Коэффициент полезного действия мышечного сокращения составляет
Мы́шечными тка́нями называют ткани, различные по строению и происхождению, но сходные по способности к выраженным сокращениям. Они обеспечивают перемещения в пространстве организма в целом, его частей и движение органов внутри организма и состоят из мышечных волокон.
Мышечное волокно представляет собой вытянутую клетку. В состав волокна входят его оболочка – сарколемма, жидкое содержимое – саркоплазма, ядро, митохондрии, рибосомы, сократительные элементы – миофибриллы, а также содержащий ионы Са2+, – саркоплазматический ретикулум. Поверхностная мембрана клетки через равные промежутки образует поперечные трубочки, по которым внутрь клетки проникает потенциал действия при ее возбуждении.
Функциональной единицей мышечного волокна является миофибрилла. Повторяющаяся структура в составе миофибриллы называется саркомером. Миофибриллы содержат 2 вида сократительных белков: тонкие нити актина и вдвое более толстые нити миозина. Сокращение мышечного волокна происходит благодаря скольжению миозиновых филаментов по актиновым. При этом перекрывание филаментов увеличивается и саркомер укорачивается.
Главная функция мышечного волокна– обеспечение мышечного сокращения.
Преобразование энергии при мышечном сокращении. Для сокращения мышцы используется энергия,освобождающаяся при гидролизе АТФ актомиозином,причем процесс гидролиза тесно сопряжен с сократительным процессом. По количеству выделяемого мышцей тепла можно оценить эффективность преобразования энергии при сокращении.. При укорочении мышцы скорость гидролиза повышается в соответствии с ростом производимой работы. освобождаемой при гидролизе энергии достаточно для обеспечения только совершаемой работы, но не полной энергопродукции мышцы.
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.
Двигательное действие / КПД
Ходьба/23-33%; Бег со средней скоростью/22-30%; Езда на велосипеде/22-28%; Гребля/15-30%;
Толкание ядра/27%; Метание/24%; Поднятие штанги/8-14%; Плавание/ 3%.
4. Изотонический режим работы мышц. Статическая работа мышц.
Изотонический режим (режим постоянного тонуса мышцы) наблюдается при отсутствии нагрузки на мышцу, когда мышца закреплена с одного конца и свободно сокращается. Напряжение в ней при этом не изменяется. Так как при этих условиях величина нагрузки Р = 0, то механическая работа мышцы также равна нулю (А = 0). В таком режиме работает в организме человека только одна мышца — мышца языка.
Статическая работа не предполагает сильного напряжения, однако в некоторых случаях статическая работа мышц может быть очень напряженной, например при удержании штанги, при некоторых упражнениях на кольцах или параллельных брусьях. Такая работа требует одновременного сокращения всех или почти всех волокон мышц и может продолжаться лишь очень короткое время. При динамической работе поочередно сокращаются различные группы мышц, причем некоторые мышцы работают то динамически, производя движение в суставе, то статически, обеспечивая на некоторое время неподвижность костей того же сустава. Степень напряжения мышц может быть различной.
Статическая работа утомляет скелетную мускулатуру больше, чем динамическая.
5. Общая характеристика системы кровообращения. Скорость движения крови в сосудах. Ударный объем крови. Работа и мощность сердца.
К системе кровообращения относятся сердце и сосуды — кровеносные и лимфатические.. Сердце млекопитающих четырехкамерное. Кровь движется по двум кругам кровообращения.
функции всех элементов сердечно-сосудистой системы: 1) трофическая – снабжение тканей питательными веществами; 2) дыхательную – снабжение тканей кислородом; 3) экскреторную – удаление продуктов обмена из тканей; 4)регуляторную – перенос гормонов, выработка биологически активных веществ, регуляция кровоснабжения, участие в воспалительных реакциях.
При движении крови по сосудам различают линейную и объемную скорость кровотока.
Линейная скорость кровотокаопределяется суммарным сечением сосудистой системы. Она максимальна в аорте — до 50 см/сек и минимальна в капиллярах — около нуля. В венозном отделе сосудистой системы линейная скорость вновь возрастает. Линейная скорость в полых венах в два раза меньше, чем в аорте и равна примерно 25 см/мин.
