Динамическая и статическая работа мышц необходимы для нормального функционирования человеческого организма, исполнения движений, свойственных нашему телу. Человеческий организм природой сконструирован таким образом, чтобы отлично справляться с обоими видами нагрузок. Динамическая и статическая работа мышц позволяет ходить, прыгать, бегать, совершать привычные в повседневности перемещения, сидеть на одном месте, стоять. Словом, любая человеческая активность, от неподвижности до активных спортивных упражнений – это комплексная мышечная функциональность, сформированная двумя типами действий.
Статика
Начнем разбираться, что происходит с нашими мышечными волокнами в ситуации неподвижности. Отличие статической работы мышц от динамической в предназначении такой активности. Покой, временная неподвижность нужны любому существу, это естественное требование, позволяющее длительные временные промежутки исполнять однообразные задачи. Наиболее типичное представление о применении таких возможностей в повседневности – это проведение многих часов перед экраном компьютера в сидячем положении. Но это только самый первый, приходящий в голову пример. Рассмотрим, как работает сварщик? Специалисту приходится довольно долго удерживать в одном и том же положении используемое оборудование – это практическая статическая работа мышц. Динамическая работа будет включаться в моменты, когда необходимо будет совершать активные движения – перемещаться к следующему объекту.
Статика предполагает, что организм длительные временные промежутки вынужден сохранять неподвижность. Часто такие позы бывают довольно скованными и доставляют не просто неудобство, а боль. Отмечается, что динамическая и статическая работа скелетных мышц связана с определенной нагрузкой на человеческий организм, но именно неподвижность несет наибольшую опасность. В переизбытке она вредна для систем, органов, тканей.
Динамический и статический режимы работы мышц
- При динамической работе имеет место чередование сокращений мышц-антагонистов (например, сгибателей и разгибателей), их попеременное напряжение и расслабление.
- При статическом режиме непрерывно напряжена одна и та же группа мышц. Когда мы шагаем, держа в руке увесистую сумку, ноги работают в динамическом, а нагруженная рука – в статическом режиме.
Можно говорить также об изотоническом и изометрическом режиме работы мышц. В первом случае напряжение мышечных волокон постоянно, а их длина меняется, во втором – неизменной остается длина мышцы, а ее напряжение меняется. Когда мы выполняем типичную статическую нагрузку, скажем, несем чемодан, мускулатура руки, удерживающей чемодан, выполняет работу и изотоническую (ибо вес чемодана неизменен), и изометрическую (ибо мы избираем одно, наиболее для нас удобное положение руки и не меняем его до тех пор, пока не берем груз в другую руку). В чистом виде изотонический режим (например, подтягивание на перекладине) или изометрический режим (работа тренирующегося спортсмена с жестким эспандером, когда напряжения мышц меняются при почти неизменном их положении) являются разновидностями силовых упражнений, которые по своим особенностям ближе к статической деятельности.
Две загадки статических напряжений
Имеются две характерные особенности статических мышечных напряжений, резко отличающие их от динамической работы и издавна привлекающие интерес ученых. Во-первых, общеизвестно, что статический режим гораздо утомительнее динамического. Предположим, человек физически хорошо тренирован и может пилить дрова часами, не жалуясь на предельное утомление. Предложите ему вытянуть в сторону руку, положите на ладонь монету и посмотрите, как долго он сможет удержать на весу этот, скажем прямо, не очень большой груз. Уже через несколько минут рука начнет опускаться. Конечно, не вес копейки согнул руку, ее мышцы устали от своей собственной тяжести.
Можно привести множество других примеров. Конькобежцы, все мы знаем, бегут в позе «в наклон»: так они преодолевают, точнее уменьшают сопротивление воздуха. При скорости, превышающем 10 км/ч встречный ветер равносилен 10-балльному шторму. Спросите конькобежца, какие мышцы у него устают в первую очередь. Спортсмен скажет, что у него прежде всего устают спина и поясница. Именно эти мышцы при позе «в наклон» несут статическую нагрузку. Итак, даже небольшие статические напряжения утомляют значительно быстрее, чем куда более интенсивная динамическая работа мышц.
