Мышца не может производить работу беспрерывно. При длительной непрерывной работе наступает постепенное снижение работоспособности мышц. Такое состояние носит название мышечного утомления . При мышечном утомлении сила сокращения мышц уменьшается, а сами сокращения становятся более замедленными. При этом имеет место удлинение скрытого периода возбуждения мышц и понижение ее возбудимости. Наступление утомления мышц зависит от частоты их сокращений. Слишком частые сокращения вызывают быстрое утомление. Продолжительность работоспособности мышц зависит также от величины нагрузки, падающей на нее. Для каждой мышцы может быть найдена определенная оптимальная частота сокращений и величина нагрузки, при которых наиболее длительно сохраняется работоспособность мышцы. Отсюда вытекает практический вывод, что величина нагрузки и ритм движения влияют на работоспособность человека, занимающегося физическим трудом, а следовательно, и на количество выполняемой им работы.
Снижение работоспособности мышц обусловлено нервными и химическими факторами. Первоначально утомление возникает в нервных центрах, влияющих на работу мышц, а затем - в окончаниях двигательных нервов на мышечных волокнах (в синапсах). Вследствие этого изменяется характер импульсов, поступающих из нервной системы в мышцы, что и приводит к снижению силы и скорости мышечных сокращений. Зависимость быстроты наступления мышечного утомления от состояния нервной системы доказана специальными опытами и наблюдениями. Известно, в частности, влияние психических и эмоциональных воздействий (например, музыки, пения) на работоспособность человека. Доказано также в специальных опытах на животных, что раздражение симпатических нервов снижает мышечное утомление. Предполагают, что при этом усиливаются обменные процессы в утомленной мышце.
Влияние химических факторов состоит в том, что в работающей мышце продукты обмена (молочная кислота и др.) полностью, не окисляются вследствие недостаточного поступления кислорода. Накопление этих продуктов обмена способствует появлению мышечного утомления.
В целом организме работоспособность мышц зависит от функционального состояния многих систем органов: сердечно-сосудистой, дыхательной, желез внутренней секреции и др.
Большую роль в повышении работоспособности играет систематическая тренировка (упражнения). При физической тренировке происходят изменения не только в мышцах (развитие мышц и связанное с этим увеличение их силы), но и во всех других системах органов, в частности укрепляется сердечно-сосудистая и дыхательная система. Так, у тренированных людей сердечная мышца развита лучше и сокращается с большей силой, поэтому объем крови, выбрасываемой сердцем за одно сокращение и в минуту, больше (хотя ритм сердечных сокращений урежен). Дыхание у тренированных людей более глубокое, что способствует лучшему насыщению крови кислородом (хотя частота дыхания уменьшена). Тренировка приводит к укреплению здоровья и повышению выносливости человека.
Утомлением называется временное понижение или прекращение работы клетки, органа или целого организма в результате их деятельности. При утомлении понижаются функциональные свойства мышцы: возбудимость, лабильность и сократимость. Высота сокращения мышцы при развитии утомления постепенно убывает. Одиночное сокращение мышцы становится пологим и затянутым во времени в основном за счет удлинения периода расслабления.
Скелетные мышцы утомляются раньше гладких. В скелетных мышцах сначала утомляются белые волокна, а потом красные.
Для объяснения утомления И. Шифф предложил "теорию истощения. Согласно этой теории причиной утомления служит исчезновение в мышце энергетических веществ, в частности гликогена. Однако детальное изучение этого вопроса показало, что содержание гликогена в утомленных до предела мышцах еще довольно значительно.
Теория отравления Е. Пфлюгера объясняет утомление накоплением большого количества молочной и фосфорной кислот, а также других продуктов обмена, которые нарушают обмен веществ в работающем органе, и его деятельность прекращается. Так, фосфорная кислота связывает ионы кальция и тем самым снижает сокращение мышцы. Продукты обмена угнетают способность мембраны мышечного волокна генерировать потенциалы действия.
