МЫШЕЧНАЯ РАБОТА • Med-of-Rita

Основной функцией мышечной системы (см.) человека и животных является двигательная (моторная). Мышцы (см.) производят перемещение в пространстве тела или отдельных частей тела относительно друг друга, т. е. производят работу. Этот вид Мышечной работы называют динамическим или фазным (динамическая, или фазная, Мышечная работа). Мышцы обеспечивают также определенное положение тела и противодействие внешним силам, стремящимся изменить это положение. Мышечная работа, производимая при этом, называется статической. Длительное напряжение мышц, обеспечивающее поддержание определенного положения тела и противодействие гравитации, называют тонусом (см.). Обычно динамическая и статическая Мышечная работа дополняют друг друга: статически работающие мышцы обеспечивают определенное положение тела в пространстве, на основе к-рого выполняется динамическая Мышечная работа.

При Мышечной работе возрастает потребность в кислороде, что вызывает необходимость увеличения кровоснабжения скелетных мышц и миокарда. М. р., особенно динамическая, увеличивает возврат венозной крови к сердцу, усиливает и учащает его сокращения (см. Кровообращение). При напряженной М. р. частота сердечных сокращений возрастает до 200 ударов в 1 мин., минутный объем сердца — до 20—35 л и более. М. р. сопровождается усилением газообмена (см.) и интенсивности дыхания (см.), наблюдается изменение легочной вентиляции (см.), диффузионной способности альвеол и т. д. Мышечная работа значительно увеличивает энерготраты организма: суточный расход энергии может достигать 4500—5000 ккал (21 000*10³ дж).

Между величиной нагрузки и производимой М. р. существует определенная зависимость: по мере увеличения нагрузки М. р. возрастает до какого-то определенного уровня, а затем уменьшается. Максимальная М. р. производится при средних нагрузках (так наз. правило средних нагрузок), что связано с особенностями динамики мышечного сокращения (см.). М. р. зависит также и от скорости сокращения мышцы. При большой скорости укорочения мышцы основная часть энергии тратится на преодоление собственной вязкости, и чем больше скорость сокращения, тем выше внутреннее трение. Поэтому внешняя работа максимальна при средних скоростях укорочения.

Обпще затраты энергии (Е) представляют собой сумму энергии, затраченной на собственно механическую работу (W), и энергии, переходящей в тепло (H):

E = W + H.

Поскольку мышцы работают практически в изотермическом режиме, их теплопродукция не столько зависит от произведенной механической работы, сколько определяется величиной укорочения (так наз. тепло укорочения). В ходе изотонического мышечного сокращения выделение тепла пропорционально выполненной работе (правило Фенна). Коэффициент полезного действия М. р.

(R) представляет собой отношение величины внешней механической работы (W) к общему количеству выделенной в виде тепла (Е) энергии:

R = (W/E)*100%

Наиболее высокое значение кпд изолированной мышцы наблюдается при внешней нагрузке, составляющей ок. 50% от максимальной величины внешней нагрузки, и при скорости укорочения мышцы в пределах 30% от максимума. Производительность работы (R) у человека определяют по величине потребления кислорода в период работы и восстановления по формуле:

R = 0,49*(W/V_O₂)*100,

где 0,49 — коэффициент пропорциональности между объемом потребленного кислорода и выполненной механической работой, т. е. при 100% эффективности для выполнения работы, равной 1 кгс*м (9,81 дж), необходимо 0,49 мл кислорода. Производительность М. р. зависит от ее мощности: при постоянной мощности динамической работы ее максимальная эффективность наблюдается при средних значениях нагрузки, размаха (амплитуды) и частоты движений; при повышении мощности производительность падает.

Важным показателем Мышечной работы является мышечная выносливость. В условиях статической М. р. мышечная выносливость определяется временем, в течение к-рого поддерживается статическое напряжение или удерживается нек-рый груз. Предельное время статической работы (статическая выносливость) обратно пропорционально нагрузке. Выносливость в процессе выполнения динамической М. р. может измеряться отношением величины работы ко времени ее выполнения. При этом выделяют пиковую и критическую мощность динамической М. роликовая мощность — это максимальная мощность, достигаемая в какой-то момент динамической работы; критическая мощность — это мощность, поддерживаемая на одинаковом уровне достаточно длительное время. Выделяют также динамическую выносливость, к-рая определяется временем осуществления работы с заданной мощностью.