Во-вторых, при изучении статических нагрузок физиологи выяснили еще один факт, совсем уж загадочный. Оказалось, что во время выполнения работы дыхание и кровообращение человека возрастают непропорционально скромно. В отдельных случаях потребление организмом кислорода по сравнению с дорабочим уровнем даже уменьшалось. По окончании же статической нагрузки, в период отдыха, все названные показатели возрастают, однако все равно меньше, чем при динамической деятельности. Данное явление было даже названо феноменом Линдгарда по имени описавшего его датского ученого.
Ответ на обе загадки статических напряжений был получен при изучении центрально-нервных механизмов, управляющих мышечной работой человека. Наибольшая утомительность статического режима связана с непрерывной работой одних и тех же нервных центров, управляющих данной группой мышц. Именно высшие нервные центры и являются здесь лимитирующим звеном. При динамической деятельности попеременно вовлекаемые мозговые центры, управляющие мышцами-антагонистами, утомляются гораздо медленнее по двум причинам.
Во-первых, сгибатели и разгибатели, а стало быть, и их нервные центры работают попеременно – период деятельности сменяется периодом отдыха. Во-вторых, и это еще важнее, имеет место взаимная стимуляция: возбуждение нервных центров мышц-сгибателей вызывает торможение центров, управляющих разгибателями, а торможение ускоряет восстановительные процессы. Значит, дело не только в наличии коротких пауз отдыха, но и в получении во время этих пауз как бы дополнительных вспышек восстановительного процесса, «подзарядок».
При всех видах так называемой циклической двигательной активности (ходьба, бег, плавание) наблюдается подобная взаимная стимуляция нервных центров в процессе работы. Именно поэтому динамическая деятельность, даже интенсивная, утомляет меньше, чем статическая Работа мышц весьма сложно воздействует на внутренние органы. С одной стороны, она требует энергообеспечения, и поэтому какая бы группа мышц ни работала, организм отвечает на эту работу соответствующим развертыванием функций, доставляющих кислород, то есть дыхания и кровообращения.
С другой стороны, мышцы связаны с определенными нервными центрами спинного мозга, непосредственно ими управляющими и лежащими в тех или иных спинномозговых сегментах (шейных, грудных, поясничных и пр.). Головной мозг и высший его отдел – кора больших полушарий, являясь верховным регулятором и источником произвольной работы мышц, управляет не столько отдельными мышцами, сколько их групповыми действиями, целостными двигательными актами. Центры же спинного мозга передают приказы «свыше» конкретным мышцам, причем лежат в тех же сегментах, где находятся и центры определенных внутренних органов.
Например, центры мышц, осуществляющих ряд движений левой руки, являются «соседями» центров, ведающих состоянием сердца, поэтому при стенокардии боли «отдают» в левую руку. Понятно, что работа мышц может, в свою очередь, влиять на те органы, центры которых природа поместила «по соседству», в те же сегменты спинного мозга. В данном случае функции внутренних органов могут меняться не в связи с потребностями энергообеспечения работы, а в порядке ответа на деятельность определенных мышц. Физиологи говоря» в этой ситуации о моторно-висцеральных рефлексах с определенных мышц на определенные внутренние органы. Данный момент имеет серьезное практическое значение, учитывается в лечебной гимнастике, является, очевидно, одним из существенных действующих факторов при ряде асан в системе хатха-йога.
В чем особенность?
Как показали исследовательские лабораторные работы, динамическая и статическая работа мышц провоцирует мышечное утомление разного характера. Каждый человек прекрасно это знает, хотя и не формулирует для себя терминами. Например, проведя много часов перед монитором компьютера, необходимо пройтись, размяться, тогда самочувствие сразу улучшается.
Специалисты отмечают, что наилучший эффект производит смена видов активности. Разнообразные движения в повседневности намного полезнее и легче для систем организма, нежели долговременное поддерживание одной и той же позы. С другой стороны, сравнение динамической и статической работы мышц позволяет понять, что перегрузки любого плана приводят к серьезным патологиям. Поэтому необходимо по возможности избегать таких ситуаций. Ключевые правила сохранения здоровья долгие годы заключаются в следующих постулатах:
- Все должно быть в меру.
- Необходимо придерживаться «золотой середины».
Рассматривая, чем отличается динамическая работа мышц от статической, можно отметить, что для этого типа активности важно не только общее состояние мышечных тканей организма, но и возможность координации совершаемых движений различными частями тела.
