Работа и сила мышц

Мышца - орган, обладающий способностью сокращаться и обеспечивающий различные движения тела и расположенных внутри тела органов.
Скелетная мускулатура у человека, в основном, построена из поперечно-полосатых мышц. Гладкие мышцы преимущественно находятся в стенках внутренних органов. Величина сокращения (степень укорочения) мышцы при данной силе раздражения зависит как от ее морфологических свойств, так и от физиологического состояния. Длинные мышцы сокращаются на большую величину, чем короткие.

Силу мышц можно определить максимальным грузом, который она в состоянии поднять, либо максимальным напряжением, которое она может развить в условиях изометрического сокращения. Эта сила может быть больше собственного веса мышцы в несколько раз. Одиночное мышечное волокно способно развить напряжение 100-200 мг. Учитывая, что общее количество мышечных волокон в теле человека около 15-30 млн, они могли бы развить напряжение в 20-30 т, если бы они одновременно тянули все в одну сторону. Сила мышцы зависит, при прочих равных условиях, от ее поперечного сечения. Чем больше поперечное сечение мышцы, т.е. сумма поперечных сечений всех ее волокон, тем больше груз, который она в состоянии поднять.

Работа мышцы измеряется произведением поднятого груза на величину укорочения мышцы. Между грузом, который поднимает мышца, и выполняемой ею работой существует следующая зависимость. Внешняя работа мышцы равна 0, если мышца сокращается без нагрузки. По мере увеличения груза работа сначала увеличивается, а затем постепенно уменьшается. При очень больших грузах, которые мышца не может поднять, работа становится равной 0. Умеренное растяжение мышцы увеличивает ее сократительный эффект; при сильном растяжении сокращение мышцы ослабляется. Если в результате длительной работы развивается утомление мышцы, то величина ее сокращения снижается. Наибольшую работу мышца совершает при некоторых средних нагрузках. Работа мышцы, при которой мышечное волокно развивает напряжение, но почти не укорачивается (это происходит, когда мышца сокращается в изометрическом режиме), называется статической. Примером является работа по удержанию груза. Статическая работа более утомительная, чем динамическая. Мощность мышцы, измеряемая величиной работы в единицу времени, также достигает максимальной величины при средних нагрузках. Зависимость работы и мощности от нагрузки названа правилом средних нагрузок.

Мышцы обладают тремя важнейшими свойствами:

• возбудимостью, т.е. способностью отвечать на раздражитель;
• "проводимостью", т.е. способностью к проведению потенциала действия вдоль всего волокна;
• сократимостью, т.е. способностью сокращаться или изменять напряжение при возбуждении.

У здорового человека в расслабленной мышце (т.е. в состоянии покоя) электрическая активность в мышце почти отсутствует. При небольшом напряжении мышцы, например, для поддержания позы, двигательные единицы разряжаются с частотой 5-10 имп./с, при увеличении силы сокращений частота повышается до 20-30 имп./с, при максимальном напряжении мышцы она может достигать 50 имп./с и больше. В естественных условиях сокращения мышц происходят с частотой от 10-30 имп./с до 100 имп./с и больше. Соответственно различают быстрые (например, мышцы глазного яблока), и медленные (камбаловидная мышца) мышцы. Со скоростью сокращения мышечных волокон связана та частота возбуждения при ЭМС, которая наиболее ей подходит. Скорость сокращения мышечных волокон коррелирует и с другими их свойствами.
Медленные мышцы, как правило, содержат меньше мышечных волокон и, следовательно, при сокращении развивают меньшую силу. Не менее важно другое различие медленных и быстрых мышц - устойчивость к утомлению. Медленные мышцы могут работать без утомления дольше, что объясняется особенностями их обмена.

Независимо от вида раздражения (механический, химический, электрический, термический), как только порог возбуждения мышечного волокна достигает критической величины, возникает потенциал действия, результатом чего является сокращение. Процесс возбуждения мышечного волокна проходит по тем же законам "все или ничего", как и в нервном волокне. Отличительной особенностью мышечного волокна от нервного является способность мышечного волокна к суммации сокращений.

Существуют различия в возбудимости мышечных волокон естественным путем и электростимуляционным. В естественных условиях мотонейроны возбуждаются импульсами из нервной системы с более редкой частотой и асинхронно. В первую очередь возбуждаются медленные мышцы, затем быстрые. При ЭМС в первую очередь возбуждаются быстрые мышцы, а затем медленные. Повышая интенсивность стимула ЭМС, можно вызвать разную силу сокращений. При этом за счет повышения интенсивности стимула повышается и количество сокращающихся мышц.
Сила мышц, скорость их сокращения и работоспособность характеризуют их функциональное состояние. Прирост силы мышцы наиболее велик при изометрической тренировке, т.е. когда мышца напрягается, но движений в суставе не происходит; при этом растет поперечник мышечных волокон. Увеличение времени работоспособности (динамическая тренировка) связано с нарастающей двигательной активностью, что зависит, в основном, от усиленного кровотока; здесь играет роль также обучение той или иной функционально-динамической системы двигательного анализатора. Исходя из поставленных задач, могут применяться один или оба режима миоэлектростимуляции (изометрическая и динамическая тренировка).
С помощью электростимуляции мышца подготавливается к большим нагрузкам, так как повышается скорость сокращения и увеличивается число волокон, которые отвечают на раздражение.