"Биология ", Жемчугова М.Б., Романова Н.И
Скелетные мышцы обеспечивают движения тела, удержание позы и перемещение грузов. Они сокращаются благодаря взаимодействию белков актина и миозина, используя энергию АТФ. Работа мышцы бывает статической, когда напряжение не вызывает заметного движения, и динамической, когда сокращение сопровождается перемещением. При длительной или слишком интенсивной нагрузке наступает временное утомление, которое уменьшается после отдыха и восстановления.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Работа мышц — сокращение мышц, при котором создаётся сила и перемещается тело или его часть. Благодаря ей кости двигаются в суставах, а человек может ходить, поднимать предметы и менять положение тела. Это понятие помогает связать сокращение мышцы с выполняемым движением.
Статическая работа — напряжение мышцы без заметного изменения её длины и перемещения груза. Например, так работают мышцы, когда удерживают портфель на поднятой руке. Определение нужно, чтобы отличать напряжение без движения от обычного перемещения.
Динамическая работа — сокращение и расслабление мышцы, сопровождающееся перемещением тела или груза. При подъёме предмета мышца изменяет свою длину, а части тела меняют положение. Такое определение описывает работу, заметную по движению.
Утомление мышц — временное снижение работоспособности мышцы после длительной или интенсивной работы. Утомлённая мышца слабее сокращается и хуже поддерживает нужный темп. Это состояние обратимо: после отдыха её способность работать восстанавливается.
Нервный импульс достигает мышечного волокна и запускает взаимодействие белков актина и миозина. Миозиновые нити смещают актиновые нити, поэтому саркомеры — небольшие сократительные участки — укорачиваются. Для движения этих белков нужна энергия АТФ: она расходуется, а затем запасы АТФ пополняются в клетке.
Мышца развивает силу, когда её волокна сокращаются и тянут прикреплённую часть тела. Механическая работа зависит не только от силы, но и от пути, на который перемещается груз: A = F · s. Поэтому при одинаковой силе подъём груза выше требует большей работы, а при одинаковом пути более тяжёлый груз требует большей силы.
При статическом напряжении мышца долго остаётся сокращённой, из-за чего кровеносные сосуды внутри неё сдавливаются. К волокнам поступает меньше кислорода и питательных веществ, а продукты обмена удаляются медленнее. При динамической работе сокращения чередуются с расслаблением, поэтому кровоток временно улучшается и снабжение мышцы становится эффективнее.
Работоспособность зависит от нагрузки и частоты сокращений. Слишком слабая нагрузка не даёт заметного тренировочного эффекта, а чрезмерная быстро истощает запасы энергии. Существует наиболее благоприятный ритм: сокращения достаточно сильны, но между ними есть время для кровоснабжения и частичного восстановления.
Утомление возникает сразу по нескольким причинам. Мышце может не хватать кислорода, расходуются энергетические вещества, а в волокнах накапливаются продукты обмена. Кроме того, постепенно нарушается согласованная работа нервной системы и мышц, поэтому импульсы хуже управляют сокращением; после отдыха эти изменения обычно устраняются.
| Признак | Статическая работа | Динамическая работа |
|---|---|---|
| Изменение длины мышцы | Длина почти не изменяется, мышца длительно напряжена | Мышца сокращается и расслабляется, её длина изменяется |
| Перемещение тела или груза | Заметного перемещения нет | Тело или груз перемещаются |
| Кровоснабжение мышцы | Сосуды сдавливаются, кровоснабжение ухудшается | Во время расслабления кровоснабжение улучшается |
| Скорость наступления утомления | Обычно утомление наступает быстрее | При умеренном ритме утомление наступает медленнее |
| Примеры | Удерживание портфеля, поддержание позы | Ходьба, подъём груза, сгибание руки |
Чтобы определить вид работы, сначала проверьте, есть ли заметное перемещение тела или груза. Если движения нет, но мышца напряжена, это статическая работа. Если сокращение сменяется расслаблением и положение тела меняется, работа динамическая.
Задача 1. Ученик удерживает поднятый портфель неподвижно в течение одной минуты. Определите вид работы мышц и объясните, почему мышцы утомляются.
Ответ: мышцы выполняют статическую работу и утомляются из-за длительного напряжения, ухудшения кровоснабжения и расхода энергии.
Задача 2. При подъёме груза массой 5 кг на высоту 2 м сила тяжести груза примерно равна 50 Н. Определите механическую работу мышц по перемещению груза.
Ответ: механическая работа при подъёме груза равна 100 Дж.
Задача 3. Два ученика выполняют одинаковое число сгибаний руки: первый делает их равномерно с паузами, второй — очень быстро и без отдыха. Кто быстрее утомится и почему?
Ответ: быстрее утомится второй ученик, потому что чрезмерно быстрый темп без отдыха ухудшает восстановление мышцы.
Ошибка 1. Считать любую работу мышцы динамической. Так бывает, если связывать работу только с движением; проверьте, есть ли напряжение без перемещения — тогда работа статическая.
Ошибка 2. Полагать, что неподвижное удерживание не требует работы. Внешний путь равен нулю, но мышца расходует энергию; проверьте, сохраняет ли она напряжение.
Ошибка 3. Объяснять утомление только исчезновением АТФ. Запасы энергии действительно расходуются, но также важны недостаток кислорода, продукты обмена и нервная регуляция; назовите все причины.
Ошибка 4. Считать максимальный темп самым эффективным. Слишком частые сокращения мешают расслаблению и кровоснабжению; сравните, есть ли между движениями время для восстановления.
Для понимания темы нужны знания о строении скелетной мышцы, нервной регуляции движений, дыхании и получении энергии в клетках. Эти процессы объясняют, откуда берётся импульс, кислород и энергия для сокращения.
С опорно-двигательной системой тема связана напрямую: мышцы прикрепляются к костям и при сокращении перемещают их в суставах. Поэтому движение возникает благодаря совместной работе мышц, костей и суставов.
Знания пригодятся при изучении двигательной активности, тренировок и режима труда и отдыха. Они помогают понять, как предупреждать переутомление и почему нагрузку нужно увеличивать постепенно.
Почему мышца устаёт, если удерживать груз неподвижно?
При удержании груза мышца постоянно напряжена, поэтому её сосуды частично сдавливаются. К мышечным волокнам поступает меньше кислорода, быстрее расходуются энергетические запасы и накапливаются продукты обмена.
Чем статическая работа отличается от динамической?
При статической работе мышца напряжена, но её длина и положение груза заметно не меняются. При динамической работе сокращение чередуется с расслаблением и сопровождается перемещением тела или груза.
Всегда ли при сокращении мышцы совершается механическая работа?
Нет. При удержании груза мышца расходует энергию и сокращается, но внешнего перемещения нет, поэтому механическая работа по формуле A = F · s равна нулю. Однако физиологическая работа мышцы и её утомление происходят.
Почему при умеренном темпе движения мышцы утомляются медленнее?
Умеренный ритм позволяет чередовать сокращение и расслабление. В моменты расслабления улучшается кровоснабжение, поступают кислород и питательные вещества, а продукты обмена удаляются.
Можно ли восстановить работоспособность утомлённой мышцы?
Да, утомление мышцы обычно обратимо. Отдых, достаточное поступление кислорода, воды и питательных веществ помогают восстановить энергетические запасы и нормальную работу мышечных волокон.
§ 23. Работа скелетных мышц. Утомление