Это положение было подтверждено опытом. Изолированную мышцу помещали в сосуд с небольшим объемом раствора Рингера и раздражениями доводили до полного утомления. После смены раствора сокращения мышцы восстанавливались. Обе теории сформулированы на основании опытов, проводимых на изолированной скелетной мышце, и объясняют утомление односторонне и упрощенно. Отдельные реакции, сопутствующие развитию утомления, принимались за их причину. Дальнейшим изучением утомления в условиях целого организма установлено, что в утомленной мышце появляются продукты обмена вещества, уменьшается содержание гликогена. АТФ, креатинфосфата. Изменения наступают и в сократительных белках мышцы. Происходит связывание или уменьшение сульфгидрильных групп актиномиозина, в результате чего нарушается действие АТФ. Нарушения химического состава мышцы, находящейся в организме, выражены в меньшей степени, чем изолированной, благодаря транспортной функции крови.
В опытах на нервно-мышечном препарате Н. Е. Введенский установил, что если раздражать мышцу через нерв, то вскоре она перестанет сокращаться. При раздражении после того непосредственно мышцы сокращения ее возобновятся. Учитывая открытую им практическую неутомляемость нерва, Н. Е, Введенский сделал вывод, что, прежде всего, утомляются синапсы в связи с их низкой лабильностью.
Быстрая утомляемость синапсов обусловлена следующими факторами. При длительном раздражении в нервных окончаниях уменьшается запас заготовленного медиатора, а синтез не поспевает за расходованием. Поэтому выделяющиеся порции медиатора ацетилхолина на каждый импульс постепенно уменьшаются и соответственно снижаются до подпороговых величин постсинаптические потенциалы. Одновременно с этим накапливающиеся продукты обмена в мышце понижают чувствительность постсинаптической мембраны к ацетилхолину, в результате чего уменьшается величина постсинаптического потенциала. Когда он понижается ниже некоторого критического уровня, в мышечном волокне не возникает потенциал действия. В организме в различных звеньях рефлекторной дуги утомление в первую очередь наступает в нервных центрах, особенно в клетках коры больших полушарий. Афферентные центры утомляются быстрее эфферентных.
Функциональное состояние мышц в организме находится под влиянием центральной нервной системы, и прежде всего коры больших полушарий. Это влияние осуществляется различными путями; через соматические нервы, вегетативную нервную систему и железы внутренней секреции. По двигательным нервам к мышце поступают нервные импульсы, вызывая сокращение, в процессе которого изменяются ее физико-химические свойства и функциональное состояние. Через нервы вегетативной нервной системы происходит трофическое влияние на мышцы. Трофические импульсы, поступающие в мышцы по симпатическим нервам, усиливают процессы обмена веществ и повышают работоспособность мышцы. Например, сокращения утомленной мышцы усиливаются, если раздражать идущий к ней симпатический нерв. Такое же действие оказывает и адреналин.
Состояние самой центральной нервной системы в значительной степени обусловлено влиянием процессов, происходящих в мышцах. От рецепторов мышечных волокон по афферентным нервам в центры идут импульсы, влияющие на их функциональное состояние и рефлекторно на деятельность мышц. В мышцах в состоянии покоя ин при сокращении образуются различные продукты обмена веществ, которые играют определенную физиологическую роль. Эти продукты, циркулируя в крови, в зависимости от их концентраций могут влиять по-разному: при малой концентрации стимулируют, а при большой угнетают деятельность центральной нервной системы.
Несмотря на то что имеется очень много исследований о локализации утомления и тех изменениях в организме, которые сопутствуют ему, до сих пор нет единой теории о сущности процесса утомления.
Наступление утомления мышц можно задержать с помощью тренировки. Она развивает и совершенствует функциональные возможности всех систем организма: нервной, дыхания, 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 функция коры больших полушарий. Образуется динамический стереотип, и двигательные акты автоматизируются, устанавливается точная координация между движениями животного и деятельностью всех систем организма.
При первом знакомстве с лошадью каждый спортсмен, владелец или даже простой обыватель обращает внимание на ее внешний вид, экстерьер и, конечно же, мышцы. Поэтому в данной статье мы расскажем о том, что же такое мышцы, от чего зависит выносливость и что влияет на работоспособность лошади.
По морфофункциональным особенностям мышечную ткань разделяют на поперечно-полосатую и гладкую. Поперечно-полосатые мышечные ткани образованы клетками, которые обладают поперечной исчерченностью из-за особого упорядоченного взаиморасположения в них актиновых и миозиновых миофиламентов. К этому виду относят скелетную и сердечную мышечную ткани. Гладкие мышечные ткани состоят из клеток, не обладающих поперечной исчерченностью. Эта мышечная ткань входит в состав стенки различных органов, например, сосудов, кишки, желудка, мочевого пузыря.
