Основной функцией мышечной системы человека и животных является двигательная деятельность. Мышцы обеспечивают перемещение тела в пространстве или отдельных его частей относительно друг друга, т.е. производят работу. Этот вид М.р. называют динамическим, или фазным. Мышцы, осуществляющие поддержание определенного положения тела в пространстве, производят работу, которая получила название статической М.р. Обычно динамическая и статическая М.р. дополняют друг друга.
При М.р. 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. усиливается Газообмен, повышается интенсивность дыхания (Дыхание), наблюдается изменение легочной вентиляции, 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 называемое правило средних нагрузок), что связано с особенностями динамики мышечного сокращения. Общие затраты энергии (Е) представляют собой сумму энергий, затраченной на собственно механическую работу (W), и энергии, переходящей в тепло (Н):
R = W + H
Коэффициент полезного действия (кпд) мышечной работы (r) представляет собой отношение величины внешней механической работы (W) к общему количеству выделенной в виде тепла (Е) энергии:
Наиболее высокое значение кпд изолированной мышцы наблюдается при внешней нагрузке, составляющей около 50% от максимальной величины внешней нагрузки. Производительность работы (R) у человека определяют по величине потребления кислорода в период работы и восстановления по формуле:
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 мощности выполняемой работы: при постоянной мощности динамической М.р. ее максимальная эффективность отмечается при средних значениях нагрузки, при повышении мощности производительность М.р. падает.
Важным показателем М.р. служит мышечная выносливость. В условиях статической М.р. мышечная выносливость определяется временем, в течение которого поддерживается статическое напряжение или удерживается некоторый груз. Предельное время статической работы (статическая выносливость) обратно пропорционально нагрузке. Выносливость в процессе выполнения динамической М.р. измеряется отношением величины работы ко времени ее выполнения. При этом выделяют пиковую и критическую мощность динамической М.р.: пиковой является максимальная мощность, достигаемая в какой-то момент динамической работы; критической называют мощность, поддерживаемую на одинаковом уровне достаточно длительное время. Выделяют также динамическую выносливость, которая определяется временем осуществления работы с заданной мощностью.
Производительность М.р. в значительной мере зависит от тренировки, уменьшающей энергозатраты организма за счет снижения потребления кислорода при выполнении одной и той же работы. Одновременно тренировка повышает эффективность деятельности сердечно-сосудистой 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 (т.е. то количество кислорода, которое потребляется по окончании М.р. без учета его потребления в покое). Кислородный долг отражает процессы расщепления высокоэнергетических веществ, не восстанавливающихся в ходе работы, а также траты кислородного резерва организма во время мышечной работы.
Тренировка повышает также мышечную силу. В процессе тренировки происходит рабочая мышечная гипертрофия, заключающаяся в утолщении мышечных волокон за счет увеличения массы саркоплазмы и объема сократительного аппарата мышечных волокон. Тренировка способствует улучшению координации и автоматизации мышечных движений, вследствие чего исчезает активность «лишних» мышц, что способствует повышению работоспособности и быстрому восстановлению после утомления. Недостаток мышечной активности в течение длительного периода приводит к появлению целого комплекса неприятных для организма последствий (см. Гиподинамия).
Еще И.М. Сеченов обнаружил, что более быстрое восстановление работоспособности утомленной руки происходит не во время полного покоя, а при одновременной работе другой руки. В опыте на правую руку давалась физическая нагрузка: после 10-минутного отдыха работоспособность руки несколько восстанавливалась, хотя и оставалась ниже исходной. Если же во время отдыха правой руки выполнялась работа левой, то работоспособность правой возрастала. Активный отдых обеспечивается 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 этой руки.
Приборы для исследования мышечной работы. Одним из наиболее признанных показателей физического развития, входящих в комплекс основных антропометрических исследований, является мышечная работоспособность. Ее исследование позволяет определять силу, развиваемую отдельной мышцей или группой мышц при их сокращении, статическую выносливость, отражающую способность к длительной работе, и другие показатели, связанные с мышечной работой.
