माध्यमिक जीवविज्ञान · Grades 10–12

9पेशियाँ और संधियाँ

कोई फ़ुटबॉल खिलाड़ी पैर जमाता है, मुड़ता है, और घुटना पकड़कर गिर पड़ता है। घंटे भर बाद निदान: फटा हुआ स्नायु। हड्डियों में कुछ नहीं टूटा, कोई पेशी नहीं चूकी; कुछ सेंटीमीटर लंबी ऊतक की एक पट्टी, जिसका काम दो हड्डियों को एक सीध में थामे रखना था, ऐसे मरोड़ के नीचे बैठ गई जिसके लिए वह कभी बनी ही नहीं थी। क्या फटा और घुटने को ठीक होने में महीने क्यों लगेंगे, यह समझने के लिए हमें जानना होगा कि संधि बनी किस चीज़ से है, पेशियाँ उस पर खींच कैसे लगाती हैं, और सत्तर किलोग्राम का शरीर एक टाँग पर उतरे तो उसमें से कौन-से बल गुज़रते हैं।

9.1 संधि

परिभाषा 9.1 (संधि)

संधि वह जगह है जहाँ दो हड्डियाँ मिलती हैं। घुटने, कूल्हे, कंधे या कोहनी जैसी चलायमान संधि में हड्डियों के सिरे कुछ मिलीमीटर मोटी चिकनी उपास्थि की परत से ढँके रहते हैं, और एक बंद थैली, यानी संपुट, में घिरे होते हैं, जिसकी भीतरी परत वह श्लेष द्रव स्रावित करती है जो सतहों को चिकना रखता है। सख़्त ऊतक की पट्टियाँ, यानी स्नायु, संधि को लाँघकर एक हड्डी से दूसरी तक जाती हैं और उसकी हलचल को मंशा भर तक सीमित रखती हैं। घुटने में उपास्थि के दो अर्धचंद्रक, यानी अर्धचंद्रक, हड्डियों के बीच बैठते हैं और भार फैला देते हैं।

काट में घुटना: ऊपर फ़ीमर, नीचे टिबिया, और सामने जाँघ की पेशी की कंडरा में पटेला (घुटने की टोपी); हड्डियों के सिरों पर उपास्थि, उनके बीच अर्धचंद्रक, और हड्डियों को जोड़े रखते स्नायु।

प्रतिज्ञप्ति 9.2 (हर हिस्सा किस काम का है)

उपास्थि और श्लेष द्रव सतहों को बर्फ़ पर बर्फ़ से भी कम घर्षण के साथ फिसलने देते हैं; अर्धचंद्रक उस भार को फैला देते हैं जो वरना कुछ ही वर्ग मिलीमीटर पर सिमट जाता; स्नायु घुटने को मुड़ने और सीधा होने देते हैं पर मरोड़ और बग़ल की ओर झुकाव का विरोध करते हैं; और संपुट द्रव को भीतर बनाए रखता है। हर हिस्से की अपनी चूक है: उपास्थि घिसती है (संधिक्षय), मुड़े हुए घुटने पर किसी मरोड़ में अर्धचंद्रक फटता है, और संधि को उसकी सीमा से आगे धकेलने पर स्नायु में मोच आती है या वह टूट जाता है।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

उदाहरण 9.3 (मोच, फटन, संधि-भ्रंश)

फुटपाथ के किनारे पर टख़ना मुड़ जाए: बाहर की ओर के स्नायु अपनी सीमा से आगे खिंच जाते हैं — यही मोच है; और संपुट से ख़ून तथा द्रव जमा होने पर संधि सूज जाती है। ठंडी हैमस्ट्रिंग को ज़ोर से खींचिए: उसके कुछ तंतु टूट जाते हैं — यानी पेशी की फटन। फैली हुई बाँह पर गिरिए: ह्यूमरस का सिर अपने खाँचे से बाहर आ सकता है — यानी संधि-भ्रंश, जिसमें निकलते-निकलते स्नायु और संपुट खिंच या फट जाते हैं। इनमें से कोई हड्डी का टूटना नहीं है; और सबको भरने में उससे अधिक समय लग सकता है।

9.2 पेशियाँ खींचती हैं, जोड़ों में

परिभाषा 9.4 (कंकाल पेशी और कंडरा)

