Характеристики мышц.
Механическая реакция целой мышцы при ее возбуждении выражается в двух формах: в развитии напряжения и в сокращении. В естественных условиях деятельности в организме человека степень сокращения может быть различной. По величине и характеру можно выделить три типа мышечных сокращений:
1) Изотонический – это сокращение мышцы, при которой ее волокна укорачиваются при постоянной внешней нагрузке. В реальных движениях чисто изотоническое сокращение практически отсутствует.
2) Изометрический – это тип активации мышцы, при котором она развивает напряжение без изменения своей длины. Изометрическое сокращение лежит в основе статической работы.
3) Ауксотонический или анизотонический тип-это режим, в котором мышца развивает усилие и укорачивается. Именно такие сокращения имеют место в организме при движении-ходьбе, беге. Данный тип сокращений лежит в основе динамической работы организма человека.
При динамической работе выделяют концентрический тип сокращения (внешняя нагрузка меньше, чем развиваемое мышцей напряжение) и эксцентрический тип сокращения (внешняя нагрузка больше, чем напряжение мышцы). В этом случае мышца напрягаясь, все же удлиняется, совершая при этом отрицательную работу.
Основные физические характеристики мышц.
1) Абсолютная мышечная сила - это сила, приходящаяся на 1см2 общего поперечного сечения мышечных волокон, образующих мышцу (в связи с особенностью строения некоторых мышц это не всегда совпадает с поперечным сечением самой мышцы). Например, для икроножной мышцы человека эта сила в среднем равна 60 Н/см2, для двуглавой мышцы плеча - 110 Н/см2, для треглавой – 170 Н/см2. Усилие, которое развивает сокращающаяся мышца, можно определить по второму закону Ньютона:
(2.3)
где М – масса нагрузки, а - ее ускорение, Р - внешняя нагрузка.
2) Скорость укорочения мышцы – отношение величины укорочения мышцы dx ко времени dt.
(2.4)
3) Механическая работа. Общая механическая работа сокращения
(2.5),
где Aм - работа,затрачиваемая на укорочение самой мышцы, P×x – механическая работа по перемещению нагрузки.
4) Теплообразование (выделяющаяся при сокращении мышцы теплота).
Теплота, выделяемая мышцей во время фазы сокращения при изотоническом одиночном сокращении, складывается из двух составляющих: теплоты активации и теплоты укорочения. Теплота активации qa представляет собой тепловой эффект тех химических процессов, которые приводят мышцу из небозбужденного состояния в активное. Теплота активации не зависит от укорочения и произведенной работы.
Теплота укорочения образуется только при укорочении мышцы и не зависит от напряжения (нагрузки) сократившейся мышцы, если только нагрузка не влияет на укорочение. По Хиллу, теплота укорочения q прямо пропорциональна величине укорочения x:
q=a× x (2.6),
где a – постоянный для данной мышцы коэффициент, имеющий размерность силы.
Общую теплоту можно выразить уравнением:
(2.7)
5) Энергия одиночного мышечного сокращения.
Закон сохранения энергии для рабочей фазы изотонического одиночного сокращения имеет вид:
(2.8),
где А – произведенная механическая работа, состоящая из работы по подъему груза и работы по созданию ускорения (см. формулу 2.5). Так как работа по созданию ускорения составляет приблизительно одну сотую общей механической работы, совершаемой мышцей, ее можно не учитывать и формула (2.8) с учетом формулы (2.5) принимает вид:
(2.9)
6) Общая мощность.
(2.10)
Учитывая, что теплота активации qa – величина постоянная и, следовательно, 
, формула мощности в фазе сокращения принимает вид:
(2.11)
где V – скорость сокращения мышцы.
7) Уравнение Хилла.
Экспериментально было установлено, что мощность скелетной мышцы прямо пропорциональна ее нагрузке, т.е.
(2.12),
где Pmax – сила изометрическогосокращения, т.е. сила, развиваемая мышцей при максимальной нагрузке (в состоянии титануса при данной длине); P- нагрузка, под которой мышца укорачивается; b – постоянная величина, имеющая размерность скорости. Приравнивая формулы (2.11) и (2.12) между собой, получим уравнение Хилла:
(2.13)
Уравнение Хилла применимо к любому виду сокращения. Оно справедливо как для изотонического сокращения активной мышцы, так и для описания упругого укорочения покоящейся мышцы после удаления нагрузки.
8) Коэффициент полезного действия мышцы h определяется как отношение полезной работы Ап=P×x к затраченной работе 
:
(2.14)