Скелетная мышечная ткань является самой распространенной в организме, поэтому далее более подробно будет рассмотрена именно она. Каждая мышца лошади является полноценным органом, она имеет свое кровоснабжение и иннервацию и выполняет определенную функцию в организме. Мышцы покрыты соединительнотканной оболочкой и прикрепляются к кости при помощи сухожилий.
Мышечные сокращения
К скелетным мышцам подходят чувствительные и двигательные нервные окончания (волокна). По чувствительным волокнам передаются импульсы от рецепторов мышцы к центральной нервной системе (спинной и головной мозг), а по двигательным - от центральной нервной системы к мышцам.
В организме человека и лошади мышцы сокращаются одинаково, рефлекторно. Еще с курса школьной биологии мы должны помнить такие понятия, как произвольные и непроизвольные мышечные сокращения, а также рефлекторная дуга. Так, для произвольных сокращений необходимо участие импульсов как головного, так и спинного мозга, а для непроизвольных - только спинного. Сокращаясь, мышцы приводят в движение части тела, обусловливают перемещение организма или поддержание определенной позы.
Мышечные волокна и их различия
Каждая скелетная мышца состоит из пучков мышечных волокон. Каждое волокно - это специализированная клетка, длиной до 10-12 см. Ее главной отличительной чертой является наличие в цитоплазме миофибрилл, состоящих из нитей белков актина и миозина. Это так называемый сократительный аппарат клетки. Мышечные волокна в скелетных мышцах обладают некоторыми структурными, биохимическими и функциональными различиями. Так, выделяют красные, белые и промежуточные волокна.
Красные волокна - медленные, устойчивые к утомлению, с небольшой силой сокращения. Характеризуются малым диаметром, высоким содержанием миоглобина, преобладанием аэробных процессов (т.е. в реакциях получения энергии участвует кислород).
Белые волокна - быстрые, легко утомляющиеся, с большой силой сокращения. Характеризуются большим диаметром, преобладанием анаэробных процессов (т.е. энергия выделяется при распаде питательных веществ без участия кислорода). Также они характеризуются сравнительно слабым кровоснабжением. Данный вид волокон преобладает в мышцах, выполняющих быстрые движения, например, в мышцах конечностей.
Промежуточные волокна - быстрые волокна, устойчивые к утомлению.
Скелетные мышцы являются смешанными, т.е. содержат волокна различных типов, которые распределены в них мозаично. Соотношение красных и белых волокон в мышцах индивидуально и предопределено генетически. Поэтому для разных видов спорта являются предпочтительными разные породы лошадей, и не может одна и та же лошадь одинаково хорошо проявлять себя и в конкуре, и в пробегах.
Утомление мышц
Работа скелетных мышц может быть двух видов: динамической (для перемещения тела или его части в пространстве, происходит за счет укорочения мышцы) и статической (обеспечение позы животного, при этом мышца только напрягается, не изменяя своей длины).
Мышцы не могут работать беспрерывно. Существует такое понятие, как утомление мышц - это временное снижение их работоспособности, возникающее при длительной работе и исчезающее после отдыха. При утомлении в мышце накапливаются недоокисленные продукты распада питательных веществ из-за недостаточного поступления кислорода и истощаются запасы источников энергии для мышечного сокращения. Существует также такое понятие, как ложное утомление, связанное с процессами не в самой мышце, а с истощением веществ, необходимых для передачи импульса от нерва к мышце. Если мышца на некоторое время прекращает работу и находится в состоянии покоя, а в организме достаточно натрия, калия, кальция, магния и еще ряда других важных макро- и микроэлементов, то ее работоспособность восстанавливается, а накопившиеся продукты обмена без задержек удаляются через кровеносную систему.
При выполнении ритмических физических упражнений утомление наступает позднее, так как в промежутках между сокращениями работоспособность мышц частично восстанавливается. В то же время при большом ритме сокращений скорее развивается утомление. Работоспособность мышц зависит и от величины нагрузки: чем выше нагрузка, тем больше усталость.