कंकाल पेशी एक अंग है जो हज़ारों लंबी कोशिकाओं, यानी पेशी तंतुओं, के गट्ठर से बना है; और हर तंतु किसी तंत्रिका के उद्दीपन पर छोटा हो जाता है। दोनों सिरों पर पेशी सिकुड़कर कंडरा बन जाती है, यानी बिना सिकुड़ने वाले ऊतक की एक डोर, जो हड्डी से जुड़ी होती है। कोई पेशी केवल छोटी होकर खींच सकती है, और वह भी केवल अपनी ही लंबाई के साथ-साथ: वह किसी संधि को उसके आगे की हड्डी पर खींचकर हिलाती है।

प्रतिज्ञप्ति 9.5 (विरोधी जोड़े)

चूँकि कोई पेशी धक्का नहीं दे सकती, इसलिए किसी संधि की हर हलचल के लिए एक दूसरे के विरोध में काम करती दो पेशियाँ या दो समूह चाहिए: एक मोड़क, जो संधि को मोड़ता है, और एक प्रसारक, जो उसे सीधा करता है। जब एक सिकुड़ती है तो दूसरी ढीली पड़कर खिंच जाती है; और कोई मुद्रा थामे रखने के लिए दोनों साथ सिकुड़ती हैं। बाइसेप्स कोहनी को मोड़ता है और ट्राइसेप्स उसे सीधा करता है; जाँघ के अगले हिस्से का क्वाड्रिसेप्स घुटने को सीधा करता है, और उसके पीछे की हैमस्ट्रिंग उसे मोड़ती है।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

कोहनी पर एक विरोधी जोड़ा। बाइसेप्स, जो संधि से ज़रा आगे अग्रबाहु से जुड़ा है, छोटा होकर कोहनी मोड़ देता है; और ट्राइसेप्स, जो संधि के पीछे जुड़ा है, ढीला पड़कर खिंच जाता है। बाँह सीधी करने के लिए दोनों की भूमिकाएँ उलट दीजिए।

प्रतिज्ञप्ति 9.6 (उत्तोलक और बल)

किसी संधि पर घूमती हड्डी एक उत्तोलक है। पेशी की कंडरा धुरी से थोड़ी दूरी $d$ पर जुड़ती है, जबकि भार उससे बड़ी दूरी $D$ पर लगता है; और संतुलन के लिए पेशी को इतने बल से खींचना पड़ता है

F_{\text{पेशी}} = F_{\text{भार}} \times \frac{D}{d},

जो भार से कई गुना है। यह बंदोबस्त बल के बदले रफ़्तार और परास ख़रीदता है: पेशी का ज़रा-सा छोटा होना हाथ या पैर की एक बड़ी, तेज़ हलचल बना देता है, और उसका दाम कंडरा तथा संधि में लगने वाले बड़े बल हैं।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

उदाहरण 9.7 (थैला थामना)

$5\,\mathrm{kg}$ का एक थैला (भार $49\,\mathrm{N}$ ) हाथ से लटका है, कोहनी से $35\,\mathrm{cm}$ दूर; और बाइसेप्स की कंडरा कोहनी से $5\,\mathrm{cm}$ पर जुड़ी है। बाइसेप्स $49 \times 35/5 = 343\,\mathrm{N}$ से खींचता है — यानी भार का सात गुना, जो $35\,\mathrm{kg}$ के भार जितना है — और कोहनी की संधि लगभग $300\,\mathrm{N}$ से आपस में दबती है। पेशियाँ, कंडराएँ और उपास्थि इन्हीं बलों के लिए बनी हैं; उन्हें नुक़सान ग़लत दिशा का कोई अचानक बल पहुँचाता है, या इतनी बार दोहराया गया भार कि ऊतक उसकी मरम्मत ही न कर सके।

उत्तोलक के रूप में अग्रबाहु: बाइसेप्स धुरी के पास खींचता है, और भार उससे दूर लटकता है। F_ पेशी × d = F_ भार × D, इसलिए पेशी का बल भार का D/d = 7 गुना है। — उत्तोलक के रूप में अग्रबाहु: बाइसेप्स धुरी के पास खींचता है, और भार उससे दूर लटकता है। $F_{\text{पेशी}} \times d = F_{\text{भार}} \times D$ , इसलिए पेशी का बल भार का $D/d = 7$ गुना है।

9.3 पेशी के भीतर

प्रतिज्ञप्ति 9.8 (पेशी तंतु की बनावट)