Рубрикатор
Режимы работы мышц Механическая работа (А), совершаемая мышцей, измеряется произведением поднимаемого веса (Р) на расстояние (h): А = Р * h кгм. При регистрации работы изолированной мышцы лягушки видно, что чем больше величина груза, тем меньше высота, на которую его поднимает мышца.
Различают 3 режима работы мышцы: изотонический, изометрический и ауксотонический. Изотонический режим (режим постоянного тонуса мышцы) наблюдается при отсутствии нагрузки на мышцу, когда мышца закреплена с одного конца и свободно сокращается. Напряжение в ней при этом не изменяется. Это происходит при раздражении изолированной мышцы лягушки, закрепленной одним концом на штативе. Так как при этих условиях Р = 0, то механическая работа мышцы также равна нулю (А = 0). В таком режиме работает в организме человека только одна мышца — мышца языка. (В современной литературе также встречается термин изотонический режим по отношению к такому сокращению мышцы с нагрузкой, при котором по мере изменения длины мышцы напряжение ее сохраняется неизменным, но в этом случае механическая работа мышцы не равна пулю, т. е. она совершает внешнюю работу).
Изометрический режим (режим постоянной длины мышцы) характеризуется напряжением мышцы в условиях, когда она закреплена с обоих концов или когда мышца не может поднять слишком большой груз. При этом h = 0 и, соответственно, механическая работа тоже равна нулю (А = 0). Этот режим наблюдается при сохранении заданной позы и при выполнении статической работы. В этом случае в мышечном волокне все равно происходят процессы возникновения и разрушения мостиков между актином и миозином, т. е. тратится энергия на эти процессы, но отсутствует механическая реакция перемещения нитей актина вдоль миозина. Физиологическая характеристика такой работы заключается в оценке величины нагрузки и длительности работы.
Ауксотонический режим (смешанный режим) характеризуется изменением длины и тонуса мышцы, при сокращении которой происходит перемещение груза. В этом случае совершается механическая работа мышцы (А= Р ? h). Такой режим проявляется при выполнении динамической работы мышц даже при отсутствии внешнего груза, так как мышцы преодолевают силу тяжести, действующую на тело человека.
Различают 2 разновидности этого режима работы мышц: преодолевающий (концентрический) и уступающий (эксцентрический) режим. Для измерения мышечной силы применяют динамометры: кистевой и становой. Максимальная сила кисти, кгс вычисляется как среднее арифметическое трех сжиманий динамометра с максимальной силой через одну минуту.Развивая напряжение и сокращаясь, мышца способна выполнять механическую работу. Наибольшую работу он выполняет при средних нагрузках и средних скоростях. Это явление получило название закона средних нагрузок.Средние нагрузки и средние скорости сокращения различны для разных мышц, что необходимо учитывать при разработке норм и организации труда.Коэффициент полезного действия мышцВо время работы в мышце в зависимости от интенсивности изменений обмена веществ возрастает образование тепла. Часть энергии, освобождающейся при химических процессах без превращения в тепло, непосредственно переходит в кинетическую энергию сокращения мышцы. Остальная большая часть энергии химических процессов превращается в тепловую, поэтому мышцы при сокращении выделяют тепло.Коэффициентом полезного действия (КПД) называется отношение энергии, затраченной на работу мышц, ко всей энергии, произведенной в мышцах во время работы. КПД мышц человека колеблется в среднем от 15 до 25%, КПД мышц ног — от 20 до 35%, а рук — от 5 до 15%.При тренировке он увеличивается у человека до 25-30% и даже до
Работать, но не сверх меры
Динамическая и статическая работа мышц необходима для поддержания организма в тонусе. Ткани постоянно нуждаются в тренировке, длительное бездействие провоцирует дегенеративные процессы, наблюдается атрофия. Справедливо и противоположное высказывание, заключающееся в том, что динамическая и статическая работа мышц в неумеренных объемах, завышенном темпе (особенно долговременные промежутки) приводит к негативным процессам. При этом клетки не могут регенерироваться, ткани постепенно теряют свою функциональность.
