Сила и мускулна функция. Физиологични основи на умората Сила и мускулна работа умора

Физическата умора е временно намаляване или спиране на работата на мускулите, причинено от тяхната работа. Умората се записва на ергограмата; се проявява във факта, че височината на мускулната контракция намалява или настъпва пълно спиране на нейните контракции. При умора мускулът често не може да се отпусне напълно и остава в състояние на продължително скъсяване (контрактура). Умората е първо резултат от промени във функциите на нервната система и предимно на мозъка, нарушаване на предаването на нервните импулси между невроните и между двигателния нерв и мускула, а след това е следствие от промени във функциите на мускула себе си.

Мускулна уморае резултат не само от промени във функциите на нервната и мускулната система, но и от промени в регулацията на всички автономни функции от нервната система.

Умората при динамична работа възниква в резултат на промени в обмяната на веществата, дейността на жлезите с вътрешна секреция и други органи и особено на сърдечно-съдовата и дихателната система. Намаляването на работата на сърдечно-съдовата и дихателната система нарушава кръвоснабдяването на работещите мускули и следователно доставянето на кислород и хранителни вещества и отстраняването на остатъчните метаболитни продукти.

Скоростта на настъпване на умората зависи от състоянието на нервната система, честотата на ритъма, в който се извършва работата, и размера на натоварването (натоварването). Увеличаването на натоварването и увеличаването на ритъма ускорява настъпването на умората.

Когато сте уморени, често се появява умора - чувство на умора, което липсва, ако работата представлява интерес. Напротив, когато се работи без интерес, умората настъпва по-рано и е по-голяма, въпреки че няма признаци на умора. Способността да се уморявате се нарича умора. Умората се причинява и от средата, в която се е появила преди това. Ако работата е била интересна и не е причинявала умора и умора, тогава средата, в която е била извършена, не причинява умора и умора. Промяната в средата, в която многократно се е появила умора, или многодневна продължителна почивка водят до изчезване на условния рефлекс на умора.

Мускулната умора е нормален физиологичен процес. Възстановяването на работата на мускулите става още по време на работа. След приключване на работа, производителността не само се възстановява, но и надвишава първоначалното си ниво преди работа.

Ориз. 32. Промяна в производителността в почивните дни след екстремна работа

Умората трябва да се разграничава от преумора.

Преумора е дисфункция на тялото, патологичен процес, причинен от хронична умора, сумиране на умора, тъй като няма условия за възстановяване на работоспособността на тялото.

Важно е да се предотврати появата на преумора. Появата на преумора се улеснява от нехигиеничните условия на труд, физическите упражнения, външната среда и лошото хранене.

При преумора се появяват хронично главоболие, силна раздразнителност, апатия, летаргия, сънливост през деня, нарушения на съня през нощта и безсъние, загуба на апетит и мускулна слабост. Координацията на мускулната работа и вегетативните функции е нарушена, има намаляване на метаболизма и спад на телесното тегло, увеличаване на сърдечната честота и понякога значително забавяне на сърдечната честота, понижаване на кръвното налягане, намаляване на дихателния обем, и т.н. Няма желание за работа, физическо възпитание и спорт, особено тези видове спорт, които причиняват умора.

Създаване на нормални хигиенни условия за физически труд и физически упражнения, преминаване към нов интересен вид физически труд и спорт, прехвърляне в друга среда, дълга почивка, увеличаване на времето, прекарано на чист въздух и сън, подобряване на храненето, приемане на въглехидрати и витамини, премахва преумората .

Уморае временно намаляване на работоспособността на клетка, орган или цял организъм, което възниква в резултат на работа и изчезва след почивка.

Ако дразните изолиран мускул, в който малък товар е спрян за дълго време с ритмични електрически стимули, амплитудата на неговите контракции постепенно намалява, докато достигне нула. Получената по този начин крива се нарича крива мускулна умора. Чрез измерване и сумиране на височината на всички контракции можете да разберете общата височина на повдигнатия товар и като умножите товара по тази стойност, можете да определите количеството работа, извършено от мускула преди настъпването на пълна умора.