Объемная скорость кровотока — это количество крови, протекающее через общее сечение сосудистой системы в единицу времени. Она одинакова во всех отделах сосудистой системы крови.
Время полного кругооборота крови — это то время, за которое кровь проходит через большой и малый круги кровообращения. При 70-80 сокращениях сердца в минуту полный кругооборот крови происходит приблизительно за 20-23 сек.
Движение крови в организме: аорта – 500-600 мм/c, артерии – 150-200 мм/c, артериолы – 5 мм/c, капилляры – 0,5 мм/c, средние вены – 60-140 мм/c, полые вены – 200 мм/c. Гипертония – повышенное АД. Гипотония – пониженное АД.
Систолический объем крови. Объем крови, нагнетаемый каждым желудочком в магистральный сосуд (аорту или легочную артерию) при одном сокращении сердца, обозначают как систолический, или ударный, объем крови.
Работа, совершаемая сердцем, затрачивается на преодоление сопротивления и сообщение крови кинетической энергии.
Рассчитаем работу, совершаемую при однократном сокращении левого желудочка.
Vу – ударный объем крови в виде цилиндра. Можно считать, что сердце поставляет этот объем по аорте сечением S на расстояние I при среднем давлении р. Совершаемая при этом работа равна:
A1 = FI = pSI = pVy.
На сообщение кинетической энергии этому объему крови затрачена работа:
где р – плотность крови;υ – скорость крови в аорте. Таким образом, работа левого желудочка сердца при сокращении равна:
Эта формула справедлива как для покоя, так и для активного состояния организма, но эти состояния отличаются разной скоростью кровотока.
6. Уравнение Пуазейля. Понятие о гидравлическом сопротивлении кровеносных сосудов и о способах воздействия на него.
Уравнение Пуазёйля— закон, определяющий расход жидкости при установившемся течении вязкой несжимаемой жидкости в тонкой цилиндрической трубе круглого сечения.
Согласно закону, секундный объёмный расход жидкости пропорционален перепаду давления на единицу длины трубки (градиенту давления в трубе) и четвёртой степени радиуса (диаметра) трубы:
Где Q — объемный секундный расход жидкости; R — радиус трубопровода; p1-p2— перепад давлений на трубке; n—коэффициент трения; L— длина трубки.
Закон Пуазёйля работает только при ламинарном течении и при условии, что длина трубки превышает так называемую длину начального участка, необходимую для развития ламинарного течения в трубке.
Гидравлическое сопротивление прямо пропорционально длине сосуда и вязкости крови и обратно пропорционально радиусу сосуда в 4-й степени, то есть больше всего зависит от просвета сосуда , а также от состояния стенок сосудов и от их эластичности.
Так как наибольшим сопротивлением обладают артериолы , общее периферическое сопротивление сосудов(ОПСС) зависит главным образом от их тонуса. Различают центральные механизмы регуляции тонуса артериол (нервные и гормональные влияния)и местные (миогенная , метаболическая и эндотелиальная регуляция).
На артериолы оказывают постоянный тонический сосудосуживающий эффект симпатические нервы . Основные гормоны, в норме участвующие в регуляции тонуса артериол, – это адреналин и норадреналин .
Миогенная регуляция сводится к сокращению или расслаблению гладких мышц сосудов в ответ на изменения трансмурального давления; при этом напряжение в их стенке остается постоянным. Тем самым обеспечивается ауторегуляция местного кровотока – постоянство кровотока при меняющемся перфузионном давлении.
Метаболическая регуляция обеспечивает расширение сосудов при повышении основного обмена (за счет выброса аденозина и простагландинов) и гипоксии (также за счет выделения простагландинов).