Чтобы справляться с долговременными нагрузками, необходимо регулярно тренироваться, активно работая всеми мышечными тканями организма. Современный подход к этому вопросу предполагает локальные тренировки, региональную работу, общие нагрузки.
Утомление мышцы
Утомлением называется временное понижение работоспособности клетки, органа или целого организма, наступающее в результате работы и исчезающее после отдыха.
Если длительно раздражать ритмическими электрическими стимулами изолированную мышцу, в которой подвешен небольшой груз, то амплитуда ее сокращений постепенно убывает, пока не дойдет до нуля. Полученная таким образом кривая называется кривой утомления мышцы. Измерив и суммировав высоту всех сокращений, можно узнать общую высоту подъёма груза, а умножив груз на эту величину, определить количество работы, выполненной мышцей до наступления полного утомления.
Наряду с изменением амплитуды сокращений при утомлении нарастает латентный период сокращения и увеличиваются пороги раздражения и хронаксия, т. е. понижается возбудимость. Следует, однако, подчеркнуть, что все эти изменения возникают не тотчас же после начала работы мышцы — существует некоторый период, в течение которого наблюдаются увеличение амплитуд сокращений и небольшое повышение возбудимости мышцы. При этом мышца становится легко растяжимой. В таких случаях говорят, что мышца «врабатывается», т. е. приспособляется к работе при заданном ритме и силе раздражения. При дальнейшем длительном раздражении наступает утомление мышечных волокон.
Понижение работоспособности изолированной из организма мышцы при ее длительном раздражении обусловлено двумя основными причинами. Первой из них является то, что во время сокращений в мышце накапливаются продукты обмена веществ (в частности, молочная кислота, образующаяся при расщеплении гликогена), оказывающие угнетающее влияние на работоспособность мышечных волокон. Часть этих продуктов, а также ионы калия диффундируют из волокон наружу в околоклеточное пространство и оказывают угнетающее влияние на способность возбудимой мембраны генерировать потенциалы действия.
Если изолированную мышцу, помещенную в раствор Рингера, довести длительным раздражением до полного утомления, то достаточно только сменить омывающую ее жидкость, чтобы восстановились сокращения мышцы.
Другой причиной развития утомления изолированной мышцы является постепенное истощение в ней энергетических запасов. При длительней работе изолированной мышцы происходит резкое уменьшение запасов гликогена, вследствие чего нарушаются процессы ресинтеза АТФ и креатинфосфата, необходимых для осуществления сокращения.
Рассматривая проблему утомления, следует подчеркнуть, что утомление изолированной скелетной мышцы при ее прямом раздражении является сугубо лабораторным феноменом и в естественных условиях существования организма утомление двигательного аппарата при длительной работе развивается совершенно отлично от того, что наблюдается в эксперименте. Обусловлено это не только тем, что в организме мышца непрерывно снабжается кровью и, следовательно, получает с кровью определённое количество питательных веществ (глюкозу, аминокислоты) и ocвобождается от продуктов обмена, нарушающих нормальную жизнедеятельность мышечных волокон. Главное отличие состоит в том, что в организме возбуждающие импульсы приходят к мышце с нерва. Нервно-мышечное coeдинение утомляется значительно раньше, чем мышечные волокна, в связи с чем блокирование передачи возбуждений с нерва на мышцу предохраняет последнюю от истощения, вызываемого длительной работой. В целостном организме еще раньше нервно-мышечных соединений утомляются при работе нервные центры.
Впервые И. М. Сеченов (1903) показал, что восстановление работоспособности утомленных мышц руки человека после длительной работы по подъему груза резко ускоряется, если в период отдыха производить работу другой рукой. Временное восстановление работоспособности мышц утомлённой руки может быть стигнутои при других видах двигательной активности, например при работе различных мышц нижних конечностей. В отличие от простого покоя такой отдых был назван И. М. Сеченовым активным. Сеченов рассматривал эти факты как доказательство того, что утомление прежде всего развивается в нервных центрах.
Убедительным доказательством роли изменения состояния нервных центров в развитии утомления в целом организме служат опыты с внушением. Так, исследуемый может длительно поднимать тяжелую гирю, если ему внушить, что в его руке находится легкая корзина. Напротив, если внушить исследуемому, поднимающему легкую корзину, что ему дана тяжелая гиря, то быстро развивается утомление. При этом изменения пульса, дыхания и газообмена находится в соответствии не с реальной, осуществляемой человеком работой, а с той, которая ему внушена (В. М. Василевский, Д. И. Шатенштейн).
