Мышцы и группы мышц окружены соединительнотканными оболочками -фасциями. Фасции покрывают также целые области тела и конечностей и получают название по этим областям (фасции груди, плеча, предплечья, бедра и т. д.). Фасциальные футляры состоят из неоформленной плотной волокнистой соединительной ткани, поэтому они очень прочные и отлично противостоят механическому растяжению при сокращении мышц. Великий русский хирург и анатом Н. И. Пирогов назвал фасции «мягким скелетом тела».
Введение………………………………….…………………...……..стр. 2-4
Основные функциональные свойства мышц……………….....…….стр. 5
Работа и сила мышц……………………………………….………..стр. 5-6
Мышечный тонус…………………………………………….……. стр. 6-7
Мышечная масса и сила мышц в различные
возрастные периоды………………………………………………….……стр. 7-8
Возрастные особенности быстроты, точности
движений выносливости………………...…………………...………….стр. 9-10
Влияние физических нагрузок на организм………………....… стр. 10-15
Утомление при различных видах мышечной
работы, его возрастные особенности…………………………....……..стр. 15-16
Развитие двигательных навыков,
совершенствование координации движений с возрастом……...……стр. 16-18
Двигательный режим учащихся
и вред гиподинамии………………...……………………………….…..стр. 18-22
Заключение…………………………..……………….………………стр. 23
Список литературы………………….…………………..…………...стр. 24
Работа содержит 1 файл
Увеличение с возрастом максимальной частоты движений объясняется нарастающей подвижностью нервных процессов, обеспечивающей более быстрый переход мышц- антагонистов из состояния возбуждения в состояние торможения и обратно.
Точность воспроизведения движений также существенно изменяется с возрастом. Дошкольники 4-5 лет не могут совершать тонкие точные движения, воспроизводящие заданную программу как в пространстве, так и во времени. В младшем школьном возрасте возможность точного воспроизведения движений по заданной программе существенно возрастает. С 9-10 лет организация точных движений происходит по типу взрослого. В совершенствовании этого двигательного качества существенную роль играет формирование центральных механизмов организации произвольных движений, связанных с деятельностью высших отделов ЦНС. В процессе развития ребенка изменяется также способность воспроизводить заданную величину мышечного напряжения. Точность воспроизведения мышечного напряжения невелика у детей дошкольного и младшего школьного возраста. Она повышается лишь к 11-16 годам.
В течение длительного периода онтогенеза формируется и одно из важнейших качеств - выносливость (способность человека к продолжительному выполнению того или иного вида умственной или физической (мышечной) деятельности без снижения их эффективности). Выносливость к динамической работе еще очень невелика в 7-11 лет. С 11 - 12 лет мальчики и девочки становятся более выносливыми. Исследования показывают, что хорошим средством развития выносливости являются ходьба, медленный бег, передвижение на лыжах. К 14 годам мышечная выносливость составляет 50-70%, а к 16 годам -около 80% выносливости взрослого человека.
Выносливость
к статическим усилиям особенно
интенсивно увеличивается в период
от 8 к 17 годам. Наиболее значительные изменения
этого динамического качества отмечаются
в младшем школьном возрасте. У 11-14-летних
школьников самыми выносливыми являются
икроножные мышцы. В целом выносливость
к 17-19 годам составляет 85% уровня взрослого,
максимальных значений она достигает
к 25-30 годам.
Темпы развития многих двигательных качеств
особенно высоки в младшем школьном возрасте,
что, учитывая интерес детей к занятиям
физкультурой и спортом, дает основание
целенаправленно развивать двигательную
активность в этом возрасте.
Влияние физических нагрузок на организм.
Мышечная работа связана со значительными энергетическими затратами, а следовательно, требует увеличения притока кислорода. Это достигается прежде всего усилением деятельности органов дыхания и сердечно-сосудистой системы. Увеличиваются частота сердечных сокращений, систолический объем крови (количество крови, выбрасываемое при каждом сокращении) и минутный объем крови. Усиленное кровоснабжение обеспечивает кровью не только мышцы, но и центральную нервную систему, что создает благоприятные условия для ее более интенсивной деятельности. Интенсификация обменных процессов при мышечной работе приводит к необходимости усиленного выделения продуктов обмена, что достигается повышением активности потовых желез, играющих также важную роль в поддержании постоянной температуры тела. Все это свидетельствует о том, что физические нагрузки, требующие усиления мышечной работы, оказывают активизирующее влияние на деятельность физиологических систем. Кроме того, выполнение физических нагрузок оказывает стимулирующее влияние на двигательную систему, приводит к совершенствованию двигательных качеств. Вместе с тем эффективность физических нагрузок и их стимулирующее влияние на организм могут быть достигнуты только при учете возрастных возможностей организма ребенка, и прежде всего возрастных особенностей опорно-двигательного аппарата, обусловленных степенью его структурно-функциональной зрелости.
В дошкольном возрасте, когда двигательные качества, в особенности выносливость, еще низки, дети не могут долго выполнять динамическую и статическую работу. Способность к выполнению физических нагрузок возрастает к младшему школьному возрасту. Особенно выражено нарастание всех показателей мышечной работоспособности с 11 - 12 лет. Так, объем динамической работы (в кгм), выполненной 10-летними школьниками, на 50% больше, чем у 7-летних, а в возрасте 14-15 лет он соответственно больше на 300-400%. Мощность работы с 7 до 11 лет увеличивается всего на 30%, а с И до 16 лет-более чем на 200%. Так же стремительно начиная с 12 лет растет у школьников работоспособность при статических напряжениях. Вместе с тем даже у 15-16-летних по сравнению с 18-летними учащимися мощность работы составляет 66-70%, а у 18-летних объем работы и мощность лишь приближаются к нижней границе этих же показателей у взрослых.