Ðàáîòà ìûøö
Ëþáîå äâèæåíèå, êîòîðîå ñîâåðøàåò ÷åëîâåê, ïðîèñõîäèò çà ñ÷åò ñîêðàùåíèÿ åãî ìûøö. Ñîêðàùàÿñü, ìûøöû ïðèâîäÿò â äåéñòâèå ñèñòåìó ðû÷àãîâ, èç êîòîðûõ ñîñòîèò ñêåëåò, çà ñ÷åò èõ ïåðåìåùåíèÿ è ïðîèñõîäèò äâèæåíèå ðóê, íîã, òóëîâèùà, ãîëîâû, êàæäîãî ïàëüöà è ò. ä. Èç øêîëüíîãî êóðñà ôèçèêè èçâåñòíî: äëÿ òîãî ÷òîáû êàêîå-ëèáî òåëî íà÷àëî äâèãàòüñÿ, íåîáõîäèìî ê íåìó ïðèëîæèòü ñèëó, à ðåçóëüòàò ïåðåìåùåíèÿ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ðàáîòó. Íàïðèìåð, åñëè ãèðÿ ìàññîé 1 êã ïîäíÿòà íà âûñîòó 1 ì, òî ñîâåðøåíà ðàáîòà 1 êÃì (êèëîãðàììîìåòð). Ñîêðàùåíèå ìûøö ïîçâîëÿåò ïåðåìåùàòü â ïðîñòðàíñòâå ÷àñòè òåëà è ãðóçû, ò. å. âûïîëíÿòü ìûøå÷íóþ ðàáîòó.
Âèäû ìûøå÷íîé ðàáîòû. Ìåæäó ôèçè÷åñêîé ðàáîòîé è ìûøå÷íîé ðàáîòîé åñòü îäíî âàæíîå ðàçëè÷èå. Åñëè ãðóç íàõîäèòñÿ íà êàêîé-òî ïîâåðõíîñòè è äàâèò íà íåå, íî íå ïåðåìåùàåòñÿ, òî ñ òî÷êè çðåíèÿ ôèçèêè íèêàêîé ðàáîòû ïðè ýòîì íå ñîâåðøàåòñÿ. Åñëè æå ýòîò ãðóç ëåæèò, íàïðèìåð, íà ëàäîíè, è òàêæå íèêóäà íå ïåðåìåùàåòñÿ, ìûøå÷íàÿ ðàáîòà âñå ðàâíî ñîâåðøàåòñÿ, òîëüêî ýòà ðàáîòà ñâÿçàíà íå ñ ïåðåìåùåíèåì, à ñ óäåðæàíèåì ãðóçà. Ïðèíÿòî ðàçäåëÿòü ìûøå÷íóþ ðàáîòó íà äèíàìè÷åñêóþ (ïåðåìåùåíèå â ïðîñòðàíñòâå) è ñòàòè÷åñêóþ (óäåðæàíèå â ïðîñòðàíñòâå). Åñëè ÷åëîâåê ïðîñòî ñòîèò, òî è òîãäà ìûøöû íîã è òóëîâèùà âûïîëíÿþò ñòàòè÷åñêóþ ðàáîòó. Âñÿêàÿ äâèãàòåëüíàÿ àêòèâíîñòü îñóùåñòâëÿåòñÿ çà ñ÷åò ÷åðåäîâàíèÿ äèíàìè÷åñêîé è ñòàòè÷åñêîé ðàáîòû ìûøö.
Äëÿ òîãî ÷òîáû ñîâåðøèëàñü äèíàìè÷åñêàÿ ðàáîòà, íåîáõîäèìî, ÷òîáû ñîêðàòèâøàÿñÿ ìûøöà óêîðîòèëàñü. Òîãäà îíà ñäâèíåò, ïðèáëèçèò äðóã ê äðóãó òå ýëåìåíòû ñêåëåòà, ê êîòîðûì ïðèêðåïëåíà ñ ïîìîùüþ ñóõîæèëèé ñâîèìè êîíöàìè. Íàïðèìåð, åñëè ÷åëîâåê ñãèáàåò ðóêó â ëîêòå, òî ïðè ýòîì ñîêðàùàåòñÿ è óêîðà÷èâàåòñÿ äâóãëàâíàÿ ìûøöà ïëå÷à, ïîäòÿãèâàÿ äàëüíèé êîíåö ïðåäïëå÷üÿ, ê êîòîðîìó ïðèêðåïëåíî ñóõîæèëèå, áëèæå ê ïëå÷ó. Âíóòðèìûøå÷íîå äàâëåíèå ïðè ýòîì ïî÷òè íå ìåíÿåòñÿ, à ìûøöà ñèëüíî èçìåíÿåòñÿ â ôîðìå è ðàçìåðå. Òàêîé ðåæèì ñîêðàùåíèÿ ìûøöû íàçûâàåòñÿ èçîòîíè÷åñêèì (îò ëàò. «èçî» ïîñòîÿííûé, îäèíàêîâûé; òîíóñ äàâëåíèå).
