FORȚELE IMPLICATE ÎN MIȘCĂRILE CORPULUI

Forțele interne1) ForŃele interne sunt reprezentate prin impulsul nervos, contracŃia musculară şi

pârghiile osteo-articulare.

a) Impulsul nervos este fenomenul ce se transmite pe traseul unui arc reflex care la

rândul lui prezintă receptori, cale aferentă, centru nervos, cale eferentă şi placa

motorie (sinapsa neuro-musculară) prin care se transmite impulsul motor

celulei musculare. Mecanismule care stau la baza mişcărilor sunt de natură

neuromusculară, sunt acte reflexe. Un arc reflex, cel mai elementar, specific

impulsului nervos motor este alcătuit din: receptori (proprioceptori), cale aferentă

(de transmitere a sensibilităŃii proprioceptive), centrii nervoşi (medulari şi

supramedulari), căile eferente (motorii) şi placa motorie (sinapsa

neuromusculară) prin care se transmite comanda motorie, efectorilor (muşchii).

Proprioceptorii se găsesc la nivelul tuturor organelor aparatului locomotor ( oase,

articulaŃii, muşchi), reprezintă elementele materiale ale sensibilităŃii proprioceptive,

sunt deosebit de numeroşi şi au funcŃii polivalente, înregistrând modificările cele

mai variate: termice, mecanice, chimice, osmotice, inclusiv alungirea muşchiului şi

rata acesteia. Împreună cu analizatorii vizual şi acustico-vestibular aduc o mare

contribuŃie în orientare, în modificările de poziŃie şi de tonus muscular, fiind

indispensabili în menŃinerea echilibrului şi realizarea corectă a mişcărilor.

Rolul cerebelului este deosebit în aceste funcŃii, intervenind în procesele

de coordonare a mişcărilor voluntare şi în păstrarea echilibrului. Tot el coordonează

colaborarea armonioasă a muşchilor antagonişti, sinergici şi fixatori. Sub controlul

cerebelului sunt şi viteza de execuŃie, forŃa, amplitudinea, direcŃia şi continuitatea

mişcării.

Rolul scoarŃei cerebrale este major, la nivelul ei excitaŃiile proprioceptive sunt

transformate în senzaŃii în urma analizei şi sintezei diferitelor impulsuri nervoase. La

nivelul ei, se realizează legătura dintre căile aferente şi cele eferente, apare

comanda motorie care va fi transmisă eferent prin:

a) sistemul piramidal (direct sau încrucişat) neuronilor motori alfa din coarnele

anterioare ale măduvei spinării şi de aici muşchilor, pentru mişcările voluntare

b) sistemul extrapiramidal pentru mişcările involuntare şi automate şi

pentru reglarea tonusului, comandă transmisă tot la nivelul motoneuronilor din

coarnele anterioare ale măduvei spinării. De aceea aceşti neuroni motori se mai

numesc şi “cale finală comună” (Sherrington)

Placa motorie (sinapsa neuromusculară) este formaŃiunea anatomo-funcŃională

prin care impulsul nervos motor se transmite celulei musculare prin intermediul

mediatorului chimic acetilcolina.

În coarnele anterioare ale măduvei spinării, pe lângă motoneuronii alfa,

există şi motoneuroni gamma, aflați în legătură cu fusurile neuromusculare prin aşa

numitele bucle gamma prin care se măreşte reactivitatea motoneuronilor alfa. Buclele

gamma sunt interesate în toate activităŃile motorii, fie ele tonice sau fazice. Prin

modificarea activităŃii lor, se asigură reglarea sensibilităŃii la întinderea fusurilor

neuromusculare, deci se reglează reflexul miotatic care este suportul tonusului

postural.