Возрастные особенности мышечной работоспособности, которые проявляются при динамической работе и статических напряжениях, неотделимо связаны с особенностями высшей нервной деятельности и сказываются на процессе тренировки и производительности в единицу времени. Так, тренировка по одному и тому же виду работы требует у 14-летних подростков в 2 раза больше времени, чем у взрослых. Производительность же работы на единицу времени у 14-15-летних составляет 65-70% от производительности взрослого. Время на отдых 15-18-летним школьникам требуется во много раз большее, чем затрачено на работу. Если 20-летнему для отдыха нужно время в 2 раза большее, чем затрачено на работу, то 17-летнему, даже тренированному к физической работе, его требуется в 4 раза больше.
Проявляются определенные различия в мышечной работоспособности учащихся и в связи с их полом. Степень утомляемости при выполнении дозированной динамической мышечной работы у девочек и мальчиков в пределах одной возрастной группы одинакова. Сила же, выносливость и другие показатели мышечной работоспособности у девочек в среднем ниже, чем у мальчиков.
Характерные особенности мышечной работоспособности девочек и девушек сказываются на объеме выполненных, особенно тяжелых работ. Работы средней тяжести и тяжелые выполняются девочками и девушками в меньшем объеме и вызывают более глубокие сдвиги в организме, чем у мальчиков и юношей. Адаптация к одной и той же работе у девочек происходит труднее, а работоспособность снижается быстрее, чем у мальчиков.
Оптимальным для тренирующих влияний физических нагрузок является возраст от 9-10 до 13-14 лет, когда наиболее интенсивно формируются основные звенья двигательной системы и двигательные качества. Большими потенциальными возможностями для совершенствования двигательной системы обладает подростковый возраст. Это подтверждают яркие примеры достижений подростков в таких видах спорта, как художественная и спортивная гимнастика, фигурное катание, а также в балете, танцах, где мы наблюдаем удивительно высокие проявления координации движения. Вместе с тем следует учитывать, что этот возраст характеризуется значительными перестройками в функционировании организма, связанными с половым созреванием. Поэтому для подростков мальчиков и девочек, не занимающихся систематически спортом, надо дозировать нагрузки, связанные с проявлением максимальной силы и выносливости. При учете функциональных возможностей детского организма физические нагрузки оказывают чрезвычайно благоприятные влияния на физическое и умственное развитие ребенка.
Физические
упражнения являются эффективным средством
совершенствования двигательного
аппарата человека. Они лежат в
основе любого двигательного навыка
и умения. Под влиянием упражнений
формируются законченность и
устойчивость всех форм двигательной
деятельности человека. Физиологический
смысл упражнения сводится к образованию
динамического стереотипа. В начальный
период выполнения упражнения имеет
место широко распространенное возбуждение
в коре больших полушарий головного
мозга. В деятельное состояние вовлекается
большое число мышц, движения ученика
неловки, суетливы, хаотичны. При этом
сокращаются многочисленные мышечные
группы, часто не имеющие никакого
отношения к данному двигательному
акту. Вследствие этого развивается
торможение, снижается мышечная работоспособность.
По мере упражнений широко распространенное
корковое возбуждение концентрируется
в ограниченной группе мышц, непосредственно
связанных с данным упражнением или двигательным
актом, образуется очаг стационарного
возбуждения, отчего движения становятся
более четкими, свободными, координированными
и более экономичными в смысле затрат
времени и энергии.
На
заключительной стадии образуется устойчивый
стереотип, по мере повторения упражнения
движения становятся автоматизированными,
хорошо координированными, и они
выполняются только за счет сопряжения
тех групп мышц, которые необходимы
для данного двигательного акта.
Систематической тренировкой достигается
увеличение мощности и полезного действия
мышц тела. Это увеличение достигается
благодаря развитию мышц, участвующих
в данной работе (тренируемые мышцы увеличиваются
в объеме, в связи с чем возрастает и их
сила), а также в результате изменений,
которые претерпевают сердечно-сосудистая
и дыхательная системы.
Дыхание у тренированных людей в покое более редкое и доходит до 8-10 в 1 мин по сравнению с 16-20 у нетренированных. Уменьшение частоты дыхания сопровождается углублением дыхания, поэтому вентиляция легких не уменьшается.
При мышечной
работе легочная вентиляция может доходить
до 120 л в минуту. У тренированных людей
увеличение вентиляции совершается за
счет углубления дыхания, тогда как у нетренированных-
за счет учащения дыхания, которое остается
поверхностным. Углубленное дыхание тренированных
людей способствует лучшему насыщению
крови кислородом.
У тренированных людей происходит уменьшение
числа сердечных сокращений, но увеличивается
систолический (ударный) и минутный объем
крови при незначительном учащении работы
сердца. У нетренированных людей минутный
объем увеличивается за счет учащения
сердечной деятельности при незначительном
повышении систолического объема.
Тренированность, которая может быть достигнута
средствами физического воспитания ребенка,
приводит не только к физическому совершенствованию
детей и укреплению их здоровья, она отражается
на развитии высших нервных функций и
психических процессов, способствует
гармоническому развитию личности.
Утомление при различных видах мышечной работы, его возрастные особенности.
Тренированность к физическим нагрузкам имеет важное значение для уменьшения степени утомления при мышечных нагрузках. Утомлением называется временное снижение работоспособности целостного организма, его органов и систем, наступающее после длительной напряженной или кратковременной чрезмерно интенсивной работы. Физическое утомление наступает после длительных и интенсивных мышечных нагрузок. При резко выраженном утомлении развивается длительное укорочение мышц, их неспособность к полному расслаблению - контрактура. Понижение физической работоспособности связано как с изменением в самой мышце, так и с изменениями в центральной нервной системе. Роль ЦНС в развитии мышечного утомления впервые была установлена И. М. Сеченовым, который показал, что восстановление работоспособности одной руки после длительного подъема груза значительно ускоряется, если в период отдыха производить работу другой рукой. В отличие от простого отдыха такой отдых называется активным и рассматривается как доказательство того, что утомление развивается прежде всего в нервных центрах. О роли центральной нервной системы в развитии утомления свидетельствуют также данные о повышении работоспособности под влиянием положительных эмоций и мотиваций.
