Как же осуществляется их механическая работа? Рассмотрим это на простейшем примере. Каждая мышца располагается минимум на двух костях, перекидываясь при этом через, сустав, соединяющий их (рис. 28). Работа мышцы совершается только в момент ее сокращения: она укорачивается (становясь при этом толще) и сближает кости, на которых укреплена. При расслаблении мышца не работает, значит, она действует только в одном направлении. Поэтому движение в любом суставе обеспечивается минимум двумя мышцами, действующими во взаимно противоположном направлении. Их называют антагонистами. Но не следует понимать этот термин совершенно буквально. В действительности работа происходит всегда при одновременном участии обеих мышц. Например, при сгибании разгибающая мышца также напряжена, но меньше, чем сгибающая. Это придает плавность движениям. Без участия антагонистов они были бы очень резкими. Это можно пояснить таким «бытовым» примером. Представьте себе дверь с сильной пружиной, закрывающей ее. Если вы, открыв дверь, отпустите ее, она быстро закроется и сильно хлопнет; если же ее придержать рукой, оказывая, подобно мышце-антагонисту, противодействие пружине, дверь закроется плавно.
Рис. 28. Работа мышц.
а — мышца-сгибатель напряжена: осуществляется сгибание; б — мышца-разгибатель напряжена: осуществляется разгибание.
Практически же каждый сустав обслуживается обычно не парой, а несколькими мышцами, и большинство движений осуществляется не в одном, а в нескольких, а иногда одновременно и во многих суставах. Большинство обычных мышечных движений совершается при сочетанной работе целых мышечных групп. Сложные и точные движения требуют во многих случаях управления работой отдельных мышц, точной «дозировки» в соотношениях напряжений мышц-антагонистов. Это нередко дается нелегко и достигается длительной и упорной тренировкой. Так, нужно приложить немало усилий для приобретения трудовых навыков людям различных профессий на производстве, музыкантам, хирургам, актерам, иллюзионистам, спортсменам. Одним из важнейших элементов техники профессиональных или спортивных движений является управление работой отдельных мышц. Кости скелета при движениях действуют подобно механическим рычагам. Гениальный ученый и художник эпохи Возрождения Леонардо да Винчи писал в свое время: «Пусть книга о началах механики предшествует твоим исследованиям человеческого тела, дабы ты мог каждое положение анатомии объяснить с геометрической ясностью». И хотя законы элементарной механики можно применять по отношению к живым существам лишь с большой осторожностью и далеко не всегда, в данном случае для этого имеется достаточно оснований.
Тем, кто знаком с основами этого вопроса, небезынтересно будет убедиться в том, что в структуре человеческого тела существуют и играют важную роль такие простейшие машины, как рычаги. Напомним, что физика различает два вида рычагов. Рычаги первого рода или рычаги равновесия, в которых силы прилагаются к концам рычага, лежащего на опоре (рис. 29). Подобного рода механизмы действуют при движениях головы (рис. 29, а). Центр тяжести ее находится впереди точки опоры, и вертикальное положение ее у человека удерживается мышцами затылка и шеи. Когда они расслабляются, голова под действием силы тяжести «падает» вперед. Так бывает, когда человек засыпает сидя и голова опускаете»: говорят — человек «клюет носом»—здесь нарушается равновесие.
Чаще встречаются рычаги второго рода, где точка опоры помещается на одном конце рычага. В этом случае имеются два варианта: в первом получается выигрыш в скорости движения (рис. 29,6), во втором — в силе (рис. 29, в).
Рис. 29. Рычаги человеческого тела.
I — а — рычаг первого рода; II — рычаги второго рода: б — рычаг скорости; в — рычаг силы (см. объяснения в тексте).