पेशी तंतु अकेली एक विशाल कोशिका है, $10$ – $100\,\text{µ}\mathrm{m}$ चौड़ी और कई सेंटीमीटर तक लंबी, जिसमें बहुत-से केंद्रक होते हैं। वह समांतर पेशीतंतुकों से ठसाठस भरी है, और हर पेशीतंतुक दोहराई जाती इकाइयों की एक शृंखला है जिसमें दो तरह के प्रोटीन तंतुक, मोटे और पतले, एक-दूसरे में घुसे रहते हैं। संकुचन इन्हीं पतले तंतुकों का मोटे तंतुकों के बीच सरकना है, जिसे ATP चलाता है: हर इकाई एक अंश भर छोटी होती है, पेशीतंतुक उनके योग भर, और तंतु उसके साथ। पेशीतंतुकों के बीच की सूत्रकणिकाएँ ATP देती हैं; और हर तंतु पर बैठा एक तंत्रिका सिरा आदेश देता है।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

पूरी पेशी से लेकर उन अणुओं तक जो उसे छोटा करते हैं: संगठन के पाँच स्तर, और हर स्तर अगले का गट्ठर। तंतुकों का एक-दूसरे के पास से सरकना, हर इकाई पर दोहराया हुआ, ही संकुचन है।

परिभाषा 9.9 (तंतुओं के प्रकार)

पेशी तंतु मुख्यतः दो प्रकार के होते हैं। धीमे तंतु धीरे और कमज़ोर सिकुड़ते हैं पर बिना थके: सूत्रकणिकाओं और केशिकाओं से भरपूर, ऑक्सीजन सँभालने वाले किसी प्रोटीन से लाल, वे श्वसन पर चलते हैं और मुद्रा सँभालने वाली पेशियों तथा सहनशक्ति के खिलाड़ियों में छाए रहते हैं। तेज़ तंतु जल्दी और ज़ोर से सिकुड़ते हैं पर मिनट भर में थक जाते हैं: सूत्रकणिकाओं में ग़रीब, रंग में फीके, वे फ़ॉस्फ़ेट भंडार और किण्वन के भरोसे रहते हैं और फ़र्राटा धावकों में छाए रहते हैं। किसी दी हुई पेशी में इनका अनुपात बड़े हिस्से में वंशागत होता है; प्रशिक्षण तंतुओं की संख्या से कहीं अधिक उनका आकार और साज़-सामान बदलता है।

उदाहरण 9.10 (पेशी की बायोप्सी पढ़ना)

जाँघ की पेशी की पतली फाँक पर सूत्रकणिका के एंजाइमों का रंजक एक मोज़ेक दिखाता है: गहरे तंतु (धीमे) और फीके तंतु (तेज़)। किसी मैराथन धावक का नमूना 80% गहरा होता है; किसी फ़र्राटा धावक का 30%; और बिना प्रशिक्षण वाले व्यक्ति का लगभग आधा-आधा। साल भर के फ़र्राटा प्रशिक्षण के बाद उसी धावक पर वही रंजक फीके तंतुओं को बड़ा हुआ दिखाता है, संख्या में अधिक नहीं।

9.4 थकान, नुक़सान, मरम्मत

प्रतिज्ञप्ति 9.11 (पेशी की सीमाएँ)

पेशी तीन अलग-अलग ढंग से चूकती है। थकान: जब ATP की आपूर्ति साथ नहीं दे पाती तो बल गिर जाता है — तेज़ तंतुओं में मिनट भर के भीतर, धीमों में घंटों में — और विश्राम से वह लौट आता है। ऐंठन: कोई अचानक, टिका हुआ, अनैच्छिक संकुचन, जो अक्सर निर्जलीकरण या लवण की हानि से होता है। चोट: तंतु ऐसे बल से टूटते हैं जो उनकी ताक़त से बड़ा हो, और आमतौर पर तब जब पेशी ठंडी, थकी हुई, या सिकुड़ते-सिकुड़ते खिंची हुई हो। तंतु पेशी की आरक्षित कोशिकाओं से हफ़्तों में मरम्मत हो जाते हैं; पर कंडरा या स्नायु, जिन तक ख़ून कम पहुँचता है, महीनों में।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

विधि 9.12 (किसी पेशी-कंकाल चोट का विश्लेषण)

