silom odupiru brzim promenama svoje dužine (viskozna komponenta), vezivno tkivo mišića osim svojstva razvijanja pasivne sile kojom se opire izduživanju pri velikim dužinama mišića (pasivna komponenta mišićne sile), ima i svojstvo elastičnosti. Naime, ovo tkivo nakon istezanja pod dejstvom sile, teži da povrati svoju prvobitnu dužinu. Mišićna elastičnost je vezana najčešće za sarkolemu (mišićni omotač) i omotač vezivnog tkiva koje okružuje mišićna vlakna. Elastična vlakna vezivnog tkiva izazivaju skraćenja, nakon završene faze istezanja, dok kolagena vlakna (protein koji se nalazi u vezivnom tkivu) štiti od preteranog istezanja.

Po Hukovom zakonu, sila kojom se idealno elastična tela opiru deformaciji (u ovom slučaju promeni dužine x) iznosi:

, (2.3.1)

gde je k koeficijent elastičnosti. Posledica tog svojstva je da se deformacijom (istezanjem) mišića u njemu akumulira energija elastične deformacije:

, (2.3.2)

što se direktno izvodi iz Hukovog zakona. To znači da je akumulirana energija veća u koliko su koeficijent elastičnosti (tj. “mišićna krutost”) i izduženje mišića veći. Istraživanja su pokazala da se najveći deo energije elastične deformacije mišića akumulira u tetivama. Zbog toga umesto o elastičnim osobinama celog mišića, može se govoriti o elastičnosti mišićnih tetiva i njihovom uticaju na mehaničke osobine mišića.

Dakle, ako se materijal deformiše iza granice elastičnosti i u tom trenutku se rastereti, taj deo deformacije koji je elastičan se povrati. U svakom slučaju, jedan deo se ne vraća, jer je materijal ušao u zonu plastične deformacije, što predstavlja gubitak energije ili histerezni2

2Histerezis se javlja kada odnos ulazne i izlazne sile zavisan od ulazne sile, bilo da se ona povećava ili smanjuje. Histerezis može biti izazvan, na primer, prisustvom deformisanih mehaničkih elemenata u transduktorima, pretvaračima, sile. To je predstavljeno kao maksimalna razlika između izlaznog napone iste sile, povećane ili

Slika 2.3.3 Ponašanje tipičnih materijala prilikom naprezanja i deformacije: (a) nebiološki materijal; (b) viskozno-elastična struktura (tetiva)


8

krug. Energija deformacije je lagerovana u svakom deformisanom materijalu tokom deformacije, kao na trambolini, đonu, zaštitnoj opremi ili lopti i sl. Neki deo te energije će se vratiti kroz energiju elastične deformacije (slika 2.3.3a – svetlo osenčeni deo), a neki deo će se izgubiti kao energija plastične deformacije (slika 2.3.3a – tamno osenčeni deo). Energija plastične deformacije je od koristi kada materijal treba da amortizuje ili absorbuje energiju, kao kod zaštitne opreme. Energija elastične deformacije je korisna kad materijal treba da privremeno akumulira energiju i prosledi je dalje, kao kod odskočne daske ili tramboline. Istegljivi materijali su sposobni da absorbuju mnogo više energije pre nego li dođe do njihovog kraha nego što su za to sposobni manje elastilčni materijali. Gibkost je mera absorbovane energije od strane materijala, a koja je vraćena nakon što je taj materijal rasterećen. To je vezano za elastične i plastične osobine materijala i za njegove histerezne karakteristike. Kao što trening utiče na druge mehaničke osobine mišića, tako on menja i mišićnu elastičnost. Pokazalo se da trening u ekcentričnom režimu uz povećanje mišićnih sila, dovodi i do povećanja koeficijenta elastičnosti, odnosno krutosti, mišića. Oni su time, po jednačini 2.3.2, u stanju da akumuliraju više enrgije i time povećaju efikasnost i ekonomičnost kretanja.