Заедно с промяната в амплитудата на контракциите по време на умора, латентният период на контракция се увеличава и праговете на дразнене и хронаксия се увеличават, т.е. възбудимостта намалява. Трябва обаче да се подчертае, че всички тези промени не настъпват веднага след като мускулът започне да работи - има определен период, през който се наблюдава увеличаване на амплитудите на контракция и леко повишаване на мускулната възбудимост. В този случай мускулът става лесно разтеглив. В такива случаи те казват, че мускулът е „трениран“, тоест той се адаптира да работи при даден ритъм и сила на стимулация. При по-продължително дразнене настъпва умора на мускулните влакна.

Намаляването на работата на изолиран от тялото мускул при продължително дразнене се дължи на две основни причини. Първият от тях е, че по време на контракциите в мускулите се натрупват метаболитни продукти (по-специално млечна киселина, образувана по време на разграждането на гликоген), които имат потискащ ефект върху работата на мускулните влакна. Някои от тези продукти, както и калиевите йони, дифундират от влакната навън в перицелуларното пространство и имат потискащ ефект върху способността на възбудимата мембрана да генерира потенциал за действие.

Ако изолиран мускул, поставен в разтвора на Рингер, се доведе до точката на пълна умора от продължително дразнене, тогава е достатъчно просто да смените течността, която го измива, за да възстановите мускулните контракции.

Друга причина за развитието изолирана мускулна уморае постепенното изчерпване на енергийните му запаси. При продължителна работа на изолиран мускул настъпва рязко намаляване на запасите от гликоген, в резултат на което се нарушават процесите на ресинтез на АТФ и креатин фосфат, необходими за свиването.

Разглеждайки проблема с умората, трябва да се подчертае, че умората на изолиран скелетен мускул при директно стимулиране е чисто лабораторно явление и в естествените условия на съществуване на тялото умората на опорно-двигателния апарат при продължителна работа се развива напълно различно от това, което се наблюдава в експеримента. Това се дължи не само на факта, че в тялото мускулът непрекъснато се кръвоснабдява и следователно получава определено количество хранителни вещества (глюкоза, аминокиселини) от кръвта и се освобождава от метаболитни продукти, които нарушават нормалното функциониране на мускулни влакна. Основната разлика е, че в тялото вълнуващите импулси идват към мускула от нерва. Нервно-мускулната връзка се уморява много по-рано от мускулните влакна и следователно блокирайки предаването на възбуждане от нерв към мускул, предпазва последния от изтощение, причинено от продължителна работа. В целия организъм, още преди нервно-мускулните връзки, по време на работа се уморяват нервните центрове.

За първи път И. М. Сеченов (1903) показа, че възстановяването на работата на уморените мускули на ръката на човек след продължителна работа с повдигане на товар рязко се ускорява, ако работата се извършва с другата ръка по време на почивката. Временно възстановяване на работоспособността на мускулите на уморената ръка може да се постигне при други видове двигателна активност, например при работа на различни мускули на долните крайници. За разлика от простата почивка, такава почивка беше наречена активна от И. М. Сеченов. Сеченов смята тези факти за доказателство, че умората се развива предимно в нервните центрове.

Убедителни доказателства за ролята на промените в състоянието на нервните центрове за развитието на умората в целия организъм се предоставят от експерименти с внушение. Така субектът може да вдига тежка тежест за дълго време, ако му се каже, че в ръката му има лек кош. Напротив, ако внушите на субект, който вдига лека кошница, че е получил голяма тежест, тогава бързо се развива умора. В същото време промените в пулса, дишането и обмена на газ са в съответствие не с реалната работа, извършена от човек, а с това, което му се предлага (В. М. Василевски, Д. И. Шатенщайн).

От горното следва, че умората на изолиран скелетен мускул по време на прякото му дразнене, умората на нервно-мускулния препарат по време на дразнене на двигателния нерв и умората на двигателния апарат в целия организъм в условия на естествена дейност са подобни една на друга само в техният външен израз - намаляване на силата и големината на мускулните контракции.

По отношение на механизма на тяхното възникване тези явления се различават значително.

Ергография. За изследване на мускулната умора при хора в лабораторни условия се използват ергографи - устройства за регистриране на амплитудата на движение, извършвано ритмично от група мускули.

Пример за такова устройство е ергографът Mosso, който записва движението на натоварен пръст по време на флексия и екстензия и предоставя обобщена информация за работата на вътрешния флексор на този пръст и общия флексор на всички пръсти на ръката. Субектът, огъвайки и разгъвайки пръста си, повдига и спуска тежестта, окачена на пръста, в ритъма на ударите на метронома. Особен интерес представляват ергографите, които възпроизвеждат определени човешки работни движения. Първият такъв уред е ергографът, използван от И. М. Сеченов за изследване на работните движения при рязане с ръчен трион.