Влияние тренинга на мышцы
При тренировке происходит увеличение массы мышц, которое связано с увеличением диаметра мышечных волокон (гипертрофия). Считается, что при очень высоких нагрузках возможно незначительное увеличение числа мышечных волокон (гиперплазия), но ученые еще не пришли к однозначному мнению по этому поводу.
Нагрузки, требующие выносливости, вызывают увеличение всего объема цитоплазмы в мышечной клетке, а скоростно-силовые - преимущественно нарастание массы миофибрилл.
Восстановление
Многие считают, что лучший способ восстановления работоспособности мышц - это полный покой. Однако утомление проходит скорее и работоспособность восстанавливается раньше при активном отдыхе, так как при легкой нагрузке улучшается кровоснабжение мышц. Поэтому после тяжелых тренировок, соревнований или длительных переездов нельзя оставлять лошадь в деннике для «отдыха». Необходимо предоставить ей легкий моцион в виде шаговых проводок.
Кормление
Атрофия мышечных волокон может возникнуть из-за бездействия (гипокинезии) и при голодании. К гипокинезии более чувствительны красные мышечные волокна, белые подвергаются изменениям позднее. Голодание сопровождается распадом белков миофибрилл и поражает в первую очередь белые волокна. Поэтому так важно уделять внимание не только тренировкам, но и рациону лошадей.
Кормление лошадей должно способствовать поддержанию их здоровья, увеличению активности и работоспособности. Также оно должно обеспечить организм необходимым запасом энергии особенно во время тренировок и выступлений.
Питательная ценность и содержание микроэлементов в кормах зависит от многих факторов, например, от типа почв в регионе произрастания, климатических условий, вида растений, фазы вегетации, агрохимических мероприятий, технологии уборки, хранения и подготовки к скармливанию. Поэтому нормы кормления в большинстве случаев рассчитываются лишь приблизительно.
Для работы мышцам нужна не только энергия, которую можно получить из углеводов, жиров, а иногда и из белков, но и витамины, микро- и макроэлементы. В организме животных содержится более 80 элементов. Чаще всего их разделяют на микроэлементы и макроэлементы в зависимости от их количества в организме и потребности в них. Определенное взаимоотношение целого ряда ионов минеральных веществ обеспечивает правильное развитие молодого организма, работу сердца, поперечнополосатых мышц, нервной системы. От минеральных веществ зависит постоянство реакции крови и тканевой жидкости. Минеральные вещества оказывают большое влияние на процессы пищеварения, всасывания и усвоения питательных веществ в организме животных.
Потеря электролитов
Клинические признаки нарушения электролитного и кислотно-основного равновесия могут проявляться упадком сил и слабостью или более значительно, например, нарушением ритма сердца.
Работа в жаркую погоду, переезды, соревнования на выносливость приводят к повышению температуры тела, выделению жидкости и электролитов с потом, истощению запасов мышечной энергии. Такие потери могут вызвать метаболические нарушения, которые приводят к мышечным дисфункциям и поражениям мышц (так называемому рабдомиолизису, или миоглобенурии). Хронический рабдомиолизис может быть связан с наследственными факторами, связанными с обменом веществ, или с нарушением равновесия электролитов из-за употребления кормов с низким содержанием натрия, калия и кальция или высоким содержанием фосфора.
Потеря электролитов нарушает работоспособность лошади, т.к. при этом прежде всего уменьшается мышечный тонус и ухудшается общее состояние животного. Эти элементы чаще всего присутствуют в организме в виде водного раствора (плазма крови, межклеточная жидкость), и потеря воды всегда сопровождается потерей электролитов, например, через пот или при диарее. При сильном стрессе или тяжелой работе лошадь может терять до 10 литров жидкости в час. Для скорого восстановления лошади необходимо восполнить образовавшиеся потери. Обычно в состав современных «электролитных» подкормок включают еще и глюкозу или ее соединения (Супер Лайт, Электролит Голд, Изопро 2000, TRM, Ирландия), т.к. это облегчает всасывание электролитов в кишечнике.
Дефицит антиоксидантов
Некоторые микроэлементы и витамины обладают антиоксидантными свойствами. Свободные радикалы образуются в организме при обычных метаболических процессах и могут окислять и дестабилизировать различные ткани. В результате плохого питания, переутомления, стрессов и болезней их количество в организме может повышаться. Примером антиоксидантов могут быть витамины А и Е, а также микроэлементы: селен, марганец и цинк. Дефицит антиоксидантов приводит к появлению веществ, которые вызывают повреждение внутриклеточных структур, особенно в мышечной ткани и печени. Поэтому большин-ство производителей препаратов для лошадей часто включают данные вещества в состав комплексных подкормок или выпускают специальные «антиоксидантные» добавки (например, Ньютрацид, Вита-Е плюс, TRM, Ирландия).
