Читать книгу Биология. Человек. 8 класс - Группа авторов - Страница 20

1. Почему мышца способна сокращаться с различной силой?

2. Что такое тренировочный эффект и как он достигается?

3. Как работают мышцы-антагонисты в динамическом и статическом режимах?

Двигательная единица. Мышечное волокно скелетной мышцы способно сократиться лишь после того, как получит нервные сигналы от исполнительного (двигательного[1]) нейрона из центральной нервной системы. Один двигательный нейрон и связанные с ним мышечные волокна называют двигательной единицей. Если в действие включается небольшое число двигательных единиц, сокращение слабое, если число двигательных единиц увеличено, сокращение мышц становится более сильным. Однако при самом сильном сокращении мышц хорошо тренированного человека одновременно сокращается небольшой процент двигательных единиц. При длительном сокращении они работают, поочерёдно сменяя друг друга: сначала одна группа, потом другая, потом третья и т. д.

Тренировочный эффект и энергетика мышечного сокращения. В начале тренировок успех нарастает довольно быстро за счёт увеличения числа двигательных единиц, включающихся в действие одномоментно. Затем результаты нарастают медленнее, потому что начинают перестраиваться сами мышечные волокна. Нервная система лишь даёт импульс для начала и прекращения работы данной мышечной группы волокон. Энергия, за счёт которой сокращается мышечное волокно, выделяется в результате биологического окисления органического вещества, содержащегося в самом волокне. Основным энергетическим веществом для работы мышц является глюкоза, но при интенсивной нагрузке окисляются и вещества, содержащиеся в клеточных мембранах. Однако при этом в клетке синтезируется много веществ, способных компенсировать потери. Поэтому после работы во время отдыха восстанавливается гораздо больше того, что было израсходовано. Получается, что синтез обгоняет распад. В результате в мышечных волокнах увеличивается число сократительных нитей и митохондрий, при этом число самих волокон и их ядер не меняется. Это явление называют тренировочным эффектом.

Однако это происходит лишь в том случае, если физическое напряжение близко к предельному, а отдых и рациональное питание достаточны. Изнуряющий труд без необходимого отдыха и питания к успеху не приводит, так же как и бездействие.

Недостаток подвижности – гиподинамия. Малая подвижность снижает активность биологического окисления, перестают в достаточном количестве вырабатываться вещества, богатые энергией, за счёт которых образуются клеточные структуры: митохондрии, сократительные нити, мембраны клетки. Мышцы становятся дряблыми, теряют былую силу. Из костей уходят соли кальция. Они поступают в кровь, связываются с содержащимся там органическим веществом холестерином и образуют наросты на внутренних стенках сосудов, нарушающие кровообращение. Это называется атеросклерозом. Человек становится слабым и вялым.

Регуляция работы мышц-антагонистов. Чтобы лучше представить себе работу нервной системы, регулирующей мышечные сокращения, рассмотрим, как взаимодействуют нервные центры при сгибании и разгибании руки в локтевом суставе, а также при фиксации костей предплечья для удержания груза (рис. 43).

Рис. 43. Регуляция работы мышц-антагонистов. Спинномозговые центры: 1 – двуглавой мышцы плеча; 2 – трёхглавой мышцы плеча

Если к двуглавой мышце приходят из нервного центра возбуждающие сигналы и она сокращается, то трёхглавая мышца расслабляется – не мешает действию двуглавой мышцы. Если сокращается трёхглавая мышца, то расслабляется двуглавая и не мешает разгибать руку. Такая координация движений происходит не в самих мышцах, а в нервных центрах, управляющих мышцами.

Но что произойдёт, если требуется зафиксировать руку в нужном положении? Тогда возбудятся нервные центры всех мышц, участвующих в движении костей данного сустава. Двуглавая и трёхглавая мышцы в этом случае сократятся одновременно. Кости предплечья прижмутся к плечевой кости, и движение в суставе прекратится. Кости станут неподвижными относительно друг друга. Бывшие мышцы-антагонисты станут работать как синергисты.