Ñîâñåì èíà÷å ðàáîòàåò ìûøöà ïðè ñòàòè÷åñêîé íàãðóçêå. Åñëè óäåðæèâàòü íà ëàäîíè âûòÿíóòîé ðóêè ãðóç, òî áóäåò ñîêðàùàòüñÿ òà æå äâóãëàâàÿ ìûøöà ïëå÷à, íî ïðè ýòîì åå äëèíà íå èçìåíèòñÿ (èíà÷å áû ïðåäïëå÷üå, êèñòü è ãðóç íà÷àëè ïåðåìåùàòüñÿ), à âíóòðèìûøå÷íîå äàâëåíèå ñèëüíî âîçðàñòåò. Òàêîé ðåæèì ñîêðàùåíèÿ ìûøöû íàçûâàåòñÿ èçîìåòðè÷åñêèì («ìåòðîñ» ðàçìåð, äëèíà).  ðÿäå ñëó÷àåâ ìûøöû ðàáîòàþò â ñìåøàííîì ðåæèìå, îäíîâðåìåííî óêîðà÷èâàÿñü è ðàçâèâàÿ çíà÷èòåëüíîå âíóòðèìûøå÷íîå äàâëåíèå. Òàêîé ñìåøàííûé ðåæèì ðàáîòû ìûøöû íàçûâàåòñÿ ïëåîìåòðè÷åñêèì (îò «ïëåî» ïîëíûé, ìíîãî÷èñëåííûé).
Äëÿ îðãàíèçìà âàæåí íå òîëüêî îáúåì ðàáîòû, íî è èíòåíñèâíîñòü, ñ êîòîðîé îíà ïðîèçâîäèòñÿ.  òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà ðàáîòà ìîæåò áûòü òî÷íî èçìåðåíà, ïîêàçàòåëåì èíòåíñèâíîñòè ÿâëÿåòñÿ ìîùíîñòü, ò. å. êîëè÷åñòâî ðàáîòû, âûïîëíÿåìîé â åäèíèöó âðåìåíè.
Çîíû ìîùíîñòè. Ìîùíîñòü (èíòåíñèâíîñòü) ñîâåðøàåìîé ÷åëîâåêîì ìûøå÷íîé ðàáîòû íèêîãäà íå ðàâíà íóëþ, òàê êàê äàæå ëåæà, â ïîëíîì ïîêîå, ÷åëîâåê íåïðåðûâíî ñîâåðøàåò ðàáîòó, ñâÿçàííóþ ñ ïîääåðæàíèåì ïîçû, ó íåãî ñîêðàùàþòñÿ äûõàòåëüíûå ìûøöû, ìíîãèå ìåëêèå ìûøöû. Îäíàêî ìîùíîñòü ìûøå÷íîé ðàáîòû íå ìîæåò óâåëè÷èâàòüñÿ áåñïðåäåëüíî: ó êàæäîãî ÷åëîâåêà åñòü îïðåäåëåííûé ìàêñèìàëüíûé óðîâåíü èíòåíñèâíîñòè, ïðåâûñèòü êîòîðûé ÷åëîâåê íå ìîæåò (êàê íåâîçìîæíî, íàïðèìåð, ñäâèíóòü çà ñ÷åò ìóñêóëüíîé ñèëû ñòåíó êèðïè÷íîãî çäàíèÿ èëè ìíîãîòîííóþ ãëûáó). Äèàïàçîí ìåæäó ìèíèìàëüíûì è ìàêñèìàëüíûì óðîâíåì èíòåíñèâíîñòè ìûøå÷íîé ðàáîòû íàçûâàåòñÿ ôóíêöèîíàëüíûì äèàïàçîíîì ñêåëåòíûõ ìûøö. Ýòîò ôóíêöèîíàëüíûé äèàïàçîí íå ÿâëÿåòñÿ îäíîðîäíûì è ñîñòîèò èç îòäåëüíûõ çîí ìîùíîñòè. ×åì âûøå ìîùíîñòü ðàáîòû, òåì ìåíüøå âðåìÿ, â òå÷åíèå êîòîðîãî ýòà ìîùíîñòü ìîæåò ïîääåðæèâàòüñÿ.  