Нарушение микрофлоры
Желудочно-кишечный тракт лошадей, в особенности толстый кишечник и слепая кишка, содержат сложную и разнообразную популяцию бактерий, которые играют важную роль в поддержании здоровья. Нарушение этой микрофлоры может приводить к различным заболеваниям и проявляться диареей.
Пробиотики - препараты микробиального синтеза, содержащие живую массу активных микроорганизмов. Поступая с кормом, они способны корректировать состав соб-ственной кишечной флоры животного. Пребиотики - это уже не сами микроорганизмы, а специфические субстраты для них, помогающие им выживать в организме животного. В рецептуру современных подкормок могут быть включены только пробиотики, но на практике у животных более удобно, конечно, использовать оба компонента. Помимо положительного влияния на иммунитет и желудочно-кишечный тракт, опосредованное влияние отмечается еще и на нервную систему (Кул ит, TRM, Ирландия).
Белки
Не стоит напоминать, как велика роль белков в организме лошади. Все они состоят из различных комбинаций аминокислот. Часть из них не может самостоятельно образовываться в организме лошади в процессе биосинтеза. Это так называемые незаменимые аминокислоты, которые животные могут получать только с кормом. Для лошадей наибольшую роль играют лизин, треонин и метионин.
Чем опасны концентраты?
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что чем больше грамотный коневладелец или спортсмен хотят получить от лошади, тем более жестко они должны подходить к составлению ее рациона. При наших климатических условиях практически невозможно обеспечить лошадей свежей травой постоянно, и поэтому большую часть года они получают сено, питательность которого снижается пропорционально увеличению срока хранения. Также нужно понимать, что в погоне за энергией и округлыми формами структура рациона большинства спортивных лошадей смещена в сторону высококонцентратного типа кормления. Вряд ли стоит повторяться, что это нарушает баланс всего организма и особенно желудочно-кишечного тракта, что повышает риск гастрита, язвы. Именно концентраты виноваты в высокой инцидентности ламинита и рабдомиолизиса, так как не всякий организм способен переработать без последствий для себя это небезопасное топливо. И если пару десятков лет назад у нас действительно не было особого выбора для повышения питательности рациона, кроме как подсыпать лишний гарчик овса, то сейчас это без труда достигается специальными комбинированными кормами или добавками. Как правило, большинство подкормок уже содержат незаменимые важные аминокислоты, а в качестве дополнительных источников энергии можно использовать растительные масла: от специальных типа «Курреж Кэррон» и до обычных - соевого или кукурузного.
Недостаток солнечного света
Еще один факт, про который не стоит забывать - это частая, а иногда и ежедневная работа лошади в закрытом манеже (что обычно наблюдается в осенне-зимне-весенний период). А если при этом лошадь еще по каким-то причинам и не гуляет на улице, то солнечного света она не видит, следовательно, и витамин D никак не вырабатывается. А ведь этот витамин стимулирует синтез кальцийсвязывающих белков в кишечнике и стимулирует всасывание фосфора. Его недостаток приводит к рахиту у молодняка и остеопорозу у взрослых животных.
Зачем нужны витамины?
Кроме макро- и микроэлементов огромную роль в организме играют витамины. Витамины - это необходимые для жизни органические низкомолекулярные соединения, обладающие высокой биологической активностью. Они являются катализаторами отдельных биохимических и физиологических процессов в организме. Витамины, как правило, синтезируются в растениях или микроорганизмами. Некоторые из них могут поступать в организм животного в виде провитаминов и уже в организме превращаются в витамины. Различают жирорастворимые (например А, D, E, K) и водорастворимые витамины (группа В, С, Н и др.).
Недостаточное содержание витаминов в корме, а также нарушение их всасывания в организме ведет к развитию тяжелых нарушений обмена веществ. Такие заболевания называются авитаминозами (полное отсутствие в корме или нарушение всасывания какого-либо витамина) и гиповитаминозами (недостаточным поступлением или усвоением витамина). Ну и многие слышали о таком понятии, как гипервитаминозы - это заболевания, обусловленные избыточным поступлением витаминов в организм.