जिस हलचल ने उसे किया उसे और उसकी दिशा को पहचानिए: क्या संधि अपनी परास के भीतर हिली (यानी पेशी की समस्या) या उससे आगे (यानी स्नायु या संपुट की समस्या)?
ऊतक पहचानिए: पेशी तंतु टूटते हैं (पेशी के पेट में दर्द, कमज़ोरी); स्नायु में मोच आती है (संधि पर दर्द और सूजन, अस्थिरता); कंडराएँ दोहराए गए भार से सूज जाती हैं; और उपास्थि सालों तक चुपचाप घिसती रहती है।
बल आँकिए: उत्तोलक का नियम लगाइए; और याद रखिए कि ज़मीन पर उतरना या रुकना शरीर के भार को कई गुना कर देता है।
ऊतक तक ख़ून की पहुँच से उबरने का अनुमान लगाइए: पेशी हफ़्तों में, स्नायु और कंडरा महीनों में, और उपास्थि शायद ही कभी।

टिप्पणी 9.13 (गरमाना काम क्यों करता है)

दस मिनट की हल्की हलचल पेशियों का ताप एक-दो अंश बढ़ा देती है, जिससे उनके प्रोटीन अधिक खिंचाऊ और उनके एंजाइम तेज़ हो जाते हैं; वह उन केशिकाओं को खोल देती है जो अध्याय 8 वाली ऑक्सीजन पहुँचाएँगी; और वह उपास्थि पर श्लेष द्रव की परत मोटी कर देती है। ठंडी पेशी से अधिकतम संकुचन माँगना फटन का सबसे आम कारण है; और जिस संधि पर उसका द्रव फैलने से पहले भार पड़े, वह जल्दी घिसती है।

9.5 अभ्यास

अभ्यास 9.1 ★

किसी चलायमान संधि के हिस्सों के नाम लिखिए और हर एक की भूमिका बताइए।

हल

हल — अभ्यास 9.1.

हड्डियों के सिरों पर उपास्थि (चिकना फिसलना, भार फैलाना); संपुट (संधि को बंद रखता है) और उसका श्लेष द्रव (चिकनाई); स्नायु (हड्डियों को जोड़े रखते हैं, हलचल सीमित करते हैं); और घुटने में अर्धचंद्रक (भार फैलाते हैं)।

अभ्यास 9.2 ★

कंडरा और स्नायु में क्या अंतर है?

हल

हल — अभ्यास 9.2.

कंडरा पेशी को हड्डी से जोड़ती है और उसकी खींच आगे पहुँचाती है; स्नायु संधि को लाँघकर हड्डी को हड्डी से जोड़ता है और उसकी हलचल सीमित करता है। दोनों में से कोई सिकुड़ता नहीं।

अभ्यास 9.3 ★

हर संधि को हिलने के लिए कम से कम दो पेशियाँ क्यों चाहिए?

हल

हल — अभ्यास 9.3.

कोई पेशी केवल छोटी होकर खींच सकती है; वह धक्का नहीं दे सकती। किसी संधि को दोनों तरफ़ हिलाने के लिए एक मोड़क और एक प्रसारक चाहिए, और हर एक वही पलटता है जो दूसरे ने किया।

अभ्यास 9.4 ★

शामिल ऊतक के आधार पर मोच, पेशी की फटन और संधि-भ्रंश में अंतर बताइए।

हल

हल — अभ्यास 9.4.

मोच: खिंचा या फटा हुआ स्नायु। पेशी की फटन: टूटे हुए पेशी तंतु। संधि-भ्रंश: हड्डी का सिरा अपनी संधि से बाहर धकेला गया, और उसके साथ संपुट तथा स्नायु खिंचे या फटे हुए।

अभ्यास 9.5 ★

धीमे और तेज़ पेशी तंतुओं के बीच दो फ़र्क़ बताइए।

हल

हल — अभ्यास 9.5.

धीमे तंतु: धीमे, कमज़ोर, बिना थकने वाले, सूत्रकणिकाओं और केशिकाओं से भरपूर, लाल, और श्वसन पर चलने वाले। तेज़ तंतु: तेज़, ज़ोरदार, मिनट भर में थक जाने वाले, सूत्रकणिकाओं में कम, फीके, और फ़ॉस्फ़ेट भंडार तथा किण्वन पर चलने वाले।

अभ्यास 9.6 ★★

$2\,\mathrm{kg}$ का एक डंबल हाथ में थामा गया है, कोहनी से $32\,\mathrm{cm}$ दूर; और बाइसेप्स कोहनी से $4\,\mathrm{cm}$ पर जुड़ता है। बाइसेप्स में बल निकालिए ( $g = 9.8\,\mathrm{N}/\mathrm{kg}$ )।

हल

हल — अभ्यास 9.6.