În mişcările voluntare, activitatea gamma precede activitatea alfa. Sistemul

piramidal acŃionează într-o primă etapă asupra motoneuronului gamma, ceea ce

atrage o creştere a reactivităŃii motoneuronului alfa şi numai într-o a doua fază

asupra motoneuronului alfa, producând activitatea motorie.

b) ContracŃia musculară este a doua forŃă interioară care intervine în realizarea

mişcării, ca o reacŃie de răspuns la stimulare, prin impulsul nervos.

Motoneuronul alfa primeşte toate impulsurile motorii, indiferent de originea lor

şi când starea de excitaŃie care rezultă din această sumaŃie a atins un prag

suficient, neuronul reacŃionează stereotip, trimiŃând un impuls motor fibrelor

musculare pe care le inervează prin terminaŃiile sale. Conform legii ”tot sau

nimic”, fiecare fibră musculară răspunde printr-o contracŃie totală şi eliberează

astfel, maximum de energie de care este capabilă în acel moment. Întregul muşchi

se contractă cu intensităŃi variabile, activitate explicabilă prin două mecanisme:

prin sumaŃie în timp, în legătură cu frecvenŃa cu care se succed impulsurile şi prin

sumaŃie în spaŃiu, în legătură cu un număr din ce în ce mai mare de unităŃi motorii

care intră în acŃiune.

ContracŃia musculară reprezintă o manifestare legată de schimbarea elasticităŃii

musculare. Ea se manifestă fie ca o întărire a muşchiului, fie ca o modificare şi de

tărie şi de formă a acestuia. Deosebim mai multe feluri de contracŃii:

- contracŃii izometrice (statice), sunt contracŃii de întărire a muşchiului. Ele

produc - creşterea volumului şi a greutăŃii muşchiului (deci a forŃei), prin mărirea

cantităŃii de sarcoplasmă din fibrele musculare şi o redistribuire a nucleilor care din

poziŃia marginală devin centrali. Prin aceste contracŃii izometrice lungimea muşchiului

nu se schimbă ceea ce înseamnă abolirea mişcării, asigurarea echilibrului sau a

poziŃiei statice.

- contracŃii izotonice (dinamice), sunt contracŃii de scurtare a muşchiului

şi de deplasare a segmentelor, în care se păstrează constantă tensiunea

mecanică din muşchi pe toată durata scurtării lungimii muşchiului. Ele produc o

creştere minimă a cantităŃii de sarcoplasmă, iar nucleii îşi păstrează dispoziŃia

marginală.

- contracŃii în alungire care se produc când forŃa care se opune depăşeşte forŃa

musculară şi întinde muşchiul.

- contracŃii izokinetice care se realizează cu viteză constantă

(izokinetică). Toate mişcările naturale ale aparatului locomotor, precum şi alte

numeroase contracŃii obişnuite ale musculaturii umane nu au viteză constantă, în

primul rând datorită acceleraŃiei din faza de demarare, iar apoi datorită schimbărilor

de poziŃie în pârghiile lanŃurilor cinematice, schimbări raportate la greutatea

proprie sau la greutatea deplasată. ContracŃiile izokinetice se pot realiza cu

aparate speciale, mai ales pentru antrenamentele sportive, care elimină sau

limitează acceleraŃiile.

- contracŃii auxotonice în care atât viteza mişcării cât şi forŃa rezistivă variază

independent, fiind posibile nenumărate reguli empirice de legătură între ele.

Majoritatea mişcărilor care se desfăşoară cu putere maximă sunt contracŃii

auxotone. Se consideră că, practic, toate mişcările de locomoŃie şi cele naturale

ale omului sunt auxotone. PuŃinele excepŃii sunt mişcările izometrice, izokinetice,

izotonice.

Din punct de vedere biomecanic, în executarea unei acŃiuni musculare, pe

lângă muşchiul care execută mişcarea (muşchiul agonist) mai intervin şi alte grupe

musculare cu rol bine definit în sincronizarea acŃiunilor musculare. Asfel, deosebim

următoarele grupe musculare participante:

1. Agonistul este motorul principal, muşchiul care face mişcarea.

2. Antagonistul este muşchiul care controlează efectuarea continuă şi gradată

a mişcării. Ex: când bicepsul se contractă pentru a flecta antebraŃul pe braŃ, în

acelaş timp se contractă şi tricepsul brahial care moderează mişcarea (legea lui

Sherrington).

