Работа и сила мышц. Мышечный тонус. Управление движениями. Утомление

Работа мышц. В основе работы мышц лежит их способность к сокращению. Сокращаясь, мышца укорачивается, в результате чего происходит сближение точек начала и прикрепления мышцы. Сокращение мышц вызывает движения в суставах, изменение положения частей тела или, наоборот, закрепление их. Действуя с определенной силой на кости скелета, мышца изменяет положение костных рычагов, совершает механическую работу, которая может быть динамической или статической.

Рис. 31. Схема действия мышц на костные рычаги:

I – рычаг равновесия, II – рычаг силы, III – рычаг скорости; А – точка опоры, 5 – точка приложения силы, В – точка сопротивления

При динамической работе костные рычаги, а вместе с ними и другие части тела перемещаются в пространстве, изменяется их взаиморасположение. При статической работе тело и его части находятся в состоянии покоя. Мышцы при статической работе хотя и напряжены, но их длина не изменяется, они не укорачиваются. Такое сокращение мышц без изменения их длины называют изометрическим сокращением.

К ости скелета, соединенные суставами, при сокращении мышц действуют как рычаги. Выделяют рычаг первого рода и рычаг второго рода (рис. 31). У рычага первого рода точка приложения силы (мышечного сокращения) и точка сопротивления (тяжесть части тела, переносимый груз) находятся по разные стороны от точки опоры (оси сустава). Примером может служить голова, которая опирается на I шейный позвонок – атлант (точка опоры). По одну сторону от атлантозатылочного сочленения действует сила тяжести лицевого черепа, по другую – сила действия затылочных мышц, прикрепляющихся к затылочной кости. Равновесие головы может быть при условии, если вращающий момент прилагаемой силы затылочных мышц (произведение силы, действующей на затылочную кость, на длину плеча, равного расстоянию от точки опоры до точки приложения силы) будет равен вращающему моменту силы тяжести передней части головы (произведение силы тяжести на длину плеча, равного расстоянию от точки опоры до точки приложения силы тяжести).

Рычаг второго рода, у которого и точка приложения мышечной силы, и точка силы тяжести расположены по одну сторону от точки опоры, бывает двух видов. У первого вида рычага второго рода плечо приложения мышечной силы (место прикрепления ахиллова сухожилия к пяточной кости) длиннее плеча приложения (действия) силы тяжести (голеностопный сустав). У второго вида рычага второго рода плечо приложения мышечной силы (место прикрепления двуглавой мышцы плеча к лучевой кости) короче плеча действия силы тяжести (кисти). Для преодоления силы тяжести необходимо приложить значительную мышечную работу. В то же время имеется выигрыш в размахе движения и скорости перемещения предплечья и кисти.

Силу мышц определяют по величине того груза, который мышца при своем максимальном сокращении может поднять на определенную высоту. Такую силу принято называть подъемной силой мышцы. Сила разных мышц неодинакова. Она зависит от числа мышечных волокон от площади поперечного сечения этих волокон. Сравнивая равновеликие веретенообразную мышцу с продольным направлением длинных мышечных волокон и перистую мышцу с косым направлением большего числа коротких мышечных волокон, мы установим, что перистая мышца сильнее. Показателем силы мышцы служит ее физиологический поперечник – площадь поперечного сечет всех ее мышечных волокон (рис. 32). Величину (размеры) мышцы характеризует ее анатомический поперечник, – поперечное сечение мышцы наиболее широкой ее части.

Вращающая сила мышцы зависит не только от ее физиологического поперечника и подъемной силы, но и от угла прикрепления мышцы к костям. Чем больше угол,покоторым мышца прикрепляется к кости, тем большее действие она может оказать на эту кость. Для увеличения угла прикрепления мышц к костям служат блоки.

Рис. 32. Схема анатомического и физиологического поперечников мышц различной формы: 1 – лентовидная мышца, 2 – веретенообразная мышца, 3 – одноперистая мышца (сплошной линией обозначен анатомический поперечник мышц, прерывистой – физиологический поперечник)

Мышечный тонус. В покое каждая мышца человека находится в состоянии постоянного непроизвольного сокращения – тонуса, который поддерживается рефлекторно за счет поступающих в мышцу нервных импульсов. Это небольшое напряжение мышц тела необходимо для поддержания их стартового состояния, сопротивления растяжению, готовности

к действию. Длительное, судорожное сокращение мышцы, продолжающееся, несмотря на прекращение раздражения, называют контрактурой.