Postoji veoma veliki interes u potencijalnoj energetskoj uštedi i iskorišćavanju deponovane elastične energije u kretanju pri izdužavanju – skraćenju. Mora se biti mnogo oprezan pri tvrdnji da elastiči mehanizmi u proučavanom ciklusu sprečavaju gubitak energije ili da održavaju mišićnu efikasnost bolje od mehanizama za očuvanje energije.

2.4. TEMPIRANJE VREMENA ZA RAZVOJ SILE Još jedan mehanizam vezan za korist SSC-a vezan je za tempiranje razvijanje sile.

Ideja je ta da ako koncentrična kontrakcija može početi sa skoro maksimalnom silom i ako blago izuzme elastične elemente mišića i tetiva, početno ubrzanje i eventualno brzina kretanja će biti uvećani.

Osmonedeljni mikrociklus, sa tri časa vežbanja nedeljno, pri kojem je do povećanja brzine i sile mišića bilo za cilj da se dođe korišćenjem SSC metoda, poboljšao je funkcionalne sposobnosti svih tipova mišićnih vlakana kroz istovremeno poboljšanje kako brzine mišićnog skraćenja tako i sile. Benificije SSC-a su najveće u najenergičnijim i najtežim kretanjima.

2.5. MIŠIĆNO-TETIVNA INTERAKCIJA I UPOTREBA ELASTIČNE ENERGIJE U HODANJU KOD LJUDI

Studija grupe autora, iz 2005, imala je za cilj da ispita kakvu ulogu ima interakcija između mišićnih vlakana i vezivnog tkiva u skladištenju i iskorišćavanju energije elastične deformacije tokom hodanja. Osam muškaraca je koračalo svojim uobičajenim načinom hoda (brzinom od 1,4 0,1 m/s) po specijalizovanom mernom instrumentu (force plate system), na dužini od 10m. U laboratorijskim uslovima je smanjenje, podeljeno sa punim opsegom izlaznog napona. To iznosu oko 0,5% odstupanja od punog izlaznog opsega ili čak i manje.


9

beležena korišćena sila Ahilove tetive i u realnom vremenu je analizirana dužina mišićnih vlakana dva mišića (m. medial gastrocnemius i m. soleus). Rezultati su pokazali da se tetive oba mišića lagano izdužavaju tokom faze sa jednim osloncem a zatim veoma brzo povlače nazad u fazi kada se prekida kontakt sa podlogom. Promena dužine mišićnih vlakana je pokazala različite obrasce i amplitude između ta dva mišića. Mišićna vlakna M. medial gastrocnemius-a se istežu u početku faze sa jednim osloncem, a zatim ostaju izometrično kontraktovana tokom kasnije faze. Suprotno njemu, mišićna vlakna m. soleus-a se izdužuju sve do kraja cele faze sa jednim osloncem. Ti rezultati ukazuju da elastičnost, u uobičajenom ljudskom hodu, nema ulogu opruge koja poskakuje, već katapultirajuće akcije. Interakcija između mišićnih vlakana i tetiva igra važnu ulogu u procesu otpuštanja energije elastične deformacije, čak i ako se ova dva mišića, koji su uobičajeno sinergisti, nemaju slične mehaničke odgovore mišićnih vlakana u katapultirajućoj akciji tokom hodanja.

Slika 2.5.1.: Arhiva (n = 8) vertikalne reakcione sile oslonca desne i leve noge (Fv_R i Fv_L, posebno) i horizontalne reakcione sile oslonca desne noge (Fh_R) (A), Sila ahilove tetive (ATF) i uglovi u zglobovima (B), Dužina mišićno-tetivne jedinice (MTU), mišićnih vlakana i tetiva (TT) [u m. medail gatrocnemius-u (MG) (C) i u m. soleus (Sol) (D)] i elektromigrafski obrasci za MG (E) i Sol (F) tokom faza hodanja sa kontaktom. Faza kontakta je podeljena u četiri faze (A).


