Что такое мышечная деятельность
Физиология мышечной деятельности
В. Н. Селуянов, В. А. Рыбаков, М. П. Шестаков
Глава 1. Модели систем организма
1.1.4. Физиология мышечной деятельности
Биохимия и физиология мышечной активности при выполнении физической работы может быть описана следующим образом. Покажем с помощью имитационного моделирования как разворачиваются физиологические процессы в мышце при выполнении ступенчатого теста.
Предположим, что мышца (например, четырехглавая мышца бедра) имеет ММВ 50 %, амплитуда ступеньки — 5 % максимальной алактатной мощности, величина которой принята за 100 %, длительность — 1 мин. На первой ступеньке в связи с малым внешним сопротивлением рекрутируются, согласно «правилу размера» Ханнемана, низкопороговые ДЕ (МВ). Они имеют высокие окислительные возможности, субстратом в них являются жирные кислоты. Однако первые 10 20 с энергообеспечение идет за счет запасов АТФ и КрФ в активных МВ. Уже в пределах одной ступеньки (1 мин.) имеет место рекрутирование новых мышечных волокон, благодаря этому удается поддерживать заданную мощность на ступеньке. Вызвано это снижением концентрации фосфогенов в активных МВ, то есть силы (мощности) сокращения этих МВ, усилением активирующего влияния ЦНС, а это приводит к вовлечению новых ДЕ (МВ). Постепенное ступенчатое увеличение внешней нагрузки (мощности) сопровождается пропорциональным изменением некоторых показателей: растет ЧСС, потребление кислорода, легочная вентиляция, не изменяется концентрация молочной кислоты и ионов водорода.
При достижении внешней мощности некоторого значения наступает момент, когда в работу вовлекаются все ММВ и начинают рекрутироваться промежуточные мышечные волокна (ПМВ). Промежуточными мышечными волокнами можно назвать те, в которых массы митохондрий недостаточно для обеспечения баланса между образованием пирувата и его окислением в митохондриях. В ПМВ после снижения концентрации фосфогенов активизируется гликолиз, часть пирувата начинает преобразовываться в молочную кислоту (точнее говоря, в лактат и ионы водорода), которая выходит в кровь, проникает в ММВ. Попадание в ММВ (ОМВ) лактата ведет к ингибированию окисления жиров, субстратом окисления становится в большей мере гликоген. Следовательно, признаком рекрутирования всех ММВ (ОМВ) является увеличение в крови концентрации лактата и усиление легочной вентиляции. Легочная вентиляция усиливается, в связи с образованием и накоплением в ПМВ ионов водорода, которые при выходе в кровь взаимодействуют с буферными системами крови и вызывают образование избыточного (неметаболического) углекислого газа. Повышение концентрации углекислого газа в крови приводит к активизации дыхания (Физиология человека, 1998).
Таким образом, при выполнении ступенчатого теста имеет место явление, которое принято называть аэробным порогом (АэП). Появление АэП свидетельствует о рекру-тировании всех ОМВ. По величине внешнего сопротивления можно судить о силе ОМВ, которую они могут проявить при ресинтезе АТФ и КрФ за счет окислительного фосфори-лирования (Селуянов В. Н. с соав., 1991).
