Мышечная система человека

Мышца является упруго-вязким телом. Ее упругость сравнительно с другими  упругими телами характеризуется как  относительно малая, почти совершенная  и непостоянная. Показатель упругости (модуль Юнга) для мышцы равен приблизительно 0,95 кг. Вязкость мышцы, обусловленная внутренним трением ее частиц, невелика, но при возбуждении мышц возрастает в 10 – 20 раз.

При своем сокращении мышца преодолевает действие внешних сил (сила тяжести, инерции, трения и др.). При этом в мышце развивается напряжение. Небольшое напряжение, постоянно поддерживаемое мышцами и способствующее сохранению определенной позы тела, называется ее тонусом. Максимальное напряжение, развиваемое мышцами, характеризует силу мышц, которая при прочих равных условиях пропорциональна сечению, перпендикулярному направлению мышечных волокон. Сила, выраженная в килограммах и отнесенная к квадратному сантиметру поперечного сечения (абсолютная сила мышц), равна для мышц человека: икроножной – 6,2, разгибателей шеи – 9,0, жевательных – 10,0, двуглавой плеча – 11,4, трехглавой плеча – 16,8.

Сокращаясь мышцы производят работу – необходимое условие существования  мышц. Величина работы тем больше, чем  больше амплитуда сокращения и величина развиваемого при этом напряжения. В случае, когда мышца только напрягается, не сокращаясь, при этом развивает напряжение без изменения длины, (так называемые изометрические условия, или «статическая» работа), внешней механической работы не совершается. Также работа бывает и динамическая, которая заключается в смещении одних органов относительно других и перемещении тела в пространстве, при этом мышца изменяет длину и толщину.

Развитие сокращения и напряжения мышц в организме есть рефлекторный процесс. Работами И.М. Сеченова и И.П. Павлова установлена рефлекторная природа и так называемые рефлекторные движения человека. Среди рецепторов, возбуждение которых может являться причиной рефлекторного двигательного акта, особенное значение имеют проприорецепторы – органы мышечного чувства. Проприорецепторы возбуждаются при каждом сокращении, напряжении, пассивном растяжении мышцы. И.М. Сеченов подчеркивал огромное значение мышечного чувства во всех двигательных актах, его роль в восприятии простаранства и времени, его влияние на развитие мозга. И.П.Павлов обозначил всю сложную систему, включающую проприорецепторы, двигательную зону коры больших полушарий головного мозга и соединяющие их нервные образования, как двигательный анализатор и показал его исключительное значение в высшей нервной деятельности человека.

Для вычисления работы мышц используют следующую формулу:

A = F*S

F – величина груза;

S – высота, на которую поднят груз.

Величина работы зависит от силы мышц и из длины. Сила мышц прямо пропорционально зависит от поперечного сечения всех мышечных волокон данной мышцы, т.е. от ее толщины. Проявление силы мышц зависит от ряда факторов: анатомических, механических, физиологических и психологических (при поперечном сечении мышцы 1 см ² мышца способна поднять груз 10 кг).

Работа мышц является важным условием развития самих мышц и всего организма. двигательная бездеятельность мышц, в особенности вызванная нарушением проводимости нервов, ведет к атрофии мышц, падению их силы и работоспособности. Чрезмерно длительная, непрерывная работа мышц приводит к утомлению, проявляющемуся в уменьшении амплитуды, скорости и силы мышечных сокращений. Падение мышечной работоспособности  при утомлении связанно Сеченовым (1913) с процессами, происходящими в центральной нервной системе. Систематическая, сильная, но не чрезмерная, работа мышц (тренировка) ведет к увеличению их массы, к возрастанию силы и работоспособности мышц, способствует физическому развитию и повышению работоспособности всего организма.

ЭНЕРГИЯ, КОТОРУЮ ИСПОЛЬЗУЕТ ОРГАНИЗМ ДЛЯ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ

Деятельность мышц, как  любой процесс, происходящий в организме, требует энергии. Энергия нужна  даже на работу мельчайших мышц глаза, дыхательных мышц и мышц сосудов  или внутренних органов. Живой организм расходует энергию даже в состоянии глубокого наркоза или комы.