10

Slika 2.5.1 nam pokazuje srednju vrednost vremenske krive tokom kontakata u hodanju gde su prikazane promene u silama reakcije podloge, uglovima u zglobovima, sili ahilove tetive, promenama dužine i električne aktivnosti u mišićima (EMG). Sila ahilove tetive pokazuje iznenadna smanjenja pri udaru pete tokom hodanja kod svih ispitanika (slika 2.5.1B). Slična smanjenja su primećena i kod dužine cele mišićno-tetivne jedinice, mišićnih vlakana i tetiva tokom brze plantarne fleksije u fazi brejk 1 (slika 2.5.1). U sledujućoj fazi, brejk 2, sila vertikalne reakcije oslonca u desnoj nozi opada, ali sila ahilove tetive da se povećava posle prve pojave sile vertikalne reakcije oslonca u desnoj nozi (slika 2.5.1, A i B). Sila ahilove tetive i EMG m. medial gastrocnemius-a i m. soleus-a se povećava uz istovremeno izdužavanje cele mišićno-tetivne jedinice, mišićnih vlakana i tetiva, ali za svaki mišić u različitom nivou (slike 2.5.1 i 3). Povećanje sile ahilove tetive ima svoje mesto sve do početka faze puš 2. Nakon toga, sila ahilove tetive opada, ali mnogo kasnije nego odgovarajućoj elektromiografskoj aktivnosti oba mišića (slika 2.5.1). Mišićno-tetivna jedinica i tetive oba mišića se polako izdužuju tokom faze brejk 2 i puš 1, a zatim se veoma brzo skraćuju tokom faze puš 2 kod svih ispitanika (slika 2.5.1, C i D). Ipak, obrasci i amplitude promene dužine mišićnih vlakana se razlikuju među mišićima. Mišićna vlakna m. medial gastrocnemius-a se izdužuju tokom faze brejk 2, a zati ostaju izometrično kontraktovana tokom faue puš 1. Suprotno tome, mišićna vlakna m. soleus-a nastavljaju da se istežu i tokom faze puš 1. U oba sličaja, mišićna vlakna se skraćuju pri maloj elektromiografskoj aktivnosti u fazi puš 2 (slika 2.5.1). Slika (2.5.2.A) pokazuje krajnje amplitude izduženja i skraćenja cele mišićno-tetivne jedinice, mišićnih vlakana i tetiva pri kontaktu desne noge tokom hodanja. Upoređujući sa m. medial gastrocnemius-om, mišićno-tetivna jedinica m. soleusa se izdužava relativno više. Ta razlika, ipak, nije statistički bitna. Takođe, nema ni statistički velike razlike ni u veličini skraćenja cele mišićno-tetivne jedinice kod oba mišića. Na nivou mišićnih vlakana, ne samo da su obrasci izduživanja drugačiji već su i amplitude izduženja drugačije između datih mišića (slika 2.5.2.B). Izduženje mišićnih vlakana je veće u m. soleus-u. Suprotno tome, skraćenje je veće u m. medial gastrocnemius-u. Na nivou tetiva, amplitude izduženja i skraćenja ne pokazuju statistički bitne razlike između ta dva mišića (slika 2.5.2.C).


11

ISKORIŠĆENOST ENERGIJE ELASTIČNE DEFORMACIJE PRI HODANJU

Rezultati merenja dužine mišićnih vlakana i sile ahilove tetive pokazuju da su se tetive lagano izduživale u fazi brejk 2 i puš 1, a nakon toga se brzo vratile (slika 2). Međutim, tetive se nisu ponašale u okviru obrasca opruge pri kome tetive akumuliraju energiju u prvoj polovini koraka, a zatim je vraćaju u drugoj fazi, već su postupale po konceptu katapultarne akcije, pri kojoj se opruga rasteže lagano i vraća veoma brzo. U toj akciji, izlazna sila može biti pojačana brzim pozitivnim radom po negativnom radu tokom sporog istezanja. Katapultirajuća akcija je veoma slična akciji poskakujuće opruge, ipak glavna razlika je u tome da u katapultirajućoj akciji energija elastične deformacije nije obezbeđena direktno iz početnog negativnog rada. Umesto toga, ona je uglavnom obezbeđena iz mišićne akcije.