Дальнейшее увеличение мощности требует рекрутирования более высокопороговых ДЕ (ГМВ), в которых митохондрий очень мало. Это усиливает процессы анаэробного гликолиза, больше выходит лактата и ионов Н в кровь. При попадании лактата в ОМВ он превращается обратно в пируват с помощью фермента ЛДГ Н (Karlsson, 1971,1982). Однако мощность митохондриальной системы ОМВ имеет предел. Поэтому сначала наступает предельное динамическое равновесие между образованием лактата и его потреблением в ОМВ и ПМВ, а затем равновесие нарушается, и некомпенсируемые метаболиты — лактат, Н, СО2 — вызывают резкую интенсификацию физиологических функций. Дыхание один из наиболее чувствительных процессов, реагирует очень активно. Кровь при прохождении легких в зависимости от фаз дыхательного цикла должна иметь разное парциальное напряжение СО2. «Порция» артериальной крови с повышенным содержанием СО2 достигает хеморецепторов и непосредственно модулярных хемочувствительных структур ЦНС, что и вызывает интенсификацию дыхания. В итоге СО2 начинает вымываться из крови так, что в результате средняя концентрация углекислого газа в крови начинает снижаться. При достижении мощности, соответствующей АнП, скорость выхода лактата из работающих гликолитических МВ сравнивается со скоростью его окисления в ОМВ. В этот момент субстратом окисления в ОМВ становятся только углеводы (лактат ингибирует окисление жиров), часть из них составляет гликоген ММВ, другую часть — лактат, образовавшийся в гликолитических МВ. Использование углеводов в качестве субстратов окисления обеспечивает максимальную скорость образования энергии (АТФ) в митохондриях ОМВ. Следовательно, потребление кислорода или (и) мощность на анаэробном пороге (АнП) характеризует максимальный окислительный потенциал (мощность) ОМВ (Селуянов В. Н. с соав., 1991).
Дальнейший рост внешней мощности делает необходимым вовлечение все более высокопороговых ДЕ, иннервирующих гликолитические МВ. Динамическое равновесие нарушается, продукция Н, лактата начинает превышать скорость их устранения. Это сопровождается дальнейшим увеличением легочной вентиляции, ЧСС и потребления кислорода. После АнП потребление кислорода в основном связано с работой дыхательных мышц и миокарда. При достижении предельных величин легочной вентиляции и ЧСС или при локальном утомлении мышц потребление кислорода стабилизируется, а затем начинает уменьшаться. В этот момент фиксируют МПК.
Таким образом, МПК есть сумма величин потребления кислорода окислительными МВ (ММВ), дыхательными мышцами и миокардом.
Строение мышц, биология мышцы
Строение мышцы
Мышцы состоят из многочисленных мышечных волокон, которые образуют брюшко мышцы. Выделяют головку и хвост мышцы: головка соединена с неподвижным элементом, а хвост при сокращении мышцы притягивает подвижную часть скелета.
Антагонисты и синергисты
Работа и утомление мышц
Двигательное нервное волокно оканчивается на мышце нервно-мышечным синапсом, с помощью которого возбуждение передается многим мышечным волокнам. Сила сокращения мышцы есть сумма сокращений отдельных мышечных волокон в ней. То есть сила, с которой сокращается мышца, зависит от количества возбужденных (и, как следствие, сокращающихся) мышечных волокон.
Таким образом, суммарный выход АТФ с одной молекулы глюкозы равен 38 АТФ.
Болезни мышечной системы
При чрезмерной нагрузке существует риск разрыва мышцы, либо отрыва сухожилия. Эти состояния можно заподозрить на основании данных внешнего осмотра: при разрыве мышцы образуется гематома (скопление крови в мягких тканях), при отрыве сухожилия мышцы и попытке ее сокращения, образуется характерное полушаровидное выпяичвание.
Помните о законе средних нагрузок мышц, который открыл И.М. Сеченов! Он гласит, что максимальная эффективность в работе мышц достигается при средних нагрузка (не слишком легких, и не слишком тяжелых). Рационально оценивайте собственные силы и возможности, и всегда начинайте спортивную тренировку с разминки 😉
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Физиология мышечной деятельности
Содержание
Основные вопросы физиологии мышц:
Нервная система Править
Мышечная деятельность управляется головным мозгом, а реализуется на периферии мышцами. Связь между мозгом и работающими мышцами осуществляется с помощью нервных волокон и синапсов вегетативной нервной системы (симпатической и парасимпатической). Нарушение или ослабление этих связей влияет на точность выполнения заданий мозга, которые он посылает работающим мышцам, особенно на координацию движений. При этом утомление и нарушение координации движений являются причиной спортивных травм спортсменов высокого класса, которые выполняют определенные упражнения автоматически (после многократных повторений в процессе тренировки).