Утомление мышц. В процессе длительной мышечной работы или при большой нагрузке работоспособность мышц снижается, развивается утомление. Существует две основные причины утомления. Во-первых, в процессе активной работы возрастают энергетические затраты, следовательно, необходимо больше АТФ. Для ускорения синтеза АТФ нужно много О₂ и глюкозы, поэтому увеличиваются скорость кровотока, частота сердечных сокращений и дыхания. Если нагрузка велика и организм не справляется с доставкой необходимых веществ, энергетические ресурсы постепенно истощаются. При недостаточном количестве кислорода в мышце накапливаются промежуточные продукты метаболизма, в том числе молочная кислота, которая вызывает мышечные боли.

Вторая причина утомления связана с общим состоянием нервной системы. Состояние двигательных нервных центров зависит от общего эмоционального и психического состояния человека. Поэтому, если работа делается с энтузиазмом, она выполняется легко и утомление наступает позже.

Для отдыха большое значение имеет смена видов деятельности. Активный отдых полезнее и эффективнее пассивного. Работоспособность утомлённых мышц восстанавливается быстрее во время работы других групп мышц, а не в состоянии полного покоя.

Динамическая и статическая работа. В разных жизненных ситуациях одни и те же мышцы человека могут совершать разную работу. Работа, связанная с перемещением тела или груза, называется динамической. Работа, связанная с удержанием определённой позы или груза, называется статической.

При статической нагрузке утомление развивается быстро, потому что мышца в течение длительного времени находится в сокращённом состоянии и периоды расслабления отсутствуют. Кроме того, при длительном напряжении мышцы сдавливают расположенные в них и рядом кровеносные сосуды. В результате накапливаются продукты распада, а необходимые кислород и питательные вещества не поступают.

При динамической нагрузке сокращения и расслабления мышц чередуются, в результате чего утомление развивается медленнее. При этом скорость развития утомления зависит от величины физической нагрузки и ритма работы. Российский физиолог Иван Михайлович Сеченов показал, что наибольшая интенсивность мышечной работы достигается при средних нагрузках и средней скорости сокращения мышц. Эти исследования легли в основу науки – гигиены труда.

ДВИГАТЕЛЬНАЯ ЕДИНИЦА, ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ (МОТОРНЫЙ) НЕЙРОН, ТРЕНИРОВОЧНЫЙ ЭФФЕКТ, ГИПОДИНАМИЯ, ДИНАМИЧЕСКАЯ И СТАТИЧЕСКАЯ РАБОТА.

Вопросы

1. Почему в начале тренировок происходит значительное улучшение спортивных результатов, а потом они нарастают медленнее?

2. За счёт чего при тренировках возрастает точность мышечных сокращений?

3. Поясните различие между динамической и статической работой.

Задания

1. Занимаетесь ли вы спортом, делаете ли утреннюю зарядку? Оцените, насколько активный образ жизни вы ведёте. Не грозит ли вам гиподинамия?

2. Объясните, почему при длительном стоянии человек устаёт больше, чем при ходьбе.

Лабораторная работа

Утомление при статической работе

Оборудование: секундомер, груз 4–5 кг (если взят портфель с книгами, то надо предварительно определить его массу).

Наблюдение признаков утомления при статической работе. Выясните, за какое время наступает предельное утомление.

Ход работы

Испытуемый становится лицом к классу, вытягивает руку в сторону строго горизонтально. Мелом на доске отмечается тот уровень, на котором находится рука. После приготовлений по команде включается секундомер, и испытуемый начинает удерживать груз на уровне отметки. Начальное время указывается в первой строчке таблицы. Затем определяются фазы утомления и также проставляется их время. Выясняется, за какое время наступает предельное утомление. Этот показатель записывается.

Протокол опыта