8. Работа мышц

Принцип рычага. Сокращаясь, мышцы выполняют работу, либо закрепляя положение костей в суставе и делая движение невозможным, либо, наоборот, изменяя их взаимное положение, т. е. производя движение. В первом случае говорят о статической, а во втором - о динамической работе мышц. И та и другая работа в основном осуществляется по принципу рычага. В рычагах, которыми мы пользуемся в жизни, точка приложения действующей силы, как правило, находится на значительно большем расстоянии от точки опоры, чем точка приложения противодействующей силы. Такие рычаги позволяют даже при небольшом усилии преодолеть значительное сопротивление.

В рычагах нашего тела точки приложения усилия и противодействия обычно расположены иначе: ближе к точке опоры находится место прикрепления мышцы, т. е. действующей силы. Поэтому, чтобы преодолеть противодействие, мышцы должны развивать очень большую силу (рис. 16). Когда человек поднимает в согнутой руке гирю в 10 кг, соответствующие мышцы напрягаются с силой более 100 кг. Однако в размахе движения получается большой выигрыш. Таким образом, затрата огромных усилий компенсируется возможностью измерять производимые движения не миллиметрами, а десятками сантиметров.

Рис. 16. 1. Схемы действия затылочных мышц (А), сгибателей руки в локте (Б) и икроножной мышцы (В): О - точка опоры; F - точка приложения силы (место прикрепления мышцы); Р - точка приложения противодействия. Для сравнения показана схема поднятия крышки палкой при подобном же расположении

Дозирование мышечных усилий. Максимальное напряжение мышцы далеко не всегда необходимо. Чаще всего движения требуют небольших усилий. Каждая мышца может строго дозировать усилие путем вовлечения в сокращение разного количества волокон. Если бы сократилось только одно волокно, напряжение мышцы практически не изменилось бы. При сокращении 10% всех волокон мышца может развить силу, достаточную, чтобы произвести движение.

Как правило, количество одновременно сокращающихся волокон невелико. Обычно различные группы волокон сокращаются поочередно, благодаря чему мышца может работать без устали в течение длительного времени: одни волокна сокращаются, другие отдыхают.

Нервная система, управляя движениями тела, заставляет мышцы работать в той мере, как это необходимо в каждый данный момент. Мышцы работают экономно и очень производительно. Об этом свидетельствует их высокий коэффициент полезного действия (как известно, в паровых машинах в работу превращается примерно 15% затраченной энергии, остальное ее количество превращается в тепло). У человека коэффициент полезного действия мышц, подобно двигателям внутреннего сгорания, может достигать 25% и даже 35%.

Статическая и динамическая работа мышц. Человек может длительное время стоять или сидеть, сохраняя одну и ту же позу. Статическое напряжение, которое обеспечивает ее поддержание, принято называть мышечным тонусом. При такой работе напряжение мышц обычно невелико, но оно должно поддерживаться в течение длительного времени. Это возможно потому, что одновременно сокращается относительно небольшая часть мышечных волокон, а остальные отдыхают.

Однако в некоторых случаях статическая работа мышц может быть очень напряженной, например при удержании штанги, при некоторых упражнениях на кольцах или параллельных брусьях. Такая работа требует одновременного сокращения всех или почти всех волокон мышц и может продолжаться лишь очень короткое время, например одну или несколько секунд.

При динамической работе поочередно сокращаются различные группы мышц, причем некоторые мышцы работают то динамически, производя движение в суставе, то статически, обеспечивая на некоторое время неподвижность костей того же сустава. Степень напряжения мышц может быть очень различной.

Оптимальные условия работы мышц. Работоспособность мышцы в сильной степени зависит от условий ее деятельности. Опыт показывает, что работа мышц достигает максимума при некоторой средней (оптимальной) нагрузке, снижаясь при слишком большой нагрузке. Работа мышцы снижается и в том случае, когда сокращения становятся слишком частыми. Пользуясь специальным прибором (эргографом), можно зарегистрировать мышечную работу при сгибании пальца руки. При каждом сгибании пальца мышцы производят работу по поднятию перекинутого через блок груза. На шнуре неподвижно укреплен специальный писчик, заостренный конец которого ходит по закопченной поверхности движущегося барабана - кимографа. При частых движениях пальца (2 раза в секунду) быстро наступает утомление мышц: высота сокращения постепенно падает, а через короткое время груз совсем перестает подниматься. При более редких движениях мышцы успевают после каждого сокращения отдохнуть, и в результате даже через 10 минут незаметно каких-либо признаков утомления.

Выполняя ту или иную мышечную работу, мы можем по желанию менять силу и быстроту движений. При этом будет меняться и количество выполненной работы. Чрезмерная нагрузка или чрезмерное учащение темпа ведут к быстрому утомлению работающих мышц и резкому уменьшению количества выполненной работы.

Для каждой физической работы можно подобрать темп и нагрузку так, чтобы получить наибольшую производительность при наименьшем утомлении. Для многих физически здоровых и крепких людей ходьба со скоростью 5-5,5 км/час наиболее благоприятна, так как дает наибольшую работу при наименьшем утомлении. При ходьбе с грузом или при подъеме в гору оптимальный, т. е. наилучший, темп ходьбы оказывается более медленным.