भार $2 \times 9.8 = 19.6\,\mathrm{N}$ ; बाइसेप्स का बल $19.6 \times 32/4 \approx 157\,\mathrm{N}$ ।

अभ्यास 9.7 ★★

समझाइए कि किसी अनपेक्षित धक्के के सामने बाँह को स्थिर थामे रखने के लिए बाइसेप्स और ट्राइसेप्स, दोनों को क्यों सिकुड़ना पड़ता है।

हल

हल — अभ्यास 9.7.

धक्का किसी भी दिशा से आ सकता है, और हर पेशी केवल एक का ही विरोध कर सकती है। दोनों के सिकुड़ने से संधि एक साथ दोनों दिशाओं में कड़ी हो जाती है; धक्का जिधर से भी आए, उनमें से एक पहले से ही उसके ख़िलाफ़ खींच रही होती है।

अभ्यास 9.8 ★★

$3\,\mathrm{cm}$ लंबा कोई पेशी तंतु सिकुड़ने पर 20% छोटा हो जाता है। यदि उस तंतु की कंडरा कोहनी से $5\,\mathrm{cm}$ पर जुड़ी हो और हाथ कोहनी से $35\,\mathrm{cm}$ दूर हो, तो हाथ कितना हिलेगा?

हल

हल — अभ्यास 9.8.

तंतु $0.6\,\mathrm{cm}$ छोटा होता है; कंडरा कोहनी से $5\,\mathrm{cm}$ पर हड्डी को $0.6\,\mathrm{cm}$ हिलाती है, इसलिए हाथ $0.6 \times 35/5 = 4.2\,\mathrm{cm}$ हिलता है।

अभ्यास 9.9 ★★

कंधा, जो शरीर की सबसे चलायमान संधि है, सबसे अधिक बार अपने स्थान से भी क्यों हट जाता है?

हल

हल — अभ्यास 9.9.

चलायमानता के लिए उथला खाँचा और ढीले स्नायु चाहिए; और वही ढीलापन ह्यूमरस के सिर को खाँचे से बाहर निकल जाने देता है जब कोई बल उसे स्नायुओं की थामने की परास से आगे धकेल देता है।

अभ्यास 9.10 ★★

गरम मौसम की किसी दौड़ के अंत में धावक की पिंडली की पेशी में ऐंठन आ जाती है। अध्याय से दो कारण और एक उपाय सुझाइए।

हल

हल — अभ्यास 9.10.

पसीने से निर्जलीकरण और लवण की हानि, और दौड़ के अंत में तंतुओं की थकान। उपाय: पेशी को धीरे से खींचिए और नमक मिला पानी पीजिए।

अभ्यास 9.11 ★★

उदाहरण 9.10 की मदद से समझाइए कि मैराथन का प्रशिक्षण लेता कोई फ़र्राटा धावक उसी उम्र के बिना प्रशिक्षण वाले व्यक्ति से कम क्यों सुधरता है।

हल

हल — अभ्यास 9.11.

फ़र्राटा धावक की जाँघ 70% तेज़ तंतुओं की है और यह अनुपात बड़े हिस्से में वंशागत है; प्रशिक्षण तंतुओं को बड़ा करता और उनका साज़-सामान सुधारता है, पर उनकी संख्या बदलता नहीं। बिना प्रशिक्षण वाला व्यक्ति आधे-आधे से शुरू करता है और उसके पास विकसित करने को अधिक धीमे तंतु हैं।

अभ्यास 9.12 ★★★

किसी छलाँग से उतरते समय घुटना मुड़ता है और क्वाड्रिसेप्स की कंडरा शरीर के भार का लगभग चार गुना ढोती है। $70\,\mathrm{kg}$ के खिलाड़ी के लिए वह बल निकालिए। कंडरा का अनुप्रस्थ काट लगभग $1\,\mathrm{cm}^{2}$ है और वह क़रीब $100\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}$ पर टूटती है; वह टूटने से कितनी दूर है?

हल

हल — अभ्यास 9.12.

$4 \times 70 \times 9.8 \approx 2.7\,\mathrm{kN}$ । प्रतिबल $2744/100 \approx 27\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}$ : यानी टूटने वाले प्रतिबल का लगभग चौथाई, यानी चार का सुरक्षा-गुणक।

अभ्यास 9.13 ★★★

फटा हुआ स्नायु महीनों में भरता है, फटी हुई पेशी हफ़्तों में, और घिसी हुई उपास्थि शायद ही कभी। इन तीनों को ऊतकों तक ख़ून की पहुँच और मरम्मत के लिए उपलब्ध कोशिकाओं से जोड़िए।

हल

हल — अभ्यास 9.13.