çîíå óìåðåííîé ìîùíîñòè ðàáîòà ìîæåò ïðîäîëæàòüñÿ îò íåñêîëüêèõ ÷àñîâ äî ïîëó÷àñà.  çîíå áîëüøîé ìîùíîñòè äëèòåëüíîñòü ðàáîòû íå ïðåâûøàåò 30 ìèí.  çîíå ñóáìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè äëèòåëüíîñòü ðàáîòû êîëåáëåòñÿ îò 3 ìèí äî 30 ñ.  çîíå ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè âðåìÿ ðàáîòû ìîæåò áûòü 30 ñ èëè ìåíüøå.
Äëÿ êàæäîé èç çîí ìîùíîñòè õàðàêòåðíû ñâîè, ñïåöèôè÷åñêèå îñîáåííîñòè ýíåðãåòè÷åñêîãî è âåãåòàòèâíîãî îáåñïå÷åíèÿ ìûøå÷íîé ðàáîòû. Òàê, â çîíå óìåðåííîé ìîùíîñòè ðàáîòà îáåñïå÷èâàåòñÿ ïî÷òè èñêëþ÷èòåëüíî àýðîáíûìè ìåõàíèçìàìè, â ñîêðàùåíèÿõ ïðèíèìàþò ó÷àñòèå ãëàâíûì îáðàçîì «ìåäëåííûå» äâèãàòåëüíûå åäèíèöû, âõîäÿùèå â èõ ñîñòàâ ìûøå÷íûå âîëîêíà ïîëó÷àþò ýíåðãèþ áëàãîäàðÿ îêèñëåíèþ óãëåâîäîâ è æèðîâ â ìèòîõîíäðèÿõ, ïîýòîìó çäåñü êðàéíå âàæíà áåñïåðåáîéíàÿ äîñòàâêà äîñòàòî÷íîãî êîëè÷åñòâà êèñëîðîäà.  çîíå ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè ðàáîòàþò â îñíîâíîì âîëîêíà òèïà IIA, êîòîðûå îáëàäàþò áîëüøîé ìîùíîñòüþ è áîëüøèì çàïàñîì êðåàòèíôîñôàòà.  çîíå ñóáìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè ïðåèìóùåñòâåííî àêòèâèðîâàíû âîëîêíà òèïà IIB, äëÿ êîòîðûõ ãëàâíûì èñòî÷íèêîì ýíåðãèè ÿâëÿåòñÿ àíàýðîáíûé ãëèêîëèç. Îíè íå çàâèñÿò íåïîñðåäñòâåííî îò ïîñòàâêè êèñëîðîäà, íî â ïðîöåññå ðàáîòû âûðàáàòûâàþò áîëüøîå êîëè÷åñòâî ìîëî÷íîé êèñëîòû, êîòîðóþ íåîáõîäèìî óäàëèòü, ÷òîáû íå ïðîèçîøëî çàêèñëåíèå âíóòðåííåé ñðåäû îðãàíèçìà. Ýòà çàäà÷à ðåøàåòñÿ â îðãàíèçìå çà ñ÷åò àêòèâàöèè îêèñëèòåëüíûõ ïðîöåññîâ â ïå÷åíè, íå ñîêðàùàþùèõñÿ ìûøöàõ è íåêîòîðûõ äðóãèõ îðãàíàõ. Çîíà áîëüøîé ìîùíîñòè õàðàêòåðèçóåòñÿ ñìåøàííûì ýíåðãîîáåñïå÷åíèåì, ò. å. ñîâìåñòíûì ôóíêöèîíèðîâàíèåì àýðîáíîãî è àíàýðîáíî-ãëèêîëèòè÷åñêîãî èñòî÷íèêîâ ýíåðãèè. Ðàáîòà â ýòîé çîíå îáåñïå÷èâàåòñÿ ñîêðàùåíèåì âîëîêîí îáîèõ òèïîâ.