Связь утомления с деятельностью центральной нервной системы и периферического аппарата свидетельствует о том, что степень их зрелости определяет физическую работоспособность в детском возрасте. Чем младше ребенок, тем быстрее наступает физическое утомление при мышечных нагрузках. Очень низкий уровень энергетического обмена в мышцах новорожденных и грудных детей, а также незрелость нервной системы определяют их быструю утомляемость. Одним из существенных переломных этапов развития физической работоспособности является возраст 6 лет, характеризующийся высокими энергетическими возможностями скелетных мышц и выраженными изменениями в структурно-функциональном созревании центральной нервной системы. Вместе с тем у детей дошкольного и младшего школьного возраста еще не наступила окончательная дифференцировка скелетных мышц. Физическая работоспособность в младшем школьном возрасте в 2,5 раза меньше, чем у 15-16-летних. Важным переломным этапом в развитии физической работоспособности является возраст 12-13 лет, когда происходят существенные изменения энергетики мышечного сокращения. Повышение физической работоспособности в этом возрасте сказывается на показателях мышечной выносливости, в возможности перенесения длительных нагрузок с меньшей степенью утомления. Правильно дозированные физические нагрузки, учитывающие степень структурно-функциональной зрелости физиологических систем ребенка в различные возрастные периоды, предотвращают развитие длительного утомления. Повышению работоспособности учащихся способствует чередование умственного и физического труда.
Развитие двигательных навыков, совершенствование координации движений с возрастом.
У новорожденного ребенка наблюдаются беспорядочные движения конечностей, туловища и головы. Координированные ритмические сгибания, разгибания, приведение и отведение сменяются аритмичными, некоординированными изолированными движениями.
Двигательная деятельность детей формируется по механизму временных связей. Важную роль в формировании этих связей играет взаимодействие двигательного анализатора с другими анализаторами (зрительным, тактильным, вестибулярным).
Нарастание тонуса затылочных мышц позволяет ребенку 1,5-2 месяцев, положенному на живот, поднимать голову. В 2,5-3 месяца развиваются движения рук в направлении к видимому предмету. В 4 месяца ребенок поворачивается со спины на бок, а в 5 месяцев переворачивается на живот и с живота на спину. В возрасте от 3 до 6 месяцев ребенок готовится к ползанию: лежа на животе, все выше поднимает голову и верхнюю часть туловища; к 8 месяцам он способен проползать довольно большие расстояния.
В возрасте от 6 до 8 месяцев благодаря развитию мышц туловища и таза ребенок начинает садиться, вставать, стоять и опускаться, придерживаясь руками за опору. К концу первого года ребенок свободно стоит и, как правило, начинает ходить. Но в этот период шаги ребенка короткие, неравномерные, положение тела неустойчивое. Стараясь сохранить равновесие, ребенок балансирует руками, широко ставит ноги. Постепенно длина шага увеличивается, к 4 годам она достигает 40 см, но шаги все еще неравномерные. От 8 до 15 лет длина шага продолжает увеличиваться, а темп ходьбы снижаться.
В возрасте
4-5 лет в связи с развитием
мышечных групп и совершенствованием
координации движений детям доступны
более сложные двигательные акты:
бег, прыганье, катание на коньках, плавание,
гимнастические упражнения. В этом
возрасте дети могут рисовать, играть
на музыкальных инструментах. Однако
дошкольники и младшие школьники
в связи с несовершенством
механизмов регуляции трудно усваивают
навыки, связанные с точностью
движения рук, воспроизведением заданных
усилий.
К 12-14 годам происходит повышение меткости
бросков, метаний в цель, точности прыжков.
Однако некоторые наблюдения показывают
ухудшение координации движений у подростков,
что связывается с морфофункциональными
преобразованиями в период полового созревания.
С половым созреванием связано и снижение
выносливости в скоростном беге у 14-15-летних
подростков, хотя скорость бега к этому
возрасту существенно возрастает.
Изменения силы мышц
Хорошо известно, что максимальная сила с возрастом уменьшается. Связано ли это с процессом старения или с уменьшением двигательной активности? И то, и другое.
Из этого графика следует, что силовая тренировка в течение всей жизни остается весьма эффективным средством для поддержания силы мышц. Однако, где-то после 60 лет уровень силы быстро падает, несмотря на тренировки. Возможно, здесь сказывается влияние заметных изменений в уровне гормонов. Количество и тестостерона, и гормона роста уменьшается гораздо быстрее после 60. Сила уменьшается из-за атрофии мышечных волокон. Важно отметить, что тренирующий силу 60-летний человек может быть сильнее своих нетренирующихся сыновей! А некоторые исследования показали, что увеличение силы возможно и в 90 лет. Так что начать тренировать силу никогда не поздно!
Тип мышечных волокон и возраст
Существовало много взаимоисключающих сообщений (а также мифов), рассматривавших возрастные изменения мышечных волокон. Однако, исследования срезов тканей людей, скончавшихся в возрасте от 15 до 83 лет, позволили предполагать, что соотношение типов волокон не меняется в течение жизни. Это предположение поддерживается сравнением результатов биопсии мышц более молодых и более возрастных спортсменов, тренирующихся на выносливость. И напротив, одно длительное исследование группы бегунов, проведенное впервые в 1974 г. и повторно в 1992 г., показало, что тренировка может играть некоторую роль в распределении волокон по типам. У спортсменов, которые продолжали тренироваться, оно оставалось неизменным. У тех, кто перестал тренироваться, оказался немного больший процент медленных волокон. Во-первых, причина этому - селективная атрофия быстрых волокон. Это понятно, т.к. они стали меньше использоваться. Также известно, что число быстрых секций немного уменьшается после 50 лет, примерно по 10% за десятилетие. Причины и механизмы этого явления пока неясны. Итак, получаем, что возрастной эффект для тренирующихся на выносливость заключается в неизменности соотношения типов волокон или в небольшом увеличении процента медленных волокон за счет потери быстрых. Но, быстрые волокна не становятся медленными.
