15. Работа мышц. Физическое утомление

Определения и обозначения

Мышечная работа — сокращение мышц, при котором они перемещают тело или его части либо удерживают их в определённом положении. Например, мышцы ног помогают сделать шаг, а мышцы туловища — сохранять позу. Это понятие помогает увидеть, что работа мышц нужна не только для движения, но и для неподвижного удерживания тела.

Динамическая работа — работа мышц с чередованием сокращения и расслабления, сопровождаемая движением. При ходьбе одни мышцы сокращаются, чтобы переместить ногу, а затем расслабляются. Название помогает отличить работу с движением от длительного напряжения без заметного перемещения тела.

Статическая работа — длительное напряжение мышц без заметного движения. Так работают мышцы руки, когда человек держит сумку неподвижно. Это понятие нужно, чтобы распознавать нагрузку, которая может быть большой, даже если внешне человек почти не двигается.

Физическое утомление — временное снижение работоспособности мышц после длительной или напряжённой работы. Утомлённой мышце труднее продолжать работу с прежней силой и темпом. Слово «временное» показывает, что после прекращения нагрузки и отдыха работоспособность постепенно восстанавливается.

Как это устроено

Сокращение начинается, когда нервная система посылает к мышце нервный импульс — сигнал, который запускает её работу. Волокна мышцы сокращаются и тянут за собой связанные с ними части скелета, поэтому возникает движение. Если суставы и части тела нужно удержать неподвижно, нервные сигналы поддерживают напряжение мышц, противодействующее силе тяжести или другой нагрузке. Так сокращение обеспечивает и перемещение тела, и сохранение позы.

При динамической работе мышца сокращается, чтобы выполнить движение, а затем расслабляется, пока движение продолжают другие мышцы или наступает пауза. Во время расслабления напряжение уменьшается, и кровеносные сосуды меньше сдавливаются. Поэтому кровь может лучше приносить мышце кислород и питательные вещества и уносить часть продуктов обмена. Чередование фаз обычно позволяет дольше сохранять работоспособность, чем непрерывное напряжение.

При статической работе мышца долго остаётся сокращённой, потому что ей нужно удерживать нагрузку в одном положении. Напряжённые волокна сдавливают проходящие внутри мышцы кровеносные сосуды, и кровоснабжение ухудшается. Из-за этого поступает меньше кислорода и питательных веществ, необходимых для получения энергии, а удаление продуктов обмена замедляется. Поэтому статическая нагрузка часто вызывает утомление быстрее, даже если видимого движения почти нет.

Энергия для сокращения образуется в мышцах при использовании питательных веществ, доставленных кровью; кислород участвует в этом процессе. Во время работы образуются продукты обмена, которые кровь уносит от тканей. Если нагрузка напряжённая, потребность мышцы в кислороде и энергии растёт, а кровоснабжение может не успевать полностью её обеспечить. Тогда продукты обмена накапливаются быстрее, и мышца утомляется.

Когда нагрузка прекращается, мышце уже не нужно поддерживать прежнее усилие, а кровоток помогает доставить необходимые вещества и удалить накопившиеся продукты обмена. Поэтому после отдыха работоспособность постепенно возвращается, хотя скорость восстановления зависит от силы и длительности нагрузки. Регулярная физическая тренировка помогает мышцам эффективнее работать и дольше выдерживать нагрузку. Для этого нагрузку увеличивают разумно и чередуют работу с отдыхом.

Сравнение динамической и статической работы мышц

Сначала определите, есть ли заметное движение, а затем проверьте, меняется ли напряжение мышц. Это позволяет правильно выбрать вид работы, даже если нагрузка кажется небольшой. Сравнение кровоснабжения и скорости утомления показывает, почему длительное неподвижное усилие переносится труднее.

Разбор задач

Задача 1. Работа мышц при ходьбе и удерживании груза

Нужно определить, какую работу выполняют мышцы ног во время ходьбы и мышцы руки, если тяжёлый предмет удерживают неподвижно. В первом случае положение тела и ног меняется, а во втором предмет остаётся на месте. Значит, решать задачу нужно по наличию или отсутствию движения.

1. При ходьбе мышцы ног сокращаются и расслабляются по очереди.
2. Сокращения перемещают ноги, поэтому движение есть.
3. При удерживании предмета рука напряжена, но заметно не перемещается.

Ответ: мышцы ног при ходьбе выполняют динамическую работу, а мышцы руки при неподвижном удерживании предмета — статическую. Напряжение руки не превращает эту работу в динамическую, потому что движения нет. Проверить себя можно вопросом: меняется ли положение тела или груза?

Задача 2. Почему рука быстрее устаёт при неподвижном удерживании?