Ñòðóêòóðà çîí ìîùíîñòè îïðåäåëÿåòñÿ îáúåêòèâíûìè çàêîíàìè ñîêðàùåíèÿ ìûøö, à òàêæå çàâèñèò îò èíäèâèäóàëüíûõ, ïîëîâûõ, âîçðàñòíûõ îñîáåííîñòåé. Òàê, â ïåðèîä îò 7 äî 17 ëåò îòíîñèòåëüíàÿ øèðèíà çîí ìîùíîñòè è èõ ñîîòíîøåíèå ìåæäó ñîáîé çíà÷èòåëüíî ìåíÿåòñÿ (ðèñ. 38). Ñ âîçðàñòîì ðàñøèðÿåòñÿ âåñü ôóíêöèîíàëüíûé äèàïàçîí, îñîáåííî çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ çîí áîëüøîé, ñóáìàêñèìàëüíîé è ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè. Î ôèçèîëîãè÷åñêèõ ïðè÷èíàõ ýòèõ âîçðàñòíûõ èçìåíåíèé áóäåò ñêàçàíî íèæå.
Ýêîíîìè÷íîñòü ìûøå÷íîé ðàáîòû. Ñîãëàñíî çàêîíó ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè, äëÿ òîãî ÷òîáû âûïîëíèòü ëþáóþ ðàáîòó, íåîáõîäèìî çàòðàòèòü ïðîïîðöèîíàëüíîå êîëè÷åñòâî ýíåðãèè. Ïðè ýòîì çàòðàòû ýíåðãèè âñåãäà çíà÷èòåëüíî áîëüøå, ÷åì îáúåì âûïîëíåííîé ðàáîòû. Îòíîøåíèå âûïîëíåííîé ðàáîòû ê çàòðà÷åííîé ýíåðãèè íàçûâàåòñÿ êîýôôèöèåíòîì ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ è âûðàæàåòñÿ â ïðîöåíòàõ.
Ðèñ. 38. Âîçðàñòíûå èçìåíåíèÿ ôóíêöèîíàëüíîãî äèàïàçîíà ñêåëåòíûõ ìûøö è çîí ìîùíîñòè
Êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ (ÊÏÄ) õàðàêòåðèçóåò ýêîíîìè÷íîñòü ìûøå÷íîé ðàáîòû è î÷åíü ñóùåñòâåííî âàðüèðóåò â çàâèñèìîñòè îò âèäà è óñëîâèé äåÿòåëüíîñòè (òàáë. 12). Äëÿ ñðàâíåíèÿ çäåñü æå ïðèâåäåíû ÊÏÄ íåêîòîðûõ òåõíè÷åñêèõ óñòðîéñòâ, ñîçäàííûõ ÷åëîâåêîì çà ïîñëåäíèå 200 ëåò.
Ñëåäóåò èìåòü ââèäó, ÷òî ÊÏÄ ñèñòåìû åñòü ïðîèçâåäåíèå ÷àñòíûõ ÊÏÄ âñåõ ýëåìåíòîâ ñèñòåìû. ÊÏÄ îðãàíèçìà ïðè ìûøå÷íîé ðàáîòå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðîèçâåäåíèå ñëåäóþùèõ ÷àñòíûõ ÊÏÄ:
ÊÏÄ ìûøå÷íîãî ñîêðàùåíèÿ 80 %;
ÊÏÄ ðåñèíòåçà ìàêðîýðãîâ 90 %;
ÊÏÄ òðàíñïîðòíûõ ñèñòåì îðãàíèçìà 60 %;
ÊÏÄ áèîìåõàíè÷åñêèõ ñòðóêòóð îðãàíèçìà 80 %.