Для измерения силы различных мышц или группы мышц используют измерительные приборы — динамометры (соответственно все методы измерения М.р. получили название динамометрии). Большое распространение получили динамометры, с помощью которых измеряют деформацию упругой эллипсовидной или плоской пружины. Первые предназначены для измерения силы сгибателей пальцев руки и становой силы.
Для измерения силы кисти широко применяют ручные плоскопружинные динамометры (рис. 1). Существуют разные их модификации: ДРП-10 предназначен 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, ДРП-120 — для спортсменов. Общий вид наиболее распространенных типов динамометров для измерения силы рук представлен на рисунке 2.
Разработаны приборы для измерения силы шейных мышц, а также мышц локтевого, плечевого, коленного и других суставов, нашедшие применение для оценки функции мышц при травмах, заболеваниях нервно-мышечной системы, опорно-двигательного аппарата. Эти приборы называют реверсивными динамометрами (рис. 3), т.к. они позволяют измерять силу как при растяжении их пружины, так и при ее сжатии (реверсивный режим работы). Измерение силы различных мышц показано на рис. 4. Для определения силы и показателя статической выносливости различных групп мышц применяют становые динамометры и динамографы.
Наряду с указанными конструкциями приборов для измерения силы, основанных на механическом способе ее регистрации, разработана и начинает распространяться широкая гамма силоизмерительных устройств, в которых используются тензодатчики, преобразующие механическую деформацию в электрическую энергию. В этих динамометрах производится усиление возникающего под действием приложенной силы электрического тока, величина которого находится в прямой зависимости от нее. В связи с тем, что электронные динамометры обеспечивают большую точность измерения, их считают весьма перспективными. Кроме того, полученная с их помощью информация может вводиться в ЭВМ и подвергаться дополнительной математической обработке.
Внешняя работа, производимая человеком, находится в определенной связи с общим расходом энергии и исследуется методами эргографии и эргометрии.
Библиогр.: Данько Ю.И. Очерки физиологии физических упражнений, М., 1974: Физиологические проблемы детренированности, под ред. А.В. Коробкова, М., 1970: физиология человека, под ред. Н.В. Зимкина, М., 1975.
См. также Энергометрия.
рука выпрямлена и отведена, Рис. 1. Измерение силы мышц правой руки при антропометрическом обследовании: рука выпрямлена и отведена, кисть сжимает динамометр.
Рис. 4ж). Измерение силы разгибателей II пальца кисти с помощью реверсивного динамометра.
палец кисти с помощью реверсивного динамометра">Рис. 4е). Измерение силы мышц, отклоняющих в сторону II палец кисти с помощью реверсивного динамометра.
Рис. 4к). Измерение силы разгибателей I пальца стопы с помощью реверсивного динамометра.
Рис. 4з). Измерение силы наружных ротаторов левого бедра с помощью реверсивного динамометра.
Рис. 4а). Измерение силы передней группы мышц шеи с помощью реверсивного динамометра.
Рис. 4б). Измерение силы наружных ротаторов правого плеча с помощью реверсивного динамометра.
Рис. 4и). Измерение силы сгибателей стопы с помощью реверсивного динамометра.
Рис. 4г). Измерение силы разгибателей правого предплечья с помощью реверсивного динамометра.
Рис. 2. Динамометры для измерения силы рук: слева направо — динамометр Колена и два ручных плоскопружинных динамометра.
Рис. 4в). Измерение силы сгибателей правого предплечья с помощью реверсивного динамометра.
Рис. 3а). Реверсивные динамометр ДР-25 для измерения силы мышц-антагонистов.
фаланги II пальца кисти с помощью реверсивного динамометра">Рис. 4д). Измерение силы сгибателей дистальной фаланги II пальца кисти с помощью реверсивного динамометра.
Рис. 3б). Реверсивные динамометр ДР-50 с приспособлениями для измерения силы мышц пальцев и фиксации прибора при измерении силы мощных мышечных групп.
1. Малая медицинская энциклопедия. — М.: Медицинская энциклопедия. 1991—96 гг. 2. Первая медицинская помощь. — М.: Большая Российская Энциклопедия. 1994 г. 3. Энциклопедический словарь медицинских терминов. — М.: Советская энциклопедия. — 1982—1984 гг.