Производительность М. р. в значительной мере зависит от тренировки (см.), уменьшающей энергозатраты организма за счет уменьшения потребления кислорода при выполнении одной и той же работы. Одновременно тренировка повышает эффективность деятельности сердечнососудистой и дыхательной систем: у тренированных людей в состоянии мышечного покоя уменьшаются систолический и минутный объем сердца, кислородный запрос (т. е. потребность в кислороде) и кислородный долг при выполнении М. р. Кислородным долгом или кислородной задолженностью называется то количество кислорода, к-рое потребляется по окончании М. р. без учета его потребления в покое. Кислородная задолженность отражает процессы расщепления высокоэнергётических веществ, не восстанавливающихся в ходе работы, а также траты кислородного резерва организма во время М. р. Кислородная задолженность складывается в основном из трех компонентов. Первый возникает в течение первых 1—2 мин. за счет падения содержания кислорода в венозной крови и мышечной ткани, второй — за счет быстрого ресинтеза высокоэнергетических соединений типа АТФ и креатинфосфата и, наконец, третий — за счет уменьшения содержания кислорода, затрачиваемого на удаление молочной к-ты, образующейся при анаэробном расщеплении гликогена. Т. о., устойчивость к снижению содержания потребляемого кислорода является важным критерием физической выносливости. У нетренированных людей максимальная кислородная задолженность обычно не превышает 10 л кислорода, у тренированных может достигать 20 л.

Тренировка повышает также мышечную силу. При тренировке происходит рабочая мышечная гипертрофия, заключающаяся в утолщении мышечных волокон за счет увеличения массы саркоплазмы и объема сократительного аппарата мышечных волокон. Предполагается, что в основе рабочей гипертрофии мышц лежит усиление синтеза мышечных белков. Иными словами, усиленная мышечная деятельность воздействует на генетический аппарат мышечных клеток. Тренировка способствует улучшению координации и автоматизации мышечных движений, вследствие чего исчезает активность «лишних» мышц, что способствует повышению работоспособности и быстрому восстановлению после утомления (см.). Снижение мышечной активности приводит к появлению целого комплекса неприятных для организма последствий (см. Гиподинамия).

И. М. Сеченов обнаружил, что более быстрое восстановление работоспособности утомленной руки происходит не во время полного покоя, а при одновременной работе другой руки. Им был поставлен опыт, в процессе к-рого на правую руку давалась физическая нагрузка; после 10-минутного отдыха работоспособность руки несколько восстанавливалась, хотя и оставалась ниже исходной. Если во время отдыха правой руки выполнялась работа левой, то работоспособность правой возрастала. Активный отдых формируется внутрицентральными нервными отношениями. После работы правой руки до утомления нервные центры, иннервирующие ее мускулатуру, приходят в состояние угнетения. Возбуждение центров левой руки по механизму отрицательной индукции усиливает процесс торможения в центрах правой руки, что способствует восстановлению работоспособности мышц правой руки.

Приборы для исследования мышечной работы

Мышечная работоспособность — один из наиболее признанных показателей физ. развития, входящий в комплекс основных антропометрических исследований. Через него опосредуются такие показатели, как величина максимальной силы, развиваемой отдельной мышцей или группой мышц при их сокращении, и величина статической выносливости, отражающая способность к длительной работе.

Для измерения силы различных мышц или групп мышц используются измерительные приборы — динамометры (соответственно все методы измерения М. р. получили название динамометрии). Известны ртутные и пружинные динамометры. Принцип использования ртутного динамометра для измерения силы был предложен Келлоггом (J. S. Kellogg, 1893), первый ртутный динамометр для кисти — Анри (Ch. Henry, 1905). Среди приборов данного типа известны различные модификации. Динамометры обычно состоят из ртутного или водяного манометра и резинового баллона — датчика. Большее распространение получили динамометры, в к-рых измеряется деформация упругой эллипсовидной или плоской пружины. Первые известны как динамометры Ко л лен а и применяются для измерения силы сгибателей пальцев руки и становой силы. Недостатками динамометров этого типа являются большая погрешность измерения усилия (более ±10%), неравномерность шкалы, зависимость показаний от размеров кисти руки, возможность умышленного завышения показаний. Другие конструкции динамометров разработаны Штернбергом (Sternberg, 1907), Хансиккером и Доннелли (P. A. Hunsicker, R. J. Donnelly, 1955). В СССР динамометры с эллипсовидной пружиной не выпускаются.