Выносливость мышц и возраст
Для тех, кто тренируется на выносливость, важно то, что окислительная способность скелетных мышц мало изменяется с возрастом (если не прекращать тренироваться). Плотность капилляров в мышцах примерно одинакова у атлетов разных возрастов. Уровни окислительных энзимов одинаковы или чуть ниже у более старших. Это небольшое снижение, возможно, связано с уменьшением тренировочных объемов у спортсменов-ветеранов. Более того, даже пожилой человек, начинающий тренироваться, сохраняет потенциал улучшения выносливости мышц.
Выводы
Оказывается, что у спортсменов старшего возраста, которые продолжают тренировки на выносливость и на поддержание силы, заметные изменения в скелетных мышцах не проявляются лет до 50. После этого возраста начинаются изменения в количестве, но не в качестве мышечной массы. Эти изменения, однако, можно нивелировать тренировками. В общем, выявленные изменения снижают максимальную силу и мощность в большей степени, чем выносливость. Так можно объяснить то, что более возрастные атлеты выступают лучше на более длинных дистанциях.
Мышцы триатлета.
Новое исследование опубликовано на сайте www.everymantri.com . На первой иллюстрации изображены мышцы сорокалетнего триатлониста. На второй мышцы семидесятичетырехлетнего мужчины, ведущего сидячий образ жизни. На третьей иллюстрации мышцы 74-х летнего триатлета, регулярно тренирующегося. Все наглядно!
Академик Г. В. Фольборт определил, что работоспособность зависит от баланса двух процессов - затраты энергии и ее восстановления, которые неоднозначны в разных периодах физической деятельности. В современных условиях это означает, что физическая работа зависит от исходного состояния организма и его исполнительных систем, баланса между энергетическими потребностями и их обеспечением.
Оптимальные режимы физической нагрузки и отдыха - одно из условий здорового образа жизни, улучшения состояния здоровья человека, так как нагрузка сопровождается повышенной адаптацией висцеральных систем, метаболических процессов организма при выполнении работы.
Во время физической деятельности можно выделить 3 периода работоспособности, зарегистрированные на ергограми при подъеме груза на определенную высоту.
Период проработки - характеризуется постепенным увеличением работоспособности в начале физической деятельности.
Период устойчивого состояния - сопровождается относительно постоянной работоспособностью при выполнении работы.
Период усталости - характеризуется уменьшением работоспособности в процессе физической деятельности.
Мышечная работоспособность
Прямыми показателями работоспособности во время мышечной деятельности, которые можно исследовать в человека, являются:
1 Сила сокращения мышц.
2 Скорость сокращения.
3 Выносливость (измеряется временем удержания 50% силы мышц от максимальной).
Мышечная сила - это усилие, которое может произвести мышца или группа мышц в процессе работы. Максимальной силой считают силу, которую развивает мышца при сокращении, когда он чуть сдвигает с места максимальный груз. Мощность сокращение - взрывной компонент силы и скорости движения: мощность = (сила х расстояние) / час.
Максимальная сила мышц зависит от количества и начальной длины мышечных волокон, которые сокращаются; частоты ПД, генерируемых в их нейромоторного единицах; физиологического поперечного сечения мышцы, который существенно возрастает благодаря тренировкам, которые приводят к его гипертрофии, увеличение силы сокращения.
При одинаковых условиях максимальная сила мышц у мужчин больше, чем у женщин. Мужской гормон тестостерон имеет значительный анаболический воздействие - увеличивает синтез белков в мышцах. Даже при незначительной физической активности масса мышц у мужчин почти на 40% больше, чем у женщин. Женские половые гормоны - эстрогены стимулируют синтез жира, который преимущественно откладывается в груди, бедрах, подкожной ткани: жира женщины имеют около 27% массы тела, а мужчины - около 15%. Половые гормоны влияют также на темперамент: тестостерон увеличивает агрессивность, достижение цели при экстремальных ситуациях в спорте, в то время как влияние эстрогена связывают с мягкими чертами характера.
Скорость сокращения мышцы - врожденное явление. На основе анализа факторов, от которых зависит скорость двигательных реакций, можно выделить следующие параметры: подвижность основных нервных процессов в ЦНС, соотношение быстрых и медленных мышечных волокон, их моторных единиц. Специализация в некоторых видах спорта может быть выбрана в зависимости от того, какие виды мышечных волокон преобладают: "дети рождаются, чтобы стать спринтерами или стайерами или прыгунами" (табл. 8.1).
Энергетическое обеспечение при мышечной деятельности зависит от состояния висцеральных систем организма - в первую очередь, дыхания и обращения крови, транспортирует кислород и питательные вещества к мышечным клеткам и выносит из них отработанные продукты. Поэтому определение их функциональных показателей, характеризующих адаптацию этих систем к физической нагрузке, является важным тестом оценки периодов физической деятельности организма и его работоспособности.
На сегодня известно, что сокращение мышцы зависит от количества энергии, производится во время гидролиза АТФ на АДФ и Фн. В одном мышечном волокне содержится около 4 ммоль / л АТФ, которой хватает на выполнение
ТАБЛИЦА 8.1. Количество быстрых и медленных мышечных волокон (%) в четырехглавой мышце бедра спортсменов различных видов спорта
максимального сокращения в течение 2 с. Спустя это время с АДФ и Фн синтезируется новая молекула АТФ, которая обеспечивает последующее сокращение.
Для длительного мышечного сокращения необходимы большие запасы АТФ. Источниками ее образования могут быть:
1 Креатинфосфат (КФ). характеризующееся наличием высокоэнергетического фосфатного связи, при гидролизе которого высвобождается большее количество энергии, чем при расщеплении АТФ. Освобожденная энергия идет на связывание АДФ с новым фосфатом, синтез новой молекулы АТФ, которая обеспечивает сокращение мышцы. Однако запасы КФ тоже небольшие, их хватает на 6-8 с.