Комплексные подкормки
В заключение хочется посоветовать коневладельцам не пичкать бездумно своих лошадей разными «порошочками» и «жидкостями».Очень часто избыток каких-либо элементов в организме проявляется так же, как и их недостаток. Кроме того, в состав многих мюсли производители добавляют витамины, а также макро- и микроэлементы, которые тоже необходимо учитывать при балансировке рациона. Ну и не следует одновременно давать лошади несколько подкормок, если только это не оговорено производителем, так как многие фирмы часто выпускают комплексные подкормки и подкормки, их дополняющие (при определенных специфических потребностях лошади). При этом составы примерно одинаковых подкормок, приобретенных у разных производителей, могут перекрещиваться, и без консультации специалиста по кормлению или врача можно, конечно, запутаться.
На сегодня среди такого изобилия продукции и магазинов владельцу не так-то просто разобраться, что же лучше покупать и какой фирме отдать предпочтение. Вот несколько простых советов, которые помогут вам правильно сориентироваться:
1. Выбирайте ту фирму, продукция которой сертифицирована на территории РФ.
2. Прежде чем покупать препараты и добавки в магазине, поинтересуйтесь, кто вам их продает; по действующим правилам в ветеринарной аптеке должен быть продавец-консультант с ветеринарным образованием.
3. Большинство фирм-производителей организуют тренинги для своих дистрибьютеров, так что, потратив немного времени на разговор с продавцом, вы можете узнать, как давно существует производство, сколько магазинов есть в Москве и по России, где еще в мире, кроме РФ, востребована данная продукция.
5. Кроме обучающих программ для продавцов, такие компании обязательно участвуют в конных выставках и ярмарках, где проводят открытые семинары по своей продукции, приглашают лекторов-врачей, так что обязательно поинтересуйтесь, какая история у этой компании.
И последнее, невзирая на то, что ответы на все эти вопросы вы можете без труда найти онлайн, не пожалейте времени и оцените все сами в реальном времени. Уважающая себя компания никогда не доверит распространение продукции случайным людям.
Цели: на основе самонаблюдений сформировать понятие работы мышц, роли нагрузки и ритма работы на развитие утомления, закрепить знания по физике.Б) воспитательные: выявление условий работы человека, повышающих
работоспособность мышц.
в) развивающие - продолжить формирование у учащихся умения
сравнивать, сопоставлять, обобщать факты из разных областей науки и
переносить знания из одной области деятельности в другую.
Оборудование: видеофрагмент «Работа мышц», дидактические карточки, гантели, динамометр, секундомер. Презентация (приложение)
Класс перед уроком разбивается на 5 группы по 5- 6 человек в каждой. Задания по дидактическим карточкам выполняются группой.
В начале урока ставится проблемный вопрос, на который ученики должны ответить:
«Каким образом мышцы совершают работу?» «От чего зависит работа мышц и утомление?
Ход урока
А) механизм работы мышц.
Для того, чтобы ответить на первый вопрос,вам необходимо вспомнить из курса физики, что такое работа? Какие используются механизмы для совершения работы? Работа - это сокращение мышцы, при котором она может поднимать или перемещать какой-либо груз. (А= m h n )
Сейчас вы вспомнили, что такое механическая работа и знаете, что для её совершения используются простые механизмы, называемые рычагами. Давайте с вами подумаем, а в живой природе мы встречаемся с рычагами? Приведите примеры.
На данных рисунках показать примеры действия рычагов в теле человека.
На рисунке (Рычаг II рода, показывает, как мы можем удержать груз в руке. Вес груза уравновешивается силой мышцы).
Сокращаясь, мышцы приводят в движение кости, действуя на них, как на рычаги. Кости начинают двигаться вокруг точки опоры под влиянием приложенной к ним силы.
Движение в любом суставе обеспечивается как минимум двумя мышцами, действующими в противоположных направлениях. Их называют мышцы-сгибатели и мышцы-разгибатели. Например, при сгибании руки двуглавая мышца плеча сокращается, а трехглавая мышца расслабляется. Это происходит потому, что возбуждение двуглавой мышцы через центральную нервную систему вызывает расслабление трехглавой мышцы.