3. Muşchii de fixare susŃin segmentul în poziŃia cea mai utilă şi conferă astfel,

forŃă mişcării. Ex: o aruncare nu se poate face numai cu forŃa antebraŃului ci şi cu

fixarea cotului şi a umărului în poziŃia cea mai convenabilă.

4. Muşchii neutralizatori, ce suprimă mişcarea secundară a motorului

principal, intervin după terminarea mişcării, ei sunt de fapt tot antagonisti.

5. Muşchii nu acŃionează izolat, ci în lanŃuri musculare.

Ex: a). În mişcarea de aplecare a capului,

- întâi pielosul apleacă bărbia

- apoi sterno-cleido-mastoidianul flectează capul

b). Când ne aşezăm pe scaun, următorii muşchi acŃionează astfel: - muşchii

spatelui îndoaie corpul înainte;

- muşchii intercostali blochează toracele;

- muşchii abdominali trag trunchiul spre bazin;

- psoasul flectează coapsa.

c) Pârghiile osteo-articulare reprezintă cea de a treia forŃă internă care

intervine în realizarea mişcării. Impulsurile nervoase produc contracŃii musculare,

care la rândul lor atrag deplasarea segmentelor osoase la nivelul inserŃiilor

musculare transformând astfel, energia chimică în energie mecanică. Segmentele

osoase asupra cărora acŃionează muşchii se comportă, la prima vedere, ca pârghiile

din fizică.

În mecanică, pârghia este o bară rigidă care se poate roti în jurul unui punct

de sprijin. Asupra oricărei pârghii se aplică două forŃe: forŃa activă (F) şi forŃa de

rezistenŃă (forŃa rezistivă, R). Fiecare dintre ele acŃionează la o anumită distanŃă de

punctul de sprijin (axa de rotaŃie, fulcrum), formând un moment al forŃei

corespunzător pentru braŃul forŃei şi un moment al rezistenŃei pentru braŃul

rezistenŃei. DistanŃa de la axa de rotaŃie la momentul forŃei sau al rezistenŃei se

numeşte braŃul forŃei, respectiv braŃul rezistenŃei.

Pârghiile în mecanică sunt folosite pentru efectuarea unor activităŃi cum ar fi:

ridicarea unei greutăŃi, transportul de greutăŃi (cu roaba) sau chiar vâslitul.

Tot pârghii sunt şi oasele corpului care au axa de rotaŃie în articulaŃii, forŃa

activă este dată de muşchi, iar forŃa de rezistenŃă este dată de greutatea corpului

sau a segmentelor sale. Pârghiile au rolul de a transmite mişcarea, de la muşchi şi

tendoane la sarcina rezistivă, mărind eficienŃa ei.

Aplicând la mecanismul pârghiilor condiŃia de echilibru fundamentală a

forŃelor, constatăm că în stare de repaus sau de rotaŃie uniformă a pârghiei, fără

frecare, momentul forŃei care roteşte pârghia într-un sens este egal cu momentul

forŃei care o roteşte în sens contrar. Din raportul care se stabileşte între braŃul forŃei

şi braŃul rezistenŃei, rezultă regula de aur a mecanicii: ce se câştigă în forŃă se

pierde în viteza de deplasare şi invers.