Èíòåíñèâíîñòü íàãðóçêè, ïðè êîòîðîé îòìå÷àåòñÿ ñàìûé âûñîêèé ÊÏÄ ìûøå÷íîé ðàáîòû õàðàêòåðèçóåò çîíó ýêîíîìè÷íûõ ðåæèìîâ ìûøå÷íîé äåÿòåëüíîñòè. Ýòà çîíà ðàñïîëîæåíà ìåæäó çîíàìè óìåðåííîé è áîëüøîé ìîùíîñòè. Ðàáîòà òàêîé èíòåíñèâíîñòè íàèáîëåå áëàãîïðèÿòíà äëÿ ïîääåðæàíèÿ ôóíêöèîíàëüíûõ âîçìîæíîñòåé ÷åëîâåêà, íî åå òðåíèðîâî÷íûé ýôôåêò íåâåëèê: îíà îïòèìàëüíà äëÿ ðàçìèíêè è âîññòàíîâèòåëüíûõ óïðàæíåíèé ïîñëå íàïðÿæåííîé ôèçè÷åñêîé íàãðóçêè.
Âñÿêèé íîðìàëüíûé ÷åëîâåê â åñòåñòâåííûõ óñëîâèÿõ ïðîèçâîëüíîé äåÿòåëüíîñòè âûáèðàåò òàêóþ èíòåíñèâíîñòü äâèæåíèé, êîòîðàÿ ñîîòâåòñòâóåò çîíå ýêîíîìè÷íûõ ðåæèìîâ (ïðèíöèï ýíåðãåòè÷åñêîãî îïòèìóìà Íüþáàð-Êîíòèíè). Ýòî ïðàâèëî ñïðàâåäëèâî äëÿ çäîðîâûõ ëþäåé â âîçðàñòå îò 6 äî 70 ëåò. Îäíàêî ñ ãîäàìè ó ÷åëîâåêà ìåíÿåòñÿ èíòåíñèâíîñòü, ñîîòâåòñòâóþùàÿ çîíå ýêîíîìè÷íûõ ðåæèìîâ. Ïîýòîìó ïðè ïðîâåäåíèè ôèçêóëüòóðíûõ çàíÿòèé â ñìåøàííûõ âîçðàñòíûõ ãðóïïàõ (íàïðèìåð, â óñëîâèÿõ òóðèñòè÷åñêèõ ïîõîäîâ, ìàññîâûõ çàáåãîâ è ò. ï.) íå âñåãäà óäàåòñÿ âûáðàòü òàêîé òåìï äâèæåíèé, êîòîðûé áûë áû îäèíàêîâî îïòèìàëåí äëÿ ìàëåíüêèõ è áîëüøèõ. Ýòî íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü.
Òàáëèöà 12
ÊÏÄ ðàçëè÷íûõ äâèæèòåëåé è ñêåëåòíûõ ìûøö ÷åëîâåêà â ðàçíûõ óñëîâèÿõ äåÿòåëüíîñòè
| Äâèæèòåëü | Âèä äåÿòåëüíîñòè (ðîä ðàáîòû), òåõíè÷åñêîå ñðåäñòâî | ÊÏÄ, % |
|---|---|---|
| Ïàðîâàÿ ìàøèíà | Ïàðîâîç, ïàðîâîé ìîëîò è ò. ï. | 5-8 |
| Äâèãàòåëü âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ | Àâòîìîáèëü, ïîðøíåâîé ñàìîëåò | 20-25 |
| Äèçåëüíûé äâèãàòåëü | Àâòîìîáèëü, ìîòîðíîå ñóäíî, òðàêòîð | 35-40 |
| ßäåðíàÿ ýíåðãåòè÷åñêàÿ óñòàíîâêà | Ñóäîâîé ýíåðãîáëîê; ÀÝÑ | 30 |
| Ðåàêòèâíûé äâèãàòåëü | Ðåàêòèâíûé ñàìîëåò, ðàêåòà | 15-20 |
| Ýëåêòðîäâèãàòåëü | Ýëåêòðè÷åñêèå ïðèâîäû ìàøèí è ìåõàíèçìîâ | 70-80 |
| Ñêåëåòíûå ìûøöû ÷åëîâåêà | Ñêîðîñòíîé áåã, ïîäúåì øòàíãè, ïðûæîê | 10-12 |
| Áåã íà ñðåäíèå äèñòàíöèè, èãðà â õîêêåé, áîëüøîé òåííèñ | 12-15 | |
| Áåã íà äëèííûå äèñòàíöèè, ëûæíûå ãîíêè, âåëîñèïåä (øîññå) | 18-20 | |
| Ìàðàôîíñêèé áåã, ïðîãóëêà | 25-30 |
Режимы работы мышц
Механическая работа (А), совершаемая мышцей, измеряется произведением поднимаемого веса (Р) на расстояние (h): А = Р * h кгм. При регистрации работы изолированной мышцы лягушки видно, что чем больше величина груза, тем меньше высота, на которую его поднимает мышца. Различают 3 режима работы мышцы: изотонический, изометрический и ауксотонический.
