§ 37. Управление движением. Работа мышц. Утомление

Определения и обозначения

Двигательный рефлекс — непроизвольная двигательная реакция организма на раздражение, осуществляемая при участии нервной системы. Например, рука отдёргивается от горячего предмета ещё до того, как человек успевает обдумать действие. Рефлекс помогает быстро отвечать на воздействие и защищать организм.

Двигательная единица — мотонейрон и все мышечные волокна, которыми он управляет. Мотонейрон — нервная клетка, передающая сигнал к мышце. Это понятие помогает объяснить, как нервная система включает в работу отдельные группы волокон и регулирует силу сокращения.

Статическая работа мышц — напряжение мышцы без изменения её длины и без видимого движения. Так происходит, например, когда человек удерживает предмет на вытянутой руке. Это понятие позволяет отличить поддержание позы от перемещения части тела.

Динамическая работа мышц — чередование сокращения и расслабления мышцы, сопровождающееся движением. При сгибании руки одни мышцы сокращаются, а другие расслабляются; при обратном движении их роли меняются. Понятие нужно, чтобы описывать работу мышц при ходьбе, подъёме предметов и других движениях.

Как это устроено

Команда к движению возникает в нервных центрах головного или спинного мозга. Нервный импульс идёт по двигательному нейрону к мышце, а в месте его контакта с мышечным волокном запускает процессы, приводящие к сокращению. Для рефлекторного ответа сигнал может пройти через спинной мозг, не дожидаясь осознанного решения. Мозг при этом может получить информацию о происходящем и затем изменить или остановить движение.

Чтобы движение было точным, мышцы, выполняющие противоположные действия, должны работать согласованно. Такие мышцы называют антагонистами: при сгибании руки сокращается сгибатель, а разгибатель расслабляется; при разгибании соотношение меняется. Если бы обе мышцы постоянно сокращались одинаково, движение было бы затруднено. Согласование их работы позволяет не только начать движение, но и плавно остановить его.

Нервная система может включать в работу разное число двигательных единиц. Когда требуется небольшое усилие, активируется лишь часть из них; для более сильного сокращения подключаются дополнительные единицы. Поэтому увеличение числа работающих двигательных единиц усиливает общее действие мышцы. Насколько сильно и точно она сократится, зависит также от согласованности нервных команд и состояния мышц.

При статической работе мышца напряжена, но почти не укорачивается и не удлиняется; при динамической она меняет длину и перемещает часть тела. Статическое напряжение может долго сохранять позу, но сдавливает проходящие в мышце сосуды и затрудняет кровоток. При динамической работе расслабление чередуется с сокращением, поэтому кровь лучше поступает к мышце. Это различие влияет на снабжение волокон кислородом и скорость утомления.

Длительная или интенсивная работа постепенно снижает способность мышц выполнять прежнее усилие. В этом участвуют изменения в работающих мышечных волокнах, накопление продуктов обмена и утомление нервных центров, управляющих движением. Во время отдыха кровоснабжение доставляет необходимые вещества и помогает удалять продукты обмена. Поэтому чередование нагрузки и пауз поддерживает работоспособность, а продолжение работы без отдыха усиливает утомление.

Сравнение статической и динамической работы мышц

Сравнивайте признаки по строкам: сначала выясните, меняется ли длина мышцы и появляется ли движение. Затем обратите внимание на кровоснабжение и скорость утомления. Слово «обычно» важно: при очень интенсивной динамической нагрузке мышцы тоже быстро устают.

Разбор задач

Задача 1. Определите, какие отделы нервной системы участвуют в отдёргивании руки от горячего предмета, и расположите звенья рефлекторной дуги по порядку. Нужно проследить путь сигнала от обнаружения высокой температуры до сокращения мышц руки. Ответ следует обосновать тем, что рефлекс возникает быстро и автоматически.

1. Рецепторы кожи воспринимают воздействие высокой температуры и превращают его в нервный импульс.
2. Импульс идёт по чувствительному нейрону в спинной мозг, где нервный центр передаёт команду дальше.
3. По двигательному нейрону сигнал достигает мышц руки, которые сокращаются и отдёргивают её. Головной мозг также получает информацию, поэтому человек осознаёт боль и может оценить ситуацию.

