Meccanica del movimento corporeo

Come abbiamo notato precedentemente, la funzione dei muscoli è quella di generare forza per ottenere movimento e che possono, però, anche generare forza senza produrre movimento. Entrami i fenomeni possono essere dimostrati utilizzando dei pesi da palestra. Se afferriamo un peso con una mano e lo solleviamo piegando il gomito finché il peso tocca la spalla, abbiamo eseguito una contrazione isotonica, in quanto abbiamo generato forza e spostato un carico. Durante la flessione del gomito e lo spostamento del peso, il muscolo bicipite si accorcia in una contrazione concentrica. Se ora estendiamo lentamente l'avambraccio, resistendo al peso che spinge verso il basso, compiamo un altro tipo di contrazione isotonica, detta contrazione eccentrica o in allungamento. Se, invece, afferriamo i pesi e li teniamo fermi di fronte a noi, i muscoli delle braccia generano tensione (forza) per controbilanciare il carico dei pesi, ma non generano movimento. Questo tipo di contrazione che genera forza senza spostare carichi è detta isometrica.

Per produrre sperimentalmente una contrazione isotonica, possiamo fissare un peso a un muscolo e stimolare elettricamente quest'ultimo a contrarsi. Il muscolo, quindi, si contrae sollevando il peso. Per dimostrare invece una contrazione isometrica possiamo, invece, fissare al muscolo un peso maggiore. In questo caso, quando il muscolo viene stimolato sviluppa tensione, ma la forza generata non è sufficiente a spostare il carico. Quindi si genera forza senza che la lunghezza del muscolo vari, in quanto, vi sono elementi elastici nel muscolo (come fibre elastiche nei tendini, nel tessuto connettivo che fissa i muscoli alle ossa) che so comportano collettivamente come se fossero connessi in serie (uno dopo l'altro) agli elementi contrattili. Per questo sono definiti elementi elastici in serie. Quando i sarcomeri si accorciano nella contrazione isometrica, gli elementi elastici si allungano. Questo stiramento consente alle fibre di mantenere una lunghezza relativamente costante anche quando i sarcomeri si accorciano e generano tensione. In generale, la disposizione anatomica di muscoli e ossa è correlata al modo in cui i muscoli lavorano. Il nostro organismo utilizza le ossa e le articolazione come leve e fulcri, su cui i muscoli esercitano una forza per muovere un carico o per esercitare una resistenza. Una leva è una barra rigida che bascula attorno a un punto detto fulcro. Nell'organismo, le ossa rappresentano le leve, le articolazioni mobili sono il fulcro e i muscoli inseriti nelle ossa generano forza contraendosi. Nella maggior parte dei sistemi di leve presenti nel nostro organismo, il fulcro si trova ad un'estremità della leva, il carico è vicino all'altra e il muscolo è inserito tra il fulcro e il carico. Questa posizione porta al massimo la distanza e la velocità con cui una leva può spostare il carico, ma richiede anche che i muscoli facciano più lavoro. Nel caso, ad esempio, dell'avambraccio, l'articolazione del gomito è il fulcro attorno al quale ha luogo il movimento dell'avambraccio, che rappresenta la leva. Il muscolo bicipite parte dalla spalla e s'inserisce sul radio dell'avambraccio (la leva) a pochi centimetri dal gomito (il fulcro).