2 Гликоген постоянно присутствует в мышечных волокнах. Благодаря гликолиза, не требует кислорода, гликоген быстро превращается в пировиноградную кислоту, а затем - в молочную кислоту, которая освобождает энергию для преобразования АДФ в АТФ. Однако при гликолизе накапливается большое количество конечных продуктов (лактат), которые негативно влияют на мышечное сокращение.
3 Наиболее надежным поставщиком энергии для мышечного сокращения является окислительная система, которая обеспечивает 95% нужной энергии для длительной и непрерывной работы. Продуктами для окисления является глюкоза, жирные кислоты и аминокислоты (рис. 8.22).
Несмотря на полноценное висцеральное и метаболическое обеспечение физической нагрузки, человек чувствует усталость, которая приводит к снижению работоспособности и требует времени для ее восстановления. И. М. Сеченов (1903 г..) Впервые показал, что восстановление работоспособности утомленных мышц руки человека после длительной работы при поднятии груза резко ускоряется, если в период отдыха проводить работу другой рукой.
Такая же закономерность наблюдалась и при других видах двигательной активности. И. М. Сеченов, в отличие от простого покоя, такой отдых назвал активным. Объяснялся это влияние активного отдыха взаимоотношениями, которые наблюдаются в центрах регуляции этих мышц.
Основные закономерности процессов утомления и восстановления были описаны академиком Г. В. Фольбортом, которые И. П. Павлов назвал "правил Фольборта".
Приведем некоторые из них:
1 Уровень работоспособности зависит от соотношения процессов утомления и восстановления, между которыми существует прямая связь - чем быстрее развивается истощение (при интенсивной работе), тем быстрее происходит восстановление.
2 Восстановительные процессы развиваются не прямолинейно, а волнообразно. В процессе восстановления различают две фазы - фаза достижения начальной работоспособности и фаза устойчивой, постоянной работоспособности.
3 Зная продолжительность труда и отдыха после нее, можно достичь двух состояний - хронического переутомления и постепенного наращивания постоянной работоспособности. Очевидно, это всем известный процесс тренировки. Если же изнурительные нагрузки выполняет орган, состояние которого не успел измениться, то, наоборот, процесс восстановления замедляется и ослабляется - развивается состояние хронического истощения. Эти закономерности не потеряли значения и в наше время. наоборот, получили дальнейшее развитие на молекулярном уровне.
Основные механизмы развития утомления:
■ центральные механизмы - усталость как следствие изменений в ЦНС, которые проявляются процессами торможения, нарушением координации двигательных функций, уменьшения
РИС. 8.22.
нием активности мотонейронов и снижением ими частоты генерации ПД;
■ периферические механизмы - усталость происходит на клеточном уровне как следствие недостатка АТФ, синтезируемого в митохондриях, и накоплением кислых продуктов, которые вызывают ацидоз. Если центральные механизмы могут иметь место у нетренированных субъектов, то значительные и максимальные физические нагрузки приводят к развитию усталости благодаря нехватки энергетических ресурсов на клеточном уровне, и повреждения работающих мышц.
Интенсивные физические нагрузки сопровождаются болевыми ощущениями в области мышц, природа которых связана с;
■ повышением концентрации мышечных ферментов в плазме крови
■ миоглобинемия (наличием миоглобина в крови)
■ наличием воспалительной реакции;
■ нарушением структуры мышц.
События, развивающиеся в мышцах, имеют такую последовательность:
1 Высокое напряжение сократительной-эластичной системы мышцы приводит к структурным повреждений мембраны мышечного волокна и самой мышцы.
2 Повреждение клеточной мембраны мышцы обусловливает нарушение кальциевого гомеостаза в поврежденном волокне, что приводит к отмиранию клеток, пик которого наблюдается на 24-40 час.
3 Продукты активности макрофагов, а также внутриклеточное содержание (простагландины, гистамин, кинины, ионы К +, Н +) накапливаются вне клеток и раздражают нервные окончания мышцы.
Также установлено, что возникновение болевых ощущений в мышцах является результатом повреждения структур, сопровождающееся выделением внутриклеточных белков и увеличением обмена миозина и актина. В процессе повреждения и восстановления мышцы участвуют лизосомы, ионы Са2 + , свободные радикалы, соединительная ткань, воспалительные реакции, внутриклеточные миофибриллярных белки.
Профилактикой выявленных изменений является уменьшение эксцентричного компонента мышечной деятельности в начале работы с постепенным увеличением интенсивности нагрузки от минимальной до максимальной.
Наибольшая сила мышц достигается либо за счет наибольшего увеличения массы поднимаемого или перемещаемого груза, либо за счет возрастания ускорения, т. е. изменения скорости до максимальной величины. В первом случае увеличивается напряжение мышцы, а во втором - скорость ее сокращения. Движения у человека обычно происходят при сочетании сокращения мышц с их напряжением. Поэтому при возрастании скорости сокращения пропорционально увеличивается и напряжение. Чем больше масса груза, тем меньше сообщаемое ему человеком ускорение.
Максимальная сила мышцы измеряется определением массы максимального груза, который она может сместить. При таких изометрических условиях мышца почти не сокращается, а ее напряжение является предельным. Следовательно, степень напряжения мышцы - выражение ее силы.
Силовые движения характеризуются максимальным напряжением при увеличении массы груза и неизменной скорости его перемещения.
Сила мышцы не зависит от ее длины, а зависит главным образом от ее толщины, от физиологического поперечника, т. е. от количества мышечных волокон, приходящихся на наибольшую площадь ее поперечного сечения. Физиологическим поперечником называется площадь сечения всех мышечных волокон. У перистых и полуперистых мышц этот поперечник больше анатомического. У веретенообразных и параллельных мышц физиологический поперечник совпадает с анатомическим. Поэтому наиболее сильные перистые мышцы, затем полуперистые, веретенообразные и, наконец, наиболее слабые мышцы с параллельным ходом волокон. Сила мышцы зависит также от ее функционального состояния, от условий ее работы, от предельной частоты и величины, пространственной и временной суммации притекающих к ней нервных импульсов, вызывающих ее сокращение, количества функционирующих нейромоторных единиц и от импульсов, регулирующих . Сила мышц повышается при тренировке, снижается при голодании и утомлении. Вначале она увеличивается с возрастом, а затем к старости уменьшается.