Slika 2.5.2.: Realtivne promene izduženja i skraćenja u mišićno-tetivnoj jedinici MTU (A), mišićnim vlaknima (B) i tetivama TT (C) mišića m. medial gastrocnemius MG i m. soleus Sol tokom hodanja. Amplituda izduženja je računata od najniže tačke tačke nakon brze plantarne fleksije (prikazano gore desno).


12

3. ZAMOR

Izučavanje zamora i njegov povezanost sa fizičkim sposobnostima je uglavnom kompletirano. Zamor je uopšteno definisan kao fizički umor i iscrpljenost usled vršenog rada a karakteršu ga smanjenje (obima, inteziteta ili oba) vršenja tog rada kao i nepravilni obrazci kretanja koji se manifestuju usled zamora pri vršenju rada koji ga je izazvao. Zvanično se zamor predstavlja kao smanjenje u produkciji sile i nemogućnost u daljem održavanju inteziteta fizičke aktivnosti. Većina istraživanja zamora su bila fokusirana na fiziološke i psihološke parametre vežbanja i motornog učenja.

3.1. SAVREMENI FIZIOLOŠKI UZROCI ZAMORA

Rezultati fizioloških istraživanja uzroka zamora do danas su veoma različiti i kompleksni. Savremena istraživanja su generalno fokusirana na tačke centralnog i perifernog nervnomišićnog sistema i mehaničke procese (slika 3.1.1). Krah centralnog nervnog sistema, nervnih i mišićnih funkcija su sve verovatniji uzroci smanjenja fizičke sposobnosti usled zamora.

3.2. ZAMOR CENTRALNOG NERVNOG SISTEMA

Krah centralnog nervnog sistema vezan za početak zamora pri radu je vezan za senzorne signale i motorički odgovore koji se isporučuju ka i od mozga. Ranije studije (Merton, Azmusen i Mazin) ukazuju da je mogući krah, koji sprečava nastavaka rada, više psihološke nego fiziološke prirode. Istraživanje koje je vršio Merton (1954.) je bilo vezano za dodatnu električnu stimulaciju tokom vežbanja, tokom povećanje nivoa zamora. Smanjenje mišićne sile je nastavljeno, ukazujući da centralni nervni sistem nije uzročni faktor. Na suprot tome, Azmusen i Mazin (1978.) utvrdili su da kada dolazi do povećanja zamora tokom treninga snage, a u toku časa vežbanja se upražnjavaju i neke zabavne aktivnosti, vežbači su bili u mogućnosti da nastave sa radom u dužem vremenskom periodu. Ovi rezultati pokazuju da centralni nervni sistem ima neki uticaj na razvoj zamora. Vilmor i Kostil (2004.) u njihovoj

Slika 3.1.1: tačke zamora i mehanizmi


13

oceni istraživanja, ukazuju da početak zamora može bti korišćen i kao neki vid zaštitnog mehanizama mozga i da psihološko ohrabrivanje, bodrenje, može preusmeriti osećaj iscrpljenosti. Uloga amino kiselina u krahu centralnog nervnog sistema je takođe izučavana vezano za oksidaciju razgranatog lanca amino kiselina (valin, leucin i izoleucin) i triptofana, koji je esencijalna amino kiselina. Suplementacijom razgranatog lanca aminokiselina je teoretski moguće podići nivo izdržljivosti. Suprotno tome, suplementacija triptofanom, koji se pretvara u serotonin3