Ответ: порядок звеньев таков: рецептор, чувствительный нейрон, нервный центр спинного мозга, двигательный нейрон, мышца. В реакции участвуют спинной мозг, периферические нервы и мышцы; головной мозг получает сведения о раздражении.

Задача 2. Определите вид мышечной работы при удерживании тяжёлой книги на вытянутой руке и при её подъёме. Кажется, что в обоих случаях мышцы сокращены, поэтому одного признака напряжения недостаточно. Нужно выяснить, движется ли рука и меняется ли длина работающих мышц.

1. При удерживании книги рука сохраняет положение, а заметного движения нет.
2. Мышцы напряжены и поддерживают руку, но их длина почти не меняется. Это статическая работа.
3. При подъёме книги рука движется, а мышцы изменяют длину, перемещая её. Это динамическая работа.

Ответ: удерживание книги — статическая работа, её подъём — динамическая. Вид работы определяют по движению и изменению длины мышцы, а не только по наличию напряжения.

Задача 3. Объясните, почему при длительном удерживании груза мышцы устают быстрее, чем при периодическом подъёме и опускании, и предложите способ уменьшить утомление. В обоих случаях мышцам приходится развивать усилие, но режим работы различается. Сравним, что происходит с кровоснабжением и есть ли время для восстановления.

1. При удерживании груза мышцы долго остаются напряжёнными, и кровоток через них может быть затруднён.
2. При подъёме и опускании напряжение чередуется с расслаблением. Во время пауз кровоснабжение улучшается, а продукты обмена быстрее удаляются.
3. Чтобы замедлить утомление, следует делать перерывы, менять положение руки или чередовать нагрузку с отдыхом.

Ответ: при непрерывной статической работе мышцы быстрее утомляются из-за постоянного напряжения и ухудшения кровоснабжения. Периодическое движение даёт мышцам моменты расслабления; перерывы и смена нагрузки помогают восстановить работоспособность.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что любое сокращение мышцы обязательно вызывает движение. Так думают, потому что часто замечают сокращение именно при движении, но при статической работе мышца напряжена, а её длина почти не меняется. Проверьте себя: если часть тела сохраняет положение, движение может отсутствовать несмотря на усилие мышцы.

Ошибка — путать двигательный рефлекс с осознанным произвольным движением. Оба вида действий связаны с нервной системой, поэтому их легко смешать; однако рефлекс запускается автоматически в ответ на раздражение. Чтобы проверить себя, спросите, было ли сознательное решение начать действие или реакция возникла сразу.

Ошибка — считать утомление полной потерей способности мышцы сокращаться. Это временное снижение работоспособности, а не полное прекращение работы мышцы. Проверка простая: после отдыха утомлённая мышца обычно может снова выполнять работу, поэтому не следует называть утомление параличом.

Ошибка — объяснять силу мышцы только её размером. На силу влияют также число активных двигательных единиц, согласованность мышц и состояние нервной системы. Проверяя объяснение, убедитесь, что в нём учитывается не только строение мышцы, но и управление её работой.

Связь с другими темами

Для понимания движения нужны знания о строении нервной системы и рефлекторной дуге: они показывают, как сигнал достигает мышцы. Строение скелетной мышцы помогает понять, почему нервный импульс вызывает её сокращение. Если восстановить путь сигнала от раздражения до ответа, легче объяснить и рефлекс, и произвольное движение.

Эти знания пригодятся при изучении координации движений и физической тренировки: нагрузка должна соответствовать возможностям организма. Они также связаны с гигиеной труда и профилактикой переутомления. Чередование работы и отдыха помогает дольше сохранять работоспособность мышц.

Что запомнить

• Движениями управляют нервные импульсы, поступающие к скелетным мышцам.
• Двигательная единица состоит из мотонейрона и связанных с ним мышечных волокон.
• Мышцы-антагонисты обеспечивают противоположные движения и их согласованность.
• Статическая работа выполняется без заметного движения, а динамическая сопровождается движением.
• При длительной нагрузке работоспособность мышц снижается — наступает утомление.
• Чередование нагрузки и отдыха необходимо для восстановления мышц.