Чрез промяна на размера на натоварването и честотата на ударите на метронома е възможно да се установи ритъмът и натоварването, при които даден индивид, при дадените експериментални условия, извършва най-много работа за възможно най-кратко време.

Мускулна работа.По време на изометрично и изотонично свиване мускулът извършва работа.

При оценката на активността на мускулите обикновено се взема предвид само външната работа, която те произвеждат.

Работата на мускула, при която натоварването и костите се движат в ставите, се нарича динамична.

Работата (W) може да се определи като произведението на масата на товара (P) и височината на повдигане (h)

W= P h J (kg/m, g/cm)

Установено е, че обемът на работа зависи от големината на натоварването. Зависимостта на работата от големината на натоварването се изразява със закона за средните натоварвания: най-голямата работа се извършва от мускула при умерени (средни) натоварвания.

Максималната мускулна работа също се извършва със среден ритъм на свиване (законът за средните скорости).

Мускулната сила се определя като количеството извършена работа за единица време. Достига максимум във всички видове мускули и при средни натоварвания и при среден ритъм на съкращения. Бързите мускули имат най-голяма сила.

Мускулна умора.Умората е временно намаляване или загуба на работоспособност на отделна клетка, тъкан, орган или организъм като цяло, настъпваща след натоварвания (дейности). Мускулната умора възниква при продължителна контракция (работа) и има определено биологично значение, като сигнализира за (частично) изчерпване на енергийните ресурси.

При умора се намаляват функционалните свойства на мускула: възбудимост, лабилност и контрактилитет. Височината на мускулната контракция постепенно намалява с развитието на умората. Това намаление може да доведе до пълно изчезване на контракциите. Тъй като намаляват, контракциите стават все по-продължителни, особено поради удължаването на периода на релаксация: в края на контракцията мускулът не се връща към първоначалната си дължина за дълго време, намирайки се в състояние на контрактура (изключително бавна мускулна релаксация). Скелетните мускули се уморяват по-рано от гладките мускули. В скелетните мускули белите влакна се уморяват първо, последвани от червените влакна.

От различните идеи за механизма на умората, една от най-ранните теории, обясняващи умората, е теорията за изтощението, предложена от К. Шиф. Според тази теория причината за умората е изчезването на енергийни вещества в мускулите, по-специално на гликоген. Въпреки това, подробно проучване показа, че в мускулите, които са уморени до краен предел, съдържанието на гликоген е все още значително. Впоследствие Е. Пфлугер изложи теорията за запушване на органи с продукти на гниене на труда (теорията на отравянето). Според тази теория умората се обяснява с натрупването на големи количества млечна и фосфорна киселини и липсата на кислород, както и други метаболитни продукти, които нарушават метаболизма в работния орган и неговата дейност спира.

И двете теории са формулирани въз основа на данни, получени при експерименти върху изолирани скелетни мускули и обясняват умората по едностранен и опростен начин.

По-нататъшното изследване на умората в условията на целия организъм показа, че в уморения мускул се появяват метаболитни продукти и съдържанието на гликоген, АТФ и креатин фосфат намалява. Настъпват промени в контрактилните протеини на мускула. Свързването или редуцирането на сулфхидрилните групи на актомиозина се извършва, в резултат на което се нарушава процесът на синтез и разграждане на АТФ. Нарушенията в химичния състав на мускула, разположен в целия организъм, са по-слабо изразени, отколкото в изолирания мускул поради транспортната функция на кръвта.

Изследване на Н.Е. Введенски установи, че умората се развива предимно в нервно-мускулния синапс поради неговата ниска лабилност.

Бързата умора на синапсите се причинява от няколко фактора.

Първо, при продължително дразнене на нервните окончания доставката на медиатор намалява и неговият синтез не се справя с потреблението.

На второ място, натрупаните метаболитни продукти в мускула намаляват чувствителността на постсинаптичната мембрана към ацетилхолин, в резултат на което величината на постсинаптичния потенциал намалява. Когато падне до критично ниво, в мускулните влакна не възниква възбуждане.