Нужно объяснить, почему рука устаёт быстрее, если долго держать груз неподвижно, чем при ритмичном подъёме и опускании такого же груза. Сравниваем не только усилие, но и то, успевают ли мышцы расслабляться. Это важно, потому что напряжение влияет на кровоснабжение мышцы.

1. При неподвижном удерживании мышцы руки долго остаются сокращёнными.
2. Напряжённая мышца сдавливает сосуды, поэтому получает меньше кислорода и питательных веществ.
3. Продукты обмена удаляются медленнее и накапливаются, из-за чего работоспособность снижается.
4. При ритмичных движениях напряжение сменяется расслаблением, поэтому условия для кровоснабжения обычно лучше.

Ответ: неподвижное удерживание вызывает более длительное статическое напряжение и часто ускоряет утомление. Ритмичные подъёмы и опускания относятся к динамической работе, поскольку сопровождаются движением и чередованием сокращения с расслаблением. Поэтому при прочих равных рука может дольше работать в ритмичном режиме.

Задача 3. Опыт для сравнения утомления

Нужно придумать безопасное наблюдение, которое сравнит утомление при удерживании груза и при ритмичных движениях с тем же грузом. Чтобы опыт был честным, нагрузка и условия должны быть одинаковыми, а результат — измеримым. Наблюдение прекращают при выраженной усталости или дискомфорте, не заставляя участника продолжать через силу.

1. Выберите лёгкий безопасный груз и одну руку; заранее договоритесь, что означает начало утомления, например невозможность сохранять заданное положение или темп.
2. В первом испытании удерживайте груз неподвижно и измерьте секундомером время до выбранного признака утомления.
3. После достаточного отдыха возьмите тот же груз той же рукой и выполняйте подъёмы и опускания в ровном темпе, измеряя время до того же признака.
4. Сравните результаты и отметьте, что в опыте могли повлиять темп, порядок испытаний и различия в отдыхе.

Ответ: план состоит из двух испытаний с одинаковым грузом, измерением времени и сравнением результата. Если в одном испытании усталость наступила раньше, это показывает различие в данных условиях, но не доказывает, что результат будет одинаковым у всех. Для более надёжного сравнения условия нужно по возможности сохранять одинаковыми.

Типичные ошибки

• Ошибка — считать любую работу мышцы динамической, если человек чувствует напряжение. Такое мнение возникает потому, что напряжение легко принять за движение, но для динамической работы движение обязательно. Проверьте себя: меняется ли положение части тела или предмета; если нет, работа может быть статической.

• Ошибка — думать, что при статической работе мышца бездействует. Человек может почти не двигаться, и поэтому напряжение остаётся незаметным, однако мышца продолжает долго сокращаться. Проверьте, удерживается ли поза или груз: если да, мышца работает.

• Ошибка — объяснять утомление только тем, что у мышцы «закончилась сила». Так упускают роль кровоснабжения и обмена веществ: напряжение может уменьшать приток кислорода, а продукты обмена — накапливаться. Чтобы проверить объяснение, спросите, как нагрузка влияет на доставку веществ к мышце и удаление продуктов обмена.

• Ошибка — полагать, что более сильная и длительная нагрузка всегда ускоряет восстановление. Это путает тренировку с отдыхом: чрезмерное усилие само по себе не возвращает работоспособность. Проверьте вывод, учитывая необходимость отдыха, питания и достаточного снабжения тканей кислородом.

Связь с другими темами

Для понимания мышечной работы нужны знания о строении скелетных мышц, а также о сокращении и расслаблении. Нервная система передаёт мышцам сигналы, а кровообращение снабжает их кислородом и питательными веществами. Эти темы вместе объясняют, как появляется движение и почему мышцы устают.

На уроках физической культуры эти знания помогают подбирать нагрузку и чередовать работу с отдыхом. Динамические и статические упражнения по-разному нагружают мышцы, поэтому важно следить за самочувствием и не удерживать чрезмерное напряжение слишком долго. Постепенные тренировки развивают силу и выносливость.

Понимание утомления пригодится при изучении двигательной активности и правил здорового образа жизни. Оно помогает заметить признаки переутомления и осознанно планировать восстановление после нагрузки. Так легче поддерживать физическую активность без чрезмерного перенапряжения.

Что запомнить

• Мышца выполняет работу благодаря сокращению.
• Динамическая работа сопровождается движением и чередованием сокращения с расслаблением.
• Статическая работа выполняется без заметного движения при длительном напряжении мышцы.
• При статической работе сосуды мышцы сдавливаются, поэтому она быстрее утомляется.
• Утомление связано с недостатком кислорода и накоплением продуктов обмена.
• Отдых восстанавливает работоспособность мышц.
• Регулярные физические упражнения повышают силу и выносливость.