Сила мышцы при максимальном ее напряжении, развиваемая при наибольшем ее возбуждении и наиболее выгодной длине до начала ее напряжения, называется абсолютной .
Абсолютная сила мышцы определяется в килограммах или ньютонах (Н). Максимальное напряжение мышцы у человека вызывается волевым усилием.
Относительная сила мышцы высчитывается следующим образом. Определив абсолютную силу в килограммах или ньютонах, делят ее на число квадратных сантиметров поперечного сечения мышцы. Это позволяет сравнить силу разных мышц одного и того же организма, силу одноименных мышц разных организмов, а также изменения силы одной и той же мышцы данного организма в зависимости от сдвигов ее функционального состояния. Относительная сила скелетной мышцы лягушки 2-3 кг, разгибателя шёи человека - 9 кг, жевательной мышцы - 10 кг, двуглавой мышцы плеча - 11 кг, трехглавой мышцы плеча - 17 кг.
Растяжимость и эластичность
Растяжимостью называется способность мышцы увеличивать длину при действии груза или силы. Растяжение мышцы зависит от массы груза. Чем больше груз, тем больше растягивается мышца. По мере возрастания груза требуется все больший груз или сила для получения одинакового прироста длины. Имеет значение и продолжительность действия груза. При приложении груза или силы в течение 1-2 с происходит удлинение мышцы (быстрая фаза), а затем ее растяжение замедляется и может продолжаться несколько часов (медленная фаза). Растяжимость зависит от функционального состояния мышцы. Красные мышцы растягиваются больше белых. Растяжимость зависит и от типа строения мышцы: параллельные мышцы растягиваются больше перистых.
Скелетные мышцы обладают эластичностью, или упругостью,- способностью возвращаться после деформации в исходное состояние. Эластичность, как и, растяжимость, зависит от функционального состояния, строения мышцы, ее вязкости. Восстановление исходной длины мышцы также происходит в 2 фазы: быстрая фаза продолжается 1-2 с, медленная фаза - десятки минут. Длина мышцы после растяжения, вызванного большим грузом или силой, и после длительного растяжения долго не возвращается к исходной. После кратковременного действия небольших грузов длина мышцы быстрее возвращается к исходной. Таким образом, для эластичности мышцы имеет значение степень и продолжительность ее растяжения. Эластичность мышцы малая, непостоянная и почти совершенная.
Длина анизотропных дисков при сокращении и пассивном растяжении не изменяется. Уменьшение длины мышечного волокна при сокращении и увеличение при его растяжении происходит вследствие изменения длины изотропных дисков. При укорочении волокна до 65% изотропные диски исчезают. Во время изометрического сокращения анизотропные диски укорачиваются, а изотропные удлиняются.
При сокращении увеличивается эластичность изотропных дисков, которые становятся почти в 2 раза длиннее анизотропных. Это предохраняет волокно от разрыва при очень быстром уменьшении длины анизотропных дисков, наступающем при изометрическом сокращении мышцы. Следовательно, растяжимостью обладают только изотропные диски.
Растяжимость увеличивается при утомлении пропорционально возрастанию утомления. Растяжение мышцы вызывает повышение ее обмена веществ и температуры. Гладкие мышцы растягиваются значительно больше, чем скелетные, в несколько раз больше своей первоначальной длины.
Эластичность мышцы уменьшается при контрактурах, при окоченении. В покое эластичность мышцы является свойством миофибрилл, саркоплазмы, сарколеммы и соединительнотканных прослоек, при сокращении - свойством сокращенных миофибрилл.
Растяжение гладких мышц до критического предела может происходить без изменения их напряжения. Это имеет большое физиологическое значение при растяжении гладкой мускулатуры полых органов, в которых при этом не изменяется давление. Например, давление в мочевом пузыре не изменяется при значительном растяжении его мочой.
Работоспособность мышц
Работа мышцы измеряется произведением массы поднятого ею груза на высоту его поднятия или на путь, следовательно, на высоту сокращения мышцы. Универсальной единицей работы, а также количества теплоты, является джоуль (Дж). Работоспособность мышцы изменяется в зависимости от ее физиологического состояния и нагрузки. При увеличении груза работа мышцы вначале увеличивается, а затем после достижения максимального значения уменьшается и доходит до нуля. Начальное увеличение работы при увеличении груза зависит от повышения способности мышцы возбуждаться и от прироста высоты сокращения. Последующее уменьшение работы зависит от понижения сократительной способности мышцы вследствие возрастающего растяжения грузом. Величина работы зависит от количества мышечных волокон и их длины. Чем больше поперечное сечение мышцы, чем она толще, тем больше груз, который она может поднять.
Перистая мышца может поднять большой груз, но так как длина ее волокон меньше длины всей мышцы, то она поднимает груз на сравнительно небольшую высоту. Параллельная мышца может поднять меньший груз, чем перистая, так как ее поперечное сечение меньше, но высота подъема груза больше, так как длина ее мышечных волокон больше. При условии возбуждения всех мышечных волокон высота сокращения мышц при прочих равных условиях тем больше, чем волокна длиннее. На величину работы влияет растяжение мышечных волокон грузом. Первоначальное растяжение небольшими грузами увеличивает высоту сокращения, а растяжение большими грузами уменьшает высоту сокращения мышцы. Работа мышцы зависит также от количества мионевральных аппаратов, от их расположения и от одновременного их возбуждения. При утомлении работа мышцы уменьшается и может прекратиться; высота сокращения мышцы по мере развития утомления понижается, а затем доходит до нуля.