Из изложенного выше следует, что утомление изолированной скелетной мышцы при ее прямом раздражении, утомление нервно-мышечного препарата при раздражении двигательного нерва и утомление двигательного аппарата в целом организме в условиях естественной деятельности сходны между собой лишь по своему внешнему выражению — уменьшению силы и величины мышечных сокращений.
По механизму же своего возникновения эти явления весьма значительно различаются.
Эргография. Для изучения мышечного утомления у человека в лабораторных условиях пользуются эргографами — приборами для записи амплитуды движения, ритмически выполняемого группой мышц.
Примером такого прибора может служить эргограф Моссо, записывающий движение нагруженного пальца при сгибании и разгибании и дающий суммарные сведения о работе собственного сгибателя этого пальца и общего сгибателя всех пальцев руки. Исследуемый, сгибая и разгибая палец, поднимает и опускает подвешенный к пальцу груз в ритме ударов метронома. Особый интерес представляют эргографы, воспроизводящие те или иные рабочие движения человека. Первым таким прибором был эргограф, примененный И. М. Сеченовым для изучения рабочих движений при пилке ручной пилой.
Меняя величину груза и частоту ударов метронома, можно установить тот ритм и груз, при которых данный индивидуум в данных условиях эксперимента выполняет наибольшую работу в кратчайший срок.
| Форма кривой утомления и величина произведенной работы чрезвычайно варьируют у разных исследуемых и даже у одного и того же исследуемого при различных условиях. В этом отношении показательны эргограммы, записанные А. Моссо на самом себе до и после приема зачета у студентов. Эти эргограммы показывают резкое уменьшение работоспособности после напряженной умственной работы (рис. 150). Рис. 150. Две кривые утомления (эргограммы), записанные до и после приема в течение 6 часов зачетов от студентов (по Моссо). |
Особенности механики
Примеры статической и динамической работы мышц:
- Удерживание груза.
- Транспортировка предметов.
Неподвижность включает в себя все усилия, не связанные с движением. Такая активность сопровождается четким закреплением суставной ткани. Физиологически это организовано следующим образом: в один момент времени сокращают мышцы, имеющие противоположное назначение. Как удалось выявить в ходе специализированных исследований, статическая работа провоцирует значительно большую усталость, нежели нагрузка в динамике.
Пример с проведением опыта
Предположим, есть возможность привлечь к эксперименту друга. В такой ситуации можно наглядно проверить, насколько корректно утверждение выше. Достаточно найти предмет, вес которого не менее трех, но и не более пяти килограммов. Изделие берут в одну руку, отводят ее от корпуса так, чтобы угол достиг 90 градусов, и удерживают некоторый временной промежуток с закрытыми глазами. Как только рука поднята, сразу нужно сделать отметку на стене, после чего засечь время по секундомеру.
Задача испытуемого – неподвижно удерживать изделие, не опуская рук. Со временем конечность сама смещается вниз, затем рывком возвращается в исходное положение или чуть выше. Подобное поведение указывает на нарушение регуляции деятельности мышечной ткани со стороны нервной системы. При этом происходит подстройка длины волокон, формирующих ткань. Как только фиксируется отклонение вниз, длина корректируется, что сразу отмечается ответственными за отслеживание движений мышечными рецепторами. Это стимулирует направление сообщения в мозг, и рука рефлекторным движением возвращается в прежнее положение.
Почему так происходит?
Такие движения происходят постоянно, даже если глаза открыты, и человек пристально наблюдает за движениями своей руки. Дело в том, что обычно они характеризуются очень малой амплитудой, поэтому зрительно заметить их сложно. Впрочем, даже при открытых глазах быстро наступает усталость, что приводит к грубой регулировке положения, заметной для самого человека и стороннего наблюдателя.
Чем дольше преследует статическая нагрузка, тем сильнее реакция организма:
- Конечности дрожат.
- Рука опускается.
- Мышечная ткань отзывается болевым синдромом.