Zamor perifernog nervnog sistema je generalno vezan za nervno-mišićni prenos i proces smanjenja izvora energije. Prenosni zamor može biti rezultat iscrpljenja difuzije acetilholina pri nervno-mišićnim čvorištima. Zamor, takođe, može biti zasnovan na smanjenju nivoa prenosnog akcionog potencijala

, dovodi do povećanja zamora. Kada je u krvi visok nivo razgranatog lanca amino kiselina, teoretski, početak zamora se odlaže. Kako bilo, ako se taj odnos promeni u korist tritofana što dovodi do povećane proizvodnje serotonina, to u osnovi ubrzava pojavu zamora. Posle ovih, usledile su i studije koje su imale za cilj da dokažu suprotno. Vandravel (1991.) je vršio istraživanja na vežbačima sa istrošenim depoima glikogena pri vežbanju na bicikl ergometru do iscrpljenja. Nikakve bitne razlike nisu pronađene između ispitanika koji su dodatno unosili amino kiseline razgranatog lanca i onih iz kontrolne grupe, nad kojima nije vršena suplementacija. Sigura i Ventura (1988.) su u istraživanju davali ispitanicima triptofan u dozi od 300 mg tokom perioda od 24 časa i to je rezultiralo poboljšanjem vremena pri trčanju na tredmilu. Suprotno tome, Njuzholm (1979./90./93.) veruje da je triptofan odgovoran za nastup zamora, a rezultati njegovih istraživanja idu tome u prilog. On veruje da, tokom dugotrajnih aktivnosti, nivo razgranatog lanca amino kiselina opada u kasnijim fazama aktivnosti, dozvoljavajući triptofanu da dođe do mozga rezultirajući povećanjem nivoa serotonina, i shodno tome, ubrzanjem pojave zamora. Brauns (2002.) u njegovoj oceni uticaja amino kiselina na zamor, naglašava da su potrebna dalja istraživanja pre nego što navedene teorije mogu uzeti za konačne. Savremena istraživaja su takođe vezana i za dodatni unos ugljenih hidrata koji mogu odložiti i stabilizovati pojavu zamora.

3.3. ZAMOR PERIFERNOG NERVNOG SISTERMA

4 – kalijuma i smanjenom lučenju kalcijumovih jona (slika 3.3.1). Ovi uslovljeni efekti mogu se pokazati tokom maksimalnog nivoa vežbanja kada su uključene sve motorne jedinice5

3 Serotonin je neurotransmiterska hemikalija, koja reguliše funkcije poput fine mišićne kontrakcije, regulacije temperature, apetita, osećaja bola, ponašanja, arterijskog krvnog pritiska i disanja. Kada je na optimalnom nivou, daje osećaj zadovoljstva i mentalne opuštenosti. Previše ili premalo seratonina dovodi do abnormalnih mentalnih stanja, poput depresije. 4 Akcioni potencijal se zove električni impuls iz mozga kojim započinje proces mišićne kontrakcije (pokreće se lanac biohemijskih reakcija koji završava sagorevanje adenozin-tri fosfata koji predstavlja gorivo za mišićnu kontrakciju). 5 Motorna jedinica predstavlja sistem motoričkog nerva sa sebi pripadajućim mišićnim vlaknima.

. Elektromiogram u tim trenucima beleži smanjenu nervnu aktivnost pri nervno-mišićnim čvorištima.