Законы оптимальной нагрузки и оптимального ритма
Так как по мере увеличения груза уменьшается высота сокращения мышцы, то работа, являющаяся произведением груза и высоты, достигает наибольшей величины при некоторых средних нагрузках. Эти средние нагрузки называются оптимальными.
При прочих равных условиях при оптимальных нагрузках мышца сохраняет свою работоспособность наиболее продолжительное время. При оптимальной нагрузке работоспособность мышцы зависит от частоты ритма ее сокращений, т. е. от частоты равномерного чередования сокращений мышцы. Ритм сокращений мышцы при средней нагрузке, при которой сохраняется наиболее продолжительная работоспособность мышцы, называется оптимальным,
У разных мышц оптимальные нагрузки и оптимальный ритм неодинаковы. Они изменяются и у данной мышцы в зависимости от условий работы и ее физиологического состояния.
Оптимальная нагрузка и оптимальный ритм обусловлены прежде всего нервной системой (И. М. Сеченов). Что касается человека, то его умственная и физическая работоспособность определяется социальными условиями труда (орудиями труда, отношением к труду, эмоциями и др.). Оптимальная нагрузка и оптимальный ритм у человека значительно изменяются в зависимости от жизненного опыта, возраста, питания и тренированности.
Динамическая работа и статическое усилие
Работа скелетных мышц, обеспечивающая движения тела и его частей, называется динамической, а напряжение скелетных мышц, обеспечивающее поддержание тела в пространстве и преодоление земного притяжения, называется статическим усилием.
Динамическая работа различается по мощности. Измерителем мощности, или интенсивности, является работа, выполненная в единицу времени. Единица мощности - ватт (вт = 1 Дж/с). Между интенсивностью динамической работы и ее продолжительностью существует закономерное отношение. Чем больше интенсивность работы, тем меньше ее продолжительность. Различают работу малой, умеренной, большой, субмаксимальной и максимальной интенсивности. При динамической работе учитывается скорость, или быстрота движений. Для измерения быстроты движений используются: 1) время двигательной реакции, быстрота реагирования, или латентный период двигательного рефлекса, 2) продолжительность отдельного движения при минимальном напряжении мышц, 3) число движений в единицу времени, т. с. их частота.
Скорость движений зависит от характера и ритма импульсов из центральной нервной системы, от функциональных свойств мышц во время движений, а также от их строения. Способность производить мышечную деятельность определенного вида и интенсивности в течение наибольшего времени обозначается как выносливость. Чем больше выносливость, тем позднее начинается утомление.
Основные виды выносливости: 1) статическая - непрерывное, в течение предельного времени поддерживание напряжения скелетных мышц при постоянной силе давления или удерживании в постоянном положении определенного груза. Предельное время статического усилия тем меньше, чем больше сила давления или величина груза, 2) динамическая - непрерывное выполнение мышечной работы определенной интенсивности в течение предельного времени. Предельное время динамической работы скелетных мышц, зависит от ее мощности. Чем больше мощность, тем короче предельное время динамической выносливости.
Динамическая выносливость в большой степени зависит от повышения работоспособности внутренних органов, особенно сердечнососудистой и дыхательной систем.
Динамическая работа характеризуется также ловкостью.
Ловкость - это способность производить координированные движения с очень большой пространственной точностью и правильностью, быстро и в строго определенные, очень небольшие промежутки времени при внезапной перемене внешних условий.
Статическое усилие состоит в поддержании в течение некоторого времени напряжения мышц, т. е. в удержании веса тела, конечности или груза в неподвижном состоянии. В физическом смысле удерживание груза или тела в неподвижном состоянии не является работой, так как при этом отсутствует движение груза или веса тела. Примерами статических усилий являются неподвижное стояние, вис, упор, неподвижное держание руки, ноги или груза. Продолжительность статического усилия зависит от степени напряжения мышц. Чем меньше величина напряжения мышц, тем оно продолжительнее. При статических усилиях расходуется, как правило, значительно меньше энергии, чем при динамической работе. Расход энергии тем больше, чем тяжелее статическое усилие. Тренировка увеличивает продолжительность статических усилий.
Выносливость к статическим усилиям зависит не от повышения работоспособности внутренних органов, а главным образом от функциональной устойчивости двигательных центров к частоте и силе афферентных импульсов.
Наиболее общим проявлением функции движения является работоспособность мышц, которая лежит в основе возрастной эволюции различных двигательных качеств, определяющих взаимодействие организма со средой.
Напомню, что под физической работоспособностью понимается потенциальная способность человека показать максимум физического усилия в статической, динамической или смешанной работе. Изучение возрастных особенностей величины этого показателя у детей младшего школьного возраста существенно затруднен, так как основной метод регистрации уровня физической работоспособности требует определенного уровня физического развития. Поэтому достоверные данные об изменении мышечной работоспособности относятся почти исключительно к детям старше 6-7 лет.
Систематические исследования изменений мышечной работоспособности у детей в возрасте от 7 до 18 лет показывает, что с возрастом работа, выполняемая ребенком на эргографе, в течение 1 мин увеличивается, причем прирост количества работы изменяется неравномерно в разные возрастные периоды. Существуют и определенные особенности, характеризующие процесс роста и развития ребенка.
Так, например, амплитуде эргограмм свойственно снижение (отчетливое) в период от 7 -9 до 10 -12 лет, которое сменяется затем постепенным увеличением. Обнаруживается четко выраженное снижение суммарной биоэлектрической активности мышц, то есть с возрастом улучшается использование мышцами нервного напряжения.
Изменяется также и характер биоэлектрической активности. Если у детей 7-9 лет пачки импульсов выражены нечетко, часто отмечается непрекращающаяся электрическая активность, то по мере роста и развития ребенка участки повышенной активности все более разделяются интервалами, на протяжении которых биопотенциалы не регистрируются. Это указывает на то, что с возрастом повышается уровень функционирования двигательного аппарата.
По мере роста и развития ребенка происходит концентрация нервных процессов и повышение лабильности мышц.