Энергия, необходимая для  мышечного сокращения, освобождается  в результате распада химических веществ. Мышечная клетка устроена природой так, что может использовать для  своего сокращения энергию распада  только одного-единственного химического вещества - аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Энергия распада других веществ для сокращения мышцы не подходит  
(вот как все хитро в организме). Соответственно, во время мышечного сокращения происходит распад АТФ в работающей мышечной клетке. И если бы не было механизмов восстановления этого вещества, то мышца, сократившись один-два раза, навсегда потеряла бы эту способность. Но природа предусмотрела возможность восстанавливать АТФ. И вот для ее восстановления уже подходит энергия распада практически любого вещества. Обычно это углеводы, реже - жиры, еще реже - белки или другие вещества. Запасы этих веществ поступают в организм вместе с пищей.

Распад веществ в  мышечной клетке может происходить  двумя основными путями: при участии кислорода (аэробно) и без участия кислорода (анаэробно). У каждого способа есть свои преимущества и недостатки.

Преимущество  распада веществ с участием кислорода (аэробного) в том, что такой распад не сопровождается накоплением в организме промежуточных недоокисленных продуктов обмена. Вещества расщепляются до конечных продуктов - углекислого газа и воды. Полный распад дает, соответственно, много энергии, поэтому является более экономичным, чем неполный распад (однако требует большого количества времени). Кроме того, с помощью кислорода можно расщепить практически любые вещества, имеющиеся в организме - углеводы, жиры, белки. Недостатком же является чрезвычайная длительность такого способа распада, поэтому он не может использоваться в начале работы или в случаях, когда деятельность достаточно интенсивна и требует высокой скорости освобождения энергии.

Преимуществом бескислородного (анаэробного) распада является высокая скорость освобождения энергии, необходимой для синтеза АТФ, что позволяет выполнять чрезвычайно интенсивную работу. Но существует и ряд недостатков такого способа расщепления.  
Во-первых, без участия кислорода в мышечных клетках способны расщепляться не все вещества, а только определенные виды углеводов (глюкоза и ее производное - гликоген, причем обычно используется гликоген) и химическое вещество под названием креатинфосфат. Запасы этих веществ в клетке не безграничны. Креатинфосфат или гликоген должны либо восстанавливаться, либо поступать из крови. На оба процесса требуется определенное время, в течение которого интенсивную работу выполнять уже невозможно.  
Запасов креатинфосфата в мышечной клетке хватает на работу в течение нескольких секунд (5-6 секунд). За счет запасов гликогена можно выполнять работу в течение нескольких минут (3-4 минуты), но это будет уже менее интенсивная деятельность. Во-вторых, без участия кислорода вещества расщепляются неполностью, поэтому в мышцах накапливаются недоокисленные продукты распада  
(наиболее известным является молочная кислота - один из возможных продуктов неполного распада гликогена). Эти недоокисленные вещества, изменяют внутреннюю среду клеток так, что клетки становятся неспособны выполнять свои функции. То есть мышца становится неспособной более сокращаться, и человек прекращает работу.

Благодаря рекламе, сугубо биохимический термин pH стал известен широкому кругу людей. Показатель pH - это показатель кислотности-щелочности. Его величина указывает, кислотным, щелочным или нейтральным является среда, и насколько сильна щелочь или кислота. Уровень pH равный 7.0 указывает на нейтральность среды. Уровень pH больше 7.0 - на щелочность (чем выше, тем сильнее щелочь), и, наконец, уровень pH ниже 7.0 означает кислотность среды (чем меньше величина pH, тем сильнее кислота). 
При бескислородном способе расщепления веществ недоокисленные продукты распада изменяют уровень pH клеток в кислую сторону, что чрезвычайно существенно сказывается на деятельности клеточных структур.

В действительности же во время мышечной деятельности наблюдаются  оба варианта распада веществ, однако, один из них, как правило, преобладает.

Если при работе распад веществ для восстановления АТФ  происходит преимущественно с участием кислорода, такая работа называется аэробной. Если же распад веществ происходит преимущественно без участия кислорода, такая работа называется анаэробной.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВИДОВ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

В зависимости  от того, какую мышечную деятельность выполняет организм, в нем происходят и соответствующие изменения, направленные на обеспечение выполнения именно данного вида работы В связи с этим, одни нагрузки могут быть полезны, а другие - вредны для организма, одни - приводить к снижению жировых отложений при относительной неизменности объема мышц, а другие - к увеличению мышечной массы при относительной неизменности жировых отложений и так далее.