Скелетные мышцы прикрепляются с двух сторон от сустава и при своем сокращении производят в нем движение. Обычно мышцы, осуществляющие сгибание, - флексторы - находятся спереди, а производящие разгибание - экстензоры - сзади от сустава. Только в коленном и голеностопном суставах передние мышцы, наоборот, производят разгибание, а задние – сгибание.
Итак, мышцы при напряжении и сокращении совершают работу. Но ведь любой механизм требует контроля? и любая работа требует определённых затрат энергии.
Для того, чтобы ответить на первую часть вопроса просмотрим фрагмент видеофильма.
Итак, какая система регулирует работу мышц? (спинной и головной мозг);
Где находятся центры движения мышц? (кора больших полушарий; передняя центральная борозда)
Мы выяснили какая система контролирует работу мышц. Но вы так же из курса физики знаете, что любая работа требует определённых затрат энергии
За счет какой энергии работают мышцы? Поперечно-полосатые мышцы - это «двигатели» в которых химическая энергия превращается в механическую.
Откуда же берется химическая энергия в мышцах? Просмотрим видеофрагмент.
– в мышечных волокнах происходит распад органических веществ при участии кислорода, в результате которого выделяется энергия
Известно, что мышцы используют на движение 33% химической энергии, а 67% энергии расходуется в виде тепла. Вот почему на холоде человек старается больше двигаться, подогревая себя за счет энергии, вырабатываемой мышцами.
Б) Утомление
Может ли мышца работать бесконечно? Почему?
Временное снижение работоспособности, наступающее в результате работы, называется утомлением. Установлено, однако, что утомление наступает прежде всего не в самой мышце, а в центральной нервной системе. В нервной системе и в мышцах временно изменяется обмен веществ. При длительной работе накапливаются вещества, которые препятствуют проведению возбуждения и сокращению мышц. Необходим отдых, чтобы восстановить работоспособность участков нервной системы и мышц. Работоспособность мышц находиться в прямо пропорциональной зависимости от быстроты утомления. Какие же факторы влияют на быстроту утомления мышц? - величина нагрузки, вид работы(статическая или динамическая) и ритм. Чтобы выяснить, как конкретно влияют эти факторы на работоспособность мышц, вам предлагается исследовать эту проблему опытным путем.
Но сначала давайте выясним, какие опыты вы бы предложили сами.
Перед вами находятся карточки с алгоритмом работы на задание вам даётся 10 мин.
(работа по группам)
Практическая работа №1
«Влияние величины нагрузки на развитие утомления».
Задание: Последовательно сгибайте руку с гантелями разной массы(1, 3, 6 кг.) с одной и той же скоростью. В каждом случае сосчитайте число движений, отметьте время наступления утомления (в секунду) и вычислите проделанную работу (A = F S n, F = 1 кг = 10 H, 1 кг = 1 9,8 H =10 Н
Где S - расстояние; n - число движений.) Полученные данные занесите в таблицу.
| Путь руки (м) | Число движений | Работа (Дж) | Начало утомления | Признаки утомления |
|
| 1 | 0,5·n1 = | n1 = | А1 = | t1 = | 䦋㌌㏒㧀좈琰茞ᓀ㵂Ü |
| 3 | 0,5·n2 = | n2 = | А2 = | t2 = | 䦋㌌㏒㧀좈琰茞ᓀ㵂Ü |
| 6 | 0,5·n3 = | n3 = | А3 = | t3 = | 䦋㌌㏒㧀좈琰茞ᓀ㵂Ü |
Вывод: Максимальная работоспособность мышц наблюдается при средней нагрузке
Практическая работа №2
«Влияние ритма работы на развитие утомления»
Задание:
Сгибайте руку с гантелями одной массы в разном темпе: редком, среднем и частом. Число движений, время наступления утомления и выполненную работу запишите в таблицу.
| Ритм | Путь руки (м) | Число движений | Работа (Дж) | Начало утомления | Признаки утомления |
| Редкий | 0,5·n1 = | n1 = | А1 = | t1 = | 䦋㌌㏒㧀좈琰茞ᓀ㵂Ü |
| Средний | 0,5·n2 = | n2 = | А2 = | t2 = | 䦋㌌㏒㧀좈琰茞ᓀ㵂Ü |
| Чистый | 0,5·n3 = | n3 = | А3 = | t3 = | 䦋㌌㏒㧀좈琰茞ᓀ㵂Ü |
Вывод. Наибольшая работоспособность и ее
продолжительность прослеживается
при среднем ритме работы.