Процесс тренировки, особенно освоение новых навыков (стиль прыжков, гимнастические упражнения, броски в борьбе и многое другое), по своей сути есть совершенствование условно-рефлекторной деятельности, доведение ее до автоматизма. Формирующийся стереотип движения является основой успеха спортсмена. Некоторые тренеры в процессе тренировки прибегают к такому приему: чтобы спортсмен смог преодолеть неверие в свои силы, ему дают запрещенный препарат, помогающий выполнить новую сложную задачу (проплыть отрезок дистанции или пробежать стометровку с повышенной скоростью, прыгнуть в длину и др.). Таким образом вырабатывается и закрепляется новый стереотип движения. На соревнованиях вместо запрещенного препарата спортсмен получает плацебо — схожую по форме таблетку или капсулу, не имеющую в своем составе допинга. Сформировавшаяся в центральной нервной системе (ЦНС) во время тренировки установка на победу приносит высокий результат и на соревнованиях. Именно физиология мышечной деятельности занимается исследованием работы систем организма, которые ответственны за получение высоких результатов в спорте.
Иногда на соревнованиях запрещенные препараты используются для выполнения тактических задач. Например, в какой-то момент искусственно завышается темп бега — до уровня, который не способны выдержать участвующие в забеге спортсмены. Этот темп создает не самый сильный бегун под действием допинга. Он пробегает половину дистанции и падает, выбывая из соревнований и не попадая, таким образом, под контроль допинговой экспертизы. Он выполнил свою задачу: спортсмены растянулись на дистанции и будущий чемпион (в расчете на которого вся эта операция и осуществлялась) начинает набирать ход, в то время как его конкуренты уже изрядно устали.
Центральная и вегетативная нервные системы сами являются объектом влияния многих фармакологических препаратов, большинство из которых запрещены МК МОК как допинг (психомоторные стимуляторы, ингибиторы холинэстеразы, моноаминооксидазы и др.).
Головной мозг обладает высокой скоростью обмена веществ с преобладанием аэробных процессов. У взрослого человека мозг, составляющий 2 % массы тела, потребляет 20—25 % всего кислорода, поступающего в организм, и расходует в сутки 400 ккал. Мозг в состоянии покоя поглощает 90 % глюкозы крови. Даже кратковременная гипоксия приводит к необратимым изменениям в деятельности нервных клеток (в коре мозга через 5—6 мин, в стволовой части мозга через 15—20 мин, а в спинном мозге через 20—30 мин). Основной источник энергии для мозга — глюкоза (115 г в сутки в покое), которая поступает с кровью. Передача нервных импульсов по нейрону и в синапсах, функционирование ионных каналов и синтез нейропередатчиков осуществляются за счет энергии АТФ. Поэтому оправдано применение препаратов метаболического действия, антиоксидантов и антигипоксантов при ишемии мозга. Функциональные ишемические состояния, переходящие в стойкую ишемию, несут опасность возникновения ишемического инсульта у спортсменов.
Эндокринная система и мышечная деятельность Править
Эндокринная система контролирует все виды обмена веществ и в зависимости от обстоятельств может мобилизовать резервные возможности в условиях тренировки и соревнований, то есть напрямую определяет физиологию мышечной деятельности.
Она обеспечивает восстановление после интенсивных физических нагрузок, причем ответы гормональных систем существенно различаются в зависимости от уровня нагрузок (большой или умеренной зон мощности). При умеренной мощности и продолжительной работе имеют место повышение концентрации соматотропина и кортизола, снижение концентрации инсулина и нарастание концентрации трийодтиронина. Работа большой мощности сопровождается высоким уровнем соматотропина, кортизола, инсулина и трийодтиронина. Первые два гормона обеспечивают развитие специальной работоспособности, а потому их прирост в процессе подготовки в микро-, мезо- и макроциклах свидетельствует о повышении спортивного результата. Установлено, что у марафонцев высокого класса в состоянии покоя наблюдаются низкие или средние показатели соматотропина. Однако во время соревнований на 42,195 км концентрация соматотропина в крови значительно повышается, обеспечивая высокий уровень работоспособности на длительное время.