पेशी तक ख़ून भरपूर पहुँचता है और उसमें आरक्षित कोशिकाएँ होती हैं जो तंतु दोबारा बना देती हैं: हफ़्ते। स्नायुओं में वाहिकाएँ कम हैं, इसलिए पोषक तत्व और मरम्मत की कोशिकाएँ धीरे पहुँचती हैं: महीने। उपास्थि में तो रक्त वाहिकाएँ बिलकुल नहीं और विभाजित होती कोशिकाएँ भी लगभग नहीं; उसे केवल श्लेष द्रव खिलाता है और वह शायद ही मरम्मत होती है।

अभ्यास 9.14 ★★★

शरीर-सौष्ठव पेशियों को बड़ा करता है; और खिंचाव संधि की परास बढ़ाता है। इनमें से हर एक किस ऊतक को बदलता है, और दोनों में से कोई तंतुओं की संख्या क्यों नहीं बदलता?

हल

हल — अभ्यास 9.14.

शरीर-सौष्ठव तंतुओं को मोटा करता है (हर एक में अधिक पेशीतंतुक), और खिंचाव पेशी-कंडरा इकाई तथा संपुट की सहनशीलता लंबी करता है। तंतुओं की संख्या जीवन में जल्दी ही तय हो जाती है; वयस्क पेशी मौजूदा तंतुओं का आकार बदलकर ही बढ़ती या घटती है।

अभ्यास 9.15 ★★★

किसी बुज़ुर्ग के घुटने की उपास्थि घिसकर अपनी आधी मोटाई रह गई है। अध्याय से समझाइए कि सीढ़ियों पर संधि क्यों दुखती है, अर्धचंद्रक पहले से अधिक क्यों मायने रखते हैं, और घुटने के इर्द-गिर्द की पेशियाँ इलाज का हिस्सा क्यों हैं।

हल

हल — अभ्यास 9.15.

सीढ़ियों पर संधि शरीर के भार का कई गुना ढोती है; और पतली हुई उपास्थि वह दाब नीचे की हड्डी तक पहुँचा देती है, जिसमें तंत्रिकाएँ हैं और जो दुखती है। उपास्थि कम रह जाने पर अर्धचंद्रक ही भार फैलाने वाली आख़िरी चीज़ बचते हैं। घुटने के इर्द-गिर्द की मज़बूत पेशियाँ झटके का एक हिस्सा सोख लेती हैं और संधि को स्थिर रखती हैं, जिससे बची हुई उपास्थि पर चरम दाब घट जाता है।

9.6 समस्या: किसी घुटने के भीतर के बल

समस्या 9.1

सप्ताहांत समस्या — किसी फ़ुटबॉल खिलाड़ी का घुटना खोलकर देखा गया: टाँग का उत्तोलक, जाँघ की पेशी की खींच, वह स्नायु जो फटा, और वे अंक जो कोई कंडरा हर क़दम पर ढोती है

$70\,\mathrm{kg}$ के करीम ने जमे हुए पैर पर तेज़ी से मुड़ते हुए अपना घुटना चोटिल कर लिया। $g = 9.8\,\mathrm{N}/\mathrm{kg}$ लीजिए। क्वाड्रिसेप्स की कंडरा टिबिया से घुटने की धुरी से $5\,\mathrm{cm}$ पर जुड़ती है; और घुटना अच्छी तरह मुड़ा हो, जैसा उतरते समय होता है, तो ज़मीन का पैर पर धक्का धुरी से लगभग $20\,\mathrm{cm}$ पर लगता है।

भाग I — खड़े होना और क़दम रखना।

करीम का भार निकालिए।
ज़रा मुड़े घुटने के साथ एक टाँग पर खड़े होने पर ज़मीन पैर को उसके पूरे भार से ऊपर धकेलती है, और वह धुरी से $10\,\mathrm{cm}$ पर लगता है। क्वाड्रिसेप्स की कंडरा में बल निकालिए।
सीढ़ी चढ़ते समय घुटना और अधिक मुड़ता है और ज़मीन का बल धुरी से $20\,\mathrm{cm}$ पर लगता है। कंडरा का बल फिर से निकालिए।
दोनों नतीजों को शरीर के भार के गुणकों में लिखिए, और समझाइए कि सीढ़ियाँ जाँघों को क्यों थका देती हैं।
क्वाड्रिसेप्स का विरोधी कौन-सा पेशी समूह है, और क़दम के दौरान वह क्या कर रहा होता है?