Медицинской промышленностью СССР освоен выпуск 9 типов динамометров различного функционального назначения. Для измерения силы кисти широко применяются ручные плоскопружинные динамометры типа ДРП: ДРП-10, предназначенный для детей младшего школьного возраста и ослабленных больных с заболеваниями опорно-двигательного аппарата, ДРП-30 — для детей среднего школьного возраста и для ослабленных больных, ДРП-90 — для здоровых взрослых и ДРП-120 — для спортсменов; цифры показывают предел измерения силы (в кгс).

Рис. 1. Общий вид динамометра ДРП.

Рис. 2. Конструктивная схема динамометра ДРП: плоская пружина (1) жестко закреплена в корпусе (2). К средней части пружины прикреплена опора (3) для кисти, связанная с регулировочным винтом (4), который своей головкой упирается в площадку рычага (5), соединенного с зубчатым сектором (7). Зубчатое зацепление передает вращение трибке (6) и связанной с ней стрелке (8). После прекращения действия силы механизм динамометра обеспечивает фиксацию положения стрелки на шкале, возврат ее в нулевое положение исключает завышение показаний.

Общий вид и конструктивная схема динамометра типа ДРП представлены на рисунках 1 и 2.

Рис. 3. Общий вид динамометра реверсивного ДР.

Для измерения силы мышц сгибателей и разгибателей в одном и том же суставе применяется реверсивный динамометр типа ДР (рис. 3). Он предназначен для измерения силы шейных мышц, а также мышц локтевого, плечевого, коленного и других суставов, для исследования заболеваний нервно-мышечной системы. Динамометр имеет предел измерения 25 кгс, габариты, не превышающие 130 X 135 X 30 мм, и массу (вес) 0,4 кг. Динамометр (рис. 3) при измерении устанавливается на исследуемой части тела с помощью упора или закрепляется кожаным ремнем. Результаты измерения фиксируются на шкале.

Рис. 4. Общий вид ручного механического динамографа ДРМ.

Рис. 5. Конструктивная схема динамографа ДРМ: при действии сжимающей силы со стороны опоры для кисти (1) плоская пружина (2) деформируется и толкатель (3) поворачивает рычаг (4), под действием которого поворачивается вал (5), сектор (6) и перо (7). Одновременно с отклонением пера отклоняется индикаторная стрелка (8), предназначенная для визуального наблюдения величины усилия сжатия. Ролик (9) обеспечивает перемещение диаграммной ленты (10) в процессе исследования с заданной скоростью.

Для определения силы и показателя статической выносливости различных групп мышц наиболее эффективно применение становых динамометров и динамографов. Для определения статической выносливости мышц разгибателей туловища, а также для измерения силы мышц разгибателей туловища пользуются становыми динамометрами типа ДС, имеющими как фиксированные, так и нефиксированные показания. Эти приборы выпускаются в двух вариантах: ДС-200 (предел измерения 200 кгс) и ДС-500 (предел измерения 500 кгс). Наибольший эффект при определении мышечной работоспособности и объективном контроле консервативного и хирургического лечения повреждений и заболеваний мышечного аппарата кисти и предплечья достигается при использовании ручного механического динамографа типа ДРМ (рис. 4 и 5), к-рый обеспечивает графическую регистрацию изменения силы во времени, а также визуальный контроль за величиной ее изменения (С. А. Винокурский и X. Б. Гинзбург, 1966).

Внешняя работа, производимая человеком, находится в определенной связи с общим расходом энергии и исследуется методом эргографии (см.).

Библиография: Винокурский С. А. и Гинзбург X, Б. Динамометр ручной плоскопружинный ДРП-1, Нов., мед. техники, в. 2, с. 34, 1964; они же, Становой динамометр, Нов. мед. приборостроения, в. 1, с. 133, 1970; Винокурский С. А., Гинзбург X. Б. и Корякин М. Ф. Реверсивный динамометр для определения силы ослабленных мышц, Мед. пром-сть СССР, № 6, с. 57, 1961; Данько Ю. И. Очерки физиологии физических упражнений, М., Т-974; Розенблат В. В. О новой конструкции ртутного динамометра, Физиол. журн. СССР, т. 39, № 6, с. 734, 1953; он же, Выносливость к статическим напряжениям как антропометрический показатель, М., 1964; Физиология человека, под ред. Н.В. Зимкина, М., 1975; Физиологические проблемы детренированности, под ред. А. В. Коробкова, М., 1970; Hunsicker Р. А. а. Donnelly R. J. Instruments to measure strength, Res. Quart. Amer. Ass. Hlth phys. Educ., v. 26, p. 408, 1955; Physiology, ed. by E. E. Selkurt, p. 669, Boston, 1976.

P. С. Орлов; В. М. Будник, С. А. Винокурский (мед. техн.).