Соматотропин (СТГ, соматотропный гормон, нормальная концентрация в крови в состоянии покоя 0—6 нг-мл»1) контролирует анаболические процессы в организме (рост, развитие, масса тела и отдельных органов). Во взрослом организме влияние на ростовые функции в значительной степени утрачивается, на анаболические (синтез белка, углеводный и жировой обмены) сохраняется. Это и послужило основанием к запрету соматотропина как допинга МК МОК.
Другим важнейшим гормоном адаптации является кортизол, который контролирует углеводный и белковый обмены. Кортизол влияет на работоспособность за счет катаболического механизма, при котором происходит обеспечение печени гликогеном и кетогенными аминокислотами. В комплексе с катаболическим механизмом (ингибиция синтеза белка в лимфоидной и соединительной тканях) происходит поддержка уровня глюкозы в крови спортсменов на высоком уровне. Этот гормон также запрещен для применения как допинг МКМОК.
Секреция инсулина повышается при нагрузках большой мощности, что приводит к увеличению проницаемости биологических мембран для глюкозы (увеличивается гликолиз). Работоспособность обеспечивается за счет углеводного обмена.
При умеренных физических нагрузках концентрация инсулина снижается, что способствует переключению с углеводного обмена веществ на липидный, что так необходимо при продолжительной работе, когда запасы гликогена значительно снижены.
Гормоны щитовидной железы тироксин (Т4) и трийодтиронин (Т3) регулируют состояние основного обмена, потребление кислорода и окислительное фосфорилирование. Основной эффект влияния на обменные процессы (до 75 %) обеспечивает Т3.
Что такое мышечная деятельность
Мышцы или мускулы (от лат. musculus — мышка, маленькая мышь) — органы тела животных и человека, состоящие из упругой, эластичной мышечной ткани, способной сокращаться под влиянием нервных импульсов. Предназначены для выполнения различных действий: движения тела, сокращения голосовых связок, дыхания. 
Мышцы позволяют двигать частями тела и выражать в действиях мысли и чувства. Человек выполняет любые движения — от таких простейших, как моргание или улыбка, до тонких и энергичных, какие мы наблюдаем у ювелиров или спортсменов — благодаря способности мышечных тканей сокращаться. От исправной работы мышц, состоящих из трёх основных групп, зависит не только подвижность организма, но и функционирование всех физиологических процессов. А работой всех мышечных тканей управляет нервная система, которая обеспечивает их связь с головным и спинным мозгом и регулирует преобразование химической энергии в механическую.
В теле человека 640 мышц (в зависимости от метода подсчёта дифференцированных групп мышц их общее число определяют от 639 до 850). Самые маленькие прикреплены к мельчайшим косточкам, расположенным в ухе. Самые крупные — большие ягодичные мышцы, они приводят в движение ноги. Самые сильные мышцы — икроножные и жевательные, язык.
По форме мышцы очень разнообразны. Чаще всего встречаются веретенообразные мышцы, характерные для конечностей, и широкие мышцы — они образуют стенки туловища. Если у мышц общее сухожилие, а головок две или больше, то их называют двух-, трёх- или четырёхглавыми.
Видео YouTube
Мышцы и скелет определяют форму человеческого тела. Активный образ жизни, сбалансированное питание и занятие спортом способствуют развитию мышц и уменьшению объёма жировой ткани.
Мышцы и их функция
Мышечная ткань.
Сердечная мышца, как и скелетная, состоит из поперечнополосатых мышечных волокон. Эти волокна в определенных участках как бы сливаются (переплетаются). Благодаря этой особенности сердечная мышца способна быстро сокращаться. (Увеличить)
Стенки внутренних органов (сосудов, кишечника, мочевого пузыря) образованы гладкой мышечной тканью. Сокращение волокон этой ткани происходит медленно.