भाग II — उतरना।

हेडर के बाद उतरते समय ज़मीन करीम के भार से तिगुने बल से धक्का देती है, धुरी से $20\,\mathrm{cm}$ पर। कंडरा का बल निकालिए।
कंडरा का अनुप्रस्थ काट $1.2\,\mathrm{cm}^{2}$ है। उसमें प्रतिबल न्यूटन प्रति वर्ग मिलीमीटर में निकालिए, और लगभग $100\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}$ के टूटने वाले प्रतिबल से तुलना कीजिए।
संधि की सतहें मोटे तौर पर कंडरा के बल और ज़मीन के बल के योग से आपस में दबती हैं। वह भार निकालिए, फिर उपास्थि पर दाब भी, यदि संपर्क का क्षेत्रफल अर्धचंद्रकों के साथ $6\,\mathrm{cm}^{2}$ और उनके बिना $1\,\mathrm{cm}^{2}$ हो।
इससे निकालिए कि जिस घुटने का अर्धचंद्रक जा चुका हो उसकी उपास्थि तेज़ी से क्यों घिसती है।
समझाइए कि उतरते समय श्लेष द्रव का क्या योगदान होता है।

भाग III — चोट।

करीम का पैर जमा था और उसका शरीर मुड़ा: घुटने पर किस दिशा की हलचल थोपी गई, और उसका विरोध करने के लिए कौन-सा ऊतक बना है?
क्वाड्रिसेप्स, जो कई किलोन्यूटन से खींच सकता है, स्नायु को क्यों नहीं बचा पाया?
घुटना घंटे भर में सूज गया। उसे किसने भरा, और संधि का कौन-सा हिस्सा टूटा था?
स्कैन दिखाता है कि स्नायु टूट गया है और एक अर्धचंद्रक फट गया है। विधि 9.12 की मदद से हर एक के उबरने का समय बताइए और उसे उन तक ख़ून की पहुँच से समझाइए।
करीम पूछता है कि सर्जन ऑपरेशन से पहले उसकी हैमस्ट्रिंग मज़बूत क्यों करना चाहता है। प्रतिज्ञप्ति 9.5 से जवाब दीजिए।

भाग IV — हर क़दम गिना जाता है।

करीम दिन भर में लगभग 8000 क़दम चलता है; आधे चोटिल टाँग पर। प्रश्न 2 वाले बल की मदद से बताइए कि कंडरा दिन में कितनी बार कम से कम उतना भार ढोती है।
साल भर में कुल कितनी बार भार पड़ता है? समझाइए कि अति-प्रयोग से सूजी हुई कंडरा (कंडराशोथ) को ताक़त के बजाय आराम क्यों चाहिए।
किसी मैच में वह क़रीब 40 बार छलाँगों से उतरता है। उतरने में (प्रश्न 6) ढोए गए कुल भार की तुलना दिन भर के क़दमों में ढोए गए भार से कीजिए।
दौड़ना चलने के मुक़ाबले ज़मीन के बल को दोगुना कर देता है। डॉक्टर भरते हुए घुटने के लिए दौड़ने के बजाय साइकिल चलाने और तैरने की सलाह क्यों देते हैं?
परिणाम लिखिए: सीढ़ी पर और उतरते समय क्वाड्रिसेप्स की कंडरा शरीर के भार का कितना गुना ढोती है, और घुटने का वह एक ऊतक कौन-सा है जिसकी ताक़त इन अंकों ने कभी नहीं परखी — उस मोड़ तक।

हल

हल — समस्या 9.1.