14

Pražnjenje izvora energije je vezano za zahteve koje fizička aktivnost stavlja pred organizam (slika 3.1.1). Ova vrsta zamora je određena tipom mišića i kratkim maksimalnim, kao i produženim submaksimalnim radom. Brzina aktivacije brzih i sporih mišićnih vlakana se razlikuju. Brza mišićna vlakna se brzo kontraktuju, proizvode više mlečne kiseline i brže se zamaraju od sporih mišićnih vlakana, koja se kontraktuju sporo i proizvode manje mlečne kiseline. U kratkim maksimalnim naprezanjima, brza mišićna vlakna preovlađuju svojom aktivnošću u odnosu na spora mišićna vlakna, ali su ipak u zajedničkom delovanju sa sporim mišićnim vlaknima kada su sve motorne jedinice angažovane. Tada dolazi do povećanja mlečne kiseline i krajnjih produkata metabolizma. Povećajne mlečne kiseline je povazano sa povećanjem unutar ćelijske kiselosti i amonijaka, povećanjem akumulacije hidrogenskih jona i smanjenjem oslobađanja kalcijumovih jona koji nakon toga deluju na mehanizme procesa kontrakcije, uklizavanje aktina i miozina i stvaranje mišićne sile. To je sve praćeno smanjenjem nivoa glikogena. Tokom dugotrajnog rada submaksimalnim intezitetom, vlakna sporog trzaja preovlađuju. Zamor je tu vazan za smanjenje glikogena u depoima sporih mišićnih vlakana. Kako su nivoi glikogena iscrpljeni, brza mišićna vlakna su regrutovan za rad. Kada do toga dođe efekti zamora, kao kod pomenutog kratkotrajnog maksimalnog rada, se uvećavaju. Tu je takođe prisutno i smanjenje nivoa, adenozin-tri fosfata, kreatin fosfata, kao i nivoa glukoze. Dakle, i centralni i periferni nervni sistem mogu uticati na pojavu zamora, i tako uticati i na kratkotrajne intezivne i na dugotrajne aktivnosti kroz celokupnu mišićnu produkciju sile. Zamor, takođe, može biti izazvan temperaturom koju proizvodi telo tokom aktivnosti.

3.4. UTICAJ ZAMORA I TEMPERATURE MIŠIĆA NA NJEGOVE MEHANIČKE OSOBINE

Pri zamoru se smanjuje sposobnost mišića da razvije silu ili izvrši rad. Zbog toga su

pokreti sporiji, a nekim slučajevima ne mogu ni da se izvedu. Temperatura isto tako može negativno uticati na mehaničke osobine mišića.

Umerena promena temperature, kao i umereni zamor na sličan način utiču na mehaničke osobine mišića – sniženje temperature i povećanje stepena zamora utiču negativno, a povišenje temperature pozitivno. Ipak, dva efekta dominiraju u ovim pojavama:

a) Sniženje temperature i povećanje stepena zamora mišića utiču na oblik njegove relacije sila-brzina. Pri tome se znatno se smanjuje maksimalna brzina skraćenja mišića, dok maksimalna izometrijska sila mišića ostaje skoro nepromenjena. To znači da zamoreni ili ohlađeni mišići više gube snagu nego jačinu. Ovo važi samo

Slika 3.3.1: metabolički faktori zamora


15

za zamor umerenog inteziteta, odnosno, umereno sniženje temperature. Pri radu do otkaza ili hlađenja tela za više od nekoliko stepeni, mišićna sila se smanjuje u svim režimima kontrakcije, pa mišići gube i jačinu i snagu. Obrnuto važi za povišenje temperature – maksimalna brzina skraćenja se povećava i mišić razvija nešto veću snagu, naročito pri bržim pokretima.

b) Sniženje temperature i povećanje stepena zamora mišića utiču na oblik njegove relacije sila-vreme. Ove promene produžavaju prelazni režim rada mišića, pa vreme aktivacije i relaksacije duže traju. Za povišenje temperature važi obrnuto, jer se pri njemu trajanje prelaznog režima skraćuje, pri tome se znatno više skraćuje vreme relaksacije nego vreme aktivacije.

Ove dve najupadljivije promene u mehaničkim osobinama mišića znatno će usporiti

ili čak onemogućiti brze ciklične pokrete, jer režim rada u kratkim vremenskim intervalima naizmenično zahteva veliku brzinu skraćenja mišića i razvijanje njihovih sila, a zatim njihovu relaksaciju. Zbog toga, zamoreni ili ohlađeni mišići u takvim kretanjima ne mogu da razviju dovoljne sile.