Строение мышцы.
Роль нервной системы в регуляции деятельности мышц.
К скелетным мышцам подходят нервы, содержащие чувствительные и двигательные нейроны. По чувствительным нейронам передаются импульсы от рецепторов кожи, мышц, сухожилий, суставов в центральную нервную систему.
По двигательным нейронам проводятся импульсы от спинного мозга к мышце, в результате чего мышца сокращается. Таким образом, сокращения мышц в организме совершаются рефлекторно. В то же время на двигательные нейроны спинного мозга влияют импульсы из головного мозга, в частности из коры больших полушарий. Это делает движения произвольными. Сокращаясь, мышцы приводят в движение части тела, обусловливают перемещение организма или поддержание определенной позы.
Работа мышц.
Согласованная работа мышц сгибателей и разгибателей.
В выполнении человеком любого движения принимают участие две группы противоположно действующих мышц: сгибатели и разгибатели суставов.
Сгибание в суставе осуществляется при сокращении мышц-сгибателей и одновременном расслаблении мышц-разгибателей.
Согласованная деятельность мышц-сгибателей и мышц-разгибателей возможна благодаря чередованию процессов возбуждения и торможения в спинном мозге. Например, сокращение мышц-сгибателей руки вызвано возбуждением двигательных нейронов спинного мозга. Одновременно расслабляются мышцы-разгибатели. Это связано с торможением двигательных нейронов.
Мышцы-сгибатели и разгибатели сустава могут одновременно находиться в расслабленном состоянии. Так, мышцы свободно висящей вдоль тела руки находятся в состоянии расслабления. При удержании гири или гантели в горизонтально вытянутой руке наблюдается одновременное сокращение мышц-сгибателей и разгибателей сустава.
Сокращаясь, мышца действует на кость как на рычаг и производит механическую работу. Любое мышечное сокращение связано с расходом энергии. Источниками этой энергии служат распад и окисление органических веществ (углеводов, жиров, нуклеиновых кислот). Органические вещества в мышечных волокнах подвергаются химическим превращениям, в которых участвует кислород. В результате образуются продукты расщепления, главным образом углекислый газ и вода, и освобождается энергия. (Увеличить)
Протекающая через мышцы кровь постоянно снабжает их питательными веществами и кислородом и уносит из них углекислый газ и другие продукты распада.
Утомление при мышечной работе.
При длительной физической работе без отдыха постепенно уменьшается работоспособность мышц. Временное снижение работоспособности, наступающее по мере выполнения работы, называют утомлением. После отдыха работоспособность мышц восстанавливается.
При выполнении ритмических физических упражнений утомление наступает позднее, так как в промежутках между сокращениями работоспособность мышц частично восстанавливается.
В то же время при большом ритме сокращений скорее развивается утомление. Работоспособность мышц зависит и от величины нагрузки: чем больше нагрузка, тем скорее развивается утомление.
Утомление мышц и влияние на их работоспособность ритма сокращений и величины нагрузки изучал русский физиолог И.М. Сеченов. Он выяснил, что при выполнении физической работы очень важно подобрать средние величины ритма и нагрузки. При этом производительность будет высокой, а утомление наступает позже.
Видео YouTube
Статическая и динамическая работа мышц
Даже если человек находится в неподвижном положении, его мышцы все равно производят работу, поддерживая корпус и координируя тело в пространстве. В теле человека огромное количество мышц, объединенных в группы, которые работают слаженно, обеспечивая нормальную двигательную активность. Давайте узнаем, что такое статические и динамические мышцы, а также как использовать эти знания для грамотного тренинга. Много полезной информации по тренировкам и питанию вы узнаете в фитнес-клубе «Мультиспорт», где работают опытные специалисты, которые помогут вам достичь желаемых целей в фитнесе и спорте.