1. $70 \times 9.8 = 686\,\mathrm{N}$ ।

2. $686 \times 10/5 \approx 1.4\,\mathrm{kN}$ ।

3. $686 \times 20/5 \approx 2.7\,\mathrm{kN}$ ।

4. शरीर के भार का दो गुना और चार गुना: हर सीढ़ी पर क्वाड्रिसेप्स चार आदमियों के भार से खींचता है, और इसीलिए लंबी चढ़ाई पर जाँघें जलने लगती हैं।

5. हैमस्ट्रिंग, यानी जाँघ के पीछे का समूह; क्वाड्रिसेप्स के घुटना सीधा करते समय वह ढीली पड़कर खिंचती है, और संधि को स्थिर रखने के लिए हल्का-सा सिकुड़ी रहती है।

6. ज़मीन का बल $3 \times 686 \approx 2.06\,\mathrm{kN}$ ; कंडरा का बल $2058 \times 20/5 \approx 8.2\,\mathrm{kN}$ , यानी शरीर के भार का बारह गुना।

7. $8232/120 \approx 69\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}$ : यानी टूटने वाले प्रतिबल का लगभग दो-तिहाई। हर उतार कंडरा का अधिकांश हाशिया ख़र्च कर देता है।

8. भार $8.2 + 2.1 \approx 10.3\,\mathrm{kN}$ । अर्धचंद्रकों के साथ: $10300/600 \approx 17\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}$ ; उनके बिना: $10300/100 \approx 103\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}$ , यानी छह गुना अधिक।

9. हर उतार पर उसी उपास्थि पर छह गुना दाब: सतह उससे तेज़ी से कुचली जाती है जितनी तेज़ी से उसका रखरखाव हो सके, और वह घिस जाती है।

10. उपास्थियों के बीच द्रव की एक परत, ताकि वे मुड़ने के दौरान बिना सूखे घर्षण के फिसलें, और साथ में झटके की ज़रा-सी गद्दी।

11. फ़ीमर के नीचे टिबिया का एक मरोड़, और उसके साथ बग़ल की ओर झुकाव: यानी वे घुमाव जिनके लिए घुटना बना ही नहीं, और जिनका विरोध करने के लिए स्नायु होते हैं।

12. क्वाड्रिसेप्स केवल टाँग के साथ-साथ खींचता है और घुटना सीधा करता है; मरोड़ के ख़िलाफ़ उसकी कोई क्रिया ही नहीं। और चोट सेकंड के कुछ सौवें हिस्सों में हो जाती है, किसी भी पेशीय जवाब से तेज़।

13. फटे हुए स्नायु और संपुट की वाहिकाओं का ख़ून, और उसके ऊपर अतिरिक्त श्लेष द्रव: संपुट टूटा या सूजा था और संधि भर गई।

14. स्नायु, जिस तक ख़ून कम पहुँचता है, महीने लेता है और अक्सर शल्यक्रिया भी; और फटा हुआ अर्धचंद्रक, जो लगभग बिना वाहिकाओं वाली उपास्थि है, आमतौर पर भरता नहीं और फटा हिस्सा छाँट या सिल दिया जाता है।

15. हैमस्ट्रिंग क्वाड्रिसेप्स की विरोधी है और टिबिया को पीछे खींचती है; साथ सिकुड़ता मज़बूत जोड़ा घुटने को उस आगे की ओर फिसलन के ख़िलाफ़ कड़ा कर देता है जिसे टूटा हुआ स्नायु अब नहीं रोकता, और इस तरह शल्यक्रिया से पहले और बाद, दोनों में संधि की रक्षा करता है।

16. दिन में लगभग 4000 बार, $1.4\,\mathrm{kN}$ या उससे अधिक पर।

17. साल भर में लगभग $1.5 \times 10^{6}$ बार भार। कंडराशोथ वह नुक़सान है जो कंडरा ऊतक की धीमी मरम्मत से तेज़ी से जमा होता है; केवल आराम ही मरम्मत को पकड़ने देता है, क्योंकि ताक़त हर क़दम का भार घटाती नहीं।

18. उतरने में कुल $40 \times 8.2 \approx 330\,\mathrm{kN}$ ; क़दमों में $4000 \times 1.4 \approx 5600\,\mathrm{kN}$ — यानी क़दम कुल भार सत्रह गुना अधिक ढोते हैं, पर उतरना वे चरम ढोता है जो टूटने का ख़तरा बनते हैं।

19. ज़मीन का बल दोगुना होने से हर डग पर कंडरा और संधि के बल भी दोगुने हो जाते हैं; साइकिल चलाना और तैरना पेशियों से काम लेते हैं और घुटने पर भार शरीर के भार से कहीं नीचे रखते हैं।

20. क्वाड्रिसेप्स की कंडरा सीढ़ी पर शरीर के भार का चार गुना और उतरते समय लगभग बारह गुना ढोती है; और वे स्नायु, जिन्हें ये भार कभी परखते ही नहीं, वही ऊतक थे जो उस मोड़ को मिले।

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