§ 17. Мышцы их строение и функции. Утомление мышц

Определения и обозначения

Скелетная мышца — орган, состоящий из мышечной и соединительной тканей. Она связана с костями и благодаря сокращению помогает им двигаться в суставах. Соединительная ткань поддерживает мышцу и объединяет её части, поэтому мышца работает как единый орган.

Мышечное волокно — длинная клетка мышечной ткани, способная сокращаться и расслабляться. Волокна собраны в пучки, а из пучков складывается мышца. Именно сокращение множества таких клеток создаёт усилие, необходимое для движения.

Сухожилие — прочное образование из соединительной ткани, которым мышца прикрепляется к кости. Оно передаёт кости усилие сокращающейся мышцы. Благодаря сухожилию мышца может воздействовать на скелет, хотя сама кость не является частью мышцы.

Утомление мышц — временное снижение их работоспособности после длительной или интенсивной работы. Уставшая мышца может сокращаться слабее, а движение становится труднее поддерживать. Обычно отдых позволяет восстановить её работоспособность.

Как это устроено

Мышца состоит не из одной огромной клетки: её основу образуют многочисленные мышечные волокна. Они объединяются в пучки, а пучки располагаются вместе и окружены соединительной тканью. Такая организация позволяет согласовать работу множества волокон и передать их общее усилие дальше. Соединительная ткань также поддерживает части мышцы и помогает ей сохранять форму.

Скелетные мышцы прикрепляются к костям сухожилиями, потому что именно так усилие сокращения передаётся скелету. Когда мышца сокращается, она укорачивается и тянет сухожилие, а сухожилие тянет кость. Кости соединены суставами, поэтому их перемещение приводит к движению части тела. Мышца не толкает кость: для перемещения в противоположную сторону требуется другое тяговое усилие.

Сокращение начинается, когда к мышце поступает нервный импульс — сигнал от нервной системы. Он запускает изменения в мышечных волокнах, и они сокращаются согласованно, создавая усилие. Работа требует энергии, поэтому мышцам нужны питательные вещества; кислород помогает клеткам получать энергию из этих веществ. Кровь доставляет к мышцам кислород и питательные вещества и уносит часть продуктов обмена.

Многие мышцы работают парами, потому что одна мышца может тянуть кость только в свою сторону. При сгибании руки сокращается сгибатель, а мышца-разгибатель расслабляется; при разгибании их действия меняются. Такие мышцы с противоположным действием называют мышцами-антагонистами. Их согласованная работа позволяет управлять движением в обе стороны, а не только выполнять сгибание или разгибание.

При статической работе мышца напряжена и удерживает положение, но её длина почти не меняется, поэтому заметного движения нет. При динамической работе мышца то сокращается, то расслабляется, а длина меняется и происходит движение. Во время длительного статического напряжения мышца может сдавливать проходящие в ней сосуды, затрудняя приток крови. При динамической работе чередование сокращения и расслабления обычно позволяет крови поступать лучше, поэтому при прочих равных условиях статическое усилие может быстрее вызвать утомление.

Сравнение статической и динамической работы мышц

Чтобы определить вид работы, сначала выясните, меняется ли положение тела или груза, а затем — меняется ли длина мышцы. Таблица помогает сопоставить условия работы, но скорость утомления зависит также от длительности нагрузки и отдыха. Сравнивать её правильно при прочих равных условиях, например при одинаковой нагрузке.

Разбор задач

Задача 1. При сгибании руки в локте одна мышца сокращается, а другая расслабляется. Нужно объяснить, как согласована их работа. Решение:

1. Определяем результат: предплечье сгибается относительно плеча в локтевом суставе.
2. Сокращающаяся мышца тянет кость через сухожилие и создаёт сгибание.
3. Расслабленная мышца действует противоположно; эту пару называют мышцами-антагонистами. При разгибании руки их роли меняются.

Ответ: мышцы согласованно выполняют противоположные действия: сокращение сгибателя сгибает руку, а при обратном движении сокращается разгибатель. Это возможно потому, что мышца тянет кость, а не толкает её.

Задача 2. Ученик удерживает гантель неподвижно, а затем несколько раз поднимает и опускает её. Определите вид работы мышц в каждом случае. Решение:

1. При удерживании гантели положение руки не меняется, хотя мышцы напряжены.
2. Если движение отсутствует, а мышца поддерживает позу, работа является статической.
3. При подъёме и опускании рука движется, а мышцы сокращаются и расслабляются, меняя длину. Это признаки динамической работы.

Ответ: неподвижное удерживание гантели — статическая работа, а её подъём и опускание — динамическая. Отсутствие видимого движения в первом случае не означает, что мышцы бездействуют.

Задача 3. Две группы выполняли упражнение с одинаковой нагрузкой: одна удерживала её неподвижно, другая двигалась с паузами. Какая группа, вероятно, быстрее почувствует утомление? Решение:

1. Удерживание без движения требует длительного статического напряжения мышцы.
2. При таком напряжении сосуды могут сдавливаться, и поступление крови с кислородом и питательными веществами затрудняется.
3. В движущейся группе сокращения сменяются расслаблением, а паузы дают возможность уменьшить нагрузку. Поэтому при прочих равных условиях условия для кровоснабжения там обычно лучше.

Ответ: вероятно, быстрее утомится группа, удерживавшая нагрузку неподвижно. Это сравнение верно при одинаковой нагрузке и сопоставимой продолжительности упражнения: утомление также зависит от темпа и отдыха.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что мышца толкает кость. Так можно подумать, наблюдая движение, но при сокращении мышца укорачивается и тянет кость через сухожилие. Проверьте себя: назовите, какое именно тяговое усилие создаёт движение. Для обратного движения обычно сокращается другая мышца.

Ошибка — путать мышечное волокно с пучком волокон. Слово «волокно» иногда воспринимают как название группы, однако волокно — отдельная длинная клетка, а пучок составлен из многих волокон. Проверьте себя, задав вопрос, может ли в пучке быть несколько клеток. Если да, перед вами не одно волокно, а их объединение.

Ошибка — полагать, что при статической работе мышцы не работают, потому что движения не видно. На самом деле они напряжены и удерживают положение тела или предмета. Проверьте себя: если убрать напряжение, сохранится ли поза? Если нет, мышцы продолжают работать, даже когда конечность неподвижна.

Ошибка — принимать утомление за необратимое повреждение мышцы. Утомление обычно временно снижает работоспособность, но после отдыха мышца восстанавливается. Эту ошибку допускают, если воспринимают усталость как признак поломки. Проверьте себя: после обычной нагрузки и отдыха способность мышцы работать возвращается; боль или травма — не то же самое, что обычное утомление.

Связь с другими темами

Для понимания работы мышц нужны знания о скелете и суставах: кости служат рычагами, а суставы позволяют им перемещаться. Также важно представлять, что нервная система управляет движениями с помощью сигналов. Это объясняет, как сокращение мышц приводит к движению частей тела.

Тема связана с изучением опорно-двигательной системы и влияния физической нагрузки на организм. Знание различий между статической и динамической работой помогает разумно планировать упражнения и отдых. Оно также пригодится при обсуждении тренировок и правил сохранения здоровья.

Что запомнить

• Мышца состоит из мышечных волокон, объединённых в пучки.
• Сухожилия прикрепляют мышцы к костям.
• При сокращении мышца тянет кость и вызывает движение в суставе.
• Многие движения обеспечиваются совместной работой мышц-антагонистов.
• Статическая работа поддерживает позу, а динамическая сопровождается движением.
• Длительная или интенсивная работа вызывает утомление мышц.
• Отдых помогает восстановить работоспособность мышц.