Виды работы мышц
Существует два вида работы мышц: статическая и динамическая. Если при работе мышц происходят движения в суставах, то ее называют динамической. Если суставы неподвижны, то работа мышц заключается в поддержании тела в определенном положении. В таком случае мышечную работу называют статической.
Легко понять, чем отличается динамическая и статическая работа мышц: в первом случае суставы совершают движение, во втором случае – остаются неподвижно. Теперь разберемся, чем характеризуется каждый вид работы.
Ключевой характеристикой динамичной работы мышц является энергозатратность. Несмотря на то, что мышцы тратят энергию в статике, во время активного движения ее затрачивается в разы больше.
Динамическая работа мышц
Под динамической работой мышц подразумевается двигательная активность, при которой происходит попеременное расслабление и сокращение мышц для перемещения тела в пространстве или выполнения определенного движения.
При выполнении динамической работы происходят физиологические реакции организма, которых не возникает во время статической мышечной работы. Примером таких реакций служит увеличение пульса и артериального давления во время активности. Интенсивность проявления реакций зависит от разных факторов: тренированности человека, силы и частоты мышечного сокращения, и даже от того, в каком положении находилось тело до начала активности.
Динамическую работу классифицируют по количеству работающих мышц:
Например, базовые упражнения, вроде приседаний, становой тяги, прыжков задействуют огромное количество мышц, в результате чего происходит глобальная или региональная динамическая работа. Изолированные упражнения, например, подъем штанги на бицепс, разгибания на трицепс подключают в работу не слишком много мышц, а потому происходит локальная динамическая работа.
Динамическая работа мышц может быть преодолевающей и уступающей, что значит преодоление сопротивления и непротиводействие. Рассмотрим на примере мышц рук: при отведении выполняется преодолевающая динамическая работа, при приведении – уступающая. А при удержании руки в определенном положении выполняется статическая или удерживающая работа мышц.
Статическая работа мышц
Если вам интересно, какая работа мышц называется динамической и статической, то с первой уже разобрались. Динамическая работа возникает во время любого движения или физической активности. Теперь узнаем, какое отличие у статической работы.
При статической работе мышцы постоянно сокращаются, чтобы удерживать тело в определенном положении или обеспечивать выполнение простых бытовых действий.
При статической работе не происходит чрезмерного потребления кислорода и активации кровотока, но проявляются различные физиологические реакции и происходят энергетические затраты. Например, при выполнении статических упражнений, планки или стульчика тело тратит энергию на удержание определенного положения. Поэтому нагрузку мышц можно получить в статике, хотя энергозатраты, конечно, не сравнятся с динамической работой. Физиологические реакции организма в виде учащения пульса и повышения давления зависит от продолжительности работы и силы сокращений.
Между статической и динамической работой мышц есть различия, например, динамическая работа обеспечивается сокращающимися и расслабляющимися мышцами, а статическая – непрерывно сокращающимися. Но эти виды работы последовательно сменяют друг друга в нашей повседневной деятельности и не могут существовать друг без друга.
Что еще важно знать
В реальной жизни мышцы не работают изолированно, поэтому таблиц о конкретно динамической или статической работе вы не найдете. Важно помнить, что в статике всегда есть элементы динамики и наоборот.
Планируя тренировки на увеличение силы мышц, следует включать плиометрические и статические упражнения чтобы развивать медленные и быстрые мышечные волокна, что сделает вас сильнее и выносливее.
Многих интересует быстрое утомление мышц при статической нагрузке. Дело в том, что перманентное сокращение определенных мышц затрудняет насыщение клеток кислородом и выведение продуктов распада, что приводит к усталости. Во время динамических движений такого не происходит, поэтому поднимать и опускать руку вы можете дольше, чем удерживать ее в неподвижном положении.
Если вас интересует, что такое статические и динамические мышцы, а также как применить знания на практике, то приходите в клуб «Мультиспорт», где вас ждет множество интересных активностей, профессиональные тренеры, современно оборудованные залы и многое другое. Звоните прямо сейчас, чтобы получить подробную консультацию!