Електрическите импулси, пристигащи по двигателните нервни влакна, предизвикват възбуждане в мускулните влакна, което се проявява в тяхното свиване. В скелетните мускули мускулните влакна са изолирани един от друг, така че възбуждането, което възниква в един от тях, не се разпространява към съседните. В този случай възбуденото мускулно влакно се свива според закона „всичко или нищо“, т.е. ако нервните импулси пристигнат в мускулното влакно и са в състояние да предизвикат неговото възбуждане, тогава мускулното влакно се свива с максималната възможна за него сила. Не може да се свива на половин сила. Следователно степента на мускулна контракция зависи само от броя на влакната, които се свиват в даден момент. Силата на мускулите с надлъжни влакна зависи от тяхната дебелина. Мускулите, които извършват обща работа в една и съща става, се наричат ​​синергични мускули (от гръцки sinergio - сътрудничество). Например брахиалис и бицепс брахии мускулите огъват ръката в лакътната става, а глутеус медиус и минимус отвличат крака в тазобедрената става. Мускулите антагонисти, напротив, когато се свиват, предизвикват противоположни движения в една и съща става. По този начин брахиалният трицепс изпъва ръката в лакътната става, а брахиалният бицепс я кара да се огъва. Мускулът sartorius води до огъване на колянната става, а четириглавият мускул води до разгъване. По отношение на тазобедрената става същите тези два мускула вече не са антагонисти, а синергисти, тъй като съвместно огъват бедрото в тазобедрената става.

Продължителната мускулна работа води до мускулна умора. Умората е временно намаляване на работоспособността (на клетка, орган или на целия организъм), което възниква в резултат на работа и изчезва след почивка. Статичното натоварване води до умора по-бързо от динамичното натоварване. Динамичното натоварване се характеризира с бърза промяна на стойността му във времето и води до променливо свиване и отпускане на мускулите. По време на статична работа, например при задържане на товар, мускулите са в напрегнато състояние за дълго време. В този случай импулсите пристигат в мускулните влакна с висока честота, така че всеки следващ нервен импулс пристига в мускула, преди да има време да се отпусне след предишния импулс.

В развитието на умората, възникваща по време на мускулна работа, водеща роля играе не умората на самите мускули (периферен механизъм на умора), а специалното състояние на двигателните нервни центрове (централният механизъм на умора). Оттук става ясно защо физическото представяне е толкова зависимо от настроението. Ако работата се върши с интерес, умората не настъпва толкова бързо. Убедително доказателство за водещата роля на състоянието на нервните центрове в развитието на умората (централният механизъм на умората) са резултатите от описания експеримент. Човек под хипноза бързо се уморява и изпотява, вдигайки лека кошница, ако му кажат, че има голяма тежест в ръцете си. И напротив, вдига тежестта лесно и ритмично за дълго време, ако под хипноза му се струва, че в ръцете му е лека кошница.

Друго явление е свързано със състоянието на двигателните нервни центрове. Когато едно и също движение се изпълнява последователно с дясната и лявата ръка, умората не настъпва толкова бързо, колкото ако същото движение и в същия ритъм се изпълнява само с една ръка. Следователно, за да се възстанови работоспособността на една мускулна група, не е по-благоприятна пълната почивка, а интензивната работа на друга мускулна група. Великият руски физиолог Иван Михайлович Сеченов нарича такава почивка „активна почивка“. И. М. Сеченов счита предимството на активната почивка като доказателство за преобладаването на централните механизми в развитието на умората над периферните.

При динамична работа степента на умора зависи от два показателя - физическото натоварване, което пада върху мускула, и ритъма на работа, т.е. честотата на мускулните контракции.

С увеличаване на натоварването или увеличаване на ритъма на мускулните контракции, умората настъпва по-бързо. Влиянието на тези условия върху обема на извършената работа е изследвано в началото на нашия век от И. М. Сеченов. Оказа се, че ако увеличите натоварването, интензивността на извършваната работа се увеличава, но само до определено ниво, след което намалява. Мускулната работа достига своя максимален обем при средни натоварвания и средни скорости на мускулна контракция. Така И. М. Сеченов полага основите на нова наука - хигиената на труда.

Мускулната сила е количеството напрежение, което мускулното влакно може да развие. Зависи от структурата на мускула, функционалното му състояние, началната дължина, пола, възрастта и степента на подготовка на човека.