Подобная реакция организма обусловлена обменными процессами. В волокнах скапливаются продукты биохимического взаимодействия, что приводит к раздражению рецепторов. Спустя довольно короткий временной промежуток неприятные ощущения полностью себя исчерпывают.
Можно продолжить эксперимент, описанный выше. Тот же самый груз человеку дают в другую руку, затем повторяют последовательность действий. В большинстве случаев отмечается, что испытуемый может довольно долгое время выдерживать статическую нагрузку, не показывая утомления.
Полезно и распространено
Есть одна всемирно популярная практика, позволяющая оздоровить организм, сделать мышцы более сильными, а суставы – подвижными. Речь идет о йоге. Удивительно, но эта техника фактически вся построена на статической мышечной нагрузке, перемежающейся с дыхательными упражнениями. В рамках тренировок улучшается выносливость. Впрочем, отмечают, что подобные практики не окажут позитивного влияния на скорость и точность передвижений, не помогут развить быстроту реакции. Поэтому йога рекомендована терпеливым людям, стремящимся к духовному просветлению, а не тем, кто постоянно взаимодействует со сложными, требующими мгновенной реакции устройствами и приборами.
Для повышения способности организма справляться с разного вида мышечными нагрузками, рекомендуют прибегать к систематизированным комплексам упражнений, включающих в себя базовые элементы гимнастики. Разработаны и широко известны такие комплексы, которые позитивно влияют на ткани организма, помогают приспособиться и к динамическим, и к статическим нагрузкам. Вариантов множество, можно самостоятельно составить для себя такую программу, а упражнения тут самые простые, вплоть до обычной утренней зарядки.
Теоретическая база
Мышечная ткань – это составной компонент опорно-двигательной человеческой физиологической системы. Ее отличительная особенность – способность сокращаться, а основная задача – обеспечение возможности двигаться. Благодаря наличию таких волокон человек может сохранять позу, перемещать тело, говорить, дышать. Мышечная ткань сформирована эластичным, упругим веществом – набором миоцитов. Сокращение обусловлено влиянием нервной системы, импульсами, направляемыми мозгом. Интенсивность нагрузок провоцирует утомление.
Благодаря мышцам можно перемещать тело в пространстве. С помощью мышечных тканей можно исполнять задуманные движения, от самых простых до энергичных, характерных спортсменам или мастерам, работающим с очень мелкими предметами. Здоровое состояние трех существующих типов мышечной ткани обуславливает возможность подвижности, активности, нормального протекания физиологических процессов. Нервная система контролирует рабочие процессы, связывает мозг и мышечные волокна, организует процесс переформатирования химических энергетических запасов в механические.
СИЛА, РАБОТА И УТОМЛЕНИЕ МЫШЦ
Основными показателями, характеризующими деятельность мышц, являются их сила и работоспособность.
Сила мышц. Сила — мера механического воздействия на мышцу со стороны других тел, которая выражается в ньютонах или кг-силах. При изотоническом сокращении в эксперименте сила определяется массой максимального груза, который мышца может поднять (динамическая сила), при изометрическом — максимальным напряжением, которое она может развить (статическая сила).
Одиночное мышечное волокно развивает напряжение в 100-200 кг-сил во время сокращения.
Степень укорочения мышцы при сокращении зависит от силы раздражителя, морфологических свойств и физиологического состояния. Длинные мышцы сокращаются на большую величину, чем короткие.
Незначительное растяжение мышцы, когда напрягаются упругие компоненты, является дополнительным раздражителем, увеличивает сокращение мышцы, а при сильном растяжении сила сокращения мышцы уменьшается.
Напряжение, которое могут развивать миофибриллы, определяется числом поперечных мостиков миозиновых нитей, взаимодействующих с нитями актина, так как мостики служат местом взаимодействия и развития усилия между двумя типами нитей. В состоянии покоя довольно значительная часть поперечных мостиков взаимодействует с актиновыми нитями. При сильном растяжении мышцы актиновые и миозиновые нити почти перестают перекрываться и между ними образуются незначительные поперечные связи.
Величина сокращения снижается также при утомлении мышцы.