Изотонический режим (режим постоянного тонуса мышцы) наблюдается при отсутствии нагрузки на мышцу, когда мышца закреплена с одного конца и свободно сокращается. Напряжение в ней при этом не изменяется. Это происходит при раздражении изолированной мышцы лягушки, закрепленной одним концом на штативе. Так как при этих условиях Р = 0, то механическая работа мышцы также равна нулю (А = 0). В таком режиме работает в организме человека только одна мышца — мышца языка. (В современной литературе также встречается термин изотонический режим по отношению к такому сокращению мышцы с нагрузкой, при котором по мере изменения длины мышцы напряжение ее сохраняется неизменным, но в этом случае механическая работа мышцы не равна пулю, т. е. она совершает внешнюю работу).
Изометрический режим (режим постоянной длины мышцы) характеризуется напряжением мышцы в условиях, когда она закреплена с обоих концов или когда мышца не может поднять слишком большой груз. При этом h = 0 и, соответственно, механическая работа тоже равна нулю (А = 0). Этот режим наблюдается при сохранении заданной позы и при выполнении статической работы . В этом случае в мышечном волокне все равно происходят процессы возникновения и разрушения мостиков между актином и миозином, т. е. тратится энергия на эти процессы, но отсутствует механическая реакция перемещения нитей актина вдоль миозина. Физиологическая характеристика такой работы заключается в оценке величины нагрузки и длительности работы.
Ауксотонический режим (смешанный режим) характеризуется изменением длины и тонуса мышцы, при сокращении которой происходит перемещение груза. В этом случае совершается механическая работа мышцы (А= Р ? h). Такой режим проявляется при выполнении динамической работы мышц даже при отсутствии внешнего груза, так как мышцы преодолевают силу тяжести, действующую на тело человека. Различают 2 разновидности этого режима работы мышц: преодолевающий (концентрический) и уступающий (эксцентрический) режим.
Для измерения мышечной силы применяют динамометры: кистевой и становой. Максимальная сила кисти, кгс вычисляется как среднее арифметическое трех сжиманий динамометра с максимальной силой через одну минуту.Развивая напряжение и сокращаясь, мышца способна выполнять механическую работу. Наибольшую работу он выполняет при средних нагрузках и средних скоростях. Это явление получило название закона средних нагрузок.Средние нагрузки и средние скорости сокращения различны для разных мышц, что необходимо учитывать при разработке норм и организации труда.
Коэффициент полезного действия мышц
Во время работы в мышце в зависимости от интенсивности изменений обмена веществ возрастает образование тепла. Часть энергии, освобождающейся при химических процессах без превращения в тепло, непосредственно переходит в кинетическую энергию сокращения мышцы. Остальная большая часть энергии химических процессов превращается в тепловую, поэтому мышцы при сокращении выделяют тепло.
Коэффициентом полезного действия (КПД) называется отношение энергии, затраченной на работу мышц, ко всей энергии, произведенной в мышцах во время работы. КПД мышц человека колеблется в среднем от 15 до 25%, КПД мышц ног — от 20 до 35%, а рук — от 5 до 15%.
При тренировке он увеличивается у человека до 25-30% и даже до 35.