Одной из важных характеристик мышечной работоспособности является ее восстановление после физической нагрузки. Изучение этого вопроса представляет не только чисто теоретический интерес, но имеет и большое практическое значение для обоснования рационального режима деятельности и отдыха.
По мере старения организма работоспособность мышц уменьшается. Наиболее общую характеристику возрастной эволюции двигательной деятельности мышц может дать изучение степени развития двигательных качеств: силы, скорости, выносливости.
Возрастная изменчивость мышц.
Быстрота движений
Выносливость
Координация деятельности мышц
Показатели силы мышц в разные возрастные периоды
Развитие силы в онтогенезе характеризуется неравномерностью, обнаруживаемой при сравнении прироста силы какой-либо одной мышцы, или группы мышц в разные периоды времени.
Наиболее систематические исследования в этом плане принадлежат Коробкову (1962), который изучал силу сгибательных и разгибательных движений пальцев, кисти рук, предплечья, плеча и др.
Было показано, что общей закономерностью изменений максимальной силы мышц с возрастом является преобладание функций разгибателей нижних конечностей над функцией сгибателей.
Увеличение силы в онтогенезе выражено неодинаково для различных групп мышц.
С 6-7 лет наиболее значительно развивается сила мышц, сгибающих туловище, бедро, а также мышц, осуществляющих подошвенное сгибание стопы.
В 9-11 лет картина несколько изменяется. Для мышц руки наибольшими становятся показатели силы при движении плечом и наименьшими - кистью. Значительно увеличивается сила мышц, разгибающих туловище и бедро.
В 13-14 лет это соотношение снова изменяется, сила мышц, выполняющих разгибание туловища, бедра и подошвенное разгибание стопы вновь возрастает.
И лишь к 16-17 годам завершается формирование того соотношения силы мышц, типичного для взрослого человека.
В период после 50 лет это соотношение вновь изменяется.
Интенсивность развития силы мышц зависит от пола. По мере роста и развития становятся все более выраженными различия между показателями мышечной силы у мальчиков и девочек. В младшем школьном возрасте (7-9 лет) мальчики и девочки имеют одинаковую силу большинства мышечных групп.
У девочек к 7-9 годам сила мышц, разгибающих туловище, ниже, чем у мальчиков, однако к 10-12 годам у девочек становая сила возрастает настолько интенсивно, что они становятся и относительно, и абсолютно сильнее мальчиков.
После этого преимущественное развитие силы у мальчиков приводит к концу периода полового созревания к значительному преобладанию силы мышц над силой мышц у девочек.
Расчет величины максимальной силы на 1 кг веса тела позволяет оценить совершенство нервной регуляции, химизма и строения мышц. Отмечено, что в возрасте от 4-5 до 6-7 лет нарастание максимальной силы почти не сопровождается изменениями ее относительного показателя. Причиной указанного роста являются несовершенство нервной регуляции и функциональная незрелость мотонейронов, не позволяющих эффективно мобилизовать увеличенную к этому возрасту мышечную массу.
В дальнейшем в возрасте после 6-7 до 9-11 лет для ряда мышц рост относительной силы становится особенно заметным. В это время наблюдаются быстрые темпы совершенствования нервной регуляции произвольной мышечной деятельности, а также изменениями биохимической и гистологической структуры мышц. Это положение подтверждается тем, что в возрастной период от 4 до 30 лет мышечная масса возрастает в 8 раз, а сила мышц в 9 -14 раз.
Быстрота движений
Быстрота движений характеризует способность выполнять различные действия в наиболее короткий отрезок времени.
Развитие этого качества определяется состоянием самого двигательного аппарата и деятельностью центральных иннервационных механизмов, то есть высокий уровень быстроты движений тесно связан с подвижностью и уравновешенностью процессов возбуждения и торможения. С возрастом быстрота движений увеличивается.
Определяя этот показатель по максимальной частоте оборотов педалей велоэргометра, удалось установить, что наибольшее развитие этого качества достигается у детей 14-15 лет.
Быстрота движения тесно связана и с другими качествами - силой и выносливостью. Примечательно, что максимальные показатели быстроты вращения педалей зависят от сопротивления движению педалей, так как увеличение нагрузки, прилагаемой в упражнении, приводило к смещению максимальных значений скорости в сторону более старших возрастов.
Такая же картина была обнаружена и при увеличении длительности педалирования, то есть когда испытуемым требовалось проявить большую выносливость.
Таким образом, быстрота движений на разных этапах онтогенеза зависит от степени функционального развития нервных центров и периферических нервов, что определяет в конечном счете скорость передачи возбуждения от нейронов к мышечным единицам.
Исследования показали, что скорость проведения импульсов в волокнах периферических двигательных нервов достигает величин взрослых уже к 5 годам. Это положение подтверждается данными гистологии, показывающими, что строение волокон передних спинномозговых корешков у человека начинает соответствовать строению взрослого организма между 2 и 5 годами, а волокон задних корешков - между 5 и 9 годами.
Выносливость
Выносливость - это способность продолжать работу при развивающемся утомлении. Но несмотря на большую практическую значимость выяснения возрастных особенностей развития выносливости, развитие этой стороны двигательных качеств менее всего изучено.
Некоторые данные, представленные ниже на рис. 30, указывают на то, что статическая выносливость (измеряемая по времени сжимания рукой кистевого динамометра при силе, равной половине от максимального) с возрастом значительно увеличивается.
Например, у мальчиков 17 лет выносливость была в 2 раза выше, чем у семилетних, а достижение взрослого уровня происходит только в 20-29 лет. К старости выносливость уменьшается примерно в 4 раза.
Примечательно, что в разные возрастные периоды выносливость не зависит от развития силы. Если наибольший прирост силы наблюдается в 15-17 лет, то максимум повышения выносливости происходит в возрасте 7-10 лет, то есть при быстром развитии силы развитие выносливости замедляется.
Рис. 30. Максимальная сила сжатия правой кисти (Леонова, Гарсия, 1986 г.).