Управление движением. Способность животных, в том числе и человека, передвигаться и выполнять различные действия под контролем нервной системы – одна из важнейших особенностей, отличающих животных от растений. Сокращение мышечных волокон происходит под влиянием импульсов, приходящих из головного и спинного мозга по нервным волокнам (отросткам двигательных нейронов). Сокращаясь, мышцы обеспечивают движение. При этом они никогда не работают изолированно, в одиночку. Выполнение любого движения достигается согласованным действием групп мышц, как сгибателей, так и разгибателей. Например, вертикальное положение тела человека обеспечивают до 150 мышц.

В зависимости от направления усилий, развиваемых мышцами, их принято делить на синергисты и антагонисты. Мышцы, которые действуют на сустав в одном направлении (например, сгибают кисть), получили название мышц-синергистов, мышцы противоположного действия являются мышцами-антагонистами. При каждом движении сокращаются не только мышцы, совершающие его, но и их антагонисты, противодействующие тяге и тем самым придающие движению точность и плавность. В каждой группе мышц можно выделить главные мышцы, выполняющие это движение, и вспомогательные, которые уточняют, «моделируют» это движение, придают ему индивидуальные особенности.

Скелетные мышцы человека способны сокращаться, подчиняясь его воле. Такие движения называют произвольными. Движения этого типа отличаются от рефлекторных (непроизвольных движений), которые выполняются помимо воли человека, например, если человек, неосторожно коснувшись раскаленной плиты, отдергивает руку, еще не успев осознанно почувствовать боль. При произвольных движениях нервные импульсы к скелетным мышцам поступают из двигательных центров коры большого мозга. Непроизвольные движения управляются из соответствующих центров ствола головного и спинного мозга.

Мышечные волокна сокращаются только по приказу двигательных нейронов. Двигательный нейрон и его длинный отросток – аксон вместе с мышечными волокнами, которые он контролирует, называют двигательной единицей.

Двигательные нейроны ствола головного мозга и передних рогов спинного мозга контролируются нейронами двигательной зоны коры полушарий большого мозга.

Источником активации нейронов двигательной зоны коры полушарий большого мозга является зрительная, слуховая, кожная, мышечная информация, поступающая в кору от органов чувств. На основе ее двигательная зона коры формирует осознанный двигательный акт.

Утомлением называют временное понижение работоспособности клетки, органа или организма в целом, наступающее в результате работы и исчезающее после отдыха. Развитие утомления в двигательном аппарате при длительной или напряженной работе зависит от нескольких факторов. Прежде всего, утомление связано с процессами, развивающимися в нервной системе, в нервных центрах, участвующих в управлении двигательной деятельностью.

Ряд причин развития утомления связан с процессами, происходящими в самой мышце. Это накопление в ней продуктов обмена (молочной кислоты и др.), оказывающих угнетающее действие на работоспособность мышечных волокон, и уменьшение в них энергетических запасов (гликогена).

Скорость развития утомления при мышечной работе зависит от двух показателей – от физической нагрузки и от ритма работы, т. е. от частоты мышечных сокращений. При увеличении нагрузки или при учащении ритма мышечных сокращений утомление наступает быстрее. Мышечная работа достигает максимального уровня при средних нагрузках и средних скоростях сокращения мышц.

Физическое утомление – нормальное физиологическое явление. После отдыха работоспособность не только восстанавливается, но и часто превышает исходный уровень. Работоспособность быстрее восстанавливается при активном отдыхе. чем при полном покое. Впервые отечественный ученый-физиолог И. М. Сеченов в 1903 г. показал, что восстановление работоспособности утомленной мышцы правой руки происходит быстрее, если в период отдыха производить работу левой рукой. В отличие от простого покоя такой отдых был назван И. М. Сеченовы» активным. Им были заложены основы гигиены труда, имеющие значение для рациональной организации трудовых процессов.

1. Какую работу называют динамической, какую – статической. Приведите примеры.