Folosind pârghiile ca unelte nu câştigăm lucru mecanic, dar aplicăm o forŃă

mai mică pentru învingerea

unei rezistenŃe mai mari.După felul cum se dispun cele două forŃe (activă şi de

rezistenŃă) faŃă de punctul de sprijin, există trei feluri de pârghii:

Pârghii de gradul I

Pârghiile de gradul I sunt pârghiile la care punctul de sprijin este situat între cele

două momente de aplicare a forŃei şi a rezistenŃei; ambele forŃe sunt îndreptate

în acelaşi sens. (ex: în mecanică este balanŃa). În corpul omenesc sunt

numeroase: la nivelul articulaŃiei dintre craniu şi coloana vertebrală (atlanto-

occipitală), punctul de sprijin se află în articulaŃie , forŃa activă este dată de muşchii

cefei, iar rezistenŃa de greutatea capului. La nivelul articulaŃiei coxo-femurale (în

poziŃie stând) se află punctul de sprijin (axa de rotaŃie), iar în plan ventral şi dorsal

cele două puncte de aplicare a forŃei active şi a forŃei de rezistenŃă.

In corpul omenesc toate pârghiile de gradul I au braŃe inegale, de aceea şi

forŃele care le echilibrează sunt inegale. Astfel, la craniu, braŃul forŃei este mai scurt

decât cel al rezistenŃei, musculatura cefei care-l manevrează este mai dezvoltată

decât musculatura ventrală a gâtului, care mânuieşte un braŃ mai lung. Pârghiile de

gradul I sunt pârghii de echilibru.La pârghiile de gradul II şi III, cele două forŃe au

direcŃii contrarii, iar punctul de sprijin se află la unul din capetele pârghiei.

Pârghii de gradul II

Pârghiile de gradul II sunt pârghiile care au punctul de sprijin la un capăt,

forŃa la celălalt capăt, iar rezistenŃa între ele, de ex: roaba, sau ridicarea unei

greutăŃi mari cu o rangă de fier. În corpul omului acest gen de pârghii este contestat;

majoritatea autorilor admit că ar exista un singur exemplu, la articulaŃia talocrurală, în

poziŃia

- stând pe vârfuri, unde punctul de sprijin este în vârful piciorului, forŃa se

exercită pe calcaneu de către muşchii care acŃionează tendonul lui Achile, iar

rezistenŃa este dată de greutatea corpului care se transmite acestei pârghii prin

oasele gambei. Acestea sunt pârghii de forŃă.

Pârghii de gradul III

Pârghiile de gradul III sunt pârghiile care au punctul de sprijin la un capăt al

pârghiei, rezistenŃa la celălalt capăt, iar forŃa intre acestea. Ex: pedala tocilarului,

cleştele de cărbuni. În corpul omenesc, acest gen de pârghii este foarte răspândit.

Ele acŃionează cu pierdere de forŃă şi câştig de deplasare. Ex: articulaŃia cotului,

unde punctul de sprijin este în articulaŃie, rezistenŃa la celălalt capăt (dată de

greutatea antebraŃului şi a mâinii), iar forŃa este între ele (dată de muşchii flexori ai

antebraŃului pe braŃ). Acestea sunt pârghii de viteză.

Principalii muşchi care acŃionează ca forŃe active, pe pârghii de gradul III sunt

mentionaŃi in tabelul urmator:

Nr. Crt Muschiul sectiunea

orientativa (cm2)1 Gluteus maximus 58

2 Soleus 47

3 Vastus lateralis 41

4 Diaphragm 36

5 Levitor scapulae 35

6 Levator scapulae 35

7 Subscapularis 20

8 Triceps brahii longus 14

9 Flexor digitorum profundus 10

Dar acŃiunea muşchiului nu se execută numai cu scopul mobilizării pârghiilor

osoase. Prin tonusul sau prin contracŃia lor voluntară, muşchii reprezintă unul din

principalele mijloace de unire şi de contenŃie ale segmentelor osoase articulate.

După paralelogramul forŃelor, forŃa unui muşchi se descompune în două

componente: una musculară şi alta articulară, de menŃinere a suprafeŃelor osoase.

Deci o parte din forŃa musculară se consumă pentru realizarea contracŃiei propriu-

zise, iar altă parte, pentru menŃinerea “în contact” a suprafeŃelor articulare.