Изометрически сокращающаяся мышца развивает максимально возможное для нее напряжение в результате активации всех мышечных волокон. Такое напряжение мышцы называют максимальной силой. Максимальная сила мышцы зависит от числа мышечных волокон, составляющих мышцу, и их толщины. Они формируют анатомический поперечник мышцы, который определяется как площадь поперечного разреза мышцы, проведенного перпендикулярно ее длине. Отношение максимальной силы мышцы к ее анатомическому поперечнику называется относительной силой мышцы, измеряемой в кг/см2.
Физиологический поперечник мышцы — длина поперечного разреза мышцы, перпендикулярного ходу ее волокон.
В мышцах с параллельным ходом волокон физиологический поперечник совпадает с анатомическим. У мышц с косыми волокнами он будет больше анатомического. Поэтому сила мышц с косыми волокнами всегда больше, чем мышц той же толщины, но с продольными волокнами. Большинство мышц домашних животных и особенно птиц с косыми волокнами перистого строения. Такие мышцы имеют больший физиологический поперечник и обладают большей силой (рис. 83 ).
А Б В Г
Рис. 83. Анатомический (а-а) и физиологический (б-б) поперечники мышц с разным расположением волокон:
А — параллельноволокнистый тип; Б — одноперистый; В — двуперистый; Г — многоперистый.
Наиболее сильными являются многоперистые мышцы, затем идут одноперистые, двухперистые, полуперистые, веретенообразные и продольноволокнистые.
Много, -одно, -и двухперистые мышцы имеют большую силу и выносливость (мало утомляются), но ограниченную способность к укорачиванию, а остальные виды мышц хорошо укорачиваются, но быстро утомляются.
Сравнительным показателем силы разных мышц является абсолютная мышечная сила — отношение максимальной силы мышцы к ее физиологическому поперечнику, т.е. максимальный груз, который поднимает мышца, деленный на суммарную площадь всех мышечных волокон. Она определяется при тетаническом раздражении и при оптимальном исходном растяжении мышцы. У сельскохозяйственных животных абсолютная сила скелетных мышц колеблется от 5 до 15 кг-сил, в среднем 6-8 кг-сил на 1см2 площади физиологического поперечника. В процессе мышечной работы поперечник мышцы увеличивается и, следовательно, возрастает сила данной мышцы.
Работа мышц. При изометрическом и изотоническом сокращении мышца совершает работу.
Оценивая деятельность мышц, обычно учитывают только производимую ими внешнюю работу.
Работа мышцы, при которой происходит перемещение груза и костей в суставах называется динамической.
Работа (W) может быть определена как произведение массы груза (Р) на высоту подъема (h)
W= P·h Дж (кг/м, г/см)
Установлено, что величина работы зависит от величины нагрузки. Зависимость работы от величины нагрузки выражается законом средних нагрузок: наибольшая работа производится мышцей при умеренных (средних) нагрузках.
Максимальная работа мышцами выполняется и при среднем ритме сокращения (закон средних скоростей).
Мощность мышцы определяется как величина работы в единицу времени. Она достигает максимума у всех типов мышц так же при средних нагрузках и при среднем ритме сокращения. Наибольшая мощность у быстрых мышц.
Утомление мышц. Утомление — временное снижение или потеря работоспособности отдельной клетки, ткани, органа или организма в целом, наступающее после нагрузок (деятельности). Утомление мышц происходит при их длительном сокращении (работе) и имеет определенное биологическое значение, сигнализируя о истощении (частичном) энергетических ресурсов.
При утомлении понижаются функциональные свойства мышцы: возбудимость, лабильность и сократимость. Высота сокращения мышцы при развитии утомления постепенно снижается. Это снижение может дойти до полного исчезновения сокращений. Понижаясь, сокращения делаются все более растянутыми, особенно за счет удлинения периода расслабления: по окончании сокращения мышца долго не возвращается к первоначальной длине, находясь в состоянии контрактуры (крайне замедленное расслабление мышцы). Скелетные мышцы утомляются раньше гладких. В скелетных мышцах сначала утомляются белые волокна, а потом красные.
Из различных представлений о механизме утомления одной из наиболее ранних теорий, объясняющих утомление, была теория истощения, предложенная К. Шиффом. Согласно этой теории причиной утомления служит исчезновение в мышце энергетических веществ, в частности гликогена. Однако, детальное изучение показало, что в утомленных до предела мышцах содержание гликогена еще значительно. В дальнейшем Е. Пфлюгером была выдвинута теория засорения органа продуктами рабочего распада (теория отравления). Согласно этой теории, утомление объясняется накоплением большого количества молочной, фосфорной кислот и недостатком кислорода, а так же других продуктов обмена, которые нарушают обмен веществ в работающем органе и его деятельность прекращается.