Существует  большое количество классификаций  видов мышечной деятельности.

Например, мышечную работу разделяют на статическую, при которой происходит мышечное сокращение, но не происходит движение, и динамическую, при которой происходит как сокращение мышцы, так и перемещение частей тела друг относительно друга. Статическая работа более утомительна для организма и для мышц по сравнению с динамической той же интенсивности и длительности, так как при статической работе отсутствует фаза расслабления мышц, во время которой могут пополниться запасы веществ, израсходованные на мышечное сокращение.

Женский организм труднее переносит статическую  работу по сравнению с мужским (например, женщинам тяжелее стоять, чем мужчинам, поэтому им следует уступать место  в транспорте).

По числу  групп мышц, включенных в работу, двигательную деятельность делят на работу локального, регионального и глобального характера. При работе локального характера в деятельности участвует менее одной трети мышечной массы (обычно мелкие мышечные группы). Это, например, работа одной рукой или кистями (ступнями). При работе регионального характера в деятельность включаются одна крупная или несколько мелких мышечных групп. Это, например, работа только руками или только ногами. При работе глобального характера в деятельности принимают участие более двух третьих мышц от общей мышечной массы. К работе глобального характера относятся, например, ходьба, бег, плавание (при этих видах двигательной деятельности работают практические все мышцы).

Чем больший процент мышечной массы  участвует в работе, тем большие  изменения такая работа вызывает в организме, и тем, соответственно, выше тренировочный эффект. Поэтому силовые упражнения на отдельные мышечные группы, разумеется, будут способствовать увеличению силы этих мышц, но практически не отразятся на деятельности других органов (сердца, легких, сосудов, органов иммунной системы). Такая работа не приведет к потере массы тела и не подходит для желающих похудеть или укрепить здоровье.

Все нижеприведенные  классификации физических упражнений подразумевают, что организм осуществляет работу глобального характера.

Одной из наиболее известных классификаций физических упражнений является разделение их по преобладающему источнику энергии  для мышечного сокращения. В организме  человека распад веществ с образованием энергии может проходить с  участием кислорода (аэробно) и без участия кислорода (анаэробно).

В действительности же во время мышечной работы наблюдаются  оба варианта распада веществ, однако, один из них, как правило, преобладает.

По преобладанию того или иного способа распада  веществ различают аэробную работу, энергообеспечение которой происходит преимущественно за счет кислородного распада веществ, анаэробную работу, энергообеспечение которой происходит преимущественно за счет бескислородного распада веществ и смешанную работу, при которой сложно выделить преобладающий способ распада веществ.

Примером  аэробной работы может служить любая малоинтенсивная деятельность, которая может продолжаться длительное время. В том числе и наши повседневные движения. В спортивной же или физкультурной деятельности примеры такой работы - длительная ходьба, длительный непрерывный бег (например, трусцой), длительная езда на велосипеде, длительная гребля, длительное передвижение на лыжах, коньках и так далее.

Примером  анаэробной работы может служить деятельность, которая может продолжаться только кратковременно (от 10-20 секунд до 3-5 минут). Это, например, бег на короткие дистанции с максимальной скоростью, плавание на короткие дистанции с максимальной скоростью, езда на велосипеде или гребля на короткие дистанции с максимальной скоростью.

Промежуточные виды деятельности, которые могут  продолжаться более 5, но менее 30 минут  непрерывной деятельности, являются примером работы со смешанным (бескислородно-кислородным) типом энергообеспечения.

Когда произносят термин «аэробная» или «анаэробная  работа», подразумевают, что так  воспринимает эту работу весь организм, а не отдельные мышцы. Отдельные  же мышцы при этом могут работать как в режиме кислородного энергообеспечения (неработающие или принимающие незначительное участие в деятельности, например, мышцы лица), так и в режиме бескислородного энергообеспечения (выполняющие наибольшую нагрузку при данном виде деятельности).

Еще одной  из распространенных классификаций физических упражнений является разделение мышечной работы по зонам мощности. В основу положено максимальное время, которое может длиться работа определенной интенсивности.  
Удобно объяснять различия между зонами мощности на примере бега.

Например, бег  с максимальной скоростью не может  длиться более нескольких секунд. Такую работу называют работой максимальной мощности. При этой работе происходит преимущественно бескислородный распад веществ (анаэробная работа). Условную максимальную границу такой работы определили в 20 секунд.