Практическая работа №3
«Влияние вида мышечных сокращений на развитие утомления».
Задание:
а) Возьмите груз массой 3-5 кг и держите его вытянутой рукой на уровне плеча. Заметьте время, когда рука начнет опускаться.
б) Возьмите тот же груз в руку и поднимайте его на тот же уровень и опускайте. заметьте время утомления в этом случае.
в) Сравните динамическую и статическую работу.
Вывод: Мышцы быстрее утомляются при статичес т.к. при однообразном положении мышцы в ней накапливаются продукты распада и утомляется нервна система, в результате чего появляются болевые ощущения.
Для организма статическая работа утомительна тем,что при длительном статическом напрч\яжении мышц сдавливаются кровеносные сосуды, питающие их Через сдавленные артерии ухудшается снабжение мышц кислородом и питательными веществами, а через сдавленные вены нарушается отток крови, содержащей продукты распада.
При динамической работе поочерёдно сокращаются различные группы мышц. Нервная система управляя работой мышц, приспосабливает их работу к текущим потребностям организма. Это даёт им возможность работать экономно.
Практическая работа №4
«Влияние тренированности мышц на развитие утомления»
Способность мышц выполнять работу зависит от их тренированности, которая повышает мышечную силу, действует благоприятно на мышцы и на состояние скелета.
В данной группе работу выполняют два ученика: один занимается в спортивной секции, другой - только на уроках физкультуры.
Вывод.
Чем лучше развиты мышцы, тем продолжительнее их работа, несмотря на увеличение нагрузки, и медленнее наступает утомление.
Два человека поспорили, как лучше нести груз: переменно правой и левой рукой без отдыха или нести его в правой руке, потом отдыхать и снова нести в той же руке?
Ответьте, - когда скорее восстановилось рабочее состояние правой руки, при отдыхе или при работе левой рукой? Какое значение для мышечной системы имеет активный отдых?
А теперь мы с вами проведем другой опыт - демонстрирующие опыты с динамометром.
На доске:
I Правая рука отдых 30 сек Правая рука
II Правая рука левая Правая рука
Какой вывод? - Правая рука лучше отдыхает, когда работает левая, т.к возбуждение, возникающее при работе левой руки вызывает в центрах правой руки головного мозга процесс торможения, и отдых правой руки становится полноценнее. Над изучением влияния различных факторов на работоспособность человека работал русский ученый физиолог И.М. Сеченов, создатель известной вам работы «Рефлексы головного мозга». И.М. Сеченов является создателем «Физиологии труда».
Быстрее восстанавливается работоспособность правой
руки при работе левой рукой. Активный отдых быстрее
снимает утомление мышц, которые принимали
участие в работе
(Для работы мышц необходимы нервные импульсы и энергия, которая образуется в результате окисления органических веществ в присутствии кислорода. )
Проверка усвоения нового материала
Почему при ручной стирке белья спина устаёт больше, чем руки.
Мышцы спины функционируют в статическом режиме, то есть способствуют сохранению одной и той же позы длительное время. При статическом усилии мышцы находятся в состоянии напряжения. При одновременном сокращении многих мышечных волокон работа не может быть очень продолжительной – мышцы устают. Руки совершают динамическую работу. Мышцы сокращаются поочерёдно.
1. От чего зависит работа мышц?
2. Что такое утомление?
3. Какие условия влияют на развитие утомления?
4. С помощью чего восстанавливается работоспособность мышц? К чему приводит малоподвижный образ жизни?
Работа мышц необходимое условие их жизнедеятельности. Длительная бездеятельность мышц ведёт к их атрофии и потери ими работоспособности. Тренировка мышц способствует увеличению их объёма, силы и работоспособности, что влияет на развитие всего организмаПодумайте, достаточно ли в вашем режиме дня двигательной активности.
Выставляются оценки за самостоятельные ответы и работу каждой группы.
Домашнее задание .
Подумайте и составьте физические упражнения, которые бы развивали различные группы мышц, для сохранения правильной осанки и работоспособности 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).
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.