Обе эти теории сформулированы на основании данных, полученных в экспериментах на изолированной скелетной мышце и объясняют утомление односторонне и упрощенно.
Дальнейшим изучением утомления в условиях целого организма установлено, что в утомленной мышце появляются продукты обмена веществ, уменьшается содержание гликогена, АТФ, креатинофосфата. Изменения наступают в сократительных белках мышцы. Происходит связывание или уменьшение сульфгидрильных групп актомиозина, в результате чего нарушается процесс синтеза и распада АТФ. Нарушения в химическом составе мышцы, находящейся в целостном организме, выражены в меньшей степени, чем в изолированной благодаря транспортной функции крови.
Исследованиями Н.Е. Введенского установлено, что утомление прежде всего развивается в нервно-мышечном синапсе в связи с низкой его лабильностью.
Быстрая утомляемость синапсов обусловлена несколькими факторами.
Во-первых, при длительном раздражении в нервных окончаниях уменьшается запас медиатора, а его синтез не поспевает за расходованием.
Во-вторых, накапливающиеся продукты обмена в мышце понижают чувствительность постсинаптической мембраны к ацетилхолину, в результате чего уменьшается величина постсинаптического потенциала. Когда он понижается до критического уровня, в мышечном волокне не возникает возбуждения.
И.М.Сеченов (1903), исследуя на сконструированном им эргографе для двух рук работоспособность мышц при поднятии груза, установил, что работоспособность утомленной правой руки восстанавливается полнее и быстрее после активного отдыха, т.е. отдыха сопровождаемого работой левой руки. Подобного же рода влияние на работоспособность утомленной руки оказывает сочетающееся с отдыхом раздражение индукционным током чувствительных (афферентных) нервных волокон кисти другой руки, а также работа ногами, связанная с подъемом тяжести, и вообще двигательная активность.
Таким образом, активный отдых, сопровождающийся умеренной работой других мышечных групп, оказывается более эффективным средством борьбы с утомлением двигательного аппарата, чем простой покой.
Причину наиболее эффективного восстановления работоспособности двигательного аппарата в условиях активного отдыха Сеченов с полным основанием связывал с действием на центральную нервную систему афферентных импульсов от мышечных, сухожильных рецепторов работающих мышц.
В организме в различных звеньях рефлекторной дуги утомление в первую очередь наступает в нервных центрах, особенно в клетках коры больших полушарий.
В настоящее время установлено, что функциональное состояние мышц находится под влиянием центральной нервной системы и прежде всего коры больших полушарий. Это влияние осуществляется через соматические нервы, вегетативную нервную систему и железы внутренней секреции.
По двигательным нервам к мышце поступают импульсы из спинного и головного мозга, вызывая ее возбуждение и сокращение, сопровождающиеся изменением физико-химических свойств и функционального состояния мышцы.
Импульсы, поступающие по симпатическим волокнам в мышцу, усиливают процессы обмена веществ, кровоснабжения и работоспособность мышцы. Такое же действие оказывают и медиаторы симпатической системы — адреналин и норадреналин.
Однако единой теории, объясняющей причины утомления, сущность утомления до настоящего времени нет, т.к. в естественных условиях утомление двигательного аппарата организма является многофакторным процессом.
Наступление утомления мышц можно задержать с помощью тренировки. Она развивает и совершенствует функциональные возможности всех систем организма: нервной, дыхательной, кровообращения, выделения и т.д.
При тренировке увеличивается объем мышц в результате роста и утолщения мышечных волокон возрастает мышечная выносливость. В мышце повышается содержание гликогена, АТФ и креатинфосфата, ускоряется течение процессов распада и восстановления веществ, участвующих в обмене. В результате тренировки коэффициент использования кислорода при работе мышц повышается, усиливаются восстановительные процессы вследствие активизации всех ферментативных систем, уменьшается расход энергии. При тренировке совершенствуется регуляторная функция центральной нервной системы, и в первую очередь, коры больших полушарий.