Forțele externe

a) forŃa gravitaŃiei – este manifestarea unei legi universal valabile în natură. În

conformitate cu legea atracŃiei universale, pământul atrage corpurile şi în acelaşi

timp este atras şi el de acestea. În condiŃii normale, atrage continuu spre sol

corpul şi segmentele sale care nu scapă acŃiunii legii gravitaŃiei universale. Pământul

fiind turtit la poli (polii sunt deci mai aproape de centrul pământului), forŃa gravitaŃiei

va fi mai mare la poli decât la acuator. La poli, forŃa gravitaŃiei este maximă, iar la

ecuator, minimă. ForŃa gravitaŃiei acŃionează totdeauna vertical de sus în jos.

Împotriva ei, forŃele interne cumulate acŃionează exact în sens invers, de jos în sus.

ForŃa superioară de mişcare care încearcă să învingă forŃa gravitaŃiei este săritura.

Înainte de a face săritura, corpul se adună, şi îşi concentrează forŃele. Învingerea

ei presupune un mare consum de energie. Numai în imponderabilitate

acŃiunea forŃei gravitaŃionale este anihilată şi în acest caz contracŃia musculară se

realizează cu o forŃă egală cu forŃa absolută de contracŃie.

b) greutatea corpului acŃionează întodeauna vertical, de sus în jos asupra

centrului de greutate al corpului sau al segmentului. Valoarea acestei forŃe este

legată de volumul, lungimea, densitatea segmentului care se deplasează sau de

numărul segmentelor angajate în mişcare.

c) presiunea atmosferică reprezintă indirect tot o formă de acŃiune a forŃei

gravitaŃionale. Ea apasă asupra corpului cu o intensitate variabilă în funcŃie de

viteza de deplasare. Ex: în repaus, asupra corpului omenesc acŃionează o

presiune atmosferică de peste 20.000 kg. ArticulaŃia coxofemurală are o

suprafaŃă de 16 cm2. Cavitatea ei articulară reprezintă un spaŃiu virtual şi este

vidă. Presiunea atmosferică acŃionează asupra ei cu 16,537 kg. Greutatea

membrului inferior este de 9-10 kg. Presiunea atmosferică poate menŃine

singură capul femural în cavitatea cotiloidă chiar după secŃionarea tuturor

muşchilor periarticulari. AcŃiunea presiunii atmosferice asupra corpului este

compensată de presiunea internă a marilor cavităŃi, care are valori identice cu cele

ale presiunii atmosferice.

d) rezistenŃa mediului este cea a mediului extern în care se desfăşoară exerciŃiile

fizice care pot fi practicate atât în aer liber cât şi în apă. De aceea segmentele

corpului omenesc sau corpul în întregime vor trebui să învingă rezistenŃa

acestora. Ea depinde de mărimea suprafeŃei frontale pe care corpul o opune

mediului.

e) inerŃia este forŃa care tinde să prelungească şi să susŃină o situaŃie dată. Astfel,

un corp în repaus tinde să rămână în repaus, iar un corp în deplasare tinde să se

deplaseze în continuare.

f) forŃa de reacŃie a suprafeŃei de sprijin (reazem) este static atunci când corpul

este imobil şi este egală cu greutatea statică a corpului şi este dinamică atunci când

corpul este în mişcare şi este egală cu greutatea statică a corpului plus inerŃia.

g) forŃa de frecare este proporŃională cu greutatea corpului (G) care alunecă

pe o suprafaŃă de sprijin şi cu coeficientul de frecare (K). F = G * K

ForŃele interne şi externe sunt indisolubil legate între ele şi în continuă interacŃiune.

Întreaga activitate a omului se desfăşoară cu ajutorul acestor forŃe, în care rolul

hotărâtor îl are contracŃia musculară dirijată de scoarŃa cerebrală.