Sa druge strane, umereni zamor bitno ne remeti dinamiku sporih, dugotrajnih pokreta, jer mogućnost razvijanja izometrijskih mišićnih sila nije znatno smajenja, a trajanje takvih kretanja je dugo, pa produženo vreme aktivacije i relaksacije ne predstavlja ograničavajući faktor.

3.5. ZAMOR I MOTORNO UČENJE

Psihološka istraživanja su vezana za uticaj zamora na efekte učenja fizičkih veština. Uopšteno, istraživanja su pokazala da dok zamor ima negativan efekat na fizičke sposobnosti, funkcija motornog učenja ostaje očuvana. Rezultati istraživanja su ipak kontradiktorna. Alderman (1965.) u svom istraživanju zamora i treninga brzine i preciznosti, otkriva da zamor nema uticaja na razvoj fizičkih sposobnosti. Benson (1968.) nam, ipak, kaže da je povezanost učenja i zamora uslovljena prirodom postavljenih zadataka. Dok je brzina umanjena pri skokovima, preciznost je poboljšana u „žongliranju“ posle zamora izazavanog radom na bicikl ergometru. Nasuprot ovim nalazima, Pak otkriva da ekstremni umor ima negativan uticaj na motoričko učenje. Zamor izazvan radom na tredmilu usporava proces učenja na bačmanovim lestvama. Bateza (1977.) i Eliota i Aklanda (1981.) su otkrili da zamor izazvan trčanjem u kasnijim deonicama bio je neusaglašen sa promenom: dužine i frekvencije koraka, položajem tela i brzine. Zamor je, takođe, vezan i za metodologiju rada. Tokom grupnog vežbanja (duge i intezivne faze rada), motorno učenje trpi usled pojave zamora, a tokom vežbanja u malim grupama ili individualnog vežbanja (kratke i česte faze rada), sposobnost motornog učenja nije umanjena. Ovo može biti očekivano sa obzirom na količinu i dužinu trajanja intervala odmora u toku časa vežbanja. Grupno vođeni programi vežbanja, generalno, imaju manje i kraće periode odmora, suprotno korošćenju većeg broja i dužih vremenskih intervala perioda odmora.


16

LITERATURA

- Battinelli, T. (2007.), Physique, fitness, and performance, CRC Press, LLC, UK - Bartlett, R. (1999.), Sports biomechanics: reducing injury and improving performance, E & FN Spon, London, UK - Bartlett, R. (2007.), Introduction to Sports Biomechanics, Routledge, Wasghinton, DC - Birch, K. (2005.), Instant Notes in Sport and Exercise Physiology, Taylor & Francis, Wasghinton, DC - Oatis, Carol A. (2008.), Kinesiology: the Mechanics and Pathomechanics of Human Movement, Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, USA - Ishikawa, Masaki, Komi P. V., Grey M. J., Lepola V., and Bruggemann G-P. (2005.), Muscle-tendon interaction and elastic energy usage in human walking, J Appl Physiol 99: 603–608, American Physiological Society, Bethesda MD, USA - Jarić, S. (1997.), Biomehanika humane lokomocije sa biomehanikom sporta, Dosije, Beograd - Knudson, D. (2007.), Fundamentals of Biomechanics, Springer, New York, USA - Opavski, P. (2004.), Uvod u biomehaniku sporta, Crnogorska sportska akdemija, Podgorica - http://www.holycross.edu/ (2009.)

http://isbndb.com/d/person/karen_birch.html�

http://www.alibris.com/booksearch.detail?invid=9786163376&browse=1&qwork=7633832&qsort=&page=1�



http://isbndb.com/d/person/knudson_duane_v.html�

http://www.holycross.edu/�

milos vasic biomehanika seminarski 1 08-09

Documents