Мускулите са изолирани от успоредни влакна(например шивашки), вретеновидна(бицепс brachii) пернат(теле). Тези типове мускули имат различни физиологични области на напречното сечение. Това е сумата от площите на напречното сечение на всички мускулни влакна, които изграждат мускула. Най-голямата физиологична площ на напречното сечение и следователно силата се намират в пенатните мускули. Най-малкият в мускулите с успоредни влакна.

Мускулната работа се дели на динамична и статична. Динамичната работа се извършва при преместване на товар. При динамична работа дължината на мускула и неговото напрежение се променят. Следователно мускулът работи в ауксотоничен режим. При статична работа товарът не се движи, т.е. мускулът работи в изометричен режим. Динамичната работа е равна на произведението на теглото на товара и височината на повдигането му или на количеството мускулно скъсяване (A = P * h). Работата се измерва в kG.M, джаули. Зависимостта на количеството работа от натоварването се подчинява на закона за средните натоварвания. С увеличаване на натоварването мускулната работа първоначално се увеличава. При средни натоварвания става максимално. Ако увеличаването на натоварването продължи, работата намалява.

Мускулна умора.

Умората е временно намаляване на мускулната производителност в резултат на работа. Колкото по-високи са честотата, силата на дразнене и големината на натоварването, толкова по-бързо се развива умората.

В някои случаи не настъпва пълно отпускане. Развива се контрактура. Това е състояние на продължителна неволна мускулна контракция. Мускулната работа и умората се изследват с помощта на ергография.

През миналия век, въз основа на експерименти с изолирани мускули, бяха предложени 3 теории за мускулна умора.

1. Теория на Шиф: умората е следствие от изчерпване на енергийните резерви в мускула.

2. Теория на Pflueger: умората се причинява от натрупването на метаболитни продукти в мускула.

3. Теория на Verworn: умората се обяснява с липсата на кислород в мускулите.

Наистина, тези фактори допринасят за умората при експерименти върху изолирани мускули. В тях се нарушава ресинтезата на АТФ, натрупват се млечна и пирогроздена киселина, съдържанието на кислород е недостатъчно.

Въпреки това, в тялото интензивно работещите мускули получават необходимия кислород, хранителни вещества и се освобождават от метаболити поради повишено общо и регионално кръвообращение. Поради това са предложени други теории за умората.

По-специално, невромускулните синапси играят определена роля при умората. Умората в синапса се развива поради изчерпване на запасите от невротрансмитери. Основната роля в умората на опорно-двигателния апарат обаче принадлежи на двигателните центрове на централната нервна система. През миналия век И. М. Сеченов установи, че ако мускулите на едната ръка се уморят, тяхната работоспособност се възстановява по-бързо при работа с другата ръка или крак. Той смята, че това се дължи на превключването на процесите на възбуждане от един двигателен център към друг. Активна нарече почивката с включване на други мускулни групи. Сега е установено, че двигателната умора е свързана с инхибиране на съответните нервни центрове в резултат на метаболитни процеси в невроните, влошаване на синтеза на невротрансмитери и инхибиране на синаптичната трансмисия.

Двигателни единици, тяхната класификация

Основният морфо-функционален елемент на нервно-мускулния апарат на скелетните мускули е двигателната единица (MU). Той включва моторния неврон на гръбначния мозък с мускулните влакна, инервирани от неговия аксон. Вътре в мускула този аксон образува няколко крайни разклонения. Всеки такъв клон образува контакт - нервно-мускулен синапс върху отделно мускулно влакно. Нервните импулси, идващи от моторния неврон, предизвикват контракции на определена група мускулни влакна.

Всички MU, в зависимост от техните функционални характеристики, се разделят на 3 групи:

I. Бавен и неуморен. Те се образуват от "червени" мускулни влакна, които имат по-малко миофибрили. Скоростта и силата на свиване на тези влакна са относително малки, но те не се уморяват лесно. Поради това те се класифицират като тонизиращи. Регулирането на контракциите на такива влакна се извършва от малък брой моторни неврони, чиито аксони имат малко крайни разклонения. Пример за това е солеусният мускул.

IIБ. Бързо, лесно се уморява. Мускулните влакна съдържат много миофибрили и се наричат ​​"бели". Те се свиват бързо и развиват голяма сила, но бързо се уморяват. Затова се наричат ​​фазови. Моторните неврони на тези двигателни единици са най-големите и имат дебел аксон с множество крайни разклонения. Те генерират високочестотни нервни импулси. Мускули на окото.

IIA. Бързо, устойчиво на умора. Те заемат междинно положение.